JP2019130155A - 内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】スペックルによるノイズの少ない画像を得ることができる内視鏡を提供する。【解決手段】内視鏡１は、観察対象物を観察するための観察端１２を有するガイドチューブ１０と、レーザ光を出射する半導体レーザ素子を含むレーザ光源２０と、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光をガイドチューブ１０の観察端１２に伝搬する照明光ファイバ３０と、照明光ファイバ３０を伝搬してきたレーザ光をガイドチューブ１０の観察端１２で拡散させて観察対象物に照射する拡散板とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡に係り、特に観察対象を照明することのできる内視鏡に関するものである。

従来から、ファイバスコープや硬性鏡、電子内視鏡など様々な種類の内視鏡が開発されている。このような内視鏡においては、観察対象物の状態を精度よく観察するために、レーザ光を観察対象物に照射することも行われている（例えば、特許文献１参照）。レーザ光は、一般的にコヒーレンスが高く、干渉を生じやすい。したがって、このようなレーザ光を観察対象物に照射した場合には、レーザ光の干渉によってスペックルと呼ばれるノイズが発生する。このようなスペックルにより、内視鏡により観察される画像にリング状の模様が生じたり、ちらつきが生じたりしてしまう。

特開２００８−４３４９３号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、スペックルによるノイズの少ない画像を得ることができる内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、スペックルによるノイズの少ない画像を得ることができる内視鏡が提供される。この内視鏡は、観察対象物を観察するための観察端を有するガイドチューブと、レーザ光を出射する少なくとも１つの半導体レーザ素子を含むレーザ光源と、上記少なくとも１つの半導体レーザ素子から出射された上記レーザ光を上記ガイドチューブの上記観察端に伝搬する照明光ファイバと、上記照明光ファイバを伝搬してきた上記レーザ光を上記ガイドチューブの上記観察端で拡散させて上記観察対象物に照射する拡散部とを備える。

このような構成により、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が照明光ファイバ内を伝搬し、このレーザ光がガイドチューブの観察端において拡散部により散乱した状態で観察対象物に照射されるので、観察対象物上でのレーザ光の干渉が抑えられ、スペックルによるノイズの少ない画像を得ることができる。

上記少なくとも１つの半導体レーザ素子は、波長域の異なるレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子を含んでいてもよい。波長域の異なるレーザ光を照明光ファイバに入射させる際には、波長による集光角の差が生じるため、レーザ光をガイドチューブの観察端から観察対象物にそのまま照射した場合には色ムラが生じやすいが、レーザ光が拡散部によって散乱された状態で観察対象物に照射されるため、異なる波長域のレーザ光が拡散部で均一化され、より均一な光を観察対象物に照射することができる。

上記拡散部は、上記照明光ファイバの端部に取り付けられた拡散板により構成されていてもよい。あるいは、上記拡散部は、上記照明光ファイバの端面を粗研磨することにより形成されていてもよく、上記照明光ファイバの端部を化学的に劣化させることにより形成されていてもよい。

本発明によれば、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が照明光ファイバ内を伝搬し、このレーザ光がガイドチューブの観察端において拡散部により散乱した状態で観察対象物に照射されるので、観察対象物上でのレーザ光の干渉が抑えられ、スペックルによるノイズの少ない画像を得ることができる。

図１は、本発明の一実施形態における内視鏡の全体構成を示す模式図である。 図２は、図１に示す内視鏡のレーザ光源の詳細を示す模式図である。 図３は、図１に示す内視鏡のガイドチューブの先端部を拡大して示す模式的断面図である。 図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。 図５は、図３のガイドチューブ内の照明光ファイバの端部を拡大して示す模式図である。 図６は、本発明の他の実施形態における内視鏡のガイドチューブ内の照明光ファイバの端部を拡大して示す模式図である。 図７Ａは、図１に示す内視鏡において照明光ファイバの端部に拡散板を設けずに照明光ファイバからレーザ光を照射したときに観察される画像を示す写真である。 図７Ｂは、図５に示す照明光ファイバからレーザ光を照射したときに観察される画像を示す写真である。 図７Ｃは、図６に示す照明光ファイバからレーザ光を照射したときに観察される画像を示す写真である。

以下、本発明に係る内視鏡の実施形態について図１から図７Ｃを参照して詳細に説明する。なお、図１から図７Ｃにおいて、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図７Ｃにおいては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。

図１は、本発明の一実施形態における内視鏡１の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態における内視鏡１は、観察対象の近傍に挿入できるように屈曲可能なガイドチューブ１０と、観察対象を照明するレーザ光を出力するレーザ光源２０と、レーザ光源２０から出力されたレーザ光をガイドチューブ１０の先端（観察端）１２に伝搬する照明光ファイバ３０と、照明光ファイバ３０からのレーザ光が観察対象で反射した光（画像光）を伝送するイメージファイバ４０と、イメージファイバ４０により伝送された画像光を撮像するＣＣＤカメラ５０と、イメージファイバ４０からの画像光をＣＣＤカメラ５０に導く撮像レンズ６０と、信号ライン５２を介してＣＣＤカメラ５０から送られる画像を出力するビデオモニタ７０とを含んでいる。

照明光ファイバ３０は、単一のコアとこのコアを被覆するクラッドとを含む光ファイバであり、コネクタ３２を介してレーザ光源２０に接続されている。また、イメージファイバ４０は、多数本のコアとこれらのコアを覆うクラッドとを含む光ファイバであり、コネクタ４２を介して撮像レンズ６０に接続されている。

図２は、レーザ光源２０の詳細を示す模式図である。図２に示すように、本実施形態におけるレーザ光源２０は、３つの半導体レーザ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃと、それぞれの半導体レーザ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃから出射されたレーザ光をコリメートするコリメートレンズ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃと、コリメートレンズ２４Ａからのレーザ光を反射するミラー２６Ａと、コリメートレンズ２４Ｃからのレーザ光を反射するミラー２６Ｃと，コリメートレンズ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃによりコリメートされたレーザ光を合波するビームスプリッタ２８と、ビームスプリッタ２８により同一光軸上に合波されたレーザ光を照明光ファイバ３０に光学的に結合させる集光レンズ２９とを含んでいる。本実施形態における半導体レーザ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃは、赤色の波長域のレーザ光を出射する半導体レーザ素子２２Ａと、緑色の波長域のレーザ光を出射する半導体レーザ素子２２Ｂと、青色の波長域のレーザ光を出射する半導体レーザ素子２２Ｃとを含んでおり、これらの半導体レーザ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃからのレーザ光を合波することで白色の照明レーザ光を観察対象物に照明できるようになっている。

図３は、図１に示すガイドチューブ１０の先端部を拡大して示す模式的断面図、図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。図３に示すように、ガイドチューブ１０の内部には、上述した照明光ファイバ３０とイメージファイバ４０とが挿通されている。照明光ファイバ３０は、ガイドチューブ１０の観察端１２の端面まで延びている。イメージファイバ４０の端部には、スリーブ４４を介して対物レンズ４６が取り付けられており、この対物レンズ４６は、図示しない樹脂により照明光ファイバ３０とともにガイドチューブ１０の観察端１２に固定されている。

図５は、ガイドチューブ１０内の照明光ファイバ３０の端部を拡大して示す模式図である。図５に示すように、本実施形態における照明光ファイバ３０の端部には、照明光ファイバ３０を伝搬してきたレーザ光を拡散させて観察対象物に照射する拡散板８０が取り付けられている。この拡散板８０は、ガイドチューブ１０の観察端１２の端面に位置することが好ましい。

拡散板８０は、例えば、ポリカーボネート、アクリル、塩化ビニルなどの樹脂を基材とした光拡散フィルムであってもよいし、ＢＫ７ガラスや石英ガラスなどのガラス材を基材とし、その表面を磨りガラス状にしたフロスト型拡散板であってもよいし、ガラス基板上に乳白色（オパール）層を形成したオパール光拡散ガラスなどであってもよい。この拡散板８０は、照明光ファイバ３０の端面に接着材などで貼付してもよい。

上述した構成の内視鏡１によれば、複数の半導体レーザ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃから出射されたレーザ光が合波されて白色光として照明光ファイバ３０内を伝搬し、このレーザ光がガイドチューブ１０の観察端１２に配置された拡散板８０によって散乱した状態で観察対象物に照射されることとなる。これにより、観察対象物上でのレーザ光の干渉が抑えられ、スペックルによるノイズの少ない画像を得ることができる。また、本実施形態では、複数の半導体レーザ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃから波長域の異なるレーザ光を照明光ファイバ３０に入射させる際に波長による集光角の差が生じるため、ガイドチューブ１０の観察端１２からそのままレーザ光を観察対象物に照射した場合には色ムラが生じやすいが、本実施形態では、レーザ光が拡散板８０によって散乱された状態で観察対象物に照射されるため、異なる波長域のレーザ光が拡散板８０で均一化され、より均一な白色光を観察対象物に照射することができる。

このように、本実施形態における拡散板８０は、照明光ファイバ３０を伝搬してきたレーザ光をガイドチューブ１０の観察端１２で拡散させて観察対象物に照射する拡散部として機能する。

ここで、ランプ光源からの光を集光して光ファイババンドルで伝送して観察対象物を照明する内視鏡も知られているが、このような内視鏡は、観察対象物を十分な照度で照明するために多数の光ファイバを束ねた光ファイババンドルを必要とする。このため、ガイドチューブの外径を小さくすることが難しいという問題がある。また、ガイドチューブの先端に照明用の白色ＬＥＤを取り付けた内視鏡も知られているが、ＬＥＤモジュールの小型化には限界があるため、このような内視鏡のガイドチューブを小径化することは難しい。これに対して、本実施形態の内視鏡１は、ランプ光源よりもエネルギーが高く集光性にも優れたレーザ光を用いているため、照明光ファイバ３０を単一の光ファイバで構成することができその径を小さくすることができる。このため、ガイドチューブ１０の小径化が可能である。また、レーザ光は、エネルギー密度が高く、高い直進性を有することから、高輝度の照明を実現することができ、本実施形態における内視鏡１を従来の内視鏡では適さなかった遠方の観察に適用することも可能である。

例えば、従来の内視鏡において、３００Ｗのキセノンランプからの光を反射ミラー及びレンズで集光し、光ファイバを５ｍｍ径まで束ねた光ファイババンドルで伝搬する場合には、内径が８〜１０ｍｍ程度のガイドチューブが必要となり、ガイドチューブを十分に細くすることができない。これに対して、本実施形態によれば、例えば、半導体レーザ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃとして出力約１〜２Ｗの可視光半導体レーザを用いた場合には、照明光ファイバ３０としてジャケット径が１．４ｍｍ程度の単心の石英ファイバ（コア径４００μｍ、クラッド径４４０μｍ、被覆径７００μｍ程度）を用いることができる。径方向に２ｍｍ程度の隙間があればジャケット付の光ファイバを挿入することができるので、本実施形態によればガイドチューブ１０の外径を大幅に低減することが可能である。このようにガイドチューブ１０を細径にした場合であっても、従来の３００Ｗのキセノンランプを用いた内視鏡と同等の観察能力を発揮することができる。

上述の実施形態のレーザ光源２０においては、複数の半導体レーザ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃから出射される複数の波長域のレーザ光を合波しているが、半導体レーザ素子を１つのみとし、単一の波長域（例えば赤色の波長域）のレーザ光を用いてもよい。この場合には、ＣＣＤカメラ５０又はビデオモニタ７０をモノクロ設定とすることでムラの少ない照明が可能となるが、上述した拡散板８０によってさらにスペックルノイズを低減することができ、観察対象物をより精度よく観察することができる。

本実施形態では、照明光ファイバ３０を伝搬してきたレーザ光をガイドチューブ１０の観察端１２で拡散させて観察対象物に照射する拡散部として、照明光ファイバ３０の端面に取り付けられた拡散板８０を用いた例について説明してきたが、このような拡散部はこれに限られるものではない。例えば、図６に示すように、照明光ファイバ３０の端面を粗研磨することにより、あるいは照明光ファイバ３０の端部を化学的に劣化させることにより、照明光ファイバ３０の端部に拡散部１８０を形成してもよい。

例えば、照明光ファイバ３０の端面に対して所定の粗さの研磨処理（例えば粒度が＃１２０〜＃１０００の研磨材又は研磨紙を用いた研磨処理）を行ってもよい。このように、照明光ファイバ３０の端面を粗研磨して磨りガラス状に仕上げることにより、上述したフロスト型拡散板と同様の効果を得ることができる。この粗研磨において用いる研磨材又は研磨紙の粒度は、必要とされる光拡散効果と透過する光の強度に合わせて適切なものを選択することができる。

また、例えば、照明光ファイバ３０の端部を化学的に劣化させる場合には、照明光ファイバ３０の端面を研磨した後、フッ酸などを含むエッチング液に照明光ファイバ３０の端面を浸漬し、照明光ファイバ３０の端面を腐食させて磨りガラス状にしてもよい。この場合にも、上述したフロスト型拡散板と同様の効果を得ることができる。

図７Ａは、従来のレーザ光を照明光として照射したとき、すなわち、照明光ファイバ３０の端部に拡散板８０を設けずに照明光ファイバ３０からレーザ光を照射したときに観察される画像を示す写真、図７Ｂは、照明光ファイバ３０の端部において拡散板８０でレーザ光を拡散させて照射したときに観察される画像を示す写真、図７Ｃは、照明光ファイバ３０の端部を＃６００の研磨紙で粗研磨することにより拡散部１８０を形成し、この拡散部１８０でレーザ光を拡散させて照射したときに観察される画像を示す写真である。これらの写真からわかるように、拡散板８０又は拡散部１８０によりレーザ光を拡散させていない図７Ａの状態では、レーザ光の干渉パターンが強く観察され、中央部が濃くなって色ムラや輝度ムラも見られる。これに対して、照明光ファイバ３０の端部に形成した拡散板８０又は拡散部１８０によってレーザ光を拡散させることで、図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、レーザ光の干渉の影響がかなり低減され、色ムラや渦状の輝度ムラが解消されることがわかる。

本発明に係る内視鏡は、人体の内部を観察する医療用内視鏡として用いることができるだけではなく、観察しづらい構造物の内部を観察する工業用内視鏡としても用いることができる。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１ 内視鏡
１０ ガイドチューブ
１２ 観察端
２０ レーザ光源
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ 半導体レーザ素子
２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ コリメートレンズ
２６Ａ，２６Ｃ ミラー
２８ ビームスプリッタ
２９ 集光レンズ
３０ 照明光ファイバ
３２ コネクタ
４０ イメージファイバ
４２ コネクタ
４４ スリーブ
４６ 対物レンズ
５０ ＣＣＤカメラ
５２ 信号ライン
６０ 撮像レンズ
７０ ビデオモニタ
８０ 拡散板（拡散部）
１８０ 拡散部

Claims (5)

1. 観察対象物を観察するための観察端を有するガイドチューブと、
   レーザ光を出射する少なくとも１つの半導体レーザ素子を含むレーザ光源と、
   前記少なくとも１つの半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光を前記ガイドチューブの前記観察端に伝搬する照明光ファイバと、
   前記照明光ファイバを伝搬してきた前記レーザ光を前記ガイドチューブの前記観察端で拡散させて前記観察対象物に照射する拡散部と
   を備える、内視鏡。
2. 前記少なくとも１つの半導体レーザ素子は、波長域の異なるレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子を含む、請求項１に記載の内視鏡。
3. 前記拡散部は、前記照明光ファイバの端部に取り付けられた拡散板により構成される、請求項１又は２に記載の内視鏡。
4. 前記拡散部は、前記照明光ファイバの端面を粗研磨することにより形成される、請求項１又は２に記載の内視鏡。
5. 前記拡散部は、前記照明光ファイバの端部を化学的に劣化させることにより形成される、請求項１又は２に記載の内視鏡。