JP4732783B2 - 内視鏡用照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、挿入部と該挿入部の基端側に接続された操作部とを有する内視鏡装置に用いられる照明装置に関するものであり、より詳細には挿入部の先端から照明光を射出する照明装置に関するものである。
従来、医療用あるいは工業用の内視鏡装置用の照明手段として、ハロゲンランプあるいはキセノンランプ等の光源と、該光源から射出された照明光を挿入部先端まで伝送するファイバ束からなるライトガイドとからなる照明手段が知られている。しかし、このような照明手段は、大型でありかつ光源の電力として数百ワット程度必要であり、消費電力が大きいという問題がある。このため、LEDあるいはLD等の小型で数ワット程度の電力で駆動可能であり、消費電力が少ない半導体発光素子を用いた照明手段を有する内視鏡装置の開発が進められている。
通常、内視鏡の照明手段としては白色光が必要である。半導体発光素子を用いて白色光を生成するためには、赤色で発光する半導体素子と、緑色で発光する半導体発光素子と、青色で発光する半導体発光素子とを組合わせて使用することが多い。しかしながら、このように3色の半導体発光素子を組合わせて使用する場合、色むらが生じるという問題があった。そのため、特許文献1において、内視鏡の挿入部先端に、所定波長の光を発する半導体発光素子と該半導体発光素子から発せられた光により励起されて白色の蛍光を発する蛍光物質を配置し、蛍光物質から発せられた白色の蛍光を照明光として用いる照明手段が提案されている。
特開平10−216085号公報
しかしながら、半導体発光素子は、発熱体であり、長時間使用すると発光素子周囲の温度の上昇を招くことがある。特に、近年内視鏡の挿入部の細径化が進み、挿入部の熱容量が減少する傾向があり、挿入部内に半導体発光素子を配置した場合には、半導体発光素子の周囲が使用に好ましくない温度まで温度が上昇してしまう虞がある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、挿入部の温度を上昇させることなく、色むらのない照明光を射出可能な内視鏡用照明装置を実現することを目的とするものである。
本発明の内視鏡用照明装置は
端が内視鏡装置の挿入部の先端近傍に位置し、後端が前記挿入部の基端よりも後方に位置する、一本の光ファイバからなるライトガイドと、
該ライトガイドの先端側に配置される蛍光体と、
前記ライトガイドの後端側に配置され、前記蛍光体を励起する励起光を射出する半導体レーザ光源と
該半導体レーザ光源に電力を供給する電源と、
前記半導体レーザ光源から射出された励起光を前記ライトガイドの後端へ集光する集光レンズとを備え、
前記ライトガイドを透過する光の横モードがシングルモードまたはマルチモードであることを特徴とするものである。
前記半導体レーザ光源は、前記挿入部の基端側に接続された操作部内に配置されていてもよい。
さらに、前記励起光の波長は、350nm以上かつ500nm以下であってもよい。
前記照明装置が白色光を射出するものであれば、該白色光は、前記励起光の照射により前記蛍光体から発せられる蛍光であってもよい。あるいは、該白色光は、前記励起光と前記励起光の照射により前記蛍光体から発せられる蛍光とから構成されるものであってもよい。
本発明の内視鏡用照明装置は、挿入部と該挿入部の基端側に接続された操作部とを有する内視鏡装置において、先端が挿入部の先端近傍に位置し、後端が前記挿入部の基端よりも後方に位置するライトガイドと、このライトガイドの先端側に配置される蛍光体と、このライドガイドの後端側に配置され、前記蛍光体を励起する励起光を射出する光源とを有することにより、光源を挿入部内に配置する必要がないので、挿入部の温度を上昇させることなく、色むらのない照明光を射出することができる。
また、CCD等の撮像素子を使用する場合であっても、撮像素子の近傍に上記光源を配置する必要がないため、温度上昇により撮像素子のダークノイズ等が増加し、取得した画像のS/Nが低下することを防止することができる。
光源を操作部内に配置すれば、ケーブルによりライトガイドを引き回す必要がなく、内視鏡装置の小型化が可能になり、また使い勝手も向上する。
また、光源として半導体発光素子を用いれば、内視鏡装置の小型化および低価格化を実現できる。また、半導体発光素子の消費電力は、ハロゲンランプあるいはキセノンランプ等の消費電力よりも少ないため、光源用の電源も小型化することができる。また半導体発光素子は上記ランプに比べ集光性がよいため、ライドガイドの細径化が可能となる。さらに、このような半導体発光素子は内視鏡装置の操作部内に容易に収納できる。
また、光源として半導体レーザを使用すれば、レーザ光はレンズにより微小点に容易に集光可能であるため、半導体レーザとライドガイド間の光結合効率が高くなり、光源として使用する半導体発光素子の個数を低減させる、あるいは消費電力を低減させることができる。また光結合効率が高ければ、結合部においてライトガイドの入射端以外の部位へ照射あるいは散乱されてしまう光が少なくなるため、結合部近傍における発熱を抑制することができる。またライトガイドとして、一本の光ファイバからなるライトガイドを容易に使用可能であり、またこの光ファイバを細径化できる。
励起光の波長が350nm以上かつ500nm以下であれば、蛍光体から効率よく可視領域の蛍光が発せられる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態である内視鏡装置について説明する。図1は本発明の第1に実施形態である内視鏡装置1の概略構成図である。
図1に示すように、内視鏡装置1は、体腔内等へ挿入される挿入部10と、この挿入部10の基端側に接続され、挿入部10の湾曲操作等を操作する操作部11と、該操作部11に接続されたユニバーサルケーブル部12と、該ユニバーサルケーブル部12に着脱自在に接続されたプロセッサ部13とを備えている。なお、プロセッサ部13は、不図示のモニタに接続されている。また、プロセッサ部13は、後述するCCD22および半導体レーザ光源34の駆動等を含む内視境装置全般の制御を行うものである。
挿入部10は、可撓性を有する長尺の軟性部と、該軟性部に接続され、挿入部10の先端部14を所望の方向に向けるためのアングル部とを備えている。
また、内視鏡装置1は、観察手段20および照明手段30を備えている。観察手段20および照明手段30は、上記挿入部10、操作部11、ユニバーサルケーブル部12およびプロセッサ部13内に収容されている、
観察手段20は、挿入部10の先端部14に設けられた対物レンズ21と、該対物レンズによる結像位置に設けられたCCD22と、該CCD22に接続され、挿入部10、操作部11およびユニバーサルケーブル部12を介して、プロセッサ部13まで延びているCCDケーブル23と、該CCDケーブル23に接続され、プロセッサ部13内に設けられている信号処理部24とを備えている。なお、CCD22には不図示のオンチップRGBカラーフィルタが取り付けられている。
照明手段30は、先端が挿入部10の先端部14に位置し、後端がユニバーサルケーブル部12内に位置するライトガイド31と、このライトガイド31の先端側、すなわち挿入部10の先端部14に配置される蛍光体32と、蛍光体32の前面に設けられた照明レンズ33と、ライドガイド31の後端側のユニバーサルケーブル部12内に配置され、蛍光体32を励起するレーザ光を射出する半導体レーザ光源34と、該半導体レーザ光源34から射出されたレーザ光をライドガイド31の入射端へ集光する集光レンズ35と、プロセッサ部13内に設けられ、半導体レーザ光源34へ電力を供給する電源36と、該電源と半導体レーザ光源34とを接続する電源ケーブル37とを備えている。なお、半導体レーザ光源34は、ユニバーサルケーブル部12内の、プロセッサ部13との接続部近傍、例えば接続コネクタ内に設けられている。なお、ライドガイド31は、多数の光ファイバが束ねられているファイバ束から構成されるものであってもよいし、一本の光ファイバから構成されるものであってもよい。ライトガイド31が一本の光ファイバから構成されるものであれば、ライトガイド31の直径を、容易に1mm以下の細径とすることができる。なお、この場合には、光ファイバを透過する光の横モードはシングルモードであっても、マルチモードであってもよい。
半導体レーザ光源34は、GaN系半導体レーザであり、405nm近傍(395nm〜425nm)の波長のレーザ光(励起光)を射出するものである。
蛍光体32は、波長405nmの励起光が照射された場合に赤色の蛍光を発する蛍光物質であるY2O2S:Eu3+と、波長405nmの励起光が照射された場合に緑色の蛍光を発する蛍光物質であるZnS:Cu,Alと、波長405nmの励起光が照射された場合に青色の蛍光を発する蛍光物質である (Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu2+ とが混合されたものであり、励起光の照射により赤色、緑色および青色の蛍光が混合した白色の蛍光を射出するものである。
なお、蛍光体32に用いられる蛍光物質は、上記の蛍光物質に限られるものではなく、白色の蛍光が発せられるように、種々の蛍光物質から適宜選択すればよい。例えば下記の表1に示された蛍光物質から、赤色の蛍光を発する蛍光物質、緑色の蛍光を発する蛍光物質および青色の蛍光を発する蛍光物質を、それぞれ少なくとも1種類選択して混合してもよい。
Figure 0004732783
次に、上記第1の実施の形態の内視鏡装置1における動作について説明する。まず、不図示の手動スイッチにより電源36がオンされ、半導体レーザ光源34から波長405nmのレーザ光が射出される。レーザ光は、集光レンズ35により集光され、ライドガイド31に入射する。ライドガイド31内を伝送したレーザ光は、挿入部10の先端部14に位置するライトガイド31の先端から射出される。蛍光体32はレーザ光の照射により励起され、赤色、緑色および青色の蛍光が混合した白色の蛍光を射出する。この白色光は、照明レンズ33を介して、照明光として観察部位へ照射される。
照明光が照射された観察部の光像は、対物レンズ21により、CCD22の撮像面へ結像される。CCD22は、観察部位の光像を撮像して、画像信号として、CCDケーブル23へ出力する。画像信号はCCDケーブル23を伝送して、信号処理部24へ入力される。信号処理部24では、入力された画像信号へ所定の信号処理を施し、表示用の画像信号を生成して、不図示のモニタへ出力する。観察者は、モニタへ表示された観察部の画像を観察する。
以上の説明で明らかなように、第1の実施の形態である内視鏡装置1は、先端が挿入部10の先端部14に位置し、後端がユニバーサルケーブル部12内に位置するライトガイド31と、このライトガイド31の先端側に配置される蛍光体32と、ライドガイド31の後端側のユニバーサルケーブル部12内に配置され、蛍光体32を励起するレーザ光を射出する半導体レーザ光源34とを有する照明手段30を備えたことにより、光源を挿入部10内に配置する必要がないので、挿入部10の温度を上昇させることなく、色むらのない照明光を射出することができる。
また、蛍光体32を用いて白色光を形成できるため、光源本体は白色光あるいはRGB光を射出する必要がなく、405nmの光を発する半導体レーザ素子を用いるのみでよい。このため光源部の小型化、低価格化が可能であり、また発熱量も抑制することができる。また、半導体レーザ光源34は、消費電力も少ないため、光源用の電源も小型化することができる。さらに、半導体レーザ光源34は、小型であるため、ユニバーサルケーブル部12内に容易に収納できる。
また、レーザ光はレンズにより微小点に容易に集光可能であり、半導体レーザ光源34から射出されたレーザ光の大部分がライトガイド31へ入射する。このため、半導体レーザ光源34の出力が200mW〜400mW程度であれば、ライドガイド31の出射端では、8ルーメン以上の出力が得られる。通常、ライドガイド31の出射端における光量が不十分である場合には、複数の半導体レーザ素子を光源として使用するが、このような場合であっても、半導体レーザ光源とライドガイド間の光結合効率が高ければ、光源として使用する半導体レーザの素子数を低減することができる。また、ひとつの半導体レーザ素子で、十分な光量が得られる場合であれば、消費電力を低減させることができる。
また、上述のように、半導体レーザ光は集光性がよいため、ライトガイド31の入射端において、ライトガイド31の入射端周囲へレーザ光が照射されることがほとんどなく、ライトガイド31の入射端近傍の発熱を抑制することができる。さらに、容易に一本の光ファイバからなるライトガイドを使用でき、ライトガイドの細径化が可能である。
次に、本発明による第2の実施の形態である内視鏡装置について、図2を用いて説明する。本実施の形態による内視鏡装置2は、照明手段の光源を操作部内に配置したものである。なお、図1に示す第1の実施の形態と同様の要素については同番号を付与し、特に必要のない限り説明は省略する。
照明手段40は、先端が挿入部10の先端部14に位置し、後端が操作部11内に位置するライトガイド41と、このライトガイド41の先端側、すなわち挿入部10の先端部14に配置される蛍光体32と、蛍光体32の前面に設けられた照明レンズ33と、ライドガイド31の後端側の操作部11内に配置され、蛍光体32を励起するレーザ光を射出する半導体レーザ光源42と、該半導体レーザ光源42から射出されたレーザ光をライドガイド41の入射端へ集光する集光レンズ43と、プロセッサ部13内に設けられ、半導体レーザ光源42へ電力を供給する電源36と、該電源と半導体レーザ光源34とを接続する電源ケーブル44とを備えている。
なお、半導体レーザ光源42は、GaN系半導体レーザであり、405nm近傍(395nm〜425nm)の波長のレーザ光(励起光)を射出するものである。
第1の実施の形態と同様に、まず、不図示の手動スイッチにより電源36がオンされ、半導体レーザ光源42から波長405nmのレーザ光が射出される。レーザ光は、集光レンズ43により集光され、ライドガイド41に入射する。ライドガイド41内を伝送したレーザ光は、挿入部10の先端部14に位置するライトガイド41の先端から射出される。蛍光体32はレーザ光の照射により励起され、赤色、緑色および青色の蛍光が混合した白色の蛍光を射出する。この白色光は、照明レンズ33を介して、照明光として観察部位へ照射される。
本実施の形態では、第1の実施の形態における効果に加え、半導体レーザ光源42を操作部11内に配置することにより、ユニバーサルケーブル12内にはライトガイドを配置していないので、ユニバーサルケーブル12を細径化することができる。またユニバーサルケーブル12の取り扱いが容易化される。
次に、本発明による第3の実施の形態である内視鏡装置について、図3を用いて説明する。本実施の形態による内視鏡装置3は、ユニバーサルケーブルを必要としない、いわゆる携帯内視鏡として構成されているものである。なお、図1に示す第1の実施の形態と同様の要素については同番号を付与し、特に必要のない限り説明は省略する。
図3に示すように、内視鏡装置3は、体腔内等へ挿入される挿入部10と、この挿入部10の基端側に接続された操作部11と、該操作部11に接続された延出部15と、内視鏡本体とは離れた場所に置かれているプロセッサ部17とを備えている。なお、延出部15内には、簡易プロセッサ部16が設けられている。
また、内視鏡装置1は、観察手段50および照明手段60を備えている。観察手段50および照明手段60は、上記挿入部10、操作部11および延出部15内に収容されている。
観察手段50は、挿入部10の先端部14に設けられた対物レンズ21と、該対物レンズによる結像位置に設けられたCCD22と、該CCD22に接続され、挿入部10、操作部11および延出部15まで延びているCCDケーブル51と、該CCDケーブル51に接続され、延出部15の簡易プロセッサ部16内に儲けられている信号送信部52と、内視鏡本体から離れた場所に置かれているプロセッサ部17内に設けられている信号受信・処理部53とを備えている。なお、プロセッサ部17には不図示のモニタが接続されている。
照明手段60は、先端が挿入部10の先端部14に位置し、後端が操作部11内に位置するライトガイド41と、このライトガイド41の先端側、すなわち挿入部10の先端部14に配置される蛍光体32と、蛍光体32の前面に設けられた照明レンズ33と、ライドガイド31の後端側の操作部11内に配置された半導体レーザ光源42と、集光レンズ43と、延出部15の簡易プロセッサ部16内に設けられ、半導体レーザ光源42へ電力を供給する電源61と、該電源と半導体レーザ光源42とを接続する電源ケーブル62と、を備えている。なお、簡易プロセッサ部16は、CCD22および半導体レーザ光源42の駆動等を含む、内視境装置全般の制御も行うものである。
次に、上記第3の実施の形態の内視鏡装置3における動作について説明する。まず、不図示の手動スイッチにより電源61がオンされ、半導体レーザ光源42から波長405nmのレーザ光が射出される。レーザ光は、集光レンズ35により集光され、ライドガイド41に入射する。ライドガイド41内を伝送したレーザ光は、挿入部10の先端部14に位置するライトガイド41の先端から射出される。蛍光体32はレーザ光の照射により励起され、赤色、緑色および青色の蛍光が混合した白色の蛍光を射出する。この白色光は、照明レンズ33を介して、照明光として観察部位へ照射される。
照明光が照射された観察部の光像は、対物レンズ21により、CCD22の撮像面へ結像される。CCD22は、観察部位の光像を撮像して、画像信号として、CCDケーブル51へ出力する。画像信号はCCDケーブル51を伝送して、延出部15の簡易プロセッサ部16内に設けられている信号送信部52へ入力される。信号送信部52では、入力された画像信号を無線送信する。プロセッサ部17内に設けられている信号受信・処理部53では、受信した画像信号へ所定の信号処理を施し、表示用の画像信号を生成して、不図示のモニタへ出力する。観察者は、モニタへ表示された観察部の画像を観察する。
本実施の形態では、第1の実施の形態における効果に加え、半導体レーザ光源42を操作部11内に配置し、さらに延出部15内に電源61を配置することにより、ユニバーサルケーブルを不要とすることができ、内視鏡本体を小型化することができる。また、CCD22により取得した画像信号を無線により送信することにより、携帯内視鏡を実現している。なお、電源61は、簡易プロセッサ部16から取り外し可能な、使い捨て電池あるいは充電電池であることが好ましい。また、簡易プロセッサ部16は、操作部11内に設けられてもよい。この場合には、延出部15をアッタッチメントとして、内部に他の機器、例えば送気用のエアタンクあるいは送液用の液体タンク等を配置することができ、内視境装置の利便性が向上する。
次に、本発明による第4の実施の形態である内視鏡装置について、図4を用いて説明する。本実施の形態による内視鏡装置4は、撮像素子を用いずにイメージファイバを用いて、肉眼で観察部を観察する内視境装置である。なお、図1に示す第1の実施の形態と同様の要素については同番号を付与し、特に必要のない限り説明は省略する。
図4に示すように、内視鏡装置4は、体腔内等へ挿入される挿入部10と、この挿入部10の基端側に接続された操作部11と、該操作部11に接続された延出部15と、操作部11の挿入部10が接続された側とは逆側に接続された接眼部18とを備えている。
また、内視鏡装置4は、観察手段70および照明手段60を備えている。観察手段70は、上記挿入部10、操作部11および接眼部18内に収容されている。また照明手段60は、上記挿入部10、操作部11および延出部15内に収容されている。
観察手段70は、挿入部10の先端部14に設けられた対物レンズ21と、該対物レンズの後方に配置されたレンズ71と、挿入部10、操作部11および接眼部18まで延びているイメージファイバ72と接眼部18内に配置される接眼レンズ73および74とを備えている。
照明光が照射された観察部の光像は、対物レンズ21およびレンズ71により、イメージファイバ72の端面へ結像される。イメージファイバ72は、多数の光ファイバの束から構成され、光像を、接眼部18内に置かれたイメージファイバ72の反対側の端面まで伝送する。観察者は、接眼レンズ73および74を介して、観察部の光像を観察する。
本実施の形態では、CCDおよびCCDから出力された画像信号を処理する信号処理部が不要になり、小型な携帯内視境を実現できる。また、モニタが不要となり、内視境装置の利便性が向上する。
なお、各実施の形態では、照明手段として、405nm近傍の波長のレーザ光を射出する半導体レーザ光源と、該405nmの光が照射されることにより赤色、緑色および青色の3色からなる白色光を射出する蛍光体32を備える照明手段を用いたがこれに限定されるものではない。例えば図1に示すように、445nm近傍の波長のレーザ光を射出するGaN系の半導体レーザ光源81と、該445nm近傍の波長のレーザ光が照射されると、該レーザ光を散乱および透過し、かつ約445nmの青色光が照射されることにより赤色光、緑色光の2色の蛍光を発する蛍光体82を有する照明手段80を用いてもよい。半導体レーザ光源81から射出される青色光と、蛍光体82から射出される赤色光および緑色光が混合され、白色の照明光を得ることができる。なお、蛍光体として、青色光が照射されることにより緑色光を発する蛍光体を用い、光源として青色光を射出する半導体レーザ素子および赤色光を射出する半導体レーザ素子を備えた光源を用いてもよい。この場合には、赤色光を単独で照明光として使用することもできる。あるいは緑色光が照射されることにより赤色光を発する蛍光体を用い、光源として青色光を射出する半導体レーザ素子および緑色光を射出する半導体レーザ素子を備えた光源を用いてもよい。
さらに、各実施の形態では光源として、半導体レーザ素子を用いた光源を用いたが、これに限定されるものではなく、例えばレーザダイオードを用いた光源であってもよい。また、照明手段は、複数設けられていてもよく、その場合には、同じ照明手段を2系統設けてもよいし、光源部はひとつとし、ガイドラインを分枝し、分枝された各ガイドラインの先端にそれぞれ蛍光体を設けてもよい。
本発明の第1の実施の形態である内視鏡装置の概略構成図 本発明の第2の実施の形態である内視鏡装置の概略構成図 本発明の第3の実施の形態である内視鏡装置の概略構成図 本発明の第4の実施の形態である内視鏡装置の概略構成図
符号の説明
1,2,3,4 内視鏡装置
10 挿入部
11 操作部
12 ユニバーサルケーブル
13,17 プロセッサ
14 先端部
15 延出部
16 簡易プロセッサ
18 接眼部
20,50,70 観察手段
22 CCD
23,51 CCDケーブル
24 信号処理部
30,40,60,80 照明手段
31,41 ライトガイド
32,82 蛍光体
34,42,81 半導体レーザ光源
36,61 電源
52 信号送信部
53 信号受信・処理部

Claims (5)

  1. 端が内視鏡装置の挿入部の先端近傍に位置し、後端が前記挿入部の基端よりも後方に位置する、一本の光ファイバからなるライトガイドと、
    該ライトガイドの先端側に配置される蛍光体と、
    前記ライトガイドの後端側に配置され、前記蛍光体を励起する励起光を射出する半導体レーザ光源と
    該半導体レーザ光源に電力を供給する電源と、
    前記半導体レーザ光源から射出された励起光を前記ライトガイドの後端へ集光する集光レンズとを備え、
    前記ライトガイドを透過する光の横モードがシングルモードまたはマルチモードであることを特徴とする内視鏡用照明装置。
  2. 前記半導体レーザ光源が前記挿入部の基端側に接続された操作部内に配置されていることを特徴とする請求項1記載の内視鏡用照明装置。
  3. 前記励起光の波長が350nm以上かつ500nm以下であることを特徴とする請求項1または2記載の内視鏡用照明装置。
  4. 前記内視鏡用照明装置が白色光を射出するものであり、該白色光が、前記励起光の照射により前記蛍光体から発せられる蛍光であることを特徴とする請求項1からいずれか1項記載の内視鏡用照明装置。
  5. 前記内視鏡用照明装置が白色光を射出するものであり、該白色光が、前記励起光と前記励起光の照射により前記蛍光体から発せられる蛍光とから構成されるものであることを特徴とする請求項1からいずれか1項記載の内視鏡用照明装置。
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