(57)【要約】【課題】小型化及び部品点数の低減を図りつつ、比較的低電力で十分な光量を確保する。【解決手段】外部へ光を出射する光源装置１であって、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、光ファイバ４にて励起光の波長が変換されつつ増幅され、出射口部３から豊富な光量の白色光が出射されるよう構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部へ光を出射する光源装置であって、
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光源装置。
【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に記載の光源装置。
【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に記載の光源装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の光源装置と、
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、前記光源装置から出射された光が前記内視鏡本体の他端側にて入射され、前記内視鏡本体の一端から光を出射するライトガイドと、を備えたことを特徴とする内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部へ光を出射する光源装置及びこれを備えた内視鏡システムに関する。
【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。ライトガイドとしては、数万本の光ファイバ素子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）。特許文献１に記載の内視鏡装置においては、ライトガイドは、内視鏡本体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】
また、光源を内視鏡本体に備えず、内視鏡本体の外部に光源装置を配した内視鏡システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。これによれば、内視鏡本体内に光源を設ける必要がないので、内視鏡本体の小型化に有利である。
【０００４】
そして、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、冷却ファンが設けられる。
【０００５】
また、照明用の白色の光源装置として、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）。この内視鏡システムでは、各半導体レーザから出射された赤色光、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２００５−２３７４３６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、特許文献２に記載の内視鏡システムの光源装置では、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。この問題点を解決すべく、通常のハロゲンランプやキセノンランプに代えて、比較的小型のハロゲンランプ、ＬＥＤ等を用いることも考えられるが、これでは十分な光量を得ることができない。
【０００７】
また、特許文献３に記載の内視鏡システムの光源装置では、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、光源装置が大型となるという問題点がある。さらに、各半導体レーザ素子から出射された光をそのまま合成しているので、光量を確保するためには半導体レーザ素子自体の出力を上げる他なく、電力消費量の点で改善が望まれている。
【０００８】
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、小型化及び部品点数の低減を図りつつ、比較的低電力で十分な光量を確保することのできる光源装置及びこれを備えた内視鏡システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明によれば、外部へ光を出射する光源装置であって、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光源装置が提供される。
【００１０】
この光源装置によれば、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。
【００１１】
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、装置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、装置における照射機構が占める体積を格段に減少させることができる。
【００１２】
また、上記目的を達成する本発明によれば、上記光源装置と、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、前記光源装置から出射された光が前記内視鏡本体の他端側にて入射され、前記内視鏡本体の一端から光を出射するライトガイドと、を備えたことを特徴とする内視鏡システムが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、装置内における照射機構が占める空間を減少させつつ光量を増大させることができ、装置の小型化及び軽量化を図ることができる。また、１つの青色半導体レーザ素子により任意の色の光を照射されるので、部品点数を低減することができ、装置を小型にすることができる。また、励起光が光ファイバー内で増幅されてから出射されるので、半導体レーザ素子に低出力のものを用いても十分な光量が確保され、従来に比して消費電力を格段に小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１から図８は本発明の一実施形態を示すもので、図１は内視鏡本体の入射口に出射口を光学的に接続した状態の光源装置の概略構成図である。
【００１５】
図１に示すように、光源装置１は、筐体２の出射口部３から、外部へ向かって光を出射するものである。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、光源装置１は青色半導体レーザ素子５を駆動するレーザ駆動部を有し、このレーザ駆動部は、レーザ駆動回路８ａ、電源としての電池８ｂ等から構成される。
【００１６】
図２は光源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９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９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。これにより、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、図２に示すように、光ファイバ４は、光源装置１の筐体２内に湾曲した状態で収納されており、長手方向寸法は約２５０ｍｍとなっている。
【００１９】
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。
【００２０】
ここで、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
ここで、光源装置１の出射口部３は、内視鏡本体１１の入射口部１２に接続されている。内視鏡本体１１は、略円筒状に形成され、内部には一端側から他端側へ延びるイメージガイド１３及びライトガイド１４が配されている。画像伝送部としてのイメージガイド１３は、内視鏡本体１１の一端側にて撮像された画像情報を内視鏡本体１１の他端側へ伝送する。また、ライトガイド１４は、内視鏡本体１１の入射口部１２から内視鏡本体１１の一端まで延在しており、入射口部１２から入射した光を内視鏡本体１１の一端まで案内する。光源装置１、内視鏡本体１１、イメージガイド１３及びライトガイド１４により、内視鏡システムを構成している。
【００２４】
以上のように構成された光源装置１では、レーザ駆動部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９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９に入射すると、光学レンズ９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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。出力光Ｂは、光源装置１の出射口部３から出射し、内視鏡本体１１の入射口部１２へ入射する。この後、ライトガイド１４により内視鏡本体１１の一端まで案内されて、観察体へ向けて照射される。
【００２７】
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４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４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。
【００２８】
このように、本実施形態の光源装置１によれば、１つの青色半導体レーザ素子５により、例えば白色光のような任意の色の光が出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、装置の出射口部３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、装置における照射機構が占める体積を格段に減少させることができる。
【００２９】
従って、光源装置１内における照射機構が占める空間を減少させつつ光量を増大させることができ、光源装置１の小型化及び軽量化を図ることができる。また、１つの青色半導体レーザ素子５により任意の色の光を照射されるので、部品点数を低減することができ、これによっても光源装置１を小型にすることができる。また、励起光が光ファイバー４内で増幅されてから出射されるので、半導体レーザ素子５を低出力のものとするとともに十分な光量が確保され、従来に比して消費電力を格段に小さくすることができる。
【００３０】
尚、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、例えば、図５に示すように、出射用の光ファイバ１０４を複数設けてもよいことは勿論である。図５はマルチ光ファイバの概略説明図であり、（ａ）はマルチ光ファイバの正面図、（ｂ）はマルチ光ファイバの側面図である。マルチ光ファイバ１１４は、光ファイバ１０４を複数本束ねて円筒パイプ１１４ａの内部に組み込むことにより構成されている。
【００３１】
図６はマルチ光ファイバが組み込まれた光源装置の概略構成図であり、図７はこの光源装置を用いた内視鏡システムの概略構成図である。この光源装置１０１においては、レーザ駆動部はＡＣ−ＤＣ変換部１０８ａを有し、家庭用のコンセント（図示せず）がＡＣ−ＤＣ変換部１０８ａと電気的に接続されている。そして、一般家庭用のＡＣ１００Ｖにより、青色半導体レーザ素子１０５が駆動されるようになっている。この内視鏡システムでは、図７に示すように、筐体１０２の出射口部１０３と内視鏡本体１１の入射口部１２が直接接続されておらず、可撓性を有する補助ライトガイド２００を介して出射口部１０３と入射口部１２が光学的に接続されている。このように、光源装置１，１０１と内視鏡本体１１とは、光学的に接続されていれば離隔していてもよい。
【００３２】
また、光学レンズ１０９は青色半導体レーザ素子１０５及びマルチ光ファイバ１１４の間に配置され、青色半導体レーザ素子１０５から出射された励起光が各光ファイバ１０４に入射するよう構成されている。図６の光学装置１０１では、光学レンズ１０９に向かって拡散した励起光を、各光ファイバ１０４に対して略平行となるよう屈折させ、全ての光ファイバ１０４に励起光が入射されるようになっている。
【００３３】
この光学装置１０１によれば、レーザ発振する光ファイバ１０４を複数設けたので、光量をさらに増大させることができる。また、光源は１つの青色半導体レーザ素子１０５であるため、消費電力を抑制することができ、実用に際して極めて有利である。尚、例えば図８に示すように、青色半導体レーザ素子１０５を複数設け、複数の光ファイバ１０４に別個に励起光を入射させてもよいことは勿論である。
【００３４】
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。
【００３５】
また、前記実施形態においては、光源装置１が内視鏡本体１１に接続されて全体として内視鏡システムをなすものを示したが、光源装置は、例えば、画像処理装置に接続されるものであったり、各種製品の色彩検査工程等に用いられるものであってもよく、光源装置の用途は任意である。
【００３６】
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。
【００３７】
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を筐体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を予め用意しておくことにより、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。
【００３８】
また、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い。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】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、内視鏡本体の入射口に出射口を光学的に接続した状態の光源装置の概略構成図である。
【図２】光源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】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５】マルチ光ファイバの概略説明図であり、（ａ）はマルチ光ファイバの正面図、（ｂ）はマルチ光ファイバの側面図である。
【図６】変形例を示すものであって、マルチ光ファイバが組み込まれた光源装置の概略構成図である。
【図７】マルチ光ファイバが組み込まれた光源装置を用いた内視鏡システムの概略構成図である。
【図８】変形例を示す光源装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１          光源装置
２          筐体
３          出射口部
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
８ａ        レーザ駆動回路
８ｂ        電池
９          光学レンズ
１１        内視鏡本体
１２        入射口部
１３        イメージガイド
１４        ライトガイド
１０１      光源装置
１０２      筐体
１０３      出射口部
１０４      光ファイバ
１０５      青色半導体レーザ素子
１０８ａ    ＡＣ−ＤＣ変換部
１１４      マルチ光ファイバ
１１４ａ    円筒パイプ
２００      補助ライトガイド
【図１】
2007275198.tif 000003
【図２】
2007275198.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007275198.tif 000006
【図５】
2007275198.tif 000007
【図６】
2007275198.tif 000008
【図７】
2007275198.tif 000009
【図８】
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