(57)【要約】【課題】内視鏡本体の小型化を図るとともに、内視鏡本体から照射される光量を増大させる。【解決手段】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他端側へ伝送するイメージガイド３と、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ダイクロイックミラー６，７と、を備え、光ファイバ４のコア４ａを青色半導体レーザ素子５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、コア４ａ内でレーザ共振され波長変換された光が内視鏡本体２から出射されるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
前記光ファイバの前記コアは、低フォノンガラスにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記光ファイバのコアは、前記青色半導体レーザ素子の励起光で励起されると緑色及び赤色の波長変換光を発し、
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
前記光ファイバの前記コアは、低フォノンガラスにより形成されることを特徴とする請求項４に記載の内視鏡装置。
【請求項６】
前記光ファイバのコアは、前記青色半導体レーザ素子の励起光で励起されると緑色及び赤色の波長変換光を発し、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【特許文献１】特開平１０−３３７２７１号公報
【特許文献２】特開平１０−２２５４２６号公報
【特許文献３】特開２００２−９５６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、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。
【図２】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３】光ファイバの断面図である。
【図４】内視鏡装置の正面断面図である。
【図５】光ファイバから出射される出力光のスペクトル図である。
【図６】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模式側面図である。
【図７】従来の内視鏡装置の正面断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
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
【図１】
2007275199.tif 000003
【図２】
2007275199.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007275199.tif 000006
【図５】
2007275199.tif 000007
【図６】
2007275199.tif 000008
【図７】
2007275199.tif 000009