JP6867533B1 - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡等の医療用光源装置、工業用光源装置を提供すること。
【解決手段】放射光を射出するＬＥＤ光源と、一対のフレネルレンズを有しそれらの凹凸面が対面するように配置され、前記放射光を集光する集光部と、前記集光を導光するライトガイドと、を含む光源装置である。前記一対のフレネルレンズの凹凸面が接し、また、前記ライトガイドの先端が前記集光の略焦点の位置に配置されることができる。
【選択図】図３

Description

本技術は、工業用光源装置や医療用光源装置、特に内視鏡用光源装置に関する。

従来の光源装置には、キセノンランプを使用したもの、ハロゲンランプを使用したもの、メタルハライドランプを使用したものなどが主流であった。しかし昨今のＬＥＤの普及に伴い、ＬＥＤ光源装置が開発されている。特に、ＬＥＤ光源装置では、ＬＥＤの集光部分での工夫や発明が重要である。

例えば、先行技術文献１には、蛍光体から疑似白色光を発生させるための励起光を発するレーザ光源と、前記疑似白色光に不足する波長成分を含むＬＥＤ光を発する少なくとも１つのＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光を集光して入射するレンズとを備える光源装置が開示されている。より具体的には、従来は、蛍光体を用いて発生される疑似白色光は、白色灯から発せられる白色光と比べて、特定の波長帯域の成分が不足している等、演色性が悪く、内視鏡画像の画質が低下する問題があったが、当該技術によれば画質の低下を防止できたと記載されている。

また、先行技術文献２には、白色照明光の第１光源部と、白色照明光より狭い波長帯域の光を白色照明光の進行方向と直行する方向に出射する第２光源部と、第２光源部の光束の形状およびサイズを変化させる整形レンズと、白色照明光と狭い波長帯域を合波する合波部材と、合波光を集光する集光レンズと、集光された合波光を散乱させる散乱部などの多くの構成部を有する内視鏡用光源装置が開示されている。この技術によれば、特殊光観察及び通常観察の両方の観察の際に、白色照明光の特定波長域の光量が低減することなく、高精度な画像を得ることができ、かつ画像全体を明るくすることができたと記載されている。

特開２０１２−７０８２２号公報 特開２０１２−８０９４９号公報

前述のように、白色光源の開発は難易度が高く、また特殊光源においても同様である。なぜなら、白色光源でも特殊光源でも、ランバード配光を射出するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Eｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を使用して従来の光源に匹敵する明るさを得ることが難しいからである。さらに、二つの異なる光を１本のライトガイドに効率よく導光させることが難しい等の問題もある。また、近年、光線力学的診断および蛍光造影法などの癌を可視化し、ナビゲーションする術式が先端治療において幅広く普及しつつあり、これらの問題の克服が求められている。

そのような状況下、本発明者らは鋭意努力の結果、医療用、工業用の光源装置として十分有用で、かつシンプルな構造の光源の開発を成功するに至った。

すなわち、本技術は、
放射光を射出する光源と、
一対のフレネルレンズを有しそれらの凹凸面が対面するように配置された、前記放射光を集光する集光部と、
前記集光を導光するライトガイドと、
を含む光源装置を提供する。
前記一対のフレネルレンズの凹凸面は接していてもよい。
前記ライトガイドの先端は、前記集光の略焦点の位置に配置されていてもよい。
また、前記光源はＬＥＤであってもよい。

また、本技術は、
第一の放射光を射出する第一の光源と、
第一の一対のフレネルレンズを有しそれらの凹凸面が対面するように配置された、前記第一の放射光を集光する第一の集光部と、
前記第一の放射光と波長の異なる第二の放射光を射出する第二の光源と、
第二の一対のフレネルレンズを有しそれらの凹凸面が対面するように配置された、前記第二の放射光を集光する第二の集光部と、
前記第一の集光部からの第一の集光と前記第二の集光部からの第二の集光を分割するビームスプリッターと、
前記分割された光を導光するライトガイドと、
を含み、
前記第一の集光と前記第二の集光が、前記ビームスプリッターに反射及び／又は透過して同一方向となった光の略焦点にライトガイドの先端が位置する、
光源装置システムを提供する。
また、前記第一の光源は白色光光源であり、前記第二の光源は波長３７５ｎｍから８１０ｎｍの励起光光源であることが、本技術の一例として挙げられる。

さらに本技術は、
第一の放射光を射出する第一の光源と、
第一の一対のフレネルレンズを有しそれらの凹凸面が対面するように配置された、前記第一の放射光を集光する第一の集光部と、
前記第一の放射光と異なる波長の第二の放射光を射出する第二の光源と、
第二の一対のフレネルレンズを有しそれらの凹凸面が対面するように配置された、前記第二の放射光を集光する第二の集光部と、
前記第一および第二の放射光と異なる波長の第三の放射光を射出する第三の光源と、
第三の一対のフレネルレンズを有しそれらの凹凸面が対面するように配置された、前記第三の放射光を集光する第三の集光部と、
前記第一の集光部からの第一の集光と前記第二の集光部からの第二の集光と前記第三の集光部からの第三の集光を分割するビームスプリッターと、
前記分割された光を導光するライトガイドと、
を含み、
前記第一の集光と前記第二の集光と前記第三の集光のうち、少なくとも２つの集光が、前記ビームスプリッターに反射及び／又は透過して同一方向となった光の略焦点にライトガイドの先端が位置する、
光源装置システムを提供する。
また、前記第一の光源は白色光光源であり、前記第二の光源は波長３７５ｎｍから４４５ｎｍの励起光光源であり、前記第三の光源は波長７５０ｎｍから８１０ｎｍの励起光光源であることが、本技術の一例として挙げられる。

また、本技術は、ビデオスコープと、カラーモニターと、前記光源装置システムとを含む、医療用カメラを提供する。

さらに、前記医療用カメラに含まれる第二の光源から、波長３７５ｎｍから４４５ｎｍの波長の励起光を被検体に蓄積されたプロトポルフィリンに照射し、前記被検体の観察時に波長４５０ｎｍ未満の光を照射しないことを含む、前記被検体におけるプロトポルフィリン蓄積部の画像鮮明化方法も提供できる。

さらに、前記医療用カメラに含まれる第三の光源から、波長７５０ｎｍから８１０ｎｍの励起光を被検体に蓄積されたインドシアニングリーンに照射して得られた第一の画像と、前記医療用カメラの第一の光源から白色光を照射して得られた第二の画像を重畳することを含む、前記被検体におけるインドシアニングリーン蓄積部の画像鮮明化方法も提供できる。

また、本技術は、疾患組織に集積させた光増感物質に励起光を照射し、光増感物質から生じる蛍光を検出する光線力学的診断用装置であって、
前記光線力学的診断用装置は、
放射光を射出する光源と、
一対のフレネルレンズを有しそれらの凹凸面が対面するように配置された、前記放射光を集光する集光部と、
前記集光を導光するライトガイドと、
を含む、光線力学的診断用装置を提供する。

さらに、本技術は、疾患組織に集積させた光増感物質に励起光を照射し、前記疾患を治療する光線力学的治療用装置であって、
前記光線力学的治療用装置は、
放射光を射出する光源と、
一対のフレネルレンズを有しそれらの凹凸面が対面するように配置された、前記放射光を集光する集光部と、
前記集光を導光するライトガイドと、
を含む、光線力学的治療用装置をも提供する。

本技術によれば、１つまたは複数の放射光を１本のライトガイドに導光できる。特に、指向特性を持ったＬＥＤ光のライトガイドへの導光に有用である。本技術は、医療用光源装置、工業用光源装置などに応用でき、例えば内視鏡の光源装置として適用したときに鮮明な画像を得ることができる。

本技術の一実施形態に係る光源装置を示す概念図であり、光源からの放射光が集光部を通って集光され、焦点にライトガイドが配置された態様を示す。 一対のレンズを配置し、ＬＥＤからの放射光が一枚目のフレネルレンズで平行光になり、一枚目と面が逆になるように配置したフレネルレンズに光が通過すると集光する概念図である。 二つの異なる光が一つのライトガイドに導光される光源装置システムの一例を示す概念図である。 ＵＶカットハーフミラーの波長特性を示すグラフである。 ＶＩＳカットフィルターの波長特性を示すグラフである。 本技術に係る光源装置が射出する青色可視光のスペクトル分布を示すグラフである。 本技術に係る集光部を搭載しない光源装置を比較対象とする、赤色蛍光の視認性に関する比較試験の結果を示す写真代用図面である。

以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、本技術の範囲がこれらの実施形態に限定されることはない。

＜１．光源装置＞
以下、図１及び図２を用いて、本技術の一実施形態に係る光源装置を説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る光源装置１は、放射光を射出する光源１１と、当該光源１１から射出された光が入射する集光部１２と、前記集光部１２から射出された集光が導光されるライトガイド１３と、を含む。なお、図１に図示される矢点線は光路を示すものである。

（光源）
前記光源１１は、特に限定されず、従来のキセノンランプ等でもよいが、本技術では様々なスペクトル分布特性を有する光源が揃えられるＬＥＤが好ましい。ＬＥＤ１１には、種々の形状や指向特性を有するものがあるが、本技術に含まれるＬＥＤは特に限定されない。しかし、ＬＥＤ光をライトガイドに導光し、医療用等の電源として使用する目的があるため、例えば、ＬＥＤはテーパーロッド型で、３０度から９０度の指向特性を持ち、放射部分のサイズが直径５ｍｍのものを使用することが好ましく、例えば、色温度４０００度ケルビンから７０００度ケルビンの白色ＬＥＤや、ピーク波長約４０６ｎｍ付近の青色ＬＥＤを用いることができる。

ここで、従来の光源装置において光源としてＬＥＤを用いる場合、通常、ＬＥＤ光はランバード配光であるため、その光を集光するには複数枚のレンズを設計する。このとき、それぞれのＬＥＤのチップサイズに合わせてレンズを専用設計することが必要になり、硝子材質の凹レンズと凸レンズ、又は非球面レンズを組み合わせるなどの設計が行われていた。しかし、このような方法はコストが高くなる。

（集光部）
前記集光部１２は、一対のフレネルレンズ１２ａ，１２ｂを有する。各フレネルレンズ１２ａ，１２ｂは断面鋸波型に形成され、少なくとも二つの傾斜の異なる面からなるプリズムが複数個、階段状に形成されている。換言すれば、各フレネルレンズ１２ａ，１２ｂは、各プリズムが形成された凹凸面を有し、一対の傾斜面からなる溝は同心円状に配される。前記光源１１から射出された指向特性をもった光が各プリズムの傾斜面に入射すると、平行光に変換される。
図２に示すように、本技術に係る集光部１２では、各フレネルレンズ１２ａ，１２ｂの凹凸面同士が対面するように、一対のフレネルレンズ１２ａ，１２ｂが配置されている。

各フレネルレンズ１２ａ，１２ｂのサイズは、特に限定されないが、ＬＥＤから射出される放射光の角度及び焦点距離に合わせて決定する。すなわち、放射光をカバーできるサイズのフレネルレンズを準備すればよい。また、各フレネルレンズ１２ａ，１２ｂの素材は、樹脂素材、硝子素材などが挙げられ、特に限定されない。樹脂素材、硝子素材いずれも光の特性に合わせた素材を選定することが好ましい。この選定は、当業者に周知の技術であり、それに従って容易にできる。

上記のように構成された本技術に係る光源装置では、図２に示すように、前記光源としてのＬＥＤ（直径５ｍｍ）からフレネルレンズ１２ａに放射光を射出されると、いったん当該フレネルレンズ１２ａで平行光に変換される。そして、フレネルレンズ１２ａを通過した平行光はフレネルレンズ１２ｂに入射され、当該フレネルレンズ１２ｂを透過すると、その光が、前記ＬＥＤからの放射光と同じ（直径５ｍｍ）またはそれ以下のサイズに集光できる。なお、図２では、光路を理解しやすくするため、ＬＥＤ１１から射出され、各フレネルレンズ１２ａ，１２ｂを通過する光を直線で示している。

また、図２では、フレネルレンズ１２ａとフレネルレンズ１２ｂが離れた状態で図示されているが、２枚のフレネルレンズ１２ａ，１２ｂ間の距離は特に限定されない。近くすれば、光源の筐体を小さくでき、あるいは筐体中のスペースを広くできるので好ましい。最も好ましくは、図１に示されるように、一対のフレネルレンズの凹凸面（一連の同心円状の溝がある面）が接着している態様である。

一方、フレネルレンズ１２ａとＬＥＤ１１との距離は、フレネルレンズのｆ値、つまり焦点距離を変えたフレネルレンズを設計することにより、その距離を決めればよい。この距離は、ＬＥＤの放射光を射出する１枚目のフレネルレンズ１２ａ側が決まれば、いったん平行光にした光を集光する２枚目のフレネルレンズ１２ｂ側の焦点も同じ距離になる。なお、ｆ値を変えたフレネルレンズは、当業者に周知の技術により設計することができる。

（ライトガイド）
本技術に係る光源装置１は、前記集光部１２から射出された集光が導光されるライトガイド１３を含む。前記ライトガイド１３としては、特に限定されないが、例えば、複数の光ファイバ（コア）が結束されたバンドルファイバや、コアが液体である液体ライトガイドなどを用いることができるが、複数の光ファイバが結束されたバンドルファイバを用いることが好ましい。
本技術に係る光源装置１において、図１に示すように、ライトガイド１３の先端は、前記集光部１２にて集光された光の焦点と略合致した位置に配置されている。このため、前記集光部１２を通過した光は、前記ライトガイド１３へと導光される。本技術に係る光源装置１において、前記ライトガイドの先端が焦点ちょうどに配置されていることが好ましい。

本技術に係る光源装置１は、前記光源１１の冷却を行うヒートシンク（図示せず）を備えていてもよい。このヒートシンクとしては特に限定されず、適切なものを用いてよい。また、前記ヒートシンクを備える場合には、当該ヒートシンクに風を送出する冷却ファンを備えていてもよい。当該冷却ファンとしては特に限定されず、適切なものを用いてよい。前記冷却ファンを用いる場合、例えば、当該冷却ファンからの風の流れを利用して、冷却風を排気口からより効率的に引き出すための設計等も可能である。

＜２．二つの異なる光がライトガイドに導光される光源装置システム＞
以下、図３〜図５を用いて、本技術に係る光源装置システムについて説明する。
前記光源装置システムは、二つの異なる光がライトガイドに導光される点が第一実施形態に係る光源装置１と異なる。以下、第一実施形態に係る光源装置１との相違点についてのみ説明する。

図３に示すように、本技術に係る光源装置システム１０１は、二つの光源１１０ａ，１１０ｂと、二つの集光部１２０ａ，１２０ｂと、各集光部１２０ａ，１２０ｂを通過した光を分割するビームスプリッター１４０と、各光源１１０ａ，１１０ｂから射出された光が導光するライトガイド１３０と、を備える。

（光源）
光源装置システム１０１において、光源１１０ａは白色ＬＥＤであって、例えば色温度４０００度ケルビンから７０００度ケルビンのものを使用できるが、特に限定されない。一方、前記光源１１０ｂは青色ＬＥＤであって、例えば、ピーク波長約４０６ｎｍ付近のものを使用できるが、特に限定されない。これらのＬＥＤは、使用目的に応じて適宜変更すればよい。
本実施形態に係る光源装置システム１０１において、前記光源１１０ｂには、市販で入手可能な、指向特性７４度、ピーク波長４０５ｎｍのテーパーロッド型ＬＥＤ（Innovations in Optics社）を用いることができる。
白色光源１１０ａ及び青色光源１１０ｂから射出された光は、各集光部１２０ａ，１２０ｂで集光される。ここで、各集光部１２０ａ，１２０ｂの構成は、第一実施形態に係る光源装置１の集光部１２と同一の構成であるため、その説明を省略する。

（ビームスプリッター）
各集光部１２０a，１２０ｂにて集光された光は、ビームスプリッター１４０で分光される。ビームスプリッター１４０として、例えばハーフミラー、プリズム型ビームスプリッターが挙げられるが、特に限定されない。通常のハーフミラーは、ハーフミラーに入射する光を直線的に通過させる光と９０度反射させる光に分離する機能を有するため、光のパワーが減少する。

この光のパワーの減少により、ライトガイド１３０に導光する光源として弱いときは、必要に応じて所望の波長の光の通過特性が９０％以上の効率のビームスプリッターを調製することができる。例えば、可視光線カット剤（ＶＩＳ吸収剤）、紫外線カット剤（ＵＶ吸収剤）、赤外線カット剤（ＩＲカット剤）が市販されているので、成形済みのビームスプリッターにこれらカット剤をコーティングしたり、樹脂にカット剤を練りこんでカスタムビームスプリッターを成形したりすることができる。レンズの波長光の通過特性は公知の方法で調製する。

本態様では、図４の波長特性を持つＵＶカットハーフミラーと、図５の波長特性を示すＶＩＳカットハーフミラーを誘導体多層膜蒸着、インコーネル蒸着や真空蒸着等の当事者に広く理解された公知のコーティング技術により、作製した。

前記ＵＶカットハーフミラーを用いた場合、白色光源１１０ａおよび青色光源１１０ｂからの約４１０ｎｍ以下の光はほぼカットされる。よって、白色光源１１０ａおよび青色光源１１０ｂからの約４１０ｎｍ以上の光がライトガイド１３０に導光される。
すなわち、本実施形態に係る光源装置システム１０１では、白色光源１１０ａからの白色光、及び青色光源１１０ｂからの青色光を単一のライトガイド１３０に導光させることができる。ここで、前記ライトガイド１３０の構成は、第一実施形態に係る光源装置１のライトガイド１３と同一の構成であるため、その説明を省略する。

また、本実施形態に係る光源装置システム１０１において、前記ビームスプリッター１４０は可動にすることができる構成であってもよい。すなわち、当該ビームスプリッター１４０を使用しないときは放射光に当たらない位置に移動させ、白色光源１１０ａの放射光のみ、あるいは青色光源１１０ｂの放射光のみ分割したい場合はそのような位置に移動させることができる。

さらに、本実施形態に係る光源装置システム１０１において、光軸調整等が必要なため、各光源の位置、フレネルレンズの位置、ビームスプリッターの位置、ライトガイドの位置のそれぞれが単体で調整可能な構造に設計してもよい。

＜３．光源装置システムの利用（光線力学的診断用装置及び光線力学的治療用装置）＞
以上に述べた本技術に係る光源装置及び光源装置システムは、例えば、５−アミノレブリン酸（５−ＡＬＡ）、インドシアニングリーン（ＩＣＧ）、タラポルフィンナトリウム（レザフィリン（登録商標））などの光増感物質を用いた光線力学診断・治療（ＰＤＤ／ＰＤＴ）、光学造影法に利用され得る。
すなわち、本技術に係る光源装置及び光源装置システムは、疾患組織に集積させた光増感物質に励起光を照射し、光増感物質から生じる蛍光を検出する光線力学的診断用装置や、疾患組織に集積させた光増感物質に励起光を照射し、前記疾患を治療する光線力学的治療用装置として利用できる。
これらの光線力学的診断用装置及び光線力学的治療用装置に用いられる光増感物質はそれぞれ以下の特徴をもっている。

５−ＡＬＡは、５−アミノレブリン酸もしくはそのメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、ブチルエステル、ペンチルエステルから選ばれるエステル類、またはそれらの薬剤学的に許容される塩が挙げられる。これらを溶解液として被検体に内服投与すると、体内の正常な細胞ではヘムに代謝されるが、癌細胞ではヘムに代謝されずにその中間物質であるプロトポルフィリン（ＰｐＩＸ）として過剰に蓄積する。ＰｐＩＸは光活性を有し、３７５ｎｍから４４５ｎｍ、ピーク波長約４０６ｎｍの青色光で励起すると赤色蛍光（６００ｎｍから７４０ｎｍ）を発する。そのため、癌細胞と正常細胞の判別が容易になり、より正確に癌を切除できる。５−ＡＬＡは粘膜の表面層のみに存在する癌に対して有効であると言われている。例えば、膀胱癌、前立腺癌、脳腫瘍が挙げられる。また、５−ＡＬＡはその代謝が２４時間と早いことから、光線過敏症などの副作用が極めて少ないので、ＰＤＤやＰＤＴに適している。

ＩＣＧは、例えばＩＣＧ蛍光造影法に用いることができる。ＩＣＧ蛍光造影法は、血中のａ１リプロティンと結合することで発する近赤外線を、医療用内視鏡によってとらえ、血管や癌をはじめとする生体内素子区を観察する手法である。ＩＣＧ蛍光造影法は副作用が極めて少なく、低侵襲で簡便であることから、近年さまざまな領域で応用され、その有効性が報告されている（島根大学医学部付属病院泌尿器科ホームページより）。例えば、本技術の光源装置システムにおいて、第一の光源は可視光（例えば４００ｎｍから８００ｎｍ程度）にして観察し、第二の光源は７５０ｎｍから８１０ｎｍ、ピーク波長８０５ｎｍの励起光を照射できるようにすると、癌は８３５ｎｍの光を発光する。ＩＣＧの場合、粘膜の表面層から２０ｍｍ程度の深いところまで観察可能と言われる。そのため、例えば、乳癌、肝臓癌、血流評価に用いられる。

レザフィリン（登録商標）は光線力学的療法用剤で、早期肺癌、原発性悪性脳腫瘍または局所遺残再発食道癌患者に静脈内注射し、一定時間後に波長６６４ｎｍ±２ｎｍのレーザ光を患部に照射して治療する剤である。

前述のような５−ＡＬＡ、ＩＣＧ、レザフィリン等の光増感物質の使用に適切な波長が選択された第一の光源と第二の光源を有し、適切なカスタムビームスプリッターを有する光源装置システムを医療カメラ、例えば内視鏡に用いれば、術者に見やすい画像データを得ることができる。

なお、前記第一の光源が白色光光源であり、前記第二の光源または後述の第三の光源が波長３７５ｎｍから８１０ｎｍの励起光光源であれば、本技術は、現在市販されているＰＤＤ／ＰＤＴ、光学造影法に用いる光増感物質にはおおよそ対応できると考えられる。

＜４．三つの異なる光がライトガイドに導光される光源装置システム＞
図３に示す実施形態に係る光源装置システムの変形例として、図３のライトガイド１３０とビームスプリッター１４０の筐体を中心にして、左側に第一の光源１１０ａと集光部１２０ｂに相対するように右側に第三の光源と集光部を配置すればよい。すなわち、図１及び図２に示す本技術に係る光源装置の構造を一単位として、三つの構造を備えた光源装置システムを構築してもよい。第三の光源の波長やビームスプリッターは適切なものを用いればよい。ビームスプリッターは、第一、第二、第三の光源用のそれぞれに対して用意して可動にしてもよいし、プリズム型ビームスプリッターでもよい。第一、第二、第三の光源からの放射光がビームスプリッターを透過した光の略焦点、好ましくは焦点にライトガイドの先端が位置して導光される構成であってもよい。なお、本変形例は、図１及び図２に示す本技術に係る光源装置の構造を一単位として、三つの構造を備えた構成であるが、その数は限定されず、対象に照射する光の数に応じて増減してもよい。

＜５．医療用カメラ＞
本技術の医療用カメラは、例えば、ビデオスコープと、カラーモニターと、前述の光源装置システムとを含む。ビデオスコープは、硬性鏡、軟性鏡の内視鏡のいずれでもよい。ビデオスコープには操作部があり、光源の切り替えやビームスプリッターの移動など、光源装置システムを操作できるようにしてもよい。また、ビデオスコープ、カラーモニターのほかに、画像記録装置や種々のプログラミングが組み込まれたコンピュータ等が組み合わされてもよい。

＜６．被検体におけるプロトポルフィリン蓄積部の画像鮮明化方法＞
前述のごとく、本技術に係る光源装置システムは、光線力学的診断用装置または光線力学的治療用装置として適用可能である。前記光増感物質として前記５−ＡＬＡを用いる場合、第一の光源は、例えば白色光光源（例えば４３０ｎｍから６００ｎｍ）のＬＥＤ、第二の光源は例えば４０６ｎｍの波長のものにすることができる。

通常の医療用の硬性鏡用カメラにはＩＲカットフィルターが実装されている。一方、ＰｐＩＸの赤色の蛍光発光は波長約６３０ｎｍと約７００ｎｍの２か所で生じ、癌細胞を可視化する。したがって、ＰｐＩＸの蛍光と近い波長の光をカットするＩＲカットフィルターがあるとＰｐＩＸの赤色発光が一部カットされてしまい、見えづらくなる。そのため、ＩＲカットフィルターをカメラから外すか、約７５０ｎｍ付近で近赤外線をカットするフィルターに変更する必要がある。

ＰｐＩＸの赤色発光をカメラで捉える場合には、第二の光源から照射する約４０６ｎｍ（３７５ｎｍから４４５ｎｍ）の青色光をカットする必要がある。例えば、４４５ｎｍ以下又は４５０ｎｍ以下の波長の青色光をカットするＵＶカットフィルターの設置が考えられる。ＵＶカットフィルターを設置しない場合、ＰｐＩＸを赤色発光させるために約４０６ｎｍの青色光をそのまま照射することになるが、人間の目は青色に関する感度が低いという性質を持っているため、青色光が人間の視認に影響を与えることがある。さらに、ＵＶカットフィルターをカメラ側に実装すると、ＰｐＩＸの赤色発光は視認できるが、その他の部分（癌細胞の周辺や周り）が見えにくいという現象が発生する。そのため、第二の光源から照射する４０６ｎｍの光に第一の光源の白色光を若干ミックスすることにより、手術者がアプローチしやすい環境が提供できる。白色光のミックスなどは、術者が持っているビデオスコープの操作部のメモリなどで調節できるようにしておくとよい。

ＬＥＤには、ハイパワー（２０Ｗ〜１００Ｗ）ＬＥＤを用いることが好ましく、低電圧（３〜４Ｖ）高電流（１０Ａ〜３０Ａ程度）のものを使用することができる。しかし、ＬＥＤがＣＷ（ＤＣ電圧での連続動作）の場合には、駆動最低電流が２００ｍＡ程度から点灯する。２００ｍＡで点灯させた場合には、青色の照射光に対して可視光の光が強く、青色が相殺されてＰｐＩＸの赤色発光が見えなくなる。

この問題を解決する手段として、ＬＥＤ駆動をＰＷＭ（Plus width modulation（パルス幅変調））制御させる。ＬＥＤをパルス制御するメリットは、ＬＥＤの発熱を抑えるのが目的であるが、ある周波数においてデューティー５０％（ＯＮ時間５０％／ＯＦＦ時間５０％）で制御した場合には、光の強度はＣＷ制御と比較すると５０％の光の強度しか得られない。そこで本技術では、ＰＷＭ制御において制御パルスの周波数を、例えば３０Ｈｚ〜１ＭＨｚとし、光量調整はそれぞれの周波数に対してＯＮ時間のデューティーを１％〜９９％の間で制御することにより、光量調整が可能となる。

約４０６ｎｍの光の照射に対して白色（可視光）をミックスする場合、前述した周波数で白色のＬＥＤの光量調整が可能になる。術者の希望に合う青色に対して微弱な白色をミックスして、ＰｐＩＸの赤色発光が損なわれない程度に白色を細かく調整し、それぞれの術者に合わせた白色をミックスすることが可能となる。

このようなＰＷＭ制御により、ＰｐＩＸの赤色発光を落とさず、癌細胞の周辺の視認性が高くなり、より安全に手術がすることが可能となる。

＜７．被検体におけるインドシアニングリーン蓄積部の画像鮮明化方法＞
前述のごとく、本技術に係る光源装置システムは、光線力学的診断用装置または光線力学的治療用装置として適用可能である。前記光増感物質として前記インドシアニングリーン（ＩＣＧ）を用いる場合、第一の光源は、例えば可視光のＬＥＤ、第二の光源は例えば７８０ｎｍの波長のＬＥＤにすることができる。ＩＣＧが蓄積した癌部位は７８０ｎｍの励起光を照射することにより、約８２０ｎｍの光を発光する。
前述のように、通常の医療用の硬性鏡用カメラにはＩＲカットフィルターが実装されている。ＩＣＧの励起光（７５０ｎｍから８１０ｎｍ）及び蛍光発光が８３５ｎｍのため、ＩＲカットフィルターは未実装でよい。

ＩＣＧ用カメラの場合には、近赤外線の蛍光発光をカメラで捉えるために、白黒のセンサが必要になる。例えば、現在、硬性鏡用４Ｋカメラシステムの場合、３つのＣＭＯＳセンサを使用するが、さらにＩＲ専用のセンサを実装し、可視光とは別に約８３５ｎｍで蛍光発光した光をＩＲ用センサで捉えて映像信号として出力する。なお、近赤外線のため、発光色は白く発光する。

可視光の映像とＩＲ用センサで捉えた映像とを別々で表示してもよいし、可視光の映像信号にＩＲ用センサで捉えた映像信号を重ねて表示してもよい。さらに、ＩＲ用センサで捉えた映像信号は白黒信号であるので、ＩＲ用センサで捉えた蛍光発光は白色で見えることから、これを画像処理で色を付けて、より見やすくすることもできる。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例は、本発明の代表的な実施例の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。

[１．平凸レンズとフレネルレンズの性能比較試験]
平凸レンズとフレネルレンズの光の平行及び光の集光に関して、レンズ性能比較試験を実施した。
性能比較に使用したレンズは以下の通りである。
１）平凸レンズ 直径５０ｍｍ 焦点距離６０ｍｍ
２）フレネルレンズ ７０ｍｍ角 焦点距離６０ｍｍ

（１）平凸レンズの平行光及びフレネルレンズ平行光の光強度比較
平凸レンズ及びフレネルレンズをバイスにセットし、平行光に変換した光の強度を測定した。
試験条件：入射光 ７０度アングルの光
測定距離 ８００ｍｍでの照度
試験結果を表１に示す。

（２）平凸レンズ及びフレネルレンズ集光光の強度比較
１．平凸レンズ及びフレネルレンズの組み合わせでの集光光の強度を測定した。
２．フレネルレンズを２枚重ねた組み合わせでの集光光の強度を測定した。
試験条件：入射光 ７０度アングルの光
測定距離 ６０ｍｍでの照度
試験結果を表２に示す。

平凸レンズとフレネルレンズの平行光への変換効率及び集光光の変換効率を実際に試験した結果、平凸レンズとフレネルレンズの効率が試験結果から２倍以上の効率があることが確認できた。平行光光強度においての効率は、平凸レンズに対してフレネルレンズの効率が２．２倍の高効率であった。集光光の変換効率に関しても平凸レンズに対してフレネルレンズの効率が２．０３倍であった。しかし、集光光の変換の場合平凸レンズは最初の平行光に変換するレンズにフレネルレンズを使用した。これらを考慮した場合、平凸レンズ＋平凸レンズの組み合わせと、フレネルレンズ＋フレネルレンズの組み合わせでの比較は、概ね４倍程度の光変換効率があることが推測できる。
結論として、一般的な平凸レンズの組み合わせに対して、フレネルレンズの光集光効率がいかに高いかが証明できた。

［２．青色可視光の射出性能の確認］
５−ＡＬＡから生成されるポルトポルフィリン（ＰｐＩＸ）の赤色発光は、一般的にはピーク波長４０６ｎｍだが、３７５ｎｍ〜４４５ｎｍ(青色可視光）の範囲での励起光で赤色発光することが確認されている。
このため、本技術に係る光源装置の試作機を作成し、当該光源装置が３７５ｎｍ〜４４５ｎｍの範囲の波長の青色可視光を射出できることを確認した。その結果を図６に示す。ここで、図６は、青色可視光のスペクトル分布であり、横軸は波長を示し、縦軸は相対値を示す。
図６に示すように、本技術に係る光源装置によれば、３７５ｎｍ〜４４５ｎｍの波長の青色可視光を、具体的には、４０４ｎｍの波長特性を備えた青色可視光が射出できることが確認された。

［３．集光部搭載装置と集光部非搭載装置の視認性比較試験］
前述のごとく、本技術に係る光源装置において、青色可視光の射出が確認できたため、ＰｐＩＸが発する赤色蛍光の視認性について比較試験を実施した。
具体的には、濃度別（１０μｇ、１μｇ、０．２μｇ、０．１μｇおよび０μｇ）の試薬ＰｐＩＸを用いて赤色蛍光の視認性の比較試験を行い、比較対象としては、前記集光部を搭載していない光源装置（ＳＢＩファーマ株式会社製、Ａｌａｄｕｃｋ（登録商標）、以下、「比較装置」という）を用いた。その結果を図７に示す。
ここで、図７において、（ａ）は、本技術に係る光源装置から青色可視光を照射した際、試薬ＰｐＩＸから発せられた赤色蛍光を示すものであり、（ｂ）は、比較装置から青色可視光を照射した際、試薬ＰｐＩＸから発せられた赤色蛍光を示すものである。また、（ａ）及び（ｂ）において、試薬ＰｐＩＸの濃度は左から、１０μｇ、１μｇ、０．２μｇ、０．１μｇおよび０μｇである。

図７に示すように、本技術に係る光源装置及び比較装置では、ＰＤＤに必要十分な赤色蛍光が１０μｇの試薬ＰｐＩＸから発せられることが確認できた。
また、１μｇの試薬ＰｐＩＸから発せられた赤色蛍光を比較すると、比較装置に比べて本技術に係る光源装置のほうがより強い蛍光を発することが確認できた。
さらに、０．２μｇの試薬ＰｐＩＸから発せられた赤色蛍光を比較すると、比較装置に比べて本技術に係る光源装置のほうがより顕著に強い蛍光を発することが確認できた。
以上のことから、本技術に係る光源装置は、ＰＤＤに適した従来の光源装置と同じまたはそれ以上に、ＰｐＩＸが発する赤色蛍光を視認できる性能を備えていること、および従来の装置に比べてより広範な濃度範囲（腫瘍部位に蓄積されたＰｐＩＸの蓄積濃度範囲）においてＰｐＩＸが発する赤色蛍光を視認できることが確認できた。

１ 光源装置
１１ 光源（ＬＥＤ）
１２ 集光部
１２ａ、１２ｂ フレネルレンズ
１３ ライトガイド

Claims (13)

1. 放射光を射出するＬＥＤ光源と、
   一対のフレネルレンズを有しそれらの凹凸面が対面するように配置された、前記放射光を集光する集光部と、
   前記集光を導光するライトガイドと、
   を含む光源装置。
2. 前記一対のフレネルレンズの凹凸面が接している、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記ライトガイドの先端が前記集光の略焦点の位置に配置された、請求項１または２に記載の光源装置。
4. 第一の放射光を射出する第一のＬＥＤ光源と、
   第一の一対のフレネルレンズを有しそれらの凹凸面が対面するように配置され、前記第一の放射光を集光する第一の集光部と、
   前記第一の放射光と波長の異なる第二の放射光を射出する第二のＬＥＤ光源と、
   第二の一対のフレネルレンズを有しそれらの凹凸面が対面するように配置され、前記第二の放射光を集光する第二の集光部と、
   前記第一の集光部からの第一の集光と前記第二の集光部からの第二の集光を分割するビームスプリッターと、
   前記分割された光を導光するライトガイドと、
   を含み、
   前記第一の集光と前記第二の集光が、前記ビームスプリッターに反射及び／又は透過して同一方向となった光の略焦点にライトガイドの先端が位置する、
   光源装置システム。
5. 前記第一のＬＥＤ光源は白色光光源であり、前記第二のＬＥＤ光源は波長３７５ｎｍから８１０ｎｍの励起光光源である、請求項４に記載の光源装置システム。
6. 第一の放射光を射出する第一のＬＥＤ光源と、
   第一の一対のフレネルレンズを有しそれらの凹凸面が対面するように配置され、前記第一の放射光を集光する第一の集光部と、
   前記第一の放射光と異なる波長の第二の放射光を射出する第二のＬＥＤ光源と、
   第二の一対のフレネルレンズを有しそれらの凹凸面が対面するように配置され、前記第二の放射光を集光する第二の集光部と、
   前記第一および第二の放射光と異なる波長の第三の放射光を射出する第三のＬＥＤ光源と、
   第三の一対のフレネルレンズを有しそれらの凹凸面が対面するように配置され、前記第三の放射光を集光する第三の集光部と、
   前記第一の集光部からの第一の集光と前記第二の集光部からの第二の集光と前記第三の集光部からの第三の集光を分割するビームスプリッターと、
   前記分割された光を導光するライトガイドと、
   を含み、
   前記第一の集光と前記第二の集光と前記第三の集光のうち、少なくとも２つの集光が、前記ビームスプリッターに反射及び／又は透過して同一方向となった光の略焦点にライトガイドの先端が位置する、
   光源装置システム。
7. 前記第一のＬＥＤ光源は白色光光源であり、前記第二のＬＥＤ光源は波長３７５ｎｍから４４５ｎｍの励起光光源であり、前記第三のＬＥＤ光源は波長７５０ｎｍから８１０ｎｍの励起光光源である、請求項６に記載の光源装置システム。
8. ビデオスコープと、カラーモニターと、請求項４または５に記載の光源装置システムとを含む、医療用カメラ。
9. ビデオスコープと、カラーモニターと、請求項６または７に記載の光源装置システムとを含む、医療用カメラ。
10. 請求項８または９に記載の医療用カメラを含む、光線力学的診断用装置。
11. 請求項８または９に記載の医療用カメラを含む、光線力学的治療用装置。
12. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置を備える、光線力学的診断用装置。
13. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置を備える、光線力学的治療用装置。

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