WO2012098806A1 - 照明用開口絞り - Google Patents

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司朗 山野
佐藤　隆幸
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    • G03B9/02—Diaphragms

Definitions

  • the present invention relates to an illumination aperture stop for simultaneously irradiating a subject with illumination light for observing a visible image of the subject and excitation light for observing a fluorescent image of the subject at an appropriate light quantity ratio.
  • PDD photodynamic diagnosis
  • PDT photodynamic therapy
  • PDD and PDT require that fluorescence emitted from a photosensitive substance in a tumor tissue be photographed with high precision and observed under strong illumination light such as an operating room operating light. Since the fluorescence emitted from the substance is extremely weak compared to the illumination light, there is a problem that the fluorescence image is buried in the subject image by the illumination light.
  • ICG Indocyanine Green
  • the ICG is excited by irradiation of excitation light, etc., and a near-infrared fluorescent image emitted from the ICG is taken together with a subject image and observed. Therefore, attention has been paid to a method for making a diagnosis.
  • Hemoglobin absorbs at wavelengths shorter than 600 nm, and water absorbs at wavelengths longer than 900 nm.
  • the excitation wavelength of ICG and the wavelength of fluorescence emitted by ICG are 600 to 900 nm without absorption of hemoglobin and water, respectively. Since it is in the wavelength band, the inside of the living body can be observed by using ICG.
  • this method also has a problem that the fluorescent image is buried in the subject image.
  • an imaging device that captures a fluorescent image in the infrared light band and a subject image in the visible light band at the same time, the excitation light is cut, and the light in the infrared light band and the light in the visible light band are transmitted and received.
  • Patent Document 2 it has been proposed to balance the infrared light image and the visible light image by using optical filters having different transmittances in the infrared light band and the visible light band.
  • the transmittance in the infrared light band and the transmittance in the visible light band are It is difficult to obtain an optical filter that is well-balanced.
  • the subject is illuminated with illumination light including excitation light wavelength and light having a longer fluorescence wavelength, and an observation image due to weak fluorescence emitted from an observation site in the subject and a subject image due to reflected light from the subject are obtained.
  • illumination light including excitation light wavelength and light having a longer fluorescence wavelength
  • an observation image due to weak fluorescence emitted from an observation site in the subject and a subject image due to reflected light from the subject are obtained.
  • Proposed to adjust the light intensity balance between the fluorescent image and the background by using a white light source and adjusting the intensity of the illumination light component in the wavelength range above the fluorescence wavelength in the light source device used for simultaneous observation (Patent Document 3).
  • this light source device cannot adjust the light intensity balance between the fluorescent image and the subject image in the visible light band.
  • a visible light transmission filter and an infrared light transmission filter are circularly connected to a light source device that uses a white light source.
  • a band-limited rotating filter arranged to bisect and changing the filter area to be used for fluorescence observation and normal light observation, or when performing fluorescence observation and normal light observation at the same time It has been proposed to rotate the band-limiting rotation filter and rotate the RGB rotation filter on the light receiving side in synchronization with the rotation (Patent Document 4).
  • the excitation light such as an infrared laser is used separately from the illumination light source.
  • the apparatus configuration is complicated.
  • An object of the present invention is to enable a simple method to adjust the light amount of light in the visible light region that forms a subject image and the light amount of excitation light in the infrared light region that forms a fluorescent image in a light source device.
  • the inventors of the present invention have an aperture stop that functions as an aperture stop for light in the wavelength range of illumination light that forms a subject image, but transmits light in the wavelength range of excitation light that forms a fluorescent image without being reduced. It has been found that the above-mentioned problems can be solved by using the illumination optical system.
  • an illumination aperture stop used in a light source device for simultaneously observing a subject image by reflection of illumination light in a visible light region and a fluorescent image by a fluorescent substance in the subject.
  • An illumination aperture stop in which a filter region is formed in an annular shape on a substrate and an opening region is formed inside the filter region, and the wavelength of excitation light that causes the subject to emit fluorescence Provided is an illumination aperture stop that transmits light in a region and reduces or blocks transmission of light in a visible light region that forms a subject image.
  • the present invention also provides an illumination aperture stop used in a light source device for simultaneously observing a subject image by reflection of illumination light in the visible light region and a fluorescent image by a fluorescent substance in the subject as a second aperture stop.
  • a plurality of aperture blade members each partially or entirely formed with a filter portion, and having a filter region formed from the filter portions of the plurality of aperture blade members and an opening region located inside the filter region.
  • an illumination aperture stop is provided in which the filter region transmits light in the wavelength region of the excitation light that causes the subject to emit fluorescence, and reduces or blocks transmission of light in the visible light region that forms the subject image.
  • the present invention is a light source device used in an imaging apparatus that simultaneously observes a subject image by illumination light and a fluorescent image from an observation site of the subject, and includes a white light source and the illumination aperture stop described above.
  • a light source device used for an endoscope is provided.
  • the first and second illumination aperture stops of the present invention light in the wavelength region of excitation light that causes fluorescence to be emitted to the observation site of the subject is transmitted, and light in the visible light region that forms the subject image is transmitted. Since the aperture region is formed inside the filter region that reduces or blocks the light in the wavelength range of the excitation light that passes through the filter region and the aperture region, the light in the visible light region that forms the subject image is not narrowed down Only squeezed. For this reason, when this aperture stop is used in a light source device, the ratio of the light amount of the fluorescent image to the light amount of the subject image is improved with a very simple device configuration using a white light source, and the fluorescent image is buried in the subject image. Can be prevented.
  • the second aperture stop for illumination of the present invention since the area of the aperture region is variable, if this aperture stop is used in the light source device, the light quantity balance between the fluorescent image and the subject image can be achieved with a simple device configuration. Can be adjusted more appropriately.
  • FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view of a donut-type aperture stop 100A according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of the donut-type aperture stop 100B according to the embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view of the donut-type aperture stop 100C according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view and a cross-sectional view of a donut-type aperture stop 100D according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a lens system incorporating the donut-type aperture stop 100E according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view of a rotary aperture stop 150 in which a plurality of donut aperture stops 100A are combined.
  • 7A and 7B are a plan view and a cross-sectional view for explaining the operation of the two-blade aperture stop 200A according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view of a diaphragm blade member 20A constituting the two-blade aperture diaphragm 200A according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view of a diaphragm blade member 20B constituting the two-blade type aperture diaphragm according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view of a diaphragm blade member 20C constituting the two-blade type aperture diaphragm according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view and a cross-sectional view of the two-blade aperture stop 200B according to the embodiment of the present invention.
  • 12A and 12B are a plan view and a cross-sectional view of the two-blade aperture stop 200C according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a plan view and a cross-sectional view of a two-blade aperture stop 200D according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a light source device 300A according to the embodiment of the present invention.
  • the donut-shaped aperture stop 100A includes a flat substrate 3 having an annular filter region 1 and a circular opening region 2 formed inside the filter region 1, and an outer portion fitted on the outer periphery of the flat substrate 3. It is formed from the frame 4. More specifically, the filter region 1 includes a filter layer 1 a provided in an annular shape on the surface of a transparent circular flat substrate 3, and the filter layer non-forming region at the center of the flat substrate 3 is open. Region 2 is set.
  • the aperture stop 100A is configured for an illumination optical system, and the filter region 1 transmits light in the wavelength range of excitation light that causes the subject to emit fluorescence without substantially attenuating, and forms a subject image. This is a region that reduces or blocks light in the visible light region. If the wavelength range of the excitation light that causes the subject to emit fluorescence and the wavelength range of the visible light that forms the subject image overlap, the light in the wavelength range of the excitation light is transmitted without being substantially attenuated, and This is a region in which light other than the wavelength region of the excitation light in the visible light region that forms the subject image is reduced or blocked.
  • the aperture region 2 is a region that transmits light in the wavelength region of excitation light that causes the subject to emit fluorescence and light in the visible light region (for example, wavelength 400 to 800 nm) that forms the subject image without being substantially attenuated. It is.
  • the opening region 2 may be a total light transmission region that does not have a filter function for a specific wavelength region.
  • the opening region 2 has a circular shape.
  • the opening region 2 can take various shapes, and may be, for example, an ellipse or a rectangle.
  • the light transmission characteristics of the filter region 1 can be appropriately determined according to the type of the subject to be observed, the photosensitive material, the optical contrast agent, the observation purpose, and the like.
  • the accumulation site is used as an observation site, and fluorescence is emitted by irradiating ICG with excitation light, and the fluorescence is observed
  • the peak of the excitation wavelength of ICG is 805 nm
  • the peak of the fluorescence wavelength of ICG is 845 nm
  • it is preferable to use 750 to 810 nm as an excitation wavelength region and white light including this excitation wavelength region as a light source. Therefore, in the filter region 1, light in the excitation wavelength region of 750 to 810 nm is transmitted, but light in the visible light region on the shorter wavelength side is reduced or blocked.
  • the filter region 1 is formed in an annular shape on one surface of the flat substrate 3 and the entire other surface of the flat substrate 3 is longer than 810 nm.
  • the fluorescent wavelength region cut filter layer 5 that blocks the light may be formed.
  • HpD hematoporphyrin derivative
  • tumor cells that have accumulated HpD emit fluorescence with peak wavelengths of 630 nm and 690 nm by excitation light having a peak wavelength of 405 nm. Therefore, it is preferable to set the wavelength range of excitation light to 385 to 425 nm, the wavelength range of fluorescence to be observed to 610 to 720 nm, and the light source to white light including the wavelength range of excitation light.
  • the filter region 1 transmits light having a wavelength of 385 to 425 nm, which is the wavelength region of the excitation light, but it can block or reduce visible light on the shorter wavelength side and longer wavelength side than this wavelength region. It is preferable to block light on the shorter wavelength side and longer wavelength side than the wavelength range of the excitation light. Further, in accordance with the case of taking an observation image by the ICG described above, a fluorescence wavelength band cut filter is appropriately used when a donut aperture stop is used, or a fluorescence wavelength band cut filter layer is provided on the donut aperture stop. preferable.
  • the ratio between the area (S1) of the filter region 1 and the area (S2) of the opening region 2 is such that the observation image by fluorescence from the observation site of the subject can be clearly observed without being buried in the subject image by the illumination light. Therefore, it is determined appropriately according to the intensity of the light source, the sensitivity of the imaging device, and the like.
  • the filter layer 1a for forming the filter region 1 is formed on the flat substrate 3 so as to have the above-mentioned light transmission characteristics according to a general thin film forming method for optical filters such as vapor deposition and sputtering. Can do.
  • the flat substrate 3 it is preferable to use a transparent parallel flat plate in the present embodiment, and it can be formed from, for example, blue plate glass, white plate glass, optical glass, an acrylic resin plate, or the like.
  • the thickness of the flat substrate 3 can be appropriately determined according to the material of the flat substrate 3, the outer diameter of the filter region 1, and the like.
  • the aperture stop of the present invention can take various forms.
  • an annular substrate from which the opening region 2 is cut out may be used as the flat substrate 3 as in the aperture stop 100C shown in FIG.
  • the filter region 1 is formed by using the flat base material 3 in which the color material is uniformly dispersed, and the flat base material 3 itself is cut away.
  • the opening region 2 may be formed.
  • the filter layer 1 a forming the filter region 1 is not limited to being formed on the flat substrate 3.
  • the base material on which the filter layer 1a is formed may be a lens and formed on the surface thereof.
  • An aperture stop 100E in FIG. 5 is obtained by forming a filter layer 1a in a ring shape on the surface of a condenser lens 3b that condenses light emitted from a light source 60 onto a light guide fiber 70 for an endoscope.
  • the lens 3b forming the filter layer 1a is preferably a lens in the vicinity of a position where an aperture stop is installed in a lens system in a conventional light source device.
  • FIG. 6 shows a rotation in which a plurality of aperture stops having the same area ratio between the filter region 1 and the opening region 2 are arranged around the rotation center 6o of the disc-shaped substrate 6 as in the above-described donut type aperture stop 100A.
  • 3 is a plan view of a shaped aperture stop 150.
  • FIG. According to this rotary aperture stop 150 by rotating the disk-shaped substrate 6 as shown by an arrow, the donut-type aperture stop 100A having the desired ratio of the filter region 1 and the aperture region 2 can be easily selected, and the subject can be selected. Can be illuminated.
  • FIG. 7 is an explanatory view of a two-blade type aperture stop 200A which is an embodiment of the second aperture stop of the present invention.
  • FIG. 8 is a pair of stop blades constituting the two-blade type aperture stop 200A. It is a top view of member 20A.
  • the diaphragm blade member 20A has a filter part 21 in which a filter layer 21a is formed on the left and right sides of the surface of a rectangular flat substrate 23, and a non-filter part 22 that is a non-formation region of the filter layer 21a. It is fitted in.
  • the filter layer 21a has a shape in which the non-filter part 22 side is recessed in a V shape. Similar to the filter layer 1a of the donut-shaped aperture stop 100A described above, the filter layer 21a transmits light in the wavelength region of excitation light that causes the subject to emit fluorescence without being substantially attenuated, and forms a subject image.
  • the rectangular flat substrate 23 is formed of a transparent glass plate, an acrylic resin plate, or the like, similar to the aperture stop 100A described above.
  • the two-blade type aperture stop 200A shown in FIG. 7 is constructed by combining a pair of stop blade members 20A so that both non-filter portions 21 overlap and movably mounted on a rail 25.
  • the overlapping region of the non-filter portion 22 of the pair of aperture blade members 20A becomes the aperture region 2 of the two-blade aperture stop 200A, and excitation light that causes the subject to emit fluorescence. And light in the visible light region that forms the subject image.
  • the pair of filter portions 21 surrounding the aperture region 2 become the filter region 1 of the two-blade type aperture stop 200A, which transmits the light in the wavelength region of the excitation light that causes the subject to emit fluorescence and transmits the subject image. The visible light that forms the light is reduced or blocked.
  • the area of the opening region 2 is variable.
  • FIG. 7A the state where the opening region 2 is maximized, and FIG.
  • the area of the opening region 2 can be continuously changed between the state in which the opening region 2 is narrowed down and the state in which the opening region 2 is further narrowed down as shown in FIG. Therefore, it is possible to more appropriately adjust the balance of the light amount of the light that forms the subject image and the excitation light that forms the fluorescent image.
  • a broken-line circle X around the aperture region 2 indicates the optical path diameter from the light source at the mounting position when the two-blade aperture stop 200A is mounted on an optical system such as a light source device. .
  • the diameter of the filter area 1 is made larger than the optical path diameter from the light source at the mounting position of the two-blade type aperture stop 200A. It is preferable not to block the optical path. Thereby, the loss of the excitation light component contained in the light source can be reduced.
  • the pair of diaphragm blade members 20A when combining the pair of diaphragm blade members 20A so that the two non-filter portions 22 overlap each other, the pair of diaphragm blade members 20A is as long as these opposed surfaces do not contact each other. It is desirable to place them as close as possible.
  • a pair of diaphragm blade members 20A may be connected by a known connector so that the pair of diaphragm blade members 20A move symmetrically about the center p of the opening region 2.
  • the drive source of the diaphragm blade member 20A may be manual or a stepping motor or the like.
  • the aperture stop of the present invention can take various modes.
  • the V-shaped opening angle ⁇ and the V-shaped depth d of the filter portion 21 are determined by the overlapping of the pair of non-filter portions 22. There is no particular limitation as long as it is formed.
  • the filter portion 21 is recessed in a V shape on the non-filter portion 22 side.
  • the filter portion 21 is recessed as long as the opening region 2 can be formed by overlapping the pair of non-filter portions 22.
  • the opening region 2 is not particularly limited, and the opening region 2 is formed in a state in which the area of the opening region 2 is narrowed by denting the tip of the V-shaped recess in a semicircular shape like the diaphragm blade member 20B shown in FIG. May be circular.
  • the planar shape itself of the flat substrate 23 forming the stop blade member 20D may be a shape having a dent similar to the filter portion 21, or FIG.
  • the plate-like base material 23 itself has a light transmission characteristic similar to that of the filter layer 21a due to the uniform dispersion of the color material. You may form the opening area
  • a fluorescence wavelength region cut filter layer 5 may be provided.
  • the aperture stop of the present invention can take various modes.
  • a filter region and an opening region located inside the filter region may be formed by combining three or more aperture blade members having a filter part and a non-filter part.
  • the filter part is thermally expanded by heat from the light source and distortion occurs in the overlapping part of the filter parts.
  • a two-blade type aperture stop is preferable to an aperture stop having three or more stop blade members.
  • the aperture stop according to the present invention can be widely used in a light source device of various imaging devices that simultaneously capture a subject image by illumination light and a fluorescent image from an observation site of the subject. It is possible to prevent the fluorescent image from becoming weak.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of a configuration in which the two-blade aperture stop 200A of the present invention is incorporated in a light source device 300A of a known near-infrared fluorescent image capturing endoscope device using ICG.
  • the endoscope apparatus to which the light source device 300A is attached takes a subject image by visible light using a living body as a subject, and simultaneously takes a fluorescent image in an infrared light band emitted by an ICG administered to a living tissue. It can be set as the structure similar to the endoscope apparatus as described in PCT / JP2009 / 67352.
  • the light in the wavelength region corresponding to the fluorescence from the observation site of the subject is transmitted, and the transmission in the visible light region that forms the subject image is reduced or
  • An endoscope apparatus having an aperture stop to be blocked in front of an image sensor such as a CCD is used.
  • the ratio of the intensity of the fluorescent image to the subject image can be further improved with a simple configuration.
  • the light source device 300A includes a white light source 60 such as a halogen lamp, a xenon lamp, and an LED, a concave mirror 61 provided behind the white light source 60, a fluorescent wavelength band cut filter 62 sequentially provided on the front surface of the white light source 60, 2 shown in FIG. It has a single blade type aperture stop 200A and a condenser lens 3b. Further, a total light quantity stop 63 for reducing the total light quantity of the illumination light can be provided between the two-blade aperture stop 200A and the condenser lens 3b as necessary.
  • a white light source 60 such as a halogen lamp, a xenon lamp, and an LED
  • a concave mirror 61 provided behind the white light source 60
  • a fluorescent wavelength band cut filter 62 sequentially provided on the front surface of the white light source 60, 2 shown in FIG. It has a single blade type aperture stop 200A and a condenser lens 3b.
  • illumination light having an appropriate ratio between the amount of excitation light and the amount of light in the visible light region is endoscope. It can be fed into the light guide fiber 70 of the device.
  • the aperture stop of the present invention is useful in a fluorescent image pickup device using a fluorescent reagent such as ICG, a light source device of an image pickup device in a medical field such as PDD, PDT, etc., and also in a fluorescent image in an analysis test of food and various materials. It is also useful in a light source device for taking a picture.

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Abstract

　可視光域の照明光の反射による被写体像と、被写体中の蛍光物質による蛍光像とを同時に観察する場合の光源装置に使用される照明用開口絞り１００Ａが、平板状基材３に形成されたフィルタ領域１、フィルタ領域１の内側に形成された開口領域２を有する。フィルタ領域１は、被写体に蛍光を発光させる励起光の波長域の光を透過させ、かつ被写体像を形成する可視光域の光の透過を低減又は遮断する。照明用開口絞り２００Ａは、一部又は全部にフィルタ部２１が形成された絞り羽根部材２０Ａを複数備え、その複数の絞り羽根部材２０Ａからフィルタ領域１が形成され、フィルタ領域１の内側に開口領域２が形成されるようにしてもよい。これにより、照明光の反射による被写体像と被写体中の蛍光物質による微弱な蛍光像との光量の比率を改善することができる。

Description

照明用開口絞り
　本発明は、被写体の可視像を観察するための照明光と、被写体の蛍光像を観察するための励起光とを、適切な光量割合で被写体に同時に照射するための照明用開口絞りに関する。
　医療分野において光線力学的診断法(ＰＤＤ)や光線力学的治療法(ＰＤＴ)が利用されている。ＰＤＤは、励起光の照射により蛍光を発生する光感受性物質が腫瘍組織に特異的に蓄積される性質を利用して、予め生体内に光感受性物質を投与し、それが発する蛍光により腫瘍組織を観察する診断法であり、ＰＤＴは、光感受性物質の励起により生じる一重項酸素を利用して腫瘍組織を破壊する治療法である。
　ＰＤＤやＰＤＴでは、手術室の無影灯等の強力な照明光下において、腫瘍組織内の光感受性物質から発せられる蛍光を高精度に撮影し、観察可能とすることが求められるが、光感受性物質から発せられる蛍光は照明光に比して極めて微弱であるため、蛍光像が照明光による被写体像に埋もれてしまうという問題がある。
　一方、近年、生体内に光造影剤としてＩＣＧ（インドシアニングリーン）を投与し、励起光の照射等によりＩＣＧを励起させ、ＩＣＧが発する近赤外の蛍光像を被写体像と共に撮像し、観察することにより診断を行う方法が注目されている。ヘモグロビンは６００ｎｍより短波長に吸収があり、水は９００ｎｍより長波長に吸収があり、他方、ＩＣＧの励起波長やＩＣＧが発する蛍光の波長は、それぞれ、ヘモグロビンや水の吸収のない６００～９００ｎｍの波長帯域にあるため、ＩＣＧを使用することにより、生体内部の観察も可能になる。しかしながら、この方法においても蛍光像が被写体像に埋もれてしまうというという問題がある。
　このような問題を解決するために、赤外領域の蛍光を含む被写体像をＲＧＢ成分に分解し、再度それらを重畳してカラー画像を形成するにあたり、Ｒ成分が多くなるように分解し、微弱な蛍光による観察部位を強調することが提案されている（特許文献１）。しかしながら、この方法では、赤外領域にある蛍光だけでなく、被写体像を形成するＲ成分の光も同時に強調されるため、被写体像の中で蛍光を発する部位を精確に観察することが困難となる。さらに、被写体像をＲＧＢ成分に分解するためのフィルタやその駆動機構が必要となり、装置構成が複雑になることも問題となる。
　また、赤外光帯域の蛍光像と可視光帯域の被写体像とを同時に撮影する撮像装置において、励起光をカットし、赤外光帯域の光と可視光帯域の光とを透過させて受光するにあたり、赤外光帯域と可視光帯域とで透過率が異なる光学フィルタを使用することにより赤外光像と可視光像とのバランスをとることが提案されている（特許文献２）。しかしながら、被写体像を形成する可視光帯域の光に対して蛍光像を形成する赤外光帯域の光が極めて微弱な場合に、赤外光帯域の透過率と、可視光帯域の透過率とをバランスよく調整した光学フィルタを得ることは難しい。
　一方、励起光波長とそれより長波長の蛍光波長の光を含む照明光を用いて被写体を照明し、被写体中の観察部位が発する微弱な蛍光による観察像と被写体の反射光による被写体像とを同時に観察する場合に使用する光源装置において、白色光源を使用し、蛍光波長以上の波長域の照明光成分の強度を調整することにより、蛍光像と背景部との光量バランスを調整することが提案されている（特許文献３）。しかしながら、この光源装置では蛍光像と可視光帯域の被写体像との光量バランスを調整することができない。
　また、赤外光帯域の蛍光像と可視光帯域の被写体像とを観察する内視鏡装置において、白色光源を使用する光源装置に、可視光透過フィルタと赤外光透過フィルタとを、円形を２等分するように配置した帯域制限回転フィルタを設け、蛍光観察する場合と通常光観察する場合とで使用するフィルタ領域を変えること、また、蛍光観察と通常光観察とを同時に行う場合には、帯域制限回転フィルタを回転させ、それに同期させて受光側のＲＧＢ回転フィルタを回転させることが提案されている（特許文献４）。しかしながら、この帯域制限回転フィルタを用いても、被写体の蛍光像を形成するための励起光と、被写体像を形成するための可視光帯域の光との光量の比率を変えることはできず、さらに、蛍光像と被写体像を同時に観察するためには、光源装置の帯域制限回転フィルタと受光装置とＲＧＢフィルタとの同期が必要となり、装置構成が複雑になるという問題がある。
　なお、蛍光像を形成するための励起光と、被写体像を形成するための可視光帯域の光とのバランスをとるために、照明光用の光源とは別個に赤外レーザ等の励起光用の光源を設けることが知られているが、この場合にも装置構成が複雑になる。
特開２００１－７８２０５号公報 特開２００８－１８８１９６号公報 特開２００８－２５９５９１号公報 特開平１０－２０１７０７号公報
　本発明は、上述のように、照明光の反射による可視光域の被写体像と、被写体中の蛍光物質による微弱な蛍光像とを同時に観察する場合に、被写体像中に蛍光像が埋もれることのないように、光源装置において、被写体像を形成する可視光域の光の光量と、蛍光像を形成する赤外光域の励起光の光量とを簡便な方法で調整できるようにすることを目的とする。
　本発明者らは、被写体像を形成する照明光の波長域の光に対しては開口絞りとして機能するが、蛍光像を形成する励起光の波長域の光は絞ることなく透過させる開口絞りを照明光学系で用いることにより、上述の課題を解決できることを見出した。
　すなわち、本発明は第１の開口絞りとして、可視光域の照明光の反射による被写体像と、被写体中の蛍光物質による蛍光像とを同時に観察する場合の光源装置に使用される照明用開口絞りであって、基材に環状にフィルタ領域が形成され、該フィルタ領域の内側に開口領域が形成されている照明用開口絞りであって、フィルタ領域が、被写体に蛍光を発光させる励起光の波長域の光を透過させ、かつ被写体像を形成する可視光域の光の透過を低減又は遮断する照明用開口絞りを提供する。
　また、本発明は第２の開口絞りとして、可視光域の照明光の反射による被写体像と、被写体中の蛍光物質による蛍光像とを同時に観察する場合の光源装置に使用される照明用開口絞りであって、一部又は全部にフィルタ部が形成された絞り羽根部材を複数備え、複数の絞り羽根部材のフィルタ部から形成されたフィルタ領域と該フィルタ領域の内側に位置する開口領域とを有し、フィルタ領域が、被写体に蛍光を発光させる励起光の波長域の光を透過させ、かつ被写体像を形成する可視光域の光の透過を低減又は遮断する照明用開口絞りを提供する。
　さらに、本発明は、照明光による被写体像と、被写体の観察部位からの蛍光像とを同時に観察する撮像装置に使用される光源装置であって、白色光源と、上述の照明用開口絞りを備えた光源装置を提供し、特に、内視鏡に使用される光源装置を提供する。
　本発明の第１、第２の照明用開口絞りによれば、被写体の観察部位に蛍光を発光させる励起光の波長域の光を透過させ、かつ被写体像を形成する可視光域の光の透過を低減又は遮断するフィルタ領域の内側に開口領域が形成されているので、フィルタ領域及び開口領域を透過する励起光の波長域の光は絞られることなく、被写体像を形成する可視光域の光のみが絞られる。このため、この開口絞りを光源装置に用いると、白色光源を使用する極めて簡単な装置構成で、蛍光像の光量と被写体像の光量との比率を改善し、被写体像の中に蛍光像が埋もれてしまうことを防止することができる。
　さらに、本発明の第２の照明用開口絞りによれば、開口領域の面積が可変であるため、この開口絞りを光源装置に用いると、簡単な装置構成で、蛍光像と被写体像の光量バランスの調整をより適切に行うことができる。
図１は、本発明の実施例のドーナツ型開口絞り１００Ａの平面図及び断面図である。 図２は、本発明の実施例のドーナツ型開口絞り１００Ｂの平面図及び断面図である。 図３は、本発明の実施例のドーナツ型開口絞り１００Ｃの平面図及び断面図である。 図４は、本発明の実施例のドーナツ型開口絞り１００Ｄの平面図及び断面図である。 図５は、本発明の実施例のドーナツ型開口絞り１００Ｅを組み込んだレンズ系の断面図である。 図６は、ドーナツ型開口絞り１００Ａを複数組み合わせた回転形開口絞り１５０の平面図である。 図７は、本発明の実施例の２枚羽根型開口絞り２００Ａの作用を説明する平面図及び断面図である。 図８は、本発明の実施例の２枚羽根型開口絞り２００Ａを構成する絞り羽根部材２０Ａの平面図である。 図９は、本発明の実施例の２枚羽根型開口絞りを構成する絞り羽根部材２０Ｂの平面図である。 図１０は、本発明の実施例の２枚羽根型開口絞りを構成する絞り羽根部材２０Ｃの平面図である。 図１１は、本発明の実施例の２枚羽根型開口絞り２００Ｂの平面図及び断面図である。 図１２は、本発明の実施例の２枚羽根型開口絞り２００Ｃの平面図及び断面図である。 図１３は、本発明の実施例の２枚羽根型開口絞り２００Ｄの平面図及び断面図である。 図１４は、本発明の実施例の光源装置３００Ａの概略構成図である。
　以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は、同一又は同等の構成要素を表している。
　図１は、本発明の第１の照明用開口絞りの一実施例であるドーナツ型開口絞り１００Ａの平面図（同図（ａ））と、Ａ－Ａ断面図（同図（ｂ））である。このドーナツ型開口絞り１００Ａは、環状のフィルタ領域１とフィルタ領域１の内側に形成された円形の開口領域２とを有する平板状基材３と、平板状基材３の外周に嵌められた外枠４から形成されている。より具体的には、フィルタ領域１は、透明な円形の平板状基材３の表面に環状に設けられたフィルタ層１ａからなり、平板状基材３の中央部のフィルタ層非形成領域が開口領域２となっている。
　この開口絞り１００Ａは照明光学系用に構成されており、フィルタ領域１は、被写体に蛍光を発光させる励起光の波長域の光を実質的に減衰することなく透過し、かつ被写体像を形成する可視光域の光を低減又は遮断する領域である。なお、被写体に蛍光を発光させる励起光の波長域と被写体像を形成する可視光の波長域とが重なる場合には、励起光の波長域の光を実質的に減衰することなく透過し、かつ被写体像を形成する可視光域の光のうち励起光の波長域以外の光を低減又は遮断する領域である。
　また、開口領域２は、被写体に蛍光を発光させる励起光の波長域の光と被写体像を形成する可視光域（例えば、波長４００～８００ｎｍ）の光を実質的に減衰することなく透過する領域である。この開口領域２は、特定の波長域に対してフィルタ機能をもたない全光透過領域としてもよい。なお、本実施例では開口領域２が円形の態様を示したが、本発明において、開口領域２は種々の形状をとることができ、例えば、楕円形でも矩形でもよい。
　ここで、フィルタ領域１の光の透過特性は、観察対象とする被写体、光感受性物質、光造影剤等の種類や観察目的等に応じて適宜定めることができる。例えば、生体内にＩＣＧを蓄積させ、その蓄積部位を観察部位とし、ＩＣＧに励起光を照射することにより蛍光を発光させ、その蛍光を観察する場合、ＩＣＧの励起波長のピークは８０５ｎｍであり、ＩＣＧの蛍光波長のピークは８４５ｎｍであるから、７５０～８１０ｎｍを励起波長域とし、この励起波長域を含む白色光を光源とすることが好ましい。したがって、フィルタ領域１では、７５０～８１０ｎｍの励起波長域の光は透過するが、それよりも短波長側の可視光域の光は低減又は遮断されるようにする。
　なお、このようにドーナツ型開口絞り１００Ａの光の透過特性を設定すると、開口領域２を蛍光波長域の光が通過するので、このドーナツ型開口絞り１００Ａの使用時には、８１０ｎｍよりも長波長側の光を遮断する蛍光波長域カットフィルタを併用することが好ましい。あるいは、図２に示したドーナツ型開口絞り１００Ｂのように、平板状基材３の片面に環状にフィルタ領域１を形成すると共に、平板状基材３の他面全面に８１０ｎｍよりも長波長側の光を遮断する蛍光波長域カットフィルタ層５を形成してもよい。
　一方、ＰＤＤ法において光感受性物質としてヘマトポルフィリン誘導体（ＨｐＤ）を使用する場合、４０５ｎｍをピーク波長とする励起光により、ＨｐＤを蓄積した腫瘍細胞はピーク波長６３０ｎｍと６９０ｎｍの蛍光を発する。そこで、励起光の波長域を３８５～４２５ｎｍとし、観察する蛍光の波長域を６１０～７２０ｎｍに設定し、光源を、励起光の波長域を含む白色光とすることが好ましい。したがって、フィルタ領域１としては、励起光の波長域である３８５～４２５ｎｍの光を透過するが、この波長域よりも短波長側の可視光や長波長側の可視光は遮断又は低減するものが好ましく、この励起光の波長域よりも短波長側及び長波長側の光を遮断するものがより好ましい。また、前述したＩＣＧによる観察像を取る場合に準じて、適宜、ドーナツ型開口絞りの使用時には蛍光波長域カットフィルタを使用するか、又はドーナツ型開口絞りに蛍光波長域カットフィルタ層を設けることが好ましい。
　フィルタ領域１の面積（Ｓ1）と開口領域２の面積（Ｓ2）との割合は、被写体の観察部位からの蛍光による観察像が、照明光による被写体像中に埋もれることなく明瞭に観察できるようにするため、光源の強さや撮像装置の感度等に応じて適宜定める。
　フィルタ領域１を形成するフィルタ層１ａは、蒸着法やスパッタ法等の一般的な光学フィルタ用の薄膜形成方法にしたがい、上述の光の透過特性を有するように平板状基材３に形成することができる。
　平板状基材３としては、本実施例においては、透明な平行平面板を使用することが好ましく、例えば、青板ガラス、白板ガラス、光学ガラス、アクリル樹脂板等から形成することができる。平板状基材３の厚さは、平板状基材３の材質、フィルタ領域１の外径等に応じて適宜定めることができる。
　本発明の開口絞りは種々の態様をとることができる。例えば、図３に示した開口絞り１００Ｃのように、平板状基材３として、開口領域２が切り抜かれた環状の基板を使用してもよい。あるいは、図４に示した開口絞り１００Ｄのように、色材が均一に分散した平板状基材３を使用することによりフィルタ領域１を形成し、その平板状基材３自体を切り欠くことにより開口領域２を形成してもよい。
　また、フィルタ領域１を形成するフィルタ層１ａは、平板状基材３に形成することに限られない。フィルタ層１ａを形成する基材をレンズとし、その表面に形成してもよい。図５の開口絞り１００Ｅは、光源６０が発した光を内視鏡用のライトガイドファイバー７０に集光するコンデンサーレンズ３ｂの表面に、リング状にフィルタ層１ａを形成したものである。
　このようにレンズ面にフィルタ層１ａを形成することにより、独立の光学部材として基材にフィルタ層を設けた開口絞りに比して、開口絞りが占めるスペースを省略することができる。なお、フィルタ層１ａを形成するレンズ３ｂとしては、従来の光源装置内のレンズ系で開口絞りが設置されている位置近傍のレンズとすることが好ましい。
　図６は、上述のドーナツ型開口絞り１００Ａと同様の開口絞りであって、フィルタ領域１と開口領域２の面積比が異なるものを、円盤形基板６の回転中心６oの周りに複数配置した回転形開口絞り１５０の平面図である。この回転形開口絞り１５０によれば、円盤形基板６を矢印のように回転させることにより、フィルタ領域１と開口領域２が所望の比を有するドーナツ型開口絞り１００Ａを容易に選択し、被写体を照明することができる。
　図７は、本発明の第２の開口絞りの一実施例である２枚羽根型開口絞り２００Ａの説明図であり、図８は、この２枚羽根型開口絞り２００Ａを構成する一対の絞り羽根部材２０Ａの平面図である。
　絞り羽根部材２０Ａは、矩形の平板状基材２３の表面の左右片側にフィルタ層２１ａが形成されたフィルタ部２１とフィルタ層２１ａの非形成領域である非フィルタ部２２を有し、外枠２４に嵌められている。ここで、フィルタ層２１ａは非フィルタ部２２側がＶ字型に凹んだ形状をしている。このフィルタ層２１ａは、前述のドーナツ型開口絞り１００Ａのフィルタ層１ａと同様に、被写体に蛍光を発光させる励起光の波長域の光を実質的に減衰することなく透過し、かつ被写体像を形成する可視光域の光を低減又は遮断する光の透過特性を有するものであり、前述のドーナツ型開口絞り１００Ａのフィルタ層１ａと同様に薄膜の蒸着等により形成される。また、矩形の平板状基材２３は、前述の開口絞り１００Ａと同様に透明なガラス板、アクリル樹脂板等から形成される。
　図７に示した２枚羽根型開口絞り２００Ａは、一対の絞り羽根部材２０Ａを、双方の非フィルタ部２１が重なり合うように組み合わせ、レール２５上に移動可能に取り付けたものである。この２枚羽根型開口絞り２００Ａによれば、一対の絞り羽根部材２０Ａの非フィルタ部２２の重なり合った領域が、２枚羽根型開口絞り２００Ａの開口領域２となり、被写体に蛍光を発光させる励起光の波長域の光と被写体像を形成する可視光域の光を透過させる。また、この開口領域２を囲む一対のフィルタ部２１が、２枚羽根型開口絞り２００Ａのフィルタ領域１となり、被写体に蛍光を発光させる励起光の波長域の光の透過を透過させ、かつ被写体像を形成する可視光の光を低減又は遮断する。
　したがって、この２枚羽根型開口絞り２００Ａによれば、開口領域２の面積が可変となり、例えば、図７（ａ）に示すように、開口領域２を最大にした状態と、同図（ｂ）に示すように開口領域２を絞った状態と、同図（ｃ）に示すように開口領域２をさらに絞った状態に、開口領域２の面積を連続的に変化させることができる。よって、被写体像を形成する光と蛍光像を形成する励起光の光量のバランスの調整をより適切に行うことができる。なお、図７において、開口領域２の周りの破線円形Ｘは、この２枚羽根型開口絞り２００Ａを光源装置などの光学系に取り付けた場合の取付位置での光源からの光路径を示している。このように開口領域２の開閉の有無にかかわらず、フィルタ領域１の径を、２枚羽根型開口絞り２００Ａの取付位置での光源からの光路径よりも大きくし、フィルタ領域１が光源からの光路を遮らないようにすることが好ましい。これにより、光源に含まれる励起光成分のロスを低減することができる。
　また、２枚羽根型開口絞り２００Ａにおいて、一対の絞り羽根部材２０Ａを双方の非フィルタ部２２が重なり合うように組み合わせるにあたり、一対の絞り羽根部材２０Ａは、これらの対向面が互いに接触しない限りで、できるだけ近接して配置することが望ましい。
　絞り羽根部材２０Ａの駆動機構としては、開口領域２の中心ｐを中心にして左右対称に一対の絞り羽根部材２０Ａが動くように、一対の絞り羽根部材２０Ａを公知の接続具で接続することが好ましい。また、絞り羽根部材２０Ａの駆動源としては、手動でもよく、ステッピングモーター等を使用してもよい。
　本発明の開口絞りは、さらに種々の態様をとることができる。例えば、図８に示した絞り羽根部材２０Ａおいて、フィルタ部２１のＶ字型の開きの角度θやＶ字型の深さｄは、一対の非フィルタ部２２の重ね合わせにより開口領域２が形成される限り特に制限はない。
　図８に示した絞り羽根部材２０Ａでは、フィルタ部２１は、その非フィルタ部２２側がＶ字型に凹んでいるが、一対の非フィルタ部２２の重ね合わせにより開口領域２を形成できる限り凹み形状自体には特に制限なく、図９に示す絞り羽根部材２０ＢのようにＶ字型の凹みの先端部を半円形に凹ませることにより、開口領域２の面積を最も狭めた状態で、開口領域２が円形になるようにしてもよい。また、図１０に示す絞り羽根部材２０Ｃのように、フィルタ部２１の非フィルタ部２２側を半楕円状等に凹ませても良い。
　図１１に示す２枚羽根型開口絞り２００Ｂのように、絞り羽根部材２０Ｄを形成する平板状基材２３の平面形状自体を、フィルタ部２１と同様に凹みを有する形状としてもよく、あるいは、図１２に示す２枚羽根型開口絞り２００Ｃのように、色材が均一に分散していることにより平板状基材２３自体がフィルタ層２１ａと同様の光透過特性を有する物を使用し、それを凹みを有する形状に切り欠くことにより開口領域２を形成してもよい。
　また、本発明の前述の２枚羽根型開口絞りにおいては、前述のドーナツ型開口絞りと同様に、図１３に示すように、必要に応じて、フィルタ層２１ａと反対側の平板状基板２３に蛍光波長域カットフィルタ層５を設けてもよい。
　本発明の開口絞りは、さらに種々の態様をとることができる。例えば、フィルタ部と非フィルタ部を有する絞り羽根部材を３枚以上組み合わせることにより、フィルタ領域と、そのフィルタ領域の内側に位置する開口領域とが形成されるようにしてもよい。ただし、フィルタ部の重なりが多いと、光源からの熱でフィルタ部が熱膨張してフィルタ部の重なり部分に歪みが生じることにより照明ムラが生じることがあるが、このような照明ムラが生じにくい点から、３枚以上の絞り羽根部材を有する開口絞りよりも２枚羽根型開口絞りが好ましい。
　本発明の開口絞りは、照明光による被写体像と、被写体の観察部位からの蛍光像とを同時に撮像する種々の撮像装置の光源装置に広く使用することができ、それにより、被写体像に対して蛍光像が微弱になることを防止できる。
　図１４は、ＩＣＧを利用した公知の近赤外蛍光画像撮像内視鏡装置の光源装置３００Ａに本発明の２枚羽根型開口絞り２００Ａを組み込んだものの概略構成図である。この光源装置３００Ａを取り付ける内視鏡装置は、生体を被写体として可視光による被写体像を撮ると共に、生体組織に投与したＩＣＧが発する赤外光帯域の蛍光画像も同時に撮るものであり、特許文献４に記載の内視鏡装置や、ＰＣＴ／ＪＰ２００９／６７３５２に記載の内視鏡装置と同様の構成とすることができる。好ましくはＰＣＴ／ＪＰ２００９／６７３５２に記載の内視鏡装置のように、被写体の観察部位からの蛍光に対応する波長域の光を透過し、かつ被写体像を形成する可視光域の透過を低減又は遮断する開口絞りをＣＣＤ等の撮像素子の前面に備えた内視鏡装置を使用する。これにより、簡便な構成で被写体像に対する蛍光像の強度の比率をより一層改善することができる。
　光源装置３００Ａは、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ等の白色光源６０、その背後に設けられた凹面鏡６１、白色光源６０の前面に順次設けられた蛍光波長域カットフィルタ６２、図７に示した２枚羽根型開口絞り２００Ａ、及びコンデンサーレンズ３ｂを有する。また、２枚羽根型開口絞り２００Ａとコンデンサーレンズ３ｂの間には、必要に応じて、照明光の全体光量を絞る全光量絞り６３を設けることができる。
　この光源装置３００Ａによれば、２枚羽根型開口絞り２００Ａのフィルタ領域１と開口領域２の比の調整により、励起光の光量と可視光域の光量が適切な比率の照明光を内視鏡装置のライトガイドファイバー７０に送り込むことができる。
　なお、このような光源装置３００Ａにおいて、図７に示した２枚羽根型開口絞り２００Ａに代えて、前述の他の２枚羽根型開口絞り２００Ｂ～２００Ｄ、ドーナツ型開口絞り１００Ａ～１００Ｅ、あるいは回転形開口絞り１５０等を設けても良い。
　本発明の開口絞りは、ＩＣＧ等の蛍光試薬を利用した蛍光画像撮像装置、ＰＤＤ、ＰＤＴ等の医療分野の撮像装置の光源装置で有用であり、また、食品、各種材料の分析試験において蛍光画像を撮る場合の光源装置などにおいても有用である。
１　フィルタ領域
１ａ　フィルタ層
２　開口領域
３　平板状基材
３ｂ　コンデンサーレンズ
４　外枠
５　蛍光波長域カットフィルタ層
６　円盤形基板
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ　絞り羽根部材
２１　フィルタ部
２１ａ　フィルタ層
２２　非フィルタ部
２３　平板状基材
２４　外枠
２５　レール
５０　励起光カットフィルタ
６０　光源
６１　凹面鏡
６２　蛍光波長域カットフィルタ
６３　全光量絞り
７０　ライトガイドファイバー
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ　ドーナツ型開口絞り
１５０　　回転形開口絞り
２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ　２枚羽根型開口絞り
３００Ａ　光源装置

Claims (9)

  1. 　可視光域の照明光の反射による被写体像と、被写体中の蛍光物質による蛍光像とを同時に観察する場合の光源装置に使用される照明用開口絞りであって、
    基材に環状にフィルタ領域が形成され、該フィルタ領域の内側に開口領域が形成され、フィルタ領域が、被写体に蛍光を発光させる励起光の波長域の光を透過させ、かつ被写体像を形成する可視光域の光の透過を低減又は遮断する照明用開口絞り。
  2. 　励起光が赤外光である請求項１記載の照明用開口絞り。
  3. 　開口絞りの全面に、前記蛍光の波長域の光の透過を遮断するフィルタ層が設けられている請求項１又は２記載の照明用開口絞り。
  4. 　可視光域の照明光の反射による被写体像と、被写体中の蛍光物質による蛍光像とを同時に観察する場合の光源装置に使用される照明用開口絞りであって、
    一部又は全部にフィルタ部が形成された絞り羽根部材を複数備え、複数の絞り羽根部材のフィルタ部から形成されたフィルタ領域と該フィルタ領域の内側に位置する開口領域とを有し、フィルタ領域が、被写体に蛍光を発光させる励起光の波長域の光を透過させ、かつ被写体像を形成する可視光域の光の透過を低減又は遮断する照明用開口絞り。
  5. 　開口領域の面積が可変である請求項４記載の照明用開口絞り。
  6. 　励起光が赤外光である請求項４又は５記載の照明用開口絞り。
  7. 　フィルタ領域の径が、照明用開口絞りの取付位置における光源からの光路径よりも大きく、フィルタ領域が前記光路を遮らない請求項４～６記載の照明用開口絞り。
  8. 　照明光による被写体像と、被写体の観察部位からの蛍光像とを同時に観察する撮像装置に使用される光源装置であって、白色光源と、請求項１～７のいずれかに記載の照明用開口絞りを備えた光源装置。
  9. 　内視鏡装置に使用される請求項８記載の光源装置。
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