JP2013128686A - Light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被観察部に照射される照射光を発する光源を備えた光源装置に関するものであり、特に、入射された光を側面反射を繰り返しながら導光して出射するライトガイドに照射光を入射する光源装置に関するものである。 The present invention relates to a light source device that includes a light source that emits irradiation light that is irradiated to an observed portion, and in particular, emits light to a light guide that guides and emits incident light while repeating side reflection. The present invention relates to an incident light source device.
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。 Conventionally, endoscope systems for observing tissue in a body cavity are widely known, and a normal image is obtained by imaging a portion to be observed in a body cavity by irradiation with white light, and this normal image is displayed on a monitor screen. Electronic endoscope systems have been widely put into practical use.
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。 As one of such endoscope systems, for example, in order to observe blood vessels under fat and blood flow, lymph vessels, lymph flow, bile duct runs, bile flow and the like that do not normally appear on an image, An endoscope system has been proposed in which ICG (Indocyanine Green) is introduced into an observation unit, and a fluorescence image of ICG is acquired by irradiating the observation unit with near-infrared excitation light. In addition, an endoscope system has been proposed in which autofluorescence emitted from an observed portion is detected by irradiating the observed portion with excitation light to acquire a fluorescent image.
そして、このような蛍光画像を取得する内視鏡システムにおいては、励起光を出射する光源としてレーザ光源や発光ダイオードなどを用いられ、このような光源から発せられた励起光を光ファイバなどのライトガイドによって導光することによって被観察部に励起光が照射される。 In such an endoscope system for acquiring a fluorescent image, a laser light source, a light emitting diode, or the like is used as a light source for emitting excitation light, and the excitation light emitted from such a light source is used as a light source such as an optical fiber. The observation portion is irradiated with excitation light by being guided by the guide.
ここで、上述したような蛍光画像を撮像する内視鏡システムにおいて、光源から発せられた励起光を、たとえばライトガイドの光軸方向と励起光の光軸方向とが一致するような通常の方法でライトガイドに入射すると、中心部分の照度が大きく、周囲部分に照度が小さいような照度分布が得られ、被観察部に均一な照度分布の励起光を照射することができない。上述した薬剤蛍光や自家蛍光の強度は非常に微弱なものであるため、励起光の照度分布が不均一であり励起光が十分に照射されない箇所があると蛍光画像上にムラを生じて適切な蛍光画像を取得することができない。 Here, in an endoscope system that captures a fluorescent image as described above, for example, a normal method in which the excitation light emitted from the light source matches the optical axis direction of the light guide with the optical axis direction of the excitation light. When the light is incident on the light guide, an illuminance distribution in which the illuminance at the central portion is large and the illuminance is small at the peripheral portion is obtained, and excitation light having a uniform illuminance distribution cannot be irradiated to the observed portion. Since the intensity of the above-described drug fluorescence and autofluorescence is very weak, if the illuminance distribution of the excitation light is non-uniform and there is a portion where the excitation light is not sufficiently irradiated, unevenness is generated on the fluorescence image and appropriate. A fluorescence image cannot be acquired.
特許文献１には、ランプ光源から発せられた光をドーナツ型の遮光板によって減光することによって光量分布を平均化することが提案されているが、この方法では遮光板による減光率が大きく、光源から発せられた光の利用効率が小さくなる問題がある。 Patent Document 1 proposes to average the light amount distribution by dimming light emitted from a lamp light source with a donut-shaped light shielding plate. However, in this method, the light attenuation rate by the light shielding plate is large. There is a problem that utilization efficiency of light emitted from the light source is reduced.
本発明は、上記の問題に鑑み、被観察部に十分かつ均一な照度分布の光を照射することができる光源装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a light source device capable of irradiating light with a sufficient and uniform illuminance distribution onto an observed portion.
本発明の光源装置は、被観察部に照射される照射光を発するとともに、入射された光を側面反射を繰り返しながら導光して出射するライトガイドの光軸に対して、照射光の光軸が傾いて入射されるよう配置された光源と、光源とライトガイドの照射光の入射端面との間に設けられ、照射光が入射されるとともに、ライトガイドの光軸中心に向かって照射光の透過率が減少するよう構成された傾斜フィルタとを備えたものである。 The light source device of the present invention emits irradiation light that irradiates the observed portion, and guides the incident light while repeating side-surface reflection and emits it with respect to the optical axis of the light guide. Is disposed between the light source and the light guide and the incident end face of the light guide irradiation light. The irradiation light is incident and the irradiation light is directed toward the optical axis center of the light guide. And a gradient filter configured to reduce transmittance.
また、上記本発明の光源装置においては、傾斜フィルタとして、照射光の透過率がライトガイドの光軸中心に向かって単調減少する透過率分布を有するものを用いることができる。 Further, in the light source device of the present invention, a tilting filter having a transmittance distribution in which the transmittance of irradiation light monotonously decreases toward the center of the optical axis of the light guide can be used.
また、傾斜フィルタとして、照射光の透過率がライトガイドの光軸中心に向かって線形に減少する透過率分布を有するものを用いることができる。 Moreover, what has the transmittance | permeability distribution which the transmittance | permeability of irradiation light reduces linearly toward the optical axis center of a light guide can be used as an inclination filter.
また、照射光のビーム断面形状を楕円にする光学系を設けることができる。 In addition, an optical system that makes the beam cross-sectional shape of the irradiation light elliptical can be provided.
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。 In addition, it is possible to provide a diffusion unit that diffuses light emitted from the emission end face of the light guide.
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。 A single-core optical fiber can be used as the light guide.
また、光源として半導体光源を用いることができる。 A semiconductor light source can be used as the light source.
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。 A laser light source can be used as the semiconductor light source.
本発明の光源装置によれば、入射された光の側面反射を繰り返しながら導光して出射するライトガイドの光軸に対して、照射光の光軸が傾いて入射されるよう光源を配置し、その光源とライトガイドの照射光の入射端面との間に、ライトガイドの光軸中心に向かって照射光の透過率が減少するよう構成された傾斜フィルタを設けるようにしたので、十分かつ均一な照度分布の光をライトガイドから出射させることができる。 According to the light source device of the present invention, the light source is arranged so that the optical axis of the irradiation light is incident with the optical axis of the light guide being inclined with respect to the optical axis of the light guide that is guided and emitted while repeating side reflection of the incident light. In addition, since an inclined filter configured to reduce the transmittance of the irradiation light toward the optical axis center of the light guide is provided between the light source and the incident end surface of the irradiation light of the light guide, sufficient and uniform Light with a proper illuminance distribution can be emitted from the light guide.
すなわち、上述したライトガイドに入射された照射光はライトガイド内で平均化され、入射された照射光の角度成分を持つ同心円状の照度分布の照射光がライトガイドから出射されることになるが、このとき低角度成分で平均化される照射光よりも高角度成分で平均化される照射光の方が広い方位角にわたり平均化されるため、たとえばレーザ光源や発光ダイオードから出射されるような中心に多くの照度が分布するような照射光を、本発明のようにライトガイドの光軸に対して斜め方向から入射すると高角度成分が増加するためある程度均一化された照度分布を得ることができる。そして、このときさらにライトガイドの光軸中心に向かって照射光の透過率が減少するような傾斜フィルタを設け、この傾斜フィルタを透過した照射光をライトガイドへ比較的小さな入射角で入射させることによって、斜め方向からのライトガイドへの照射光の入射による照度の減少を抑制することができ、十分かつ均一な照度分布の照射光をライトガイドから出射させることができる。 That is, the irradiation light incident on the light guide described above is averaged in the light guide, and the concentric illumination distribution irradiation light having the angle component of the incident irradiation light is emitted from the light guide. In this case, since the irradiation light averaged with the high angle component is averaged over a wider azimuth angle than the irradiation light averaged with the low angle component, for example, it is emitted from a laser light source or a light emitting diode. When irradiation light with a large amount of illuminance distributed at the center is incident obliquely with respect to the optical axis of the light guide as in the present invention, the high angle component increases, so that a uniform illuminance distribution can be obtained. it can. At this time, a tilt filter is provided so that the transmittance of the irradiation light decreases toward the center of the optical axis of the light guide, and the irradiation light transmitted through the tilt filter is incident on the light guide at a relatively small incident angle. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in illuminance due to the incident light incident on the light guide from an oblique direction, and it is possible to emit irradiation light having a sufficient and uniform illuminance distribution from the light guide.
そして、このライトガイドから出射された照射光を被観察部に照射することによって被観察部に対して十分かつ均一な照度分布の照射光を照射することができる。 Then, by irradiating the portion to be observed with the irradiation light emitted from the light guide, it is possible to irradiate the portion to be observed with irradiation light having a sufficient and uniform illuminance distribution.
また、ライトガイドの入射端面に対して高角度で入射する照射光については、ライトガイドの照射光の入射面の形状が楕円となるため見込みサイズが減少することになる。具体的には、ライトガイドの照射光の入射面の面積をΩ、入射角をθとすると、ライトガイドの入射端面における見込みサイズはΩcosθで表される。この見込みサイズが減少すると入射する照射光の光量も減少することになる。 In addition, regarding the irradiation light incident at a high angle with respect to the incident end face of the light guide, the expected size is reduced because the shape of the incident surface of the irradiation light of the light guide is an ellipse. Specifically, assuming that the area of the incident surface of the light guide irradiated light is Ω and the incident angle is θ, the expected size at the incident end surface of the light guide is represented by Ω cos θ. As the expected size decreases, the amount of incident irradiation light also decreases.
そこで、ライトガイドへ入射される照射光のビーム断面形状を楕円にする光学系を設けるようにした場合には、ライトガイドの入射端面における見込みサイズ内に照射光の光量を集中させることができるので、上述した光量の減少を回避することができる。 Therefore, when an optical system that makes the beam cross-sectional shape of the irradiation light incident on the light guide an ellipse is provided, the amount of irradiation light can be concentrated within the expected size at the incident end face of the light guide. It is possible to avoid the above-described decrease in the amount of light.
また、ライトガイドの出射端面から出射された照射光を拡散する拡散部を設けるようにした場合には、さらに照度分布が均一化された光を得ることができる。また、このような拡散部を用いることによって、ライトガイドの受光角よりも広い範囲の均一な照射光を得ることができる。なお、この拡散部における平均化を見込んでライトガイドの入射される照射光の角度分布を設定するようにしてもよい。 In addition, in the case where a diffusing portion for diffusing the irradiation light emitted from the emission end face of the light guide is provided, light with a more uniform illuminance distribution can be obtained. Further, by using such a diffusing section, it is possible to obtain uniform irradiation light in a wider range than the light receiving angle of the light guide. Note that the angular distribution of the irradiation light incident on the light guide may be set in consideration of the averaging in the diffusion unit.
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。 Hereinafter, a rigid endoscope system using an embodiment of a light source device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The rigid endoscope system of this embodiment is characterized by the configuration of the light source device. First, the configuration of the entire rigid endoscope system will be described. FIG. 1 is an external view showing a schematic configuration of a rigid endoscope system 1 of the present embodiment.
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。 As shown in FIG. 1, the rigid endoscope system 1 according to the present embodiment guides the normal light and excitation light emitted from the light source device 2 and the light source device 2 that emits white normal light and excitation light. A rigid mirror imaging apparatus that irradiates the observation unit and captures a normal image based on reflected light reflected from the observed portion by irradiation of normal light and a fluorescent image based on fluorescence emitted from the observed portion by irradiation of excitation light 10, a processor 3 that performs a predetermined process on the image signal captured by the rigid endoscope imaging device 10, and a monitor 4 that displays a normal image and a fluorescence image of the observed portion based on a display control signal generated by the processor 3. And.
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。 As shown in FIG. 1, the rigid endoscope imaging apparatus 10 includes a body cavity insertion unit 30 that is inserted into a body cavity, and an imaging unit 20 that captures a normal image and a fluorescence image of the observed portion guided by the body cavity insertion unit 30. And.
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。 Moreover, as shown in FIG. 2, the rigid-scope imaging device 10 has the body cavity insertion part 30 and the imaging unit 20 connected detachably. The body cavity insertion portion 30 includes a connection member 30a, an insertion member 30b, a cable connection portion 30c, an irradiation window 30d, and an imaging window 30e.
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。 The connection member 30a is provided at one end 30X of the body cavity insertion portion 30 (insertion member 30b) on the imaging unit 20 side. For example, the connection member 30a is fitted into an opening 20a formed in the imaging unit 20, thereby The body cavity insertion part 30 is detachably connected.
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。 The insertion member 30b is inserted into the body cavity when photographing inside the body cavity, and is formed of a hard material and has, for example, a cylindrical shape with a diameter of about 5 mm. Inside the body cavity insertion section 30, a normal image and a fluorescence image of the observed part incident from the imaging window 30e are formed, guided to one end 30X on the imaging unit 20 side of the body cavity insertion section 30, and one end thereof A relay lens 30f (see FIG. 4) that emits light from the portion 30X is provided. The normal image and the fluorescence image emitted from the relay lens 30 f are incident on the imaging unit 20.
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。 As shown in FIG. 2, a cable connection portion 30c is provided on the side surface of the insertion member 30b, and the light guide LG is mechanically connected to the cable connection portion 30c by a connector C. Thereby, the light source device 2 and the insertion member 30b are optically connected via the light guide LG.
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。 A connector 71 (see FIG. 4) is provided at the tip of the light guide LG, and the light guide LG is detachably connected to the light source device 2 via the connector 71. The light guide LG is composed of, for example, a bundled multimode optical fiber.
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。 In the body cavity insertion portion 30, a bundled multimode optical fiber 30g (see FIG. 4) that guides normal light and excitation light emitted from the light guide LG connected to the cable connection portion 30c. The multimode optical fiber 30g is provided to guide incident normal light and excitation light to the distal end portion 30Y of the insertion member 30b and irradiate the observed portion. The multimode optical fiber 30g provided in the insertion member 30b has its tip polished to form an irradiation window 30d.
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。 FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of the imaging unit 20. The imaging unit 20 includes a first imaging system that captures the fluorescence image L4 of the observed part imaged by the relay lens 30f in the body cavity insertion part 30 and generates a fluorescence image signal of the observed part, and the body cavity insertion part And a second imaging system that generates a normal image signal by capturing a normal image L3 of the observed portion imaged by the relay lens 30f within 30. These imaging systems are divided into two optical axes orthogonal to each other by a dichroic prism 21 having a spectral characteristic that reflects the normal image L3 and transmits the fluorescent image L4.
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。 The first imaging system cuts light having a wavelength equal to or less than the wavelength of the excitation light reflected by the observed portion and transmitted through the dichroic prism 21 and an excitation light cut filter 22 that transmits fluorescent wavelength region illumination light, which will be described later, and a body cavity A first imaging optical system 23 that forms a fluorescent image L4 emitted from the insertion unit 30 and transmitted through the dichroic prism 21 and the excitation light cut filter 22, and a fluorescent image L4 imaged by the first imaging optical system 23 And a high-sensitivity imaging device 24 for imaging the image.
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。 The high-sensitivity imaging element 24 detects light in the wavelength band of the fluorescent image L4 with high sensitivity, converts it into a fluorescent image signal, and outputs it. As the high sensitivity image sensor 24, for example, a monochrome image sensor can be used.
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。 The second imaging system includes a second imaging optical system 25 that forms a normal image L3 emitted from the body cavity insertion unit 30 and reflected by the dichroic prism 21, and a normal image formed by the second imaging optical system 25. An image sensor 26 that captures the image L3 is provided.
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。 The image sensor 26 detects light in the wavelength band of the normal image, converts it into a normal image signal, and outputs it. On the image pickup surface of the image pickup element 26, color filters of three primary colors red (R), green (G) and blue (B), or cyan (C), magenta (M) and yellow (Y) are arranged in a Bayer array or a honeycomb. It is provided in an array.
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。 In addition, the imaging unit 20 includes an imaging control unit 27. The imaging control unit 27 performs CDS / AGC (correlated double sampling / automatic gain control) processing and A / A processing on the fluorescence image signal output from the high-sensitivity imaging device 24 and the normal image signal output from the imaging device 26. A D-conversion process is performed and output to the processor 3 via the cable 5 (see FIG. 1).
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。 As shown in FIG. 4, the processor 3 includes a normal image input controller 41, a fluorescence image input controller 42, an image processing unit 43, a memory 44, a video output unit 45, an operation unit 46, a TG (timing generator) 47, and a CPU 48. ing.
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。 The normal image input controller 41 and the fluorescence image input controller 42 include a line buffer having a predetermined capacity, and the normal image input controller 41 receives a normal image signal for each frame output from the imaging control unit 27 of the imaging unit 20. The fluorescent image input controller 42 temporarily stores a fluorescent image signal. The normal image signal stored in the normal image input controller 41 and the fluorescent image signal stored in the fluorescent image input controller 42 are stored in the memory 44 via the bus.
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。 The image processing unit 43 receives the normal image signal and the fluorescence image signal for each frame read from the memory 44, performs predetermined image processing on these image signals, and outputs them to the bus.
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。 The video output unit 45 receives the normal image signal and the fluorescence image signal output from the image processing unit 43 via the bus, performs predetermined processing to generate a display control signal, and outputs the display control signal to the monitor 4. Output.
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。 The operation unit 46 receives input by the operator such as various operation instructions and control parameters. As will be described in detail later, in particular, in the present embodiment, a change in the exit angle of excitation light or normal light is accepted.
ＴＧ４７は、撮像ユニット２０の高感度撮像素子２４、撮像素子２６および後述する光源装置２のＬＤドライバ５３を駆動するための駆動パルス信号を出力するものである。ＣＰＵ４８は装置全体を制御するものである。 The TG 47 outputs a drive pulse signal for driving the high-sensitivity image pickup device 24, the image pickup device 26 of the image pickup unit 20, and an LD driver 53 of the light source device 2 described later. The CPU 48 controls the entire apparatus.
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。 The processor 3 and the imaging unit 20 are connected via a cable 5 as shown in FIGS. 1 and 4. The cable 5 includes a signal wiring that propagates a normal image signal and a fluorescent image signal captured by the imaging unit 20, a control wiring that transmits a control signal output from the processor 3, and the like. A connector 5a and a connector 5b are provided at the tip of the cable 5. The cable 5 is detachably connected to the processor 3 via the connector 5a, and is detachably connected to the imaging unit 20 via the connector 5b. Is.
光源装置２は、図４に示すように、約４００ｎｍ〜７００ｎｍの広帯域の波長からなる通常光（白色光）Ｌ１を出射する可視光ランプ５０と、可視光ランプ５０から出射された通常光Ｌ１を略平行光にして出射する非球面レンズ５１と、７５０ｎｍ〜７９０ｎｍの近赤外光である励起光を出射する近赤外レーザ光源５２と、近赤外レーザ光源５２を駆動するＬＤドライバ５３と、近赤外レーザ光源５２から出射された励起光Ｌ２を集光して、後述するライトガイド６０の光軸に対して励起光Ｌ２の光軸が傾くように入射させる集光レンズ５４と、集光レンズ５４とライトガイド６０との間に設置され、ライトガイド６０の光軸中心に向かって励起光Ｌ２の透過率が減少するよう構成された傾斜フィルタ５５と、傾斜フィルタ５５を透過した励起光Ｌ２が入射端面６０ａから入射され、その入射された励起光Ｌ２を導光して出射端面６０ｂから出射する１本のライトガイド６０と、ライトガイド６０から出射された励起光Ｌ２を拡散する拡散部６１と、拡散部６１から出射された励起光Ｌ２を透過するとともに、非球面レンズ５１から出射された通常光Ｌ１を後述する集光レンズ６３に向けて反射するダイクロイックミラー６２と、ダイクロイックミラー６２を透過した励起光Ｌ２とダイクロイックミラー６２によって反射された通常光Ｌ１とを集光してライトガイドＬＧの光入射端面７０に入射させる集光レンズ６３とを備えている。 As shown in FIG. 4, the light source device 2 emits a normal light (white light) L <b> 1 having a broadband wavelength of about 400 nm to 700 nm and a normal light L <b> 1 emitted from the visible light lamp 50. An aspherical lens 51 that emits substantially parallel light, a near-infrared laser light source 52 that emits excitation light that is near-infrared light of 750 nm to 790 nm, an LD driver 53 that drives the near-infrared laser light source 52, A condensing lens 54 that condenses the excitation light L2 emitted from the near-infrared laser light source 52 and makes the optical axis of the excitation light L2 tilt with respect to the optical axis of the light guide 60 described later, and condensing A tilt filter 55 installed between the lens 54 and the light guide 60 and configured to decrease the transmittance of the excitation light L2 toward the center of the optical axis of the light guide 60, and an excitation transmitted through the tilt filter 55. Light L2 is incident from the incident end face 60a, one light guide 60 that guides the incident excitation light L2 and exits from the exit end face 60b, and diffusion that diffuses the excitation light L2 emitted from the light guide 60 A dichroic mirror 62 that transmits the excitation light L2 emitted from the diffusing unit 61 and reflects the normal light L1 emitted from the aspherical lens 51 toward a condenser lens 63 described later, and a dichroic mirror 62. And a condensing lens 63 for condensing the normal light L1 reflected by the dichroic mirror 62 and making it incident on the light incident end face 70 of the light guide LG.
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。 As the visible light lamp 50, for example, a xenon lamp is used. In this embodiment, white light is used as the normal light L1 (visible light). However, the present invention is not limited to this, and other light may be used as long as it has a visible wavelength.
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。 In this embodiment, a near infrared laser light source is used as a light source that emits near infrared light as excitation light. However, the present invention is not limited to this, and a near infrared light emitting diode may be used. .
本実施形態のライトガイド６０は単芯の光ファイバであり、具体的には、たとえばコア径が２００μｍ、ＮＡが０．３６の光ファイバを用いることができる。ただし、ライトガイドとしては、光ファイバに限らず、光ファイバと同様に入射された光の側面反射を繰り返しながら導光して出射するライトパイプなども用いることができる。また、ライトガイドの受光角は必要な照明範囲に応じて選択することができ、ＮＡが０．３６の光ファイバに限らず、ＮＡが０．４８、０．２２または０．１２の光ファイバも用いることができる。 The light guide 60 of this embodiment is a single-core optical fiber. Specifically, for example, an optical fiber having a core diameter of 200 μm and an NA of 0.36 can be used. However, the light guide is not limited to an optical fiber, and a light pipe that guides and emits light while repeating side reflection of incident light in the same manner as the optical fiber can be used. In addition, the light receiving angle of the light guide can be selected according to the required illumination range, and is not limited to an optical fiber having an NA of 0.36, but also an optical fiber having an NA of 0.48, 0.22, or 0.12. Can be used.
ここで、本実施形態においては、近赤外レーザ光源５２から出射されて集光レンズ５４によって集光された励起光Ｌ２の光軸が、ライトガイド６０の光軸に対して水平方向について１８°の角度となるように近赤外レーザ光源５２および集光レンズ５４が配置されるものとする。なお、ここでは上述した水平方向の入射角をθｘ、垂直方向の入射角θｙとし、光軸方向と一致する方向の角度を０°とする。すわなち、励起光Ｌ２の光軸が、θｘ＝１８°となるように近赤外レーザ光源５２および集光レンズ５４が配置されるものとする。また、図４においては、ライトガイド６０の光軸に対する励起光の入射角θｘ＝１８°を明確に示すために、上記水平方向を垂直方向として表しているものとする。 Here, in this embodiment, the optical axis of the excitation light L2 emitted from the near-infrared laser light source 52 and condensed by the condenser lens 54 is 18 ° in the horizontal direction with respect to the optical axis of the light guide 60. It is assumed that the near-infrared laser light source 52 and the condenser lens 54 are arranged so as to have an angle of. Here, the horizontal incident angle described above is θx, the vertical incident angle θy, and the angle in the direction that coincides with the optical axis direction is 0 °. That is, it is assumed that the near-infrared laser light source 52 and the condenser lens 54 are arranged so that the optical axis of the excitation light L2 is θx = 18 °. In FIG. 4, in order to clearly show the incident angle θx = 18 ° of the excitation light with respect to the optical axis of the light guide 60, the horizontal direction is expressed as a vertical direction.
そして、本実施形態においては、焦点距離６ｍｍの集光レンズ５４を使用して２倍の倍率で励起光Ｌ２をライトガイド６０の入射端面６０ａに集光する。集光レンズ５４は、図４に示すように、ライトガイド６０の入射端面６０ａからθｘ＝１８°の方向にｄ１＝１８ｍｍの位置に配置され、近赤外レーザ光源５２は、集光レンズ５４からθｘ＝１８°の方向にｄ２＝９ｍｍの位置に配置される。 In the present embodiment, the condensing lens 54 having a focal length of 6 mm is used to condense the excitation light L <b> 2 on the incident end surface 60 a of the light guide 60 at a double magnification. As shown in FIG. 4, the condenser lens 54 is disposed at a position of d1 = 18 mm in the direction of θx = 18 ° from the incident end face 60a of the light guide 60, and the near-infrared laser light source 52 is disposed from the condenser lens 54. It is arranged at a position of d2 = 9 mm in the direction of θx = 18 °.
また、本実施形態においては、図４に示すように、集光レンズ５４の光軸と励起光Ｌ２
の光軸とを一致させるようにしたが、これに限らず、集光レンズ５４の光軸と励起光Ｌ２の光軸とをずらすことによってライトガイド６０の光軸に対して励起光Ｌ２の光軸を傾けて入射させるようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the optical axis of the condenser lens 54 and the excitation light L2
However, the present invention is not limited to this, and the light of the excitation light L2 with respect to the optical axis of the light guide 60 is shifted by shifting the optical axis of the condenser lens 54 and the optical axis of the excitation light L2. You may make it inject by inclining an axis | shaft.
また、本実施形態においては、１つの集光レンズ５４によって励起光Ｌ２を結像させているが、すなわち１つの正のパワーを持つ光学素子でライトガイド６０に励起光Ｌ２を入射させているが、コリメートレンズなどの１つの正のパワーを持つ光学素子によって平行光にした後、集光レンズなどの１つの正のパワーを持つ光学素子によってライトガイド６０に励起光Ｌ２を入射させるようにしてもよい。また、集光レンズなどの光学素子を用いずに、近赤外レーザ光源５２から出射された励起光Ｌ２を傾斜フィルタ５５を介してライトガイド６０に直接入射させるようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, the excitation light L2 is imaged by one condenser lens 54, that is, the excitation light L2 is incident on the light guide 60 by one optical element having a positive power. The collimating lens or the like makes the parallel light by one optical element having a positive power, and then the excitation light L2 is made incident on the light guide 60 by the one optical element having a positive power such as a condenser lens. Good. Further, the excitation light L2 emitted from the near-infrared laser light source 52 may be directly incident on the light guide 60 via the inclined filter 55 without using an optical element such as a condenser lens.
また、本実施形態においては、励起光Ｌ２をライトガイド６０の入射端面６０ａに入射させる光学素子として、正のパワーをもつ集光レンズ５４を用いるようにしたが、このような集光レンズとしては、たとえば球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズを用いることができる。また、その他の光学素子として、回折格子、凹面鏡、放物面鏡も用いることができ、集光レンズやこれらの光学素子を組み合わせて用いるようにしてもよい。これらの光学素子と近赤外レーザ光源５２とのアライメントによってライトガイド６０への励起光Ｌ２の入射角度を設定することができる。 In the present embodiment, the condensing lens 54 having positive power is used as an optical element that makes the excitation light L2 incident on the incident end surface 60a of the light guide 60. However, as such a condensing lens, For example, a spherical lens, an aspherical lens, or a Fresnel lens can be used. Further, as other optical elements, a diffraction grating, a concave mirror, and a parabolic mirror can be used, and a condensing lens and these optical elements may be used in combination. The incident angle of the excitation light L <b> 2 to the light guide 60 can be set by the alignment between these optical elements and the near-infrared laser light source 52.
傾斜フィルタ５５は、上述したようにライトガイド６０の光軸中心に向かって励起光Ｌ２の透過率が減少するよう構成されたものであり、低角度でライトガイド６０に入射する励起光Ｌ２の入射光量よりも高角度でライトガイド６０に入射する励起光Ｌ２の入射光量を増加させるために設けられるものである。傾斜フィルタ５５は、励起光Ｌ２の透過率が、ライトガイド６０の光軸に近づくにつれ低くなり、ライトガイド６０からの出射光の照度分布が均一となるようにライトガイド６０の径方向に向け透過率が変化するように構成されたものである。 As described above, the inclined filter 55 is configured so that the transmittance of the excitation light L2 decreases toward the center of the optical axis of the light guide 60, and the incidence of the excitation light L2 incident on the light guide 60 at a low angle. It is provided to increase the incident light amount of the excitation light L2 incident on the light guide 60 at a higher angle than the light amount. The inclined filter 55 transmits the excitation light L2 in the radial direction of the light guide 60 so that the transmittance of the excitation light L2 becomes lower as it approaches the optical axis of the light guide 60 and the illuminance distribution of the light emitted from the light guide 60 becomes uniform. The rate is configured to change.
傾斜フィルタ５５の透過率勾配は、ガラスなどの基材にコーティングする金属膜の厚さを連続的に変えるか、もしくは基材上に配置される粒子の濃度を連続的に変えるなど、公知の傾斜フィルタの作製方法を利用して形成することができる。 The transmittance gradient of the gradient filter 55 is a known gradient such as continuously changing the thickness of a metal film coated on a substrate such as glass or continuously changing the concentration of particles arranged on the substrate. The filter can be formed by using a manufacturing method.
傾斜フィルタ５５は、ライトガイド６０の入射端面６０ａからｄ３＝１０ｍｍの位置に配置され、入射される励起光Ｌ２の光量分布を、励起光Ｌ２のライトガイド６０への入射角θｘに応じて調整する。図５は、本実施形態おける傾斜フィルタ５５が有する励起光Ｌ２の入射角θｘに対する励起光Ｌ２の透過率分布の一例を示すものである。すなわち、本実施形態においては、ライトガイド６０に対してθｘ＝−１０°より小さな入射角で入射される励起光Ｌ２に対しては透過率が０であり、θｘ＝２０°より大きな角度で入射される励起光Ｌ２に対しては透過率が１であり、θｘ＝−１０°〜２０°の角度で入射される励起光Ｌ２に対しては線形に増加する（ライトガイド６０の光軸中心に向かって線形に減少する）透過率となるような透過率分布を有する傾斜フィルタ５５を用いる。なお、本実施形態においては、θｘ＝−１０°〜２０°の角度で入射される励起光Ｌ２に対して線形に増加する透過率を有する透過率分布としたが、必ずしも線形である必要はなく、透過率が単調増加（ライトガイド６０の光軸中心に向かって単調減少）するものを用いるようにすればよく、たとえば２次関数的に増加する透過率を有する透過率分布の傾斜フィルタを用いるようにしてもよい。 The inclined filter 55 is disposed at a position of d3 = 10 mm from the incident end face 60a of the light guide 60, and adjusts the light amount distribution of the incident excitation light L2 according to the incident angle θx of the excitation light L2 to the light guide 60. . FIG. 5 shows an example of the transmittance distribution of the excitation light L2 with respect to the incident angle θx of the excitation light L2 included in the inclined filter 55 in the present embodiment. That is, in the present embodiment, the transmittance is 0 for the excitation light L2 incident on the light guide 60 at an incident angle smaller than θx = −10 °, and incident at an angle larger than θx = 20 °. The transmittance is 1 for the excitation light L2 to be emitted, and increases linearly for the excitation light L2 incident at an angle of θx = −10 ° to 20 ° (in the center of the optical axis of the light guide 60). A gradient filter 55 having a transmittance distribution such that the transmittance is linearly decreased) is used. In the present embodiment, the transmittance distribution has a transmittance that increases linearly with respect to the excitation light L2 incident at an angle of θx = −10 ° to 20 °. However, the transmittance distribution is not necessarily linear. It is sufficient to use a filter whose transmittance increases monotonously (monotonically decreases toward the center of the optical axis of the light guide 60). For example, a gradient filter having a transmittance distribution having a transmittance that increases in a quadratic function is used. You may do it.
ここで、傾斜フィルタ５５とライトガイド６０の入射端面６０ａとの距離をｄ３、傾斜フィルタ５５上の点とライトガイド６０の光軸との距離をｘとする。このとき、θｘの入射角の励起光Ｌ２が傾斜フィルタ５５上を通る位置ｘは、ｘ＝ｄ３ｔａｎθｘと表すことができる。そして、上述したように傾斜フィルタ５５は、ライトガイド６０の入射端面６０ａからｄ３＝１０ｍｍの位置に配置されているため、θｘ＝−１０°の入射角に対応する傾斜フィルタ５５上の位置はｘ＝１０×ｔａｎ（−１０°）≒−１．７６ｍｍとなり、θｘ＝＋２０°の入射角に対応する傾斜フィルタ上の位置はｘ＝１０×ｔａｎ（＋２０°）≒３．６３ｍｍとなるので、これらの位置ｘにおける励起光Ｌ２の透過率が図５に示す透過率となるように傾斜フィルタ５５の位置が調整される。なお、傾斜フィルタ５５の透過率はθｙに依存しないものとする。 Here, the distance between the inclined filter 55 and the incident end face 60a of the light guide 60 is d3, and the distance between the point on the inclined filter 55 and the optical axis of the light guide 60 is x. At this time, the position x through which the excitation light L2 having an incident angle of θx passes on the inclined filter 55 can be expressed as x = d3 tan θx. As described above, since the tilt filter 55 is disposed at a position of d3 = 10 mm from the incident end face 60a of the light guide 60, the position on the tilt filter 55 corresponding to the incident angle of θx = −10 ° is x. = 10 × tan (−10 °) ≈−1.76 mm, and the position on the inclined filter corresponding to the incident angle of θx = + 20 ° is x = 10 × tan (+ 20 °) ≈3.63 mm. The position of the gradient filter 55 is adjusted so that the transmittance of the excitation light L2 at the position x becomes the transmittance shown in FIG. It is assumed that the transmittance of the gradient filter 55 does not depend on θy.
また、本実施形態においては、ライトガイド６０の入射端面６０ａと集光レンズ５４との間に傾斜フィルタ５５を配置するようにしたが、励起光Ｌ２に対して上記と同様の入射角依存性が得られる限り、その他の場所に配置するようにしてもよい。たとえば近赤外レーザ光源５２と集光レンズ５４との間に配置してもよいし、また、近赤外レーザ光源５２と集光レンズ５４との間にコリメートレンズを設ける場合には、コリメートレンズと集光レンズ５４との間に配置するようにしてもよい。 In the present embodiment, the inclined filter 55 is disposed between the incident end face 60a of the light guide 60 and the condenser lens 54. However, the incident angle dependency similar to the above is applied to the excitation light L2. You may make it arrange | position in another place, as long as it is obtained. For example, it may be disposed between the near-infrared laser light source 52 and the condensing lens 54, and when a collimating lens is provided between the near-infrared laser light source 52 and the condensing lens 54, the collimating lens And the condensing lens 54 may be arranged.
図６は、上記のような構成によってライトガイド６０に入射される励起光Ｌ２の入射角度分布の計算値を示すものである。図５における点線の円はライトガイド６０の受入角であり、この受入角内に入射された励起光Ｌ２がライトガイド６０内を伝播することになる。そして、このとき励起光Ｌ２の角度分布は、ライトガイド６０内を伝播するうちに方位角方向に平均化され、光軸について対称な照度分布で出射される。図７は、本実施形態のように傾斜フィルタを用いた場合における励起光Ｌ２の出射光分布の計算値と、傾斜フィルタを用いない場合における励起光Ｌ２の出射光分布の計算値とを示すものである。図７に示すように、傾斜フィルタ５５を用いた場合には、±２０°の照射範囲内で高い均一性を得ることができる。なお、図７における斜線部分は、ライトガイド６０の許容ＮＡの限界により伝播しない。 FIG. 6 shows calculated values of the incident angle distribution of the excitation light L2 incident on the light guide 60 with the above-described configuration. A dotted circle in FIG. 5 is an acceptance angle of the light guide 60, and the excitation light L <b> 2 incident within the acceptance angle propagates through the light guide 60. At this time, the angle distribution of the excitation light L2 is averaged in the azimuth direction while propagating through the light guide 60, and emitted with an illuminance distribution that is symmetric about the optical axis. FIG. 7 shows the calculated value of the emitted light distribution of the excitation light L2 when the inclined filter is used as in the present embodiment and the calculated value of the emitted light distribution of the excited light L2 when the inclined filter is not used. It is. As shown in FIG. 7, when the inclined filter 55 is used, high uniformity can be obtained within an irradiation range of ± 20 °. 7 does not propagate due to the allowable NA limit of the light guide 60.
また、本実施形態においては、励起光Ｌ２が入射されるライトガイド６０を１本だけ設けるようにしたが、これに限らず、上述したように傾斜フィルタ５５を透過した励起光Ｌ２が入射されるライトガイド６０を複数本設けるようにしてもよい。たとえば、光ファイバを複数本束ねたバンドル光ファイバを用いるようにしてもよい。 In this embodiment, only one light guide 60 to which the excitation light L2 is incident is provided. However, the present invention is not limited to this, and the excitation light L2 that has passed through the inclined filter 55 is incident as described above. A plurality of light guides 60 may be provided. For example, a bundle optical fiber in which a plurality of optical fibers are bundled may be used.
拡散部６１は、ライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射された励起光Ｌ２を拡散して略均一な照度分布を有するような励起光Ｌ２を出射するものである。拡散部６１としては、たとえば、磨りガラスやマイクロレンズアレイ、微小凹凸構造、微粒子分散膜、その他拡散作用のある光学素子として公知のものを利用することができる。 The diffusion unit 61 diffuses the excitation light L2 emitted from the emission end face 60b of the light guide 60 and emits the excitation light L2 having a substantially uniform illuminance distribution. As the diffusing unit 61, for example, frosted glass, a microlens array, a micro uneven structure, a fine particle dispersed film, or other optical elements having a diffusing action can be used.
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。 As described above, the dichroic mirror 62 reflects the normal light L1 and transmits the excitation light L2, and is disposed with an inclination of 45 ° with respect to the optical axis direction of the condenser lens 63.
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。 As described above, the condenser lens 63 receives the normal light L1 that has been made substantially parallel light by the aspheric lens 51, and condenses the normal light L1 on the light incident end face 70 of the light guide LG. In addition, the excitation light L2 emitted from the diffusing unit 61 is incident, and the excitation light L2 is collected and incident on the light incident end face 70 of the light guide LG.
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。 In the present embodiment, near-infrared light is used as the excitation light. However, the present invention is not limited to this, and other wavelengths narrower than normal light having a wide-band wavelength can be used. And excitation light is not limited to the light of the said wavelength range, It determines suitably by the kind of fluorescent pigment | dye, or the kind of biological tissue made to autofluoresce.
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。 Next, the operation of the rigid endoscope system of this embodiment will be described.
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。 First, the connector C of the light guide LG connected to the light source device 2 is connected to the cable connection portion 30c of the insertion member 30b of the body cavity insertion portion 30, and the connector 5b of the cable 5 connected to the processor 3 is connected to the imaging unit 20. Connected to.
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。 Next, after the light source device 2 is turned on, the user inserts the body cavity insertion part 30 into the body cavity, and the tip of the body cavity insertion part 30 is installed in the vicinity of the observed part.
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。 Then, the normal light L 1 is emitted from the visible light lamp 50 of the light source device 2, and the normal light L 1 is made substantially parallel light by the aspherical lens 51 and then reflected by the dichroic mirror 62 in a right angle direction to the condenser lens 63. Then, the light is collected by the condenser lens 63 and is incident on the light incident end face 70 of the light guide LG.
一方、光源装置２の近赤外レーザ光源５２から励起光Ｌ２が出射され、その励起光Ｌ２は集光レンズ５４に入射される。 On the other hand, the excitation light L 2 is emitted from the near-infrared laser light source 52 of the light source device 2, and the excitation light L 2 enters the condenser lens 54.
そして、集光レンズ５９に入射された励起光Ｌ２は、傾斜フィルタ５５に入射され、傾斜フィルタ５５において入射角度に応じた光量分布に調整される。そして、傾斜フィルタ５５を透過した励起光Ｌ２は、ライトガイド６０の光軸に対して励起光Ｌ２の光軸が傾くようにして入射される。そして、ライトガイド６０に入射された励起光Ｌ２はライトガイド６０によって平均化されて導光されたあとライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射され、その励起光Ｌ２は拡散部６１によって拡散されてダイクロイックミラー６２を透過したあと集光レンズ６３に入射される。そして、集光レンズ６３に入射された励起光Ｌ２は、集光レンズ６３によって集光されてライトガイドＬＧの光入射端面７０に入射される。 Then, the excitation light L2 incident on the condenser lens 59 is incident on the inclined filter 55, and is adjusted to a light amount distribution according to the incident angle in the inclined filter 55. Then, the excitation light L <b> 2 that has passed through the inclined filter 55 is incident such that the optical axis of the excitation light L <b> 2 is inclined with respect to the optical axis of the light guide 60. The excitation light L2 incident on the light guide 60 is averaged and guided by the light guide 60 and then emitted from the emission end surface 60b of the light guide 60. The excitation light L2 is diffused by the diffusion unit 61 and is dichroic. After passing through the mirror 62, the light enters the condenser lens 63. Then, the excitation light L2 incident on the condenser lens 63 is condensed by the condenser lens 63 and incident on the light incident end face 70 of the light guide LG.
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。 Next, the normal light L1 and the excitation light L2 incident on the light incident end face 70 of the light guide LG as described above are guided by the light guide LG and incident on the multimode optical fiber 30g in the body cavity insertion portion 30. The normal light L1 and the excitation light L2 incident from the end face and guided by the multimode optical fiber 30g are irradiated from the distal end of the body cavity insertion portion 30 toward the observed portion.
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。 And the normal image based on the reflected light reflected from the observed part by the irradiation of the normal light L1 as described above is picked up, and the fluorescent image based on the fluorescence emitted from the observed part by the irradiation of the excitation light L2 is obtained. Imaged. It should be noted that ICG is administered to the observed part in advance, and fluorescence emitted from the ICG is imaged.
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。 Specifically, when the normal image is captured, the normal image L3 based on the reflected light reflected from the observed portion by the irradiation of the normal light L1 is incident from the distal end portion 30Y of the insertion member 30b, and the inside of the insertion member 30b. Are guided by the relay lens 30 f and emitted toward the imaging unit 20.
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。 The normal image L3 incident on the imaging unit 20 is reflected by the dichroic prism 21 in the direction perpendicular to the imaging element 26, and is imaged on the imaging surface of the imaging element 26 by the second imaging optical system 25. 26 sequentially captures images at a predetermined frame rate.
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。 The normal image signals sequentially output from the image sensor 26 are subjected to CDS / AGC (correlated double sampling / automatic gain control) processing and A / D conversion processing in the imaging control unit 27, and then the processor via the cable 5. 3 are sequentially output.
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。 The normal image signal input to the processor 3 is temporarily stored in the normal image input controller 41 and then stored in the memory 44. Then, the normal image signal for each frame read from the memory 44 is subjected to gradation correction processing and sharpness correction processing in the image processing unit 43 and then sequentially output to the video output unit 45.
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。 Then, the video output unit 45 performs a predetermined process on the input normal image signal to generate a display control signal, and sequentially outputs the display control signal for each frame to the monitor 4. The monitor 4 displays a normal image based on the input display control signal.
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。 On the other hand, when capturing a fluorescent image, a fluorescent image L4 based on the fluorescence emitted from the observed portion by irradiation with the excitation light L2 is incident from the distal end portion 30Y of the insertion member 30b, and the relay lens 30f in the insertion member 30b. Is guided toward the image pickup unit 20.
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。 The fluorescent image L4 incident on the imaging unit 20 passes through the dichroic prism 21 and the excitation light cut filter 22, and is then imaged on the imaging surface of the high-sensitivity imaging element 24 by the first imaging optical system 23, and has high sensitivity. Images are taken at a predetermined frame rate by the image sensor 24.
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。 The fluorescent image signals sequentially output from the high-sensitivity image sensor 24 are subjected to CDS / AGC (correlated double sampling / automatic gain control) processing and A / D conversion processing in the imaging control unit 27, and then passed through the cable 5. Are sequentially output to the processor 3.
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。 The fluorescence image signal input to the processor 3 is temporarily stored in the fluorescence image input controller 42 and then stored in the memory 44. Then, the fluorescence image signal for each frame read from the memory 44 is subjected to predetermined image processing in the image processing unit 43 and then sequentially output to the video output unit 45.
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。 Then, the video output unit 45 performs a predetermined process on the input fluorescent image signal to generate a display control signal, and sequentially outputs the display control signal for each frame to the monitor 4. The monitor 4 displays a fluorescent image based on the input display control signal.
上記実施形態の硬性鏡システムによれば、入射された光の側面反射を繰り返しながら導光して出射するライトガイド６０の光軸に対して、励起光Ｌ２の光軸が傾いて入射されるよう近赤外レーザ光源５１を配置するようにしたので、ライトガイド６０内において高角度成分で平均化される励起光を増加させることができ、これによりある程度均一化された照度分布の励起光を得ることができる。そして、このときさらにライトガイド６０の光軸中心に向かって励起光Ｌ２の透過率が減少するような傾斜フィルタ５５を設け、この傾斜フィルタ５５を透過した励起光Ｌ２をライトガイド６０へ比較的小さな入射角で入射させるようにしたので、斜め方向からのライトガイド６０への励起光Ｌ２の入射による照度の減少を抑制することができ、十分かつ均一な照度分布の励起光Ｌ２をライトガイド６０から出射させることができる。 According to the rigid endoscope system of the above-described embodiment, the optical axis of the excitation light L2 is inclined and incident with respect to the optical axis of the light guide 60 that is guided and emitted while repeating side reflection of the incident light. Since the near-infrared laser light source 51 is arranged, it is possible to increase the excitation light that is averaged with a high angle component in the light guide 60, thereby obtaining the excitation light having a uniform illuminance distribution. be able to. At this time, an inclined filter 55 is provided so that the transmittance of the excitation light L2 decreases toward the center of the optical axis of the light guide 60. The excitation light L2 transmitted through the inclined filter 55 is relatively small to the light guide 60. Since the incident light is made incident at an incident angle, a decrease in illuminance due to the incidence of the excitation light L2 on the light guide 60 from an oblique direction can be suppressed, and the excitation light L2 having a sufficient and uniform illuminance distribution is transmitted from the light guide 60. Can be emitted.
そして、このライトガイド６０の出射端面６０ｂから出射された励起光Ｌ２を被観察部に照射することによって被観察部に対して十分な強度かつ均一な照度分布の光を照射することができる。 Then, by irradiating the observed part with the excitation light L2 emitted from the emission end face 60b of the light guide 60, it is possible to irradiate the observed part with light having sufficient intensity and uniform illuminance distribution.
ここで、上述した実施形態に対する比較例として、上記実施形態のように傾斜フィルタを用いることなく、ライトガイド６０の光軸に対して水平方向について３５°の入射角で励起光Ｌ２を入射した場合の入射光の角度分布の計算値を図８に、ライトガイド６０から出射される出射光の照度分布の計算値を図９に示す。図８における点線の円もライトガイド６０の受入角を示したものである。この場合、上記実施形態よりも高角度で入射することによって図９に示すように平坦な照度分布が得ることができるが、斜め方向からのライトガイド６０への励起光Ｌ２の入射による照度の減少によって、上記実施形態のように傾斜フィルタを用いた場合と比較すると約７０％の照度しか得ることができない。 Here, as a comparative example to the above-described embodiment, when the excitation light L2 is incident at an incident angle of 35 ° in the horizontal direction with respect to the optical axis of the light guide 60 without using the inclined filter as in the above-described embodiment. FIG. 8 shows the calculated value of the angular distribution of the incident light, and FIG. 9 shows the calculated value of the illuminance distribution of the emitted light emitted from the light guide 60. The dotted circle in FIG. 8 also shows the acceptance angle of the light guide 60. In this case, a flat illuminance distribution as shown in FIG. 9 can be obtained by entering at a higher angle than in the above embodiment, but the illuminance decreases due to the incidence of the excitation light L2 on the light guide 60 from an oblique direction. Therefore, only about 70% of illuminance can be obtained as compared with the case of using the gradient filter as in the above embodiment.
また、上記実施形態の硬性鏡システムの光源装置２においては、ライトガイド６０の光軸に対して斜め方向から励起光Ｌ２を入射するようにしたが、このようにライトガイド６０の光軸に対して斜め方向から励起光を入射端面６０ａに入射させた場合、入射端面６０ａに対する励起光の入射方向が垂直ではなく、垂直方向から傾いた方向となるため励起光の入射面の形状は楕円となって見込みサイズが減少し、光量の損失を招くことになる。 In the light source device 2 of the rigid endoscope system according to the above embodiment, the excitation light L2 is incident on the optical axis of the light guide 60 from an oblique direction. When the excitation light is incident on the incident end surface 60a from an oblique direction, the incident direction of the excitation light with respect to the incident end surface 60a is not vertical, but is inclined from the vertical direction, so that the shape of the excitation light incident surface is an ellipse. As a result, the expected size is reduced and the amount of light is lost.
そこで、たとえば、ライトガイド６０の光軸に対して斜め方向から入射される励起光Ｌ２のビーム断面形状と、励起光の入射面の形状とが同じになるように、励起光Ｌ２のビーム断面形状を楕円とする光学系を設けるようにしてもよい。 Therefore, for example, the beam cross-sectional shape of the excitation light L2 so that the beam cross-sectional shape of the excitation light L2 incident from the oblique direction with respect to the optical axis of the light guide 60 is the same as the shape of the incident surface of the excitation light. An optical system having an ellipse may be provided.
このような光学系を用いる構成としては、たとえば、図１０に示すように、近赤外レーザ光源５２から射出された励起光Ｌ２を焦点距離ｄ４＝９ｍｍのコリメートレンズ５６によりコリメートした後、アナモルフィックプリズムペア５７によりビーム断面形状を楕円にし、これを焦点距離ｄ１＝１８ｍｍの集光レンズ５４に入射させる構成を採用することができる。なお、ライトガイド６０の材料、ライトガイド６０への入射角度、傾斜フィルタ５５の配置および透過率分布などについては上記実施形態と同様である。また、ライトガイド６０の入射端面６０ａと傾斜フィルタ５５との距離ｄ３も、上記実施形態と同様にｄ３＝１０ｍｍである。このような構成においても、上記実施形態と同様に、ライトガイド６０に入射された励起光Ｌ２はライトガイド６０内で平均化され、均一な照度分布の出射光を得ることができる。そして、ライトガイド６０に入射される励起光Ｌ２の光軸がライトガイド６０の光軸に対してθｘ＝１８°傾いているため、ライトガイド６０の入射端面６０ａの見込みサイズは本来のサイズの９５％となるが、上記光学系によって励起光Ｌ２のビーム断面形状を楕円にすることによって、上述した入射端面６０ａの見込みサイズの減少による光量の損失を低減することができる。 As a configuration using such an optical system, for example, as shown in FIG. 10, the excitation light L2 emitted from the near-infrared laser light source 52 is collimated by a collimating lens 56 having a focal length d4 = 9 mm, and then anamorphic. It is possible to adopt a configuration in which the beam cross-sectional shape is made into an ellipse by the Fick prism pair 57 and made incident on the condensing lens 54 having a focal length d1 = 18 mm. The material of the light guide 60, the incident angle to the light guide 60, the arrangement of the inclined filter 55, the transmittance distribution, and the like are the same as in the above embodiment. Further, the distance d3 between the incident end face 60a of the light guide 60 and the inclined filter 55 is also d3 = 10 mm as in the above embodiment. Even in such a configuration, similarly to the above-described embodiment, the excitation light L2 incident on the light guide 60 is averaged in the light guide 60, and emitted light having a uniform illuminance distribution can be obtained. Since the optical axis of the excitation light L2 incident on the light guide 60 is inclined by θx = 18 ° with respect to the optical axis of the light guide 60, the expected size of the incident end face 60a of the light guide 60 is 95 of the original size. However, by making the beam cross-sectional shape of the excitation light L2 elliptical by the optical system, it is possible to reduce the loss of light quantity due to the reduction in the expected size of the incident end face 60a.
上記光学系としては、たとえば図１０に示すようなアナモルフィックプリズムを用いることができる。ただし、これに限らずその他の公知な光学系を用いることができ、たとえばウェッジプレートやシリンドリカルレンズなども用いることができる。 As the optical system, for example, an anamorphic prism as shown in FIG. 10 can be used. However, the present invention is not limited to this, and other known optical systems can be used. For example, a wedge plate or a cylindrical lens can also be used.
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。 Thus, by providing the optical system that makes the beam cross-sectional shape of the excitation light elliptical, it is possible to prevent the above-described loss of light amount.
また、上記実施形態の硬性鏡システムにおいては、励起光Ｌ２が入射されるライトガイド６０を光源装置内に設けるようにしたが、たとえば体腔挿入部３０に接続されるライトガイドＬＧとして単芯の光ファイバなどを用いる場合には、光源装置内にライトガイド６０を設ける必要はなく、集光レンズ５４によって集光された励起光Ｌ２を傾斜フィルタ５５を介してライトガイドＬＧに直接入射させるようにすればよい。 In the rigid endoscope system of the above embodiment, the light guide 60 to which the excitation light L2 is incident is provided in the light source device. However, for example, the light guide LG connected to the body cavity insertion unit 30 is a single-core light. When using a fiber or the like, it is not necessary to provide the light guide 60 in the light source device, and the excitation light L2 collected by the condenser lens 54 is directly incident on the light guide LG through the inclined filter 55. That's fine.
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。 In the rigid endoscope system of the above-described embodiment, the fluorescent image is captured by the first imaging system. However, the present invention is not limited to this, and the light absorption characteristics of the observed part due to the irradiation of the special light to the observed part are not limited. You may make it image the image based on.
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。 Moreover, although the said embodiment applies the light source device of this invention to a rigid endoscope system, you may apply not only to this but a flexible endoscope system, for example.
１ 硬性鏡システム
２ 光源装置
３ プロセッサ
４ モニタ
５ ケーブル
１０ 硬性鏡撮像装置
２０ 撮像ユニット
２４ 高感度撮像素子
２６ 撮像素子
３０ 体腔挿入部
３０ｆ リレーレンズ
３０ｇ マルチモード光ファイバ
５０ 可視光ランプ
５１ 非球面レンズ
５２ 近赤外レーザ光源
５４ 集光レンズ
５５ 傾斜フィルタ
５９ 集光レンズ
６０ ライトガイド
６０ａ 入射端面
６０ｂ 出射端面
６１ 拡散部
６２ ダイクロイックミラー
６３ 集光レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rigid endoscope system 2 Light source device 3 Processor 4 Monitor 5 Cable 10 Rigid endoscope imaging device 20 Imaging unit 24 High sensitivity imaging device 26 Imaging device 30 Body cavity insertion part 30f Relay lens 30g Multimode optical fiber 50 Visible light lamp 51 Aspherical lens 52 Near-infrared laser light source 54 Condensing lens 55 Tilting filter 59 Condensing lens 60 Light guide 60a Incident end face 60b Outgoing end face 61 Diffusion part 62 Dichroic mirror 63 Condensing lens
Claims (8)
該光源と前記ライトガイドの前記照射光の入射端面との間に設けられ、前記照射光が入射されるとともに、前記ライトガイドの光軸中心に向かって前記照射光の透過率が減少するよう構成された傾斜フィルタとを備えたものであることを特徴とする光源装置。 The irradiated light is emitted to the observed part, and the incident light is incident with the optical axis of the irradiated light being inclined with respect to the optical axis of the light guide that guides and emits the incident light while repeating side reflection. A light source arranged so that
Provided between the light source and the incident end surface of the light guide of the light guide so that the light is incident and the transmittance of the light is reduced toward the center of the optical axis of the light guide A light source device comprising a tilted filter.
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