JP5848116B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、被観察部に照射される照射光を発する光源を備えた光源装置に関するものであり、特に、入射された光を側面反射を繰り返しながら導光して出射するライトガイドに照射光を入射する光源装置に関するものである。

従来、体腔内の組織を観察する内視鏡システムが広く知られており、白色光の照射によって体腔内の被観察部を撮像して通常画像を得、この通常画像をモニタ画面上に表示する電子式内視鏡システムが広く実用化されている。

このような内視鏡システムの１つとして、たとえば、脂肪下の血管走行および血流、リンパ管、リンパ流、胆管走行、胆汁流など通常画像上には現れないものを観察するため、予め被観察部にＩＣＧ（インドシアニングリーン）を投入し、被観察部に近赤外光の励起光を照射することによってＩＣＧの蛍光画像を取得する内視鏡システムが提案されている。また、被観察部に励起光を照射することによって被観察部から発せられた自家蛍光を検出して蛍光画像を取得する内視鏡システムも提案されている。

そして、このような蛍光画像を取得する内視鏡システムにおいては、励起光を出射する光源としてレーザ光源や発光ダイオードなどを用いられ、このような光源から発せられた励起光を光ファイバなどのライトガイドによって導光することによって被観察部に励起光が照射される。

特開２００２−１７５７０２号公報

ここで、上述したような蛍光画像を撮像する内視鏡システムにおいて、光源から発せられた励起光を、たとえばライトガイドの光軸方向と励起光の光軸方向とが一致するような通常の方法でライトガイドに入射すると、中心部分の照度が大きく、周囲部分に照度が小さいような照度分布が得られ、被観察部に均一な照度分布の励起光を照射することができない。上述した薬剤蛍光や自家蛍光の強度は非常に微弱なものであるため、励起光の照度分布が不均一であり励起光が十分に照射されない箇所があると蛍光画像上にムラを生じて適切な蛍光画像を取得することができない。

特許文献１には、ランプ光源から発せられた光をドーナツ型の遮光板によって減光することによって光量分布を平均化することが提案されているが、この方法では遮光板による減光率が大きく、光源から発せられた光の利用効率が小さくなる問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑み、被観察部に十分かつ均一な照度分布の光を照射することができる光源装置を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、被観察部に照射される照射光を発するとともに、入射された光を側面反射を繰り返しながら導光して出射するライトガイドの光軸に対して、照射光の光軸が傾いて入射されるよう配置された光源と、光源とライトガイドの照射光の入射端面との間に設けられ、照射光が入射されるとともに、ライトガイドの光軸中心に向かって照射光の透過率が減少するよう構成された傾斜フィルタとを備えたものである。

また、上記本発明の光源装置においては、傾斜フィルタとして、照射光の透過率がライトガイドの光軸中心に向かって単調減少する透過率分布を有するものを用いることができる。

また、傾斜フィルタとして、照射光の透過率がライトガイドの光軸中心に向かって線形に減少する透過率分布を有するものを用いることができる。

また、照射光のビーム断面形状を楕円にする光学系を設けることができる。

また、ライトガイドの出射端面から出射された光を拡散する拡散部を設けることができる。

また、ライトガイドとして単芯の光ファイバを用いることができる。

また、光源として半導体光源を用いることができる。

また、半導体光源としてレーザ光源を用いることができる。

本発明の光源装置によれば、入射された光の側面反射を繰り返しながら導光して出射するライトガイドの光軸に対して、照射光の光軸が傾いて入射されるよう光源を配置し、その光源とライトガイドの照射光の入射端面との間に、ライトガイドの光軸中心に向かって照射光の透過率が減少するよう構成された傾斜フィルタを設けるようにしたので、十分かつ均一な照度分布の光をライトガイドから出射させることができる。

すなわち、上述したライトガイドに入射された照射光はライトガイド内で平均化され、入射された照射光の角度成分を持つ同心円状の照度分布の照射光がライトガイドから出射されることになるが、このとき低角度成分で平均化される照射光よりも高角度成分で平均化される照射光の方が広い方位角にわたり平均化されるため、たとえばレーザ光源や発光ダイオードから出射されるような中心に多くの照度が分布するような照射光を、本発明のようにライトガイドの光軸に対して斜め方向から入射すると高角度成分が増加するためある程度均一化された照度分布を得ることができる。そして、このときさらにライトガイドの光軸中心に向かって照射光の透過率が減少するような傾斜フィルタを設け、この傾斜フィルタを透過した照射光をライトガイドへ比較的小さな入射角で入射させることによって、斜め方向からのライトガイドへの照射光の入射による照度の減少を抑制することができ、十分かつ均一な照度分布の照射光をライトガイドから出射させることができる。

そして、このライトガイドから出射された照射光を被観察部に照射することによって被観察部に対して十分かつ均一な照度分布の照射光を照射することができる。

また、ライトガイドの入射端面に対して高角度で入射する照射光については、ライトガイドの照射光の入射面の形状が楕円となるため見込みサイズが減少することになる。具体的には、ライトガイドの照射光の入射面の面積をΩ、入射角をθとすると、ライトガイドの入射端面における見込みサイズはΩcosθで表される。この見込みサイズが減少すると入射する照射光の光量も減少することになる。

そこで、ライトガイドへ入射される照射光のビーム断面形状を楕円にする光学系を設けるようにした場合には、ライトガイドの入射端面における見込みサイズ内に照射光の光量を集中させることができるので、上述した光量の減少を回避することができる。

また、ライトガイドの出射端面から出射された照射光を拡散する拡散部を設けるようにした場合には、さらに照度分布が均一化された光を得ることができる。また、このような拡散部を用いることによって、ライトガイドの受光角よりも広い範囲の均一な照射光を得ることができる。なお、この拡散部における平均化を見込んでライトガイドの入射される照射光の角度分布を設定するようにしてもよい。

本発明の光源装置の一実施形態を用いた硬性鏡システムの概略構成図 体腔挿入部の概略構成図 撮像ユニットの概略構成図 図１に示す硬性鏡システムにおけるプロセッサと光源装置の内部構成を示す図 励起光のライトガイドへの入射角に対する傾斜フィルタの励起光の透過率分布の一例を示す図 ライトガイドに入射される励起光の入射角度分布の計算値の一例を示す図 傾斜フィルタを用いた場合における励起光の出射光分布の計算値と、傾斜フィルタを用いない場合における励起光の出射光分布の計算値との一例を示す図 傾斜フィルタを用いることなく、ライトガイドの光軸に対して水平方向について３５°の入射角で励起光を入射した場合における入射光の角度分布の計算値の一例を示す図 傾斜フィルタを用いることなく、ライトガイドの光軸に対して水平方向について３５°の入射角で励起光を入射した場合におけるライトガイドから出射される出射光の照度分布の計算値の一例を示す図 本発明の光源装置のその他の実施形態を示す図

以下、図面を参照して本発明の光源装置の一実施形態を用いた硬性鏡システムについて詳細に説明する。本実施形態の硬性鏡システムは、その光源装置の構成に特徴を有するものであるが、まずは硬性鏡システム全体の構成について説明する。図１は、本実施形態の硬性鏡システム１の概略構成を示す外観図である。

本実施形態の硬性鏡システム１は、図１に示すように、白色の通常光および励起光を出射する光源装置２と、光源装置２から出射された通常光および励起光を導光して被観察部に照射するとともに、通常光の照射により被観察部から反射された反射光に基づく通常像および励起光の照射により被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像を撮像する硬性鏡撮像装置１０と、硬性鏡撮像装置１０によって撮像された画像信号に所定の処理を施すプロセッサ３と、プロセッサ３において生成された表示制御信号に基づいて被観察部の通常画像および蛍光画像を表示するモニタ４とを備えている。

硬性鏡撮像装置１０は、図１に示すように、体腔内に挿入される体腔挿入部３０と、体腔挿入部３０によって導光された被観察部の通常像および蛍光像を撮像する撮像ユニット２０とを備えている。

また、硬性鏡撮像装置１０は、図２に示すように、体腔挿入部３０と撮像ユニット２０とが着脱可能に接続されている。そして、体腔挿入部３０は、接続部材３０ａ、挿入部材３０ｂ、ケーブル接続部３０ｃ、照射窓３０ｄおよび撮像窓３０ｅを備えている。

接続部材３０ａは、体腔挿入部３０（挿入部材３０ｂ）の撮像ユニット２０側の一端部３０Ｘに設けられており、たとえば撮像ユニット２０に形成された開口２０ａに嵌め合わされることにより、撮像ユニット２０と体腔挿入部３０とが着脱可能に接続される。

挿入部材３０ｂは、体腔内の撮影を行う際に体腔内に挿入されるものであって、硬質な材料から形成され、たとえば、直径略５ｍｍの円柱形状を有している。体腔挿入部３０の内部には、撮像窓３０ｅから入射された被観察部の通常像および蛍光像を結像し、体腔挿入部３０の撮像ユニット２０側の一端部３０Ｘまで導光してその一端部３０Ｘから出射させるリレーレンズ３０ｆ（図４参照）が設けられている。このリレーレンズ３０ｆから出射された通常像および蛍光像が撮像ユニット２０に入射される。

挿入部材３０ｂの側面には、図２に示すように、ケーブル接続部３０ｃが設けられており、このケーブル接続部３０ｃに対してライトガイドＬＧがコネクタＣによって機械的に接続される。これにより、光源装置２と挿入部材３０ｂとがライトガイドＬＧを介して光学的に接続されることになる。

なお、ライトガイドＬＧの先端にはコネクタ７１（図４参照）が設けられており、ライトガイドＬＧはこのコネクタ７１を介して光源装置２に着脱可能に接続されるものである。ライトガイドＬＧは、たとえばバンドル化されたマルチモード光ファイバから構成されるものである。

そして、体腔挿入部３０の内部には、ケーブル接続部３０ｃに接続されたライトガイドＬＧから発せられた通常光および励起光を導光するバンドル化されたマルチモード光ファイバ３０ｇ（図４参照）が設けられており、このマルチモード光ファイバ３０ｇは、入射された通常光および励起光を挿入部材３０ｂの先端部３０Ｙまで導光して被観察部に向けて照射するものである。挿入部材３０ｂ内に設けられたマルチモード光ファイバ３０ｇは、その先端が研磨されて照射窓３０ｄが形成されている。

図３は、撮像ユニット２０の概略構成を示す図である。撮像ユニット２０は、体腔挿入部３０内のリレーレンズ３０ｆにより結像された被観察部の蛍光像Ｌ４を撮像して被観察部の蛍光画像信号を生成する第１の撮像系と、体腔挿入部３０内のリレーレンズ３０ｆにより結像された被観察部の通常像Ｌ３を撮像して通常画像信号を生成する第２の撮像系とを備えている。これらの撮像系は、通常像Ｌ３を反射するとともに、蛍光像Ｌ４を透過する分光特性を有するダイクロイックプリズム２１によって、互いに直交する２つの光軸に分けられている。

第１の撮像系は、被観察部において反射し、ダイクロイックプリズム２１を透過した励起光の波長以下の光をカットするとともに、後述する蛍光波長域照明光を透過する励起光カットフィルタ２２と、体腔挿入部３０から出射され、ダイクロイックプリズム２１および励起光カットフィルタ２２を透過した蛍光像Ｌ４を結像する第１結像光学系２３と、第１結像光学系２３により結像された蛍光像Ｌ４を撮像する高感度撮像素子２４とを備えている。

高感度撮像素子２４は、蛍光像Ｌ４の波長帯域の光を高感度に検出し、蛍光画像信号に変換して出力するものである。高感度撮像素子２４としては、たとえばモノクロの撮像素子を用いることができる。

第２の撮像系は、体腔挿入部３０から出射され、ダイクロイックプリズム２１を反射した通常像Ｌ３を結像する第２結像光学系２５と、第２結像光学系２５により結像された通常像Ｌ３を撮像する撮像素子２６を備えている。

撮像素子２６は、通常像の波長帯域の光を検出し、通常画像信号に変換して出力するものである。撮像素子２６の撮像面には、３原色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）、またはシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）のカラーフィルタがベイヤー配列またはハニカム配列で設けられている。

また、撮像ユニット２０は、撮像制御ユニット２７を備えている。撮像制御ユニット２７は、高感度撮像素子２４から出力された蛍光画像信号と撮像素子２６から出力された通常画像信号とに対し、ＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理を施し、ケーブル５（図１参照）を介してプロセッサ３に出力するものである。

プロセッサ３は、図４に示すように、通常画像入力コントローラ４１、蛍光画像入力コントローラ４２、画像処理部４３、メモリ４４、ビデオ出力部４５、操作部４６、ＴＧ（タイミングジェネレータ）４７およびＣＰＵ４８を備えている。

通常画像入力コントローラ４１および蛍光画像入力コントローラ４２は、所定容量のラインバッファを備えており、通常画像入力コントローラ４１は、撮像ユニット２０の撮像制御ユニット２７から出力された１フレーム毎の通常画像信号を一時的に記憶するものであり、蛍光画像入力コントローラ４２は、蛍光画像信号を一時的に記憶するものである。そして、通常画像入力コントローラ４１に記憶された通常画像信号および蛍光画像入力コントローラ４２に記憶された蛍光画像信号はバスを介してメモリ４４に格納される。

画像処理部４３は、メモリ４４から読み出された１フレーム毎の通常画像信号および蛍光画像信号が入力され、これらの画像信号に所定の画像処理を施し、バスに出力するものである。

ビデオ出力部４５は、画像処理部４３から出力された通常画像信号および蛍光画像信号がバスを介して入力され、所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力するものである。

操作部４６は、種々の操作指示や制御パラメータなどの操作者による入力を受け付けるものである。後で詳述するが、特に、本実施形態においては励起光または通常光の出射角の変更を受け付けるものである。

ＴＧ４７は、撮像ユニット２０の高感度撮像素子２４、撮像素子２６および後述する光源装置２のＬＤドライバ５３を駆動するための駆動パルス信号を出力するものである。ＣＰＵ４８は装置全体を制御するものである。

プロセッサ３と撮像ユニット２０とは、図１および図４に示すように、ケーブル５を介して接続されるものである。ケーブル５は、撮像ユニット２０で撮像された通常画像信号や蛍光画像信号を伝搬する信号配線やプロセッサ３から出力された制御信号を伝達する制御配線などを備えたものである。ケーブル５の先端にはコネクタ５ａとコネクタ５ｂとが設けられており、ケーブル５はコネクタ５ａを介してプロセッサ３に着脱可能に接続され、コネクタ５ｂを介して撮像ユニット２０に着脱可能に接続されるものである。

光源装置２は、図４に示すように、約４００ｎｍ〜７００ｎｍの広帯域の波長からなる通常光（白色光）Ｌ１を出射する可視光ランプ５０と、可視光ランプ５０から出射された通常光Ｌ１を略平行光にして出射する非球面レンズ５１と、７５０ｎｍ〜７９０ｎｍの近赤外光である励起光を出射する近赤外レーザ光源５２と、近赤外レーザ光源５２を駆動するＬＤドライバ５３と、近赤外レーザ光源５２から出射された励起光Ｌ２を集光して、後述するライトガイド６０の光軸に対して励起光Ｌ２の光軸が傾くように入射させる集光レンズ５４と、集光レンズ５４とライトガイド６０との間に設置され、ライトガイド６０の光軸中心に向かって励起光Ｌ２の透過率が減少するよう構成された傾斜フィルタ５５と、傾斜フィルタ５５を透過した励起光Ｌ２が入射端面６０ａから入射され、その入射された励起光Ｌ２を導光して出射端面６０ｂから出射する１本のライトガイド６０と、ライトガイド６０から出射された励起光Ｌ２を拡散する拡散部６１と、拡散部６１から出射された励起光Ｌ２を透過するとともに、非球面レンズ５１から出射された通常光Ｌ１を後述する集光レンズ６３に向けて反射するダイクロイックミラー６２と、ダイクロイックミラー６２を透過した励起光Ｌ２とダイクロイックミラー６２によって反射された通常光Ｌ１とを集光してライトガイドＬＧの光入射端面７０に入射させる集光レンズ６３とを備えている。

可視光ランプ５０としては、たとえばキセノンランプが用いられる。なお、本実施形態においては、通常光Ｌ１（可視光）として白色光を用いるようにしたが、これに限らず、可視波長を有する光であればその他の光を用いるようにしてもよい。

また、本実施形態においては、励起光としての近赤外光を出射する光源として近赤外レーザ光源を用いるようにしたが、これに限らず、近赤外発光ダイオードを用いるようにしてもよい。

本実施形態のライトガイド６０は単芯の光ファイバであり、具体的には、たとえばコア径が２００μｍ、ＮＡが０．３６の光ファイバを用いることができる。ただし、ライトガイドとしては、光ファイバに限らず、光ファイバと同様に入射された光の側面反射を繰り返しながら導光して出射するライトパイプなども用いることができる。また、ライトガイドの受光角は必要な照明範囲に応じて選択することができ、ＮＡが０．３６の光ファイバに限らず、ＮＡが０．４８、０．２２または０．１２の光ファイバも用いることができる。

ここで、本実施形態においては、近赤外レーザ光源５２から出射されて集光レンズ５４によって集光された励起光Ｌ２の光軸が、ライトガイド６０の光軸に対して水平方向について１８°の角度となるように近赤外レーザ光源５２および集光レンズ５４が配置されるものとする。なお、ここでは上述した水平方向の入射角をθｘ、垂直方向の入射角θｙとし、光軸方向と一致する方向の角度を０°とする。すわなち、励起光Ｌ２の光軸が、θｘ＝１８°となるように近赤外レーザ光源５２および集光レンズ５４が配置されるものとする。また、図４においては、ライトガイド６０の光軸に対する励起光の入射角θｘ＝１８°を明確に示すために、上記水平方向を垂直方向として表しているものとする。

そして、本実施形態においては、焦点距離６ｍｍの集光レンズ５４を使用して２倍の倍率で励起光Ｌ２をライトガイド６０の入射端面６０ａに集光する。集光レンズ５４は、図４に示すように、ライトガイド６０の入射端面６０ａからθｘ＝１８°の方向にｄ１＝１８ｍｍの位置に配置され、近赤外レーザ光源５２は、集光レンズ５４からθｘ＝１８°の方向にｄ２＝９ｍｍの位置に配置される。

また、本実施形態においては、図４に示すように、集光レンズ５４の光軸と励起光Ｌ２
の光軸とを一致させるようにしたが、これに限らず、集光レンズ５４の光軸と励起光Ｌ２の光軸とをずらすことによってライトガイド６０の光軸に対して励起光Ｌ２の光軸を傾けて入射させるようにしてもよい。

また、本実施形態においては、１つの集光レンズ５４によって励起光Ｌ２を結像させているが、すなわち１つの正のパワーを持つ光学素子でライトガイド６０に励起光Ｌ２を入射させているが、コリメートレンズなどの１つの正のパワーを持つ光学素子によって平行光にした後、集光レンズなどの１つの正のパワーを持つ光学素子によってライトガイド６０に励起光Ｌ２を入射させるようにしてもよい。また、集光レンズなどの光学素子を用いずに、近赤外レーザ光源５２から出射された励起光Ｌ２を傾斜フィルタ５５を介してライトガイド６０に直接入射させるようにしてもよい。

また、本実施形態においては、励起光Ｌ２をライトガイド６０の入射端面６０ａに入射させる光学素子として、正のパワーをもつ集光レンズ５４を用いるようにしたが、このような集光レンズとしては、たとえば球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズを用いることができる。また、その他の光学素子として、回折格子、凹面鏡、放物面鏡も用いることができ、集光レンズやこれらの光学素子を組み合わせて用いるようにしてもよい。これらの光学素子と近赤外レーザ光源５２とのアライメントによってライトガイド６０への励起光Ｌ２の入射角度を設定することができる。

傾斜フィルタ５５は、上述したようにライトガイド６０の光軸中心に向かって励起光Ｌ２の透過率が減少するよう構成されたものであり、低角度でライトガイド６０に入射する励起光Ｌ２の入射光量よりも高角度でライトガイド６０に入射する励起光Ｌ２の入射光量を増加させるために設けられるものである。傾斜フィルタ５５は、励起光Ｌ２の透過率が、ライトガイド６０の光軸に近づくにつれ低くなり、ライトガイド６０からの出射光の照度分布が均一となるようにライトガイド６０の径方向に向け透過率が変化するように構成されたものである。

傾斜フィルタ５５の透過率勾配は、ガラスなどの基材にコーティングする金属膜の厚さを連続的に変えるか、もしくは基材上に配置される粒子の濃度を連続的に変えるなど、公知の傾斜フィルタの作製方法を利用して形成することができる。

傾斜フィルタ５５は、ライトガイド６０の入射端面６０ａからｄ３＝１０ｍｍの位置に配置され、入射される励起光Ｌ２の光量分布を、励起光Ｌ２のライトガイド６０への入射角θｘに応じて調整する。図５は、本実施形態おける傾斜フィルタ５５が有する励起光Ｌ２の入射角θｘに対する励起光Ｌ２の透過率分布の一例を示すものである。すなわち、本実施形態においては、ライトガイド６０に対してθｘ＝−１０°より小さな入射角で入射される励起光Ｌ２に対しては透過率が０であり、θｘ＝２０°より大きな角度で入射される励起光Ｌ２に対しては透過率が１であり、θｘ＝−１０°〜２０°の角度で入射される励起光Ｌ２に対しては線形に増加する（ライトガイド６０の光軸中心に向かって線形に減少する）透過率となるような透過率分布を有する傾斜フィルタ５５を用いる。なお、本実施形態においては、θｘ＝−１０°〜２０°の角度で入射される励起光Ｌ２に対して線形に増加する透過率を有する透過率分布としたが、必ずしも線形である必要はなく、透過率が単調増加（ライトガイド６０の光軸中心に向かって単調減少）するものを用いるようにすればよく、たとえば２次関数的に増加する透過率を有する透過率分布の傾斜フィルタを用いるようにしてもよい。

ここで、傾斜フィルタ５５とライトガイド６０の入射端面６０ａとの距離をｄ３、傾斜フィルタ５５上の点とライトガイド６０の光軸との距離をｘとする。このとき、θｘの入射角の励起光Ｌ２が傾斜フィルタ５５上を通る位置ｘは、ｘ＝ｄ３ｔａｎθｘと表すことができる。そして、上述したように傾斜フィルタ５５は、ライトガイド６０の入射端面６０ａからｄ３＝１０ｍｍの位置に配置されているため、θｘ＝−１０°の入射角に対応する傾斜フィルタ５５上の位置はｘ＝１０×ｔａｎ（−１０°）≒−１．７６ｍｍとなり、θｘ＝＋２０°の入射角に対応する傾斜フィルタ上の位置はｘ＝１０×ｔａｎ（＋２０°）≒３．６３ｍｍとなるので、これらの位置ｘにおける励起光Ｌ２の透過率が図５に示す透過率となるように傾斜フィルタ５５の位置が調整される。なお、傾斜フィルタ５５の透過率はθｙに依存しないものとする。

また、本実施形態においては、ライトガイド６０の入射端面６０ａと集光レンズ５４との間に傾斜フィルタ５５を配置するようにしたが、励起光Ｌ２に対して上記と同様の入射角依存性が得られる限り、その他の場所に配置するようにしてもよい。たとえば近赤外レーザ光源５２と集光レンズ５４との間に配置してもよいし、また、近赤外レーザ光源５２と集光レンズ５４との間にコリメートレンズを設ける場合には、コリメートレンズと集光レンズ５４との間に配置するようにしてもよい。

図６は、上記のような構成によってライトガイド６０に入射される励起光Ｌ２の入射角度分布の計算値を示すものである。図５における点線の円はライトガイド６０の受入角であり、この受入角内に入射された励起光Ｌ２がライトガイド６０内を伝播することになる。そして、このとき励起光Ｌ２の角度分布は、ライトガイド６０内を伝播するうちに方位角方向に平均化され、光軸について対称な照度分布で出射される。図７は、本実施形態のように傾斜フィルタを用いた場合における励起光Ｌ２の出射光分布の計算値と、傾斜フィルタを用いない場合における励起光Ｌ２の出射光分布の計算値とを示すものである。図７に示すように、傾斜フィルタ５５を用いた場合には、±２０°の照射範囲内で高い均一性を得ることができる。なお、図７における斜線部分は、ライトガイド６０の許容ＮＡの限界により伝播しない。

また、本実施形態においては、励起光Ｌ２が入射されるライトガイド６０を１本だけ設けるようにしたが、これに限らず、上述したように傾斜フィルタ５５を透過した励起光Ｌ２が入射されるライトガイド６０を複数本設けるようにしてもよい。たとえば、光ファイバを複数本束ねたバンドル光ファイバを用いるようにしてもよい。

拡散部６１は、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射された励起光Ｌ２を拡散して略均一な照度分布を有するような励起光Ｌ２を出射するものである。拡散部６１としては、たとえば、磨りガラスやマイクロレンズアレイ、微小凹凸構造、微粒子分散膜、その他拡散作用のある光学素子として公知のものを利用することができる。

ダイクロイックミラー６２は、上述したように通常光Ｌ１を反射するとともに、励起光Ｌ２を透過するものであり、集光レンズ６３の光軸方向に対して４５°の傾きをもって配置されている。

集光レンズ６３は、上述したように非球面レンズ５１によって略平行光とされた通常光Ｌ１が入射され、この通常光Ｌ１をライトガイドＬＧの光入射端面７０に集光して入射させるものであるとともに、拡散部６１から出射された励起光Ｌ２が入射され、この励起光Ｌ２をライトガイドＬＧの光入射端面７０に集光して入射させるものである。

なお、本実施形態においては、励起光として近赤外光を用いるようにしたが、これに限らず、広帯域の波長からなる通常光よりも狭帯域のその他の波長を用いることができる。そして、励起光は、上記波長域の光に限定されず、蛍光色素の種類もしくは自家蛍光させる生体組織の種類などによって適宜決定されるものである。

次に、本実施形態の硬性鏡システムの作用について説明する。

まず、光源装置２に接続されたライトガイドＬＧのコネクタＣが体腔挿入部３０の挿入部材３０ｂのケーブル接続部３０ｃに接続されるとともに、プロセッサ３に接続されたケーブル５のコネクタ５ｂが撮像ユニット２０に接続される。

次に、光源装置２の電源がオンされた後、使用者により体腔挿入部３０が体腔内に挿入され、体腔挿入部３０の先端が被観察部の近傍に設置される。

そして、光源装置２の可視光ランプ５０から通常光Ｌ１が出射され、その通常光Ｌ１は非球面レンズ５１によって略平行光にされたあとダイクロイックミラー６２によって直角方向に反射されて集光レンズ６３に入射され、集光レンズ６３によって集光されてライトガイドＬＧの光入射端面７０に入射される。

一方、光源装置２の近赤外レーザ光源５２から励起光Ｌ２が出射され、その励起光Ｌ２は集光レンズ５４に入射される。

そして、集光レンズ５９に入射された励起光Ｌ２は、傾斜フィルタ５５に入射され、傾斜フィルタ５５において入射角度に応じた光量分布に調整される。そして、傾斜フィルタ５５を透過した励起光Ｌ２は、ライトガイド６０の光軸に対して励起光Ｌ２の光軸が傾くようにして入射される。そして、ライトガイド６０に入射された励起光Ｌ２はライトガイド６０によって平均化されて導光されたあとライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射され、その励起光Ｌ２は拡散部６１によって拡散されてダイクロイックミラー６２を透過したあと集光レンズ６３に入射される。そして、集光レンズ６３に入射された励起光Ｌ２は、集光レンズ６３によって集光されてライトガイドＬＧの光入射端面７０に入射される。

次いで、上述したようにしてライトガイドＬＧの光入射端面７０に入射された通常光Ｌ１と励起光Ｌ２とはライトガイドＬＧによって導光されて体腔挿入部３０内のマルチモード光ファイバ３０ｇの光入射端面から入射され、マルチモード光ファイバ３０ｇによって導光された通常光Ｌ１および励起光Ｌ２が体腔挿入部３０の先端から被観察部に向けて照射される。

そして、上述したような通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像が撮像されるとともに、励起光Ｌ２の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像が撮像される。なお、被観察部には、予めＩＣＧが投与されており、このＩＣＧから発せられる蛍光を撮像するものとする。

具体的には、通常像の撮像の際には、通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像Ｌ３が挿入部材３０ｂの先端部３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内のリレーレンズ３０ｆにより導光されて撮像ユニット２０に向けて出射される。

撮像ユニット２０に入射された通常像Ｌ３は、ダイクロイックプリズム２１により撮像素子２６に向けて直角方向に反射され、第２結像光学系２５により撮像素子２６の撮像面上に結像され、撮像素子２６によって所定のフレームレートで順次撮像される。

撮像素子２６から順次出力された通常画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブル５を介してプロセッサ３に順次出力される。

そして、プロセッサ３に入力された通常画像信号は、通常画像入力コントローラ４１において一時的に記憶された後、メモリ４４に格納される。そして、メモリ４４から読み出された１フレーム毎の通常画像信号は、画像処理部４３において階調補正処理およびシャープネス補正処理が施された後、ビデオ出力部４５に順次出力される。

そして、ビデオ出力部４５は、入力された通常画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、１フレーム毎の表示制御信号をモニタ４に順次出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて通常画像を表示する。

一方、蛍光像の撮像の際には、励起光Ｌ２の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像Ｌ４が挿入部材３０ｂの先端部３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内のリレーレンズ３０ｆにより導光されて撮像ユニット２０に向けて出射される。

撮像ユニット２０に入射された蛍光像Ｌ４は、ダイクロイックプリズム２１および励起光カットフィルタ２２を通過した後、第１結像光学系２３により高感度撮像素子２４の撮像面上に結像され、高感度撮像素子２４によって所定のフレームレートで撮像される。

高感度撮像素子２４から順次出力された蛍光画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブル５を介してプロセッサ３に順次出力される。

そして、プロセッサ３に入力された蛍光画像信号は、蛍光画像入力コントローラ４２において一時的に記憶された後、メモリ４４に格納される。そして、メモリ４４から読み出された１フレーム毎の蛍光画像信号は、画像処理部４３において所定の画像処理が施された後、ビデオ出力部４５に順次出力される。

そして、ビデオ出力部４５は、入力された蛍光画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、１フレーム毎の表示制御信号をモニタ４に順次出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて蛍光画像を表示する。

上記実施形態の硬性鏡システムによれば、入射された光の側面反射を繰り返しながら導光して出射するライトガイド６０の光軸に対して、励起光Ｌ２の光軸が傾いて入射されるよう近赤外レーザ光源５１を配置するようにしたので、ライトガイド６０内において高角度成分で平均化される励起光を増加させることができ、これによりある程度均一化された照度分布の励起光を得ることができる。そして、このときさらにライトガイド６０の光軸中心に向かって励起光Ｌ２の透過率が減少するような傾斜フィルタ５５を設け、この傾斜フィルタ５５を透過した励起光Ｌ２をライトガイド６０へ比較的小さな入射角で入射させるようにしたので、斜め方向からのライトガイド６０への励起光Ｌ２の入射による照度の減少を抑制することができ、十分かつ均一な照度分布の励起光Ｌ２をライトガイド６０から出射させることができる。

そして、このライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射された励起光Ｌ２を被観察部に照射することによって被観察部に対して十分な強度かつ均一な照度分布の光を照射することができる。

ここで、上述した実施形態に対する比較例として、上記実施形態のように傾斜フィルタを用いることなく、ライトガイド６０の光軸に対して水平方向について３５°の入射角で励起光Ｌ２を入射した場合の入射光の角度分布の計算値を図８に、ライトガイド６０から出射される出射光の照度分布の計算値を図９に示す。図８における点線の円もライトガイド６０の受入角を示したものである。この場合、上記実施形態よりも高角度で入射することによって図９に示すように平坦な照度分布が得ることができるが、斜め方向からのライトガイド６０への励起光Ｌ２の入射による照度の減少によって、上記実施形態のように傾斜フィルタを用いた場合と比較すると約７０％の照度しか得ることができない。

また、上記実施形態の硬性鏡システムの光源装置２においては、ライトガイド６０の光軸に対して斜め方向から励起光Ｌ２を入射するようにしたが、このようにライトガイド６０の光軸に対して斜め方向から励起光を入射端面６０ａに入射させた場合、入射端面６０ａに対する励起光の入射方向が垂直ではなく、垂直方向から傾いた方向となるため励起光の入射面の形状は楕円となって見込みサイズが減少し、光量の損失を招くことになる。

そこで、たとえば、ライトガイド６０の光軸に対して斜め方向から入射される励起光Ｌ２のビーム断面形状と、励起光の入射面の形状とが同じになるように、励起光Ｌ２のビーム断面形状を楕円とする光学系を設けるようにしてもよい。

このような光学系を用いる構成としては、たとえば、図１０に示すように、近赤外レーザ光源５２から射出された励起光Ｌ２を焦点距離ｄ４＝９ｍｍのコリメートレンズ５６によりコリメートした後、アナモルフィックプリズムペア５７によりビーム断面形状を楕円にし、これを焦点距離ｄ１＝１８ｍｍの集光レンズ５４に入射させる構成を採用することができる。なお、ライトガイド６０の材料、ライトガイド６０への入射角度、傾斜フィルタ５５の配置および透過率分布などについては上記実施形態と同様である。また、ライトガイド６０の入射端面６０ａと傾斜フィルタ５５との距離ｄ３も、上記実施形態と同様にｄ３＝１０ｍｍである。このような構成においても、上記実施形態と同様に、ライトガイド６０に入射された励起光Ｌ２はライトガイド６０内で平均化され、均一な照度分布の出射光を得ることができる。そして、ライトガイド６０に入射される励起光Ｌ２の光軸がライトガイド６０の光軸に対してθｘ＝１８°傾いているため、ライトガイド６０の入射端面６０ａの見込みサイズは本来のサイズの９５％となるが、上記光学系によって励起光Ｌ２のビーム断面形状を楕円にすることによって、上述した入射端面６０ａの見込みサイズの減少による光量の損失を低減することができる。

上記光学系としては、たとえば図１０に示すようなアナモルフィックプリズムを用いることができる。ただし、これに限らずその他の公知な光学系を用いることができ、たとえばウェッジプレートやシリンドリカルレンズなども用いることができる。

このようにして励起光のビーム断面形状を楕円にする光学系を設けることによって、上述した光量の損失を防止することができる。

また、上記実施形態の硬性鏡システムにおいては、励起光Ｌ２が入射されるライトガイド６０を光源装置内に設けるようにしたが、たとえば体腔挿入部３０に接続されるライトガイドＬＧとして単芯の光ファイバなどを用いる場合には、光源装置内にライトガイド６０を設ける必要はなく、集光レンズ５４によって集光された励起光Ｌ２を傾斜フィルタ５５を介してライトガイドＬＧに直接入射させるようにすればよい。

また、上記実施形態の硬性鏡システムにおいては、第１の撮像系により蛍光画像を撮像するようにしたが、これに限らず、被観察部への特殊光の照射による被観察部の吸光特性に基づく画像を撮像するようにしてもよい。

また、上記実施形態は、本発明の光源装置を硬性鏡システムに適用したものであるが、これに限らず、たとえば、軟性内視鏡システムに適用してもよい。

１ 硬性鏡システム
２ 光源装置
３ プロセッサ
４ モニタ
５ ケーブル
１０ 硬性鏡撮像装置
２０ 撮像ユニット
２４ 高感度撮像素子
２６ 撮像素子
３０ 体腔挿入部
３０ｆ リレーレンズ
３０ｇ マルチモード光ファイバ
５０ 可視光ランプ
５１ 非球面レンズ
５２ 近赤外レーザ光源
５４ 集光レンズ
５５ 傾斜フィルタ
５９ 集光レンズ
６０ ライトガイド
６０ａ 入射端面
６０ｂ 出射端面
６１ 拡散部
６２ ダイクロイックミラー
６３ 集光レンズ

Claims (7)

1. 被観察部に照射される照射光を発するとともに、入射された光を側面反射を繰り返しながら導光して出射するライトガイドの光軸に対して、前記照射光の光軸が傾いて入射されるよう配置された光源と、
   該光源と前記ライトガイドの前記照射光の入射端面との間に設けられ、前記照射光が入射されるとともに、前記照射光の透過率が前記ライトガイドの光軸中心に向かって単調減少する透過率分布を有する傾斜フィルタとを備えたことを特徴とする光源装置。
2. 前記傾斜フィルタが、前記照射光の透過率が前記ライトガイドの光軸中心に向かって線形に減少する透過率分布を有するものであることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記照射光のビーム断面形状を楕円にする光学系を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
4. 前記ライトガイドの出射端面から出射された光を拡散する拡散部を備えたことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光源装置。
5. 前記ライトガイドが、単芯の光ファイバであることを特徴とする請求項１から４記載の光源装置。
6. 前記光源が、半導体光源であることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の光源装置。
7. 前記半導体光源が、レーザ光源であることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の光源装置。