JP2011147595A - 内視鏡用光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】体腔内に挿入され、照射光を導光して被観察部に照射する内視鏡挿入部を備えた内視鏡用光照射装置において、装置の大型化を招くことなく、小型かつ簡易な構成で照射光の拡がり角を変更する。
【解決手段】照射光の出射部がテーパー形状で形成されたマルチモード光ファイバ１１ａと、マルチモード光ファイバ１１ａの出射部のテーパー形状を形成する傾斜面に対向する面を有し、マルチモード光ファイバ１１ａのクラッドの屈折率と同等の屈折率を有する先端部材１１ｂと、先端部材１１ｂが上記傾斜面に密着する状態と先端部材１１ｂが上記傾斜面と間隔をあける状態とを切り替え可能なように先端部材１１ｂをマルチモード光ファイバの光軸方向に移動させる可動部１１ｃとを設ける。
【選択図】図５

Description

本発明は、体腔内に挿入され、照射光を導光して被観察部に照射する内視鏡挿入部を備えた内視鏡用光照射装置に関するものである。

従来、体腔内の組織を観察する内視鏡システムが広く知られており、白色光の照射によって体腔内の被観察部を撮像して通常画像を得、この通常画像をモニタ画面上に表示する電子式内視鏡システムが広く実用化されている。

また、上記のような内視鏡システムとして、たとえば、特許文献１においては、通常画像とともに、励起光の照射によって被観察部から発せられた自家蛍光像を撮像して自家蛍光画像を得、これらの画像をモニタ画面上に表示する蛍光内視鏡システムが提案されている。

また、蛍光内視鏡システムとしては、たとえば、ＩＣＧ（インドシアニングリーン）を予め体内に投入し、励起光を被観察部に照射して血管内のＩＣＧの蛍光を検出することによって血管の蛍光画像を取得するものも提案されている。

特開平１０−２３９５９８号公報

ここで、上述したような蛍光内視鏡システムにおいては、蛍光画像を得るために被観察部に励起光を照射するが、励起光が被観察部に過剰に照射されると被観察部に損傷を招くおそれがあるため被観察部への励起光の照度は安全な範囲に維持する必要がある。また、被観察部から発せられる蛍光は微弱なものであるため、励起光の照度は十分な蛍光の強度が得られるような範囲とする必要がある。

一方、蛍光内視鏡システムにおいて体腔内に挿入される内視鏡挿入部と被観察部との間の距離は変化するため、この距離の変化に応じて励起光の照度も変化させる必要があり、励起光の照度を変化させる方法の一つとして励起光の拡がり角を変化させることが考えられる。

そして、照射光の拡がり角を変化させる方法としては、たとえば、特許文献１には、照射光を導光する導光路を回転させたり、導光路への入射光の傾斜角を変化させたりする方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、導光路を回転させたり、導光路への入射光の傾斜角を変化させたりする機構が必要となり、装置が大型化するとともに、コストアップとなる問題がある。また、導光路の入射面での結合効率による光量損失の問題もある。

また、励起光に限らず、白色光の照射に関しても、大きな拡がり角で観察部位の広い範囲を照射することが望ましく、より大きいＮＡを有するライトガイドを用いることが望ましい。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、装置の大型化を招くことなく、小型かつ簡易な構成で照射光の拡がり角を変更することができる内視鏡用光照射装置を提供することを目的とする。

本発明の内視鏡用光照射装置は、一端面から入射された照射光を伝播して他端面から被観察部に向けて出射するマルチモード光ファイバであって、照射光の出射部がテーパー形状で形成されたマルチモード光ファイバと、マルチモード光ファイバの出射部のテーパー形状を形成する傾斜面に対向する面を有し、マルチモード光ファイバのクラッドの屈折率と同等の屈折率を有する先端部材と、先端部材が上記傾斜面に密着する状態と先端部材が上記傾斜面と間隔をあける状態とを切り替え可能なように先端部材をマルチモード光ファイバの光軸方向に移動させる可動部とを備えたことを特徴とする。

また、上記本発明の内視鏡用光照射装置においては、可動部として、圧電素子を用いることができる。

また、上記出射部と被観察部との間の距離情報を取得する距離情報取得部と、距離情報取得部によって取得された距離情報と可動部の先端部材の変位情報とに基づいて可動部による先端部材の変位または照射光の強度を制御する照度制御部とをさらに設けることができる。

本発明の内視鏡用光照射装置によれば、マルチモード光ファイバの出射部に先端部材を設け、その先端部材がマルチモード光ファイバのテーパー部の傾斜面に密着する状態と先端部材が上記傾斜面と間隔をあける状態とを切り替え可能にしたので、小型かつ簡易な構成で照射光の拡がり角を変更することができる。

また、上記本発明の内視鏡用光照射装置において、マルチモード光ファイバの出射部と被観察部との間の距離情報を取得し、距離情報取得部によって取得された距離情報と変位部の変位情報とに基づいて、変位部による変位または光源装置から射出される照射光の強度を制御するようにした場合には、被観察部に対して必要以上の照射光が照射されて被観察部が損傷を受けないようにするとともに、被観察部から十分な蛍光の強度を得られるように照射光の照度を調整することができる。

本発明の内視鏡用光照射装置の一実施形態を用いた硬性鏡システムの概略構成図 硬質挿入部の概略構成図 硬質挿入部の内部の概略構成図 テーパー化されてないマルチモード光ファイバ（ａ）とテーパー化されたマルチモード光ファイバ（ｂ）とのビームの拡がり角を示す図 本発明の内視鏡用光照射装置の一実施形態を示す図 撮像ユニットの概略構成を示す図 画像処理装置および光源装置の概略構成を示す図 本発明の一実施形態の硬性鏡システムにおける励起光の照度の制御方法を説明するためのフローチャート 本発明の一実施形態の硬性鏡システムにおける励起光の照度の制御方法を説明するためのフローチャート

以下、図面を参照して本発明の内視鏡用光照射装置の一実施形態を用いた硬性鏡システムについて詳細に説明する。本発明は、光照射装置の構成に特徴を有するものであるが、まずは、そのシステム全体の構成から説明する。図１は、本実施形態の硬性鏡システム１の概略構成を示す外観図である。

本実施形態の硬性鏡システム１は、図１に示すように、白色の通常光および励起光を射出する光源装置２と、光源装置２から射出された通常光および励起光を導光して被観察部に照射するとともに、通常光の照射により被観察部から反射された反射光に基づく通常像および励起光の照射により被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像を撮像する硬性鏡撮像装置１０と、硬性鏡撮像装置１０によって撮像された画像信号に所定の処理を施す画像処理装置３と、画像処理装置３において生成された表示制御信号に基づいて被観察部の通常画像および蛍光画像を表示するモニタ４とを備えている。

硬性鏡撮像装置１０は、図１に示すように、腹腔内に挿入される硬質挿入部３０と、硬質挿入部３０によって導光された被観察部の通常像および蛍光像を撮像する撮像ユニット２０とを備えている。

また、硬性鏡撮像装置１０は、図２に示すように、硬質挿入部３０と撮像ユニット２０とが着脱可能に接続されている。そして、硬質挿入部３０は接続部材３０ａ、挿入部材３０ｂ、およびケーブル接続口３０ｃを備えている。

接続部材３０ａは、硬質挿入部３０（挿入部材３０ｂ）の一端側３０Ｘに設けられており、たとえば撮像ユニット２０側に形成された開口２０ａに嵌め合わされることにより、撮像ユニット２０と硬質挿入部３０とが着脱可能に接続される。

また、挿入部材３０ｂの側面にはケーブル接続口３０ｃが設けられており、このケーブル接続口３０ｃに光ケーブルＬＣが機械的に接続される。これにより、光源装置２と挿入部材３０ｂとが光ケーブルＬＣを介して光学的に接続されることになる。

また、挿入部材３０ｂは、腹腔内の撮影を行う際に腹腔内に挿入されるものであって、硬質な材料から形成され、たとえば、直径略１０ｍｍの円柱形状を有している。図３に、挿入部材３０ｂの内部の構成を示す。挿入部材３０ｂ内には、図３に示すように、光源装置２から射出された通常光および励起光を導光して被観察部に照射するマルチモード光ファイバを備えたライトガイドＬＧと、通常像と蛍光像を結像する対物レンズ１２と、対物レンズ１２によって結像された通常および蛍光像を導光するためのレンズ群１３とが設置されており、他端側３０Ｙから入射された被観察部の通常像および蛍光像は対物レンズ１２およびレンズ群１３を介して一端側３０Ｘの撮像ユニット２０側に射出される。

また、挿入部材３０ｂの先端には、硬質挿入部３０の先端と被観察部との距離情報を計測する測距部１４が設けられている。測距部１４としては、たとえば、超音波や光を用いて距離を測定するものを利用することができるが、その他の公知な測距手段を用いるようにしてもよい。そして、測距部１４によって計測された距離情報は画像処理装置３に出力される。

ここで、挿入部材３０ｂ内に設けられたライトガイドＬＧの構成について詳細に説明する。ライトガイドＬＧは、図３に示すように、マルチモード光ファイバ１１ａと、マルチモード光ファイバ１１ａの出射端部に設けられた先端部材１１ｂと、先端部材１１ｂをマルチモード光ファイバ１１ａの光軸方向に移動させる圧電素子１１ｃとを備えている。

マルチモード光ファイバ１１ａは、コアＣとその周囲に形成されたクラッドＫとから構成されるものであり、光源装置２から射出された通常光および励起光が一端から入射され、他端から射出するものである。そして、マルチモード光ファイバ１１ａの出射部は、その出射端に向けて先細りとなるようなテーパー形状で形成されている。

マルチモード光ファイバ１１ａの出射部は、マルチモード光ファイバ１１ａの一部を加熱し、その加熱部分を延伸加工することによってテーパー形状に形成されている。すなわち、マルチモード光ファイバ１１ａの出射部におけるコア径とクラッド径との比率が、テーパー化していない部分の比率と同じになるように形成されている。なお、テーパー率を｛（テーパー化によって減少したコア径）/（テーパー化前のコア径）｝×１００％とすると、出射部のテーパー率は３６％未満であることが望ましい。

ここで、上述したようにテーパー化されたマルチモード光ファイバ１１ａの作用を、テーパー化されてないマルチモード光ファイバの作用と比較しながら説明する。図４（ａ）にはテーパー化されてないマルチモード光ファイバを示し、図４（ｂ）にはテーパー化されたマルチモード光ファイバを示している。

まず、一般的に、光ファイバの出射部の開口数は、下式（１）で表わされる。なお、下式（１）におけるθは、図４（ａ）に示すθであり、光ファイバから出射される光の拡がり角の半角である。

そして、たとえば、図４（ａ）に示すマルチモード光ファイバのコアの屈折率ｎ１＝１．４５、クラッドの屈折率ｎ２＝１．４２、空気の屈折率ｎ０＝１とすると、マルチモード光ファイバから出射される光の拡がり角２θ＝約３４°となる。

一方、一般的に、マルチモード光ファイバにおいては、出射端のビームの径（コア径）とビームの拡がり半角θとの積が一定である関係がある。したがって、図４（ｂ）に示すようなテーパー形状のマルチモード光ファイバ１１ａについても、ビームのコア径が出射端に向けて連続的に減少するテーパー部分の任意の断面において、下式（２）の関係が成り立つことになる。

よって、図４（ｂ）に示すマルチモード光ファイバ１１ａのテーパー部分の出射端におけるビームの拡がり角θ’は、図４（ａ）に示すマルチモード光ファイバ１１ａのビームの拡がり角をθとすると、上式（２）を変形して下式（３）で表わすことができる。

したがって、図４（ｂ）に示すマルチモード光ファイバのコアＣとクラッドＫの屈折率が、上述した図４（ａ）に示すマルチモード光ファイバと同じであり、テーパー率が３６％である場合には、図４（ｂ）に示すマルチモード光ファイバ１１ａから出射されるビームの拡がり角２θ’は、上式（３）から約４２°となる。すなわち、テーパー化したマルチモード光ファイバの方がビームの拡がり角が広くなることになる。

上式（３）の結果を上式（１）の観点から考察すると、マルチモード光ファイバをテーパー化することによってクラッドの実効的な屈折率ｎ２が、１．４２から１．３８に低下したと考えることができる。これは、光ファイバを伝播する光は、厳密にはコア内だけを伝播するのではなくクラッド側にも存在しているが、テーパー化した部分では、さらにクラッドの外側にまで染み出すことになり、クラッドの周囲の屈折率の影響を受けるようになり、上式（１）のクラッドの屈折率ｎ２にも反映され、クラッドの実効的な屈折率ｎ２が１．４２よりも小さくなったと考えられる。なお、この現象は、マルチモード光ファイバのクラッドの外側に、クラッドよりも屈折率が小さい媒体があることが条件となる。

以上が、テーパー化されたマルチモード光ファイバ１１ａの作用の説明である。

そして、図３に示す先端部材１１ｂは、マルチモード光ファイバ１１ａのテーパー部を形成する傾斜面に対向する内周面を有するすり鉢状に形成された部材である。そして、上記内周面の傾きとテーパー部の傾斜面の傾きとが同じになるように形成されており、上記内周面とテーパー部の傾斜面とが隙間なく密着するような形状で形成されている。そして、先端部材１１ｂは、マルチモード光ファイバ１１ａのクラッドＫと同じ材質、もしくはクラッドＫの屈折率と同等の屈折率を有する材質から形成されている。

そして、先端部材１１ｂの外周面には、図３に示すように、圧電素子１１ｃが設けられている。圧電素子１１ｃは、電圧が印加されることによってライトガイドＬＧの光軸方向に変形するものである。圧電素子１１ｃは、その一端がマルチモード光ファイバ１１ａのクラッドＫに固定された固定部材１１ｄに接続されており、変形によって他端側が移動するように構成されている。そして、圧電素子１１ｃが変形することによって、圧電素子１１ｃに設けられた先端部材１１ｂが移動するように構成されている。なお、マルチモード光ファイバ１１ａのクラッドＫと固定部材１１ｄとは、低屈折率１．０の接着剤によって接着されているものとする。

ここで、先端部材１１ｂの移動によるライトガイドＬＧの作用について詳細に説明する。図５（ａ）には、圧電素子１１ｃに電圧が加えられていない状態で先端部材１１ｂが移動していない状態を示し、図５（ｂ）には、圧電素子１１ｃに電圧が加えられた状態で先端部材１１ｂが移動した状態を示している。

まず、図５（ｂ）に示すように、圧電素子１１ｃに電圧が加えられている状態においては、圧電素子１１ｃが変形して先端部材１１ｂが矢印方向に移動し、先端部材１１ｂとマルチモード光ファイバ１１ａのテーパー部の傾斜面との間に間隔が空いている状態となっている。そして、この間隔には空気が存在する状態なので、図５（ｂ）に示す状態は、図４（ｂ）に示す状態と同じ状態であり、マルチモード光ファイバ１１ａから出射されるビームの拡がり角２θ’＝４２°となる。

一方、図５（ａ）に示すように、圧電素子１１ｃに電圧が加えられていない状態においては、先端部材１１ｂがマルチモード光ファイバ１１ａのテーパー部の傾斜面に密着した状態となる。

ここで、図４（ｂ）および図５（ｂ）のようにマルチモード光ファイバ１１ａのテーパー部の外側が空気である場合には、上述したようにクラッドＫの外側にまで光が染み出すことになるが、図５（ａ）の状態では、クラッドＫの外側に染み出した光はクラッドＫと同等の屈折率を有する先端部材１１ｂを伝播することになるので、上式（１）における実効的な屈折率ｎ２は、図４（ａ）の場合と同様に１．４２のままとなり、マルチモード光ファイバ１１ａから出射される光の拡がり角２θは３４°となる。すなわち、図４（ａ）の状態よりもテーパー率分だけコア径（出射端のビームの径）は小さくなるが、ビームの拡がり角は同じとなる。

すなわち、図５（ｂ）に示すように圧電素子１１ｃに電圧が加えられた状態よりも図５（ａ）に示すように圧電素子１１ｃに電圧が加えられた状態の方が、マルチモード光ファイバ１１ａから出射される光の拡がり角が広くなることになる。

なお、圧電素子１１ｃの変形と拡がり角の変化は急激に行われるものであり、１μｍまでの変位で拡がり角は２値的に変化する。本実施形態においては、圧電素子１１ｃによって１μｍ〜１０μｍの変位を与えて拡がり角を２段階調整するようにしている。

図６は、撮像ユニット２０の概略構成を示す図である。撮像ユニット２０は、硬質挿入部３０内のレンズ群１３により結像された被観察部の蛍光像を撮像して被観察部の蛍光画像信号を生成する第１の撮像系と、硬質挿入部３０内のレンズ群１３により結像された被観察部の通常像を撮像して通常画像信号を生成する第２の撮像系とを備えている。これらの撮像系は、通常像を反射するとともに、蛍光像を透過する分光特性を有するダイクロイックプリズム２１によって、互いに直交する２つの光軸に分けられている。

第１の撮像系は、硬質挿入部３０から射出され、ダイクロイックプリズム２１を透過した励起光をカットする励起光カットフィルタ２２と、硬質挿入部３０から射出され、ダイクロイックプリズム２１および励起光カットフィルタ２２を透過した蛍光像Ｌ４を結像する第１結像光学系２３と、第１結像光学系２３により結像された蛍光像Ｌ４を撮像する高感度撮像素子２４とを備えている。

第２の撮像系は、硬質挿入部３０から射出され、ダイクロイックプリズム２１を反射した通常像Ｌ３を結像する第２結像光学系２５と、第２結像光学系２５により結像された通常像Ｌ３を撮像する撮像素子２６を備えている。

高感度撮像素子２４は、蛍光像Ｌ４の波長帯域の光を高感度に検出し、蛍光画像信号に変換して出力するものである。高感度撮像素子２４はモノクロの撮像素子である。

撮像素子２６は、通常像の波長帯域の光を検出し、通常画像信号に変換して出力するものである。撮像素子２６の撮像面には、３原色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）、またはシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）のカラーフィルタがベイヤー配列またはハニカム配列で設けられている。

また、撮像ユニット２０は、撮像制御ユニット２７を備えている。撮像制御ユニット２７は、高感度撮像素子２４から出力された蛍光画像信号および撮像素子２６から出力された通常画像信号に対し、ＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理を施し、ケーブル５（図１参照）を介して画像処理装置３に出力するものである。

図７は、光源装置２および画像処理装置３の概略構成を示す図である。画像処理装置３は、図７に示すように、通常画像入力コントローラ３１、蛍光画像入力コントローラ３２、画像処理部３３、メモリ３４、ビデオ出力部３５、操作部３６、ＴＧ（タイミングジェネレータ）３７、および制御部３８を備えている。

通常画像入力コントローラ３１および蛍光画像入力コントローラ３２は、所定容量のラインバッファを備えており、撮像ユニット２０の撮像制御ユニット２７から出力された１フレーム毎の通常画像信号および蛍光画像信号をそれぞれ一時的に記憶するものである。そして、通常画像入力コントローラ３１に記憶された通常画像信号および蛍光画像入力コントローラ３２に記憶された蛍光画像信号はバスを介してメモリ３４に格納される。

画像処理部３３は、メモリ３４から読み出された１フレーム毎の通常画像信号および蛍光画像信号が入力され、これらの画像信号に所定の画像処理を施し、バスに出力するものである。

ビデオ出力部３５は、画像処理部３３から出力された通常画像信号および蛍光画像信号がバスを介して入力され、所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力するものである。

操作部３６は、種々の操作指示や制御パラメータなどの操作者による入力を受け付けるものである。また、ＴＧ３７は、撮像ユニット２０の高感度撮像素子２４、撮像素子２６および後述する光源装置２のＬＤドライバ４５を駆動するための駆動パルス信号を出力するものである。

制御部３８は、システム全体を制御するものであるが、さらに硬質挿入部３０にもうけられた測距部１４によって計測された距離情報を取得する距離情報取得部３８ａと、距離情報取得部３８ａによって取得された距離情報と圧電素子１１ｃの変位情報とに基づいて、被観察部への励起光の照度情報を取得する照度情報取得部３８ｂとを備えている。そして、制御部３８は、照度情報取得部３８ｂによって取得された励起光の照度情報に基づいて、圧電素子１１ｃによる変位または励起光の強度を制御するものである。

光源装置２は、図４に示すように、約４００〜７００ｎｍの広帯域の波長からなる通常光（白色光）Ｌ１を射出する通常光源４０と、通常光源４０から射出された通常光Ｌ１を集光する集光レンズ４２と、集光レンズ４２によって集光された通常光Ｌ１を透過するとともに、後述する励起光Ｌ２を反射し、通常光Ｌ１および励起光Ｌ２とを光ケーブルＬＣの入射端に入射させるダイクロイックミラー４３とを備えている。なお、通常光源４０としては、たとえばキセノンランプが用いられる。また、通常光源４０と集光レンズ４２との間には、絞り４１が設けられており、ＡＬＣ（Automatic light control）からの制御信号に基づいてその絞り量が制御される。

また、光源装置２は、蛍光色素であるＩＣＧ（インドシアニングリーン）を励起して蛍光を発生させる７５０〜８００ｎｍの近赤外光を励起光Ｌ２として射出するＬＤ光源４４と、ＬＤ光源４４を駆動するＬＤドライバ４５と、ＬＤ光源４４から射出された励起光Ｌ２を集光する集光レンズ４６と、集光レンズ４６によって集光された励起光Ｌ２をダイクロイックミラー４３に向けて反射するミラー４７とを備えている。

また、本実施形態においては、励起光Ｌ２として、上述したような波長帯域の光を用いるようにしたが、上記波長帯域の光に限定されず、被検者に投入される蛍光色素の種類もしくは自家蛍光させる生体組織の種類によって適宜決定される。

ＬＤドライバ４５は、制御部３８から出力された制御信号に基づいて、ＬＤ光源４４から出力される励起光の強度を制御するものである。すなわち、被観察部に対して必要以上の励起光が照射されて被観察部が損傷を受けないようにするとともに、被観察部から十分な蛍光の強度を得られるようにＬＤ光源４４を駆動制御するものである。

次に、本実施形態の硬性鏡システムの作用について説明する。

まず、光ケーブルＬＣが接続された硬質挿入部３０およびケーブル５が撮像ユニット２０に取り付けられた後、光源装置２および撮像ユニット２０および画像処理装置３の電源が投入され、これらが駆動される。

次に、硬質挿入部３０が体腔内に挿入され、硬質挿入部３０の先端が被観察部の近傍に設置される。

そして、光源装置２の通常光源４０から射出された通常光Ｌ１が、集光レンズ４２、ダイクロイックミラー４３および光ケーブルＬＣを介して硬質挿入部３０に入射され、硬質挿入部３０のライトガイドＬＧおよび光照射部１１を介して被観察部に照射される。一方、光源装置２のＬＤ光源４４から射出された特殊光Ｌ２が、集光レンズ４６、ミラー４７、ダイクロイックミラー４３および光ケーブルＬＣを介して硬質挿入部３０に入射され、硬質挿入部３０のライトガイドＬＧおよび光照射部１１を介して被観察部に通常光とともに照射される。

そして、通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像が撮像されるとともに、特殊光Ｌ２の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像が撮像される。なお、被観察部には、予めＩＣＧが投与されており、このＩＣＧから発せられる蛍光を撮像するものとする。

より具体的には、通常像の撮像の際には、通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像Ｌ３が挿入部材３０ｂの先端３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内の対物レンズ１２およびレンズ群１３により導光されて撮像ユニット２０に向けて射出される。

撮像ユニット２０に入射された通常像Ｌ３は、ダイクロイックプリズム２１により撮像素子２６に向けて直角方向に反射され、第２結像光学系２５により撮像素子２６の撮像面上に結像され、撮像素子２６によって所定間隔を空けて順次撮像される。なお、本実施形態においては、通常画像は３０ｆｐｓのフレームレートで撮像されるものとする。

撮像素子２６から順次出力された通常画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブル５を介して画像処理装置３に順次出力される。

一方、蛍光像の撮像の際には、特殊光の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像Ｌ４が挿入部材３０ｂの先端３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内の対物レンズ１２およびレンズ群１３により導光されて撮像ユニット２０に向けて射出される。

撮像ユニット２０に入射された蛍光像Ｌ４は、ダイクロイックプリズム２１および特殊光カットフィルタ２２を通過した後、第１結像光学系２３により高感度撮像素子２４の撮像面上に結像され、高感度撮像素子２４によって所定間隔を空けて撮像される。なお、本実施形態においては、蛍光画像は５〜１０ｆｐｓのフレームレートで撮像されるものとする。

高感度撮像素子２４から順次出力された蛍光画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブル５を介して画像処理装置３に順次出力される。

そして、画像処理装置３に入力された通常画像信号は、通常画像入力コントローラ３１において一時的に記憶された後、メモリ３４に格納される。そして、メモリ３４から読み出された１フレーム毎の通常画像信号は、画像処理部３３において階調補正処理およびシャープネス補正処理が施された後、ビデオ出力部３５に順次出力される。

そして、ビデオ出力部３５は、入力された通常画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、１フレーム毎の表示制御信号をモニタ４に順次出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて通常画像を表示する。

一方、画像処理装置３に入力された蛍光画像信号は、蛍光画像入力コントローラ３２において一時的に記憶された後、メモリ３４に格納される。そして、メモリ３４から読み出された１フレーム毎の蛍光画像信号は、画像処理部３３において所定の画像処理が施された後、ビデオ出力部３５に順次出力される。

そして、ビデオ出力部３５は、入力された蛍光画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、１フレーム毎の表示制御信号をモニタ４に順次出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて蛍光画像を表示する。

ここで、本実施形態の硬性鏡システムにおいては、上述したようにして通常画像および蛍光画像の撮像を行うととともに、硬質挿入部３０と被観察部との間の距離に応じて、被観察部に照射される励起光の照度を調整する。具体的には、被観察部に対して必要以上の励起光が照射されて被観察部が損傷を受けないようにするとともに、被観察部から十分な蛍光の強度を得られるように励起光の照度を調整する。その励起光の照度の調整方法について、図８および図９に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

まず、硬質挿入部３０の先端に設けられた測距部１４によって硬質挿入部３０と被観察部との距離が計測され、その距離情報が撮像ユニット２０を介して画像処理装置３に出力され、画像処理装置３の距離情報取得部３８ａによって取得される（Ｓ１０）。

そして、制御部３８の照度情報取得部３８ｂは、距離情報取得部３８ａによって取得された距離情報と、圧電素子１１ｃの変位情報とを取得し、これらの情報に基づいて、被観察部への励起光の照度情報を取得する（Ｓ１２）。より具体的には、照度情報取得部３８ｂは、圧電素子１１ｃへの電圧印加状態を圧電素子１１ｃの変位情報として取得し、この変位情報に対応する励起光の拡がり角を取得する。

なお、本実施形態の硬性鏡システムにおいては、圧電素子１１ｃは、図５（ａ）に示すように変位なしの状態と、図５（ｂ）に示すように変位ありの状態との２つの状態が切り替えられるように電圧制御されるものとし、照度情報取得部３８ｂは、圧電素子１１ｃの電圧制御状態に基づいて、図５（ａ）に示す変位なしの状態と、図５（ｂ）に示す変位ありの状態とを変位情報として取得する。

そして、照度情報取得部３８ｂには、図５（ａ）に示す変位なしの変位情報に対応する励起光の拡がり角（２×θ）が拡がり角「小」として予め設定されており、図５（ｂ）に示す変位ありの変位情報に対応する励起光の拡がり角（２×θ’）が拡がり角「大」として予め設定されており、照度情報取得部３８ｂは、取得した変位情報に基づいて拡がり角「大」または拡がり角「小」を取得する。

そして、照度情報取得部３８ｂは、上述したようにして取得した拡がり角「大」または拡がり角「小」の情報と、距離情報取得部３８ａによって取得された距離情報とを用いて、下式を計算して励起光の照度情報を取得する。

照度情報＝（ＬＤ光源４４の現在の出力）/［π｛距離情報×ｔａｎ（θｉ/２）｝^２］
ただし、θｉ＝拡がり角「大」または拡がり角「小」
なお、ＬＤ光源４４の現在の出力については、ＬＤドライバ４５に出力される制御信号に基づいて算出されるものとする。

次に、制御部３８は、照度情報取得部３８ｂによって取得された励起光の照度情報と予め設定された励起光の規定照度とを比較する（Ｓ１４）。ここで、励起光の規定照度としては、たとえば、被観察部から十分な蛍光の強度を得られるような照度以上であって、かつ生体安全に許容される照度の上限値以下の照度が設定される。生体安全に許容される上限の一例としては、ＪＩＳ６８０２に定められる皮膚の最大許容露光量（ＭＰＥ）がある。

そして、制御部３８は、照度情報取得部３８ｂによって取得された励起光の照度情報が規定照度の範囲内である場合には、Ｓ１０に戻り、特に制御を行わない（Ｓ１４，ＹＥＳ）。一方、照度情報取得部３８ｂによって取得された励起光の照度情報が規定照度の範囲外である場合には（Ｓ１４，ＮＯ）、照度情報取得部３８ｂによって取得された励起光の照度情報が規定照度の下限値よりも小さいのか、もしくは上限値よりも大きいのかを判定する（Ｓ１６）。

そして、制御部３８は、照度情報取得部３８ｂによって取得された励起光の照度情報が規定照度の上限値よりも大きいと判定した場合には（Ｓ１６，「大きい」）、現在の励起光の拡がり角が、拡がり角「大」であるのか、もしくは拡がり角「小」であるのかを判定する（Ｓ１８）。

そして、制御部３８は、現在の励起光の拡がり角が、拡がり角「大」である場合には（Ｓ１８，「大」）、励起光の照度が規定照度の範囲内となるような励起光の強度を算出し、その算出した強度の励起光がＬＤ光源４４から射出されるようにＬＤドライバ４５に制御信号を出力する（Ｓ２０）。

また、制御部３８は、現在の励起光の拡がり角が、拡がり角「小」である場合には（Ｓ１８，「小」）、励起光の拡がり角を拡がり角「大」に変更した場合の励起光の照度を算出し、その励起光の照度が規定照度の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ２２）。そして、制御部３８は、励起光の拡がり角を拡がり角「大」に変更した場合の励起光の照度が規定照度の範囲内になると判定した場合には（Ｓ２２，ＹＥＳ）、励起光の拡がり角が拡がり角「大」となるように、圧電素子１１ｃに対して電圧印加制御信号を出力する。そして、圧電素子１１ｃが図５（ｂ）に示すように変位ありの状態になることによって励起光の拡がり角が拡がり角「大」に変更される（Ｓ２４）。

一方、制御部３８は、Ｓ２２において、励起光の拡がり角を拡がり角「大」に変更した場合の励起光の照度が規定照度の範囲外になると判定した場合には（Ｓ２２，ＮＯ）、励起光の拡がり角を拡がり角「小」に維持したままの状態において、励起光の照度が規定照度の範囲内となるような励起光の強度を算出し、その算出した強度の励起光がＬＤ光源４４から射出されるようにＬＤドライバ４５に制御信号を出力する（Ｓ２６）。

また、Ｓ１６において、制御部３８が、照度情報取得部３８ｂによって取得された励起光の照度情報が規定照度の下限値よりも小さいと判定した場合にも（Ｓ１６，「小さい」）、現在の励起光の拡がり角が、拡がり角「大」であるのか、もしくは拡がり角「小」であるのかを判定する（図９のＳ２８）。

そして、制御部３８は、現在の励起光の拡がり角が、拡がり角「小」である場合には（Ｓ２８，「小」）、励起光の照度が規定照度の範囲内となるような励起光の強度を算出し、その算出した強度の励起光がＬＤ光源４４から射出されるようにＬＤドライバ４５に制御信号を出力する（Ｓ３０）。なお、ここで算出された励起光の強度が、ＬＤ光源４４から射出可能な励起光の強度の最大値以上である場合には、上記最大値の強度となるようにＬＤドライバ４５に制御信号を出力する。

また、制御部３８は、現在の励起光の拡がり角が、拡がり角「大」である場合には（Ｓ２８，「大」）、励起光の拡がり角を拡がり角「大」に維持したままの状態において、励起光の照度が規定照度の範囲内となるような励起光の強度を算出し、その強度がＬＤ光源４４から射出可能な励起光の強度の最大値以下であるか否かを判定する（Ｓ３２）。そして、制御部３８は、励起光の拡がり角を拡がり角「大」に維持したままの状態において、励起光の照度が規定照度の範囲内となるような励起光の強度が、ＬＤ光源４４から射出可能な励起光の強度の最大値以下である場合には（Ｓ３２，ＹＥＳ）、その強度の励起光がＬＤ光源４４から射出されるようにＬＤドライバ４５に制御信号を出力する（Ｓ３４）。

一方、制御部３８は、Ｓ３２において、励起光の拡がり角を拡がり角「大」に維持したままの状態において、励起光の照度が規定照度の範囲内となるような励起光の強度が、ＬＤ光源４４から射出可能な励起光の強度の最大値よりも大きい場合には（Ｓ３２，ＮＯ）、励起光の拡がり角が拡がり角「小」となるように、圧電素子１１ｃに対する電圧印加を停止する。そして、圧電素子１１ｃが図５（ａ）に示すように変位なしの状態になることによって励起光の拡がり角が拡がり角「小」に変更される（Ｓ３６）。そして、さらに励起光の拡がり角を拡がり角「小」に変更した場合の励起光の照度を算出し、その励起光の照度が規定照度の範囲外である場合には、励起光の照度が規定照度の範囲内となるような励起光の強度を算出し、その強度の励起光がＬＤ光源４４から射出されるようにＬＤドライバ４５に制御信号を出力する。なお、励起光の照度が規定照度の範囲内となるような励起光の強度が、ＬＤ光源４４から射出可能な励起光の強度の最大値以上である場合には、その最大値の強度の励起光がＬＤ光源４４から射出されるようにＬＤドライバ４５に制御信号を出力する。

上述したように励起光の強度および拡がり角を制御することによって、被観察部に対して必要以上の励起光が照射されて被観察部が損傷を受けないようにするとともに、被観察部から十分な蛍光の強度を得られるように励起光の照度を調整することができる。

また、上記実施形態においては、励起光の拡がり角を、拡がり角「大」と拡がり角「小」との２つの状態に変更するようにしたが、これに限らず、励起光の照度に応じて、拡がり角「大」と拡がり角「小」との間の拡がり角に設定するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、距離情報取得部３８ａによって取得された距離情報と圧電素子１１ｃの変位情報とに基づいて、被観察部に照射される励起光の照度を制御するようにしたが、通常光の照度を制御するようにしてもよい。通常光の照度を制御する場合には、たとえば、規定照度としては、被観察部からの十分な反射光の強度を得られるような照度以上であって、かつ撮像素子２６において検出される信号が飽和して白飛びしないような照度の上限値以下の照度を設定するようにすればよい。

また、上記実施形態においては、通常光源としてキセノンランプを用いるようにしたが、これに限らず、ＧａＮ系半導体レーザを用いた高輝度白色光源(商品名：マイクロホワイト、日亜化学工業（株）製)を用いるようにしてもよい。この高輝度白色光源は、波長４４５ｎｍの半導体レーザから出射する光を，光学レンズを用いて光ファイバに導光し，光ファイバのもう一方の端面側に設けられた蛍光体から，全光束が５０１ｎｍの白色光を放出させるものである。この場合、ＧａＮ系半導体レーザ光源を光源装置２に設けるともに、蛍光体をマルチモード光ファイバ１１ａの出射面側に設けるようにすればよい。

また、上記実施形態においては、励起光の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光画像を撮像するようにしたが、これに限らず、被観察部への特殊光の照射による被観察部の吸光特性に基づく画像を撮像するようにしてもよい。

また、上記実施形態は、本発明の内視鏡用光照射装置を硬性鏡システムに適用したものであるが、これに限らず、たとえば、軟性内視鏡装置などを有するその他の内視鏡システムに適用してもよい。

１ 硬性鏡システム
２ 光源装置
３ 画像処理装置
４ モニタ
１０ 硬性鏡撮像装置
１１ａ マルチモード光ファイバ
１１ｂ 先端部材
１１ｃ 圧電素子
１２ 対物レンズ
１３ レンズ群
１４ 測距部
２０ 撮像ユニット
２４ 高感度撮像素子
２６ 撮像素子
３０ 硬質挿入部
３８ 制御部
３８ａ 距離情報取得部
３８ｂ 照度情報取得部
４０ 通常光源
４４ ＬＤ光源
４５ ＬＤドライバ

Claims (3)

1. 一端面から入射された照射光を伝播して他端面から被観察部に向けて出射するマルチモード光ファイバであって、前記照射光の出射部がテーパー形状で形成されたマルチモード光ファイバと、
   該マルチモード光ファイバの前記出射部のテーパー形状を形成する傾斜面に対向する面を有し、前記マルチモード光ファイバのクラッドの屈折率と同等の屈折率を有する先端部材と、
   該先端部材が前記傾斜面に密着する状態と前記先端部材が前記傾斜面と間隔をあける状態とを切り替え可能なように前記先端部材を前記マルチモード光ファイバの光軸方向に移動させる可動部とを備えたことを特徴とする内視鏡用光照射装置。
2. 前記可動部が、圧電素子であることを特徴とする請求項１記載の内視鏡用光照射装置。
3. 前記出射部と前記被観察部との間の距離情報を取得する距離情報取得部と、
   前記距離情報取得部によって取得された距離情報と前記可動部の前記先端部材の変位情報とに基づいて、前記可動部による前記先端部材の変位または前記照射光の強度を制御する照度制御部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡用光照射装置。

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