JPH0621900B2

JPH0621900B2 - 波長可変レーザを用いた内視鏡用照明装置

Info

Publication number: JPH0621900B2
Application number: JP58184686A
Authority: JP
Inventors: 弘善藤森; 達夫長崎; 幸一唐木
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1983-10-03
Filing date: 1983-10-03
Publication date: 1994-03-23
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: JPS6076713A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は波長可変レーザを用いた内視鏡用照明装置に関
する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、体腔内等に細長の挿入部を挿入することによつ
て、切開することなく、体腔内の患部等を観察手段で観
察あるいは診断したり、必要に応じ処置具にて治療処置
のできる医療用内視鏡が広く用いられている。

又、工業用分野においても、プラント類等の管腔の内壁
等の損傷箇所の有無の検査とか、内壁の付着物の検査等
にも内視鏡が用いられている。

従来の内視鏡においては、結像光学系によつて、フアイ
ババンドル（光学繊維束）で形成されたイメージガイド
の先端面に結像された患部等の被写体の像を、挿入部内
を挿通されたイメージガイドによつて手元側接眼部に伝
達し、接眼部後方から観察できるようになつていた。

又、被写体を照明するための照明手段として、光源装置
内の光源の照明光を挿入部を挿通されたライトガイドに
て伝達し、該ライトガイド先端面から被写体側に出射す
るようにしていた。

上記挿入部内には、上述のようにイメージガイド及びラ
イトガイドが挿入されるため、従来の内視鏡は先端部の
みならず途中の挿入部もかなり太径になるため、挿入の
際等に患者に大きな苦痛を強いるものであつた。

一方、イメージガイドを用ることなく、大規模集積化技
術の進展と共に、益々小型化可能となる固体撮像素子の
撮像面に結像された像を撮像し、モニタ装置等に撮像し
た像を表示できるようにした内視鏡が提案されている。

上記固体撮像素子を用いた場合には該固体撮像素子を先
端部に収容しなければならないが、途中の挿入部内には
信号線を挿通すれば済むため、細径にできるという利点
を有する。又、固体撮像素子自体も技術の進展と共に今
後充分小型化できるし、撮像した像を記録したり、所望
とする部分を拡大して表示する等簡単に出来る。

上記固体撮像素子を用いた場合にも、照明用に挿入部内
をライトガイドが挿通されるため、患者への苦痛を軽減
する上から該ライトガイドをより細径にすることが望ま
れていた。

しかしながら、通常の照明ランプの照明光を用いると、
ライトガイドを形成するフアイバの本数を減らして細径
にすると、伝達可能になる光量が制約されるため照明強
度が不足し、暗い像になつてしまうという問題があつ
た。

このため高密度に収束可能で、シングルフアイバでも充
分な光量を伝達可能で、充分な照明強度を得ることので
きるレーザ光を用いて照明する従来例もあるが、波長域
が狭い範囲に限定されるため、通常の白色照明光で照明
した場合での撮像したカラー画像と色調が異つてしま
い、患部等の症状を的確に診断することが難しくなると
いう問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、所望
とするスペクトル分布の照明光で患部等被写体を照明で
きる波長可変レーザを用いた内視鏡用照明装置を提供す
ることを目的とする。

〔発明の概要〕本発明は、波長を可変とするレーザ光を発光させ、該レ
ーザ光を適宜の波長を中心として任意の分光強度分布を
有するように制御手段を設けて照明装置が形成されてい
る。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図ないし第６図は本発明の１実施例に係り、第１図
は１実施例が適用された内視鏡を示し、第２図は励起用
レーザ光で適宜波長域の色素レーザ光が発生される色素
レーザの構成例を示し、第３図は波長可変レーザ用に用
いられる色素を示し、第４図は読出しゲート発生器のゲ
ート信号出力を示し、第５図は関数発生器の出力波形の
一例を示し、第６図は、第５図の関数発生出力によつて
波長選別器を駆動した場合の色素レーザ光の分光強度分
布を示す。

第１図に示すように１実施例に係る内視鏡１は、体腔内
等に挿入可能となる細径で可撓性の挿入部の前端側に硬
性の先端構成部２が形成されている。

上記先端（構成）部２は金属あるいはセラミツクで先端
部本体が形成され、該先端部本体には被写体の像を撮像
面に結像して撮像可能とする撮像手段が収容されてい
る。

即ち、入射光を取り込む開口窓には結像用の対物レンズ
３がレンズ枠等を介して固定され、該対物レンズ３の焦
点面にその撮像面が位置するようにして電荷結合素子
（ＣＣＤ）等の固体撮像素子４が配設されている。この
固体撮像素子４の撮像面には光電変換機能を有する多数
の受光素子が配列されており、各受光素子で被写体像を
各画素として受光し、蓄積された信号は、ドライバ５を
介して印加される読出し用クロツク信号にて出力され
（読出され）、該読出された信号はプリアンプ６で低雑
音指数で増幅され、挿入部内を挿通された信号線を介し
て手元側操作部内又は操作部外に設けたビデオプロセス
部７に入力されるようになつている。このビデオプロセ
ス部７に入力された信号は、各色フレームごとにマルチ
プレクサ８を介して導通されるＲ，Ｇ，Ｂの各色フレー
ムメモリ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに（ＡＤ変換して）書き込ま
れ、書き込み後に同時に読出されてカラーＴＶモニタ１
０に掃引信号で掃引されながら表示されるようになつて
いる。

尚、ドライバ５は、後述する読出しゲート発生器のゲー
ト信号で開閉される（例えば図示しない２入力のアンド
回路を介装することによつて可能になる。）基準発振器
１１の出力を取り込んで読出し用クロツク信号を出力す
るようになつている。

一方、上記先端部２には、結像用の光学系に隣接する照
明窓は配光レンズ１２で閉塞され、その奥に可撓性のシ
ングルフアイバで形成された照明光伝達用のライトガイ
ド１３が挿通され、該ライトガイド１３で伝達した照明
光を半球状前端から出射し、配光レンズ１２を経て被写
体を照明するようになつている。

上記ライトガイド１３の後端側は後端部近傍でループ状
にして１実施例の照明装置１４に装着されるようになつ
ている。この装着された端面にはコンデンサレンズ１５
で集光された３原色の各波長のレーザ光による照明光が
順次照射されるように構成されている。

上記３原色の各波長（色）の照明光は、例えば第２図に
示す波長可変色素レーザを用いて発生される。

即ち、励起用の例えばＡｒレーザ光を凹面状の鏡１７
ａ，１７ｂ，１７ｃ及び鏡１７ｄで反射させ、これら鏡
１７ａ，１７ｂ，１７ｃの途中に、発振すべき各波長に
応じて選択して配設した色素セル１８又は偏平ノズルか
ら噴出する色素溶液のジエツトストリームを通すことに
よつて、３原色の各波長における適宜波長域をカバーす
るレーザ光を得、このレーザ光を複屈折フイルタ等用い
た波長選別器１９（第１図では１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂ
で示す）で所望とするスペクトル幅の各波長域のレーザ
光を得ることができるようになつている。

上記３原色の各波長域のレーザ光を発振させるのに用い
られるレーザ用色素としては、例えば第３図に示すもの
が用いられる。例えば、赤の波長のレーザ光を発振させ
る場合には、シアニン色素によつて、あるいはこれの他
にオキサジン色素及びキサンテン色素を用いることがで
きる。

上記１実施例においては、第１図に示すように励起用に
Ａｒレーザ２０を用い、該Ａｒレーザ20から出力される
レーザ光をプランジヤ等で形成された３つのミラー駆動
部２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂで矢符で示すように突没駆動
され、この場合、突出した状態のときのミラー面で反射
可能となるミラー２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂで反射し、上
記第２図を参照して述べた各波長に応じた色素セル１８
等を用いてＲ，Ｇ，Ｂ照明用の各色素レーザ２３Ｒ，２
３Ｇ，２３Ｂが形成されている。各、色素レーザ２３
Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂの出力側端部には、波長選別器１９
Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂがそれぞれ配設されており、各波長
選別器１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂで選択されて出力される
各波長の色素レーザ光は、例えばそれぞれ９０％透過
し、１０％を反射するハーフミラー２４Ｒ，２４Ｇ，２
４Ｂを経た後、縁用の色素レーザ光は直接、赤用及び青
用色素レーザ光はミラー２５R₁，２５R₂及びミラー２５
B₁，２５B₂でそれぞれ反射された後コンデンサレンズ１
５で集光されてライトガイド１３の後端面に照射される
ようになつている。

上記ハーフミラー２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂで反射された
各色素レーザ光は、パワーモニタ２６で受光され、電気
信号に変換してその変換出力にてＡｒレーザ２０の発振
出力を制御可能とするＡｒレーザドライバ２７を制御
し、理想的に近い三刺激値となる照明強度に設定できる
ようにしてある。又、このＡｒレーザドライバ２７に
は、色補正電流発生部２８からも制御信号が印加され、
この制御信号によつてもＡｒレーザ２０の発振出力を制
御して、ライトガイド１３の波長依存する伝達特性ある
いは固体撮像素子４の感光特性等を色補正できるように
してある。

上記各ミラー駆動部２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂはそれぞれ
ミラードライブ回路２９Ｒ，２９Ｇ，２９Ｂから出力さ
れる電力によつてミラー２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを（例
えば図示しない）スプリングの弾性力に抗して突出させ
るように駆動し、これらミラードライブ回路２９Ｒ，２
９Ｇ，２９Ｂは第４図(a)に示すように読出しゲート発
生器３０の出力端から出力される信号読出しゲート信号
に引き続いて別の３つの出力端から順次出力される照明
用ゲート信号３０ａ，３０ｂ，３０ｃがハイレベルのと
きそれぞれミラー駆動部２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを駆動
するように制御するようになつている。尚、上記読出し
ゲート発生器３０は、各ミラー２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ
が全て引つ込んでいる状態のとき（期間）、Ａｒレーザ
２０のＡｒレーザ光がミラー３１で反射されて読出しゲ
ート発生器３０内の受光素子で受光され、このとき読出
しゲート信号が出力されて、該読出しゲート信号でドラ
イバ５の信号読出しクロツク信号が固体撮像素子４に印
加されて、各受光素子の信号を読出せるようになつてい
る。又、上記ゲート信号発生器３０にはスタートトリガ
パルス発生器３２からゲート信号３０ａ，３０ｂ，３０
ｃのトリガとなるスタートトリガパルスが印加されるよ
うになつている。

又、上記ゲート信号発生器３０は、上記各ゲート信号３
０ａ，３０ｂ，３０ｃが出力される期間関数発生器３３
に信号を出力して、関数発生器33の各出力端から出力さ
れる（例えば第５図に示すような）出力信号によつて、
各波長選別器１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂを回動する角度変
化の速度等の操作を制御して、第６図に示すように適宜
波長を中心として理想的な分光強度分布の色素レーザ光
が出力されるようにしてある。

尚、ライトガイド１３の後端側でループ状にされた部分
には、圧電振動子３４が当接し、圧電振動子ドライバ３
５から供給されるパルスによつて、圧電振動子３４と共
にライトガイド１３を振動させ、ライトガイド１３内を
伝達する色素レーザ光のスペックルノイズを取り除くよ
うにしてある。

このように構成された１実施例の照明装置１４を備えた
内視鏡１の動作を以下に説明する。

照明装置１４の電源を投入することによつて、Ａｒレー
ザ２０が発光し、読出しゲート発生器30の照明用ゲート
信号３０ａ，３０ｂ，３０ｃが第４図(b)，(c)，(d)に
示すように順次出力される。

上記照明用ゲート信号３０ａが出力されると、ミラード
ライブ回路２９ａはミラー駆動部２１Ｒを駆動してミラ
ー２２Ｒを突出させ、Ａｒレーザ光を反射して赤用の色
素レーザ２３Ｒから波長選別器１９Ｒを経て赤の波長の
色素レーザ光でシングルフアイバで形成したライトガイ
ド１３の後端面を照射し、該照射された赤の照明光は半
球状の先端から配光レンズ１２を経て被写体を照明す
る。この場合、読出しゲート発生器３０は、関数発生器
３３を動作させて、波長選別器１９を回動させて透過さ
れる波長域の分光強度分布が理想的なものとなるように
制御する。又、ハーフミラー２４Ｒで照明光の一部をパ
ワーモニタ２６で取り込み、励起用Ａｒレーザ２０によ
るＡｒレーザ光の照明強度を適切な値に制御すると共
に、色補正電流発生部２８によつて各波長ごとにその照
明分布強度を適切な値に制御する。

上記赤の照明光で照明された被写体の像は、対物レンズ
３で撮像面に結像され、各受光素子で受光され、電荷と
して蓄積される。上記照明用ゲート信号３０ａがローレ
ベルになると共にミラー２２Ｒが引つ込んで、Ａｒレー
ザ光はミラー３１が反射されて、読出しゲート発生器３
０に入力されて、第４図(a)のように信号読出しゲート
信号が出力され、且つ上記照明用ゲート信号３０ａの立
下がりでマルチプレクサ８は赤のフレームメモリ９Ｒと
導通する状態に切換えられ、各受光素子から読出された
信号は赤のフレームメモリ９Ｒに順次書き込まれる。

この読出しゲート信号期間の後、第４図(c)に示すよう
に縁の照明用ゲート信号３０ｂが出力され、上記赤の照
明光の場合と同様に機能する。

このようにして、３原色の各波長で順次照明することが
できると共に、３つの各波長域において、波長変化時間
の重みづけをＲ，Ｇ，Ｂ３原色の中心周波数を中心にし
て変化させることにより通常の白色光におけるＲＧＢ面
順次照明と同様の分光分布を持つレーザ照明ができると
共に、可変波長帯域及び帯域幅等を設定してそれらを理
想的な分光強度分布になるよう設定することもできるの
で、撮像した像及び表示された像も理想的な色調を有す
るものにできる。又、ライトガイド１３とか固体撮像素
子４が波長依存性を有する場合には、色補正電流発生部
２８の出力電流を適宜値に設定してこれらの影響を打ち
消して理想的な色調で撮像できるようにすることもでき
る。

従つて、患部等の症状が初期の状態における微妙な色調
の変化をも識別することができ、的確な診断をすること
ができる。又、高密度に集光可能なレーザ光を照明光に
用いているので、細いシングルフアイバで形成したライ
トガイド１３によつて、その半球状先端から充分な強度
の照明光を出射できる。従つて、挿入部を細径にでき、
体腔内等に挿入する際に患者に与える苦痛を大幅に軽減
できる。又、細い体腔内その他の部位へも挿入部を挿入
できるようになり、使用範囲を拡大できる。

尚、上記実施例においては信号読出し期間には照明光を
被写体に照射しないように構成してあるので、固体撮像
素子として面積の小さいライン転送式の固体撮像素子を
用いてもスミア現象が生じることなく使用できる。勿
論、フレーム転送式あるいはインタライン転送式のもの
を用いることもできる。これらの場合には読出し期間に
照明光を出射しても良い。

又、ライトガイドとして偏波面保存フアイバを用い、該
フアイバの後端面に照射されるレーザ光を偏光フイルタ
（偏光子）で偏光し、一方、撮像側に検光子を配設し
て、ハイライト部の信号レベル以上の受光素子の出力信
号に応じて偏光子又は検光子の一方を回動して受光量を
制御し、ハイライト部の除去あるいは減少によるブルー
ミング防止することもできる。この場合、プログラマブ
ルに制御することもできる。

尚、上述の実施例においては、３原色の各波長を中心に
して各波長域での１フレーム分づつ順次照明するように
してあるが、本発明は３原色に限らず全体として分光分
布が望ましいものとなるように３色以上で順次照明した
りすることはもとより、例えば励起用Ａｒレーザ２０を
３個用意し、３原色の波長域を適宜の分布強度で同時に
照明することによつて、カラー撮像するように構成する
こともできる。この場合には、３原色のモザイク状フイ
ルタあるいは３原色のストライプ状フイルタ等を備えた
固体撮像素子を用いればカラー撮像できる。

又、シングルフアイバ等による細径のライトガイドによ
つて照明光を出射できるようにしてあるので、該ライト
ガイド側を着脱できるようにしてこの細径のライトガイ
ドを他の内視鏡の処置具用チヤンネル内に挿入して照明
手段として用いたり、その内視鏡に備えられた（一般に
理想的分光強度分布からずれた）照明手段による場合と
の色調のずれ等を調べて実際に診断する場合における参
考資料とすることもできる。又、その照明手段における
色補正手段を設けて（具備しない場合）、調整したりす
ることによつて理想的に近い色調にしたり、表示装置側
で（白バランス等を調整して）その照明手段を用いた場
合に、適切な色調で表示できるようにすることもでき
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、波長可変可能とする
レーザ光を出力できるようにすると共に、関数発生器等
でレーザ光出力を適宜分光強度分布となるように制御で
きるようにしているので理想的な分光強度分布の照明を
実現できる。又、高密度に収即可能なレーザ光を用いて
いるので、単フアイバ等充分細径のライトガイドでも充
分な強度の照明光を伝達できるので、挿入部を細くで
き、挿入の際等に患者等に与える苦痛を大幅に軽減でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の１実施例に係り、第１図
は１実施例が適用された内視鏡の構成を示す説明図、第
２図は励起用レーザ光で適宜波長域の色素レーザ光が発
生される色素レーザの構成例を示す平面図、第３図は波
長可変レーザ用に用いられるレーザ用色素を示す説明
図、第４図は読出しゲート発生器のゲート信号出力を示
すタイミングチヤート図、第５図は関数発生器の出力波
形の一例を示す特性図、第６図は第５図の関数発生出力
によつて波長選別器を駆動した場合の色素レーザ光の分
光強度分布を示す分布図である。１……内視鏡、３……対物レンズ４……固体撮像素子、５……ドライバ６……プリアンプ、７……ビデオプロセス部 13……ライトガイド、14……照明装置 17a,17b,17c,17d……鏡、18……色素セル 19,19Ｒ,19Ｇ,19Ｂ……波長選別器 20……Arレーザ、21Ｒ,21Ｇ,21Ｂ……ミラー駆動部、22
Ｒ,22Ｇ,22Ｂ……ミラー 23Ｒ,23Ｇ,23Ｂ……色素レーザ 24Ｒ,24Ｇ,24Ｂ……ハーフミラー 26……パワーモニタ、27……Arレーザドライバ 28……色補正電流発生部、29Ｒ,29Ｇ,29Ｂ……ミラード
ライブ回路、30……読出しゲート発生器 33……関数発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−185827（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光伝達手段を有する内視鏡と、上記内視鏡と接続し、照明光伝達手段にレーザ光を入射
する内視鏡用照明装置であって、異なる波長のレーザ光
を発生する複数個のレーザ発生手段と、上記レーザ発生
手段からのレーザ光を適宜波長を中心として任意の分光
強度分布を形成できるようにした波長可変手段とを有す
ることを特徴とする波長可変レーザを用いた内視鏡用照
明装置。
【請求項２】前記レーザ発生手段は、単一の励起用レー
ザ光で赤，緑，青の３原色の各波長を中心として適宜分
光強度分布を形するよう経時的に順次発光させることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の波長可変レーザ
を用いた内視鏡用照明装置。
【請求項３】前記レーザ発生手段は、３つの励起用レー
ザ光で赤，緑，青の３原色の各波長を中心として適宜分
光強度を形成するよう同時に発光させることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の波長可変レーザを用いた
内視鏡用照明装置。
【請求項４】前記照明装置は、単フアイバ等細経のライ
トガイドでレーザ光を伝達可能としたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の波長可変レーザを用いた内
視鏡用照明装置。