内視鏡用光源装置
【課題】蛍光体での発熱を防止することによって、蛍光を含む照明光の色調を安定化させる。
【解決手段】励起光光源３０からの励起光は、蛍光体４２に入射する。蛍光体４２は励起光を吸収して、緑色蛍光を励起発光する。緑色蛍光は、励起光の入射面と同一面から出射する。蛍光体４２での発熱は、励起光の入射面とは反対の面に設けられた放熱部４６によって、放熱される。蛍光体４２から発せられた緑色蛍光は、第１青色光源６０、第２青色光源６１、赤色光源６２からの第１青色光、第２青色光、赤色光と合波される。合波された光は、ライトガイド２５を介して、被検体内に照射される。第１青色光、第２青色光、緑色蛍光、赤色光は、４つのフォトセンサ７４ａ〜７４ｄによって、光量がそれぞれモニタリングされている。このモニタリング結果に基づいて、各光源３０，６０〜６２は光量制御されている。
【解決手段】励起光光源３０からの励起光は、蛍光体４２に入射する。蛍光体４２は励起光を吸収して、緑色蛍光を励起発光する。緑色蛍光は、励起光の入射面と同一面から出射する。蛍光体４２での発熱は、励起光の入射面とは反対の面に設けられた放熱部４６によって、放熱される。蛍光体４２から発せられた緑色蛍光は、第１青色光源６０、第２青色光源６１、赤色光源６２からの第１青色光、第２青色光、赤色光と合波される。合波された光は、ライトガイド２５を介して、被検体内に照射される。第１青色光、第２青色光、緑色蛍光、赤色光は、４つのフォトセンサ７４ａ〜７４ｄによって、光量がそれぞれモニタリングされている。このモニタリング結果に基づいて、各光源３０，６０〜６２は光量制御されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体から発せられる蛍光を含む照明光を内視鏡に供給する内視鏡用光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡における通常観察用の照明光としては、キセノンランプ等の広帯域光の他、励起光によって蛍光体で励起発光させた蛍光を含む白色光も用いられるようになってきている。また、近年では、表層微細血管の強調表示等の特殊光観察を行うために、蛍光を含む白色光の他、特定波長の狭帯域光を混合して体内に同時照射することも行われている。
【０００３】
このように蛍光体の蛍光を用いた照明の場合には、高輝度化を図ることができるとともに、キセノンランプ等の照明の場合ほど設置スペースを要しないため、装置全体としてコンパクト化を図ることができる。その一方で、キセノンランプ等を用いた場合には無かった新たな課題もいくつか出てきている。例えば、通常観察時に使用する白色光として青色の励起光も含めた場合には、緑色及び赤色の蛍光の光量は、青色の励起光の光量によって決まってしまう。この場合、蛍光の光量は励起光の光量と関係なく独立に制御できないため、白色光の色調を合わせることが難しいことがあった。また、ＲＧＢ撮像素子を用いる特殊光観察時において、青色の励起光を使用し、その他の特殊観察用の狭帯域光として青色狭帯域光を使用した場合には、それら光の同時照射によって一定の光量を光量を超えてしまうと、ＲＧＢ撮像素子のＢ画素が飽和してしまうという問題も生じることがあった。
【０００４】
これら問題に対して、特許文献１では、蛍光体の励起光として、紫外域の励起光を用いている。紫外域の励起光は非可視光であるため、仮に、この紫外域の励起光が照明光に含まれたとしても、照明光の色調に影響を与えることはない。また、紫外域の励起光はＲＧＢ撮像素子では完全に遮光されるため、Ｂ画素などの特殊観察用の画素に、比較的高い光量の特殊観察用の狭帯域光が入射したとしても、飽和するおそれはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２９７３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
蛍光体を用いる照明の場合には、上記のような問題の他に、蛍光を励起発光するときに生じる発熱によって、蛍光の発光効率が低下する温度特性の問題がある。図１０に示すように、緑色蛍光体から励起発光する緑色蛍光（Ｇ蛍光）と赤色蛍光体から励起発光する赤色蛍光（Ｒ蛍光）の発光効率は、蛍光体の温度が上がるにつれて、低下する。また、赤色蛍光の発光効率の低下は緑色蛍光の発光効率の低下よりも大きくなっており、この発光効率の差は温度が高くなるほど大きくなる。
【０００７】
したがって、緑色蛍光体と赤色蛍光体を混合した蛍光体から、緑色蛍光と赤色蛍光を混色して励起発光させた場合には、その混色した蛍光は、温度が高くなるほど、色調に変化が生じるようになる（即ち、色むらが発生するようになる）。そこで、蛍光体での発熱を防ぐことによって、蛍光体から発せられる蛍光を含む照明光の色調を安定化させることが求められていた。
【０００８】
本発明は、蛍光体での発熱を防止することによって、蛍光体から発せられる蛍光を含む照明光の色調を安定化することができる内視鏡用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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、被検体内に挿入される内視鏡に対して光を供給する内視鏡用光源装置において、可視光領域以外の波長域を有する励起光を発する励起光光源と、前記励起光が入射する第１の光学面、前記励起光を、可視光領域の波長域を持つ前記第１の照明光に波長変換する波長変換部、及び前記第１の光学面の反対側に設けられ、第１の照明光を反射する第２の光学面を有し、前記第２の光学面で反射した第１の照明光を第１の光学面から出射する波長変換手段と、前記波長変換手段から出射した第１の照明光を前記内視鏡に供給する供給手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
可視光領域に波長域を有し、且つ前記第１の照明光とは波長域が異なっている第２の照明光を発する照明光光源と、前記第１の照明光の光量と前記第２の照明光の光量とを、それぞれ独立に制御する光量制御手段を備え、前記供給手段は、前記第１の照明光に加えて前記第２の照明光を含む光を、前記内視鏡に供給することが好ましい。
【００１１】
前記波長変換部材は、紫外域に励起波長帯域を持つ緑色蛍光体であり、前記照明光光源は半導体光源であり、前記第１の照明光は、紫外域の前記励起光によって前記緑色蛍光体から励起発光される緑色蛍光であり、前記第２の照明光は、前記半導体光源から発せられる光であることが好ましい。
【００１２】
前記内視鏡には、緑色蛍光の第１照明光、及び青色帯域と赤色帯域を含む第２照明光が混色した白色光が供給されることが好ましい。前記第２の照明光のうち、前記青色帯域の中心波長は４０５ｎｍであり、前記赤色帯域の中心波長は６２５ｎｍであることが好ましい。前記内視鏡には、緑色蛍光の第１照明光、及び青色帯域と赤色帯域を含む第２照明光が混色した白色光が供給され、前記第２の照明光の青色帯域におけるピーク強度は、前記緑色蛍光及び前記第２の照明光の赤色帯域におけるピーク強度よりも大きいことが好ましい。
【００１３】
前記励起光は、ブリュースター角で前記波長変換部材に入射することが好ましい。前記励起光は、反射防止膜が設けられた前記波長変換部材に、ブリュースター角よりも小さい入射角で入射することが好ましい。
【００１４】
前記第２の光学面側に設けられ、前記波長変換部材での発熱を放熱する放熱手段を備えることが好ましい。前記第２の光学面側に設けられ、前記波長変換部材内の励起光を反射する反射手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、励起光の入射と、この励起光が波長変換された第１の照明光の出射とを同一の第１光学面で行うことによって、その反対側の第２の光学面に、波長変換手段での発熱を放熱する放熱手段を設けることが可能となる。これにより、波長変換手段での発熱による照明光の色調の変化を防ぐことができる。
【００１６】
また、励起光の入射と第１の照明光の出射を同一の第１の光学面で行うためには、励起光を波長変換部材に対して斜め入射する必要がある。そのためには、励起光光源と波長変換部材とを一定の距離で空間的に離すことができる程度のスペースが必要となるが、そのようなスペースは、被検体に挿入する内視鏡ではなく、その内視鏡に接続される光源装置であれば、十分に確保することが可能である。
【００１７】
また、励起光は、可視光領域以外の波長域を有しているため、照明光の色調には直接的に影響を与えない。したがって、第１照明光とその他の第２の照明光の光量をそれぞれ独立に制御することが可能になるため、第１の照明光と第２の照明光の光量比を一定に保つことができる。これによって、照明光の色調を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】内視鏡システムの概略を示す図である。
【図２】光源装置及びプロセッサ装置の内部構成を示す図である。
【図３Ａ】AR膜無しの蛍光体に対して斜めに入射する励起光の入射角を説明するための図である。
【図３Ｂ】AR膜有りの蛍光体に対して斜めに入射する励起光の入射角を説明するための図である。
【図４】蛍光体に対する励起光の分光透過率を示すグラフである。
【図５】ダイクロイックミラーの分光透過率と第１青色光、第２青色光、緑色蛍光、赤色光の発光強度を示すグラフである。
【図６Ａ】通常光観察モードにおける発光パターン、発光強度を示すグラフである。
【図６Ｂ】第1特殊光観察モードにおける発光パターン、発光強度を示すグラフである。
【図６Ｃ】第２特殊光観察モードにおける発光パターン、発光強度を示すグラフである。
【図６Ｄ】酸素飽和度観察モードにおける発光パターン、発光強度を示すグラフである。
【図７】PNM、PDM、PWMを説明するための図である。
【図８】カラー撮像素子の分光透過率を示すグラフである。
【図９Ａ】通常光画像の生成方法を説明するための図である。
【図９Ｂ】第１特殊光画像の生成方法を説明するための図である。
【図９Ｃ】第２特殊光画像の生成方法を説明するための図である。
【図９Ｄ】酸素飽和度画像の生成方法を説明するための図である。
【図１０】蛍光体の温度特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示すように、第１実施形態の内視鏡システム１０は、被検体内を撮像する電子内視鏡１１と、被検体を照明する光を発生する光源装置１２と、電子内視鏡からの撮像信号に基づいて画像を生成するとともに、各種画像処理を行うプロセッサ装置１３と、内視鏡画像を表示するモニタ１４とを備えている。
【００２０】
この内視鏡システム１０には、白色光で照明された被検体内の通常光画像をモニタ１４に表示する通常光観察モード、通常光画像上において表層の微細血管や微細構造が強調表示された第１特殊光画像をモニタ１４に表示する第１特殊光観察モード、表層微細血管や中深層の血管が疑似カラーで表された第２特殊光画像をモニタ１４に表示する第２特殊光観察モード、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像をモニタ１４に表示する酸素飽和度観察モードの４つのモードが設けられている。これらモードは、モード切替ＳＷ１５によって適宜切り替えられる。
【００２１】
電子内視鏡１１は、体腔内に挿入される可撓性の挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に設けられた操作部１７と、操作部１７と光源装置１２及びプロセッサ装置１３との間を連結するユニバーサルコード１８とを備えている。挿入部１６の先端には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１９が形成されている。湾曲部１９は、操作部のアングルノブ２１を操作することにより、上下左右方向に湾曲動作する。湾曲部１９の先端には、体腔内を撮像するカラー撮像素子２０（例えばカラーＣＣＤやカラーCMOS）を内蔵した先端部１６ａが設けられている。先端部１６ａは、湾曲部１９の湾曲動作によって体腔内の所望の方向に向けられる。
【００２２】
ユニバーサルコード１８には、光源装置１２及びプロセッサ装置１３側にコネクタ２４が取り付けられている。コネクタ２４は、通信用コネクタと光源用コネクタからなる複合タイプのコネクタであり、電子内視鏡１１は、このコネクタ２４を介して、光源装置１２及びプロセッサ装置１３に着脱自在に接続される。
【００２３】
電子内視鏡１１の内部には、ライトガイド２５と、信号ケーブル２６とが設けられている。ライトガイド２５は波長が異なる複数種類の光を導光可能なバンドル光ファイバであり、光源装置１２からの光を先端部１６ａまで導光する。導光された光は、先端部１６ａから体腔内に向けて照射される。信号ケーブル２６は、カラー撮像素子２０からの撮像信号をプロセッサ装置１３に送信する。
【００２４】
図２に示すように、光源装置１２は、紫外域に波長範囲を有する励起光を発する励起光光源３０と、励起光光源３０からの励起光によって緑色蛍光を発する第１発光部３１と、中心波長４０５ｎｍの第１青色光、中心波長４７０ｎｍの第２青色光、中心波長６２５ｎｍの赤色光を発する第２発光部３２と、第１発光部３１からの緑色蛍光と第２発光部３２からの第１青色光、第２青色光又は赤色光とを合波する合波部３５と、緑色蛍光、第１青色光、第２青色光、赤色光の発光強度や発光タイミングを制御する光源制御部３７と、合波部３５で合波された光をライトガイド２５の入射面に向けて集光する集光レンズ３９とを備えている。
【００２５】
励起光光源３０はレーザーダイオード（Laser Diode）や発光ダイオード（Light Emitting Diode）などの半導体光源で構成される。この励起光光源３０では、第１発光部３１の蛍光体４２から緑色蛍光を励起発光させるための励起光を発する。この励起光は、非可視光領域である紫外域の波長範囲内において、３６５ｎｍ、３８０ｎｍ、又は３９５ｎｍにピーク波長を有している。励起光は、照射レンズ３０ａを通して、第１発光部３１の蛍光体４２に向けて照射される。
【００２６】
第１発光部３１は、励起光によって緑色蛍光を励起発光する蛍光体４２と、銀やアルミ又はこれらの合金などの高反射性物質で構成される高反射部４４と、蛍光体で発せられた熱を放熱する放熱部４６とを備えている。蛍光体４２は、紫外域の励起光に対して高い光吸収特性を有するとともに、緑色蛍光を高い発光強度及び発光効率で励起発光するものが用いられる。本実施形態では、蛍光体４２として、「BaMgAl10O17:Eu,Mn」を用いる。「BaMgAl10O17:Eu,Mn」は、励起光のピーク波長を「３７８ｎｍ」とした場合に、励起光に対する吸収率が「６６．８％」であり、また発光効率は「５５．８％」である。光吸収率、発光効率に関しては「Li0.6Na0.4W2O8」よりも高く、また、発光強度に関しては「Li0.6Na0.4W2O8」よりも高くなっている。
【００２７】
蛍光体４２は、ガラス樹脂などとバインダにより固められて形成されており、略直方体形状を有している。蛍光体４２の一方の面は、励起光光源からの励起光が入射するとともに緑色蛍光が出射する入射・出射面４２ａとなっており、他方の面は、励起光及び緑色蛍光を高反射部４４で反射させる反射面４２ｂとなっている。また、入射・出射面４２ａには凸レンズ４８が設けられており、この凸レンズ４８は、励起光を蛍光体４２に集光するとともに、励起発光した緑色蛍光を合波部３５に向けて出射させる。したがって、励起光光源４０と合波部３５は、蛍光体４２の入射・出射面４２ａ側に設けられている。
【００２８】
このように、励起光の入射面と緑色蛍光の出射面を同一面にする反射型とすることで、入射・出射面４２ａの反対側の反射面４２ｂに、蛍光体４２での発熱を放熱する放熱手段等を直接的に設けることができる。これに対して、特許文献１のように、励起光の入射面と蛍光の出射面が別々の面である透過型の場合には、蛍光体４２に対して放熱手段を直接的に設けるスペースを確保することができない。また、反射型では、励起光を蛍光体４２に対して斜めから入射させるために、励起光光源３０を蛍光体４２に対して空間的に離して設置する設置スペースが別途必要となるが、この点においては、電子内視鏡の先端部１６ａよりも、光源装置１２のほうが、設置スペースを確保しやすい。
【００２９】
また、被検体内を照明する照明光のうち、緑色光として、ＬＥＤなどの半導体光源でなく、緑色蛍光を使用するのは以下の理由からである。内視鏡のライドガイド２５としては、挿入部の細径化の観点から径が細いものが用いられるため、光入光部が小さい。そのため、ライトガイド２５には、高輝度の照明光を入射させる必要がある。即ち、単位面積当たりの出力が大きな光源が必要となる。現時点では、照明光のうち青色光、赤色光については、ＬＥＤ，ＬＤなどの半導体光源によって高輝度で発光できることが知られている。一方、緑色光については、緑色ＬＥＤ、緑色半導体レーザー、緑色蛍光体の発光手段が考えられる。
【００３０】
緑色ＬＥＤについては、現在の窒化ガリウムＬＥＤのような、青色から赤色にかけて急激に発光効率が低下するＬＥＤ素子しか存在しない。また、仮に、高輝度なＬＥＤを製造できたとしても、半値幅がレーザーダイオードよりも狭くなることが考えられる。したがって、内視鏡の照明として使用した場合には、発光半値幅が狭くなりすぎるため、演色性が劣ることが考えられる。一方、緑色半導体レーザーについては、高輝度光源ではあるものの、発光半値幅が狭すぎる。そのため、照明光として用いた場合には、急峻な光吸収や反射を持つ物体（例えば内視鏡で用いる色素）などの反射信号が得られにくい。また、現状では、緑色半導体レーザーは出力、寿命の点で問題がある。
【００３１】
これに対して、緑色蛍光体は、上記緑色ＬＥＤ、緑色半導体レーザーのような問題点を有していない。したがって、内視鏡の照明に用いる発光手段としては、緑色蛍光体が一番適している。
【００３２】
なお、励起光が蛍光体４２に入射するときには、励起光が入射・出射面４２ａで反射しないようにすることが好ましい。仮に、入射・出射面４２ａで反射した励起光が、合波部３５及びライトガイド２５を通して、体内に照射された場合には、いくつかの問題が起こりうる。その問題の一つとして、励起光は生体組織の自家蛍光物質に対しても励起光となりうるため、体内から不要な自家蛍光が励起発光するおそれがある。この不要な自家蛍光は、観察画像にとってノイズであるため、励起光は体内に入らないようにすることが好ましい。
【００３３】
例えば、図３Ａに示すように、入射・出射面４２ａにＡＲ（Anti Reflection）膜を設けない場合には、励起光の偏波面をｐ偏光にし、励起光の入射角θをブリュースター角である「５６°」にすることが好ましい（θ＝ArcTan(n2/n1)（n1:空気の屈折率、n2（１．５）:蛍光体含有ガラスの屈折率）））。また、図３Ｂに示すように、入射・出射面４２ａにＡＲ膜５０を設ける場合には、励起光の偏波面をｐ偏光にし、励起光の入射角θを「５０°」にすることが好ましい（θ＝ArcTan(n2/n1)（n1:空気の屈折率、n2（１．５）:蛍光体含有ガラスの屈折率）））。ここで、ＡＲ膜５０は、フッ化マグネシウムＭｇＦ２（屈折率n3、およそ１．３８）の膜５０ａとアルミナＡｌ２Ｏ３（屈折率n4、およそ２．１〜２．４。成膜条件で変化させた場合は２．３）の膜５０ｂの２層で形成することが好ましい。フッ化マグネシウムＭｇＦ２、アルミナＡｌ２Ｏ３ついては、設計波長λを４０５nmとした場合に、それぞれ１／２λの厚さにすることが好ましい。したがって、屈折率については、n1<n3<n2<n4の関係にすることが好ましい。
【００３４】
図３Ａ及び図３Ｂのいずれの場合においても、図４に示す透過分布T(ｐ)に示すように、励起光のピーク波長である「３６５ｎｍ、３８０ｎｍ、又は３９５ｎｍ」あたりで蛍光体への透過率が「９９．９８％」近くになる。したがって、励起光は、入射・出射面４２ａで反射することなく、確実に蛍光体４２へと入射する。なお、励起光の偏波面がｓ偏光である場合には、透過分布T(ｓ)に示すように、「３６５ｎｍ、３８０ｎｍ、又は３９５ｎｍ」あたりでの透過率が「９０％」となるため、入射する励起光のうち「１０％」程度が入射・出射面４２ａで反射することとなる。
【００３５】
図２に示すように、放熱部４６には、蛍光体４２側から順に、ペルチェ素子５２と、ヒートシンク５４と、ファン５６とが設けられている。ペルチェ素子５２は、蛍光体４２及び高反射部４４側に設けられた冷却板５２ａと、ヒートシンク５４側に設けられた放熱板５２ｂを有している。素子駆動部（図示省略）によってペルチェ素子５２を駆動することによって、蛍光体４２での発熱は、冷却板５２ａを介して、放熱板５２ｂ側に移動する。ヒートシンク５４には、放熱板５２ｂから発せられる熱が拡散しやすいように、金属製の四角柱が複数設けられている。このヒートシンク５４に対して、ファン５６からの風が吹きつけられる。これにより、ヒートシンク５４に蓄積された熱は、光源装置１２の外部へと放熱される。
【００３６】
第２発光部３２は、中心波長４０５ｎｍの第１青色光を発する第１青色光源６０と、中心波長４７０ｎｍの第２青色光を発する第２青色光源６１と、中心波長６２５ｎｍの赤色光を発する赤色光源６２と、これら光源６０〜６２が設けられた光源用基板６５と、各光源６０〜６２で発せられた熱を放熱する放熱部６７とを備えている。第１青色光源６０、第２青色光源６１、赤色光源６２は、励起光光源３０と同様、レーザーダイオード（Laser Diode）や発光ダイオード（Light Emitting Diode）などの半導体光源で構成される。これら光源６０〜６２は、共通の光源用基板６５を介して、光源制御部３７により発光タイミングや光量が制御される。各光源６０〜６２から発せられる第１青色光、第２青色光、赤色光は、照射レンズ６９を通して、合波部３５に向けて照射される。
【００３７】
放熱部６７は、上記放熱部４６と同様のペルチェ素子５２、ヒートシンク５４、ファン５６を備えている。なお、ペルチェ素子５２の冷却板５２ａと光源用基板６５とは、熱抵抗が低いシリコングリース７０等で接着されている。それ以外については、上記放熱部４６と同様であるので説明を省略する。
【００３８】
合波部３５は、第１発光部からの緑色蛍光と第２発光部からの第１青色光、第２青色光、赤色光を合波するダイクロックミラー７２と、第１青色光用PD（Photo Detector）７４ａ、第２青色光用PD７４ｂ、緑色蛍光用PD７４ｃ、赤色光用PD７４ｄの４つのフォトセンサとを備えている。
【００３９】
ダイクロックミラー７２は、図５に示すような透過分布Ｔａを有している。したがって、緑色蛍光がダイクロックミラーに入射したときには、入射する緑色蛍光のうちのほとんどが透過し、わずかな光だけが反射する。透過した光は集光レンズ３９に入射する一方、反射した光は緑色蛍光用ＰＤ７４ｃで検出される。一方、第１青色光、第２青色光、赤色光がダイクロックミラー７２に入射したときには、それら光のほとんどが反射し、わずかな光だけが透過する。反射した光は集光レンズ３９に入射する一方、透過した光は第１青色光用PD７４ａ、第２青色光用PD７４ｂ、赤色光用PD７４ｄで検出される。
【００４０】
第１青色光用PD７４ａ、第２青色光用PD７４ｂ、緑色蛍光用PD７４ｃ、赤色光用PD７４ｄは、第１青色光、第２青色光、緑色蛍光、赤色光の光量を常時モニタリングし、そのモニタリング結果を光源制御部３７に送信する。
【００４１】
光源制御部３７は、第１青色光、第２青色光、緑色蛍光、赤色光間の光量比が一定となるように、励起光光源、第１青色光源、第２青色光源、赤色光源を制御する。図２に示すように、励起光光源３０の光量制御は励起光制御部３７ａが行い、第１青色光源６０の光量制御は第１青色光制御部３７ｂが行い、第２青色光源６１の光量制御は第２青色光制御部３７ｃが行い、赤色光源６２の光量制御は赤色光制御部３７ｄが行う。これら各制御部３７ａ〜３７ｄによって、第１青色光、第２青色光、緑色蛍光、赤色光の光量独立制御が可能となる。また、各光が発光している間は、各ＰＤ７４ａ〜７４ｄでのモニタリング結果に基づく光量フィードバック制御によって、光量を一定に保持する。
【００４２】
第１青色光、第２青色光、緑色蛍光、赤色光の発光タイミングと光量比は、モード毎に予め定められている。通常光観察モードに設定されている場合には、図６Ａに示すように、第１青色光、緑色蛍光、赤色光が発光される。このとき、互いのピーク強度が同一となるように発光される。したがって、体内には、第１青色光、緑色蛍光、赤色光が混色した白色光として照射される。
【００４３】
ここで、第１青色光、緑色蛍光、赤色光は、それぞれ光量を独立制御することが可能であるため、それらの光量比を一定に保つことが可能である。また、励起光は可視光領域以外にあるため、仮に励起光が体内に入ったとしても、白色光の色味に影響を与えることない。以上から、体内に照射された白色光の色味は変化することなく一定に保持される。
【００４４】
また、第１特殊光観察モードに設定されている場合には、図６Ｂに示すように、第１青色光、緑色蛍光、赤色光が発光される。このとき、第１青色光のピーク強度は、他の緑色蛍光、赤色光のピーク強度よりも大きくなるように発光されるとともに、体内の血管と粘膜のコントラスト比が「１．６」以上となる第１光量比（第１青色光、緑色蛍光、赤色光の光量比）で発光される。上記したように、第１青色光、緑色蛍光、赤色光は光量を独立に制御することが可能であるため、第１光量比を一定に保つことが可能である。
【００４５】
また、第２特殊光観察モードに設定されている場合には、図６Ｃに示すように、第１青色光、緑色蛍光が発光される。このとき、体内の血管と粘膜のコントラスト比が「１．６」以上となる第２光量比（第１青色光、緑色蛍光の光量比）で発光される。上記したように、第１青色光、緑色蛍光は光量を独立に制御することが可能であるため、第２光量比を一定に保つことが可能である。
【００４６】
酸素飽和度観察モードに設定されている場合には、図６Ｄに示すように、第２青色光のみの発光と緑色蛍光及び赤色光の発光とを、１フレーム毎に交互に繰り返す。このとき、第２青色光、緑色蛍光、赤色光の第３光量比は一定になるように発光される。上記したように、第２青色光、緑色蛍光、赤色光は光量を独立に制御することが可能であるため、第３光量比を一定に保つことが可能である。
【００４７】
なお、光源制御部３７による光量制御は、各光源３０，６０〜６２の発光量を予め定めた駆動パルスに基づくパルス変調制御により行うことが好ましい。パルス変調制御は、パルス数制御（ＰＮＭ：Pulse Number Modulation）及びパルス密度制御（ＰＤＭ：Pulse Density Modulation）と、パルス幅制御（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）により行われる。
【００４８】
具体的には、図７に示すように、１フレームのうちカラー撮像素子２０の電荷蓄積期間において、ＰＮＭ，ＰＤＭ，ＰＷＭのいずれかのパルス変調を行うことにより、光量制御を行う。ここで、図７においては、パルスが立ち上がった時に各光源３０，６０〜６２が点灯し、それ以外のときには各光源３０，６０〜６２は消灯する。なお、１フレーム期間は３３ｍｓ、シャッタ速度は１／６０ｓとする。また、最大光量時においては、駆動パルス［１］に示すように、カラー撮像素子の電荷蓄積期間内に２０００個のパルスが含まれているものする（周波数は１２０ｋＨｚ）。
【００４９】
最大光量から最小光量の間で光量を減少させる場合、まず、ＰＮＭ制御でパルス数を減少させ、次に、ＰＤＭ制御でパルスを間引くことによってパルス密度を減少させ、最後に、ＰＷＭ制御でパルス幅を狭めることによって、光量を徐々に減少させる。
【００５０】
ＰＮＭ制御においては、駆動パルス［２］に示すように、電荷蓄積期間内でパルス数を減少させ、点灯期間を短縮する。パルス数の減少に従って、光量も減少する。そして、駆動パルス［３］に示すように、ＰＮＭ制御により所定の点灯期間Ｗminまで短縮した後は、ＰＤＭ制御により駆動パルスを間引く処理を行う。このＰＤＭ制御においては、所定の点灯期間Ｗminまで短縮された点灯期間に対し、所定間隔で駆動パルスを間引くことで点灯期間内のパルス密度を減少させる。
【００５１】
そして、駆動パルス［４］に示すように、駆動パルスのパルス間隔が間引き限界に達するまで、即ち、駆動パルスが所定の最小パルス密度となるまでＰＤＭ制御を行う。次に、駆動パルス［５］に示すように、駆動パルスが所定の最小パルス数となった後は、ＰＷＭ制御により駆動パルスのパルス幅を減少させる。そして、駆動パルス［６］に示すように、駆動パルスのパルス幅が一定の限界幅（ＰＷＭ制御限界）に達するまでＰＷＭ制御を行う。
【００５２】
上記パルス変調方式を用いることで、半導体レーザーや発光ダイオードなどの半導体発光素子において光量に応じて発光波長が変動したとしても、照明光の色調の変動を最小限に抑制することができる。また、蛍光体４２の発光効率も励起波長に対して依存性があるが、この発光効率の変動も上記パルス変調で更に抑制することができる。
【００５３】
図２に示すように、プロセッサ装置１３は、電子内視鏡１１からの撮像信号を受信する受信部８０と、受信部８０で受信した撮像信号に基づいて、被検体内の観察画像を生成する画像生成部８１と、これら受信部８０及び画像生成部８１の他、光源装置１２内の光源制御部３７、電子内視鏡１１のモード切替ＳＷ１５、モニタ１４等と電気的に接続され、プロセッサ装置１３全体を統括的に制御するコントローラー８２とを備えている。
【００５４】
受信部８０では、電子内視鏡１１のカラー撮像素子２０から出力された撮像信号を受信する。このカラー撮像素子２０は、図８に示すような分光透過率を有するＢフィルタ、Ｇフィルタ、Ｒフィルタが設けられたＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素を多数備えている。したがって、カラー撮像素子が被検体内を撮像することにより、１フレーム毎に、Ｂ画素から青色信号が、Ｇ画素から緑色信号が、Ｒ画素から赤色信号が出力される。
【００５５】
画像生成部８１は、設定されたモードに応じた観察画像を生成する。通常光観察モードに設定されている場合には、図９Ａに示すように、受信部からの青色信号Ｂｃ、緑色信号Ｇｃ、赤色信号Ｒｃに基づいて、通常光画像を生成する。通常光観察モード時には、各色（青、緑、赤）のピーク強度が略同一である白色光が体内に照射されるため、各信号Ｂｃ、Ｇｃ、Ｒｃは、互いに略同じ信号値を有している。したがって、モニタ１４には、全体的に明るい通常光画像が表示される。
【００５６】
また、第１特殊光観察モードに設定されている場合には、図９Ｂに示すように、受信部からの青色信号Ｂｍ、緑色信号Ｇｍ、赤色信号Ｒｍに基づいて、第１特殊光画像を生成する。第１特殊光観察モード時には、青色のピーク強度が他の色（緑、赤）よりも高い白色光が体内に照射されるため、青色信号Ｂｍは緑色信号Ｇｍ、赤色信号Ｒｍよりも高い信号値を有している。即ち、青色信号Ｂｍには、表層の微細血管や微細構造などの青色成分の情報量が多く含まれている。したがって、モニタ１４には、全体的に明るい通常光画像上に、表層の微細血管や微細構造が明瞭に表示された第１特殊光画像が表示される。
【００５７】
また、第２特殊光観察モードに設定されている場合には、図９Ｃに示すように、受信部からの青色信号Ｂｅ、緑色信号Ｇｅに基づいて、第２特殊光画像を生成する。この第２特殊光画像を生成する際には、青色信号Ｂｅをモニタ表示用のＢ、Ｇチャンネルに割り当て、緑色信号Ｇｅをモニタ表示用のＲチャンネルに割り当てる。したがって、モニタ１４には、青色信号Ｂｅに含まれる表層血管の情報が茶色調パターンで、緑色信号Ｇｅに含まれる中深層血管の情報がシアン系の色調パターンで表された第２特殊光画像が表示される。
【００５８】
また、酸素飽和度観察モードに設定されている場合には、図９Ｄに示すように、第２青色光の発光時に得られる青色信号Ｂ１、緑色蛍光及び赤色光の発光時に得られる緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２に基づいて、酸素飽和度画像を生成する。第２青色光の中心波長４７０ｎｍは、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数が大きく異なっているため、青色信号Ｂ１には酸素飽和度に関する情報が多く含まれている。したがって、モニタ１４上に表示される酸素飽和度画像から、酸素飽和度の変化を視覚的に把握することができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、半導体光源から青色光（第１、第２青色光）及び赤色光を発光させ、蛍光体から緑色蛍光を励起発光させているが、これに代えて、半導体光源から青色光及び緑色光を発光させ、赤色用の蛍光体から赤色蛍光を励起発光してもよい。
【００６０】
なお、上記実施形態においては、紫外域の励起光が被検体内に入ることを避けるために、蛍光体から電子内視鏡の先端部までの間の光路上に、励起光をカット又は減光する励起光カットフィルタを設けることが好ましい。また、ライトガイドとして、紫外域における透過特性が極めて低いものを使用することによって、ライドガイドで励起光をカット又は減光するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１２ 光源装置
３０ 励起光光源
３７ 光源制御部
４２ 蛍光体
４４ 高反射部
４６ 放熱部
５０ ＡＲ膜
６０ 第１青色光源
６１ 第２青色光源
６２ 赤色光源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体から発せられる蛍光を含む照明光を内視鏡に供給する内視鏡用光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡における通常観察用の照明光としては、キセノンランプ等の広帯域光の他、励起光によって蛍光体で励起発光させた蛍光を含む白色光も用いられるようになってきている。また、近年では、表層微細血管の強調表示等の特殊光観察を行うために、蛍光を含む白色光の他、特定波長の狭帯域光を混合して体内に同時照射することも行われている。
【０００３】
このように蛍光体の蛍光を用いた照明の場合には、高輝度化を図ることができるとともに、キセノンランプ等の照明の場合ほど設置スペースを要しないため、装置全体としてコンパクト化を図ることができる。その一方で、キセノンランプ等を用いた場合には無かった新たな課題もいくつか出てきている。例えば、通常観察時に使用する白色光として青色の励起光も含めた場合には、緑色及び赤色の蛍光の光量は、青色の励起光の光量によって決まってしまう。この場合、蛍光の光量は励起光の光量と関係なく独立に制御できないため、白色光の色調を合わせることが難しいことがあった。また、ＲＧＢ撮像素子を用いる特殊光観察時において、青色の励起光を使用し、その他の特殊観察用の狭帯域光として青色狭帯域光を使用した場合には、それら光の同時照射によって一定の光量を光量を超えてしまうと、ＲＧＢ撮像素子のＢ画素が飽和してしまうという問題も生じることがあった。
【０００４】
これら問題に対して、特許文献１では、蛍光体の励起光として、紫外域の励起光を用いている。紫外域の励起光は非可視光であるため、仮に、この紫外域の励起光が照明光に含まれたとしても、照明光の色調に影響を与えることはない。また、紫外域の励起光はＲＧＢ撮像素子では完全に遮光されるため、Ｂ画素などの特殊観察用の画素に、比較的高い光量の特殊観察用の狭帯域光が入射したとしても、飽和するおそれはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２９７３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
蛍光体を用いる照明の場合には、上記のような問題の他に、蛍光を励起発光するときに生じる発熱によって、蛍光の発光効率が低下する温度特性の問題がある。図１０に示すように、緑色蛍光体から励起発光する緑色蛍光（Ｇ蛍光）と赤色蛍光体から励起発光する赤色蛍光（Ｒ蛍光）の発光効率は、蛍光体の温度が上がるにつれて、低下する。また、赤色蛍光の発光効率の低下は緑色蛍光の発光効率の低下よりも大きくなっており、この発光効率の差は温度が高くなるほど大きくなる。
【０００７】
したがって、緑色蛍光体と赤色蛍光体を混合した蛍光体から、緑色蛍光と赤色蛍光を混色して励起発光させた場合には、その混色した蛍光は、温度が高くなるほど、色調に変化が生じるようになる（即ち、色むらが発生するようになる）。そこで、蛍光体での発熱を防ぐことによって、蛍光体から発せられる蛍光を含む照明光の色調を安定化させることが求められていた。
【０００８】
本発明は、蛍光体での発熱を防止することによって、蛍光体から発せられる蛍光を含む照明光の色調を安定化することができる内視鏡用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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、被検体内に挿入される内視鏡に対して光を供給する内視鏡用光源装置において、可視光領域以外の波長域を有する励起光を発する励起光光源と、前記励起光が入射する第１の光学面、前記励起光を、可視光領域の波長域を持つ前記第１の照明光に波長変換する波長変換部、及び前記第１の光学面の反対側に設けられ、第１の照明光を反射する第２の光学面を有し、前記第２の光学面で反射した第１の照明光を第１の光学面から出射する波長変換手段と、前記波長変換手段から出射した第１の照明光を前記内視鏡に供給する供給手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
可視光領域に波長域を有し、且つ前記第１の照明光とは波長域が異なっている第２の照明光を発する照明光光源と、前記第１の照明光の光量と前記第２の照明光の光量とを、それぞれ独立に制御する光量制御手段を備え、前記供給手段は、前記第１の照明光に加えて前記第２の照明光を含む光を、前記内視鏡に供給することが好ましい。
【００１１】
前記波長変換部材は、紫外域に励起波長帯域を持つ緑色蛍光体であり、前記照明光光源は半導体光源であり、前記第１の照明光は、紫外域の前記励起光によって前記緑色蛍光体から励起発光される緑色蛍光であり、前記第２の照明光は、前記半導体光源から発せられる光であることが好ましい。
【００１２】
前記内視鏡には、緑色蛍光の第１照明光、及び青色帯域と赤色帯域を含む第２照明光が混色した白色光が供給されることが好ましい。前記第２の照明光のうち、前記青色帯域の中心波長は４０５ｎｍであり、前記赤色帯域の中心波長は６２５ｎｍであることが好ましい。前記内視鏡には、緑色蛍光の第１照明光、及び青色帯域と赤色帯域を含む第２照明光が混色した白色光が供給され、前記第２の照明光の青色帯域におけるピーク強度は、前記緑色蛍光及び前記第２の照明光の赤色帯域におけるピーク強度よりも大きいことが好ましい。
【００１３】
前記励起光は、ブリュースター角で前記波長変換部材に入射することが好ましい。前記励起光は、反射防止膜が設けられた前記波長変換部材に、ブリュースター角よりも小さい入射角で入射することが好ましい。
【００１４】
前記第２の光学面側に設けられ、前記波長変換部材での発熱を放熱する放熱手段を備えることが好ましい。前記第２の光学面側に設けられ、前記波長変換部材内の励起光を反射する反射手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、励起光の入射と、この励起光が波長変換された第１の照明光の出射とを同一の第１光学面で行うことによって、その反対側の第２の光学面に、波長変換手段での発熱を放熱する放熱手段を設けることが可能となる。これにより、波長変換手段での発熱による照明光の色調の変化を防ぐことができる。
【００１６】
また、励起光の入射と第１の照明光の出射を同一の第１の光学面で行うためには、励起光を波長変換部材に対して斜め入射する必要がある。そのためには、励起光光源と波長変換部材とを一定の距離で空間的に離すことができる程度のスペースが必要となるが、そのようなスペースは、被検体に挿入する内視鏡ではなく、その内視鏡に接続される光源装置であれば、十分に確保することが可能である。
【００１７】
また、励起光は、可視光領域以外の波長域を有しているため、照明光の色調には直接的に影響を与えない。したがって、第１照明光とその他の第２の照明光の光量をそれぞれ独立に制御することが可能になるため、第１の照明光と第２の照明光の光量比を一定に保つことができる。これによって、照明光の色調を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】内視鏡システムの概略を示す図である。
【図２】光源装置及びプロセッサ装置の内部構成を示す図である。
【図３Ａ】AR膜無しの蛍光体に対して斜めに入射する励起光の入射角を説明するための図である。
【図３Ｂ】AR膜有りの蛍光体に対して斜めに入射する励起光の入射角を説明するための図である。
【図４】蛍光体に対する励起光の分光透過率を示すグラフである。
【図５】ダイクロイックミラーの分光透過率と第１青色光、第２青色光、緑色蛍光、赤色光の発光強度を示すグラフである。
【図６Ａ】通常光観察モードにおける発光パターン、発光強度を示すグラフである。
【図６Ｂ】第1特殊光観察モードにおける発光パターン、発光強度を示すグラフである。
【図６Ｃ】第２特殊光観察モードにおける発光パターン、発光強度を示すグラフである。
【図６Ｄ】酸素飽和度観察モードにおける発光パターン、発光強度を示すグラフである。
【図７】PNM、PDM、PWMを説明するための図である。
【図８】カラー撮像素子の分光透過率を示すグラフである。
【図９Ａ】通常光画像の生成方法を説明するための図である。
【図９Ｂ】第１特殊光画像の生成方法を説明するための図である。
【図９Ｃ】第２特殊光画像の生成方法を説明するための図である。
【図９Ｄ】酸素飽和度画像の生成方法を説明するための図である。
【図１０】蛍光体の温度特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示すように、第１実施形態の内視鏡システム１０は、被検体内を撮像する電子内視鏡１１と、被検体を照明する光を発生する光源装置１２と、電子内視鏡からの撮像信号に基づいて画像を生成するとともに、各種画像処理を行うプロセッサ装置１３と、内視鏡画像を表示するモニタ１４とを備えている。
【００２０】
この内視鏡システム１０には、白色光で照明された被検体内の通常光画像をモニタ１４に表示する通常光観察モード、通常光画像上において表層の微細血管や微細構造が強調表示された第１特殊光画像をモニタ１４に表示する第１特殊光観察モード、表層微細血管や中深層の血管が疑似カラーで表された第２特殊光画像をモニタ１４に表示する第２特殊光観察モード、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像をモニタ１４に表示する酸素飽和度観察モードの４つのモードが設けられている。これらモードは、モード切替ＳＷ１５によって適宜切り替えられる。
【００２１】
電子内視鏡１１は、体腔内に挿入される可撓性の挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に設けられた操作部１７と、操作部１７と光源装置１２及びプロセッサ装置１３との間を連結するユニバーサルコード１８とを備えている。挿入部１６の先端には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１９が形成されている。湾曲部１９は、操作部のアングルノブ２１を操作することにより、上下左右方向に湾曲動作する。湾曲部１９の先端には、体腔内を撮像するカラー撮像素子２０（例えばカラーＣＣＤやカラーCMOS）を内蔵した先端部１６ａが設けられている。先端部１６ａは、湾曲部１９の湾曲動作によって体腔内の所望の方向に向けられる。
【００２２】
ユニバーサルコード１８には、光源装置１２及びプロセッサ装置１３側にコネクタ２４が取り付けられている。コネクタ２４は、通信用コネクタと光源用コネクタからなる複合タイプのコネクタであり、電子内視鏡１１は、このコネクタ２４を介して、光源装置１２及びプロセッサ装置１３に着脱自在に接続される。
【００２３】
電子内視鏡１１の内部には、ライトガイド２５と、信号ケーブル２６とが設けられている。ライトガイド２５は波長が異なる複数種類の光を導光可能なバンドル光ファイバであり、光源装置１２からの光を先端部１６ａまで導光する。導光された光は、先端部１６ａから体腔内に向けて照射される。信号ケーブル２６は、カラー撮像素子２０からの撮像信号をプロセッサ装置１３に送信する。
【００２４】
図２に示すように、光源装置１２は、紫外域に波長範囲を有する励起光を発する励起光光源３０と、励起光光源３０からの励起光によって緑色蛍光を発する第１発光部３１と、中心波長４０５ｎｍの第１青色光、中心波長４７０ｎｍの第２青色光、中心波長６２５ｎｍの赤色光を発する第２発光部３２と、第１発光部３１からの緑色蛍光と第２発光部３２からの第１青色光、第２青色光又は赤色光とを合波する合波部３５と、緑色蛍光、第１青色光、第２青色光、赤色光の発光強度や発光タイミングを制御する光源制御部３７と、合波部３５で合波された光をライトガイド２５の入射面に向けて集光する集光レンズ３９とを備えている。
【００２５】
励起光光源３０はレーザーダイオード（Laser Diode）や発光ダイオード（Light Emitting Diode）などの半導体光源で構成される。この励起光光源３０では、第１発光部３１の蛍光体４２から緑色蛍光を励起発光させるための励起光を発する。この励起光は、非可視光領域である紫外域の波長範囲内において、３６５ｎｍ、３８０ｎｍ、又は３９５ｎｍにピーク波長を有している。励起光は、照射レンズ３０ａを通して、第１発光部３１の蛍光体４２に向けて照射される。
【００２６】
第１発光部３１は、励起光によって緑色蛍光を励起発光する蛍光体４２と、銀やアルミ又はこれらの合金などの高反射性物質で構成される高反射部４４と、蛍光体で発せられた熱を放熱する放熱部４６とを備えている。蛍光体４２は、紫外域の励起光に対して高い光吸収特性を有するとともに、緑色蛍光を高い発光強度及び発光効率で励起発光するものが用いられる。本実施形態では、蛍光体４２として、「BaMgAl10O17:Eu,Mn」を用いる。「BaMgAl10O17:Eu,Mn」は、励起光のピーク波長を「３７８ｎｍ」とした場合に、励起光に対する吸収率が「６６．８％」であり、また発光効率は「５５．８％」である。光吸収率、発光効率に関しては「Li0.6Na0.4W2O8」よりも高く、また、発光強度に関しては「Li0.6Na0.4W2O8」よりも高くなっている。
【００２７】
蛍光体４２は、ガラス樹脂などとバインダにより固められて形成されており、略直方体形状を有している。蛍光体４２の一方の面は、励起光光源からの励起光が入射するとともに緑色蛍光が出射する入射・出射面４２ａとなっており、他方の面は、励起光及び緑色蛍光を高反射部４４で反射させる反射面４２ｂとなっている。また、入射・出射面４２ａには凸レンズ４８が設けられており、この凸レンズ４８は、励起光を蛍光体４２に集光するとともに、励起発光した緑色蛍光を合波部３５に向けて出射させる。したがって、励起光光源４０と合波部３５は、蛍光体４２の入射・出射面４２ａ側に設けられている。
【００２８】
このように、励起光の入射面と緑色蛍光の出射面を同一面にする反射型とすることで、入射・出射面４２ａの反対側の反射面４２ｂに、蛍光体４２での発熱を放熱する放熱手段等を直接的に設けることができる。これに対して、特許文献１のように、励起光の入射面と蛍光の出射面が別々の面である透過型の場合には、蛍光体４２に対して放熱手段を直接的に設けるスペースを確保することができない。また、反射型では、励起光を蛍光体４２に対して斜めから入射させるために、励起光光源３０を蛍光体４２に対して空間的に離して設置する設置スペースが別途必要となるが、この点においては、電子内視鏡の先端部１６ａよりも、光源装置１２のほうが、設置スペースを確保しやすい。
【００２９】
また、被検体内を照明する照明光のうち、緑色光として、ＬＥＤなどの半導体光源でなく、緑色蛍光を使用するのは以下の理由からである。内視鏡のライドガイド２５としては、挿入部の細径化の観点から径が細いものが用いられるため、光入光部が小さい。そのため、ライトガイド２５には、高輝度の照明光を入射させる必要がある。即ち、単位面積当たりの出力が大きな光源が必要となる。現時点では、照明光のうち青色光、赤色光については、ＬＥＤ，ＬＤなどの半導体光源によって高輝度で発光できることが知られている。一方、緑色光については、緑色ＬＥＤ、緑色半導体レーザー、緑色蛍光体の発光手段が考えられる。
【００３０】
緑色ＬＥＤについては、現在の窒化ガリウムＬＥＤのような、青色から赤色にかけて急激に発光効率が低下するＬＥＤ素子しか存在しない。また、仮に、高輝度なＬＥＤを製造できたとしても、半値幅がレーザーダイオードよりも狭くなることが考えられる。したがって、内視鏡の照明として使用した場合には、発光半値幅が狭くなりすぎるため、演色性が劣ることが考えられる。一方、緑色半導体レーザーについては、高輝度光源ではあるものの、発光半値幅が狭すぎる。そのため、照明光として用いた場合には、急峻な光吸収や反射を持つ物体（例えば内視鏡で用いる色素）などの反射信号が得られにくい。また、現状では、緑色半導体レーザーは出力、寿命の点で問題がある。
【００３１】
これに対して、緑色蛍光体は、上記緑色ＬＥＤ、緑色半導体レーザーのような問題点を有していない。したがって、内視鏡の照明に用いる発光手段としては、緑色蛍光体が一番適している。
【００３２】
なお、励起光が蛍光体４２に入射するときには、励起光が入射・出射面４２ａで反射しないようにすることが好ましい。仮に、入射・出射面４２ａで反射した励起光が、合波部３５及びライトガイド２５を通して、体内に照射された場合には、いくつかの問題が起こりうる。その問題の一つとして、励起光は生体組織の自家蛍光物質に対しても励起光となりうるため、体内から不要な自家蛍光が励起発光するおそれがある。この不要な自家蛍光は、観察画像にとってノイズであるため、励起光は体内に入らないようにすることが好ましい。
【００３３】
例えば、図３Ａに示すように、入射・出射面４２ａにＡＲ（Anti Reflection）膜を設けない場合には、励起光の偏波面をｐ偏光にし、励起光の入射角θをブリュースター角である「５６°」にすることが好ましい（θ＝ArcTan(n2/n1)（n1:空気の屈折率、n2（１．５）:蛍光体含有ガラスの屈折率）））。また、図３Ｂに示すように、入射・出射面４２ａにＡＲ膜５０を設ける場合には、励起光の偏波面をｐ偏光にし、励起光の入射角θを「５０°」にすることが好ましい（θ＝ArcTan(n2/n1)（n1:空気の屈折率、n2（１．５）:蛍光体含有ガラスの屈折率）））。ここで、ＡＲ膜５０は、フッ化マグネシウムＭｇＦ２（屈折率n3、およそ１．３８）の膜５０ａとアルミナＡｌ２Ｏ３（屈折率n4、およそ２．１〜２．４。成膜条件で変化させた場合は２．３）の膜５０ｂの２層で形成することが好ましい。フッ化マグネシウムＭｇＦ２、アルミナＡｌ２Ｏ３ついては、設計波長λを４０５nmとした場合に、それぞれ１／２λの厚さにすることが好ましい。したがって、屈折率については、n1<n3<n2<n4の関係にすることが好ましい。
【００３４】
図３Ａ及び図３Ｂのいずれの場合においても、図４に示す透過分布T(ｐ)に示すように、励起光のピーク波長である「３６５ｎｍ、３８０ｎｍ、又は３９５ｎｍ」あたりで蛍光体への透過率が「９９．９８％」近くになる。したがって、励起光は、入射・出射面４２ａで反射することなく、確実に蛍光体４２へと入射する。なお、励起光の偏波面がｓ偏光である場合には、透過分布T(ｓ)に示すように、「３６５ｎｍ、３８０ｎｍ、又は３９５ｎｍ」あたりでの透過率が「９０％」となるため、入射する励起光のうち「１０％」程度が入射・出射面４２ａで反射することとなる。
【００３５】
図２に示すように、放熱部４６には、蛍光体４２側から順に、ペルチェ素子５２と、ヒートシンク５４と、ファン５６とが設けられている。ペルチェ素子５２は、蛍光体４２及び高反射部４４側に設けられた冷却板５２ａと、ヒートシンク５４側に設けられた放熱板５２ｂを有している。素子駆動部（図示省略）によってペルチェ素子５２を駆動することによって、蛍光体４２での発熱は、冷却板５２ａを介して、放熱板５２ｂ側に移動する。ヒートシンク５４には、放熱板５２ｂから発せられる熱が拡散しやすいように、金属製の四角柱が複数設けられている。このヒートシンク５４に対して、ファン５６からの風が吹きつけられる。これにより、ヒートシンク５４に蓄積された熱は、光源装置１２の外部へと放熱される。
【００３６】
第２発光部３２は、中心波長４０５ｎｍの第１青色光を発する第１青色光源６０と、中心波長４７０ｎｍの第２青色光を発する第２青色光源６１と、中心波長６２５ｎｍの赤色光を発する赤色光源６２と、これら光源６０〜６２が設けられた光源用基板６５と、各光源６０〜６２で発せられた熱を放熱する放熱部６７とを備えている。第１青色光源６０、第２青色光源６１、赤色光源６２は、励起光光源３０と同様、レーザーダイオード（Laser Diode）や発光ダイオード（Light Emitting Diode）などの半導体光源で構成される。これら光源６０〜６２は、共通の光源用基板６５を介して、光源制御部３７により発光タイミングや光量が制御される。各光源６０〜６２から発せられる第１青色光、第２青色光、赤色光は、照射レンズ６９を通して、合波部３５に向けて照射される。
【００３７】
放熱部６７は、上記放熱部４６と同様のペルチェ素子５２、ヒートシンク５４、ファン５６を備えている。なお、ペルチェ素子５２の冷却板５２ａと光源用基板６５とは、熱抵抗が低いシリコングリース７０等で接着されている。それ以外については、上記放熱部４６と同様であるので説明を省略する。
【００３８】
合波部３５は、第１発光部からの緑色蛍光と第２発光部からの第１青色光、第２青色光、赤色光を合波するダイクロックミラー７２と、第１青色光用PD（Photo Detector）７４ａ、第２青色光用PD７４ｂ、緑色蛍光用PD７４ｃ、赤色光用PD７４ｄの４つのフォトセンサとを備えている。
【００３９】
ダイクロックミラー７２は、図５に示すような透過分布Ｔａを有している。したがって、緑色蛍光がダイクロックミラーに入射したときには、入射する緑色蛍光のうちのほとんどが透過し、わずかな光だけが反射する。透過した光は集光レンズ３９に入射する一方、反射した光は緑色蛍光用ＰＤ７４ｃで検出される。一方、第１青色光、第２青色光、赤色光がダイクロックミラー７２に入射したときには、それら光のほとんどが反射し、わずかな光だけが透過する。反射した光は集光レンズ３９に入射する一方、透過した光は第１青色光用PD７４ａ、第２青色光用PD７４ｂ、赤色光用PD７４ｄで検出される。
【００４０】
第１青色光用PD７４ａ、第２青色光用PD７４ｂ、緑色蛍光用PD７４ｃ、赤色光用PD７４ｄは、第１青色光、第２青色光、緑色蛍光、赤色光の光量を常時モニタリングし、そのモニタリング結果を光源制御部３７に送信する。
【００４１】
光源制御部３７は、第１青色光、第２青色光、緑色蛍光、赤色光間の光量比が一定となるように、励起光光源、第１青色光源、第２青色光源、赤色光源を制御する。図２に示すように、励起光光源３０の光量制御は励起光制御部３７ａが行い、第１青色光源６０の光量制御は第１青色光制御部３７ｂが行い、第２青色光源６１の光量制御は第２青色光制御部３７ｃが行い、赤色光源６２の光量制御は赤色光制御部３７ｄが行う。これら各制御部３７ａ〜３７ｄによって、第１青色光、第２青色光、緑色蛍光、赤色光の光量独立制御が可能となる。また、各光が発光している間は、各ＰＤ７４ａ〜７４ｄでのモニタリング結果に基づく光量フィードバック制御によって、光量を一定に保持する。
【００４２】
第１青色光、第２青色光、緑色蛍光、赤色光の発光タイミングと光量比は、モード毎に予め定められている。通常光観察モードに設定されている場合には、図６Ａに示すように、第１青色光、緑色蛍光、赤色光が発光される。このとき、互いのピーク強度が同一となるように発光される。したがって、体内には、第１青色光、緑色蛍光、赤色光が混色した白色光として照射される。
【００４３】
ここで、第１青色光、緑色蛍光、赤色光は、それぞれ光量を独立制御することが可能であるため、それらの光量比を一定に保つことが可能である。また、励起光は可視光領域以外にあるため、仮に励起光が体内に入ったとしても、白色光の色味に影響を与えることない。以上から、体内に照射された白色光の色味は変化することなく一定に保持される。
【００４４】
また、第１特殊光観察モードに設定されている場合には、図６Ｂに示すように、第１青色光、緑色蛍光、赤色光が発光される。このとき、第１青色光のピーク強度は、他の緑色蛍光、赤色光のピーク強度よりも大きくなるように発光されるとともに、体内の血管と粘膜のコントラスト比が「１．６」以上となる第１光量比（第１青色光、緑色蛍光、赤色光の光量比）で発光される。上記したように、第１青色光、緑色蛍光、赤色光は光量を独立に制御することが可能であるため、第１光量比を一定に保つことが可能である。
【００４５】
また、第２特殊光観察モードに設定されている場合には、図６Ｃに示すように、第１青色光、緑色蛍光が発光される。このとき、体内の血管と粘膜のコントラスト比が「１．６」以上となる第２光量比（第１青色光、緑色蛍光の光量比）で発光される。上記したように、第１青色光、緑色蛍光は光量を独立に制御することが可能であるため、第２光量比を一定に保つことが可能である。
【００４６】
酸素飽和度観察モードに設定されている場合には、図６Ｄに示すように、第２青色光のみの発光と緑色蛍光及び赤色光の発光とを、１フレーム毎に交互に繰り返す。このとき、第２青色光、緑色蛍光、赤色光の第３光量比は一定になるように発光される。上記したように、第２青色光、緑色蛍光、赤色光は光量を独立に制御することが可能であるため、第３光量比を一定に保つことが可能である。
【００４７】
なお、光源制御部３７による光量制御は、各光源３０，６０〜６２の発光量を予め定めた駆動パルスに基づくパルス変調制御により行うことが好ましい。パルス変調制御は、パルス数制御（ＰＮＭ：Pulse Number Modulation）及びパルス密度制御（ＰＤＭ：Pulse Density Modulation）と、パルス幅制御（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）により行われる。
【００４８】
具体的には、図７に示すように、１フレームのうちカラー撮像素子２０の電荷蓄積期間において、ＰＮＭ，ＰＤＭ，ＰＷＭのいずれかのパルス変調を行うことにより、光量制御を行う。ここで、図７においては、パルスが立ち上がった時に各光源３０，６０〜６２が点灯し、それ以外のときには各光源３０，６０〜６２は消灯する。なお、１フレーム期間は３３ｍｓ、シャッタ速度は１／６０ｓとする。また、最大光量時においては、駆動パルス［１］に示すように、カラー撮像素子の電荷蓄積期間内に２０００個のパルスが含まれているものする（周波数は１２０ｋＨｚ）。
【００４９】
最大光量から最小光量の間で光量を減少させる場合、まず、ＰＮＭ制御でパルス数を減少させ、次に、ＰＤＭ制御でパルスを間引くことによってパルス密度を減少させ、最後に、ＰＷＭ制御でパルス幅を狭めることによって、光量を徐々に減少させる。
【００５０】
ＰＮＭ制御においては、駆動パルス［２］に示すように、電荷蓄積期間内でパルス数を減少させ、点灯期間を短縮する。パルス数の減少に従って、光量も減少する。そして、駆動パルス［３］に示すように、ＰＮＭ制御により所定の点灯期間Ｗminまで短縮した後は、ＰＤＭ制御により駆動パルスを間引く処理を行う。このＰＤＭ制御においては、所定の点灯期間Ｗminまで短縮された点灯期間に対し、所定間隔で駆動パルスを間引くことで点灯期間内のパルス密度を減少させる。
【００５１】
そして、駆動パルス［４］に示すように、駆動パルスのパルス間隔が間引き限界に達するまで、即ち、駆動パルスが所定の最小パルス密度となるまでＰＤＭ制御を行う。次に、駆動パルス［５］に示すように、駆動パルスが所定の最小パルス数となった後は、ＰＷＭ制御により駆動パルスのパルス幅を減少させる。そして、駆動パルス［６］に示すように、駆動パルスのパルス幅が一定の限界幅（ＰＷＭ制御限界）に達するまでＰＷＭ制御を行う。
【００５２】
上記パルス変調方式を用いることで、半導体レーザーや発光ダイオードなどの半導体発光素子において光量に応じて発光波長が変動したとしても、照明光の色調の変動を最小限に抑制することができる。また、蛍光体４２の発光効率も励起波長に対して依存性があるが、この発光効率の変動も上記パルス変調で更に抑制することができる。
【００５３】
図２に示すように、プロセッサ装置１３は、電子内視鏡１１からの撮像信号を受信する受信部８０と、受信部８０で受信した撮像信号に基づいて、被検体内の観察画像を生成する画像生成部８１と、これら受信部８０及び画像生成部８１の他、光源装置１２内の光源制御部３７、電子内視鏡１１のモード切替ＳＷ１５、モニタ１４等と電気的に接続され、プロセッサ装置１３全体を統括的に制御するコントローラー８２とを備えている。
【００５４】
受信部８０では、電子内視鏡１１のカラー撮像素子２０から出力された撮像信号を受信する。このカラー撮像素子２０は、図８に示すような分光透過率を有するＢフィルタ、Ｇフィルタ、Ｒフィルタが設けられたＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素を多数備えている。したがって、カラー撮像素子が被検体内を撮像することにより、１フレーム毎に、Ｂ画素から青色信号が、Ｇ画素から緑色信号が、Ｒ画素から赤色信号が出力される。
【００５５】
画像生成部８１は、設定されたモードに応じた観察画像を生成する。通常光観察モードに設定されている場合には、図９Ａに示すように、受信部からの青色信号Ｂｃ、緑色信号Ｇｃ、赤色信号Ｒｃに基づいて、通常光画像を生成する。通常光観察モード時には、各色（青、緑、赤）のピーク強度が略同一である白色光が体内に照射されるため、各信号Ｂｃ、Ｇｃ、Ｒｃは、互いに略同じ信号値を有している。したがって、モニタ１４には、全体的に明るい通常光画像が表示される。
【００５６】
また、第１特殊光観察モードに設定されている場合には、図９Ｂに示すように、受信部からの青色信号Ｂｍ、緑色信号Ｇｍ、赤色信号Ｒｍに基づいて、第１特殊光画像を生成する。第１特殊光観察モード時には、青色のピーク強度が他の色（緑、赤）よりも高い白色光が体内に照射されるため、青色信号Ｂｍは緑色信号Ｇｍ、赤色信号Ｒｍよりも高い信号値を有している。即ち、青色信号Ｂｍには、表層の微細血管や微細構造などの青色成分の情報量が多く含まれている。したがって、モニタ１４には、全体的に明るい通常光画像上に、表層の微細血管や微細構造が明瞭に表示された第１特殊光画像が表示される。
【００５７】
また、第２特殊光観察モードに設定されている場合には、図９Ｃに示すように、受信部からの青色信号Ｂｅ、緑色信号Ｇｅに基づいて、第２特殊光画像を生成する。この第２特殊光画像を生成する際には、青色信号Ｂｅをモニタ表示用のＢ、Ｇチャンネルに割り当て、緑色信号Ｇｅをモニタ表示用のＲチャンネルに割り当てる。したがって、モニタ１４には、青色信号Ｂｅに含まれる表層血管の情報が茶色調パターンで、緑色信号Ｇｅに含まれる中深層血管の情報がシアン系の色調パターンで表された第２特殊光画像が表示される。
【００５８】
また、酸素飽和度観察モードに設定されている場合には、図９Ｄに示すように、第２青色光の発光時に得られる青色信号Ｂ１、緑色蛍光及び赤色光の発光時に得られる緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２に基づいて、酸素飽和度画像を生成する。第２青色光の中心波長４７０ｎｍは、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数が大きく異なっているため、青色信号Ｂ１には酸素飽和度に関する情報が多く含まれている。したがって、モニタ１４上に表示される酸素飽和度画像から、酸素飽和度の変化を視覚的に把握することができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、半導体光源から青色光（第１、第２青色光）及び赤色光を発光させ、蛍光体から緑色蛍光を励起発光させているが、これに代えて、半導体光源から青色光及び緑色光を発光させ、赤色用の蛍光体から赤色蛍光を励起発光してもよい。
【００６０】
なお、上記実施形態においては、紫外域の励起光が被検体内に入ることを避けるために、蛍光体から電子内視鏡の先端部までの間の光路上に、励起光をカット又は減光する励起光カットフィルタを設けることが好ましい。また、ライトガイドとして、紫外域における透過特性が極めて低いものを使用することによって、ライドガイドで励起光をカット又は減光するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１２ 光源装置
３０ 励起光光源
３７ 光源制御部
４２ 蛍光体
４４ 高反射部
４６ 放熱部
５０ ＡＲ膜
６０ 第１青色光源
６１ 第２青色光源
６２ 赤色光源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内に挿入される内視鏡に対して光を供給する内視鏡用光源装置において、
可視光領域以外の波長域を有する励起光を発する励起光光源と、
前記励起光が入射する第１の光学面、前記励起光を、可視光領域の波長域を持つ前記第１の照明光に波長変換する波長変換部、及び前記第１の光学面の反対側に設けられ、第１の照明光を反射する第２の光学面を有し、前記第２の光学面で反射した第１の照明光を第１の光学面から出射する波長変換手段と、
前記波長変換手段から出射した第１の照明光を前記内視鏡に供給する供給手段とを備えることを特徴とする内視鏡用光源装置。
【請求項２】
可視光領域に波長域を有し、且つ前記第１の照明光とは波長域が異なっている第２の照明光を発する照明光光源と、
前記第１の照明光の光量と前記第２の照明光の光量とを、それぞれ独立に制御する光量制御手段を備え、
前記供給手段は、前記第１の照明光に加えて前記第２の照明光を含む光を、前記内視鏡に供給することを特徴とする請求項１記載の内視鏡用光源装置。
【請求項３】
前記波長変換部材は、紫外域に励起波長帯域を持つ緑色蛍光体であり、
前記照明光光源は半導体光源であり、
前記第１の照明光は、紫外域の前記励起光によって前記緑色蛍光体から励起発光される緑色蛍光であり、
前記第２の照明光は、前記半導体光源から発せられる光であることを特徴とする請求項２記載の内視鏡用光源装置。
【請求項４】
前記内視鏡には、緑色蛍光の第１照明光、及び青色帯域と赤色帯域を含む第２照明光が混色した白色光が供給されることを特徴とする請求項３記載の内視鏡用光源装置。
【請求項５】
前記第２の照明光のうち、前記青色帯域の中心波長は４０５ｎｍであり、前記赤色帯域の中心波長は６２５ｎｍであること特徴とする請求項４記載の内視鏡用光源装置。
【請求項６】
前記内視鏡には、緑色蛍光の第１照明光、及び青色帯域と赤色帯域を含む第２照明光が混色した白色光が供給され、前記第２の照明光の青色帯域におけるピーク強度は、前記緑色蛍光及び前記第２の照明光の赤色帯域におけるピーク強度よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の内視鏡用光源装置。
【請求項７】
前記励起光は、ブリュースター角で前記波長変換部材に入射することを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の内視鏡用光源装置。
【請求項８】
前記励起光は、反射防止膜が設けられた前記波長変換部材に、ブリュースター角よりも小さい入射角で入射することを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の内視鏡用光源装置。
【請求項９】
前記第２の光学面側に設けられ、前記波長変換部材での発熱を放熱する放熱手段を備えることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記載の内視鏡用光源装置。
【請求項１０】
前記第２の光学面側に設けられ、前記波長変換部材内の励起光を反射する反射手段を備えることを特徴とする請求項１ないし９いずれか１項記載の内視鏡用光源装置。
【請求項１】
被検体内に挿入される内視鏡に対して光を供給する内視鏡用光源装置において、
可視光領域以外の波長域を有する励起光を発する励起光光源と、
前記励起光が入射する第１の光学面、前記励起光を、可視光領域の波長域を持つ前記第１の照明光に波長変換する波長変換部、及び前記第１の光学面の反対側に設けられ、第１の照明光を反射する第２の光学面を有し、前記第２の光学面で反射した第１の照明光を第１の光学面から出射する波長変換手段と、
前記波長変換手段から出射した第１の照明光を前記内視鏡に供給する供給手段とを備えることを特徴とする内視鏡用光源装置。
【請求項２】
可視光領域に波長域を有し、且つ前記第１の照明光とは波長域が異なっている第２の照明光を発する照明光光源と、
前記第１の照明光の光量と前記第２の照明光の光量とを、それぞれ独立に制御する光量制御手段を備え、
前記供給手段は、前記第１の照明光に加えて前記第２の照明光を含む光を、前記内視鏡に供給することを特徴とする請求項１記載の内視鏡用光源装置。
【請求項３】
前記波長変換部材は、紫外域に励起波長帯域を持つ緑色蛍光体であり、
前記照明光光源は半導体光源であり、
前記第１の照明光は、紫外域の前記励起光によって前記緑色蛍光体から励起発光される緑色蛍光であり、
前記第２の照明光は、前記半導体光源から発せられる光であることを特徴とする請求項２記載の内視鏡用光源装置。
【請求項４】
前記内視鏡には、緑色蛍光の第１照明光、及び青色帯域と赤色帯域を含む第２照明光が混色した白色光が供給されることを特徴とする請求項３記載の内視鏡用光源装置。
【請求項５】
前記第２の照明光のうち、前記青色帯域の中心波長は４０５ｎｍであり、前記赤色帯域の中心波長は６２５ｎｍであること特徴とする請求項４記載の内視鏡用光源装置。
【請求項６】
前記内視鏡には、緑色蛍光の第１照明光、及び青色帯域と赤色帯域を含む第２照明光が混色した白色光が供給され、前記第２の照明光の青色帯域におけるピーク強度は、前記緑色蛍光及び前記第２の照明光の赤色帯域におけるピーク強度よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の内視鏡用光源装置。
【請求項７】
前記励起光は、ブリュースター角で前記波長変換部材に入射することを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の内視鏡用光源装置。
【請求項８】
前記励起光は、反射防止膜が設けられた前記波長変換部材に、ブリュースター角よりも小さい入射角で入射することを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の内視鏡用光源装置。
【請求項９】
前記第２の光学面側に設けられ、前記波長変換部材での発熱を放熱する放熱手段を備えることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記載の内視鏡用光源装置。
【請求項１０】
前記第２の光学面側に設けられ、前記波長変換部材内の励起光を反射する反射手段を備えることを特徴とする請求項１ないし９いずれか１項記載の内視鏡用光源装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１１１１７６（Ｐ２０１３−１１１１７６Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５８９１４（Ｐ２０１１−２５８９１４）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【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６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【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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