JP5380581B2 - 照明構造及び内視鏡 - Google Patents
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Description
本発明は、内視鏡等の光学的観察装置に用いられる照明構造及びこれを用いた内視鏡に関する。
従来、側視の内視鏡においては、照明光を伝送する光ファイバ（３０〜５０μｍ程度の多成分ガラスファイバがよく用いられる）の束（ファイババンドル）を通じて内視鏡の先端まで照明光を伝送し、光ファイバの先端から出射する照明光の照明方向を視野方向に変更して導光または放射する。このとき、照明方向を変更する方法として、光ファイバの先端部を直接曲げる方法、プリズムにより曲げる方法、曲がったコンジットロッド等に入射して出射方向を変更する方法が用いられる。
また、イメージファイバ等を用いて照明光の伝送と画像の伝送とを同軸で行うもの（特許文献１参照）や、内視鏡の先端に設けた蛍光体に励起光を入射させ、蛍光体から発する蛍光を照明に用いるもの（特許文献２〜４参照）も提案されている。
また、イメージファイバ等を用いて照明光の伝送と画像の伝送とを同軸で行うもの（特許文献１参照）や、内視鏡の先端に設けた蛍光体に励起光を入射させ、蛍光体から発する蛍光を照明に用いるもの（特許文献２〜４参照）も提案されている。
ファイババンドルを用いて照明光を伝送する場合、照明方向を変更するためにファイババンドルの先端部を曲げたり、プリズムやコンジットロッド等の光学部品を設けたりするスペールの都合から、細径の内視鏡（特に、血管内の観察等に用いられる外径１ｍｍ以下のもの）は、作製が難しい。ファイバを曲げることによる損失増加や断線、機械的な信頼性の低下がある。さらに、側視の内視鏡では対物距離が近くなるため、照明方法や照明範囲が十分に取れなかったり、視野範囲を十分に照明できなかったり、均一な照明が難しいために、ハレーション等が起き、画質低下の原因となっていた。
特許文献１のように、照明光の伝送と画像の伝送とを同軸で行う提案や、特許文献２のように、励起光の伝送と画像の伝送とを同軸で行う提案では、照明光がファイバ入射端面で反射したり、対物側で反射散乱したりする等によりコントラストの低下が起きる。
特許文献３，４のように、照明光の伝送と画像の伝送とを別々に行う提案では、外径が大きくなり、細径の内視鏡の作製が難しい。
特許文献１のように、照明光の伝送と画像の伝送とを同軸で行う提案や、特許文献２のように、励起光の伝送と画像の伝送とを同軸で行う提案では、照明光がファイバ入射端面で反射したり、対物側で反射散乱したりする等によりコントラストの低下が起きる。
特許文献３，４のように、照明光の伝送と画像の伝送とを別々に行う提案では、外径が大きくなり、細径の内視鏡の作製が難しい。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、内視鏡等の光学的観察装置の細径化が容易で、ハレーションの起きにくい均一な照明が可能な照明構造及びこれを用いた内視鏡を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明は、励起光と画像光を伝送する光伝送媒体と、前記光伝送媒体の先端部に配置された対物光学系と、前記光伝送媒体を介して伝送された前記励起光を受けて対象物に照明光を放射する蛍光体を有する波長変換部と、前記励起光の波長と前記画像光の波長のいずれか一方を選択的に反射することで、前記光伝送媒体を介して入射する励起光を、前記蛍光体に向けて出射するとともに、前記対象物から入射する画像光を、前記対物光学系を介して前記光伝送媒体に向けて出射する波長選択性反射部と、を備える照明構造を提供する。
前記励起光が紫外線であり、前記波長選択性反射部が紫外線を透過し可視光を透過する波長フィルタを備えることが好ましい。
前記励起光が青色または紫色の可視光であり、前記波長選択性反射部が前記励起光の波長を透過するバンドパスフィルタを備えることが好ましい。
前記対物光学系が、前記光伝送媒体と同軸かつ同径の円筒状に構成されていることが好ましい。
接眼系にノイズ除去のためのフィルタを有することが好ましい。
前記蛍光体がガラスまたは樹脂中に分散されていることが好ましい。
前記波長変換部に、前記励起光または前記照明光の方向、強度、透過範囲のいずれかを調整するミラーまたはフィルタを備えることが好ましい。
前記波長選択性反射部と前記波長変換部の間に、戻り光が前記光伝送媒体の先端側に入射することを防止するため、戻り光の光量を減衰させる手段として、アパーチャ、アイリスまたはフィルタを備えることが好ましい。
前記励起光を、前記光伝送媒体の断面積の一部に入射して導光させることが好ましい。
前記光伝送媒体からのノイズ光を、前記画像光を電気信号に変換するカメラ等の撮像素子に入射させないためのマスクまたはフィルタを備えることが好ましい。
前記励起光が紫外線であり、前記波長選択性反射部が紫外線を透過し可視光を透過する波長フィルタを備えることが好ましい。
前記励起光が青色または紫色の可視光であり、前記波長選択性反射部が前記励起光の波長を透過するバンドパスフィルタを備えることが好ましい。
前記対物光学系が、前記光伝送媒体と同軸かつ同径の円筒状に構成されていることが好ましい。
接眼系にノイズ除去のためのフィルタを有することが好ましい。
前記蛍光体がガラスまたは樹脂中に分散されていることが好ましい。
前記波長変換部に、前記励起光または前記照明光の方向、強度、透過範囲のいずれかを調整するミラーまたはフィルタを備えることが好ましい。
前記波長選択性反射部と前記波長変換部の間に、戻り光が前記光伝送媒体の先端側に入射することを防止するため、戻り光の光量を減衰させる手段として、アパーチャ、アイリスまたはフィルタを備えることが好ましい。
前記励起光を、前記光伝送媒体の断面積の一部に入射して導光させることが好ましい。
前記光伝送媒体からのノイズ光を、前記画像光を電気信号に変換するカメラ等の撮像素子に入射させないためのマスクまたはフィルタを備えることが好ましい。
また、本発明は、前記照明構造を有する内視鏡を提供する。
本発明の内視鏡は、側視の内視鏡とすることもできる。
先端部の外径が１ｍｍ以下の細径とすることもできる。
血管内観察用とすることもできる。
本発明の内視鏡は、側視の内視鏡とすることもできる。
先端部の外径が１ｍｍ以下の細径とすることもできる。
血管内観察用とすることもできる。
本発明によれば、励起光と画像光を同一の光伝送媒体で伝送することにより、内視鏡等の光学的観察装置の細径化が容易である。また、蛍光体から発する照明光は内部で散乱されているため、ハレーションの起きにくい均一な照明が可能で、照明範囲も大きくとることができる。また、光伝送媒体と蛍光体の間に波長選択性反射部を配置することにより、波長選択性反射部から見て蛍光体を対象物とは異なる向きに配置することができるので、蛍光体から発する照明光が波長選択性反射部に入射しても、光伝送媒体とは異なる向きに出射することができるので、コントラストの低下を抑制することができる。
以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の一実施形態の照明構造１０を用いた側視の内視鏡１を示す。照明構造１０は、励起光３と画像光６を伝送する光伝送媒体１１と、光伝送媒体１１の先端部に配置された対物光学系１２と、光伝送媒体１１を介して伝送された励起光３を受けて対象物５に照明光４を放射する蛍光体１５を有する波長変換部１４と、画像光６の波長を選択的に反射し、励起光３の波長を選択的に透過する波長フィルタ１３ａを有する波長選択性反射部１３を備える。
図１は、本発明の一実施形態の照明構造１０を用いた側視の内視鏡１を示す。照明構造１０は、励起光３と画像光６を伝送する光伝送媒体１１と、光伝送媒体１１の先端部に配置された対物光学系１２と、光伝送媒体１１を介して伝送された励起光３を受けて対象物５に照明光４を放射する蛍光体１５を有する波長変換部１４と、画像光６の波長を選択的に反射し、励起光３の波長を選択的に透過する波長フィルタ１３ａを有する波長選択性反射部１３を備える。
励起光３は、光伝送媒体１１の接眼側（図１の左側）に設けられた励起光源２から光伝送媒体１１に入射されて対物側（図１の右側）へ伝送される。波長変換部１４は、光伝送媒体１１の長手方向の延長線上に設けられ、波長フィルタ１３ａを透過した励起光３が蛍光体１５に入射する。蛍光体１５は、励起光３を受けて照明光４を放射する。光伝送媒体１１の側方に位置する対象物５に照明光４が照射されることにより、対象物５が明るく照らされ、対象物５で反射または散乱した光が画像光６として放射される。波長フィルタ１３ａは、光伝送媒体１１の長手方向に対し傾斜して設けられており、対象物５から放射された画像光６が、対物部１６を介して波長フィルタ１３ａに入射すると、画像光６を選択的に対物光学系１２に向けて反射する。画像光６は、対物光学系１２により結像されて光伝送媒体１１に入射し、接眼側に向けて伝送される。
波長フィルタ１３ａは、例えば誘電体多層膜の薄膜などから構成することができる。波長フィルタ１３ａは、プリズムの斜面上に形成したり、適宜の部材に支持させたりすることにより、光伝送媒体１１の長手方向（光軸）に対して斜めに配置されている。
光伝送媒体１１の長手方向に対する波長フィルタ１３ａの傾斜角度は、図示例では４５°であるが、対象物５の方向に応じて適宜設定可能である。例えば３０〜６０°の角度が挙げられる。
光伝送媒体１１の長手方向に対する波長フィルタ１３ａの傾斜角度は、図示例では４５°であるが、対象物５の方向に応じて適宜設定可能である。例えば３０〜６０°の角度が挙げられる。
励起光３と画像光６を同一の光伝送媒体１１で伝送することにより、画像伝送用ファイバと照明用ファイバを分けた場合と比較して、照明構造１０の細径化が容易である。例えば、血管内観察の目的で、先端部の外径が１ｍｍ以下の細径とすることも可能である。また、蛍光体１５から発する照明光４は蛍光体１５の内部で散乱されているため、ハレーションの起きにくい均一な照明が可能で、照明範囲も大きくとることができる。
光伝送媒体１１としては、イメージファイバ等のマルチコアファイバやファイババンドル等の可撓性を有する媒体が好適であるが、空間ビームを介して光を伝送したり、リレーレンズ等の光学系を用いたりすることも可能である。
光伝送媒体１１と対物光学系１２と波長選択性反射部１３と波長変換部１４の間を固定する方法は、各部材の構造や材質等にもよるが、端面同士を使用波長に対して透明な接着剤で接着したり、あるいは接着剤を用いないで融着したり、側面で接着や固定をしたりする方法が挙げられる。
光伝送媒体１１と対物光学系１２と波長選択性反射部１３と波長変換部１４の間を固定する方法は、各部材の構造や材質等にもよるが、端面同士を使用波長に対して透明な接着剤で接着したり、あるいは接着剤を用いないで融着したり、側面で接着や固定をしたりする方法が挙げられる。
本形態例の照明構造１０は、蛍光体１５と光伝送媒体１１の間に、画像光６の波長を選択的に反射し、励起光３の波長を選択的に透過する波長フィルタ１３ａを有する波長選択性反射部１３が設けられている。これにより、蛍光体１５から発した照明光４が光伝送媒体１１側に戻り光１７として放出された場合でも、戻り光１７を、光伝送媒体１１とも対象物５とも異なる側へと反射して、コントラストの低下を抑制することができる。
励起光源２としては、ランプ、レーザ、ＬＥＤ等が挙げられる。
励起光３の波長は、紫外線（ＵＶ）などの可視領域外の波長であってもよく、青色や紫色等の可視光であってもよい。ＵＶを励起光３とする場合、波長フィルタ１３ａとしては、ＵＶを透過し、可視光を透過する波長フィルタを好適に用いることができる。
青色や紫色等の可視光を励起光３とする場合、励起光３の波長をなるべく狭帯域とし、波長フィルタ１３ａとして、励起光の波長を透過して、その他の可視領域の波長を反射するフィルタが好適に用いられる。帯域通過形フィルタ（バンドパスフィルタ）の場合は、青色や紫色等の励起光の波長に通過帯域をもち、その両側の波長域を反射するものが用いられる。短波長通過型フィルタ（ハイパスフィルタ）の場合は、励起光として、ＵＶに波長域が近い可視光を励起光とし、励起光及びそれより波長の短い（周波数の高い）範囲に通過帯域をもち、励起光より波長の長い光を反射するものが用いられる。可視光を励起光３とする場合でも、狭帯域透過フィルタの使用により、画像の画質に問題は生じない。
励起光３の波長は、紫外線（ＵＶ）などの可視領域外の波長であってもよく、青色や紫色等の可視光であってもよい。ＵＶを励起光３とする場合、波長フィルタ１３ａとしては、ＵＶを透過し、可視光を透過する波長フィルタを好適に用いることができる。
青色や紫色等の可視光を励起光３とする場合、励起光３の波長をなるべく狭帯域とし、波長フィルタ１３ａとして、励起光の波長を透過して、その他の可視領域の波長を反射するフィルタが好適に用いられる。帯域通過形フィルタ（バンドパスフィルタ）の場合は、青色や紫色等の励起光の波長に通過帯域をもち、その両側の波長域を反射するものが用いられる。短波長通過型フィルタ（ハイパスフィルタ）の場合は、励起光として、ＵＶに波長域が近い可視光を励起光とし、励起光及びそれより波長の短い（周波数の高い）範囲に通過帯域をもち、励起光より波長の長い光を反射するものが用いられる。可視光を励起光３とする場合でも、狭帯域透過フィルタの使用により、画像の画質に問題は生じない。
波長変換部１４に設けられる蛍光体１５は、目的により、有色光や赤外光を放出するものを用いることも可能であるが、可視光での観察用途では、白色光を放出する蛍光体が好ましい。白色光を放出する蛍光体としては、例えば、白色ＬＥＤや白色蛍光灯等に使用される蛍光体を用いることができる。赤色（Ｒ）を発する蛍光体、緑色（Ｇ）を発する蛍光体、青（Ｂ）色を発する蛍光体をそれぞれ１種または２種以上配合し、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色を混色することで白色光を得ることもできる。紫外光で励起される赤色用の蛍光体としては、ＹＯ２Ｓ２：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、ＹＶＯ４：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ３：Ｅｕ、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕ、ＹＢＯ３：Ｅｕ等が挙げられる。紫外光で励起される緑色用の蛍光体としては、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｇ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｍｎ、ＢａＭｇＡｌ１６Ｏ２６：Ｅｕ，Ｍｎ等が挙げられる。紫外光で励起される青色用の蛍光体としては、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、ＣａＷＯ４：Ｐｂ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ等が挙げられる。
励起波長が青色、青紫色、紫色等である場合は、例えば、青色光で励起されて黄色、赤色、緑色等の光を発する蛍光体を用い、青色と黄色の混色や、青色と赤色と緑色の混色により、白色を得ることができる。青色で励起可能な蛍光体としては、ＹＡＧ系蛍光体やβ−サイアロン系蛍光体、α−サイアロン系蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕなどが挙げられる。
励起波長が青色、青紫色、紫色等である場合は、例えば、青色光で励起されて黄色、赤色、緑色等の光を発する蛍光体を用い、青色と黄色の混色や、青色と赤色と緑色の混色により、白色を得ることができる。青色で励起可能な蛍光体としては、ＹＡＧ系蛍光体やβ−サイアロン系蛍光体、α−サイアロン系蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕなどが挙げられる。
蛍光物質が重金属イオン等の人体に有害になり得る物質を含む場合は、蛍光物質をガラスや樹脂等の媒質中に分散することで、有害物質の溶出を防止することも好ましい。ガラスや樹脂等は、励起光３や照明光４の波長域で、透明性の高いものが好ましい。混合比は、特に限定されるものではないが、蛍光物質とガラスや樹脂等の比で、０．１：１から１０：１程度が挙げられる。
波長変換部１４において、励起光３が照明光４とともに対象物５へ向けて放射されることを抑制するためには、波長変換部１４の少なくとも対象物５側を覆うように、反射あるいは吸収により励起光３の強度を低下させる励起光除去フィルタ１８を設けることが好ましい。特に、励起光３がＵＶであり、対象物５が人体等の生物組織である場合には、励起光除去フィルタ１８としてＵＶカットフィルタを設けたり、ＵＶ吸収剤を含む被膜を形成したりすることが好ましい。
また、対象物５側とは異なる面に、紫外線反射層として、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの白色粉末を塗布形成すると、励起効率を上げることができる（図３参照、詳しくは後述する）。これらの無機酸化物はＵＶ透過率が高いため、粉末から層を形成すると、散乱や屈折等により、反射率の高い（ＵＶを吸収して熱に変換する割合が低い）紫外線反射層が得られる。
波長変換部１４に設けられる蛍光体１５と、接眼側に設けられる励起光源２は、図１では、それぞれ１つとしたが、複数の組を設けることも可能である。
例えば、接眼側に、第１の励起光を出射する第１の励起光源と、第２の励起光を出射する第２の励起光源を設け、波長変換部に、第１の励起光を受けて照明光を放射する第１の蛍光体と、第２の励起光を受けて照明光を放射する第２の蛍光体を設ける。一例として、第１の励起光源が４３０〜５００ｎｍの範囲の波長の励起光（青紫〜青〜青緑）を射出するレーザ素子を含むか、第２の励起光源が３６０〜４２０ｎｍの範囲の波長の励起光（紫〜青紫）を射出するレーザ素子を含むことが好ましい。
このとき、第１の励起光源と第２の励起光源のいずれか一方を点灯するか、両方を点灯して、第１の励起光と第２の励起光の比を１００：０〜０：１００の範囲で調整すると、波長変換部１４から第１の照明光と第２の照明光を所望の比（１００：０〜０：１００）で混合した状態で対象物５へ向けて放射することができる。励起波長毎に蛍光体を２種類用意し、それぞれ白色発光させる。蛍光体毎に微妙に違う白色で発光するので、適切な白色になるように、各蛍光体を、光軸方向の前後に所定の順序で配置したり、各蛍光体の厚さを調整することにより、演色性の高い白色光源とすることができる。
例えば、接眼側に、第１の励起光を出射する第１の励起光源と、第２の励起光を出射する第２の励起光源を設け、波長変換部に、第１の励起光を受けて照明光を放射する第１の蛍光体と、第２の励起光を受けて照明光を放射する第２の蛍光体を設ける。一例として、第１の励起光源が４３０〜５００ｎｍの範囲の波長の励起光（青紫〜青〜青緑）を射出するレーザ素子を含むか、第２の励起光源が３６０〜４２０ｎｍの範囲の波長の励起光（紫〜青紫）を射出するレーザ素子を含むことが好ましい。
このとき、第１の励起光源と第２の励起光源のいずれか一方を点灯するか、両方を点灯して、第１の励起光と第２の励起光の比を１００：０〜０：１００の範囲で調整すると、波長変換部１４から第１の照明光と第２の照明光を所望の比（１００：０〜０：１００）で混合した状態で対象物５へ向けて放射することができる。励起波長毎に蛍光体を２種類用意し、それぞれ白色発光させる。蛍光体毎に微妙に違う白色で発光するので、適切な白色になるように、各蛍光体を、光軸方向の前後に所定の順序で配置したり、各蛍光体の厚さを調整することにより、演色性の高い白色光源とすることができる。
上述の第１の励起光源と第１の蛍光体を第１ユニットとし、第２の励起光源と第２の蛍光体を第２ユニットとするとき、第１ユニットにおける蛍光物質（第１の励起光源用の蛍光体）が、希土類アルミン酸塩及び酸窒化物又は窒化物とを組み合わせたものが好ましい。また、第２ユニットにおける蛍光物質（第２の励起光源用の蛍光体）が、希土類アルミン酸塩及びアルカリ土類金属ハロゲンアパタイトとを組み合わせたもの、あるいは希土類アルミン酸塩、アルカリ土類金属ハロゲンアパタイト及び酸窒化物又は窒化物とを組み合わせたものが好ましい。希土類アルミン酸塩がＬＡＧ（ルテチウム・アルミニウム・ガーネットやＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）等が挙げられる。酸窒化物又は窒化物としては、ＳＥＳＮ（ストロンチウムシリコンナイトライド）、ＳＣＥＳＮ（カルシウムストロンチウムシリコンナイトライド）、ＣＥＳＮ（カルシウムシリコンナイトライド）等が挙げられる。アルカリ土類ハロゲンアパタイトとしては、ＣＣＡ（カルシウムクロルアパタイト）、ＢＣＡ（バリウムクロルアパタイト）等が挙げられる。
接眼側の光学系は、励起光源２と光伝送媒体１１の間に波長フィルタ２０を備え、励起光源２からの励起光３を透過して光伝送媒体１１に入射させるとともに、光伝送媒体１１により伝送された画像光６を反射して、ＣＣＤ等のカメラ７に送ることができる。
波長フィルタ２０とカメラ７の間には、画像光６からノイズを除去するノイズ除去フィルタ２４を設けることができる。ノイズ除去フィルタ２４としては、近赤外線（ＮＩＲ）と紫外線を除去するもの（ＵＶ／ＮＩＲカットフィルタ）や、カメラ７の感度に適合した波長域を透過し、ノイズの波長域の透過率を下げる３波長フィルタが挙げられる。
波長フィルタ２０とカメラ７の間には、画像光６からノイズを除去するノイズ除去フィルタ２４を設けることができる。ノイズ除去フィルタ２４としては、近赤外線（ＮＩＲ）と紫外線を除去するもの（ＵＶ／ＮＩＲカットフィルタ）や、カメラ７の感度に適合した波長域を透過し、ノイズの波長域の透過率を下げる３波長フィルタが挙げられる。
カメラ７は、前記画像光から変換した電気信号を、配線９を介してモニタ８に送り、画像をモニタ８にて観察可能とする。図１において、符号２１〜２３はレンズである。レンズ２１，２２により、励起光源２から出射した励起光３を結像して光伝送媒体１１に入射させることができる。また、レンズ２２，２３により、光伝送媒体１１から出射した画像光６を結像してカメラ７に入射させることができる。モニタ８としては、液晶表示装置、ＣＲＴなどが使用できる。
接眼側の光学系としては、図示したように励起光や画像光を１対１でリレーして伝送するリレー光学系に限られず、光伝送媒体１１の端面から出射する画像光６をカメラ７に結像する結像光学系や、励起光源２から励起光３を光伝送媒体１１の端面に入射させる入射光学系を用いることもできる。
接眼側の光学系としては、図示したように励起光や画像光を１対１でリレーして伝送するリレー光学系に限られず、光伝送媒体１１の端面から出射する画像光６をカメラ７に結像する結像光学系や、励起光源２から励起光３を光伝送媒体１１の端面に入射させる入射光学系を用いることもできる。
図２は、本発明の一実施形態の照明構造１０Ａを用いた直視の内視鏡１Ａを示す。照明構造１０Ａは、励起光３と画像光６を伝送する光伝送媒体１１と、光伝送媒体１１の先端部に配置された対物光学系１２と、光伝送媒体１１を介して伝送された励起光３を受けて対象物５に照明光４を放射する蛍光体１５を有する波長変換部１４と、励起光３の波長を選択的に反射し、画像光６の波長を選択的に透過する波長フィルタ１３ａを有する波長選択性反射部１３を備える。本形態例では、波長フィルタ１３ａの特性が異なるほか、対象物５に対向する対物部１６が光伝送媒体１１の長手方向の延長線上に設けられ、蛍光体１５を有する波長変換部１４が光伝送媒体１１の側方に設けられる点が、図１と異なる。
本形態例の照明構造１０Ａを備える内視鏡１Ａによれば、蛍光体１５と光伝送媒体１１の間に、励起光３の波長を選択的に反射し、画像光６の波長を選択的に透過する波長フィルタ１３ａを有する波長選択性反射部１３が設けられているので、蛍光体１５から発した照明光４が光伝送媒体１１側に戻り光１７として放出された場合でも、戻り光１７は、光伝送媒体１１とも対象物５とも異なる側へと波長フィルタ１３ａを透過するので、コントラストの低下を抑制することができる。
波長変換部１４には、励起光３または照明光４の方向、強度、透過範囲などを調整するミラーやフィルタを設けることが好ましい。例えば、図１や図２に示すように、対象物５へ向けて励起光３が放出されるのを抑制する励起光除去フィルタ１８を、波長変換部１４の少なくとも対象物５側の外面に設けることができる。励起光が紫外光の場合のミラーとして、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの白色粉末を塗布形成した紫外線反射層として形成することもできる。
図３（ａ）に示すミラー１８ａまたはフィルタは、波長変換部１４のうち、光伝送媒体１１の長手方向の延長線上の先端面に設けられ、励起光３や照明光４を反射させることで、励起光３から照明光４への変換効率を高めたり、対象物に向かう照明光４の強度を大きくすることができる。
図３（ｂ）に示すミラー１８ｂまたはフィルタは、波長変換部１４のうち、対象物とは反対側の側面に設けられ、励起光３や照明光４を反射させることで、励起光３から照明光４への変換効率を高めたり、対象物に向かう照明光４の強度を大きくすることができる。
図３（ｃ）に示すミラー１８ｃまたはフィルタは、波長変換部１４のうち、対象物とは反対側の側面から傾斜して設けられ、反射光がより多く対象物に向かうように構成されている。
図３（ｄ）に示すミラー１８ｄまたはフィルタは、励起光３の入射と、対象物に向けた照明光４の出射に必要な部分を開放し、光伝送媒体１１の長手方向の延長線上の先端面や、対象物とは反対側の側面などを囲むように設けられている。これにより、励起光３から照明光４への変換効率や、対象物に向かう照明光４の強度を、より効果的に高めることができる。
図３（ｅ）に示すミラー１８ｅまたはフィルタは、波長変換部１４の内側に向かって凸状の反射面を有しており、反射光を拡散させることができる。
図３（ｆ）に示すミラー１８ｆまたはフィルタは、波長変換部１４の内側に向かって複数の反射面を有しており、反射光を拡散させることができる。
これらのフィルタやミラー等は、蛍光体１５の周囲に取り付けたものでよく、蛍光体１５の表面あるいは蛍光体１５を分散した材料の表面を加工して必要な機能を持たせたものでもよい。
図３（ａ）に示すミラー１８ａまたはフィルタは、波長変換部１４のうち、光伝送媒体１１の長手方向の延長線上の先端面に設けられ、励起光３や照明光４を反射させることで、励起光３から照明光４への変換効率を高めたり、対象物に向かう照明光４の強度を大きくすることができる。
図３（ｂ）に示すミラー１８ｂまたはフィルタは、波長変換部１４のうち、対象物とは反対側の側面に設けられ、励起光３や照明光４を反射させることで、励起光３から照明光４への変換効率を高めたり、対象物に向かう照明光４の強度を大きくすることができる。
図３（ｃ）に示すミラー１８ｃまたはフィルタは、波長変換部１４のうち、対象物とは反対側の側面から傾斜して設けられ、反射光がより多く対象物に向かうように構成されている。
図３（ｄ）に示すミラー１８ｄまたはフィルタは、励起光３の入射と、対象物に向けた照明光４の出射に必要な部分を開放し、光伝送媒体１１の長手方向の延長線上の先端面や、対象物とは反対側の側面などを囲むように設けられている。これにより、励起光３から照明光４への変換効率や、対象物に向かう照明光４の強度を、より効果的に高めることができる。
図３（ｅ）に示すミラー１８ｅまたはフィルタは、波長変換部１４の内側に向かって凸状の反射面を有しており、反射光を拡散させることができる。
図３（ｆ）に示すミラー１８ｆまたはフィルタは、波長変換部１４の内側に向かって複数の反射面を有しており、反射光を拡散させることができる。
これらのフィルタやミラー等は、蛍光体１５の周囲に取り付けたものでよく、蛍光体１５の表面あるいは蛍光体１５を分散した材料の表面を加工して必要な機能を持たせたものでもよい。
波長選択性反射部１３と波長変換部１４の間に、戻り光１７が光伝送媒体１１に入射することを防止するため、戻り光１７の光量を減衰させる手段として、アパーチャ、アイリスまたはフィルタを備えることもできる。
図４（ａ）に示すフィルタ１９ａは、励起光３の波長を透過して照明光４の波長を反射または吸収する波長フィルタであり、波長選択性反射部１３と波長変換部１４の間の全面に設けることができる。
図４（ｂ）に示すアパーチャ、アイリスまたはフィルタ１９ｂは、波長選択性反射部１３と波長変換部１４の間で、光伝送媒体１１の長手方向に垂直な断面の中心部が励起光３を透過するように開口している。
図４（ｃ）に示すアパーチャ、アイリスまたはフィルタ１９ｂは、波長選択性反射部１３と波長変換部１４の間で、光伝送媒体１１の長手方向に垂直な断面の中心部に、励起光３を透過する開口部を有し、周辺部が傾斜した反射面となっている。
図４（ｄ）に示すアパーチャ、アイリスまたはフィルタ１９ｄは、波長選択性反射部１３と波長変換部１４の間で、光伝送媒体１１の長手方向に垂直な断面の周辺部が開口している。
戻り光１７の光量を減衰させる手段は、一定の開口の範囲内で励起光３の通過を許容し、開口の周囲では励起光３や照明光４の通過を阻止するアパーチャ（開口絞り）やアイリス（虹彩絞り）であってもよく、励起光３の波長を透過して照明光４の波長を反射または吸収する波長フィルタでもよい。アパーチャ、アイリスまたはフィルタ１９ｂ，１９ｃ，１９ｄが励起光３を反射する場合は、波長変換部１４への励起光３の入射が開口部分からに限られるものの、励起光３の蛍光体１５への入射光率を高めることができる。
図４（ａ）に示すフィルタ１９ａは、励起光３の波長を透過して照明光４の波長を反射または吸収する波長フィルタであり、波長選択性反射部１３と波長変換部１４の間の全面に設けることができる。
図４（ｂ）に示すアパーチャ、アイリスまたはフィルタ１９ｂは、波長選択性反射部１３と波長変換部１４の間で、光伝送媒体１１の長手方向に垂直な断面の中心部が励起光３を透過するように開口している。
図４（ｃ）に示すアパーチャ、アイリスまたはフィルタ１９ｂは、波長選択性反射部１３と波長変換部１４の間で、光伝送媒体１１の長手方向に垂直な断面の中心部に、励起光３を透過する開口部を有し、周辺部が傾斜した反射面となっている。
図４（ｄ）に示すアパーチャ、アイリスまたはフィルタ１９ｄは、波長選択性反射部１３と波長変換部１４の間で、光伝送媒体１１の長手方向に垂直な断面の周辺部が開口している。
戻り光１７の光量を減衰させる手段は、一定の開口の範囲内で励起光３の通過を許容し、開口の周囲では励起光３や照明光４の通過を阻止するアパーチャ（開口絞り）やアイリス（虹彩絞り）であってもよく、励起光３の波長を透過して照明光４の波長を反射または吸収する波長フィルタでもよい。アパーチャ、アイリスまたはフィルタ１９ｂ，１９ｃ，１９ｄが励起光３を反射する場合は、波長変換部１４への励起光３の入射が開口部分からに限られるものの、励起光３の蛍光体１５への入射光率を高めることができる。
接眼系から励起光３を光伝送媒体１１に入射させるとき、光伝送媒体１１の断面積の一部に励起光３を入射させて導光させることもできる。
図５は、光伝送媒体１１の断面の中心部のみに励起光３を導光させた例を示す。そのような構成は、例えば、光伝送媒体１１の断面の中心部に対応して励起光３を透過させ、光伝送媒体１１の断面の周辺部への励起光３の入射を阻止する、輪帯状のフィルタまたはマスク２５を、励起光源２と光伝送媒体１１の間に１箇所または２箇所以上に設けることで実現できる。
この場合、波長選択性反射部１３と波長変換部１４の間で、光伝送媒体１１の長手方向に垂直な断面の中心部が励起光３を透過するように開口したアイリスまたはフィルタ１９ｂと組み合わせると、励起光３の不必要な拡散を抑制でき、好ましい。
戻り光１７に含まれる照明光４は、上述したように波長選択性反射部１３により光伝送媒体１１への入射が阻止されるが、戻り光１７に励起光３の一部が含まれる場合、波長選択性反射部１３を透過し、光伝送媒体１１を対物側から接眼側に伝送されるおそれがある。この場合に備えて、カメラ７の前にも、光軸に垂直な断面の中心部に、画像光６を透過し、励起光３を阻止する輪帯状のフィルタまたはマスク２７を設け、励起光３がカメラ７に与える影響を抑制することができる。励起光３の波長がカメラ７に悪影響を与えない場合は、カメラ７の前のフィルタまたはマスク２７は不要である。
図５は、光伝送媒体１１の断面の中心部のみに励起光３を導光させた例を示す。そのような構成は、例えば、光伝送媒体１１の断面の中心部に対応して励起光３を透過させ、光伝送媒体１１の断面の周辺部への励起光３の入射を阻止する、輪帯状のフィルタまたはマスク２５を、励起光源２と光伝送媒体１１の間に１箇所または２箇所以上に設けることで実現できる。
この場合、波長選択性反射部１３と波長変換部１４の間で、光伝送媒体１１の長手方向に垂直な断面の中心部が励起光３を透過するように開口したアイリスまたはフィルタ１９ｂと組み合わせると、励起光３の不必要な拡散を抑制でき、好ましい。
戻り光１７に含まれる照明光４は、上述したように波長選択性反射部１３により光伝送媒体１１への入射が阻止されるが、戻り光１７に励起光３の一部が含まれる場合、波長選択性反射部１３を透過し、光伝送媒体１１を対物側から接眼側に伝送されるおそれがある。この場合に備えて、カメラ７の前にも、光軸に垂直な断面の中心部に、画像光６を透過し、励起光３を阻止する輪帯状のフィルタまたはマスク２７を設け、励起光３がカメラ７に与える影響を抑制することができる。励起光３の波長がカメラ７に悪影響を与えない場合は、カメラ７の前のフィルタまたはマスク２７は不要である。
図６は、光伝送媒体１１の断面の周辺部のみに励起光３を導光させた例を示す。そのような構成は、例えば、光伝送媒体１１の断面の周辺部に対応して励起光３を透過させ、光伝送媒体１１の断面の中心部への励起光３の入射を阻止する、輪帯状のフィルタまたはマスク２８を、励起光源２と光伝送媒体１１の間の１箇所または２箇所以上に設けることで実現できる。
この場合、波長選択性反射部１３と波長変換部１４の間で、光伝送媒体１１の長手方向に垂直な断面の周辺部が励起光３を透過するように開口したアイリスまたはフィルタ１９ｄと組み合わせると、励起光３の不必要な拡散を抑制でき、好ましい。
特に、励起光３の波長が青色または紫色で、画像光６の波長域の一部と重なる場合には、光伝送媒体１１の断面の周辺部のみに励起光３を導光させると、光伝送媒体１１の断面の中心部に励起光３が導光されなくなることにより、光伝送媒体１１の端面等での励起光３（青色または紫色）の反射による画像への影響を抑制することができる。
この場合、波長選択性反射部１３と波長変換部１４の間で、光伝送媒体１１の長手方向に垂直な断面の周辺部が励起光３を透過するように開口したアイリスまたはフィルタ１９ｄと組み合わせると、励起光３の不必要な拡散を抑制でき、好ましい。
特に、励起光３の波長が青色または紫色で、画像光６の波長域の一部と重なる場合には、光伝送媒体１１の断面の周辺部のみに励起光３を導光させると、光伝送媒体１１の断面の中心部に励起光３が導光されなくなることにより、光伝送媒体１１の端面等での励起光３（青色または紫色）の反射による画像への影響を抑制することができる。
図７は、波長選択性反射部１３と対象物５の間の対物部１６に光学系として対物レンズ１６ａを設けた例を示す。対物光学系１２にも結像のための組み合わせレンズ１２ａ，１２ｂを用いることができる。
対物光学系１２に用いるレンズとしては、円柱状の屈折率分布形レンズ（例えば日本板硝子株式会社のセルフォック（登録商標）や三菱レイヨン株式会社のロッドレンズ（登録商標）など、ＪＩＳ Ｃ ５９３４（光伝送用レンズ通則）に規定する、半径方向に屈折率分布をもつラジアル形の分布屈折率形レンズ。ＧＲＩＮレンズともいう。）を用いることもできる。このような円柱状レンズは、円柱の両底面に光を入射または出射する端面を有することから、１個で、または２個以上を連ねて、光伝送媒体１１としても好適に使用することができる。
対物光学系１２が、光伝送媒体１１と同軸かつ同径の円筒状に構成されていると、照明構造１０の側面に段差ができず、内視鏡等の観察装置の細径化に有利である。
図８は、波長選択性反射部１３にグレーティング１３ｂを用いた例を示す。
対物光学系１２に用いるレンズとしては、円柱状の屈折率分布形レンズ（例えば日本板硝子株式会社のセルフォック（登録商標）や三菱レイヨン株式会社のロッドレンズ（登録商標）など、ＪＩＳ Ｃ ５９３４（光伝送用レンズ通則）に規定する、半径方向に屈折率分布をもつラジアル形の分布屈折率形レンズ。ＧＲＩＮレンズともいう。）を用いることもできる。このような円柱状レンズは、円柱の両底面に光を入射または出射する端面を有することから、１個で、または２個以上を連ねて、光伝送媒体１１としても好適に使用することができる。
対物光学系１２が、光伝送媒体１１と同軸かつ同径の円筒状に構成されていると、照明構造１０の側面に段差ができず、内視鏡等の観察装置の細径化に有利である。
図８は、波長選択性反射部１３にグレーティング１３ｂを用いた例を示す。
図９、図１０は、上述の照明構造１０を用いた内視鏡の先端部の一例を示す。
図９に示す内視鏡３０では、照明構造１０の周囲が柔軟なチューブ３１で覆われ、チューブ３１の内部が樹脂３２で封止されている。チューブ３１の側面には、波長変換部１４から対象物５に放射される照明光４を透過可能で、かつ対象物５から対物部１６に入射する画像光６を透過可能な窓（ウインド）３３が設けられている。
図１０に示す内視鏡４０では、照明構造１０の周囲が柔軟なチューブ４１と剛直なスリーブ４２で覆われ、スリーブ４２の内部が樹脂４３で封止されている。スリーブ４２は、少なくとも対物光学系１２と波長選択性反射部１３と波長変換部１４の周囲を囲むように設けられ、光伝送媒体１１の周囲の大部分は柔軟なチューブ４１に囲まれている。スリーブ４２の側面には、波長変換部１４から対象物５に放射される照明光４を透過可能な窓（ウインド）４５と、対象物５から対物部１６に入射する画像光６を透過可能な窓（ウインド）４４が設けられている。
図９に示す内視鏡３０では、照明構造１０の周囲が柔軟なチューブ３１で覆われ、チューブ３１の内部が樹脂３２で封止されている。チューブ３１の側面には、波長変換部１４から対象物５に放射される照明光４を透過可能で、かつ対象物５から対物部１６に入射する画像光６を透過可能な窓（ウインド）３３が設けられている。
図１０に示す内視鏡４０では、照明構造１０の周囲が柔軟なチューブ４１と剛直なスリーブ４２で覆われ、スリーブ４２の内部が樹脂４３で封止されている。スリーブ４２は、少なくとも対物光学系１２と波長選択性反射部１３と波長変換部１４の周囲を囲むように設けられ、光伝送媒体１１の周囲の大部分は柔軟なチューブ４１に囲まれている。スリーブ４２の側面には、波長変換部１４から対象物５に放射される照明光４を透過可能な窓（ウインド）４５と、対象物５から対物部１６に入射する画像光６を透過可能な窓（ウインド）４４が設けられている。
ウインド３３，４４，４５の部分は、透明な樹脂やガラス、あるいはレンズ等によって密閉されていることが好ましい。照明構造１０を保護するための樹脂３２，４３やガラス等は、照明光４や画像光６の透過する部分は透明とする必要があるが、それ以外の部分は不透明でもよい。照明光４や画像光６の透過が必要ない部分では、黒色等の遮光性の材料を用いることもできる。
チューブ３１，４１はゴムや柔軟な樹脂などから構成することができる。スリーブ４２は、金属、ガラス、樹脂などから構成することができる。例えば、血管内観察の目的で、チューブ３１やスリーブ４２等、内視鏡の先端部の外径を、１ｍｍ以下の細径とすることも可能である。
チューブ３１，４１はゴムや柔軟な樹脂などから構成することができる。スリーブ４２は、金属、ガラス、樹脂などから構成することができる。例えば、血管内観察の目的で、チューブ３１やスリーブ４２等、内視鏡の先端部の外径を、１ｍｍ以下の細径とすることも可能である。
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
画像光６の波長が可視領域にある場合には、励起光３の波長としてＵＶ光もしくは青や紫等の共帯域が好ましいが、画像光６の波長が赤外領域にある場合には、励起光３の波長として可視光を用いることも可能である。この場合、波長変換部１４としては、可視領域の励起光３を受けて赤外領域の照明光（照射光）４を対象物５に向けて放射する。カメラ７は、赤外画像を撮像できることが好ましいが、赤外から可視への波長変換素子を設けることで、赤外画像を可視画像に変換してから撮像することもできる。
画像光６の波長が可視領域にある場合には、励起光３の波長としてＵＶ光もしくは青や紫等の共帯域が好ましいが、画像光６の波長が赤外領域にある場合には、励起光３の波長として可視光を用いることも可能である。この場合、波長変換部１４としては、可視領域の励起光３を受けて赤外領域の照明光（照射光）４を対象物５に向けて放射する。カメラ７は、赤外画像を撮像できることが好ましいが、赤外から可視への波長変換素子を設けることで、赤外画像を可視画像に変換してから撮像することもできる。
波長変換素子は、入力光をより短い波長の光に変換して出力するものでもよく、入力光をより長い波長の光に変換して出力するものでもよい。例えば、高調波発生素子等の波長変換素子として波長変換部に配置することができる。
波長変換素子への入力光は、波長変換素子を励起させる励起光に限られず、励起以外の方法による波長変換に利用可能であればよい。波長変換素子からの出力光は、観察対象への照明または照射に適するものが好ましく、狭帯域でも広帯域でもよい。可視光を照明光とする場合は、広帯域の白色光が好ましい。
波長変換素子への入力光は、波長変換素子を励起させる励起光に限られず、励起以外の方法による波長変換に利用可能であればよい。波長変換素子からの出力光は、観察対象への照明または照射に適するものが好ましく、狭帯域でも広帯域でもよい。可視光を照明光とする場合は、広帯域の白色光が好ましい。
１，１Ａ，３０，４０…内視鏡、２…励起光源、３…励起光（波長変換素子への入力光）、４…照明光（照射光）、５…対象物、６…画像光、７…カメラ（撮像装置）、１０，１０Ａ…照明構造（照射構造）、１１…光伝送媒体、１２…対物光学系、１３…波長選択性反射部、１３ａ…フィルタ、１３ｂ…グレーティング、１４…波長変換部、１５…蛍光体（波長変換素子）、１７…戻り光、１８…励起光除去フィルタ、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ…ミラー、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ…アパーチャ、アイリスまたはフィルタ、２４…ノイズ除去フィルタ、２５，２７，２８…フィルタまたはマスク。
Claims (14)
- 励起光と画像光を伝送する光伝送媒体と、
前記光伝送媒体の先端部に配置された対物光学系と、
前記光伝送媒体を介して伝送された前記励起光を受けて対象物に照明光を放射する蛍光体を有する波長変換部と、
前記励起光の波長と前記画像光の波長のいずれか一方を選択的に反射することで、前記光伝送媒体を介して入射する励起光を、前記蛍光体に向けて出射するとともに、前記対象物から入射する画像光を、前記対物光学系を介して前記光伝送媒体に向けて出射する波長選択性反射部と、
を備える照明構造。 - 前記励起光が紫外線であり、前記波長選択性反射部が紫外線を透過し可視光を透過する波長フィルタを備える、
請求項１に記載の照明構造。 - 前記励起光が青色または紫色の可視光であり、前記波長選択性反射部が前記励起光の波長を透過するバンドパスフィルタを備える、
請求項１に記載の照明構造。 - 前記対物光学系が、前記光伝送媒体と同軸かつ同径の円筒状に構成されている、
請求項１に記載の照明構造。 - 接眼系にノイズ除去のためのフィルタを有する、
請求項１に記載の照明構造。 - 前記蛍光体がガラスまたは樹脂中に分散されている、
請求項１に記載の照明構造。 - 前記波長変換部に、前記励起光または前記照明光の方向、強度、透過範囲のいずれかを調整するミラーまたはフィルタを備える、
請求項１に記載の照明構造。 - 前記波長選択性反射部と前記波長変換部の間に、戻り光が前記光伝送媒体の先端側に入射することを防止するため、戻り光の光量を減衰させる手段として、アパーチャ、アイリスまたはフィルタを備える、
請求項１に記載の照明構造。 - 前記励起光を、前記光伝送媒体の断面積の一部に入射して導光させる、
請求項１に記載の照明構造。 - 前記光伝送媒体からのノイズ光を、前記画像光を電気信号に変換するカメラ等の撮像素子に入射させないためのマスクまたはフィルタを備える、
請求項１に記載の照明構造。 - 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の照明構造を有する内視鏡。
- 側視の内視鏡である、
請求項１１に記載の内視鏡。 - 先端部の外径が１ｍｍ以下の細径である、
請求項１１に記載の内視鏡。 - 血管内観察用である、
請求項１１に記載の内視鏡。
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