JP4750192B2 - パターン投影装置および内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、パターン投影装置および内視鏡装置に関するものである。

近年、医療分野や工業分野などの様々な分野において、種々の内視鏡装置が利用されている（例えば、特許文献１参照。）。これら内視鏡装置の中には、内視鏡の各種操作を行う内視鏡操作部と、この内視鏡操作部に連結されて管状に延びる内視鏡挿入部と、連結ケーブルを介して内視鏡操作部に連結される本体部とを備えたものが知られている。さらに、内視鏡挿入部には、ＣＣＤなどの撮像素子が設けられるとともに、本体部には、キセノンランプなどの光源ランプが設けられており、このキセノンランプからの光が、ＬＧバンドルなどによって案内されて、内視鏡挿入部の先端部から被検対象に照明光として照射されるようになっている。そして、被検対象からの反射光が撮像素子によって電気信号に変換されて、この電気信号に所定の処理がなされることにより被検対象の映像がモニタ等に映し出されるようになっている。

特開２００５−０１３３５９号公報

しかしながら、上記のような内視鏡装置では、撮像素子による観察領域が全体として矩形形状となるのに対して、光源ランプからの光が被検対象に到達する到達領域、すなわち照明領域は全体として円形形状となるため、照明光の多くが観察領域から外れてしまうという問題がある。そのため、被検対象を有効に照らすことができず、照明効率が低下してしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、観察領域内に十分な光量の測定パターンを投影することができ、正確な観察が可能なパターン投影装置および内視鏡装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明のパターン投影装置は、蛍光体と、該蛍光体にレーザー光を照射するためのレーザー光源と、前記レーザー光を励起光として前記蛍光体が発する光を被検対象に結像する光学系を有し、前記蛍光体の形状が前記光学系によって前記被検対象に投影され、前記蛍光体が前記光学系の光軸上に所定の間隔を空けて複数設けられ、前記複数の蛍光体は、互いに形状が異なるか、互いに異なる色の光を発することを特徴とする。

また、前記複数の蛍光体の焦点位置は、前記光学系の光軸上に位置するとともに互いに異なってもよい。

また、透明部材で円板状に形成された複数の光受け基板を有し、前記蛍光体は前記光受け基板にそれぞれ形成されていてもよい。

また、透明部材で四角錐形状に形成され、矩形形状の底面が前記光学系に対向するように設置された複数の光受け部材を有し、前記蛍光体は前記光受け部材の底面にそれぞれ形成されていてもよい。
また、前記レーザー光を案内するライトガイドと、前記ライトガイドにより案内された前記レーザー光を拡散させて前記複数の蛍光体に照射する凹レンズと、を有してもよい。

本発明の内視鏡装置は、被検対象に挿入される内視鏡挿入部と、該内視鏡挿入部に設けられた蛍光体と、該蛍光体にレーザー光を照射するためのレーザー光源と、前記レーザー光を励起光として前記蛍光体が発する光を被検対象に結像する光学系と、前記被検対象からの反射光を取り込み撮像信号に変換する撮像手段と、前記撮像信号を観察画像に変換し表示する表示装置と、を有し、前記蛍光体の形状が前記光学系によって前記被検対象に投影され、前記蛍光体が前記光学系の光軸上に所定の間隔を空けて複数設けられ、前記複数の蛍光体は、互いに形状が異なるか、互いに異なる色の光を発することを特徴とする。

本発明によれば、照明領域を全体として蛍光体の形状とすることができ、十分な光量の測定パターンを効率よく投影することができ、正確な観察を行うことができる。

本発明に係るパターン投影装置を採用した内視鏡装置の第１の参考例を示す概略構成図である。 図１に示す蛍光体から放射される光を被検対象に照射した様子を示す説明図である。 本発明に係るパターン投影装置を採用した内視鏡装置の第２の参考例の要部を示す説明図である。 本発明に係るパターン投影装置を採用した内視鏡装置の第３の参考例の要部を示す説明図である。 本発明に係るパターン投影装置を採用した内視鏡装置の実施形態の要部を示す説明図である。

（参考例１）
以下、本発明の第１の参考例におけるパターン投影装置を採用した内視鏡装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の参考例としてのパターン投影装置を採用した内視鏡装置１を示したものである。
この内視鏡装置１は、管状に延びる挿入部（内視鏡挿入部）２と、被検対象の観察画像を表示するための表示装置３と、被検対象に照明をあてるための光源装置４とを備えている。

挿入部２の基端部は、光源装置４に着脱可能に取り付けられている。そして、挿入部２の長さ方向の途中位置には、撮像信号伝送用のケーブル部１４の一端が取り付けられ、その他端は表示装置３に取り付けられている。
また、挿入部２の先端部には、撮像手段としてのＣＣＤ１２が設けられている。このＣＣＤ１２の前方であって挿入部２の先端面２ａには、被検対象からの反射光を取り込んでＣＣＤ１２上に結像させる対物レンズ１１が設けられている。
なお、上記の撮像手段はＣＣＤ１２に限定されるものではなく、例えばＣ−ＭＯＳやイメージガイドファイバ等であってもよい。

さらに、対物レンズ１１の近傍には、レーザー光を照射することによって励起され、別波長の白色光を放射する蛍光体９が設けられている。そして、先端面２ａのうち、蛍光体９の対向する位置には、凸レンズからなる照明用レンズ（光学素子）８が設けられている。

また、上述の表示装置３は、ＣＣＵ（カメラコントロールユニット）１６を備えており、このＣＣＵ１６は、ケーブル１７を介してＣＣＤ１２に電気的に接続されている。また、ＣＣＵ１６は、ケーブル１７を介して、観察画像を映し出すモニタ１９に電気的に接続されている。そして、ＣＣＵ１６は、ＣＣＤ１２から入力された撮像信号を、例えばＮＴＳＣ信号等の映像信号に変換して、不図示の画像処理回路を介してモニタ１９に供給するようになっている。

また、上述の光源装置４は、レーザー光を出射するレーザー光源２０を備えている。このレーザー光源２０の光源としては、例えば、レーザーダイオードが使用されている。さらに、レーザー光源２０から出射されるレーザー光の光路上には、レーザー光を集光するための集光光学系２２が設置されている。そして、レーザー光源２０と蛍光体９との間には、レーザー光を案内するためのライトガイド２４が設けられている。
このような構成のもと、レーザー光源２０を駆動してレーザー光を出射させると、そのレーザー光は、集光光学系２２を透過することにより集光され、ライトガイド２４内を案内されて、蛍光体９に照射されるようになっている。

また、レーザー光源２０には、冷却手段としてのペルチェ素子２５が設けられており、このペルチェ素子２５は、温度制御部２７による通電制御のもと、ペルチェ効果により放熱するようになっている。さらに、レーザー光源２０は、光源制御部２９に接続されており、不図示の駆動スイッチをオンすると、この光源制御部２９によってレーザー光源２０に通電されて、レーザー光源２０が駆動させられるようになっている。

また、本参考例においては、図２に示すように、ライトガイド２４の前方（レーザー光の進行方向）に、透明部材からなる円板状の光受け基板３１が設けられており、ライトガイド２４からのレーザー光の光路上であって光受け基板３１の前面に蛍光材が塗布されている。この蛍光材が上述の蛍光体９となる。そして、蛍光材は、全体として矩形形状になるように塗布されており、そのため蛍光体９が、光受け基板３１上において矩形形状に構成されている。

次に、このように構成された本参考例における内視鏡装置１の作用について説明する。
まず、図１に示す表示装置３および光源装置４に電源を投入する。すると、光源制御部２９が、レーザー光源２０に通電し、レーザー光源２０を駆動する。これにより、レーザー光源２０からレーザー光が出射され、そのレーザー光が集光光学系２２を透過する。すると、透過したレーザー光は集光されて、ライトガイド２４内を進行する。そのレーザー光は、ライトガイド２４に案内されて、蛍光体９に照射される。これによって、蛍光体９が励起されて、蛍光体９の全体から白色光が放射される。

この白色光が、図２に示すように、照明用レンズ８を透過することにより集光されて、先端面２ａから出射される。そして、その白色光が、被検対象に照射されて、被検対象に到達する。このとき、蛍光体９が矩形形状であり、その全体から光を放射することから、その白色光の到達領域は、全体として矩形形状となる。この矩形形状の到達領域が、照明領域Ｋとなる。

さらに、照明領域Ｋ内の照明のもと、被検対象からの反射光が、対物レンズ１１を透過することにより、ＣＣＤ１２上に結像する。このとき結像した光がＣＣＤ１２により電気信号に変換され、この電気信号が撮像信号としてＣＣＵ１６に入力される。この撮像信号はＣＣＵ４６により映像信号に変換されて、画像処理回路を介してモニタ１９に供給される。これにより、観察画像がモニタ１９に映し出される。このように対物レンズ１１によって被検対象からの反射光が取り込まれる領域が観察領域となり、この観察領域は、全体として矩形形状となる。
それから、モニタ１９に映し出される所望の部位の観察画像を見ながら、被検体内を観察する。これによって検査が終了し、検査結果に応じて所定の処置が行われる。

以上より、本参考例における内視鏡装置１によれば、照明領域Ｋを全体として矩形形状にすることができ、照明領域Ｋと観察領域とを矩形形状として双方一致させることができる。これにより、観察領域内に十分な光量の照明を効率よく当てることができ、正確な観察を行うことができる。
また、照明領域Ｋと観察領域とを一致させることができるため、照明に寄与しない光束の発生を防止することができる。そのため、観察視野外からの観察系へのフレアーを減少させることができ、さらに、照明に不要な光が挿入部２の側壁に吸収されて、挿入部２が発熱することを防止することができる。

また、照明用レンズ８として、凸レンズを設けているため、より均一な照明を当てることができる。
さらに、従来であれば、照明領域Ｋにファイバーバンドの網目構造が映ってしまうため、デフォーカス用の光学系を設ける必要があったが、本参考例においては、数μｍから数１０μｍ程度の極小の粒子からなる蛍光体９から発せられる光を利用しているため、網目構造などが映ることを防止することができ、そのためデフォーカス用の光学系を設けることなく、均質でクリアな照明を当てることができる。

（参考例２）
次に、本発明の第２の参考例について説明する。
図３は、本発明の第２の参考例を示したものである。
図３において、図１および図２に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この参考例と上記第１の参考例とは基本的構成は同一であり、ここでは異なる点についてのみ説明する。

本参考例における内視鏡装置１は、上述の光受け基板３１に相当する部材として、図３に示すように、透明部材からなる四角錐形状の光受け部材３２を備えている。光受け部材３２は、その頂点がライトガイド２４の先端に対向し、その底面が照明用レンズ８に対向するように挿入部２内に設置されている。そして、光受け部材３２の矩形形状の底面には、その全域にわたって蛍光材が塗布されており、これにより矩形形状の蛍光体９が形成されている。

このような構成のもと、ライトガイド２４からレーザー光が出射されると、そのレーザー光が光受け部材３２内に導入されて、蛍光体９に照射される。このとき、導入されたレーザー光の一部には、光受け部材３２の側斜面３２ａ側に向かうものもあるが、その側斜面３２ａ側に向かったレーザー光は、側斜面３２ａの内面を反射して、底面全域に設けられた蛍光体９に到達する。

以上より、上記第１の参考例と同様の効果を奏することができるだけでなく、ライトガイド２４から出射されたレーザー光のより多くを蛍光体９に照射することができるので、照明効率を向上させることができる。

なお、上記第１および第２の参考例では、蛍光材を塗布して蛍光体９を形成させるものとしたが、これに限ることはなく、あらかじめ蛍光材を混入しておき、その蛍光材が混入された部材を成形するようにしてもよい。
また、蛍光体９およびレーザー光源２０を一つ設置しているが、これに限ることはなく、それら設置数は適宜変更可能である。
さらに、蛍光体９が白色光を放射するとしたが、これに限ることはなく、その色は適宜変更可能である。また、赤色光、緑色光および青色光を放射させることにより、ＲＧＢ照明によって観察画像を得るようにしてもよい。

（参考例３）
次に、本発明の第３の参考例について説明する。
図４は、本発明の第３の参考例を示したものである。
図４において、図１および図２に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この参考例と上記第１の参考例とは基本的構成は同一であり、ここでは異なる点についてのみ説明する。

本参考例における内視鏡装置１は、被検対象に所定の形状の測定パターンを映し出して、その測定パターンの明瞭度（焦点位置など）を観察することにより、測定対象までの距離や測定対象の形状、大きさ、表面の凹凸などの測定を可能とするものである。
すなわち、本参考例においては、光受け基板３１に十字状に蛍光材が塗布されており、蛍光体９が十字形状に構成されている。そして、光受け基板３１と、ライトガイド２４との間には、凹レンズ３４が設けられている。なお、照明用レンズ８、凹レンズ３４、ライトガイド２４や上記第１の参考例で示したレーザー光源２０等は、映出手段を構成するものである。
このような構成のもと、ライトガイド２４から出射されたレーザー光は、凹レンズ３４を透過することにより拡散されて、蛍光体９に照射される。これにより、蛍光体９が光を発し、この光が、上記第１の参考例の作用と同様にして、被検対象に照射されて、被検対象に到達する。このとき、蛍光体９が十字形状であり、その全体から光を放射することから、その光の到達領域は、全体として十字形状となる。このときの到達領域が、十字測定パターンＰとなる。

この十字測定パターンＰは、測定対象までの距離によって、その明瞭度が異なるものとなる。そこで、その明瞭度を観察することによって、測定対象までの距離の測定などが行われる。また、測定対象に投影されたパターン形状から、測定対象の形状、大きさ、表面の凹凸などの測定が行われる。

以上より、数μｍから数１０μｍ程度の極小の粒子からなる蛍光体９の形状を、十字測定パターンＰとして映し出すことができるため、従来のような網目構造が映ることなく、均質でクリアな十字測定パターンＰを得ることができる。また、従来のようにスリットを形成するのに比べて、蛍光体９の種々の形状を容易に形成することができる。さらに、蛍光体９自体が発光するので、輝度が高く、明るい照明系の十字測定パターンＰを映し出すことができる。また、蛍光体９を、十字線以外は、白色に発光する蛍光材として、十字線を異なる発色光とすることで、この白色光を全体照明として利用することができる。そのため、全体照明と十字測定パターンＰとを兼用させることができ、効率よく迅速な測定を行うことができる。

（実施形態）
次に、本発明の実施形態について説明する。
図５は、本発明の実施形態を示したものである。
図５において、図１および図２に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態と上記第３の参考例とは基本的構成は同一であり、ここでは異なる点についてのみ説明する。

本実施形態における内視鏡装置１は、複数の光受け基板３１ａ，３１ｂ，３１ｃを備えており、これら光受け基板３１ａ，３１ｂ，３１ｃが、照明用レンズ８および凹レンズ３４の光軸Ｌ上に、所定の間隔を空けて設けられている。そして、光受け基板３１ａ，３１ｂ，３１ｃには、それぞれ形状が異なるように蛍光材が塗布されており、光受け基板３１ａ，３１ｂ，３１ｃの順に、蛍光体９ａ，９ｂ，９ｃが、円フレーム形状、十字形状、星型形状に形成されている。そして、これら蛍光体９ａ，９ｂ，９ｃにレーザー光を照射すると、白色光、赤色光、緑色光というように、それぞれで異なる色の光を放射するようになっている。

このような構成のもと、ライトガイド２４からのレーザー光が蛍光体９ｃに照射され、さらに、レーザー光の一部は光受け基板３１ｃの透明部分を透過して蛍光体９ｂに照射される。さらに、そのレーザー光の一部は光受け基板３１ｂの透明部分を透過して蛍光体９ａに照射される。そのため蛍光体９ａ，９ｂ，９ｃが、それぞれ白色光、赤色光、緑色光を発する。そのため、上記と同様の作用により、被検対象にそれぞれ形状および色が異なる測定パターンが複数映し出される。すなわち、蛍光体９ａによって白色の円フレーム測定パターンＰａが映し出され、蛍光体９ｂによって赤色の十字測定パターンＰｂが、蛍光体９ｃによって緑色の星型測定パターンＰｃが映し出される。

このとき、蛍光体９ａ，９ｂ，９ｃが前記光軸Ｌ上に複数設けられていることから、蛍光体９ａ，９ｂ，９ｃの設置位置によって、それら蛍光体９ａ，９ｂ，９ｃから被検対象までの距離が異なることになり、各測定パターンＰａ，Ｐｂ，Ｐｃの明瞭度が、それら距離に応じて異なることになる。そこで、各測定パターンＰａ，Ｐｂ，Ｐｃの明瞭度を観察することにより、被検対象までの距離や形状、大きさ、表面の凹凸などを容易かつ迅速に測定することができる。

なお、本実施形態においては、蛍光体９ａ，９ｂ，９ｃの形状を、円フレーム形状、十字形状、星型形状としたが、これに限ることはなく、その形状は適宜変更可能である。
また、蛍光体９ａ，９ｂ，９ｃが放射する光を、白色光、赤色光、緑色光としたが、これに限ることはなく、その色は適宜変更可能である。また、色を変えることなく単一色であってもよい。

また、上記第１から第３の参考例および実施形態において、内視鏡装置１を直視用として構成したが、これに限ることはなく、挿入部２の側面に対物レンズ１１や各蛍光体９を設け、側視用として構成としてもよい。
なお、本発明の技術範囲は上記の参考例および実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

１ 内視鏡装置
２ 挿入部（内視鏡挿入部）
８ 照明用レンズ（映出手段、光学素子）
９，９ａ，９ｂ，９ｃ 蛍光体
２０ レーザー光源（映出手段）
３４ 凹レンズ（映出手段）
Ｌ 光軸
Ｐ，Ｐｂ 十字測定パターン（測定パターン）
Ｐａ 円フレーム測定パターン（測定パターン）
Ｐｃ 星型測定パターン（測定パターン）

Claims (6)

1. 蛍光体と、
   該蛍光体にレーザー光を照射するためのレーザー光源と、
   前記レーザー光を励起光として前記蛍光体が発する光を被検対象に結像する光学系を有し、
   前記蛍光体の形状が前記光学系によって前記被検対象に投影され、
   前記蛍光体が前記光学系の光軸上に所定の間隔を空けて複数設けられ、
   前記複数の蛍光体は、互いに形状が異なるか、互いに異なる色の光を発することを特徴とするパターン投影装置。
2. 前記複数の蛍光体の焦点位置は、前記光学系の光軸上に位置するとともに互いに異なることを特徴とする請求項１に記載のパターン投影装置。
3. 透明部材で円板状に形成された複数の光受け基板を有し、
   前記蛍光体は前記光受け基板にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン投影装置。
4. 透明部材で四角錐形状に形成され、矩形形状の底面が前記光学系に対向するように設置された複数の光受け部材を有し、
   前記蛍光体は前記光受け部材の底面にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載のパターン投影装置。
5. 前記レーザー光を案内するライトガイドと、
   前記ライトガイドにより案内された前記レーザー光を拡散させて前記複数の蛍光体に照射する凹レンズと、
   を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のパターン投影装置。
6. 被検対象に挿入される内視鏡挿入部と、
   該内視鏡挿入部に設けられた蛍光体と、
   該蛍光体にレーザー光を照射するためのレーザー光源と、
   前記レーザー光を励起光として前記蛍光体が発する光を被検対象に結像する光学系と、
   前記被検対象からの反射光を取り込み撮像信号に変換する撮像手段と、
   前記撮像信号を観察画像に変換し表示する表示装置と、
   を有し、
   前記蛍光体の形状が前記光学系によって前記被検対象に投影され、
   前記蛍光体が前記光学系の光軸上に所定の間隔を空けて複数設けられ、
   前記複数の蛍光体は、互いに形状が異なるか、互いに異なる色の光を発することを特徴とする内視鏡装置。

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