JP2009240560A - 内視鏡用光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡用光源装置において、レーザ光の可干渉性を低減させると共に、機械的手段を用いずに、スペックル低減を視認レベルで安価に実現する。
【解決手段】レーザ光源８ａ乃至８ｄと、強度変調手段６ａ乃至６ｄと、強度変調されたレーザ光Ｌ１乃至Ｌ４を射出する第１光導波路３ａ乃至３ｄとを有する、レーザモジュール２ａ乃至２ｄと、第２光導波路５と、白色光源２０と、白色光ＷＬを導波させる第３光導波路２１とを備えた内視鏡用光源装置１において、第１光導波路３ａ乃至３ｄの出射端部３ｅ乃至３ｈを密接するように束ねて、レーザ光Ｌ１乃至Ｌ４を光射出領域１５から射出させる。
この光射出領域１５に第２光導波路５を光学的に接続し、レーザ光Ｌ１乃至Ｌ４を導波させる。第２光導波路５と第３光導波路２１の出射端５ｃ、２１ａを内視鏡照明部３１ａに配置する。第２光導波路５のコア５ｂは、光射出領域１５よりも大きいものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は内視鏡に使用される光源装置に関するものである。

従来、内視鏡の光源装置においては、キセノンランプやハロゲンランプ等を使用し、この光をガラス製のライトガイドを導波させていた。また、回転するフィルタを介して、これらの光から所望の波長を選択し、波長による視認性の差を利用した光源装置も存在する。近年では、内視鏡を使用した生体観察において、生体組織に所定波長領域の励起光としてのレーザ光を照射し、生体内在組織が発する蛍光を検出することにより病変組織の局在、浸潤範囲を観察する方法や、多波長のレーザを照射することで、生体組織を観察する方法が知られている。そのため、内視鏡用光源装置としてレーザ光源が使用される。この内視鏡用光源装置には均一な照射光が要求されるが、レーザ光源を用いた内視鏡用光源装置においては、レーザ光の有する可干渉性により照明のムラ（以下、スペックルという）が発生することにより、照明性能が劣化する虞がある。また、蛍光観察をする場合には、強度処理等の画像処理をすることにより、取得画像の画質を著しく低下させる虞もある。

このスペックルを低減する技術として、特許文献１には、単一コアのマルチモード光ファイバの中間部付近を振動させることにより、スペックルを低減する技術が提案されている。また、特許文献２には、マルチモード光ファイバに屈曲を形成し、導波するレーザ光の位相を制御する光位相制御手段を設けることによりスペックルを低減する技術が提案されている。さらに、特許文献３には、レーザ光を各光ファイバ長の差がコヒーレント長以上であるマルチモード光ファイバからなる光ファイババンドルに入射させ、この光ファイババンドルの出射端からレーザ光を取り出すことにより、スペックルを低減する技術が提案されている。
特開２００３−１５６６９８号公報 特開２００４−２９５１３０号公報 特開平６−１６７６４０号公報

しかしながら、スペックルは、レーザ光の可干渉性が要因であり、特許文献１及び２に提案されている技術においては、レーザ光の可干渉性の低減が十分でない場合には、マルチモード光ファイバでの多モード間結合に変調を与えてもスペックルの低減は視認されない可能性がある。すなわち、特許文献１及び２に提案されている技術において、本願発明者は、マルチモード光ファイバを導波するレーザ光の残留偏波成分が大きいと、スペックル低減が視認されないことを見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。

また、特許文献１及び２に提案されている技術では、機械的駆動手段によりマルチモード光ファイバに変調を与えるため、内視鏡用光源装置の振動や耐久性の問題を考慮する必要がある。さらに、特許文献３に開示されている技術では、各ファイバ長の差がコヒーレント長以上であるファイババンドルの製作は困難であり、内視鏡用光源装置のコストアップになる虞がある。

本発明は、上記事情に鑑み、内視鏡用光源装置において、レーザ光の可干渉性を低減させると共に、機械的駆動手段を用いずに、スペックル低減を視認レベルで安価に実現することを目的とするものである。

以上の課題を解決するために、本発明による第１の内視鏡用光源装置は、複数のレーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光をそれぞれ強度変調する複数の強度変調手段と、強度変調されたレーザ光源からのレーザ光を各々受けて出射端から射出する複数の第１光導波路とを有する、複数のレーザモジュールと、入射端が、第１光導波路の出射端近傍において密接するように束ねられた第１光導波路の光射出領域に光学的に接続され、各第１光導波路から射出されたレーザ光が入射する、光射出領域よりも大きいコアを有する単一の第２光導波路と、白色光源と、この白色光源からの白色光を導波させる第３光導波路とを備え、第２光導波路と第３光導波路の各出射端を内視鏡照明部に位置せしめてなることを特徴とする。

本発明による第２の内視鏡用光源装置は、単一のレーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を強度変調する単一の強度変調手段と、強度変調されたレーザ光源からのレーザ光を各々受けて出射端から射出する複数の第１光導波路とを有する、単一のレーザモジュールと、入射端が、第１光導波路の出射端近傍において密接するように束ねられた第１光導波路の光射出領域に光学的に接続され、各第１光導波路から射出されたレーザ光が入射する、光射出領域よりも大きいコアを有する単一の第２光導波路と、白色光源と、この白色光源からの白色光を導波させる第３光導波路とを備え、第２光導波路と第３光導波路の各出射端を内視鏡照明部に位置せしめてなることを特徴とする。

ここで、第１及び第２の内視鏡用光源装置における「密接するように束ねられた第１光導波路」とは、出射端が同一平面を形成するように、且つ該平面において各第１光導波路が他の第１光導波路との隙間が最小となるように配列させた第１光導波路を意味するものである。上記「光射出領域」とは、前述の配列された各第１光導波路におけるレーザ光が射出される領域を意味するものである。上記「内視鏡照明部」とは、体腔内に挿入する内視鏡の挿入部の先端近傍で、被検体に内視鏡用光源装置からの光を照射する部分を意味するものである。

また、本発明の第１の内視鏡用光源装置においては、強度変調手段が位相制御手段を有していてもよい。

また、本発明の内視鏡用光源装置においては、第２光導波路が、この第２光導波路の入射端における光軸が光射出領域の中心軸とオフセットした位置で、束ねられた第１光導波路と接続され、このオフセット位置での光出射領域が、第２光導波路の入射端でのコア内に位置するようにしてもよい。

ここで、「光軸」とは、導波路の長手方向に延びるコア中心の軸を意味するものである。上記「光射出領域の中心軸」とは、第１光導波路の各光軸に対して平行で、各光軸同士において中心に位置する軸を意味するものであるが、厳密な中心に限定されず、中心位置近傍をも含むものである。上記「オフセットした位置」とは、中心軸と第２光導波路との光軸が略平行であって、各軸の略垂直な面において光射出領域の中軸と第２光導波路の光軸が一定の距離を有した位置であることを意味するものである。上記「コア内に位置」とは、光射出領域を第２光導波路の入射端のコアに投影した場合に、投影された光射出領域が第２光導波路の入射端のコアの内部に含まれる位置にあることを意味するものである。

また、本発明の内視鏡用光源装置において、第１光導波路が光ファイバであって、この光ファイバのコア径が６０μｍであり、第２光導波路がマルチモード光ファイバであって、このマルチモード光ファイバのコア径が、２０５μｍ、２３０μｍのいずれかであってもよい。さらに、第２光導波路は、この第２光導波路から出射したレーザ光の残留偏波成分が３０％程度以下となるファイバ長を有するものであってもよい。

本発明の第１の内視鏡用光源装置によれば、複数のレーザ光源からのレーザ光を強度変調する複数の強度変調手段を有しているため、機械的手段を用いずに変調を与えることが可能であると共に、複数の第１光導波路が予め強度変調された各レーザ光を受けて、各出射端近傍で密接するように束ねられて形成された光射出領域から射出し、この光射出領域と光学的に接続された、この光射出領域よりも大きいコアを有する単一の第２光導波路を導波することで、各レーザ光の残留偏波成分が小さくなり、可干渉性が低減された状態で第２光導波路の出射端において各レーザ光のスペックルパターンが重畳され、出射端でのレーザ光のスペックル低減が視認できる。

本発明の第２の内視鏡用光源装置によれば、単一のレーザ光源からのレーザ光を強度変調する単一の強度変調手段を有しているため、機械的手段を用いずに変調を与えることが可能であると共に、複数の第１導波路が予め強度変調された単一のレーザ光を受けて、各出射端近傍で密接するように束ねられて形成された光射出領域から射出し、この光射出領域と光学的に接続された、この光射出領域よりも大きいコアを有する単一の第２光導波路を導波することで、各レーザ光の残留偏波成分が小さくなり、可干渉性が低減された状態で第２光導波路の出射端において各レーザ光のスペックルパターンが重畳され、出射端でのレーザ光のスペックル低減が視認できる。

なお、本発明の第１の内視鏡用光源装置によれば、強度変調手段が位相制御手段を有する場合には、強度変調された各レーザ光の位相制御が可能であり、出射端からの視認レベルでスペックル低減されたレーザ光の光強度を平均化できる。

以下、本発明の内視鏡用光源装置の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態である内視鏡用光源装置の概略構成図である。第１の実施形態において、内視鏡用光源装置１は、図１に示すように、４台のレーザモジュール２ａ乃至２ｄと、このレーザモジュール２ａ乃至２ｄが有する光ファイバ３ａ乃至３ｄの出射端３ｅ乃至３ｈの近傍を束ね、光コネクタ４を介して光学的に接続されるマルチモード光ファイバ５と、白色光源２０と、この白色光源２０からの白色光ＷＬを導波させるライトガイド２１とから構成される。ここで、光ファイバ３ａ乃至３ｄ及びマルチモード光ファイバ５は石英製ガラスファイバであり、従来のガラス製ライトガイドを導波させるよりも低損失となる。

内視鏡３０は、体腔内Ｂに挿入される挿入部３１と、該挿入部３１を走査する操作部３２と、ユニバーサルケーブル３３により構成されている。マルチモード光ファイバ５及びライトガイド２１は内視鏡３０の内部をユニバーサルケーブル３３、操作部３２、挿入部３１の先端近傍の内視鏡照明部３１ａまで挿通し、照明レンズ３４を介して、体腔内Ｂに向けて、出射端５ｃからレーザ光Ｌ５及び出射端２１ａから白色光ＷＬを照射させる。また、内視鏡光源装置１は、本実施形態において、一例として４台のレーザモジュールを有する構成として説明するが、これに限定されるものではなく、複数のレーザモジュールを有する構成であればよい。

次に、レーザモジュール２ａ乃至２ｄについて説明する。このレーザモジュール２ａ乃至２ｄは、変調信号Ｍｓを発生する信号発生器６ａ乃至６ｄと、この変調信号Ｍｓが入力されるレーザドライバ７ａ乃至７ｄと、該レーザドライバ７ａ乃至７ｄからの駆動電流Ｉｄにより駆動されるレーザ光源８ａ乃至８ｄと、このレーザ光源８ａ乃至８ｄからのレーザ光Ｌを集光させて光ファイバ３ａ乃至３ｄに入射させる集光光学系９ａ乃至９ｄとを備えている。

信号発生器６ａ乃至６ｄは、前述したように、所望の電圧出力の変調信号Ｍｓを発生させることが可能であり、具体的には、ＣＣＤを使用してのスペックル低減の観察においては、フレームレート以上の１０Ｈｚ程度でものよいが、１０ＭＨｚ以上の正弦波、矩形波等をも発生することが可能である。すなわち、各種ランプの光から所望の波長を選択する場合の様にフィルタの回転速度の制限がないため、変調スピードを上げることが可能である。各変調信号Ｍｓは、本実施形態において、一例として１Ｖｐ−ｐ、１ＫＨｚの正弦波として説明するが、これに限定されるものではない。ここで、信号発生器６ａ乃至６ｄは、位相制御手段６ｅ乃至６ｈを有することにより、各変調信号Ｍｓの位相差が等間隔となるように調整することも可能である。位相制御手段６ｅ乃至６ｈは、本実施形態において、一例として４台の信号発生器６ａ乃至６ｄの各変調信号Ｍｓの位相差が９０度となるように制御するものとするが、これに限定されるものではない。

レーザドライバ７ａ乃至７ｄは、信号発生器６ａ乃至６ｄからの変調信号Ｍｓを電圧／電流変換すると共に、ゲイン調整を行うものである。ここで、レーザ光源８ａ乃至８ｄには、後述するように、閾値電流Ｉｔｈが存在し、この閾値電流Ｉｔｈよりも小さい電流が供給されても、レーザ光源８ａ乃至８ｄはレーザ光Ｌ１乃至Ｌ４を射出しない。そのため、レーザドライバ７ａ乃至７ｄは、バイアス電流Ｉｂをレーザ光源８ａ乃至８ｄに供給すると共に、このバイアス電流Ｉｂに信号発生器６ａ乃至６ｄからの変調信号Ｍｓに応じた電流を重畳させて、この電流を駆動電流Ｉｄとしてレーザ光源８ａ乃至８ｄに供給する。

レーザ光源８ａ乃至８ｄは、図示しないレーザパッケージを内蔵し、駆動電流Ｉｄが閾値電流Ｉｔｈを越えた場合に、駆動電流Ｉｄの大きさに応じて光強度Ｐを有するレーザ光Ｌ１乃至Ｌ４を射出するものである。図２は、レーザモジュールからのレーザ光の光強度と駆動電流との相関図である。図２に示すように、駆動電流Ｉｄのｔ１〜ｔ７の変動に応じて、レーザ光Ｌの光強度Ｐがｔ１〜ｔ７と強度変調される。ここで、強度変調されたレーザ光Ｌの光強度Ｐの最大値と最小値との比を変調度とする。レーザ光源８ａ乃至８ｄは、本実施形態においては、一例として波長４０５ｎｍ、１００ｍＷのレーザ光Ｌ１乃至Ｌ４を射出するが、これに限定されるものではない。

光ファイバ３ａ乃至３ｄは、レーザ光源８ａ乃至８ｄの強度変調されたレーザ光Ｌ１乃至Ｌ４が集光光学系９ａ乃至９ｄにより集光されて入射され、該レーザ光Ｌ１乃至Ｌ４を導波するものである。光ファイバ３ａ乃至３ｄは、一例としてコア径６０μｍ、外形８０μｍ，ファイバ長が１ｍの４本のマルチモード光ファイバとしても良いが、これに限定されるものではない。すなわち、後述するマルチモード光ファイバ５に接続される場合にあっては、光ファイバ３ａ乃至３ｄは、光源ユニット７ａ乃至７ｄからレーザ光Ｌ１乃至Ｌ４を導波させるものであればよく、コア径が１０μｍ程度のシングルモード光ファイバであってもよい。

次に、本発明の内視鏡用光源装置１に使用されるマルチモード光ファイバ５について説明する。本発明者は、図３に示すような測定系１０を使用して、６０μｍ、２０５μｍ、２３０μｍの三種類のコア径を有するマルチモード光ファイバ５から射出したレーザ光Ｌ１の残留偏波成分ＲＰとファイバ長ＬＥとの相関を測定した。

測定系１０は、光ファイバ３ａの代わりに前述のマルチモード光ファイバ５を有するレーザモジュール２ａ、マルチモード光ファイバからのレーザ光Ｌ１を平行光にする出力側レンズ１１、偏光子１２、パワーメータ１３から構成される。図３において、内視鏡用光源装置１と同一の部位には同一の番号を付し、その説明は省略する。なお、図３においては、レーザモジュール２ａの信号発生器６ａ及びレーザドライバ７ａは省略している。

残留偏波成分ＲＰの測定は、レーザモジュール３ａから出射したレーザ光Ｌ１が、前述のマルチモード光ファイバ５に入射され、導波された光Ｌ１が出力側レンズ１１を介して偏光子１２に入射する。偏光子１２通過後のレーザ光Ｌ１のパワーを測定し、図３に示すように、マルチモード光ファイバ５に外乱を与えることにより、レーザ光Ｌ１のパワー変動を測定する。すなわち、残留偏波成分ＲＰとは、残留偏波成分ＲＰ（％）＝ 最小パワー／最大パワー で定義されるものである。また、偏光子１２を除き、パワーメータ１３の代わりに偏波アナライザを使用することで、レーザ光Ｌ１の可干渉性を偏光度（ＤＯＰ Degree of polarization）を測定することにより、精度よく測定することも可能である。

ここで、偏光度ＤＯＰとは、偏光度ＤＯＰ＝（Ｓ_１ ^２＋Ｓ_２ ^２＋Ｓ_３ ^２）^０．５／Ｓ_０ で定義されるものであり、Ｓ_０は全光パワー、Ｓ_１は直線偏波成分、Ｓ_２は傾き成分、Ｓ_３は円偏波成分を示すものである。

図４は、測定系１０による、前述した三種類のコア径を有するマルチモード光ファイバ５から射出されたレーザ光Ｌの残留偏波成分ＲＰとファイバ長ＬＥとの相関を示す図である。図４に示すように、コア径６０μｍ、ファイバ長ＬＥ１ｍ（図中ポイントＡ）では、マルチモード光ファイバ５から射出されたレーザ光Ｌ１の残留偏波成分は、４８％程度であり、コア径６０μｍ、ファイバ長ＬＥ６ｍ（図中ポイントＢ）およびコア径２０５μｍ、ファイバ長ＬＥ３ｍ（図中ポイントＣ）においては、マルチモード光ファイバ５から射出されたレーザ光Ｌ１の残留偏波成分は、１３％程度となる。

次に、前述の図中ポイントＡ乃至Ｃにおけるコア径およびファイバ長ＬＥを有するマルチモード光ファイバ５の曲げ部分に振動を与えた場合の近視野像ＮＦＰ（Near Field Pattern）について説明する。ここで、近視野像ＮＦＰは、内視鏡用光源装置１のマルチモード光ファイバ５の出射端５ｃにＮＦＰ測定系を接続することにより観測した。

図４においては、図中ポイントＡ乃至Ｃでのコア径およびファイバ長ＬＥを有するマルチモード光ファイバ５を使用した場合の近視野像ＮＦＰをも示している。この図４が示すように、残留偏波成分ＲＰが４８％程度（図中ポイントＡ）の場合は、振動を与えることによる、近視野像ＮＦＰでのスペックル低減は、視認レベルでの確認は困難であるが、残留偏波成分ＲＰが１３％程度（図中ポイントＢおよびＣ）の場合は、振動を与えることによる、近視野像ＮＦＰのスペックル低減は視認レベルとなる。なお、ポイントＢおよびＣにおける近視野像ＮＦＰが、左図が振動前、右図が振動中の近視野像ＮＦＰを示している。

本発明者は、前述の方法により、６０μｍ、２０５μｍ、２３０μｍの三種類のコア径を有するマルチモード光ファイバ５の近視野像ＮＦＰの観測を繰り返した結果、マルチモード光ファイバ５が、このマルチモード光ファイバ５から射出されるレーザ光Ｌ１の残留偏波成分ＲＰを３０％程度以下となるファイバ長ＬＥを有する場合には、外乱を与えることによるスペックル低減は視認レベルとなることを見出した。ここで、前述のとおり、残留偏波成分ＲＰが１５％程度以下の場合には、近視野像ＮＦＰのスペックル低減は十分な視認レベルであり、この残留偏波成分ＲＰがさらに小さい場合には、より高感度、高密度のＣＣＤ等の撮影素子を用いての近視野像ＮＦＰの観察においてもスペックル低減は視認レベルとなる。

また、マルチモード光ファイバ５の、ファイバ長ＬＥが長い程、コア径が大きい程、並びに曲げ部の曲げ径が小さい程、スペックル低減の視認が容易であることも見出した。さらに、マルチモード光ファイバから射出したレーザ光Ｌの残留偏波成分ＲＰが小さい程、与える振動の振幅が小さくてもよいことも見出した。これは、近視野像ＮＦＰの横モードに対して変調を与える場合において、横モードがモード変調およびモード間結合を生じやすい形態、すなわち、残留偏波成分ＲＰが小さい程、マルチモード光ファイバ５の、ファイバ長ＬＥが長い程、コア径が大きい程、曲げ部の曲げ径が小さい程、スペックル低減に効果があることを示している。

したがって、本発明のマルチモード光ファイバ５は、このマルチモード光ファイバ５から射出されたレーザ光Ｌの残留偏波成分ＲＰが、３０％程度以下、望ましくは１５％程度以下となるようなコア径およびファイバ長ＬＥを有するマルチモード光ファイバ５である。すなわち、マルチモード光ファイバ５は、一例としてコア径２０５μｍ、外形２５０μｍ、ファイバ長３ｍのマルチモード光ファイバとしてもよいが、これに限定されるものではない。

次に、光ファイバ３ａ乃至３ｄとマルチモード光ファイバ５との接続について説明する。前述したように、各光ファイバ３ａ乃至３ｄとマルチモード光ファイバ５とは光コネクタ４を介して着脱自在に光学的に接続される。図５は、光ファイバ３ａ乃至３ｄとマルチモード光ファイバ５との接続面での断面図である。図６は、光ファイバ３ａ乃至３ｄとマルチモード光ファイバ５との接続面近傍の側断面図である。図６においては、光ファイバ３ａ乃至３ｄを図５の矢印Ａ方向、マルチモード光ファイバ５を図５の矢印Ｂ方向からの断面を用いて接続状態を示している。図５及び図６においては、光ファイバ３ａ乃至３ｄをコア径６０μｍ、外形８０μｍの４本のマルチモード光ファイバ、マルチモード光ファイバ５をコア径２０５μｍ、外形２５０μｍとしている。

光ファイバ３ａ乃至３ｄは、図５の左図が示すように、光軸ＬＰ１乃至ＬＰ４が平行であって、各出射端が同一平面となり、且つ各隙間が最小となるように配列し、光コネクタ４のファイバ固定穴４ａに挿入し、接着剤等により固定されてファイババンドル部１４が形成されている。接着剤は、使用するレーザ光源８ａ乃至８ｄに合わせた耐熱温度を有するものが好ましい。このファイババンドル部１４は、光ファイバ３ａ乃至３ｄのコア３ｉ乃至３ｌからの光が射出される光射出領域１５と、この光射出領域１５の中心位置に、光軸ＬＰ１乃至ＬＰ４と平行な中心軸１５ａを形成する。また、この光射出領域１５は研磨加工が施されている。なお、その端面形状は、接続損失が少なくなる形状であれば特に制限されず、半球面状や平面状等が挙げられる。ファイババンドル部１４は、本実施形態において、４本の光ファイバ３ａ乃至３ｄを各光軸ＬＰ１乃至ＬＰ４が正方形を構成するように配列し、熱硬化性のエポキシ樹脂により、径２００μｍのファイバ固定穴４ａに固定されて形成される。

マルチモード光ファイバ５は、ファイババンドル部１４と同様に、図５の右図が示すように、入射端５ａを光コネクタ４のファイバ固定穴４ｂに挿入されて接着剤等を用いて固定される。マルチモード光ファイバ５は、本実施形態において、熱硬化性のエポキシ樹脂により、径２５０μｍのファイバ固定穴４ｂに固定される。

ファイババンドル部１４とマルチモード光ファイバ５との接続においては、ファイババンドル部１４の光射出領域１５がマルチモード光ファイバ５のコア５ｂ内となるように接続する。すなわち、損失を防止するため、光射出領域１５をマルチモード光ファイバ５の入射端５ａに投影した場合に、光射出領域１５がコア５ｂの内部となるように接続するものである。また、本実施形態においては、図６の示すように、ファイババンドル部１４の光射出領域１５の中心軸１５aと、マルチモード光ファイバ５の光軸ＬＰ５とが同軸となるように配列されている。

次に、光ファイバ３ａ乃至３ｄとマルチモード光ファイバ５との接続の他の実施形態について説明する。図７は、他の実施形態での光ファイバ３ａ乃至３ｄとマルチモード光ファイバ５との接続面における断面図である。図８は、他の実施形態での光ファイバ３ａ乃至３ｄとマルチモード光ファイバ５との接続面近傍の側断面図である。また、図７及び図８においては、光ファイバ３ａ乃至３ｄをコア径６０μｍ、外形８０μｍのマルチモード光ファイバ、マルチモード光ファイバ５をコア径２３０μｍ、外形２５０μｍのマルチモード光ファイバとしている。なお、図７及び図８において、図５及び図６と同一の部位には同一の番号及び符号を付し、その説明は省略する。

光ファイバ３ａ乃至３ｄとマルチモード光ファイバ５とは、他の実施形態において、図７及び図８が示すように、光射出領域１５の中心軸１５ａとマルチモード光ファイバ５の光軸ＬＰ５とがオフセットした状態で接続するものである。すなわち、中心軸１５ａと光軸ＬＰ５とが平行であって、所定の距離を有する状態で接続される。これにより、光射出領域１５からの強度変調されたレーザ光Ｌ１乃至Ｌ４が、マルチモード光ファイバ５内において、光路長差を有して導波することになり、マルチモード光ファイバ５から射出されるレーザ光Ｌ５の残留偏波成分ＲＰが低減される。具体的には、一例として光ファイバ３ａ乃至３ｄ側の光コネクタのファイバ固定孔４ａを径２２０μｍとしてファイババンドル部１４を形成することが可能である。また、オフセットした位置での接続であっても、図６の示すように、光射出領域１５は、マルチモード光ファイバ５のコア５ｂ内部となるように接続されるものである。

なお、本実施形態においては、光ファイバ３ａ乃至３ｄとマルチモード光ファイバ５とは光コネクタ４を介して接続されるが、これに限定されるものではない。融着により固定することも可能である。

次に、内視鏡用光源装置１の第１の実施形態の作用について説明する。信号発生器６ａ乃至６ｄから各変調信号Ｍｓがレーザドライバ７ａ乃至７ｄに入力されると、レーザドライバ７ａ乃至７ｄは、バイアス電流Ｉｂに、この変調信号Ｍｓを重畳させて変調した駆動電流Ｉｄをレーザ光源８ａ乃至８ｄに出力する。

レーザ光源８ａ乃至８ｄは、駆動電流Ｉｄが閾値電流Ｉｔｈを越えた場合に、駆動電流Ｉｄの電流量に基づいて光強度Ｐが変調されたレーザ光Ｌ１乃至Ｌ４を出射する。この強度変調されたレーザ光Ｌ１乃至Ｌ４は、光ファイバ３ａ乃至３ｄを導波し、ファイババンドル部１４から光コネクタ４を介してマルチモード光ファイバ５に入射される。

マルチモード光ファイバ５に入射された強度変調されたレーザ光Ｌ１乃至Ｌ４は、マルチモード光ファイバ５を導波することにより残留偏波成分ＲＰが低減され、レーザ光Ｌ１乃至Ｌ４の有する各スペックルパターンが密な状態となって出射端５ｃにおいて、強度変調されたレーザ光Ｌ１乃至Ｌ４のスペックルパターンが重畳されたレーザ光Ｌ５が射出される。

また、位相制御手段６ｅ乃至６ｈにより各変調信号Ｍｓの位相差が等間隔となるように制御することで、図９の示すように、レーザモジュール２ａ乃至２ｄからのレーザ光Ｌ１乃至Ｌ４の光強度の位相差が等間隔となり、レーザ光Ｌ５はレーザ光Ｌ１乃至Ｌ４の光強度Ｐが平均化する。なお、レーザ光Ｌ５は、レーザ光Ｌ１乃至Ｌ４が重畳されたものであり、各種ランプの光から所望の波長を選択する場合の様に光の一部を使用するのではないため、光強度Ｐの低減が少なくなる。

次に、本発明の内視鏡用光源装置の第２の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同じ部位について、同じ番号を付し、その説明は省略する。図１０は、本発明の第２の実施形態である内視鏡用光源装置の概略構成図である。第２の実施形態において、内視鏡用光源装置１は、図１０に示すように、１台のレーザモジュール２ａと、このレーザモジュール２ａが有する４本の光ファイバ３ａ乃至３ｄと、この光ファイバ３ａ乃至３ｄの出射端３ｅ乃至３ｈの近傍を束ね、光コネクタ４を介して光学的に接続されるマルチモード光ファ５と、白色光源２１と、この白色光源２１からの白色光ＷＬを導波させるライトガイド２１から構成される。すなわち、１台のレーザモジュール２ａからのレーザ光Ｌ１を４本の光ファイバ３ａ乃至３ｄで受け、レーザ光Ｌ１を分波し、出射端３ｅ乃至３ｈにおいて合波している点においてのみ相違する。また、第２の実施形態において、４本の光ファイバ３ａ乃至３ｄを使用しているが、複数本の光ファイバを使用すればよく、これに限定されるものではない。また、第２の実施形態において信号発生器６ａは、位相変調手段６ｅを必ずしも有する必要はない。また、光ファイバ３ａ乃至３ｄとマルチモード光ファイバ５との接続についても、第１の実施形態と同一でありその説明を省略する。

第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様に、光強度Ｐが変調されたレーザ光Ｌ１が、分波されて光ファイバ３ａ乃至３ｄを導波し、ファイババンドル部１４から光コネクタ４を介して、分波された各レーザ光Ｌ１がマルチモード光ファイバ５に入射される。マルチモード光ファイバ５に入射された強度変調され、分波された各レーザ光Ｌ１は、マルチモード光ファイバ５を導波することにより残留偏波成分ＲＰが低減され、分波された各レーザ光Ｌ１の有するスペックルパターンが密な状態となって出射端５ｃにおいて、強度変調され、分波された各レーザ光Ｌ１のスペックルパターンが重畳されたレーザ光Ｌ５が射出される。その他の作用は、第１の実施形態と同様であり、その説明は省略する。

図１１は、内視鏡用光源装置１の第１の実施形態のスペックル低減の実験結果を示す図である。図１１の左図は、強度変調前のレーザ光Ｌ５のマルチモード光ファイバ５の出射端５ｃでの近視野像ＮＦＰ、図１１の右図は、強度変調されたレーザ光Ｌ５のマルチモード光ファイバ５の出射端５ｃでの近視野像ＮＦＰを示す図である。

本実験においては、光ファイバ３ａ乃至３ｄとして、コア径６０μｍ、外形８０μｍ、ファイバ長１ｍの４本の光ファイバ３ａ乃至３ｄによりファイババンドル部１４を形成し、コネクタ４を介して、コア径２０５μｍ、外形２５０μｍのマルチモード光ファイバ５に接続している。また、信号発生器６ａ乃至６ｄからの変調信号Ｍｓとしては、前述したように、１Ｖｐ−ｐ、１ＫＨｚの正弦波を使用し、変調度は５０％である。図１１の右図が示すように、マルチモード光ファイバ５を導波することで、レーザ光Ｌ１乃至Ｌ４の残留偏波成分ＲＰが小さくなり、マルチモード光ファイバ５の出射端５ｃでのスペックルパターンが密になり、強度変調の影響が大きくなる。すなわち、残留偏波成分ＲＰが小さくなると、マルチモード光ファイバ５の導波後において、スペックルパターンピッチが細かくなり、レーザ光Ｌ１乃至Ｌ４の可干渉距離が小さくなることで、強度変調の影響が大きくなりスペックル低減が視認できることが本実験において確認された。

本発明の第１の実施形態は、レーザモジュール２ａ乃至２ｄからのレーザ光Ｌ１乃至Ｌ４がマルチモード光ファイバ５に入射し、このマルチモード光ファイバ５での多モード間結合及びモード変調により、マルチモード光ファイバ５を導波後のレーザ光Ｌ１乃至Ｌ４の残留偏波成分ＲＰが低減し、スペックルパターンが密となり可干渉距離が短くなることで、レーザ光Ｌ１乃至Ｌ４の可干渉性が十分に低減される。この密となったスペックルパターンが内視鏡照明部２１ａに配置されたマルチモード光ファイバ５の出射端５ｃにおいて重畳し、スペックルパターンが均一化された状態において、各スペックルパターンが強度変調されることにより、レーザ光Ｌ５の近視野像ＮＦＰでのスペックル低減が視認できる。

本発明の第２の実施形態は、レーザモジュール２ａからのレーザ光Ｌ１を４本の光ファイバ３ａ乃至３ｄで分波し、この分波されたレーザ光Ｌ１がマルチモード光ファイバ５に入射し、このマルチモード光ファイバ５での多モード間結合及びモード変調により、マルチモード光ファイバ５を導波後のレーザ光Ｌ１の残留偏波成分ＲＰが低減し、スペックルパターンが密となり可干渉距離が短くなることで、分波されたレーザ光Ｌ１の可干渉性が十分に低減される。この密となったスペックルパターンが内視鏡照明部２１ａに配置されたマルチモード光ファイバ５の出射端５ｃにおいて重畳し、スペックルパターンが均一化された状態において、各スペックルパターンが強度変調されることにより、レーザ光Ｌ５の近視野像ＮＦＰでのスペックル低減が視認できる。

また、本発明の第１及び第２の実施形態は、信号発生器の各変調信号Ｍｓをレーザドライバにおいて、バイアス電流Ｉｂと重畳し、この変調された駆動電流Ｉｄにより、レーザ光源から変調されたレーザ光が射出されるため、変調手段に機械的駆動手段が使用しておらず、内視鏡用光源装置１での振動や、耐久性の問題を考慮する必要性が少ない。

また、本発明の第１及び第２の実施形態は、各ファイバ長ＬＥの差がコヒーレント長以上であるファイババンドルも使用していないため、製作が容易であり、コストアップの問題も生じない。

また、本発明の第１の実施形態は、位相制御手段６ｅ乃至６ｈを有することで、マルチモード光ファイバ５の出射端５ｃから出射されるレーザ光Ｌ５が、レーザ光Ｌ１乃至Ｌ４の各光強度Ｐの位相差が等間隔となった状態で重畳されることにより、レーザ光Ｌ５の光強度Ｐが平均化できる。

なお、本発明の第１及び第２の実施形態でのレーザ光Ｌ５は、励起光としての蛍光観察用途、多波長での生体組織を観察用途にも使用できるものである。

したがって、本発明の内視鏡用光源装置１は、レーザ光の可干渉性を低減させると共に、機械的駆動手段を用いずに、スペックル低減を視認レベルで安価に実現できるものである。

本発明の内視鏡用光源装置の第１の実施形態の概略構成図 レーザ光の光強度と駆動電流との相関図 レーザ光の残留偏波成分の測定系の概略構成図 レーザ光の残留偏波成分とマルチモード光ファイバのファイバ長との相関図 各光ファイバとマルチモード光ファイバとの接続面での断面図 各光ファイバとマルチモード光ファイバとの接続面近傍での側断面図 他の実施形態での各光ファイバとマルチモード光ファイバとの接続面での断面図 他の実施形態での各光ファイバとマルチモード光ファイバとの接続面近傍での側断面図 各レーザ光及びマルチモード光ファイバ５から射出するレーザ光の光強度を示す図 本発明の内視鏡用光源装置の第２の実施形態の概略構成図 本発明のスペックル低減の実験結果を示す図

符号の説明

Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５ レーザ光
ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４、ＬＰ５ 光軸
ＲＰ 残留偏波成分
ＬＥ ファイバ長
ＷＬ 白色光
１ 内視鏡用光源装置
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ レーザモジュール
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 第１光導波路、光ファイバ
３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ 出射端部
３ｉ、３ｊ、３ｋ、３ｌ コア
５ 第２光導波路、マルチモード光ファイバ
５ａ 入射端
５ｂ コア
５ｃ 出射端
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 強度変調手段、信号発生器
６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ 位相制御手段
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ レーザ光源
１５ 光射出領域
１５ａ 中心軸
２０ 白色光源
２１ 第３光導波路
２１ａ 出射端
３１ａ 内視鏡照明部

Claims (6)

1. 複数のレーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光をそれぞれ強度変調する複数の強度変調手段と、強度変調された前記レーザ光源からのレーザ光を各々受けて出射端から射出する複数の第１光導波路とを有する、複数のレーザモジュールと、
   入射端が、前記第１光導波路の出射端近傍において密接するように束ねられた前記第１光導波路の光射出領域に光学的に接続され、前記各第１光導波路から射出されたレーザ光が入射する、前記光射出領域よりも大きいコアを有する単一の第２光導波路と、
   白色光源と、
   該白色光源からの白色光を導波させる第３光導波路とを備え、
   前記第２光導波路と前記第３光導波路の各出射端を内視鏡照明部に位置せしめてなることを特徴とする内視鏡用光源装置。
2. 単一のレーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を強度変調する単一の強度変調手段と、強度変調された前記レーザ光源からのレーザ光を各々受けて出射端から射出する複数の第１光導波路とを有する、単一のレーザモジュールと、
   入射端が、前記第１光導波路の出射端近傍において密接するように束ねられた前記第１光導波路の光射出領域に光学的に接続され、前記各第１光導波路から射出されたレーザ光が入射する、前記光射出領域よりも大きいコアを有する単一の第２光導波路と、
   白色光源と、
   該白色光源からの白色光を導波させる第３の光導波路とを備え、
   前記第２光導波路と前記第３光導波路の各出射端を内視鏡照明部に位置せしめてなることを特徴とする内視鏡用光源装置。
3. 前記強度変調手段が、さらに位相制御手段を有す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。
4. 前記第２光導波路が、該第２光導波路の前記入射端における光軸が前記光射出領域の中心軸とオフセットした位置で、前記束ねられた第１光導波路と接続され、
   該オフセット位置での前記光射出領域が、前記第２光導波路の前記入射端でのコア内に位置することを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の内視鏡用光源装置。
5. 前記第１光導波路が、光ファイバであって、該光ファイバのコア径が６０μｍであり、
   前記第２光導波路が、マルチモード光ファイバであって、該マルチモード光ファイバのコア径が、２０５μｍ、２３０μｍのいずれかであることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の内視鏡用光源装置。
6. 前記第２光導波路が、該第２光導波路から出射したレーザ光の残留偏波成分が３０％程度以下となるファイバ長を有することを特徴とする請求項５に記載の内視鏡用光源装置。