JP5145119B2 - 内視鏡光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体内の蛍光物質を励起するための励起光と、生体を可視帯域の波長で照明するための通常光とを出射することが可能な内視鏡光源装置に関する。

紫外光や青色光等の特定波長の励起光を、生体に照射すると生体内組織が自家蛍光を発することが知られている。自家蛍光の発光強度は、正常組織の方が病変組織より強く、この自家蛍光の特性を利用した自家蛍光内視鏡システムが広く使用されている。

自家蛍光内視鏡システムでは、可視帯域の波長を有する通常光を照射し生体を観察する通常光画像観察と、励起光を照射し生体が発する自家蛍光を観察する蛍光画像観察とが切り換えられるようになっている。そして、医師等の使用者は、通常光画像と、蛍光画像の両方を参照しつつ、病変組織を発見する。

近年、通常光の光源として、キセノンランプやハロゲンランプに代えて、青色レーザー
を用いることが検討されつつある。青色レーザーを用いる場合、青色レーザー光源から発した光を波長変換して白色光を得るために、波長変換部材が必要とされる。波長変換部材は、例えば、レーザー光源と、レーザー光を内視鏡先端部まで導くライトガイドの間や、ライトガイドの先端部に配置されることが知られている（特許文献１参照）。
特開２００５−２０５１９５号公報

しかしながら、従来の自家蛍光内視鏡システムでは、励起光と通常光を発するための光源は、別々に設けられており、例えば特許文献１においても、青色レーザー光源は自家蛍光観察に使用される照明光のみを照射する構成となっている。そのため、従来の自家蛍光内視鏡システムでは、光源装置に通常光画像用の光源と、自家蛍光画像用の光源を設けなければならず、光源装置の構成が複雑になっている。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みて成されてものであり、光源装置内に２つの光源を設けなくとも、通常光画像観察と自家蛍光画像観察のいずれも行うことができる内視鏡用光源装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内視鏡光源装置は、レーザー光を出射し、そのレーザー光を内視鏡に挿入されたライトガイドの入射端から入射して出射端から出射させるレーザー光源と、レーザー光源と上記ライトガイドの入射端の間におけるレーザー光の光路上に配置し、レーザー光の少なくとも一部を波長変換する波長変換部材と、波長変換部材を光路から退避するように移動させる移動手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る内視鏡光源装置は、さらに入射端の径を識別する識別手段をさらに備えていても良い。そして、その識別された径に応じて、入射端におけるレーザー光のビーム径を変化させることが好ましい。

波長変換部材の光路上における位置を、光路に沿う方向に変位させることによって、上記ビーム径を変化させることが好ましい。但し、レーザー光源と入射端の間におけるレーザー光の光路上に、レーザー光を集光するための集光光学系が設けられる場合、集光光学系の少なくとも一部の光路上における位置を、光路に沿う方向に変位させることによって、ビーム径を変化させても良い。

内視鏡は、内視鏡光源装置に着脱自在に取り付け可能であると共に、内視鏡には径に関するデータを格納しているメモリが設けられていたほうが良く、上記識別手段は、そのデータを読み出すことによって径を識別することが好ましい。

例えば、レーザー光源からのレーザー光は、第１の集光光学系で集光されて波長変換部材に入射されると共に、波長変換部材から出射される光は、第２の集光光学系で集光されて入射端に入射される。例えば、レーザー光源は、生体組織に照射されると蛍光を発光させる励起光を照射すると共に、波長変換部材は、励起光を波長変換して白色光を出射する。

本発明に係る内視鏡光源装置は、レーザー光を照射し、そのレーザー光を内視鏡に挿入されたライトガイドの入射端から入射して出射端から出射するレーザー光源と、入射端の径を識別する識別手段とを備え、前記識別された径に応じて、前記入射端における前記レーザー光のビーム径を変化させることを特徴とする。

以上のように、本発明においては、波長変換部材を移動させることによって、単一のレーザー光源から通常光と励起光の両方を出射することが可能になる。

以下、本発明に係る実施形態について、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のブロック図である。図１に示すように、内視鏡システム１０は、プロセッサ２０、内視鏡１１及びモニタ５０で構成される。プロセッサ２０は、内視鏡１１で得られた画像信号を処理するための装置として使用されると共に、レーザー光源２１が設けられ、光源装置としても使用される。プロセッサ２０にはコネクタ２２が設けられており、内視鏡１１は、コネクタ２２を介してプロセッサ２０に接続される。本実施形態では、レーザー光源２１はレーザーダイオードから成る。

内視鏡１１は、体内に挿入させられて体内を観察するためのスコープであって、その先端部１１ａには、配光レンズ１２、及び対物レンズ１３が配設される。先端部１１ａにおいて、対物レンズ１３の光軸後方には、撮像素子１４が配設される。撮像素子１４は、内視鏡１１内に設けられた撮像素子駆動回路１６から出力される撮像素子駆動信号によって駆動が制御されている。

プロセッサ２０は、システムコントローラ２３及びタイミングコントローラ２４を備える。システムコントローラ２３は、内視鏡システム１０全体の動作制御を行う。タイミングコントローラ２４は、後述する各処理回路や駆動回路等へ駆動の同期をとるための制御信号を出力する。

内視鏡１１は、その内部に挿入され、光ファイバーバンドルから構成されるライトガイド１５を備える。ライトガイド１５の一方の端部（出射端１５Ｂ）は、配光レンズ１２の光軸後方に配置されている。また、内視鏡１１がプロセッサ２０に接続されると、ライトガイド１５の他方の端部（入射端１５Ａ）は、プロセッサ２０内部に配置され、レーザー光源２１に光学的に接続されることとなる。

レーザー光源２１はプロセッサ２０内のレーザー駆動回路２５によって駆動させられる。レーザー光源２１と入射端１５Ａの間におけるレーザー光源２１の光路上には、レーザー光源２１側から順に第１の集光光学系２６（第１の集光レンズ）、波長変換部材２７、第２の集光光学系２８（第２の集光レンズ）が配置されている。波長変換部材２７は、蛍光体から成る板状の部材であって、ステッピングモータ等から成るモータ２９によって移動させられる。波長変換部材２７は、モータ２９によって光路から退避させられ、若しくは退避させられた後、再度光路上に配置されるように移動させられることが可能であり、さらには光路に沿う方向に移動させられることも可能である。なお、波長変換部材２７を移動させるための手段としては、モータ２９の代わりに圧電素子等他の公知の移動手段が使用されても良い。

レーザー光源２１から発するレーザー光としては、例えば、ピーク波長が４００〜５００ｎｍの青色光若しくは紫色光が使用される。以下の説明では、図２に示すように、ピーク波長が４０８ｎｍの青色光である例を示す。

レーザー光源２１から発したレーザー光は、第１の集光光学系２６で集光されて、波長変換部材２７に入射される。そして図３に示すように、レーザー光は波長変換部材２７において、一部の光が吸収されて上記ピーク波長（４０８ｎｍ）より長い波長を持つ光（７００ｎｍまでの光、例えば黄色光）に変換され、その他の光が波長変換されずに波長変換部材２７を透過する。これにより、波長変換された光と波長変換されなかった光が合成されて、白色光として波長変換部材２７から出射される。その白色光は、第２の集光光学系２８で再び集光されてライトガイド１５の入射端１５Ａに入射される。ライトガイド１５に入射された光は、その内部を伝播して出射端１５Ｂから出射し、そして配光レンズ１２を介して内視鏡１１の先端部１１ａから出射される。

内視鏡１１には、スイッチ３０が設けられており、スイッチ３０が操作されることによって、各種指示信号がシステムコントローラ２３に入力され、システムコントローラ２３は指示信号に基づいて内視鏡システム１０の動作を制御する。システムコントローラ２３は、例えばスイッチ３０からの指示信号によって、観察モードを切り替える。

観察モードが通常光画像観察モードである場合、上述したように波長変換部材２７がレーザー光の光路上に配置されることにより、通常光（白色光）が内視鏡１１の先端部１１ａから出射され、通常光画像観察が行われる。一方、観察モードが通常光画像観察モードから蛍光画像観察モードに切り替えられると、レーザー光源２１の光路から波長変換部材２７がモータ２９によって退避させられる。そして蛍光画像観察モードでは、レーザー光源２１から発した青色光は、波長変換部材２７を通らずに、第１及び第２の集光光学系２６、２８で集光された後、ライトガイド１５を介して、青色光（励起光）として内視鏡１１の先端部１１ａから出射され、蛍光画像観察が行われる。

先端部１１ａから出射された白色光は、生体内の患部（被写体）に照射され、被写体から反射した光が、対物レンズ１３を介して、被写体像として撮像素子１４の受光面に受光される。一方、先端部１１ａから出射された青色光は、生体内の患部（被写体）に照射され、生体組織では青色光によって被写体が励起され、励起された被写体が自家蛍光を発する。その自家蛍光は、対物レンズ１３を介して、蛍光像として撮像素子１４の受光面に受光される。なお、生体内で反射された励起光は、先端部１１ａに設けられた不図示の励起光カットフィルタによってカットされ、撮像素子１４には受光されない。

撮像素子１４では被写体像又は蛍光像が光電変換され、アナログ画像信号が出力される。アナログ画像信号はプロセッサ２０内の初段映像信号処理回路３３でＡ／Ｄ変換され、その他所定の映像処理が施される。白色光の照射により得られ、映像処理が施された画像信号は、通常光画像の画像情報として、映像信号処理ブロック３４の通常光画像処理回路３５に入力され、通常光画像に応じた画像処理が施される。青色光の照射により得られ、映像処理が施された画像信号は、蛍光画像の画像情報として映像信号処理ブロック３４の蛍光画像処理回路３６に入力され、蛍光画像に応じた所定の画像処理が施される。蛍光画像処理回路３６又は通常光画像処理回路３５で画像処理された映像信号は、映像信号処理ブロック３４の切替回路３７に入力される。

切替回路３７では、観察モードに応じて、後段映像信号処理回路３８に入力される画像信号が切り替えられる。観察モードが通常光画像観察モードである場合、白色画像処理回路３５からの画像信号が後段映像信号処理回路３８に入力される。観察モードが蛍光画像観察モードである場合、蛍光画像処理回路３６からの画像信号が後段映像信号処理回路３８に入力される。

後段映像信号処理回路３８では、入力された画像信号が、ＲＧＢ形式、Ｙ／Ｃ形式、ビデオ形式、ＨＤＭＩ形式の信号に変換されて出力される。モニタ５０は、これら各信号のうち、画像表示可能な信号を画像として表示する。なお、通常光画像観察モードである場合、モニタ５０には通常光画像が表示される一方、蛍光画像観察モードである場合、モニタ５０には蛍光画像が表示される。

内視鏡１１には、ＥＥＰＲＯＭ等から成るメモリ１７が設けられており、メモリ１７にはその内視鏡１１に設けられたライトガイド１５の入射端１５Ａの径に関するデータが格納されている。システムコントローラ２３は、内視鏡１１がプロセッサ２０に接続されると、その径に関するデータをメモリ１７から読み出す。システムコントローラ２３は、読み出したデータから、プロセッサ２０に接続された内視鏡１１が備えるライトガイド１５の入射端１５Ａの径を識別する。その後、システムコントローラ２３はモータ２９を用いて、識別した径に応じて、光路上にある波長変換部材２７を、レーザー光の光路に沿う方向に移動させ、径の大きさに応じた位置に波長変換部材２７を配置させる。

なお、メモリ１７には、内視鏡１１に設けられた撮像素子１４に関するデータ等その他の内視鏡１１に関する各種データも格納されている。そして、その各種データも内視鏡１１がプロセッサ２０に接続されると読み出されて、内視鏡システム１０はそのデータに基づいて制御される。

図４、５は、ライトガイドの径に応じて配置される波長変換部材２７の位置を示すための模式図である。内視鏡１１がプロセッサ２０に接続されたとき、ライトガイド１５の入射端１５Ａの径Ｗが相対的に小さいと識別された場合、図４に示すように波長変換部材２７は第１の集光光学系２６の焦点位置Ｃに配置され、或いは焦点位置Ｃよりも入射端１５Ａ側であって、その焦点位置Ｃに相対的に近い位置に配置される。これにより、波長変換部材２７におけるレーザー光の輝点が小さくなるため、第２の集光光学系２８で集光された光は、入射端１５Ａにおいてそのビーム径Ｒが相対的に小さくなる。したがって、入射端１５Ａにおけるビーム径Ｒは、相対的に小径な入射端１５Ａの径Ｗに対応した大きさとなる。

一方、ライトガイド１５の入射端１５Ａの径Ｗが相対的に大きいと判別されると、図５に示すように、波長変換部材２７は、第１の集光光学系２６の焦点位置Ｃよりも入射端１５Ａ側であって、焦点位置Ｃから相対的に遠い位置に配置され、波長変換部材２７におけるレーザー光の輝点が大きくなる。したがって、第２の集光光学系２８で集光された光は、入射端１５Ａにおいてそのビーム径Ｒが相対的に大きくなり、これにより、入射端１５Ａにおけるビーム径Ｒは、相対的に大径な入射端１５Ａの径Ｗに対応した大きさとなる。

本実施形態では、光源としてレーザー光源２１が使用され、光源の光束径が非常に細い（例えば数ミクロン程度）。したがって、その細い光束径のままライトガイド１５に光学的に接続されると、ファイバーバンドルから成るライトガイド１５の全てのファイバーが有効に利用されず光伝送効率が悪い。しかしながら、本実施形態では、入射端１５Ａにおける光（白色光）のビーム径Ｒが、入射端１５Ａの径Ｗに対応した大きさに調整され、ライトガイド１５の多数のファイバーがロスなく使用されるので、入射光を効率良く伝送することが可能である。

また、本実施形態では、上述したように、波長変換部材２７を変位させることによって、通常光と、励起光の両方を、１つの光源によって提供することができるので、プロセッサ２０の構成を簡素化することができる。

なお、励起光が先端部１１ａから出射される場合、波長変換部材２７はレーザー光の光路から退避されるが、励起光照射後、白色光が出射される場合、波長変換部材２７は退避される前の位置に戻される。すなわち、本実施形態では、同じ内視鏡１１が接続されている限り、白色光が照射されるときの波長変換部材２７の配置位置は同じである。また、波長変換部材２７は、光路に沿う方向に移動させられるとき、光路上に配置されずにレーザー光の光路から退避させられた状態で移動させられても良い。

本実施形態においては、内視鏡１１から白色光が照射される時に、入射端１５Ａにおけるビーム径Ｒを変化させることができる一方、励起光が照射される時においては、入射端１５Ａにおけるビーム径Ｒを変化させることはできない。しかし、励起光が照射される時においても、入射端１５Ａにおけるビーム径も変化させても良い。この場合白色光の入射端１５Ａにおけるビーム径Ｒは、上述したように波長変換部材２７を移動させて変位させる一方、励起光の入射端１５Ａにおけるビーム径Ｒは、第１及び第２の集光光学系２６、２８の少なくとも一部のレンズの光路上における位置を、光路に沿って変位させることによって変化させることが好ましい。

なお、レーザー光源２１から出射されるレーザー光は、青色光若しくは紫色光に限らず、ピーク波長がこれらの光よりさらに短い紫外光であっても良い。但し、その場合も、レーザー光から出射した光は、波長変換部材２７で一部又は全部が波長変換されて、波長変換部材２７からは白色光が出射される。

勿論、白色光照射時及び励起光照射時のいずれにおいても、入射端１５Ａにおけるビーム径Ｒを変化させるために、波長変換部材２７を変位させずに、第１及び第２の集光光学系２６、２８の少なくとも一部のレンズの位置を変位させても良い。

図６、７は、本発明の第２の実施形態における波長変換部材の構成を示すための図である。第１の実施形態においては、レーザー光源２１から発せられたレーザー光は、第１の集光光学系２６を介して波長変換部材２７に入射されたが、本実施形態においてはレーザー光源２１から発したレーザー光は、集光光学系を介さずに、直接波長変換部材２７に入射される。

さらに本実施形態においては、プロセッサ２０の内部には、波長変換部材２７を支持するためのターレット５１が設けられている。ターレット５１は、軸Ｘを中心に回転可能な円板形状を呈しており、レーザー光源２１の出射端は、その軸Ｘから所定距離離れた位置に対向するように設けられる。そして、ターレット５１において、軸Ｘから上記所定距離離れた位置には、第１及び第２の孔５２Ａ、５２Ｂが軸Ｘを挟みこむように穿設されている。第１の孔５２Ａの内部には、波長変換部材２７が嵌め込まれていると共に、第２の穴５２Ｂは何も嵌め込まれずに空隙となっている。ターレット５１は、ステッピングモータから成るモータ２９によって回転させられる。

本実施形態においては、観察モードが切り替えられると、モータ２９によってターレット５１が軸Ｘを中心に回転させられる。そして、観察モードが通常光画像観察モードである場合、レーザー光源２１の出射端は、第１の孔５２Ａ、すなわち波長変換部材２７に対向させられる。そして、レーザー光源２１からのレーザー光は、波長変換部材２７、ライトガイド１５を介して、内視鏡１１の先端部１１ａ（図１参照）から白色光として出射される。

一方、観察モードが蛍光画像観察モードである場合、レーザー光源２１の出射端は、第２の孔５２Ｂに対向させられる。したがって、レーザー光源２１からのレーザー光は、波長変換部材２７を介さずにライトガイド１５に入射され、内視鏡１１の先端部１１ａから励起光として出射される。

以上のように、本実施形態では、第１及び第２の集光光学系２６、２８が設けられないので、プロセッサ２０の構成をさらに簡素化することができる。

図８は、第３の実施形態に係る光源装置を示すための模式図である。第１の実施形態においては、レーザー光源２１は１つしか設けられなかったが、本実施形態では、レーザー光源として第１及び第２のレーザー光源２１Ａ、２１Ｂが設けられる。

本実施形態では、第１のレーザー光源２１Ａの出射端には、波長変換部材２７が取り付けられている。したがって、第１のレーザー光源２１Ａから発せられた青色光は、波長変換部材２７に入射され、そこで波長変換されて、波長変換部材２７から白色光として出射される。一方、第２のレーザー光源２１Ｂの出射端には、波長変換部材２７が設けられず、第２のレーザー光源２１Ｂから出射した光は、青色光（励起光）として使用される。

第１及び第２のレーザー光源２１Ａ、２１Ｂの出射端は共に、光路に直交する方向にスライド移動可能な支持部材６０に取り付けられている。第１及び第２のレーザー光源２１Ａ、２１Ｂの出射端は支持部材６０と共にスライド移動可能である。

ライトガイド１５の入射端１５Ａに対向する位置には、集光光学系６１が設けられている。観察モードが通常光画像観察モードである場合、第１及び第２のレーザー光源２１Ａ、２１Ｂが支持部材６０とともに適宜移動させられて、第１のレーザー光源２１Ａのレーザー光の光路上に、集光光学系６１が配置される。そして、第１のレーザー光源２１Ａから発せられたレーザー光が、波長変換部材２７及び集光光学系６１を介して入射端１５Ａに入射される。これにより、本実施形態でも通常光画像観察モードでは、レーザー光は、白色光として内視鏡１１の先端部１１ａ（図１参照）から出射される。

一方、観察モードが蛍光画像観察モードである場合、第１及び第２のレーザー光源２１Ａ、２１Ｂが支持部材６０と共に適宜変位されて、第２のレーザー光源２１Ｂのレーザー光の光路上に、集光光学系６１が配置される。そして、第２のレーザー光源２１Ｂから発せられたレーザー光は、集光光学系６１を介して入射端１５Ａに入射される。これにより、蛍光画像観察モードでは、第２のレーザー光源２１Ｂから発せられたレーザー光が、励起光として内視鏡１１の先端部１１ａ（図１参照）から出射される。

以上のように、本実施形態では、第１及び第２のレーザー光源２１Ａ、２１Ｂの出射端を変位させることによって、１つのライトガイド１５から白色光及び励起光の両方を出射することが可能になる。なお、本実施形態では、ライトガイド１５の入射端１５Ａの径Ｗに応じて、レーザー光のレーザー径Ｒを変化させる場合、集光光学系６１を変位させれば良い。

第１の実施形態に係る内視鏡システムを示すためのブロック図である。 レーザー光源から発せされるレーザー光の発光特性を示すグラフである。 波長変換部材で波長変換されたレーザー光の発光特性を示すグラフである。 ライトガイドの入射端の径が相体的に小さいときの波長変換部材の位置を示すための模式的な側面図である。 ライトガイドの入射端の径が相体的に大きいときの波長変換部材の位置を示すための模式的な側面図である。 第２の実施形態における波長変換部材の構成を示すための模式的な側面図である。 第２の実施形態における波長変換部材の構成を示すための模式的な斜視図である。 第３の実施形態におけるレーザー光源の構成を示すための模式的な側面図である。

符号の説明

１０ 内視鏡システム
１１ 内視鏡
１５ ライトガイド
１５Ａ 入射端
１７ メモリ
２０ プロセッサ（内視鏡光源装置）
２１ レーザー光源
２３ システムコントローラ（識別手段）
２６ 第１の集光光学系
２７ 波長変換部材
２８ 第２の集光光学系
２９ モータ（移動手段）
Ｒ ビーム径
Ｗ 入射端の径

Claims (3)

1. 生体組織に照射すると蛍光を発光させる励起光をレーザー光として出射するレーザー光源と、
   内視鏡に挿入され、入射端から入射したレーザー光を出射端から出射させるライトガイドと、
   前記レーザー光源と前記入射端の間におけるレーザー光の光路上に設けられ、前記レーザー光を集光する集光光学系と、
   入射する前記励起光を波長変換して白色光を出射する波長変換部材と、
   通常観察モードのときには前記波長変換部材を前記光路上に配置し、蛍光観察モードのときには前記波長変換部材を前記光路から退避するように移動させる移動手段と、
   前記入射端の径を識別する識別手段とを備え、
   前記移動手段が、前記識別された径に応じて、前記波長変換部材の前記光路上における位置を前記光路に沿う方向に変位させることにより、前記入射端における前記レーザー光のビーム径を変化させることを特徴とする内視鏡光源装置。
2. 前記集光光学系が、前記レーザー光源と前記波長変換部材との間に配置される第１の集光光学系と、前記波長変換部材と前記入射端との間に配置される第２の集光光学系とを有し、
   前記レーザー光源からのレーザー光は、前記第１の集光光学系で集光されて前記波長変換部材に入射されると共に、前記波長変換部材から出射される光は、前記第２の集光光学系で集光されて前記入射端に入射され、
   前記移動手段が、前記入射端におけるビーム径を小さくする場合、前記波長変換部材を前記第１の集光光学系の焦点位置に配置し、前記入射端におけるビーム径を大きくする場合、前記波長変換部材を前記第１の集光光学系の焦点位置よりも入射端側に配置することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡光源装置。
3. 前記内視鏡は、内視鏡光源装置に着脱自在に取り付け可能であると共に、前記内視鏡には前記径に関するデータを格納しているメモリが設けられ、
   前記識別手段は、前記データを読み出すことによって前記径を識別することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡光源装置。

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