JP2007111151A

JP2007111151A - ビデオ内視鏡装置

Info

Publication number: JP2007111151A
Application number: JP2005303954A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Sawada; 好雄沢田
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】スコープ先端の加熱を抑えつつ患部への照明光を供給することができるビデオ内視鏡装置を提供することを目的とする。
【解決手段】先端部付近に撮像素子を備えるスコープ部と、励起光を供給する光源と、前記励起光を伝送するライトガイドと、前記スコープ部の先端部付近に備えられ、前記ライトガイドにより伝送された前記励起光を吸収すると同時に白色光を発光する蛍光体と、を有することを特徴とするビデオ内視鏡装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源から供給される光をライトガイドを用いてスコープ部先端へ導き、被写体に照射させ、該照射された被写体を撮像素子により撮像するビデオ内視鏡装置に関する。

医療用の内視鏡装置は、患者の体腔内に挿入される部位を備えたスコープ部と、スコープ部の制御や電源供給等を行うプロセッサ部とを有する。スコープ部或いはプロセッサ部は光源（例えばキセノンランプ）を備えており、光源から供給された光は、光ファイバ束等のライトガイドによりスコープ部の先端に案内され、患者の体腔内を照射する。また、スコープ部の先端には撮像素子（例えば、ＣＣＤ）が設けられており、撮像素子は、患者の体腔内の照射された部位からの反射光を対物レンズを介して受光することにより撮像を行う。撮像素子から出力される電気信号は、スコープ部からプロセッサ部へ伝送され、プロセッサ部においてビデオ信号に変換される。プロセッサ部から出力されるビデオ信号によりテレビモニタ上に患者の体腔内の観察部位を表示させることができる。

また、近年、患者の体腔内を照射するための様々な内視鏡装置が開発されている。例えば、特許文献１には、スコープ部の先端に電気的に発光する面発光光源（例えば有機発光デバイス）を用いた内視鏡装置が開示されている。図４は、特許文献１に記載された内視鏡装置のスコープ部先端付近を示す模式図である。スコープ部の体内挿入管３１１内には、固体撮像素子３０２と対物レンズ３０１と面発光光源３０７とコード３０３がそれぞれ配設されている。対物レンズ３０１及び面発光光源３０７は、体内挿入管３１１の最先端部付近に配置され、対物レンズ１の周囲に面発光光源３０７が固定されている。コード３０３は固体撮像素子３０２、及びその一部が面発光光源３０７に接続されており、固体撮像素子３０２及び面発光光源３０７に用いられる電気経路を有している。すなわち、特許文献１に記載の内視鏡装置は、面発光光源３０７により患者の体腔内を照射して、撮像を行うことができる。

特開平８−１１７１８４号公報

光源にキセノンランプを用いた従来の内視鏡装置では、光源から出力される光量が比較的多い。光量が多いと照射により患部に熱を加えると共に、スコープ先端部を加熱させる。光源に光量調整や赤外線カット等の処理を施したとしてもキセノンランプ等を用いる限り、それらの加熱を抑制することは困難であった。また、特許文献１に記載の内視鏡装置では、面発光光源の消費電力により面発光光源が自己発熱し、結果としてスコープ先端が加熱されていた。したがって、内視鏡装置における従来の照射方法では、患者に悪影響を及ぼすまでには至らないものの、患部やスコープ先端に必要のない加熱を生じさせていた。

そこで本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、患部やスコープ先端への不必要な加熱を抑えつつ患部への照明光を供給することができるビデオ内視鏡装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明では、先端部付近に撮像素子を備えるスコープ部と、励起光を供給する光源と、前記励起光を伝送するライトガイドと、前記スコープ部の先端部付近に備えられ、前記ライトガイドにより伝送された前記励起光を吸収すると同時に白色光を発光する蛍光体と、を有することを特徴とするビデオ内視鏡装置を提供する。

本発明では上述の構成により、スコープ部の先端に備えられた蛍光体を発光させることにより、患部に白色光を照射する。蛍光体自体の発熱量は小さいため、スコープ部の先端の加熱を抑制することができる。また、蛍光体からの白色光は、患部への加熱を従来よりも抑制することができる。

また、本発明に係るビデオ内視鏡装置は、励起光をパルス点灯させるために光源の制御を行う発光制御機構を備える。したがって、パルスＬＯＷ時（すなわち、励起光の消灯時）は、蛍光体が発光しないため、患部およびスコープ部への加熱をより抑制することができる。

さらに、発光制御機構は、撮像素子のリセットパルス周期間隔内において励起光を点灯させ、パルス点灯時間を変化させることにより白色光の光量を調整することができる。また、パルス点灯時の励起光の出力強度を変化させることにより白色光の光量を調整することができる。

また、光源より供給される励起光は紫外線である。或いは、光源より供給される励起光の波長は４００ｎｍから４５０ｎｍの範囲内である。すなわち、本発明のビデオ内視鏡装置では、励起光の波長に合わせた発光特性を有する蛍光体が使用される。

また、励起光の光源は半導体レーザである。代替的には、励起光の光源はＬＥＤである。また、光源はスコープ部に備えられていてもよいし、撮像素子から出力される信号を処理してビデオ信号に変換するプロセッサ部に備えられていてもよい。

したがって、本発明は上記の構成により、患部やスコープ先端への不必要な加熱を抑えつつ患部への照明光を供給することができるビデオ内視鏡装置を提供することができる。

以下、図を参照して本発明に係るビデオ内視鏡装置の具体的な実施形態を説明する。

図１は、本発明のビデオ内視鏡装置１００の概略構成を示す図である。以下、ビデオ内視鏡装置１００は、カラーフィルタを備えたＣＣＤを用いる所謂同時方式を採用した内視鏡装置であるものとして説明を行う。

ビデオ内視鏡装置１００は、スコープ部１１０とプロセッサ部１２０とから構成されている。スコープ部１１０とプロセッサ部１２０とは図示しないコネクタにより着脱可能に接続されている。

スコープ部１１０は、挿入部１１１を備えている。挿入部１１１は可撓性を有する管であり、その先端部付近は術者の操作により所定の方向に湾曲可能な構造となっている。したがって、術者は、挿入部１１１を患者の体腔内の形状に沿って挿入することができる。

挿入部１１１の先端付近には対物レンズ１とＣＣＤ２と蛍光体７とが配設されている。対物レンズ１は、患部からの光を受光することができるように挿入部１１１の先端部表面付近に配置されている。

ＣＣＤ２は、対物レンズ１の結像位置に受光面が位置するように配置されている。ＣＣＤ２は、対物レンズ１を介して受光した被写体像を光電変換により電気信号に変換する。ＣＣＤ２にはケーブル３が接続されており、ケーブル３の他端は信号処理部４及びＣＣＤドライブ回路５に接続されている。

ケーブル３は、ＣＣＤ２からの電気信号を信号処理部４へ伝送し、且つＣＣＤドライブ回路５からＣＣＤ２を駆動するための各種パルスや電源を伝送する機能を有する。

信号処理部４は、ＣＣＤ２からの電気信号を受信し、該電気信号に対して所定サンプリングや増幅等の処理を行い、輝度信号と色信号（以下、併せて「画像信号」と称す）を生成し、プロセッサ部１２０へ送信する。

また、スコープ部１１０内にはライトガイド６が配設されている。ライトガイド６は、プロセッサ部１２０に設けられた光源からの光（後に詳述する励起光）を案内して蛍光体７に照射させる機能を有している。

蛍光体７は、体腔内を照射することができるように、挿入部１１１の先端部表面付近に配置されている。蛍光体７は、ライトガイド６により案内されてきた励起光を吸収して白色光を発光する機能を有している。すなわち、蛍光体７は、所定の波長の光を吸収することにより白色光を発光する特性を有するため、光源は蛍光体７の特性に合わせた波長の励起光を供給している。なお、蛍光体７は、励起光を吸収するとほぼ同時に発光し、且つ励起光が照射されているときのみ発光する性質を有している。

蛍光体７は、例えば、蛍光材料をガラスに練り込んだ板状部材である。或いは、蛍光体７は、挿入部１１１の先端面に配置されたカバーガラスの裏面に蛍光材料を塗布した構成であってもよい。また、蛍光体７は、蛍光材料のみの板状部材であってもよい。つまりは、挿入部１１１の先端部において、ライトガイド６により照射された励起光を白色光として、患部に照射できる構成であればよい。蛍光体７は、ＬＥＤ等と比して自己発熱量が低い。このため挿入部１１１先端部における発熱が好適に抑えられる。

プロセッサ部１２０は、Ａ／Ｄコンバータ１１と、メモリ１２と、画像信号処理部１３と、コントロールユニット１４と、発光制御回路１５と、光源ドライブ回路１６と、励起光源１７と、集光レンズ１８とを有する。また、プロセッサ部１２０はライトガイド６の一部を内部に引き込む。コントロールユニット１４は、Ａ／Ｄコンバータ１１、メモリ１２、画像信号処理部１３、発光制御回路１５、スコープ部１１０のＣＣＤドライブ回路５等をそれぞれ制御する機能や、タイミングパルス、同期信号等を出力する機能を有する。

スコープ部１１０の信号処理部４により出力された画像信号は、Ａ／Ｄコンバータ１１に入力され、デジタル画像信号に変換される。変換されたデジタル画像信号はそれぞれ信号の種類ごとにメモリ１２に一時的へ格納される。メモリ１２から読み出されたデジタル画像信号は、画像信号処理部１３においてアナログ信号に変換され、Ｒ信号，Ｇ信号，Ｂ信号等のアナログビデオ信号としてとして端子１９へ出力される。また、コントロールユニット１４からは同期信号が端子２０へ出力される。端子１９及び２０から出力されたアナログビデオ信号や同期信号を用いてモニタ等に映像が表示される。

励起光源１７は、半導体レーザ（ＬＤ）である。或いは、励起光源１７はＬＥＤ等であってもよい。励起光源１７は、紫外線域の励起光を出力する。また、励起光源１７は、波長４００ｎｍから４５０ｎｍ程度の励起光（可視光）を出力してもよい。当然、蛍光体７には、励起光源１７が供する励起光に適合する波長特性を有するものが選択される。

励起光源１７から射出される励起光は発散光である。集光レンズ１８は、励起光をライトガイド６の端面付近に集光させる機能を有する。励起光源１７と集光レンズ１８とは予め光軸調整及び集光調整が行われているため、励起光はライトガイド６の端面に入射する。

発光制御回路１５は、コントロールユニット１４からのタイミングパルスに基づいて励起光源１７をパルス点灯させるための制御回路であり、光源ドライブ回路１６に制御信号を出力する。光源ドライブ回路１６は、発光制御回路１５からの制御信号に基づいて、励起光源１７にドライブ電流を出力する機能を有する。例えば、ＬＤである励起光源１７は、光源ドライブ回路１６からのドライブ電流により、そのＬＤの出力特性に基づいてレーザ（励起光）をパルス発振する。

なお、スコープ部１１０とプロセッサ部１２０の間（具体的には、信号処理部４とＡ／Ｄコンバータ１１間、及びＣＣＤドライブ回路５とコントロールユニット１４間）において送受信される電気的な信号は、図示しない絶縁回路を介して送受信されるものとする。絶縁回路によりスコープ部１１０とプロセッサ部１２０とが電気的に絶縁されることにより、患者の感電を防止することができる。

図２に、ＣＣＤ２へのリセットパルス及び励起光源１７へのドライブ電流のタイミングチャートを模式的に示す。図の横軸は時間を示す。リセットパルスのチャートは、パルスのＨＩＧＨ（ＯＮ）、ＬＯＷ（ＯＦＦ）を示すものであり、ドライブ電流のチャートは、印加電流Ｉ_ＯＮ印加（ＯＮ）、印加電流ゼロ（ＯＦＦ）を示すものである。また、リセットパルス周期をＴ_Ｒとし、電流印加時間（点灯時間）をＴ_ＯＮとする。ＣＣＤ２へのリセットパルスはＣＣＤドライブ回路５により供給される。なお、そのリセットパルスのタイミングはコントロールユニット１４の制御に基づくものである。

リセットパルスとドライブ電流とは、コントロールユニット１４によりタイミングを制御されている。ドライブ電流は、リセットパルスがＬＯＷとなったのちに出力（ＯＮ）され、次回リセットパルスがＨＩＧＨとなるまでにＯＦＦとなる。すなわち、励起光源１７は、リセットパルスがＬＯＷの間ごとにドライブ電流が印加されてパルス点灯する。励起光源１７が１パルス点灯した場合の光量は、点灯時間Ｔ_ＯＮと印加電流Ｉ_ＯＮとの積に依存する。なお、点灯時間Ｔ_ＯＮを短くし、印加電流Ｉ_ＯＮを大きくするほど、シャープな映像を撮像することができる。

したがって、本発明の実施形態によれば、励起光を蛍光体７に照射し、白色光を患部に供給するため、患部およびスコープ部１１１先端の加熱を従来に比して抑えることができる。

次に、本発明のビデオ内視鏡装置の他の実施形態について説明する。図３は、ビデオ内視鏡装置２００の概略構成を示す図である。また、ビデオ内視鏡装置２００は、ビデオ内視鏡装置１００と同様に、所謂同時方式を採用した内視鏡装置である。

ビデオ内視鏡装置２００は、スコープ部２１０とプロセッサ部２２０とから構成されている。スコープ部２１０とプロセッサ部２２０とはコネクタにより着脱可能に接続されている。なお、図１と同じ構成要素には同じ参照符号を付して、重複した説明を省略すると共に、ビデオ内視鏡装置１００と主に異なる点のみを説明する。

スコープ部２１０は、対物レンズ１と、ＣＣＤ２と、ケーブル３と、信号処理部４とを有し、その機能及び配置はビデオ内視鏡装置１００と同様である。スコープ部２１０は、さらに、ＣＣＤドライブ回路２５と、発光制御回路１５と、光源ドライブ回路１６と、励起光源１７と、集光レンズ１８とを有する。励起光源１７からの励起光はライトガイド２６を介して蛍光体７へ導かれる。ＣＣＤドライブ回路２５は、ビデオ内視鏡装置１００のＣＣＤドライブ回路５の機能を有すると共に、発光制御回路１５に対してタイミングパルスを供給する機能を有する。

プロセッサ部２２０は、Ａ／Ｄコンバータ１１と、メモリ１２と、画像信号処理部１３と、コントロールユニット３４とを有する。コントロールユニット３４は、Ａ／Ｄコンバータ１１、メモリ１２、画像信号処理部１３、スコープ部２１０のＣＣＤドライブ回路２５等をそれぞれ制御する機能や、タイミングパルス、同期信号等を出力する機能を有する。

本発明の実施形態では、励起光源１７にＬＤ等を用いるため、光源のサイズを小さくできる。したがって、スコープ部２１０に光源を備えるといったビデオ内視鏡装置２００のような構成を容易にする。ビデオ内視鏡装置２００では、スコープ部２１０に励起光源１７が備えられているため、ライトガイド２６は、スコープ部２１０とプロセッサ部２２０間に設けられる必要がない。したがって、スコープ部２１０とプロセッサ部２２０間のコネクタ付近による、ライトガイドの位置ずれによる光の伝送ロスを低減することができるとともに、コネクタをより簡易な構造とすることができる。

ビデオ内視鏡装置の実施形態を示す図である。リセットパルスとドライブ電流のタイミングチャートである。ビデオ内視鏡装置の他の実施形態を示す図である。従来のビデオ内視鏡の挿入先端部付近を示す模式図である。

符号の説明

１対物レンズ
２ＣＣＤ
５、２５ＣＣＤドライブ回路
６、２６ライトガイド
７蛍光体
１４、３４コントロールユニット
１５発光制御回路
１６光源ドライブ回路
１７励起光源
１８集光レンズ
１００，２００ビデオ内視鏡装置
１１０，２１０スコープ部
１２０，２２０プロセッサ部

Claims

先端部付近に撮像素子を備えるスコープ部と、
励起光を供給する光源と、
前記励起光を伝送するライトガイドと、
前記スコープ部の先端部付近に備えられ、前記ライトガイドにより伝送された前記励起光を吸収すると同時に白色光を発光する蛍光体と、を有することを特徴とするビデオ内視鏡装置。
前記励起光をパルス点灯させるために前記光源の制御を行う発光制御機構を備えることを特徴とする請求項１に記載のビデオ内視鏡装置。
前記発光制御機構は、前記撮像素子へ供給されるリセットパルス周期間隔内において前記励起光を点灯させることを特徴とする請求項２に記載のビデオ内視鏡装置。
前記発光制御機構において、パルス点灯時間を変化させることにより、前記白色光の光量を調整することを特徴とする請求項３に記載のビデオ内視鏡装置。
前記発光制御機構において、パルス点灯時の励起光の出力強度を変化させることにより、前記白色光の光量を調整することを特徴とする請求項３または４に記載のビデオ内視鏡装置。
前記励起光が紫外線であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のビデオ内視鏡装置。
前記励起光の波長が４００ｎｍから４５０ｎｍの範囲内であることを特徴とすることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のビデオ内視鏡装置。
前記光源が半導体レーザであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のビデオ内視鏡装置。
前記光源がＬＥＤであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のビデオ内視鏡装置。
前記光源が前記スコープ部に備えられていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のビデオ内視鏡装置。
前記光源が、前記撮像素子から出力される信号を処理してビデオ信号に変換するプロセッサ部に備えられていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のビデオ内視鏡装置。