光源装置
【課題】被観察部の照射される光を出射する光源装置において、十分な強度かつ均一な照度分布の光が被観察部に照射されるようにする。
【解決手段】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１本のライトガイド６０に対して複数の光源５２，５３，５４から発せられた光を入射するものであるとともに、１本のライトガイドの光軸に対して互いに異なる角度で各光を入射する。
【解決手段】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１本のライトガイド６０に対して複数の光源５２，５３，５４から発せられた光を入射するものであるとともに、１本のライトガイドの光軸に対して互いに異なる角度で各光を入射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被観察部に照射される光を発する複数の光源を備えた光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
ここで、上記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、被観察部から発せられる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、被観察部に照射される近赤外光などの励起光の照度は大きい方が望ましい。
【０００５】
一方、近赤外光などの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の半導体光源を用いることが提案されているが、これらの光源を１つだけ用いたのでは十分な励起光の照度を得られない。そこで、たとえば特許文献１においては、複数の光源を用いることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−６５６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一般的に、通常の方法で光ファイバなどのライトガイドにレーザ光源や発光ダイオードから出射された光を入射すると、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。上述したように励起光の照射によって被観察部から発せられる蛍光強度は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。
【０００８】
特許文献１には、複数の光源から発せられた光をライトガイドに入射させることは開示されているが、被観察部に照射される光の照度分布を均一にするための手法については一切示唆されていない。
【０００９】
本発明は、上記の問題に鑑み、被観察部に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光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光源装置は、被観察部に照射される光を発する複数の光源を有し、その複数の光源が、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１本のライトガイドに対して各光源から発せられた光を入射するものであるとともに、１本のライトガイドの光軸に対して互いに異なる角度で各光を入射するものであることを特徴とする。
【００１１】
また、上記本発明の光源装置においては、ライトガイドの光軸に対して第１の角度で入射される光の光量よりもライトガイドの光軸に対して１の角度よりも大きい第２の角度で入射される光の光量の方を大きくすることができる。
【００１２】
また、第１の角度でライトガイドに光を入射させる光源の数よりも第２の角度でライトガイドに光を入射させる光源の数の方を多くすることができる。
【００１３】
また、第１の角度でライトガイドに光を入射させる光源から発せられる光の強度よりも第２の角度でライトガイドに光を入射させる光源から発せられる光の強度の方を大きくすることができる。
【００１４】
また、第１の角度でライトガイドに入射される光の広がり角よりも第２の角度でライトガイドに入射される光の広がり角の方を小さくすることができる。
【００１５】
また、各光源から発せられる光の光軸とライトガイドの光軸とによってなされる入射角が同一となるように複数の光源を配置することができる。
【００１６】
また、複数の光源から発せられてライトガイドに入射される光のうち、ライトガイドの光軸に対して０°より大きい角度で入射される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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
また、光源として半導体光源を用いることができる。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
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１本のライトガイドに対して複数の光源から発せられた各光を入射するとともに、そのライトガイドの光軸に対して互いに異なる角度で各光を入射するようにしたので、ライトガイドに入射された各光はそれぞれライトガイド内で平均化され、入射された光の角度成分を持つ同心円状の照度分布の光がライトガイドから出射されることになる。これにより複数の同心円状の照度分布の足し合わせを得ることができるので、ライトガイドの出射端面では略均一化された照度分布の光を得ることができる。
【００２２】
したがって、このライトガイドの出射端面から出射された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。
【００２３】
また、ライトガイドに入射された光のうち、低角度成分で平均化される光よりも高角度成分で平均化される光の方が広い方位角に亘って平均化される。そこで、ライトガイドの光軸に対して第１の角度で入射される光の光量よりもライトガイドの光軸に対して１の角度よりも大きい第２の角度で入射される光の光量の方を大きくするようにした場合には、より均一な角度成分を有する光を得ることができる。
【００２４】
また、第１の角度でライトガイドに入射される光の広がり角よりも第２の角度でライトガイドに入射される光の広がり角の方を小さくするようにした場合には、照度分布の端部で鋭く光量が減衰するような照度分布を有する光を得ることができる。ライトガイドの受光角より大きい角度で入射する光は損失となるので、照度分布の端部で鋭く光量が減衰するような照度分布の光とすることは、照明に寄与する光の利用効率を向上することができる。
【００２５】
また、ライトガイドへ入射される光自体がある程度の広がり角を有する場合には、各光源から発せられる光の光軸とライトガイドの光軸とによってなされる入射角が同一となるように光源を配置するようにしても、低角度では平均化による照度の減少が小さく、高角度では平均化による照度の減少が大きいので、均一な照度分布を有する光を得ることができる。
【００２６】
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光については、ライトガイドの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光の光量も減少することになる。
【００２７】
そこで、複数の光源から発せられてライトガイドに入射される光のうち、ライトガイドの光軸に対して０°より大きい角度で入射される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。
【００２８】
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明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光の角度分布を設定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】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
【図２】体腔挿入部の概略構成図
【図３】撮像ユニットの概略構成図
【図４】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
【図５】ライトガイドの入射端面における励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の角度分布の一例を示す図
【図６】ライトガイドの出射端面における励起光の照度分布のグラフ（点線）と拡散部から出射される励起光の照度分布のグラフ（実線）との一例を示す図
【図７】ライトガイドの出射端面における励起光の照度分布を示す図
【図８】ライトガイドの入射端面における励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の角度分布のその他の例を示す図
【図９】図８に示す励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の角度分布を実現するための近赤外レーザ光源の配置を示す図
【図１０】本発明の光源装置のその他の実施形態を示す図
【図１１】図１０に示す光源装置のライトガイドの入射端面における励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の角度分布を示す図
【図１２】本発明の光源装置のその他の実施形態を示す図
【図１３】＋１０°の角度から入射される励起光の広がり角よりも±２０°の角度から入射される励起光の広がり角の方を小さくする例を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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５５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。
【００５１】
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。
【００５２】
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第１〜第３の近赤外レーザ光源５２，５３，５４と、第１〜第３の近赤外レーザ光源５２，５３，５４を駆動するＬＤドライバ５５と、第１〜第３の近赤外レーザ光源５２，５３，５４からそれぞれ出射された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３を略平行光にする第１〜第３のコリメートレンズ５６，５７，５８と、第１〜第３のコリメートレンズ５６，５７，５８から出射された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３を集光して、後述するライトガイド６０の入射端面６０ａに互いに異なる角度で入射させる集光レンズ５９と、集光レンズ５９によって集光されて入射された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３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_１〜Ｌ２_３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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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６００μｍ、ＮＡが０．４８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０．４８の光ファイバに限らず、ＮＡが０．３６、０．２２または０．１２の光ファイバも用いることができる。
【００５６】
そして、第１〜第３の近赤外光レーザ光源５２，５３，５４から出射された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３は、集光レンズ５９の異なる入射位置から入射され、集光レンズ５９によって集光された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３は、ライトガイド６０の光軸に対して互いに異なる角度だけ傾斜させて入射されることになる。
【００５７】
ここで、本実施形態においては、励起光Ｌ２_１と励起光Ｌ２_３が、ライトガイド６０の光軸に対して２０°の角度で入射されるように第１および第３の近赤外レーザ光源５２，５４が配置されるものとし、励起光Ｌ２_２が、ライトガイド６０の光軸に対して１０°の角度で入射されるように第２の近赤外レーザ光源５３が配置されるものとする。すなわち、第１および第３の近赤外レーザ光源５２，５４は、第２の近赤外レーザ光源５３よりも集光レンズ５９の光軸から離れた位置に配置されることになる。
【００５８】
そして、集光レンズ５９によって集光された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３は、ライトガイド６０の入射端面６０ａに互いに異なる角度で入射されるが、図５に示すように、励起光Ｌ２_１と励起光Ｌ２_３の方が、励起光Ｌ２_２よりも入射端面６０ａの中心位置から離れた位置から入射されることになる。
【００５９】
そして、上記のようにしてライトガイド６０の入射端面６０ａから入射された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３は、ライトガイド６０内で平均化されて導光され出射端面６０ｂから出射されるが、この出射光の強度分布を図６に示す。なお、図６において点線で示されるグラフが、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射される励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の強度分布を示すものである。また、図６に示す横軸は、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射される励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の出射角度を示している。
【００６０】
図６に示すように、ライトガイド６０の出射端面６０ｂからは±２０°の出射角度で励起光Ｌ２_１および励起光Ｌ２_３が出射され、±１０°の出射角度で励起光Ｌ２_２が出射されることになる。そして、これによりライトガイド６０の出射端面６０ｂからは、図７に示すような同心円状の励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３が出射されることになる。図７に示す小さい方の円形の輪状の出射光が励起光Ｌ２_２であり、大きい方の円形の輪状の出射光が励起光Ｌ２_１および励起光Ｌ２_３である。
【００６１】
なお、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射される光の照度は、その光の入射角度（＝出射角度）が大きいほど小さいものとなるが、本実施形態においては、入射角度（＝出射角度）が大きい方の励起光を出射する近赤外レーザ光源の数を入射角度（＝出射角度）が小さい方の励起光を出射する近赤外レーザ光源の数よりも多くするようにしたので、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから±２０°の出射角度で出射された励起光Ｌ２_１および励起光Ｌ２_３の照度と、±１０°の出射角度で出射された励起光Ｌ２_２の照度とを略同じにすることができる。また、照度分布を均一にする方法としては、上記のように近赤外レーザ光源の数を増加させる方法の他に、入射角度（＝出射角度）が大きい方の励起光を出射する近赤外レーザ光源の励起光の強度を入射角度（＝出射角度）が小さい方の励起光を出射する近赤外レーザ光源の励起光の強度よりも大きくするようにしてもよい。また、近赤外レーザ光源の数と各近赤外レーザ光源から出射される励起光の強度との両方を調整することによって照度分布を均一にするようにしてもよい。
【００６２】
また、本実施形態においては、集光レンズ５９によって集光された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３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、上述したように互い異なる角度から複数の励起光が入射されるようなライトガイド６０を複数本設けるようにしてもよい。たとえば、互いに異なる角度から複数の励起光が入射される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。
【００６３】
また、本実施形態においては、励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３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。そして、これらの光学素子と第１〜第３の近赤外レーザ光源５２，５３，５４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_１〜Ｌ２_３の入射角度を設定することができる。
【００６４】
拡散部６１は、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射された同心円状の励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３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。図６において実線で示されるグラフが、拡散部６１から出射された励起光Ｌ２の強度分布を示すものである。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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
一方、光源装置２の第１〜第３の近赤外レーザ光源５２，５３，５４から励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３が出射され、その励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３はコリメートレンズ５６，５７，５８をそれぞれ透過した後、集光レンズ５９のそれぞれ互いに異なる入射位置から入射される。
【００７３】
そして、集光レンズ５９に入射された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３は、ライトガイド６０の入射端面６０ａに対して互いに異なる角度からそれぞれ入射される。そして、ライトガイド６０に入射された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３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から同心円状に出射され、その同心円状の励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
上記実施形態の硬性鏡システムによれば、１本のライトガイド６０に対して複数の近赤外レーザ光源５２，５３，５４から発せられた各励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３を入射するとともに、そのライトガイド６０の光軸に対して互いに異なる角度で各励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３を入射するようにしたので、ライトガイド６０に入射された各励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３はそれぞれライトガイド６０内で平均化され、入射された励起光の角度成分を持つ同心円状の照度分布の励起光がライトガイド６０から出射されることになる。これにより複数の同心円状の照度分布の足し合わせを得ることができるので、ライトガイド６０の出射端面６０ｂでは略均一化された照度分布の光を得ることができる。
【００８７】
したがって、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。
【００８８】
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、図５に示すように、１０°の角度の励起光Ｌ２_２をライトガイド６０の入射端面６０ａの上側半円内に入射されるようにし、２０°の角度の励起光Ｌ２_１と励起光Ｌ２_３とをライトガイド６０の入射端面６０ａの下側半円内に入射されるようにしたが、これに限らず、たとえば、図８に示すように、ライトガイド６０の入射端面６０ａの上側半円内に全ての励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３が入射されるようにしてもよい。
【００８９】
具体的には、図９に示すように、第１の近赤外レーザ光源５２およびコリメートレンズ５６の組と、第３の近赤外レーザ光源５４およびコリメートレンズ５８の組とのいずれか一方の組を他方の組側に寄せて配置するようにすればよい。なお、図９においては、図面を見易くするため、第１の近赤外レーザ光源５２およびコリメートレンズ５６の組と、第２の近赤外レーザ光源５４およびコリメートレンズ５８の組とを重ねて表現しているが、実際には若干ずれて配置されているものとする。
【００９０】
上記のように第１の近赤外レーザ光源５２およびコリメートレンズ５６の組と、第３の近赤外レーザ光源５４およびコリメートレンズ５８の組とを近づけて配置することによって、第１〜第３の近赤外レーザ光源をコンパクトに配置することができるとともに、集光レンズ８５の大きさも小さくすることができるので、光源装置全体のサイズを小さくすることができる。
【００９１】
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＋１０°の角度と±２０°の角度とから励起光を入射するようにしたが、これに限らず、たとえば、ライトガイド６０の光軸に対して＋１０°の角度と−１０°の角度とから励起光を入射するようにしてもよい。すなわち、ライトガイド６０の光軸と各励起光の光軸とがなす角が同一となるように励起光を入射するようにしてもよい。
【００９２】
具体的には、たとえば、図１０に示すように、第１の近赤外レーザ光源８０およびコリメートレンズ８２との組と、第２の近赤外レーザ光源８１およびコリメートレンズ８３との組とをライトガイド６０の光軸に対して対称に設け、これらの組からそれぞれ出射された励起光Ｌ２_１と励起光Ｌ２_２とを集光レンズ８４に入射し、集光レンズ８４によってライトガイド６０の入射端面６０ａに入射させるようにしてもよい。
【００９３】
なお、上述したようにライトガイド６０の光軸に対して＋１０°の角度と−１０°の角度とから励起光Ｌ２_１および励起光Ｌ２_２を入射するようにした場合、ライトガイド６０の出射端面６０ｂからは、出射端面６０ｂの中心位置から同じ半径の円形の輪状の励起光Ｌ２_１および励起光Ｌ２_２が出射されることになる。したがって、このライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射される励起光の照度分布を略均一にするため、たとえばコリメートレンズ８２，８３の焦点距離を長くすることによって、図１１に示すようにライトガイド６０の入射端面６０ａに入射される励起光Ｌ２_１および励起光Ｌ２_２の広がり角を大きくするようにしてもよい。このように励起光Ｌ２_１および励起光Ｌ２_２の広がり角を大きくして、ライトガイド６０の入射端面６０ａの中心位置付近にも励起光を入射させることによって、上記実施形態のような拡散部６１を設けることなく、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射される励起光の照度分布を均一にすることができる。
【００９４】
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の入射端面６０ａに対して±２０°の角度から励起光Ｌ２_１，Ｌ２_３を入射するようにしたが、このようにライトガイド６０の光軸に対して傾いた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。
【００９５】
そこで、たとえば、図１２に示すように、ライトガイド６０の入射端面６０ａに対して±２０°の角度から入射される励起光Ｌ２_１，Ｌ２_３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_１，Ｌ２_３のビーム断面形状を楕円とする光学系９０，９１をそれぞれ設けるようにしてもよい。このような光学系９０，９１としては、たとえば図１２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。
【００９６】
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。
【００９７】
なお、図１２に示す例では、±２０°の角度から入射される励起光のビーム断面形状を楕円にするようにしたが、＋１０°の角度から入射される励起光のビーム断面形状についても楕円にするようにしてもよい。すなわち、ライトガイド６０の光軸に対して０°より大きい角度で入射される励起光の場合に対して、その角度に限らず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光量の損失を防止するという効果を得ることができる。
【００９８】
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に入射される励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の広がり角については特に言及していないが、図１３に示すように＋１０°の角度から入射される励起光の広がり角よりも±２０°の角度から入射される励起光の広がり角の方が小さくなるようにすることが望ましい。このように広がり角を設定することによって、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射される励起光Ｌ２の照度分布を、その照度分布の端部で鋭く光量が減衰するようなものとすることができる。ライトガイド６０の受光角よりも大きい角度で入射する励起光は損失となるので、上述したように照度分布の端部で鋭く光量が減衰するような照度分布とすることによって、照明に寄与する励起光の利用効率を上げることができる。なお、上述したように励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の広がり角に差を設ける方法としては、各励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３をそれぞれ集光するために用いる光学素子のパワーを変え、集光時の倍率を変えるようにしてもよいし、広がり角の異なるような別の光源を用いるようにしてもよい。
【００９９】
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、励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３を１つの正のパワーの集光レンズ５９に対して互いに異なる位置から入射することによって、励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３がライトガイド６０の光軸に対して互いに異なる角度から入射されるようにしたが、これに限らず、集光レンズ５９などによって集光することなく、第１〜第３の近赤外レーザ光源から発せられた励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３を直接ライトガイド６０の入射端面６０ａに入射させることによって、励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３がライトガイド６０の光軸に対して互いに異なる角度から入射されるようにしてもよい。
【０１００】
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_１〜Ｌ２_３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５９によって集光された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３をライトガイドＬＧに直接入射するようにすればよい。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 硬性鏡システム
２ 光源装置
３ プロセッサ
４ モニタ
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 第１の近赤外レーザ光源
５３ 第２の近赤外レーザ光源
５４ 第３の近赤外レーザ光源
５６，５７，５８ コリメートレンズ
５９ 集光レンズ
６０ ライトガイド
６１ 拡散部
６２ ダイクロイックミラー
６３ 集光レンズ
８０ 第１の近赤外レーザ光源
８１ 第２の近赤外レーザ光源
８２，８３ コリメートレンズ
８４ 集光レンズ
８５ 集光レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被観察部に照射される光を発する複数の光源を備えた光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
ここで、上記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、被観察部から発せられる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、被観察部に照射される近赤外光などの励起光の照度は大きい方が望ましい。
【０００５】
一方、近赤外光などの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の半導体光源を用いることが提案されているが、これらの光源を１つだけ用いたのでは十分な励起光の照度を得られない。そこで、たとえば特許文献１においては、複数の光源を用いることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−６５６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一般的に、通常の方法で光ファイバなどのライトガイドにレーザ光源や発光ダイオードから出射された光を入射すると、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。上述したように励起光の照射によって被観察部から発せられる蛍光強度は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。
【０００８】
特許文献１には、複数の光源から発せられた光をライトガイドに入射させることは開示されているが、被観察部に照射される光の照度分布を均一にするための手法については一切示唆されていない。
【０００９】
本発明は、上記の問題に鑑み、被観察部に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光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光源装置は、被観察部に照射される光を発する複数の光源を有し、その複数の光源が、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１本のライトガイドに対して各光源から発せられた光を入射するものであるとともに、１本のライトガイドの光軸に対して互いに異なる角度で各光を入射するものであることを特徴とする。
【００１１】
また、上記本発明の光源装置においては、ライトガイドの光軸に対して第１の角度で入射される光の光量よりもライトガイドの光軸に対して１の角度よりも大きい第２の角度で入射される光の光量の方を大きくすることができる。
【００１２】
また、第１の角度でライトガイドに光を入射させる光源の数よりも第２の角度でライトガイドに光を入射させる光源の数の方を多くすることができる。
【００１３】
また、第１の角度でライトガイドに光を入射させる光源から発せられる光の強度よりも第２の角度でライトガイドに光を入射させる光源から発せられる光の強度の方を大きくすることができる。
【００１４】
また、第１の角度でライトガイドに入射される光の広がり角よりも第２の角度でライトガイドに入射される光の広がり角の方を小さくすることができる。
【００１５】
また、各光源から発せられる光の光軸とライトガイドの光軸とによってなされる入射角が同一となるように複数の光源を配置することができる。
【００１６】
また、複数の光源から発せられてライトガイドに入射される光のうち、ライトガイドの光軸に対して０°より大きい角度で入射される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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
また、光源として半導体光源を用いることができる。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
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１本のライトガイドに対して複数の光源から発せられた各光を入射するとともに、そのライトガイドの光軸に対して互いに異なる角度で各光を入射するようにしたので、ライトガイドに入射された各光はそれぞれライトガイド内で平均化され、入射された光の角度成分を持つ同心円状の照度分布の光がライトガイドから出射されることになる。これにより複数の同心円状の照度分布の足し合わせを得ることができるので、ライトガイドの出射端面では略均一化された照度分布の光を得ることができる。
【００２２】
したがって、このライトガイドの出射端面から出射された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。
【００２３】
また、ライトガイドに入射された光のうち、低角度成分で平均化される光よりも高角度成分で平均化される光の方が広い方位角に亘って平均化される。そこで、ライトガイドの光軸に対して第１の角度で入射される光の光量よりもライトガイドの光軸に対して１の角度よりも大きい第２の角度で入射される光の光量の方を大きくするようにした場合には、より均一な角度成分を有する光を得ることができる。
【００２４】
また、第１の角度でライトガイドに入射される光の広がり角よりも第２の角度でライトガイドに入射される光の広がり角の方を小さくするようにした場合には、照度分布の端部で鋭く光量が減衰するような照度分布を有する光を得ることができる。ライトガイドの受光角より大きい角度で入射する光は損失となるので、照度分布の端部で鋭く光量が減衰するような照度分布の光とすることは、照明に寄与する光の利用効率を向上することができる。
【００２５】
また、ライトガイドへ入射される光自体がある程度の広がり角を有する場合には、各光源から発せられる光の光軸とライトガイドの光軸とによってなされる入射角が同一となるように光源を配置するようにしても、低角度では平均化による照度の減少が小さく、高角度では平均化による照度の減少が大きいので、均一な照度分布を有する光を得ることができる。
【００２６】
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光については、ライトガイドの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光の光量も減少することになる。
【００２７】
そこで、複数の光源から発せられてライトガイドに入射される光のうち、ライトガイドの光軸に対して０°より大きい角度で入射される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。
【００２８】
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明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光の角度分布を設定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】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
【図２】体腔挿入部の概略構成図
【図３】撮像ユニットの概略構成図
【図４】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
【図５】ライトガイドの入射端面における励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の角度分布の一例を示す図
【図６】ライトガイドの出射端面における励起光の照度分布のグラフ（点線）と拡散部から出射される励起光の照度分布のグラフ（実線）との一例を示す図
【図７】ライトガイドの出射端面における励起光の照度分布を示す図
【図８】ライトガイドの入射端面における励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の角度分布のその他の例を示す図
【図９】図８に示す励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の角度分布を実現するための近赤外レーザ光源の配置を示す図
【図１０】本発明の光源装置のその他の実施形態を示す図
【図１１】図１０に示す光源装置のライトガイドの入射端面における励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の角度分布を示す図
【図１２】本発明の光源装置のその他の実施形態を示す図
【図１３】＋１０°の角度から入射される励起光の広がり角よりも±２０°の角度から入射される励起光の広がり角の方を小さくする例を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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５５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。
【００５１】
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。
【００５２】
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第１〜第３の近赤外レーザ光源５２，５３，５４と、第１〜第３の近赤外レーザ光源５２，５３，５４を駆動するＬＤドライバ５５と、第１〜第３の近赤外レーザ光源５２，５３，５４からそれぞれ出射された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３を略平行光にする第１〜第３のコリメートレンズ５６，５７，５８と、第１〜第３のコリメートレンズ５６，５７，５８から出射された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３を集光して、後述するライトガイド６０の入射端面６０ａに互いに異なる角度で入射させる集光レンズ５９と、集光レンズ５９によって集光されて入射された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３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_１〜Ｌ２_３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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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６００μｍ、ＮＡが０．４８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０．４８の光ファイバに限らず、ＮＡが０．３６、０．２２または０．１２の光ファイバも用いることができる。
【００５６】
そして、第１〜第３の近赤外光レーザ光源５２，５３，５４から出射された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３は、集光レンズ５９の異なる入射位置から入射され、集光レンズ５９によって集光された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３は、ライトガイド６０の光軸に対して互いに異なる角度だけ傾斜させて入射されることになる。
【００５７】
ここで、本実施形態においては、励起光Ｌ２_１と励起光Ｌ２_３が、ライトガイド６０の光軸に対して２０°の角度で入射されるように第１および第３の近赤外レーザ光源５２，５４が配置されるものとし、励起光Ｌ２_２が、ライトガイド６０の光軸に対して１０°の角度で入射されるように第２の近赤外レーザ光源５３が配置されるものとする。すなわち、第１および第３の近赤外レーザ光源５２，５４は、第２の近赤外レーザ光源５３よりも集光レンズ５９の光軸から離れた位置に配置されることになる。
【００５８】
そして、集光レンズ５９によって集光された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３は、ライトガイド６０の入射端面６０ａに互いに異なる角度で入射されるが、図５に示すように、励起光Ｌ２_１と励起光Ｌ２_３の方が、励起光Ｌ２_２よりも入射端面６０ａの中心位置から離れた位置から入射されることになる。
【００５９】
そして、上記のようにしてライトガイド６０の入射端面６０ａから入射された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３は、ライトガイド６０内で平均化されて導光され出射端面６０ｂから出射されるが、この出射光の強度分布を図６に示す。なお、図６において点線で示されるグラフが、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射される励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の強度分布を示すものである。また、図６に示す横軸は、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射される励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の出射角度を示している。
【００６０】
図６に示すように、ライトガイド６０の出射端面６０ｂからは±２０°の出射角度で励起光Ｌ２_１および励起光Ｌ２_３が出射され、±１０°の出射角度で励起光Ｌ２_２が出射されることになる。そして、これによりライトガイド６０の出射端面６０ｂからは、図７に示すような同心円状の励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３が出射されることになる。図７に示す小さい方の円形の輪状の出射光が励起光Ｌ２_２であり、大きい方の円形の輪状の出射光が励起光Ｌ２_１および励起光Ｌ２_３である。
【００６１】
なお、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射される光の照度は、その光の入射角度（＝出射角度）が大きいほど小さいものとなるが、本実施形態においては、入射角度（＝出射角度）が大きい方の励起光を出射する近赤外レーザ光源の数を入射角度（＝出射角度）が小さい方の励起光を出射する近赤外レーザ光源の数よりも多くするようにしたので、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから±２０°の出射角度で出射された励起光Ｌ２_１および励起光Ｌ２_３の照度と、±１０°の出射角度で出射された励起光Ｌ２_２の照度とを略同じにすることができる。また、照度分布を均一にする方法としては、上記のように近赤外レーザ光源の数を増加させる方法の他に、入射角度（＝出射角度）が大きい方の励起光を出射する近赤外レーザ光源の励起光の強度を入射角度（＝出射角度）が小さい方の励起光を出射する近赤外レーザ光源の励起光の強度よりも大きくするようにしてもよい。また、近赤外レーザ光源の数と各近赤外レーザ光源から出射される励起光の強度との両方を調整することによって照度分布を均一にするようにしてもよい。
【００６２】
また、本実施形態においては、集光レンズ５９によって集光された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３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、上述したように互い異なる角度から複数の励起光が入射されるようなライトガイド６０を複数本設けるようにしてもよい。たとえば、互いに異なる角度から複数の励起光が入射される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。
【００６３】
また、本実施形態においては、励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３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。そして、これらの光学素子と第１〜第３の近赤外レーザ光源５２，５３，５４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_１〜Ｌ２_３の入射角度を設定することができる。
【００６４】
拡散部６１は、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射された同心円状の励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３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。図６において実線で示されるグラフが、拡散部６１から出射された励起光Ｌ２の強度分布を示すものである。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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
一方、光源装置２の第１〜第３の近赤外レーザ光源５２，５３，５４から励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３が出射され、その励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３はコリメートレンズ５６，５７，５８をそれぞれ透過した後、集光レンズ５９のそれぞれ互いに異なる入射位置から入射される。
【００７３】
そして、集光レンズ５９に入射された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３は、ライトガイド６０の入射端面６０ａに対して互いに異なる角度からそれぞれ入射される。そして、ライトガイド６０に入射された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３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から同心円状に出射され、その同心円状の励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
上記実施形態の硬性鏡システムによれば、１本のライトガイド６０に対して複数の近赤外レーザ光源５２，５３，５４から発せられた各励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３を入射するとともに、そのライトガイド６０の光軸に対して互いに異なる角度で各励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３を入射するようにしたので、ライトガイド６０に入射された各励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３はそれぞれライトガイド６０内で平均化され、入射された励起光の角度成分を持つ同心円状の照度分布の励起光がライトガイド６０から出射されることになる。これにより複数の同心円状の照度分布の足し合わせを得ることができるので、ライトガイド６０の出射端面６０ｂでは略均一化された照度分布の光を得ることができる。
【００８７】
したがって、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。
【００８８】
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、図５に示すように、１０°の角度の励起光Ｌ２_２をライトガイド６０の入射端面６０ａの上側半円内に入射されるようにし、２０°の角度の励起光Ｌ２_１と励起光Ｌ２_３とをライトガイド６０の入射端面６０ａの下側半円内に入射されるようにしたが、これに限らず、たとえば、図８に示すように、ライトガイド６０の入射端面６０ａの上側半円内に全ての励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３が入射されるようにしてもよい。
【００８９】
具体的には、図９に示すように、第１の近赤外レーザ光源５２およびコリメートレンズ５６の組と、第３の近赤外レーザ光源５４およびコリメートレンズ５８の組とのいずれか一方の組を他方の組側に寄せて配置するようにすればよい。なお、図９においては、図面を見易くするため、第１の近赤外レーザ光源５２およびコリメートレンズ５６の組と、第２の近赤外レーザ光源５４およびコリメートレンズ５８の組とを重ねて表現しているが、実際には若干ずれて配置されているものとする。
【００９０】
上記のように第１の近赤外レーザ光源５２およびコリメートレンズ５６の組と、第３の近赤外レーザ光源５４およびコリメートレンズ５８の組とを近づけて配置することによって、第１〜第３の近赤外レーザ光源をコンパクトに配置することができるとともに、集光レンズ８５の大きさも小さくすることができるので、光源装置全体のサイズを小さくすることができる。
【００９１】
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＋１０°の角度と±２０°の角度とから励起光を入射するようにしたが、これに限らず、たとえば、ライトガイド６０の光軸に対して＋１０°の角度と−１０°の角度とから励起光を入射するようにしてもよい。すなわち、ライトガイド６０の光軸と各励起光の光軸とがなす角が同一となるように励起光を入射するようにしてもよい。
【００９２】
具体的には、たとえば、図１０に示すように、第１の近赤外レーザ光源８０およびコリメートレンズ８２との組と、第２の近赤外レーザ光源８１およびコリメートレンズ８３との組とをライトガイド６０の光軸に対して対称に設け、これらの組からそれぞれ出射された励起光Ｌ２_１と励起光Ｌ２_２とを集光レンズ８４に入射し、集光レンズ８４によってライトガイド６０の入射端面６０ａに入射させるようにしてもよい。
【００９３】
なお、上述したようにライトガイド６０の光軸に対して＋１０°の角度と−１０°の角度とから励起光Ｌ２_１および励起光Ｌ２_２を入射するようにした場合、ライトガイド６０の出射端面６０ｂからは、出射端面６０ｂの中心位置から同じ半径の円形の輪状の励起光Ｌ２_１および励起光Ｌ２_２が出射されることになる。したがって、このライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射される励起光の照度分布を略均一にするため、たとえばコリメートレンズ８２，８３の焦点距離を長くすることによって、図１１に示すようにライトガイド６０の入射端面６０ａに入射される励起光Ｌ２_１および励起光Ｌ２_２の広がり角を大きくするようにしてもよい。このように励起光Ｌ２_１および励起光Ｌ２_２の広がり角を大きくして、ライトガイド６０の入射端面６０ａの中心位置付近にも励起光を入射させることによって、上記実施形態のような拡散部６１を設けることなく、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射される励起光の照度分布を均一にすることができる。
【００９４】
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の入射端面６０ａに対して±２０°の角度から励起光Ｌ２_１，Ｌ２_３を入射するようにしたが、このようにライトガイド６０の光軸に対して傾いた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。
【００９５】
そこで、たとえば、図１２に示すように、ライトガイド６０の入射端面６０ａに対して±２０°の角度から入射される励起光Ｌ２_１，Ｌ２_３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_１，Ｌ２_３のビーム断面形状を楕円とする光学系９０，９１をそれぞれ設けるようにしてもよい。このような光学系９０，９１としては、たとえば図１２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。
【００９６】
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。
【００９７】
なお、図１２に示す例では、±２０°の角度から入射される励起光のビーム断面形状を楕円にするようにしたが、＋１０°の角度から入射される励起光のビーム断面形状についても楕円にするようにしてもよい。すなわち、ライトガイド６０の光軸に対して０°より大きい角度で入射される励起光の場合に対して、その角度に限らず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光量の損失を防止するという効果を得ることができる。
【００９８】
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に入射される励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の広がり角については特に言及していないが、図１３に示すように＋１０°の角度から入射される励起光の広がり角よりも±２０°の角度から入射される励起光の広がり角の方が小さくなるようにすることが望ましい。このように広がり角を設定することによって、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射される励起光Ｌ２の照度分布を、その照度分布の端部で鋭く光量が減衰するようなものとすることができる。ライトガイド６０の受光角よりも大きい角度で入射する励起光は損失となるので、上述したように照度分布の端部で鋭く光量が減衰するような照度分布とすることによって、照明に寄与する励起光の利用効率を上げることができる。なお、上述したように励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３の広がり角に差を設ける方法としては、各励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３をそれぞれ集光するために用いる光学素子のパワーを変え、集光時の倍率を変えるようにしてもよいし、広がり角の異なるような別の光源を用いるようにしてもよい。
【００９９】
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、励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３を１つの正のパワーの集光レンズ５９に対して互いに異なる位置から入射することによって、励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３がライトガイド６０の光軸に対して互いに異なる角度から入射されるようにしたが、これに限らず、集光レンズ５９などによって集光することなく、第１〜第３の近赤外レーザ光源から発せられた励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３を直接ライトガイド６０の入射端面６０ａに入射させることによって、励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３がライトガイド６０の光軸に対して互いに異なる角度から入射されるようにしてもよい。
【０１００】
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_１〜Ｌ２_３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５９によって集光された励起光Ｌ２_１〜Ｌ２_３をライトガイドＬＧに直接入射するようにすればよい。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 硬性鏡システム
２ 光源装置
３ プロセッサ
４ モニタ
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 第１の近赤外レーザ光源
５３ 第２の近赤外レーザ光源
５４ 第３の近赤外レーザ光源
５６，５７，５８ コリメートレンズ
５９ 集光レンズ
６０ ライトガイド
６１ 拡散部
６２ ダイクロイックミラー
６３ 集光レンズ
８０ 第１の近赤外レーザ光源
８１ 第２の近赤外レーザ光源
８２，８３ コリメートレンズ
８４ 集光レンズ
８５ 集光レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被観察部に照射される光を発する複数の光源を有し、
前記複数の光源が、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１本のライトガイドに対して前記各光源から発せられた光を入射するものであるとともに、前記ライトガイドの光軸に対して互いに異なる角度で前記各光を入射するものであることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記ライトガイドの光軸に対して第１の角度で入射される光の光量よりも前記ライトガイドの光軸に対して前記１の角度よりも大きい第２の角度で入射される光の光量の方が大きいことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１の角度で前記ライトガイドに光を入射させる前記光源の数よりも前記第２の角度で前記ライトガイドに光を入射させる前記光源の数の方が多いことを特徴とする請求項２記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１の角度で前記ライトガイドに光を入射させる前記光源から発せられる光の強度よりも前記第２の角度で前記ライトガイドに光を入射させる前記光源から発せられる光の強度の方が大きいことを特徴とする請求項２記載の光源装置。
【請求項５】
前記第１の角度で前記ライトガイドに入射される光の広がり角よりも前記第２の角度で前記ライトガイドに入射される光の広がり角の方が小さいことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の光源装置。
【請求項６】
前記各光源から発せられる光の光軸と前記ライトガイドの光軸とによってなされる入射角が同一となるように前記複数の光源が配置されるものであることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の光源装置。
【請求項７】
前記複数の光源から発せられて前記ライトガイドに入射される光のうち、前記ライトガイドの光軸に対して０°より大きい角度で入射される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から６いずれか１項記載の光源装置。
【請求項８】
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７いずれか１項記載の光源装置。
【請求項９】
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８記載の光源装置。
【請求項１０】
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９いずれか１項記載の光源装置。
【請求項１１】
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１０いずれか１項記載の光源装置。
【請求項１】
被観察部に照射される光を発する複数の光源を有し、
前記複数の光源が、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１本のライトガイドに対して前記各光源から発せられた光を入射するものであるとともに、前記ライトガイドの光軸に対して互いに異なる角度で前記各光を入射するものであることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記ライトガイドの光軸に対して第１の角度で入射される光の光量よりも前記ライトガイドの光軸に対して前記１の角度よりも大きい第２の角度で入射される光の光量の方が大きいことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１の角度で前記ライトガイドに光を入射させる前記光源の数よりも前記第２の角度で前記ライトガイドに光を入射させる前記光源の数の方が多いことを特徴とする請求項２記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１の角度で前記ライトガイドに光を入射させる前記光源から発せられる光の強度よりも前記第２の角度で前記ライトガイドに光を入射させる前記光源から発せられる光の強度の方が大きいことを特徴とする請求項２記載の光源装置。
【請求項５】
前記第１の角度で前記ライトガイドに入射される光の広がり角よりも前記第２の角度で前記ライトガイドに入射される光の広がり角の方が小さいことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の光源装置。
【請求項６】
前記各光源から発せられる光の光軸と前記ライトガイドの光軸とによってなされる入射角が同一となるように前記複数の光源が配置されるものであることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の光源装置。
【請求項７】
前記複数の光源から発せられて前記ライトガイドに入射される光のうち、前記ライトガイドの光軸に対して０°より大きい角度で入射される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から６いずれか１項記載の光源装置。
【請求項８】
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７いずれか１項記載の光源装置。
【請求項９】
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８記載の光源装置。
【請求項１０】
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９いずれか１項記載の光源装置。
【請求項１１】
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１０いずれか１項記載の光源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−９０７０６（Ｐ２０１３−９０７０６Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３３５３７（Ｐ２０１１−２３３５３７）
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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