JP2009072213A - 内視鏡光源ユニットおよび内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で単一の入射端に入射する２種類の光における一部の帯域の光量の減衰を抑止する。
【解決手段】内視鏡光源ユニット２０は参照光源２１、励起光源２２、ミラー２４を有する。参照光源２１はライトガイド５１の入射端に入射するように白色光を出射する。励起光源２２は励起光を出射する。白色光の光路上にミラー２４を配置する。白色光の照射範囲の一部と重なる大きさのミラー２４が用いられる。ミラー２４は励起光源２２が出射した励起光をライトガイド５１の入射端に向かって反射する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば自家蛍光内視鏡に用いる内視鏡光源ユニットのように、複数の種類の光源から出射するそれぞれの光を単一のライトガイドに供給する内視鏡光源ユニットに関する。

自家蛍光内視鏡に用いる内視鏡光源ユニットには、白色光を出射する参照光源と生体組織に蛍光を発光させる励起光を出射する励起光源とが設けられ、白色光および励起光は単一のライトガイドに供給される（特許文献１、特許文献２参照）。

通常、参照光源からライトガイドに向かって光を出射するようにライトガイドの入射端に対する参照光源の位置が決められる。また、参照光源からライトガイドの入射端までの間の光路上にダイクロイックミラーを設け、励起光源から出射する励起光をライトガイドの入射端に向かって反射させる。

例えば、青色などの可視光領域の光が励起光として用いられることがある。このような場合に、励起光を反射するダイクロイックミラーを用いることにより白色光に含まれる青色成分がダイクロイックミラーに反射されてしまうため、出射した可視光領域すべての光を被写体に照射させることが難しかった。

そこで、ダイクロイックミラーを白色光の光路への挿入と離脱とを切替可能とするミラー移動機構が設けられ、白色光による観察を行う時にはミラーが白色光の光路から離脱され、自家蛍光の観察を行う時にはミラーが白色光の光路に挿入される。このようにミラーを移動させることにより出射した可視光領域のすべての光を被写体に照射することが可能になる。

しかし、このようなミラー移動機構を搭載することは内視鏡光源ユニットの構成の複雑化、大型化、高コスト化を招いていた。さらに、白色光を照射するときの参照光画像と励起光を照射するときの自家蛍光画像を同時にモニタに表示させる場合には、ミラーの移動を高速化させる必要があり、制御の複雑化、更なる高コスト化を招いていた。
特開２００５−３４２０３３号公報 特開２００５−３４２０３４号公報

したがって、本発明では、一方の光源から出射する光の一部を減衰させること無く、簡易な構成により複数の光源から出射する光を単一のライトガイドの入射端に供給可能な内視鏡光源ユニットの提供を目的とする。

本発明の内視鏡光源ユニットは、内視鏡により観察される被写体に照射する第１の光、および第１の光と帯域の異なる第２の光を内視鏡のライトガイドに供給する内視鏡光源ユニットであって、第１、第２の光をそれぞれ出射する第１、第２の光源と、第１の光源からライトガイドの入射端までの光路上において第１の光の照射範囲の一部の領域に重なるように配置され第２の光を入射端に伝達する光伝達部材とを備えることを特徴としている。

なお、光伝達部材は、入射する第２の光を入射端に向けて反射することにより光を伝達するミラーであることが好ましい。あるいは、光伝達部材は、入射する第２の光を第１の光路に沿って入射端に向けて出射する光ファイバであることが好ましい。

また、第１の光源と光伝達部材との間に、入射端に入射する第１の光の光量を調整するための絞りを備えることが好ましい。

本発明の内視鏡システムは、第１の光および第１の光とは帯域の異なる第２の光を入射端から出射端まで伝達するライトガイドを有する内視鏡と、第１、第２の光をそれぞれ出射する第１、第２の光源と、第１の光源からライトガイドの入射端までの光路上において第１の光の照射範囲の一部の領域に重なるように配置され第２の光源から出射した第２の光を入射端に伝達する光伝達部材とを備えることを特徴としている。

なお、ライトガイドの入射端に入射する第１、第２の光を拡散させる拡散部材を備えることが好ましい。

本発明によれば、一方の光源から出射する光の一部の帯域を減衰させること無く、簡易な構成により複数の光源から出射する光を単一のライトガイドなどの入射端に供給することが可能になる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を適用した内視鏡光源ユニットを有する内視鏡システムの内部構成を概略的に示すブロック図である。

内視鏡システム１０は、内視鏡プロセッサ４０、電子内視鏡５０、およびモニタ６０によって構成される。内視鏡プロセッサ４０は、電子内視鏡５０、及びモニタ６０に接続される。

内視鏡プロセッサ４０から被写体に照射するための白色光または励起光が電子内視鏡５０に供給される。白色光または励起光を照射された被写体が電子内視鏡５０により撮影される。電子内視鏡５０の撮影により生成する画像信号が内視鏡プロセッサ４０に送られる。

内視鏡プロセッサ４０では、電子内視鏡５０から得られた画像信号に対して所定の信号処理が施される。所定の信号処理を施した画像信号はビデオ信号としてモニタ６０に送られ、送られたビデオ信号に相当する画像がモニタ６０に表示される。

図２に示すように、内視鏡プロセッサ４０には光源ユニット（内視鏡光源ユニット）２０、映像信号処理回路４１、及びシステムコントローラ４２等が設けられる。後述するように、光源ユニット２０は被写体に照射する白色光（第１の光）または励起光（第２の光）を発光する。また、後述するように、映像信号処理回路４１では画像信号に対して所定の信号処理が施される。システムコントローラ４２により内視鏡プロセッサ４０全体の動作が制御される。

内視鏡プロセッサ４０と電子内視鏡５０とを接続すると、光源ユニット２０と電子内視鏡５０に設けられるライトガイド５１とが光学的に接続される。また、内視鏡プロセッサ４０と電子内視鏡５０とを接続すると、映像信号処理回路４１と電子内視鏡５０に設けられる撮像素子５２とが電気的に接続される。

図３に示すように、光源ユニット２０は、参照光源（第１の光源）２１、励起光源（第２の光源）２２、集光レンズ２３、ミラー（光伝達部材）２４、絞り２５、絞り駆動機構２６、ロータリーシャッタ２７、シャッタ駆動モータ２８、および電源回路２９によって構成される。

参照光源２１は例えばキセノンランプやハロゲンランプであり、参照光源２１から白色光が出射される。後述のように、ミラー２４により照射範囲の一部の白色光が遮光されることにより、ライトガイド５１に供給される白色光の光量が低下するので、出射光量の大きな参照光源２１が用いられる。参照光源２１から照射される白色光をライトガイド５１の入射端に導くための光路中にロータリーシャッタ２７、絞り２５、ミラー２４、および集光レンズ２３が設けられる。

ロータリーシャッタ２７は円板上に開口部と遮光部とが設けられる。被写体に白色光を照射するときには、光路上に開口部が挿入される。一方、被写体への白色光の照射を停止するときには、光路上に遮光部が挿入され、白色光が遮光される。なお、ロータリーシャッタ２７は、シャッタ駆動モータ２８により駆動される。また、シャッタ駆動モータ２８によるロータリーシャッタ２７の駆動は、システムコントローラ４２により制御される。

絞り２５により、ライトガイド５１の入射端に入射する白色光の光量が制御される。なお、絞り２５は絞り駆動機構２６により駆動される。絞り駆動機構２６による絞り２５の駆動は、システムコントローラ４２により制御される。システムコントローラ４２は、撮像素子５２における受光量に基づいて、絞り２５の駆動を制御する。

ミラー２４によって、励起光源２２から出射する励起光がライトガイド５１の入射端に反射される。なお、励起光は、生体組織に照射することにより蛍光を発光させる帯域の光、例えば青色の一部の帯域の光成分である。励起光源２２から出射した励起光は、光ファイバ３０によりミラー２４に伝達される。光ファイバ３０から出射する励起光がライトガイド に向かって反射される。なお、ミラー２４は可視光領域の光および励起光源２２から出射する励起光を反射する。

また、図４、図５に示すように、ミラー２４は、白色光の光路上において白色光の照射範囲ＩＡより小さくなるように、またライトガイド５１および後述するロッドレンズ５３の径よりも小さくなるように形成される。したがって、ミラー２４は白色光の光路上において白色光の照射範囲ＩＡの一部の領域と重なる。

ミラー２４は、前述の光路上に固定具３１により固定される（図３参照）。固定具３０は石英により形成される。石英を用いて固定具３１を形成することにより、特定の帯域の光を減衰させること無く透過させることが可能である。また、石英は耐熱性を有するので、白色光の照射によって固定具が発熱しても固定具３１は変形すること無く、ミラー２４の反射方向が一定に保たれる。

集光レンズ２３により、参照光源２１から出射される白色光、またはミラー２４により反射される励起光が集光され、ライトガイド５１の入射端に入射される。

参照光源２１には、電源回路２９によって電力が供給される。電源回路２９からの参照光源２１への電力の供給のＯＮ／ＯＦＦは、システムコントローラ４２により制御される。また、励起光源２２の発光と消灯とは、システムコントローラ４２により制御される。

ライトガイド５１の入射端には、ロッドレンズ５３が設けられる。集光レンズ２３により集光された白色光または励起光は、ロッドレンズ５３を透過してライトガイド５１の入射端に入射される。

ロッドレンズ５３を透過することにより、ロッドレンズ５３に入射する白色光または励起光は拡散され、ライトガイド５１に入射する。ライトガイド５１は光ファイババンドルであり、ロッドレンズ５３によって光が拡散されるので、バンドルを構成する各光ファイバに均等に白色光または励起光が入射する。

次に電子内視鏡５０の構成について詳細に説明する（図２参照）。電子内視鏡５０には、ライトガイド５１、撮像素子５２、配光レンズ５４、対物レンズ５５、および励起光カットフィルタ５６などが設けられる。ライトガイド５１は、内視鏡プロセッサ４０との接続部分から電子内視鏡５０の挿入管５７の先端まで延設される。

前述のように光源ユニット２０から出射される白色光または励起光がライトガイド５１の入射端に入射される。入射端に入射された光は、出射端まで伝達される。ライトガイド５１の出射端から出射する光が、配光レンズ５４を介して挿入管５７先端付近に照射される。

撮像素子５２は、白色光が連続して照射される間、或いは励起光が連続して照射される間に少なくとも１フィールドずつの被写体像を撮像するように、撮像素子駆動回路４３によって駆動される。なお、撮像素子駆動回路４３による撮像素子５２の駆動は、システムコントローラ４２によって制御される。

白色光が照射されたときの被写体の反射光による光学像または励起光が照射されたときの被写体の蛍光による光学像が、対物レンズ５５によって撮像素子の受光面に結像させられる。

なお、励起光照射時は、励起光カットフィルタ５６により対物レンズ５５を介して入射した光から被写体で反射された励起光成分が除去される。励起光成分が除去されることにより、被写体である生体組織が発する蛍光成分のみが、撮像素子５２により撮像される。

撮像動作の実行により、撮像素子５２は画像信号を生成する。したがって、白色光が照射されたときには、被写体の反射光による光学像に相当する白色光画像信号が生成される。また、励起光が照射されたときには、生体組織の蛍光による光学像に相当する蛍光画像信号が生成される。白色光画像信号および蛍光画像信号は映像信号処理回路４１に送られる。

白色光画像信号および蛍光画像信号には、映像信号処理回路４１においてＡ／Ｄ変換、ゲインコントロール、色補間処理、クランプ、ブランキング処理、およびＤ／Ａ変換などの所定の信号処理が施される。アナログ信号に変換された画像信号は、モニタ６０に送られる。送られた画像信号に相当する画像がモニタ６０に表示される。

なお、光源ユニット２０の動作、および映像信号処理回路４１による信号処理との設定に応じて、白色光を照射した時の白色光画像、励起光を照射した時の蛍光画像、および白色光画像と蛍光画像との２画像を、モニタ６０に表示することが可能である。

白色光画像を表示するときには、参照光源２１に白色光を発光させ、ロータリーシャッタ２７の開口部を白色光の光路上に挿入し、励起光源２２を消灯させることにより、連続的に白色光を被写体に照射する。また、生成した白色光画像信号に応じた信号処理が施され、モニタ６０に単一の白色光画像が表示される。

蛍光画像を表示するときには、ロータリーシャッタ２７の遮光部を光路上に挿入し、励起光源２２に励起光を発光させることにより、連続的に励起光を被写体に照射する。また、生成した蛍光画像信号に応じた信号処理が施され、モニタ６０には単一の蛍光画像が表示される。

白色光画像と蛍光画像を同時に２画像表示するときには、フィールドの切替わり毎に前述の白色光と励起光との照射が切替えられる。また、生成した白色光画像信号に対しては白色光画像信号に応じた信号処理が施される。モニタ６０上に割当てられる白色光画像表示領域に白色光画像信号に基づいた白色光画像が表示される。また、生成した蛍光画像信号に対しては蛍光画像信号に応じた信号処理が施される。モニタ６０上に割当てられる蛍光画像表示領域に蛍光画像信号に基づいた蛍光画像が表示される。

以上のように、第１の実施形態の内視鏡光源ユニット２０によれば、可視光領域の一部の帯域の光のみを減衰させること無く、また簡易な構成で白色光および励起光を単一のライトガイドの入射端に供給可能である。このような効果について、以下に詳細に説明する。

図６に示すように、従来の蛍光内視鏡に用いる内視鏡光源ユニット２０’では、励起光成分のみを反射するダイクロイックミラー３２’が用いられていた。また、用いられるダイクロイックミラー３２’は、参照光源２１から出射する白色光の全照射範囲を覆う大きさであった。

簡易な構成とするためにダイクロイックミラー３２’を光路上に固定した場合には、参照光源２１から出射した白色光の光成分の中の励起光成分と同じ帯域の光成分が反射される。したがって、ライトガイド５１の入射端に入射する白色光成分の中の一部の光成分が減衰することになる（図７参照）。一部の光成分が減衰することにより、白色光画像の色調を所望の色調とすることが出来なかった。

一方、本実施形態では、参照光源２１から出射した白色光の照射範囲の一部にのみ重なるミラー２４を用いるため、白色光成分の中の一部の光成分のみが減衰することが無い。また、白色光の全照射範囲と重ならないので、十分な光量の白色光をライトガイド５１に供給することが可能である。

また、ミラー移動機構を設ける必要が無いので、構成および制御が簡易となり、製造コストの低減化させることが可能である。

次に、本発明の第２の実施形態を適用した内視鏡光源ユニットについて説明する。第２の実施形態は、励起光源から出射された励起光をライトガイドの入射端に導く構成が第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と異なる部位を中心に説明する。なお、同じ機能を有する部位には、同じ符号を付す。

図８に示すように、光源ユニット２００は、参照光源（第１の光源）２１、励起光源（第２の光源）２２、集光レンズ２３、レーザファイバ（光伝達部材）２４０、絞り２５、絞り駆動機構２６、ロータリーシャッタ２７、シャッタ駆動モータ２８、および電源回路２９によって構成される。

レーザファイバ２４０以外の部材および各部材の配置などは、第１の実施形態と同じである。レーザファイバ２４０の入射端は、励起光源２２に光学的に接続される。レーザファイバ２４０の出射端は、参照光源２１から出射される白色光の光路上においてライトガイド５１の入射端に励起光を照射するように、固定される。

なお、図９に示すように、参照光源２１から出射される白色光の照射範囲とレーザファイバ２４０とが重なる領域が白色光の照射範囲に比べて小さくなるレーザファイバ２４０が用いられる。したがって、レーザファイバ２４０は白色光の光路上において白色光の照射範囲の一部の領域とのみ重なる。

第１の実施形態と同様に、レーザファイバ２４０の出射端は前述の光路上に固定具３１により固定される。固定具３１は石英により形成される。

以上のような構成の第２の実施形態の内視鏡光源ユニット２００によっても、可視光領域の一部の帯域の光のみを減衰させること無く、また簡易な構成で白色光及び励起光を単一のライトガイドの入射端に供給可能である。特に、第１の実施形態と異なり、ミラー２４が用いられず、通常レーザファイバ２４０と一体化されている励起光源２２が固定具３１に取付けられる。したがって、第１の実施形態より、製造および調整が更に容易となる。

なお、第１、第２の実施形態において、参照光源２１および励起光源２２からそれぞれ白色光および励起光が出射される構成であるが、互いに帯域の異なる光を出射する光源であればどのような光源であってもよい。

また、第１の実施形態においてはミラー２４、第２の実施形態においてはレーザファイバ２４０により励起光をライトガイド５１の入射端に伝達する構成であるが、白色光の照射範囲の一部の領域のみと重なり、励起光をライトガイド５１の入射端に伝達するいかなる部材を用いてもよい。

また、第１、第２の実施形態において、絞り２５により光量を調整する構成であるが、絞り２５を設けなくてもよい。前述のように、予め出射光量の大きな参照光源を用いるため、その光量を絞り２５により調整しているが、絞り２５による調整が無くても特定の帯域の光成分のみを減衰させること無く白色光をライトガイド５１の入射端に供給可能である。

また、第１、第２の実施形態において、ライドガイド５１の入射端にロッドレンズ５３を設ける構成であるが、ロッドレンズ５３を設けなくてもよい。ロッドレンズ５３が無くても、特定の帯域の光成分のみを減衰させること無く白色光をライトガイド５１の入射端に供給可能である。

従来の内視鏡光源ユニット２０’と異なり、ミラー２４またはレーザファイバ２４０から出射する励起光の光線の太さは、白色光の光線の太さに比べて細い。それゆえ、ロッドレンズ５３により励起光を拡散させなければライトガイド５１を構成する複数の光ファイバの一部にしか励起光が入射しない。それゆえ、ロッドレンズ５３が無ければ、挿入管５７の先端付近において十分な広さに励起光を照射することが出来ない可能性が高ある。それゆえ、ロッドレンズ５３を設けることが好ましい。

また、第１の実施形態において、ミラー２４は可視光領域の全範囲の光を反射する構成であるが、一部の帯域の光のみを反射させるダイクロイックミラーであってもよい。白色光の照射範囲に比べてミラー２４は小さいので、白色光の照射範囲の一部においてのみ当該帯域の光の減衰が生じる。すなわち、全照射範囲における特定帯域の光の減衰量を従来に比べて低く抑えることが可能である。

また、第１の実施形態において、白色光の照射範囲より小さなミラー２４が用いられる構成であるが、傾斜させることにより白色光の照射範囲の一部とのみ重なるように配置すれば照射範囲より大きなミラーを用いてもよい。

本発明の第１、第２の実施形態を適用した内視鏡光源ユニットを有する内視鏡システム外観図である。 第１の実施形態を適用した内視鏡光源ユニットを有する内視鏡システムの内部構成を概略的に示すブロック図である。 第１の実施形態の内視鏡光源ユニットの内部構成を概略的に示すブロック図である。 図３におけるミラーおよび固定具の拡大図である。 白色光の光路方向から見たミラーおよび固定具の拡大図である。 従来の内視鏡光源ユニットの内部構成を概略的に示すブロック図である。 従来の内視鏡光源ユニットにおいてダイクロイックミラーを透過した後の白色光の分光スペクトルを示す。 第２の実施形態の内視鏡光源ユニットの内部構成を概略的に示すブロック図である。 図８におけるミラーおよび固定具の拡大図である。

符号の説明

１０ 内視鏡システム
２０、２０’、２００ 光源ユニット
２１ 参照光源
２２ 励起光源
２４ ミラー
２４０ レーザファイバ
２５ 絞り
２６ 絞り駆動機構
３０ 光ファイバ
３１ 固定具
４０ 内視鏡プロセッサ
４２ システムコントローラ
５１ ライトガイド
５３ ロッドレンズ

Claims (6)

1. 内視鏡により観察される被写体に照射する第１の光、および前記第１の光と帯域の異なる第２の光を前記内視鏡のライトガイドに供給する内視鏡光源ユニットであって、
   前記第１、第２の光をそれぞれ出射する第１、第２の光源と、
   前記第１の光源から前記ライトガイドの入射端までの光路上において前記第１の光の照射範囲の一部の領域に重なるように配置され、前記第２の光を前記入射端に伝達する光伝達部材とを備える
   ことを特徴とする内視鏡光源ユニット。
2. 前記光伝達部材は、入射する前記第２の光を前記入射端に向けて反射することにより光を伝達するミラーであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡光源ユニット。
3. 前記光伝達部材は、入射する前記第２の光を前記第１の光路に沿って前記入射端に向けて出射する光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡光源ユニット。
4. 前記第１の光源と前記光伝達部材との間に、前記入射端に入射する第１の光の光量を調整するための絞りを備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の内視鏡光源ユニット。
5. 第１の光および前記第１の光とは帯域の異なる第２の光を入射端から出射端まで伝達するライトガイドを有する内視鏡と、
   前記第１、第２の光をそれぞれ出射する第１、第２の光源と、
   前記第１の光源から前記ライトガイドの入射端までの光路上において前記第１の光の照射範囲の一部の領域に重なるように配置され、前記第２の光源から出射した前記第２の光を前記入射端に伝達する光伝達部材とを備える
   ことを特徴とする内視鏡システム。
6. 前記ライトガイドの入射端に入射する第１、第２の光を拡散させる拡散部材を備えることを特徴とする請求項５に記載の内視鏡システム。

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