JPS6076713A - 波長可変レ−ザを用いた内峰鏡用照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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声明製置１−
関１゛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って
、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Ｓ筒所の有無の検査とか、内壁の旬着物の検査等
にも内視鏡が用いられている、従来の内視鏡においては
、結像光学系によって、ファイババンドル（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
イドによって手元佃接眼部に伝達し、接眼部後方から観
察できるようになっていた。

又、初写体を照明するための照明手段として。

光源製湾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％該う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大径になるため、挿入の
際等に患者に大きな苦痛を強いるものであった。

一方、イメージガイドを用ることなく、大規模集り化技
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ｋｉされている
。

上配固体掻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、撮像した像を記碌したり、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ァイバの本数を減らして細径
にすると、伝達可能になる光景が制約されるため照明強
度が不足し、暗い像になってしまうという問題があった
。

このため高密度に収束可能で、シングルファイバでも充
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ってしまい
、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、励起用レーザ光で色素セル又は色素溶液のジ
ェットストリームを透退させることによって該色素に応
じて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Ｍ４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／ｌ！６図は本発明の１実施例に係り、Ｐ
８１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ｊ、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、ｍ６図は、第５図の関数発生出力
によっ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ックで先端
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よ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、咳、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ッ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
手元側掃作部内又は操作部外に詮けたビデオプロセス部
７に入力されるようになっている。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９　Ｉｔ　、　９　Ｇ　、　９　Ｂに（
ＡＤ変換して）書き込まれ、書き込み後に順次読出され
てｒＬ、Ｇ、Ｂの各色で１フレームごとにカラーＴＶモ
ニタ１０に掃引信号で掃引されながら表示されるように
なっている。

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人力のアンド
回路を介装することによって可能になる。）些準発撮器
１１の出力を取り込んで読出し用グロック信号を出力す
るようになっている。

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ｒＡ塞され、その奥に可撓性の
シングルファ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っている。

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４１４に装着されるようにな
っている。この装着された端面にはコンデンサレンズ１
５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１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１７ａ
、１７ｂ、１７ｃ及び＄１７ｄで反射させ、これら鏡１
７ａ、１７ｂ、１７ｃの、４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ェットストリームを通すことに
よって％３３原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ィルタ等用い
た波長選別器１９（第１図では１９　Ｒ、１９Ｇ　。

１９Ｂで示す）で所望とするスプ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っている。

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、シアニン色素によって、あるいはこれの他
にオキサジン色素及びキサンチン色素を用いることがで
きる。

上記１実施イシ１１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、＃Ａｒレーザ加から出力
されるレーザ光をプランジャ等で形成された３つのミラ
ー駆動部２１１ｔ　、　２１　Ｇ　、　２１　Ｂで矢符
で示すように突没駆動され１、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，２２
Ｇ、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，２３Ｇ、２３Ｂが形成されている
。各、色素レーザ２３Ｒ，２３Ｇ、２３Ｂの出力側端部
には。

波長選別器１９Ｒ，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係透過し、１０憾を反射でるハー
フミラ−２４Ｒ，２４Ｇ、２４Ｂを経た後、緑用の色素
レーザ光は直接、赤用及び青用色素レーザ光はミラー２
５１ζ、２５穐及びミラー２５ｔ３１．２５Ｂ、でそれ
ぞれ反射された後コンデンサレンズ１５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っている
。

上記ハーフミラ−２４ＦＬ、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、埋管的に近い三刺激値となる照明強度に設定できる
ようにしである。

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、この制御信号によっ
てもＡｒレーザ２０の発狽出力を制御して、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である。

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２９　Ｒ、２９Ｇ　。

２９１３から出力される゛重力によってミラー２２Ｒ２
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応動し、これらミラード
ライブ回路ｚｃ＋＋ｔ、ｚｃ＋ａ、ｚ９Ｂの出力端から
順次出力される照明用ゲート信号３０　ａ　、　３０１
）　、　３０　ｃがハイレベルのときそれぞれミラー駆
動部ｚ１１Ｌ、２１Ｇ、２１Ｂを駆動するように１ｊｉ
ｌｌ　７Ｍｌ＋するようになっている。尚、上記読出し
ゲート発生器３０は、各ミラー２２　Ｉｔ　。

２２Ｇ、２２Ｂが全て引っ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
、このとき茂出しグー１−信号が出力されて、該読出し
ゲート信号でドライバ５の信号読出しクロック信号が固
体撮像素子４に印加されて、各受光素子の信号を読出せ
るようになっている。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３０
ａ、３０ｂ、３０Ｃ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っている、又、上記ゲート信号
発生器３０は、Ｊ：記各ゲート信号３０ａ、３０ｂ、３
０ｃが１」１力される期間関数発生器３３に信号を出力
して、関数発生器あ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（ｉ号によって、各波長選別
器１　’９１ｔ。

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
である。

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、圧電撮り子ドライバ３
５から供給されるパルスによって、圧′曳撮励子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がちらつかないようにしである
。

このように構成された１実雄例の照明装置１４を備えた
内祝＠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って、Ａｒレー
ザ２０が発光し、読出しゲート発生器（９）の照明用ゲ
ート信号３０ａ、３０ｂ、３０ｃが第４図（ｂ）　、　
（Ｃ）　、　（ａ）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４（Ｑ　Ｌ／
てミラー２２Ｒを突出さぜ、Ａｒレーザ光を反射して赤
用の色素レーザ２３Ｔｔから波長選別器１９　Ｉｎを経
て赤の波長の色素レーザ光でシングルファイバで形Ｆ坂
したライトガイドＩ３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１９Ｒ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
ｑ−（る。又、ハーフミラ−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
１色補正電流発生部２８によっ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
して蓄債される。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が引っ込んで、Ａｒレー
ザ光はミラー３１で反射されて、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□（ｇ号３０
ａ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と導通ずる状態に切換えられ、各受光零子から読出
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
うに緑の照明用ゲート信号３０ｂが出力され、上記光の
照明光の場合と四柱に機能する。この期間、赤のフレー
ムメモリ９Ｒに書き込まれた信号（データ）は読出され
て、カラーＴＶモニタ１０に赤色で撮像された像が表示
される。

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　、Ｂ３３原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Ｉｔ　
Ｇ　Ｂ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ｇ性的な分光分肢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′１−
るものにできる。又、ライトガイド１３とか固体虚像素
子４が波長依存性を有する場合には、色補正我流発生部
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。

従って、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、細いシングルファイバで形成したライ
トガイド１３によって、その半球状先端から充分な強ｒ
ｉ「の照明光を出射できろ。従って、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であるので、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ク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ァイバを用い、該
ファイバの後端面に照射される１／−ザ光を偏光フィル
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ＪＥ′１１１”ることもできる。この場合、プ
ログラブルに制御１゛ることもできる。

尚、上述の実飽例においては、３原色の各波長を中心に
して各波長域での１フレ一ム分づつ順次照明するように
しであるが１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ζはもとより１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
照明することによって、カラー撮像するよう構成するこ
ともできる。この場合には、３原色のモザイク状フィル
タあるいは３原色のストライブ状フィルタ等を備えた固
体撮像素子を用いればカラー撮像できる。

又、シングルファイバ等による細径のライトガイドによ
って照明光を出射できるようにしであるので、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１１？嘔ζ斬′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
分光強度分布がらずれた）照明手段による場合との色調
のずれ等を詞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
によっ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、レーザ用色素を励起
して該色素に応じて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
、高密度に収束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、挿入の際ゝ優
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ｆ説明ト硼、
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
すタイミングチャート図、第５図は閏＠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
によっ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、１
７ｄ　−・・鏡　１８　・・・色素セル１９．１９Ｒ，
１９Ｇ、１９Ｂ・・・波長選別器２０−−・Ａｒ　レー
ザ　２１Ｒ，２１Ｇ、２１Ｂ　−ミーｙ　−駆動部　２
２Ｒ，２２Ｇ、　２２Ｂ・・・ミラー２３Ｒ，２３Ｇ、
２３Ｂ・・・色素レーザ２４Ｒ，２４Ｇ、　２４Ｂ・−
・ハーフミラ−が・−・パワーモニタ　ｎ・・・Ａｒレ
ーザドライバ列・・・色補正電流発生部　２９Ｉｔ、　
２９Ｇ、　２９Ｂ・・・ミラードライブ回路　凹・・・
読出しゲート発生器お・・・関数発生器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）固体撮像素子を用いた撮像手段を有する内視鏡に
   おいて、励起用レーザ光でレーザ用色素を励起して適宜
   波長を中心として略任意の分光強度分布を形成できる波
   長可変とするレーザ光を発光する色素レーザを用いて内
   視鏡用照明光源を形成したことを特徴とする波長可変レ
   ーザを用いた内祝使用照明装置。 Ｑ）前記色素レーザは、単一の励起用レーザ光で赤、　
   ｆｌ：ＩＣ，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ｆ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。 （３）前記色素レーザは、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。 （４）前記照明光源は、単フアイバ等細径のライトガイ
   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。