JP2007275199A - Observation device and endoscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光を照射した状態で観察体を撮像する観察装置及び内視鏡装置に関する。 The present invention relates to an observation apparatus and an endoscope apparatus that image an observation body in a state where light is irradiated.
一般に、医療用、工業用等の内視鏡装置をはじめとする観察装置においては、観察体を撮像するためのイメージガイド（画像伝送部）と、観察体へ光を照射するためのライトガイドと、が備えられている。本体は長尺な筒状に形成されており、イメージガイド及びライトガイドは、本体内をその長手方向へ延びるよう形成される。ここで、図７は、従来の内視鏡装置の正面断面図である。図７に示すように、ライトガイド１０４としては、数万本の光ファイバ素子１０４ａを束ねて形成されるものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。図７に示すように、この内視鏡装置１０１においては、ライトガイド１０４の断面積は、イメージガイド１０３の断面積よりも大きくなっている。ライトガイド１０４は、内視鏡本体１０２の他端に設けられた光源から入射された光を本体の一端まで案内する。 In general, in observation apparatuses such as medical and industrial endoscope apparatuses, an image guide (image transmission unit) for imaging an observation object, and a light guide for irradiating light to the observation object; , Is provided. The main body is formed in a long cylindrical shape, and the image guide and the light guide are formed so as to extend in the longitudinal direction in the main body. Here, FIG. 7 is a front sectional view of a conventional endoscope apparatus. As shown in FIG. 7, the light guide 104 is generally formed by bundling tens of thousands of optical fiber elements 104a (see, for example, Patent Document 1). As shown in FIG. 7, in this endoscope apparatus 101, the sectional area of the light guide 104 is larger than the sectional area of the image guide 103. The light guide 104 guides light incident from a light source provided at the other end of the endoscope main body 102 to one end of the main body.
この種の光源としては、ハロゲンランプやキセノンランプが用いられることが多い。これらは数１００ワットクラス以上の電力消費量であることから、連続的に発光させると発熱により装置の機能に支障をきたすことから、冷却ファン等の冷却機構が設けられることが多い。 As this type of light source, a halogen lamp or a xenon lamp is often used. Since these are power consumptions of several hundred watts class or more, if the light is continuously emitted, the function of the apparatus is hindered by heat generation, and thus a cooling mechanism such as a cooling fan is often provided.
また、白色光用のライトガイドと、励起光用のライトガイドを備えた内視鏡装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。この内視鏡装置では、白色光を利用した通常観察に加えて、生体に蛍光剤を含ませておき、励起光を生体に照射して生体の蛍光観察を行うことが可能となっている。 An endoscope apparatus including a light guide for white light and a light guide for excitation light is also known (see, for example, Patent Document 2). In this endoscope apparatus, in addition to normal observation using white light, a fluorescent agent is included in a living body, and excitation light can be irradiated on the living body to perform fluorescence observation of the living body.
また、白色光源として、赤色半導体レーザ、緑色半導体レーザ及び青色半導体レーザを備えたものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。ここで、特許文献３に記載のものは、光源装置が内視鏡本体の外部に設けられている。この内視鏡装置では、赤色光、緑色光及び青色光が合成されて白色光となる。
しかしながら、冷却ファンが設けられる観察装置では、ファンの設置により大型となる。また、ファン駆動時に騒音が生ずるという問題点がある。 However, an observation apparatus provided with a cooling fan becomes large due to the installation of the fan. There is also a problem that noise is generated when the fan is driven.
また、特許文献１及び特許文献２に記載の内視鏡装置では、ライトガイドが数万本の光ファイバ素子を束ねて形成されることから、内視鏡本体の外径が嵩んで装置が大型となるという問題点がある。この問題点を解決すべく、小型のハロゲンランプ、ＬＥＤ等を内視鏡本体に付属させる構造が考えられる。しかし、これでは十分な明るさを得ることができない。また、ランプの場合は所定の輝度を確保すると耐久性を損なうこととなり、ＬＥＤの場合は発熱量が大きくなるという新たな問題を生ずる。 Further, in the endoscope apparatuses described in Patent Document 1 and Patent Document 2, since the light guide is formed by bundling tens of thousands of optical fiber elements, the outer diameter of the endoscope body increases and the apparatus is large. There is a problem that becomes. In order to solve this problem, a structure in which a small halogen lamp, LED, or the like is attached to the endoscope main body can be considered. However, sufficient brightness cannot be obtained with this. Further, in the case of a lamp, if a predetermined luminance is ensured, durability is deteriorated, and in the case of an LED, a new problem that a heat generation amount is increased is caused.
さらに、特許文献３に記載の内視鏡装置では、光源装置が外部に設けられているので、内視鏡本体を携帯して持ち運ぶことができず取り扱いに不便である。また、白色光を照射するために３つの半導体レーザ素子が必要となるので、光源装置が大型化するという問題点もある。 Furthermore, in the endoscope apparatus described in Patent Document 3, since the light source device is provided outside, the endoscope body cannot be carried around and is inconvenient to handle. In addition, since three semiconductor laser elements are required to irradiate white light, there is a problem that the light source device is increased in size.
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、本体の小型化を図るとともに、本体から照射される光量を増大させることのできる観察装置及び内視鏡装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an observation apparatus and an endoscope apparatus capable of reducing the size of the main body and increasing the amount of light emitted from the main body. There is to do.
上記目的を達成する本発明によれば、筒状の本体と、前記本体の一端側にて撮像された画像情報を前記本体の他端側へ伝送する画像伝送部と、前記本体内を一端側から他端側へ延び、前記本体の一端から光を出射する光ファイバと、前記光ファイバの他端に励起光を入射する青色半導体レーザ素子と、前記光ファイバの両端側に配されレーザ共振器を構成するミラー部と、を備え、前記光ファイバのコアを、前記青色半導体レーザ素子の励起光で励起されると波長変換光を発するプラセオジムイオンを含有するガラスにより形成したことを特徴とする観察装置が提供される。 According to the present invention that achieves the above object, a cylindrical main body, an image transmission unit that transmits image information captured on one end side of the main body to the other end side of the main body, and one end side in the main body An optical fiber extending from the one end of the main body to emit light from one end of the main body, a blue semiconductor laser element in which excitation light is incident on the other end of the optical fiber, and a laser resonator disposed on both ends of the optical fiber And an optical fiber core formed of glass containing praseodymium ions that emit wavelength-converted light when excited by the excitation light of the blue semiconductor laser element. An apparatus is provided.
この観察装置によれば、青色半導体レーザ素子から発した励起光が光ファイバの他端に入射されると、光ファイバの両端側に配されたミラー部によるレーザ共振作用により、青色の波長が例えば緑色、赤色等に波長変換された波長変換光が光ファイバの一端から出射される。コアに含有されているプラセオジムイオンは、青色の波長を緑色、赤色等に変換するのに好適である。そして、光ファイバから出射される光が青色成分、緑色成分及び赤色成分を含むよう構成することにより白色の光を照射することができる。ここで、観察体に応じて、青色成分、緑色成分及び赤色成分の相対比率を適宜変更することが可能である。 According to this observation apparatus, when the excitation light emitted from the blue semiconductor laser element is incident on the other end of the optical fiber, the blue wavelength is caused, for example, by the laser resonance action by the mirror portions disposed on both ends of the optical fiber. Wavelength-converted light that has been wavelength-converted to green, red, etc. is emitted from one end of the optical fiber. The praseodymium ion contained in the core is suitable for converting a blue wavelength into green, red, and the like. And it can irradiate white light by comprising so that the light radiate | emitted from an optical fiber may contain a blue component, a green component, and a red component. Here, the relative ratio of the blue component, the green component, and the red component can be appropriately changed according to the observation body.
このように、１つの青色半導体レーザ素子により、例えば白色光のような任意の色の光が照射されることとなる。また、光ファイバにより励起光が増幅された状態で光が出射されるので、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ等を用いたものよりも、本体の出射口の単位面積あたりの光量を格段に増大させることができる。また、本体の断面における照射機構が占める面積を格段に減少させることができる。 In this way, light of an arbitrary color such as white light is irradiated by one blue semiconductor laser element. In addition, since the light is emitted in a state where the excitation light is amplified by the optical fiber, the amount of light per unit area of the exit port of the main body is remarkably increased as compared with those using a halogen lamp, a xenon lamp, an LED or the like. be able to. Further, the area occupied by the irradiation mechanism in the cross section of the main body can be significantly reduced.
また、上記目的を達成する本発明によれば、筒状の内視鏡本体と、前記内視鏡本体の一端側にて撮像された画像情報を前記内視鏡本体の他端側へ伝送する画像伝送部と、前記内視鏡本体内を一端側から他端側へ延び、前記内視鏡本体の一端から光を出射する光ファイバと、前記光ファイバの他端に励起光を入射する青色半導体レーザ素子と、前記光ファイバの両端側に配されレーザ共振器を構成するミラー部と、を備え、前記光ファイバのコアを、前記青色半導体レーザ素子の励起光で励起されると波長変換光を発するプラセオジムイオンを含有するガラスにより形成したことを特徴とする内視鏡装置が提供される。 Further, according to the present invention that achieves the above object, a cylindrical endoscope body and image information captured on one end side of the endoscope body are transmitted to the other end side of the endoscope body. An image transmission unit, an optical fiber that extends from one end side to the other end side in the endoscope main body, emits light from one end of the endoscope main body, and blue that emits excitation light to the other end of the optical fiber A semiconductor laser element, and mirror portions arranged on both ends of the optical fiber to form a laser resonator, and wavelength-converted light when the core of the optical fiber is pumped by the pumping light of the blue semiconductor laser element. An endoscope apparatus is provided that is formed of glass containing praseodymium ions that emit light.
本発明によれば、本体内における照射機構が占める領域を減少させつつ光量を増大させることができ、本体の小型化及び軽量化を図ることができる。従って、本体の外径を小さくすれば、観察体へ本体を挿入させ易くすることができる。また、照射機構が小型になった分だけ撮像機構を大型にすることもでき、これにより撮像領域を拡大したり撮像される画像の解像度を向上させたりすることもできる。 According to the present invention, the amount of light can be increased while reducing the area occupied by the irradiation mechanism in the main body, and the main body can be reduced in size and weight. Therefore, if the outer diameter of the main body is reduced, the main body can be easily inserted into the observation body. In addition, the imaging mechanism can be made larger by the size of the irradiation mechanism, which can enlarge the imaging area and improve the resolution of the image to be captured.
また、１つの青色半導体レーザ素子を設けて任意の色の光を照射することができるので光源を小型にすることができる。さらに、光源として青色半導体レーザ素子を用いたことから、従来のハロゲンランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ等に比して消費電力を格段に小さくすることができる。さらにまた、発熱量を抑制することができるので、例えば冷却ファンのような冷却機構を省略して、装置の小型化及び部品点数の削減を図ることができる。 In addition, since one blue semiconductor laser element can be provided to emit light of any color, the light source can be reduced in size. Furthermore, since a blue semiconductor laser element is used as the light source, power consumption can be significantly reduced as compared with conventional halogen lamps, xenon lamps, LEDs, and the like. Furthermore, since the amount of generated heat can be suppressed, a cooling mechanism such as a cooling fan can be omitted to reduce the size of the apparatus and the number of parts.
図１から図５は本発明の一実施形態を示すもので、図１は一部を断面にて図示した内視鏡装置の模式側面図である。 FIG. 1 to FIG. 5 show an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a schematic side view of an endoscope apparatus partially shown in cross section.
図１に示すように、内視鏡装置１は、筒状の内視鏡本体２と、内視鏡本体２の一端側にて撮像された画像情報を内視鏡本体２の他端側へ伝送する画像伝送部としてのイメージガイド３と、内視鏡本体２内を一端側から他端側へ延び内視鏡本体２の一端から光を出射する光ファイバ４と、光ファイバ４の他端に励起光を入射する青色半導体レーザ素子５と、光ファイバ４の両端側に配されレーザ共振器を構成するミラー部としてのダイクロイックミラー６，７と、を備えている。また、内視鏡装置１は、青色半導体レーザ素子５を駆動するレーザ駆動部８を有する。レーザ駆動部８は、レーザ駆動回路、電源としてのリチウム電池等から構成される。 As shown in FIG. 1, an endoscope apparatus 1 includes a cylindrical endoscope body 2 and image information captured on one end side of the endoscope body 2 to the other end side of the endoscope body 2. An image guide 3 as an image transmission unit for transmitting, an optical fiber 4 extending from one end side to the other end side in the endoscope body 2 and emitting light from one end of the endoscope body 2, and the other end of the optical fiber 4 The blue semiconductor laser element 5 that makes the excitation light incident on the optical fiber 4 and dichroic mirrors 6 and 7 as mirror parts that are arranged on both ends of the optical fiber 4 and constitute a laser resonator are provided. In addition, the endoscope apparatus 1 includes a laser driving unit 8 that drives the blue semiconductor laser element 5. The laser drive unit 8 includes a laser drive circuit, a lithium battery as a power source, and the like.
この内視鏡装置１の内視鏡本体２は、一端側から他端側へ向かって先端湾曲部９、挿入部１０、操作部１１、接眼部１２の順で概略構成されている。内視鏡本体２の一端に対物レンズ１３が設けられ、対物レンズ１３によりイメージガイド３の一端側の入射端面に画像が結像されるようになっている。そして、撮像された画像は、イメージガイド３により内視鏡本体２他端側の接眼部１２へ導かれ、接眼レンズ（図示せず）により観察可能となっている。ここで、操作部１１に設けられた図示しないレバーにより、先端湾曲部９が挿入部１０に対して角度変化させることができるようになっている。すなわち、挿入部１０が生体等の孔部へ挿入された後に、先端湾曲部９の角度調整により、観察体における対物レンズ１３の撮像範囲を調整することができる。 An endoscope main body 2 of the endoscope apparatus 1 is schematically configured in the order of a distal end bending portion 9, an insertion portion 10, an operation portion 11, and an eyepiece portion 12 from one end side to the other end side. An objective lens 13 is provided at one end of the endoscope body 2, and an image is formed on the incident end face on one end side of the image guide 3 by the objective lens 13. The captured image is guided to the eyepiece 12 on the other end side of the endoscope main body 2 by the image guide 3 and can be observed by an eyepiece (not shown). Here, the distal end bending portion 9 can be changed in angle with respect to the insertion portion 10 by a lever (not shown) provided in the operation portion 11. That is, after the insertion unit 10 is inserted into a hole such as a living body, the imaging range of the objective lens 13 in the observation body can be adjusted by adjusting the angle of the distal bending portion 9.
図２は内視鏡装置における照明に関する部品を示す説明図である。
図２に示すように、光ファイバ４は、青色半導体レーザ素子５に光学レンズ１４を介して光学的に接続されている。そして、青色半導体レーザ素子５から放射された励起光（青色光）Ａ及びこの励起光Ａで波長変換された波長変換光を誘導放出によって増幅するよう構成されている。ここで、この励起光Ａとしては、４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長が好ましい。この光学レンズ１４は、両面が凸状に形成され、青色半導体レーザ素子５及び光ファイバ４の間に配置される。光ファイバ４のコア４ａの光入射側端面に青色半導体レーザ素子５から照射される励起光Ａを集光するよう構成されている。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating components related to illumination in the endoscope apparatus.
As shown in FIG. 2, the optical fiber 4 is optically connected to the blue semiconductor laser element 5 via an optical lens 14. The pumping light (blue light) A emitted from the blue semiconductor laser element 5 and the wavelength-converted light wavelength-converted with the pumping light A are amplified by stimulated emission. Here, the excitation light A preferably has a wavelength of 440 nm to 460 nm. The optical lens 14 is convexly formed on both sides, and is disposed between the blue semiconductor laser element 5 and the optical fiber 4. The pumping light A irradiated from the blue semiconductor laser element 5 is condensed on the light incident side end face of the core 4 a of the optical fiber 4.
図３は光ファイバの断面図である。
図３に示すように、光ファイバ４は、コア４ａ及びクラッド４ｂを有し、青色半導体レーザ素子５からの青色光が他端側端面（入射面）に入射される。尚、コア４ａは外径が３μｍ程度に形成され、クラッド４ｂは外径が２００μｍ程度に形成されている。光ファイバ４は、青色光の一部をコア４ａ内で波長変換して例えば緑色、赤色等の波長変換光を一端側端面（出射面）から出射するとともに、青色光の一部を波長変換することなくそのまま一端側端面から出射する。
FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical fiber.
As shown in FIG. 3, the optical fiber 4 has a core 4a and a clad 4b, and blue light from the blue semiconductor laser element 5 is incident on the other end surface (incident surface). The core 4a has an outer diameter of about 3 μm, and the cladding 4b has an outer diameter of about 200 μm. The optical fiber 4 converts the wavelength of a part of blue light in the core 4a and emits wavelength-converted light such as green and red from one end face (outgoing surface), and converts the wavelength of part of the blue light. The light is emitted as it is from the end face on one end side.
すなわち、光ファイバ４の長手方向寸法は、青色半導体レーザ５からの励起光Ａを全て吸収することなく、レーザ発振によって緑色光及び赤色光を発するのに適した寸法となっている。本実施形態においては、光ファイバ４の長手方向寸法は約２５０ｍｍとなっている。 That is, the longitudinal dimension of the optical fiber 4 is suitable for emitting green light and red light by laser oscillation without absorbing all the excitation light A from the blue semiconductor laser 5. In this embodiment, the longitudinal dimension of the optical fiber 4 is about 250 mm.
コア４ａは、青色半導体レーザ素子５の励起光Ａで励起されると波長変換光を発するプラセオジムイオン（Ｐｒ3＋）を含有するガラスにより形成されている。本実施形態においては、コア４ａは、低フォノンガラスであるフッ化物ガラスにより形成される。具体的に、このフッ化物ガラスは、ＺｒＦ４、ＨｆＦ４及びＴｈＦ４を含有せずにＡｌＦ３を主成分としており、可視域から赤外域まで透明である。そして、化学的耐久性が比較的良好であり、機械的強度が比較的大きいものとなっている。この種のガラスはフォノンエネルギーが小さいというフッ化物ガラスの本質的な利点を有する。ここで、低フォノンガラスとしては、このような赤外線を透過するフッ化物ガラスの他に重金属酸化ガラスが用いられる。 The core 4 a is formed of glass containing praseodymium ions (Pr 3+ ) that emits wavelength-converted light when excited by the excitation light A of the blue semiconductor laser element 5. In the present embodiment, the core 4a is formed of fluoride glass that is low-phonon glass. Specifically, this fluoride glass does not contain ZrF 4 , HfF 4, and ThF 4 and contains AlF 3 as a main component, and is transparent from the visible region to the infrared region. The chemical durability is relatively good and the mechanical strength is relatively large. This type of glass has the essential advantage of fluoride glass that low phonon energy. Here, as the low phonon glass, heavy metal oxide glass is used in addition to the fluoride glass that transmits infrared rays.
コア４ａにおけるプラセオジムイオンの含有量は任意であるが、１００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下が好ましい。本実施形態においては、プラセオジムイオンが青色半導体レーザ素子５からの励起光Ａの一部で励起されることにより緑色及び赤色の波長変換光を発するように構成されている。また、コア４ａは、例えばテルビウムイオンを添加することにより緑色の色調整が可能であるし、例えばエルビウムイオンまたはホルミウムイオンを添加することにより緑・赤色調整が可能である。要は、コア４ａに少なくともプラセオジムイオンが含まれていればよい。 The content of praseodymium ions in the core 4a is arbitrary, but is preferably 100 ppm or more and 10,000 ppm or less. In the present embodiment, praseodymium ions are excited by a part of the excitation light A from the blue semiconductor laser element 5 to emit green and red wavelength converted light. The core 4a can be adjusted in green color by adding, for example, terbium ions, and can be adjusted in green and red by adding, for example, erbium ions or holmium ions. In short, it is sufficient that the core 4a contains at least praseodymium ions.
図３に示すように、クラッド４ｂは、コア４ａを包囲し、例えばガラス、透明性樹脂等により形成されている。クラッド４ｂの屈折率は、コア４ａの屈折率より小さく設定されている。クラッド４ｂの外周は樹脂からなるカバー部材４ｃにより被覆されている。このカバー部材４ｃは、光透過性樹脂であっても光非透過性樹脂であってもよい。 As shown in FIG. 3, the clad 4b surrounds the core 4a and is made of, for example, glass, transparent resin, or the like. The refractive index of the clad 4b is set smaller than the refractive index of the core 4a. The outer periphery of the clad 4b is covered with a cover member 4c made of resin. The cover member 4c may be a light transmissive resin or a light non-transmissive resin.
図４は内視鏡装置の正面断面図である。
図４に示すように、本実施形態においては、光ファイバー４は１本設けられており、正面視において光ファイバー４の断面積はイメージガイド３の断面積よりも小さくなっている。
FIG. 4 is a front sectional view of the endoscope apparatus.
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, one optical fiber 4 is provided, and the cross-sectional area of the optical fiber 4 is smaller than the cross-sectional area of the image guide 3 in a front view.
光ファイバ４の両端側に配される各ダイクロイックミラー６，７は、二酸化珪素（ＳｉＯ2）及び二酸化チタン（ＴｉＯ2）を交互に積層して形成される。尚、各ダイクロイックミラー６，７は、ＳｉＯ2及びＴｉＯ2以外の膜でも形成できる。各ダイクロイックミラー６，７は、例えば、光ファイバ４の端面に反射膜を蒸着することにより形成される。光ファイバ４の入射側に配されるダイクロイックミラー６はレーザ発振における入力ミラーとして、出射側に配されるダイクロイックミラー７はレーザ発振における出力ミラーとして機能するよう構成されている。 The dichroic mirrors 6 and 7 disposed on both ends of the optical fiber 4 are formed by alternately laminating silicon dioxide (SiO 2 ) and titanium dioxide (TiO 2 ). The dichroic mirrors 6 and 7 can be formed of a film other than SiO 2 and TiO 2 . Each dichroic mirror 6, 7 is formed, for example, by depositing a reflective film on the end face of the optical fiber 4. The dichroic mirror 6 disposed on the incident side of the optical fiber 4 is configured to function as an input mirror in laser oscillation, and the dichroic mirror 7 disposed on the output side is configured to function as an output mirror in laser oscillation.
図１に示すように、内視鏡本体２の他端には、光ファイバ４の一端から出射される光を拡散するための凹レンズ１５が設けられる。この凹レンズ１５により、光ファイバ４から略平行に出射する光が観察体の撮像領域に対応するよう拡散されることとなる。 As shown in FIG. 1, a concave lens 15 for diffusing light emitted from one end of the optical fiber 4 is provided at the other end of the endoscope body 2. The concave lens 15 diffuses light emitted from the optical fiber 4 substantially in parallel so as to correspond to the imaging region of the observation body.
以上のように構成された内視鏡装置１では、レーザ駆動部８により青色半導体レーザ素子５が駆動されると、青色半導体レーザ素子５から光学レンズ１４へ向かって青色光Ａが放射される。そして、青色光Ａが光学レンズ１４に入射すると、光学レンズ１４により青色光Ａは光ファイバ４の他端側のダイクロイックミラー６へ集光される。 In the endoscope apparatus 1 configured as described above, when the blue semiconductor laser element 5 is driven by the laser driving unit 8, blue light A is emitted from the blue semiconductor laser element 5 toward the optical lens 14. When the blue light A enters the optical lens 14, the blue light A is collected by the optical lens 14 onto the dichroic mirror 6 on the other end side of the optical fiber 4.
この後、青色光Ａはダイクロイックミラー６を透過して光ファイバ４のコア４ａへ進入し、コア４ａの外周面で全反射しながら一端側のダイクロイックミラー７へ到達する。次いで、このダイクロイックミラー７で反射されてコア４ａ内を逆進して他端側のダイクロイックミラー６へ到達する。このように、コア４ａ内で励起光が各ダイクロイックミラー６，７での反射を繰り返す。このとき、励起光がプラセオジムイオンを励起することにより緑色及び赤色の波長変換光が発せられる。そして、出射側のダイクロイックミラー７から青色光及び波長変換光が透過して、ダイクロイックミラー７から多波長の出力光Ｂが出射されることとなる。 Thereafter, the blue light A passes through the dichroic mirror 6 and enters the core 4a of the optical fiber 4, and reaches the dichroic mirror 7 on one end side while being totally reflected by the outer peripheral surface of the core 4a. Next, the light is reflected by the dichroic mirror 7 and travels backward in the core 4 a to reach the dichroic mirror 6 on the other end side. Thus, the excitation light repeats reflection at the dichroic mirrors 6 and 7 in the core 4a. At this time, the excitation light excites the praseodymium ions to emit green and red wavelength converted light. Then, the blue light and the wavelength-converted light are transmitted from the dichroic mirror 7 on the emission side, and the multi-wavelength output light B is emitted from the dichroic mirror 7.
本実施形態においては、この出力光Ｂは、青色成分、緑色成分及び赤色成分が含まれているので白色光となっている。また、出力光Ｂは、光ファイバ４の誘導放出により増幅された状態であるので、光ファイバ４への入射時よりも光量が格段に増している。ダイクロイックミラー７から出射された出力光Ｂは、凹レンズ１５により拡散される。 In the present embodiment, the output light B is white light because it includes a blue component, a green component, and a red component. Further, since the output light B is amplified by the stimulated emission of the optical fiber 4, the amount of light is significantly increased as compared to when the light is incident on the optical fiber 4. The output light B emitted from the dichroic mirror 7 is diffused by the concave lens 15.
ここで、本実施形態に示す光ファイバ４から出射される多波長の出力光Ｂを観察した実験結果について、図５を参照して説明する。本実験は、青色光を透過しかつ入力鏡として緑色光・赤色光を９９％反射するダイクロイックミラー６と、出力鏡として緑色光を９５％反射し赤色光を１０％反射するダイクロイックミラー７を用意し、青色半導体レーザ素子５（１００ｍＷ）から青色光（波長４４２ｎｍ）を光ファイバ４に入射して実施した。この実験により、励起光Ａとしての４４２ｎｍの青色光と共に、波長変換光としての５２２ｎｍの緑色光及び６３５ｎｍの赤色光が確認された。そして、緑色・赤色の発光時の出射光を測定すると、図５に示すように、励起光の青色光と波長変換光の緑色光・赤色光の鋭い発光波長ピークをもつ発光スペクトルが観測された。 Here, an experimental result of observing the multi-wavelength output light B emitted from the optical fiber 4 shown in the present embodiment will be described with reference to FIG. In this experiment, a dichroic mirror 6 that transmits blue light and reflects 99% of green light and red light as an input mirror and a dichroic mirror 7 that reflects 95% of green light and reflects 10% of red light as an output mirror are prepared. Then, blue light (wavelength 442 nm) was incident on the optical fiber 4 from the blue semiconductor laser element 5 (100 mW). In this experiment, 442 nm green light and 635 nm red light as wavelength converted light were confirmed together with 442 nm blue light as excitation light A. Then, when the emitted light at the time of green / red light emission was measured, as shown in FIG. 5, an emission spectrum having sharp emission wavelength peaks of the blue light of the excitation light and the green light / red light of the wavelength conversion light was observed. .
この内視鏡装置１は、先端湾曲部９から挿入部１０を生体等の観察体の内部へ挿入される。そして、先端湾曲部９が観察領域へ到達すると、操作部１１が操作されて、先端湾曲部９の対物レンズ１３により所望の観察領域の画像がイメージガイド３に結像するよう調整される。このとき、観察領域は前述の出力光Ｂにより照射された状態となっている。 In the endoscope apparatus 1, the insertion portion 10 is inserted into the inside of an observation body such as a living body from the distal end bending portion 9. When the distal bending portion 9 reaches the observation region, the operation portion 11 is operated, and the objective lens 13 of the distal bending portion 9 is adjusted so that an image of a desired observation region is formed on the image guide 3. At this time, the observation area is irradiated with the output light B described above.
このように、本実施形態の内視鏡装置１によれば、１つの青色半導体レーザ素子５により白色光が照射されることとなる。また、光ファイバ４により励起光が増幅された状態で光が出射されるので、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ等を用いたものよりも、内視鏡本体２の出射口の単位面積あたりの光量を格段に増大させることができるし、内視鏡本体２の断面における照射機構が占める面積を格段に減少させることができる。 Thus, according to the endoscope apparatus 1 of the present embodiment, white light is irradiated by one blue semiconductor laser element 5. Further, since the light is emitted in a state where the excitation light is amplified by the optical fiber 4, the amount of light per unit area of the exit of the endoscope body 2 is higher than that using a halogen lamp, a xenon lamp, an LED, or the like. The area occupied by the irradiation mechanism in the cross section of the endoscope body 2 can be significantly reduced.
従って、内視鏡本体２内における照射機構が占める領域を減少させつつ光量を増大させることができ、内視鏡本体２の小型化及び軽量化を図ることができる。これにより、内視鏡本体２の外径を小さくすれば、観察体へ内視鏡本体２を挿入させ易くすることができ、従来は挿入できなかった狭い径にも内視鏡本体２を挿入させることが可能となる。また、生体に挿入する場合には生体に与える異物感を緩和することができる。さらに、照射機構が小型になった分だけ撮像機構を大型にすることもでき、これにより撮像領域を拡大したり撮像される画像の解像度を向上させたりすることもできる。 Therefore, it is possible to increase the light amount while reducing the area occupied by the irradiation mechanism in the endoscope main body 2, and to reduce the size and weight of the endoscope main body 2. Thereby, if the outer diameter of the endoscope main body 2 is reduced, the endoscope main body 2 can be easily inserted into the observation body, and the endoscope main body 2 can be inserted into a narrow diameter that could not be inserted conventionally. It becomes possible to make it. In addition, when inserted into a living body, the feeling of foreign matter given to the living body can be reduced. Furthermore, the imaging mechanism can be enlarged by the size of the irradiation mechanism, which can enlarge the imaging area and improve the resolution of the image to be captured.
また、１つの青色半導体レーザ素子５を設けて任意の色の光を照射することができるので光源を小型にすることができる。また、１つの光学系で照射機構が構成されるので、部品点数が少ないことは勿論、各部品の位置決めが簡単容易となる。さらに、光源として青色半導体レーザ素子５を用いたことから、従来のハロゲンランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ等に比して消費電力を格段に小さくすることができる。さらにまた、発熱量を抑制することができるので、例えば冷却ファンのような冷却機構を省略して、装置の小型化及び部品点数の削減を図ることができる。 In addition, since one blue semiconductor laser element 5 can be provided to emit light of any color, the light source can be reduced in size. In addition, since the irradiation mechanism is constituted by one optical system, the number of parts is small, and positioning of each part becomes easy and easy. Further, since the blue semiconductor laser element 5 is used as the light source, the power consumption can be remarkably reduced as compared with conventional halogen lamps, xenon lamps, LEDs and the like. Furthermore, since the amount of generated heat can be suppressed, a cooling mechanism such as a cooling fan can be omitted to reduce the size of the apparatus and the number of parts.
ここで、操作部１１の構成の一例を図６に示す。図６は、変形例を示すものであって、一部を断面にて図示した内視鏡装置の一部模式側面図である。
この内視鏡装置１は、内視鏡本体２が他端側から一端側へ向かって縮径するよう形成されている。内視鏡本体２には回動自在のレバー１１ａが装着され、レバー１１ａを操作することにより先端湾曲部９（図６中不図示）の角度が調整されるようになっている。
An example of the configuration of the operation unit 11 is shown in FIG. FIG. 6 is a partial schematic side view of an endoscope apparatus showing a modification and partly showing a cross section.
The endoscope apparatus 1 is formed such that the diameter of the endoscope body 2 is reduced from the other end side toward the one end side. A rotatable lever 11a is attached to the endoscope body 2, and the angle of the distal end bending portion 9 (not shown in FIG. 6) is adjusted by operating the lever 11a.
尚、前記実施形態においては、観察装置として内視鏡装置１を示したが、筒状の本体内に画像伝送部及び光ファイバ４を備えているものであれば、他の装置であっても本発明を適用可能である。すなわち、観察装置としては、例えば、照明機能を有するカメラ装置等であってもよい。 In the above-described embodiment, the endoscope apparatus 1 is shown as an observation apparatus. However, other apparatuses may be used as long as the image transmission unit and the optical fiber 4 are provided in a cylindrical main body. The present invention is applicable. That is, the observation device may be, for example, a camera device having an illumination function.
また、前記実施形態においては、白色光が光ファイバ４から出射されるように設定されたものを示したが、ダイクロイックミラー６，７の仕様、設置位置等や光ファイバ４に含有される稀土類イオンの量により、出力光Ｂの色を任意に設定することができる。ダイクロイックミラー６，７の仕様の変更は、例えば、ダイクロイックミラー６，７の二酸化珪素又は二酸化チタンの層の厚さを変えるなどして、反射する光の色を変更したり、透過する光の色を変更することが考えられる。 Moreover, in the said embodiment, although what was set so that white light was radiate | emitted from the optical fiber 4 was shown, the rare earths contained in the specification, installation position, etc. of the dichroic mirrors 6 and 7 and the optical fiber 4 The color of the output light B can be arbitrarily set depending on the amount of ions. The specification of the dichroic mirrors 6 and 7 can be changed, for example, by changing the thickness of the silicon dioxide or titanium dioxide layer of the dichroic mirrors 6 and 7 to change the color of reflected light or the color of transmitted light. Can be considered.
また、前記実施形態における光ファイバ４の他端側のダイクロイックミラー６を内視鏡本体２に対して着脱自在に構成することにより、簡単容易に出力光Ｂの色を変化させることができる。この場合、異なる仕様のダイクロイックミラー６を用意することにより、観察体の表面に応じて照射する光の波長を調整することができ、実用に際して極めて有利である。 In addition, by configuring the dichroic mirror 6 on the other end side of the optical fiber 4 in the embodiment to be detachable from the endoscope main body 2, the color of the output light B can be easily and easily changed. In this case, by preparing the dichroic mirror 6 having different specifications, the wavelength of light to be irradiated can be adjusted according to the surface of the observation body, which is extremely advantageous in practical use.
また、前記実施形態においては、出射用の光ファイバ４を１本設けたものを示したが、出射用の光ファイバ４を複数設けてもよいことは勿論である。また、前記実施形態においては、１本の光ファイバ４が長手方向にわたって全体的にレーザ発振するものを示したが、必ずしも全体でレーザ発振をする必要はなく、一部の区間でレーザ発振するようにしてもよい。さらに、レーザ発振をする光ファイバ４に、レーザ発振機能のない通常の光ファイバを接続してもよく、光伝送系の構成は任意である。 Further, in the above-described embodiment, the case where one outgoing optical fiber 4 is provided is shown, but it goes without saying that a plurality of outgoing optical fibers 4 may be provided. Further, in the above-described embodiment, the one optical fiber 4 oscillates entirely in the longitudinal direction is shown. However, it is not always necessary to oscillate the entire laser, and the laser oscillates in some sections. It may be. Furthermore, a normal optical fiber having no laser oscillation function may be connected to the optical fiber 4 that performs laser oscillation, and the configuration of the optical transmission system is arbitrary.
また、前記実施形態においては、対物レンズ１３を用いて観察体を撮像するものを用いたが、例えばＣＣＤカメラにより観察体を撮像するようにしてもよい。さらに、光ファイバ４のクラッド４ｂが２重に構成されていてもよく、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。 Further, in the above-described embodiment, the one that images the observation object using the objective lens 13 is used. However, the observation object may be imaged by, for example, a CCD camera. Further, the clad 4b of the optical fiber 4 may be doubled, and it is needless to say that other specific detailed structures can be changed as appropriate.
１ 内視鏡装置
２ 内視鏡本体
３ イメージガイド
４ 光ファイバ
４ａ コア
４ｂ クラッド
４ｃ カバー部材
５ 青色半導体レーザ素子
６ ダイクロイックミラー
７ ダイクロイックミラー
８ レーザ駆動部
９ 先端湾曲部
１０ 挿入部
１１ 操作部
１１ａ レバー
１２ 接眼部
１３ 対物レンズ
１４ 光学レンズ
１５ 凹レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Endoscope apparatus 2 Endoscope main body 3 Image guide 4 Optical fiber 4a Core 4b Clad 4c Cover member 5 Blue semiconductor laser element 6 Dichroic mirror 7 Dichroic mirror 8 Laser drive part 9 Tip bending part 10 Insertion part 11 Operation part 11a Lever 12 Eyepiece 13 Objective Lens 14 Optical Lens 15 Concave Lens
Claims (6)
前記本体の一端側にて撮像さ
れた画像情報を前記本体の他端側へ伝送する画像伝送部と、
前記本体内を一端側から他端側へ延び、前記本体の一端から光を出射する光ファイバと、
前記光ファイバの他端に励起光を入射する青色半導体レーザ素子と、
前記光ファイバの両端側に配されレーザ共振器を構成するミラー部と、を備え、
前記光ファイバのコアを、前記青色半導体レーザ素子の励起光で励起されると波長変換光を発するプラセオジムイオンを含有するガラスにより形成したことを特徴とする観察装置。 A tubular body,
An image transmission unit for transmitting image information captured at one end of the main body to the other end of the main body;
An optical fiber that extends from one end side to the other end side within the main body and emits light from one end of the main body,
A blue semiconductor laser element that makes excitation light incident on the other end of the optical fiber;
A mirror part disposed on both ends of the optical fiber to constitute a laser resonator,
An observation apparatus, wherein the core of the optical fiber is formed of glass containing praseodymium ions that emit wavelength-converted light when excited by excitation light of the blue semiconductor laser element.
前記光ファイバは前記本体の一端から白色の光を出射することを特徴とする請求項１または２に記載の観察装置。 The core of the optical fiber emits wavelength-converted light of green and red when excited by the excitation light of the blue semiconductor laser element,
The observation apparatus according to claim 1, wherein the optical fiber emits white light from one end of the main body.
前記内視鏡本体の一端側にて撮像された画像情報を前記内視鏡本体の他端側へ伝送する画像伝送部と、
前記内視鏡本体内を一端側から他端側へ延び、前記内視鏡本体の一端から光を出射する光ファイバと、
前記光ファイバの他端に励起光を入射する青色半導体レーザ素子と、
前記光ファイバの両端側に配されレーザ共振器を構成するミラー部と、を備え、
前記光ファイバのコアを、前記青色半導体レーザ素子の励起光で励起されると波長変換光を発するプラセオジムイオンを含有するガラスにより形成したことを特徴とする内視鏡装置。 A cylindrical endoscope body,
An image transmission unit that transmits image information captured on one end side of the endoscope body to the other end side of the endoscope body;
An optical fiber that extends from the one end side to the other end side in the endoscope body, and emits light from one end of the endoscope body;
A blue semiconductor laser element that makes excitation light incident on the other end of the optical fiber;
A mirror part disposed on both ends of the optical fiber to constitute a laser resonator,
An endoscope apparatus, wherein the core of the optical fiber is formed of glass containing praseodymium ions that emit wavelength-converted light when excited by the excitation light of the blue semiconductor laser element.
前記光ファイバは前記本体の一端から白色の光を出射することを特徴とする請求項４または５に記載の内視鏡装置。 The core of the optical fiber emits wavelength-converted light of green and red when excited by the excitation light of the blue semiconductor laser element,
The endoscope apparatus according to claim 4, wherein the optical fiber emits white light from one end of the main body.
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110823 |