JP4476060B2

JP4476060B2 - 光源装置

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Publication number: JP4476060B2
Application number: JP2004214317A
Authority: JP
Inventors: 稔村山
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2024-07-22
Also published as: JP2006034330A

Description

本発明は、２つの光源から発せられる光を、照明光学系に入射させるための光源装置であって、例えば内視鏡の光源装置に関する。

従来、生体内の自家蛍光を利用することにより、生体内に生じた異常を検出する自家蛍光観察内視鏡システムが知られている。このシステムでは、励起光が生体内組織に照射されると、生体内組織において自家蛍光が励起され、その自家蛍光の違いにより生体内組織の異常が発見される。

この内視鏡システムにおいて、生体内の自家蛍光と通常の反射光画像を同時に観察しようとする場合、あるいは自家蛍光画像と通常の反射光画像の２つの画像を用いて演算処理する場合には、励起光と通常の光（可視光）を照射する。したがって、このシステムの光源装置は、白色光を発する白色光源と、自家蛍光を励起するための励起光を発する励起光光源を備え、これら２つの光源によって発せられた白色光と、励起光は同一のライトガイドを介して繰り返し交互に生体内に照射される。

したがって従来、特許文献１、および特許文献２に記載されるように、２つの光源から発した光の光路を一致させることにより、光を同一のライトガイドに入射させることが知られている。これら特許文献においては、白色光の光路と、励起光の光路が交差する位置にダイクロイックミラーまたはプリズムが配置され、このダイクロイックミラー等で励起光が反射させられるとともに白色光が透過させられることにより、２つの光の光路が一致させられている。
特開２００３−６１９０９号公報特開２００２−６５６０２号公報

特許文献１および２に記載のダイクロイックミラー等は、波長に応じて光を反射・透過させるので、例えば特定の波長以上の光（白色光）を透過させるとともに、特定の波長以下の光を反射させることにより、２つの光の光路を一致させている。

しかし、例えば励起光が可視光を含む光である場合、励起光の全てをダイクロイックミラーで反射させようとすると、白色光に含まれる励起光近傍の波長の可視光は、ダイクロイックミラーで反射させられ、被写体に照射させられないので、白色光を照射したときにおける観察画像の色再現性は悪化する。

そこで本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、２つの光源から発せられる光を、適正に観察画像に照射することができる光源装置を提供することを目的とする。

本発明に係る第１の光源装置は、自家蛍光を励起させる励起光および可視光のうちの一方の第１の光を出射する第１の光源と、自家蛍光を励起させる励起光および可視光のうちの他方の第２の光を出射する第２の光源と、第１および第２の光が入射されるように、第１および第２の光の光路が交差する位置に設けられ、第１の光を、分光分布が等しい第１の透過光と第１の反射光とに分離して出射するとともに、第２の光を、第１の透過光と光路が一致する第２の反射光と、第１の反射光と光路が一致する第２の透過光と、に分光分布が等しく分離して出射するビームスプリッタと、ビームスプリッタから出射される光が入射される照明光学系と備えることを特徴とする。

照明光学系は、第１の透過光および第２の反射光が入射される第１の集光レンズ群と、第２の透過光および第１の反射光が入射される、第１の集光レンズ群とは異なる光軸を有する第２の集光レンズ群とを有することが好ましい。この場合、第１および第２の集光レンズ群は、それぞれ単一のレンズによって構成されても良く、２以上のレンズで構成されても良い。

また、第１の透過光および第２の反射光と、第１の反射光および第２の透過光は、同一の光軸を有する同一の集光レンズ群に入射されても良い。この場合、集光レンズ群は、それぞれ単一のレンズによって構成されても良く、２以上のレンズで構成されても良い。

好ましくは、ビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタおよびハーフミラーのいずれかであり、第１および第２の光は、第１または第２の光源とビームスプリッタとの間に配置される回転ホイールや、光源の電流制御などの方法により交互にビームスプリッタに入射される。

ビームスプリッタは偏光ビームスプリッタである場合、第１の光のうち、一方向に偏光する光を透過させ第１の透過光として出射させ、一方向に対して垂直方向に偏光する光を反射させ第１の反射光として出射させるとともに、第２の光のうち、一方向に偏光する光を透過させ第２の透過光として出射させ、垂直方向に偏光する光を反射させ第２の反射光として出射させる。このとき、第１の光は、均等偏光であることが好ましい。また、第２の光も、均等偏光であることが好ましい。なお、均等偏光の光とは、偏光ビームスプリッタの分割面の入射面に対して平行方向および垂直方向の偏光成分がほぼ均等であることを特徴とする光を言い、例えばｐ／ｓ偏光の光をいう。したがって本明細書においては、自然光、ランダム偏光、円偏光、楕円偏光（ただし適正な軸を有する光）等の光は均等偏光の光に含まれるものとする。ここで、分割面の入射面とは、光線と分割面の法線とが作る平面をいう。

本発明に係る第２の光源装置は第１の入射光を分光分布が等しい第１の反射光および第１の透過光に分離して出射可能であるとともに、第１の入射光と交差するように入射される第２の入射光を、第１の透過光と光路が一致する第２の反射光と、第１の反射光と光路が一致する第２の透過光に分光分布が等しく分離して出射可能であるビームスプリッタと、自家蛍光を励起させる励起光および可視光のうちの一方の第１の光を、第１の入射光としてビームスプリッタに入射させる第１の光源と、自家蛍光を励起させる励起光および可視光のうちの他方の第２の光を、第２の入射光としてビームスプリッタに入射させる第２の光源と、第１の透過光の光路上に配設される照明光学系とを備え、ビームスプリッタは、第１の光のうち少なくとも一部の光を透過させ、第１の透過光として出射させるとともに、第２の光のうち少なくとも一部の光を反射させ、第２の反射光として出射させることを特徴とする。

本発明に係る第３の光源装置は、自家蛍光を励起させる励起光および可視光のうちの一方の第１の光を出射する第１の光源と、自家蛍光を励起させる励起光および可視光のうちの他方の第２の光を出射する第２の光源と、第１および第２の光が入射されるように、第１および第２の光の光路が交差する位置に配置され、第１の光のうち、一方向に偏光する光を透過させ透過光として出射させるとともに、第２の光のうち、この一方向に対して垂直方向に偏光する光を反射させ、透過光と光路が一致する反射光として出射させる偏光ビームスプリッタと、反射光および透過光が入射される照明光学系とを備える。

第３の光源装置において、第１の光は、一方向に偏光する光であることが好ましく、第２の光は、垂直方向に偏光する光であることが好ましい。また、第１および第２の光は、交互にビームスプリッタに入射されることが好ましい。

本発明によれば、異なる光源から出射された可視光および励起光を、特定の波長域を損なうことなく同一の光路を通過させて、照明光学系に入射させることができる。

以下本発明に係る第１の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る内視鏡システムを模式的に示した図である。本実施形態における内視鏡システムは、電子内視鏡１０と、プロセッサ（光源装置）２０と、ＴＶモニタ２２を備える。電子内視鏡１０は、体腔内に挿入するための挿入部１１と、使用者が把持し電子内視鏡１０を操作するための操作部１２と、プロセッサ２０に接続されるための接続部１３とを有する。

電子内視鏡１０には、光ファイバ束から成る第１および第２のライトガイド１５、１６が互いに沿うように設けられる。第１および第２のライトガイド１５、１６は、それぞれ接続部１３から操作部１２を通って挿入部１１の先端部１１ａまで挿通する。接続部１３はプロセッサ２０に接続され、これにより第１および第２のライトガイド１５、１６それぞれの端部は、プロセッサ２０内に配設される。プロセッサ２０内には、第１および第２の光源３１、３２（図２参照）が設けられ、第１および第２の光源３１、３２から出射される光は、ライトガイド１５、１６にその端部から入射される。入射された光は、ライトガイド１５、１６の他方の端部から、それぞれ第１および第２の配光レンズ１７、１８を介して、例えば体腔内の観察対象物に出射される。

ライトガイド１５、１６に入射される照明光は、白色光（可視光）および励起光であって、白色光と励起光は１フィールド毎に交互に観察対象物に照射される。ここで、観察対象物に白色光が照射されると、観察対象物で白色光が反射し、その反射光が撮像素子（図示せず）に入射される。撮像素子では、その入射された反射光に対応した画像が形成され、画像に対応する画像信号がプロセッサ２０に入力される。画像信号は、プロセッサ２０において所定の画像処理が施された後、ＴＶモニタ２２に通常観察画像として出力される。

一方、観察対象物に励起光が照射されると、観察対象物では自家蛍光が励起され、その自家蛍光が撮像素子に入射される。撮像素子では、その入射された自家蛍光に対応した画像が形成され、その画像に対応する画像信号がプロセッサ２０に入力される。画像信号は、プロセッサ２０において所定の画像処理が施された後、ＴＶモニタ２２に自家蛍光観察画像として出力される。

図２は、本実施形態のプロセッサ２０の内部を模式的に示す構成図である。プロサッサ２０は、ランプ３４とリフレクタ３５を有する第１の光源３１と、レーザー光源３９とこの光源に接続される光ファイバ３６と平凸レンズ３７を有する第２の光源３２とを備える。第１の光源３１は、ランプ３４から発した白色光を、リフレクタ３５で反射させることにより、平行光（白色光）Ｌ１を出射する。第２の光源３２は、光ファイバ３６から発した励起光（拡散光）を平凸レンズ３７で屈折させることにより、平行光（励起光）Ｌ２を出射する。白色光Ｌ１は、図２中左側から右側に向けて出射され、励起光Ｌ２は、図２中上側から下側に向けて出射され、これにより白色光Ｌ１および励起光Ｌ２の光路は直交する。

白色光Ｌ１および励起光Ｌ２の光路が交差する位置には、偏光ビームスプリッタ４０が設けられる。偏光ビームスプリッタ４０は、第１および第２の直角プリズム４１、４２の斜面同士を張り合わせたビームスプリッタである。すなわち、偏光ビームスプリッタ４０は図２に示すように立方体に形成され、図中左面Ｒ１および下面Ｒ２は、第１の直角プリズム４１の斜面に対向する辺を挟む２面であるとともに、図中上面Ｒ３および右面Ｒ４は、第２の直角プリズム４２の斜面に対向する辺を挟む２面である。

第１および第２の直角プリズム４１、４２の張り合わされた斜面（すなわち分割面）には多層膜４３のコーティングが施されている。多層膜４３は、ｓ偏光する光を反射させるとともに、ｐ偏光する光を透過させる。したがって、偏光ビームスプリッタ４０は、入射光のうちｓ偏光する光を、その入射光と直交する方向に反射させ反射光として出射するとともに、入射光のうちｐ偏光する光を透過させて、透過光として出射する。

白色光Ｌ１は均等偏光の偏光されていない光（ｐ／ｓ偏光）であって、偏光ビームスプリッタ４０に、左面Ｒ１から入射される。ここで白色光Ｌ１のｐ偏光の光は、多層膜４３を透過し、透過光として右面Ｒ４から出射されるとともに、白色光Ｌ１のｓ偏光の光は、多層膜４３で反射され、反射光として下面Ｒ２から出射される。すなわち、白色光Ｌ１は、ｐ偏光の透過光と、ｓ偏光の反射光に約１／２ずつ分離して右面Ｒ４および下面Ｒ２からそれぞれ出射される。

励起光Ｌ２は均等偏光の偏光されていない光（ｐ／ｓ偏光）であって、偏光ビームスプリッタ４０に上面Ｒ３から入射される。したがって、励起光Ｌ２のｐ偏光の光は、多層膜４３を透過し、透過光として下面Ｒ２から出射されるとともに、励起光Ｌ２のｓ偏光の光は、多層膜４３で反射され、反射光として右面Ｒ４から出射される。すなわち、励起光Ｌ２は、ｐ偏光の透過光と、ｓ偏光の反射光に約１／２ずつ分離して下面Ｒ２および右面Ｒ４からそれぞれ出射される。

ここで、偏光ビームスプリッタ４０に入射される白色光Ｌ１および励起光Ｌ２は、それぞれ左面Ｒ１および上面Ｒ２に対して垂直に入射されるので、下面Ｒ２、右面Ｒ４から出射される光は、下面Ｒ２および右面Ｒ４に対してそれぞれ垂直となる。したがって、右面Ｒ４から出射される励起光Ｌ２の反射光（ｓ偏光）と、白色光Ｌ１の透過光（ｐ偏光）の光路は一致する。また、同様に下面Ｒ２から出射する白色光Ｌ１の反射光（ｓ偏光）と、励起光Ｌ２の透過光（ｐ偏光）の光路も一致する。

白色光Ｌ１の透過光の光路上には、第１の集光レンズ５１が設けられ、白色光Ｌ１の透過光（ｐ偏光）および励起光Ｌ２の反射光（ｓ偏光）は集光レンズ５１に入射される。励起光Ｌ２の透過光（ｐ偏光）の光路上には、その透過光が４５°の角度で入射される反射ミラー４５が設けられる。反射ミラー４５は、励起Ｌ２の透過光（ｐ偏光）および白色光Ｌ１の反射光（ｓ偏光）を、白色光Ｌ１の透過光と同じ方向に進むように全反射させる。その全反射させられた光は、その光路上に位置し、第１の集光レンズ５１に並設される第２の集光レンズ５２に入射される。第１および第２の集光レンズ５１、５２に入射された光は、レンズ５１、５２で集光され、第１および第２のライトガイド１５、１６にそれぞれ入射される。

したがって、第１の光源３１から白色光が出射されるとき、その白色光は偏光ビームスプリッタ４０で分割され、分割されたｐ偏光の白色光とｓ偏光の白色光は、それぞれ第１および第２のライトガイド１５、１６に入射される。ｐ偏光の白色光とｓ偏光の白色光は、その光量が略同一であるので、第１のライトガイド１５および第２のライトガイド１６はそれぞれ生体内に向けて略同一の光量の白色光を出射する。第２の光源３２から励起光が出射されているときも、同様に第１のライトガイド１５および第２のライトガイド１６は生体内に向けて略同一の光量の励起光を出射する。

ここで、白色光と、励起光は同一の光路を通って、第１および第２のライトガイド１５、１６に入射される。したがって、第１および第２のライトガイド１５、１６から出射される白色光の配光特性は、励起光の配光特性と同一になる。これにより、本実施形態においては、配光特性が同一の光によって通常観察画像と自家蛍光観察画像が得られ、これら画像の対比が正確になる。また、偏光ビームスプリッタ４０は、光を波長依存性なく分離することができるので、観察画像の色再現性等が悪くなることはない。

なお、本実施形態においては、第１および第２の光源３１、３２と偏光ビームスプリッタ４０との間に回転ホイール（図示せず）が設けられ、この回転ホイールの制御により、励起光と白色光は交互に偏光ビームスプリッタ４０に入射される。ただし、白色光および励起光のうち少なくともいずれか一方の光は、回転ホイールの制御の代わりに、光源の電流制御により偏光ビームスプリッタ４０に入射されても良い。

また回転ホイールを設ける代わりに、ビームスプリッタから出射した励起光および白色光の光路上に偏光板を設け、この偏光板の制御により、集光レンズ５１、５２に交互に白色光と励起光を入射させてもよい。

本発明の第２の実施形態について、図３を用いて説明する。本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、白色光および励起光は、偏光ビームスプリッタ４０で分割されて、白色光の透過光および励起光の反射光はともに、右面Ｒ４から出射され、これらの光路は一致する。また、白色光の反射光および励起光の透過光はともに、下面Ｒ２から出射され、これらの光路も一致する。さらに、第１の実施形態と同様に、白色光の反射光および励起光の透過光は、反射ミラー４５で反射され、これら光路は、白色光Ｌ１の透過光の光路に平行になる。

本実施形態においては、光路が平行にさせられたこれらの光は、全て同一の集光レンズ６５に入射される。すなわち、第１の実施形態においては、白色光の透過光と、励起光の透過光の光路は、それぞれ第１および第２の集光レンズを通ったが、本実施形態においては、白色光Ｌ１の透過光の光路と、励起光Ｌ２の透過光の光路は、全て１つの集光レンズ６５を通る。これにより、本実施形態においては、白色光Ｌ１の透過光と反射光、および励起光Ｌ２の透過光と反射光は、すべて同一の集光レンズ６５に入射された後、同一のライトガイド６６に入射される。

なお、白色光Ｌ１の透過光の光路と、励起光Ｌ２の透過光の光路は、それぞれ集光レンズ６５の中心を通らずに、これら光路の中心は、集光レンズ６５の中心を挟むように、集光レンズ６５の中心から等距離に位置する。

以上のように本実施形態においても、分割された白色光はおよび励起光は、同一の光路で集光レンズ６５に入射されるので、ライトガイド６６から出射される白色光の配光特性は、励起光の配光特性と同一になる。また、白色光の透過光と反射光は、それぞれの光路の中心が、集光レンズ６５の中心から等距離に位置するので、白色光は配光バランス良く生体内に照射される。さらに、励起光の透過光と反射光も同様に配光バランス良く生体内に照射される。

本発明に係る第３の実施形態について、図４を用いて説明する。第１および第２の実施形態においては、白色光および励起光それぞれの透過光および反射光がライトガイドに入射されていたが、本実施形態においては、白色光の透過光、および励起光の反射光のみライトガイドに入射される。以下第３の実施形態について詳細に説明する。

第３の実施形態において、第１の光源３１は、ランプ３４とリフレクタ３５を有し、第１の実施形態と同様に、偏光されていない平行光（白色光）Ｌ１を出射する。一方、第２の光源３２は、半導体レーザー７２と平凸レンズ７３とを有し、半導体レーザー７２がｓ偏光の励起光を発するので、第２の光源３２からは、ｓ偏光の平行光（励起光）Ｌ２が出射される。

第１の光源３１から発せられた白色光Ｌ１は、ｐ偏光する透過光と、ｓ偏光する反射光に約１／２ずつに分離して、それぞれ右面Ｒ４および下面Ｒ２から出射される。一方第２の光源３２から出射された励起光Ｌ２は、ｓ偏光であるので、偏光ビームスプリッタ４０で反射され、右面Ｒ４から出射される。右面Ｒ４から出射される励起光Ｌ２の反射光は、その光路が、右面Ｒ４から出射された白色光Ｌ２の透過光の光路と一致する。

白色光の透過光の光路上には、集光レンズ８１が配設される。したがって、偏光ビームスプリッタ４０から出射された励起光Ｌ２の反射光および白色光Ｌ２の透過光は、集光レンズ８１に入射され、集光レンズ８１で集光された後、ライトガイド８５の端部に入射される。

以上のように、本実施形態においても、白色光と、励起光が同一の光路を通って、ライトガイド８５に入射されるので、ライトガイド８５から出射される白色光と励起光の配光特性は同一になる。これにより、本実施形態においては、配光特性が同一の光によって通常観察画像と自家蛍光観察画像が得られ、これら画像の対比が正確になる。

なお、第３の実施形態においては、第１の光源３１から出射された白色光のうち、ｓ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ４０で反射され、下面Ｒ２から反射光として出射されるので、本実施形態では照明光としては使用されない。

また、第３の実施形態においては、第２の光源３２から出射するのは、偏光された励起光であったが、無偏光の光であっても良い。ただし、励起光を有効に利用するためには、偏光された光であるほうが好ましい。

さらに、第２の光源３２から出射される励起光はｐ偏光の光でも良い。この場合、励起光は第２のビームスプリッタ４０で透過され、その透過光の光路は白色光の反射光の光路に一致する。したがって、この場合その光路上に集光レンズを設けることにより、光をライトガイドに入射させることができる。さらに、第３の実施形態においては、第１の光源３１から出射される白色光についても偏光していても良く、励起光がｓ偏光である場合は、白色光はｐ偏光であり、励起光がｐ偏光である場合には、白色光はｓ偏光となる。

なお、本発明に係る第１ないし第２の実施形態においては、偏光ビームスプリッタ４１は、分光分布が等しく光を分離するものであれば、他のビームスプリッタでも良く、例えばハーフミラー等でも良い。なお、この場合ハーフミラーは、多層膜４３が配置された位置に配設される。

さらに、本発明に係る第１ないし第３の実施形態においては、偏光ビームスプリッタ４０は、光を直角方向に互いに偏光する２つの光に分離できるものであれば良く、ｐ偏光の光を反射させてｓ偏光の光を透過させるビームスプリッタでも良い。

電子内視鏡システムを示した模式図である。第１の実施形態の照明装置を模式的に示した構成図である。第２の実施形態の照明装置を模式的に示した構成図である。第３の実施形態の照明装置を模式的に示した構成図である。

符号の説明

１０電子内視鏡
１５第１のライトガイド
１６第２のライトガイド
２０光源装置（プロセッサ）
３１第１の光源
３２第２の光源
４０偏光ビームスプリッタ
５１第１の集光レンズ
５２第２の集光レンズ
６５、８１集光レンズ
６６、８５ライトガイド
Ｌ１白色光（可視光）
Ｌ２励起光

Claims

自家蛍光を励起させる励起光および可視光のうちの一方の第１の光を出射する第１の光源と、
自家蛍光を励起させる励起光および可視光のうちの他方の第２の光を出射する第２の光源と、
前記第１および第２の光が入射されるように、前記第１および第２の光の光路が交差する位置に設けられ、前記第１の光を、分光分布が等しい第１の透過光と第１の反射光とに分離して出射するとともに、前記第２の光を、前記第１の透過光と光路が一致する第２の反射光と、前記第１の反射光と光路が一致する第２の透過光と、に分光分布が等しく分離して出射するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタから出射される光が入射される照明光学系とを備え、
前記ビームスプリッタは、前記第１の光のうち、一方向に偏光する光を透過させ前記第１の透過光として出射させ、前記一方向に対して垂直方向に偏光する光を反射させ前記第１の反射光として出射させるとともに、前記第２の光のうち、前記一方向に偏光する光を透過させ前記第２の透過光として出射させ、前記垂直方向に偏光する光を反射させ前記第２の反射光として出射させる偏光ビームスプリッタ、およびハーフミラーのいずれかであることを特徴とする光源装置。
前記照明光学系は、前記第１の透過光および前記第２の反射光が入射される第１の集光レンズ群と、前記第２の透過光および前記第１の反射光が入射される、前記第１の集光レンズ群とは異なる光軸を有する第２の集光レンズ群とを有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記第１の透過光および第２の反射光と、前記第１の反射光および第２の透過光は、同一の光軸を有する同一の集光レンズ群に入射されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記第１および第２の光は、交互に前記ビームスプリッタに入射されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光源装置。
前記第１の光は、均等偏光であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光源装置。
前記第２の光は、均等偏光であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光源装置。
自家蛍光を励起させる励起光および可視光のうちの一方の第１の光を出射する第１の光源と、
自家蛍光を励起させる励起光および可視光のうちの他方の第２の光を出射する第２の光源と、
前記第１および第２の光が入射されるように、前記第１および第２の光の光路が交差する位置に配置され、前記第１の光のうち、一方向に偏光する光を透過させ透過光として出射させるとともに、前記第２の光のうち、前記一方向に対して垂直方向に偏光する光を反射させ、前記透過光と光路が一致する反射光として出射させる偏光ビームスプリッタと、
前記反射光および透過光が入射される照明光学系と
を備えることを特徴とする光源装置。
前記第１の光は、前記一方向に偏光する光であることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
前記第２の光は、前記一方向に対して垂直方向に偏光する光であることを特徴とする請求項７ないし８のいずれかに記載の光源装置。
前記第１および第２の光は、交互に前記ビームスプリッタに入射されることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の光源装置。