JP5604552B2 - 光学診断及び光治療のための複合光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、複合光源装置に関するものであって、より詳細には、身体の外部及び内部で発生する疾患、特に子宮頸癌を始めとする腫瘍に対する光学診断の正確性及び光治療の効率性を高めるために、照射光を光導波管（ｌｉｇｈｔ−ｇｕｉｄｅ）を通して効果的に提供するように構成された光学診断及び光治療のための複合光源装置に関する。

今日ニキビ、シミ、黒ジミ、あざ、傷跡及びシワ、悪性腫瘍などの各種皮膚疾患の治療に光線を用いた治療術が広く知られている。
このような医療目的の光治療のために用いられる光治療装置（ｐｈｏｔｏｔｈｅｒａｐｙ ｄｅｖｉｃｅ）は、一般的に治療光源と前記治療光源から発生する光線を患者の治療部位に伝達する、光ファイバーを用いた光ケーブルで構成される。

ここで、光源としてハロゲン、キセノン（Ｘｅｎｏｎ）、メタルハライド（ｍｅｔａｌ−ｈａｌｉｄｅ）、水銀などの多様なランプが使用されるが、このようなランプを基盤とした光ファイバー光源装置が開発されたことがある（特許文献１）。
また、ＬＥＤアレイ（ａｒｒａｙ）を用いた光源装置（特許文献２）、コヒーレント（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）レーザー光源などを用いた光源装置（特許文献３）が開示されている。
一方、従来の光治療用光源装置の例として、光線力学的治療（Ｐｈｏｔｏ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｔｈｅｒａｐｙ、ＰＤＴ）を行うのために開発されたＬｕｍａｃａｒｅ社の光源は構成部としてハロゲンランプのみ持っている。

このようなハロゲンランプの単一光源の使用は、治療において４００ｎｍ以下の短波長領域のスペクトル光が必須である場合、許容可能な十分な光の強度を提供することができないため、単一ランプを使用する場合、診断及び治療のための多様な要求を満足させる最適の条件を備えることが難しい。
光源の選択は特殊な医療目的の手段及び技術的、経済的な面を考慮した装備の製作要求などにより選択されるが、特に複合作業が必要な場合、単一ランプの使用は一般的に最適の方法を提供することはできなかった。この場合、装備開発者は特殊な機能のランプに依存したり、複数のランプを同時使用したりして問題点を補完した。

単一光源による光エネルギー出力または波長を補強するために、使用者が複数の光源を必要によって使用できるようにする様々な方法が知られている。
例えば、光源の交換方法では、光導波管ケーブルと光源との間の距離が変化することなく、回転方式により適切な光源を光伝導ケーブルの末端面に同軸配列するか、またはモータを用いて光源を縦軸方向に移動させて交換することができる（特許文献４）。

また、ランプは固定し、移動可能な折りたたみ式ミラーにより照射光が光導波管の入力面に順次入射されるようにすることができる。
しかしながら、このような従来の照明方式は（ａ）移動される光源またはミラーにより装置が複雑となり、（ｂ）複数の光源から放出する光を同時に活用することができない。

一方、蛍光診断（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｄｉｇｎｏｓｉｓ）及び光線力学的治療（Ｐｈｏｔｏ ｄｙｎａｍｉｃ ｔｈｅｒａｐｙ）を効率的に行うためには２つ以上の異なる範囲の波長を有する光を測定対象に照射する必要がある。
このような光照射のためにランプとレーザーを複合的に使用することを考慮してもよい。例えば、蛍光造影剤を使用しない蛍光診断方法では３５０〜４５０ｎｍ波長範囲で光を発光する水銀ランプと６３５ｎｍの単一波長を有するレーザーを用いることができる。
これによって水銀ランプは、皮膚内に広く均一に存在する各種内因性蛍光物質（コラーゲン、ケラチン、ＮＡＤＨ、ＦＡＤ）を同時に励起させて組織の形状情報を提供する背景映像を提供し、レーザーは、癌情報を持っている内因性プロトポルフィリンＩＸ（Ｐｒｏｔｏｐｏｒｐｈｙｒｉｎ ＩＸ）蛍光物質を選択的に励起させて癌の位置を把握する役割をする。

上述したように、短波長（Ｓｈｏｒｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）範囲で発光する水銀ランプと長波長の半導体レーザーの光を測定部位の皮膚組織に移動させて照射するためには、２つの相異なる光源から照射される光を同じ光導波管を用いて伝達することが便利である。
図１６及び図１７は、従来２つの相異なる光源から同じ光導波管を通して光を照射する光源装置を示している。

先ず、図１６ではダイクロイックミラー１５０を用いて同じ光導波管に光を伝達する光源装置を示し、レーザーとランプの２つの光源の光経路の間にダイクロイックミラー１５０を設置して各光源から照射される光が光導波管に伝達されるように構成する。
具体的には、図１６に示すように、ランプ１１０からの光はフィルタを通過した後、ダイクロイックミラー１５０において、透過波長帯の光がダイクロイックミラー１５０を選択的に透過して光導波管１３０に伝達される。また、図１６で、他の光源であるレーザー１２０は、ダイクロイックミラー１５０から反射される波長帯を有する光源であって、このようなレーザー１２０からの光は、ダイクロイックミラー１５０から反射されて光導波管に伝達される。

このような構造の光源装置では、２つの光源から発光する光を波長毎に分離して光導波管１３０にガイドするダイクロイックミラー１５０に依存する。しかし、ダイクロイックミラー１５０は、ランプ光源の光の経路に位置するため、ランプ１１０から発生する光の損失がある。特に、白色光の条件下で用いられる水銀ランプを考慮する場合、水銀ランプで発光する可視光波長範囲の光が光導波管に入るためには、光経路からダイクロイックミラーを除去しなければならない問題がある。

また、上述した構造を有する光源装置では、ランプに対するフィルタ１４０をダイクロイックミラーとは別途に構成しなければならない問題があり、ダイクロイックミラーの特性上、４５°程度の特定の角度で光が照射される場合にだけ効果的な反射が行われるため、光源設計が非常に制限的で、小型化することが困難である。
図１７では２つの光源の入射角度を変化させて同じ光導波管を通して光を伝達する光源装置を示している。
このような光源装置では、ランプ２１０及びレーザー２２０を光導波管２３０の光軸からそれぞれ「ａ」及び「ｂ」の入射角を持つように各光源を設置することにより、同じ光導波管２３０を通して光を伝達するように構成される。（図面符号「２４０」はフィルタ。）

しかし、このような入射角度を変化させる光学設計を採用する場合、光導波管に入射する２つの光源の入射角ａとｂを大きく設定しなければならないため、光導波管での光伝達効果が減少する問題がある。
一方、このような従来の光源装置では、ランプを組み合わせて白色光を得たが、このようなランプを用いた方式では可視光領域のみ選択的に透過させて白色光を得ることができるので、可視光領域の全波長を表現できるという長所がある。しかし、このようにランプを組み合わせても、各波長帯の強度の差、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサにおける認識性の差により最適の白色光を実現することが困難である。

さらに、ランプ光源は、使用時間の経過に伴ってランプの特性が変更されるため、白色光の再現性が低下する問題があった。

米国特許公報第６，４６１，８６６号 米国特許公報第５，６３４，７１１号 米国特許公報第７，０１６，７１８号 米国特許公報第６，４９４，８９９号

本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたもので、複数の光源を組み合わせて光を伝達する複合光源装置であって、光量の増加、光スペクトルの拡張、及び照明スペクトルの均一性を増加させる反面、害になるスペクトル成分は抑制させる特性を有する光学診断及び光治療用複合光源装置を提供する。
また、本発明では、時間経過による光源の色温度変化を補正して持続的に最適の白色光が得られる光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

本発明によれば、光学診断及び光治療のための複合光源装置であって、
非コヒーレントな第１光源と、
コヒーレントな第２光源と、
前記第１光源及び前記第２光源から放出される光を伝達する光導波管と、
前記第１光源の光経路上に配置され、励起波長範囲に関して選択的透過特性、および、他の波長範囲に関して反射特性を有する干渉フィルタと、
前記第１光源と前記光導波管との間に配設された補償フィルタであって、当該補償フィルタは、前記第１光源の出力スペクトルを所定の基準出力スペクトルに変換する、補償フィルタと
を具備し、
前記補償フィルタと前記干渉フィルタとは、前記第１光源と前記第２光源との間に選択的に配設されるべきフィルタホイールを構成する、
ことを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置が提供される。

また、前記干渉フィルタは、前記第１光源からの主放出光を透過させる透過スペクトルを有することを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

また、前記第２光源は、前記干渉フィルタの透過スペクトル領域を外れた波長帯の光を照射することを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

また、前記干渉フィルタは、前記光導波管の光軸に垂直した平面に対して角度αだけ傾いて設置されることを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

また、前記第１光源は、前記光導波管の光軸に対して角度αだけ傾いて設置されることを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

また、前記角度αは３°〜１０°であることを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

また、前記第１光源は、紫外線及び可視光領域のスペクトルでの主放出光を有する水銀ランプであることを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

また、前記第２光源は、５００ｎｍ以上の長波長光を放出するレーザーであることを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

また、前記干渉フィルタは、３５０〜４５０ｎｍ領域に対する透過スペクトルを有することを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

また、前記第１光源及び前記第２光源は、光導波管の入射面に入射される光の入射範囲全体が光導波管の受容角の範囲内であると共に前記各光源の光スポット全体が光導波管の入射面のコア内であることを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

また、前記第１光源と前記フィルタホイールとの間には光量を調節するための減衰器が設置されることを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

また、前記第１光源と前記フィルタホイールとの間には可変型絞りが設置されることを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

また、前記可変型絞りは、前記第１光源との距離を調節するように前後に移動する移動式絞りであることを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

また、前記可変型絞りは、開口の大きさが変更されるように構成されることを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

また、前記フィルタホイールを通過した光のＲＧＢ信号を検出するＲＧＢセンサをさらに含むことを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

また、前記ＲＧＢセンサから検出されたＲＧＢ信号を基準出力スペクトルと比較した結果に応じて前記可変型絞りを移動させるか、または前記可変型絞りの開口の大きさを調節するように構成された絞り制御器をさらに含むことを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

また、前記フィルタホイールには、第１光源から照射される光を選択的に透過させる１つ以上の補助フィルタがさらに設置されることを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置を提供する。

本発明による光学診断及び光治療のための複合光源装置は次のような効果がある。

第１に、本発明では各光源から照射される光に対する光導波管への入射角を減らすことにより、光導波管での光損失を低減させて光量を増加させる効果がある。

第２に、本発明では白色光の形成時、可視光波長帯の領域のみ選択的に透過させ、補償フィルタを用いて最適の白色光を形成できる効果がある。

第３に、本発明ではランプの寿命による色温度変化を制御することにより、ランプの交換まで持続的に最適の白色光を形成できる効果がある。

本発明による複合光源装置の一実施例を示す図面である。 ランプ及びレーザーの光導波管に対する入射角と発散角を示す図面である。 本発明による複合光源装置に設けられる干渉フィルタの透過及び反射スペクトルを示す図面である。 本発明による複合光源装置の好ましい実施例であって、リアルタイムで白色光を形成するための光学診断及び光治療のための複合光源装置の例を示す図面である。 本発明による複合光源装置で白色光を形成するために用いられるランプの出力スペクトル特性を示す図面である。 本発明による複合光源装置を用いて形成しようとする好ましい白色光の基準出力スペクトルを示す図面である。 補償フィルタの設計値を示す図面である。 図７のように設計された補償フィルタの出力特性を示す図面である。 図８の出力特性を有する補償フィルタを用いて変換された出力値をランプの固有出力と比較して示す図面である。 時間の経過に伴うアークランプの出力スペクトル変化を示す図面である。 水銀ランプの光軸を基準として中心と外郭領域でのスペクトルを比較分析するためにランプの前端に絞りを設置したことを示す図面である。 図１１の水銀ランプで光軸を基準として中心と外郭領域でのスペクトルをそれぞれ示す図面である。 アークランプの光経路上に設置された絞りを示す図面である。 可変型絞りの位置変更による第１光源の出力スペクトル変化を示す図面である。 本発明による光学診断及び光治療のための複合光源装置の好ましい実施例を示す図面である。 従来２つの相異なる光源から同じ光導波管を通して光を照射する光源装置を示す図面である。 従来２つの相異なる光源から同じ光導波管を通して光を照射する光源装置を示す図面である。

本発明は、腫瘍を始めとする身体内部及び外部の多様な疾患に対する診断及び治療のために光源からの光を単一な光導波管を通して効果的に伝達するように構成される複合光源装置を提供する。

また、本発明では複合光源装置を用いて白色光を形成するが、最適の出力スペクトルを有する白色光を持続的に出力できる複合光源装置を提供する。

以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい一実施例による光学診断及び光治療のための複合光源装置を具体的に説明する。

図１は、本発明による光学診断及び光治療のための複合光源装置の一実施例であって、２つの光源が単一な光導波管３０を通して光照射されるように構成される複合光源装置を示している。

図１に示すように、本発明の好ましい一実施例による光学診断及び光治療のための複合光源装置では、非コヒーレント光を放出する第１光源１０とコヒーレント光を放出する第２光源２０を含む。

第１光源１０は、治療及び診断部位を全般的に照らす白色光及び励起させる光スペクトル領域を主放出光とする非コヒーレントな光源であり、第２光源２０は、疾患特定部位で励起させるためのコヒーレントな波長スペクトル領域を有する光源である。

このような第１光源１０として３５０〜４５０ｎｍでの主放出光を有する水銀ランプを用いてもよいが、診断及び治療目的、環境などの要因に応じて適切なランプが選択できる。また、前記第２光源２０としてレーザーのような短波長光源を用いてもよい。

本発明では、第１光源１０及び第２光源２０から放出された光が同じ光導波管３０へ入射するように構成されるが、本発明の好ましい実施例では図１に示すように、前記第１光源１０及び前記第２光源２０から放出される光を伝達する光導波管３０を含む。

このような光導波管３０は、前記第１光源１０の光経路上に配置され、前記第１光源１０から放出された光が前記光導波管３０に入射されるように構成される。

一方、本発明の好ましい実施例では図１に示すように、選択的な透過及び反射特性を有する干渉フィルタ４０を含むように構成されるが、前記干渉フィルタ４０は前記第１光源１０の光経路及び前記第２光源２０の光経路が重なる位置に設置される。

具体的に、前記干渉フィルタ４０は、特定波長帯に対する選択的な透過特性を有する反面、それ以外の波長領域では高い反射特性を有するフィルタである。

本発明ではこのような干渉フィルタ４０の特性を用いて、第１光源１０及び第２光源２０からの光が同じ光導波管３０に効果的に入射するように構成される。すなわち、本発明の好ましい実施例では、前記第１光源１０の主放出光の波長帯と前記第２光源２０の主放出光の波長帯を互いに分離させることにより、干渉フィルタ４０の透過と反射特性を同時に利用するように構成される。

例えば、前記干渉フィルタ４０を設計する場合、前記第１光源１０からの主放出光を主に透過させる透過スペクトルを持つように設計することにより、前記第１光源１０からの照射光をたいてい透過させて光導波管３０に伝達することができる。

したがって、第１光源１０から放出された光は第１光源１０の光経路上に位置した干渉フィルタ４０を通過するようになり、この際、前記第１光源１０から放出された光の主スペクトル領域は前記干渉フィルタ４０の透過スペクトルと一致し、前記第１光源１０の主放出光は前記干渉フィルタ４０を透過して光導波管３０に入射するようになる。

一方、本実施例での前記第２光源２０は、前記干渉フィルタ４０の透過スペクトル領域を外れた波長帯の光を照射するように構成される。したがって、前記第２光源２０から放出された光は前記第２光源２０の光経路上に位置した干渉フィルタ４０により反射され、反射された光は前記光導波管３０に入射される。

この際、前記第１光源１０及び前記第２光源２０において、光導波管３０の入射面に入射される光の入射範囲全体は光導波管３０の受容角の範囲内に入るように構成され、前記各光源の光スポット全体が光導波管３０の入射面のコア内に配置されるように構成される。

したがって、本実施例では第１光源１０及び第２光源２０をコンパクトに設置した状態で、前記第１光源１０及び第２光源２０から照射される光が透過または反射される過程により光導波管３０の受容角の範囲内に入射するように構成することができる。

本発明では光の伝達効率を改善するために、各光源の入射角を減少させる構造の複合光源装置を提供する。

具体的に、本発明の好ましい実施例では図１に示すように、前記干渉フィルタ４０を前記光導波管３０の光軸に垂直した平面に対して傾斜角αだけ傾けて設置する。また、前記第１光源１０も前記干渉フィルタ４０の傾斜角のように、前記光導波管３０の光軸に対する第１光源１０のの結合角を前記傾斜角αと同じ角度だけ傾けて設置する。

このような第１光源１０の傾斜角と関連して本発明の好ましい実施例で使用する光導波管３０では、光を許容できる最大受容角が存在（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）し、これよりも大きい角度で光が光導波管３０に入射した場合に光損失が発生する。

また、ランプ及びレーザーの光導波管に対する入射角と発散角を示している図２のように、大きな入射角を有する光エネルギーは、光導波管３０の末端で大きくなった入射角と同様に発散角も大きくなるので、効率を考慮して小さい入射角を持つように構成する必要がある。

したがって、本発明の好ましい実施例では、前記傾斜角αを３°〜１０°に設定し、この場合、図２に示すように光導波管３０の末端での発散角を６２°以下に制御する。αを３°以下に設定すると、前記光導波管３０の側面に位置した第２光源２０が、光導波管３０と干渉フィルタ４０により大きさと空間が制限されるため、機構的に設置できなくなるか、光エネルギーの伝達損失が発生する虞がある。

一方、図１に示すように、第２光源２０から照射された光は傾斜角αだけ傾いて設置された干渉フィルタ４０で反射されて光導波管３０に入射するが、前記第２光源２０から照射された光が前記光導波管３０の受容角の範囲内に入射するように、前記干渉フィルタ４０で反射された光の光導波管３０に対する入射角を考慮して、前記光導波管３０の光軸に対する第２光源２０の入射角（ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ａｎｇｌｅ）βを設定する。

この際、第１光源１０と第２光源２０から光エネルギーの伝達効率と光導波管３０の末端で２つの光エネルギーの発散角（ｏｕｔｐｕｔ ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）の類似性を考慮しなければならない。

具体的には、光導波管３０の末端での発散角が同じで、かつ光導波管３０の最大受容角よりも小さい入射角を持つように、図２の点線で表示した部分のような反射条件を設定して設置する。

したがって、図２に示すように、レーザー装置の第２光源２０の入射角を１６°〜２２°に設定して第２光源２０を設置する場合、光伝達効率と光導波管３０の末端での発散角（ｏｕｔｐｕｔ ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）を同じく維持することができる。

図３は、本発明の好ましい実施例により設計された干渉フィルタ４０の透過スペクトル及び反射スペクトルを示している。

本発明での干渉フィルタ４０は、特定波長領域に対する選択的な透過能を持つように形成されるが、本実施例では図３に示すように、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍ範囲での光を透過するように構成される。一方、このような干渉フィルタ４０は、選択的な透過が行われる波長領域以外の波長帯、すなわち３５０ｎｍ以下または４５０ｎｍ以上の波長帯の光は反射する特性を見せている。

図３のような透過及び反射スペクトルを有する干渉フィルタ４０は、上述した透過及び反射特性を用いた第１光源１０及び第２光源２０と共に使用されてもよい。

具体的には、上述した干渉フィルタ４０は、第１光源１０として３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの主放出光を有する水銀ランプと共に使用され、第２光源２０として５００ｎｍ以上の光であって、例えば６３５ｎｍまたは６６０ｎｍの長波長光を放出するレーザーと共に使用されることができる。

ここで、第１光源及び第２光源は、上述した例に限定されることはなく、第１光源の場合は紫外線及び可視光領域のスペクトルから選択された一部または全部を主放出光として有するように構成することができる。また、第２光源は５００ｎｍ以上の波長光を放出するレーザーで構成することができる。

この際、干渉フィルタは第１光源及び第２光源の設計値によって光の選択的な透過が可能となるように構成する。

したがって、本発明による光学診断及び光治療のための複合光源装置では、ダイクロイックミラーのような付加的な光学部品が不要で、複数の光源における一部の光源からの光は選択的に透過させる一方、他の光は反射させることで、効果的な光伝達が可能となる。

また、図１７のような従来の装置に比べて光導波管３０に入射される光の入射角の差があまり大きくなく、特に、第２光源２０の入射角は干渉フィルタ４０により相対的に縮小されて光導波管３０に入射することになる。

したがって、第１光源１０及び第２光源２０の入射範囲が両方とも光導波管３０の受容角の範囲内であると共に前記各光源の光スポット全体が光導波管３０の入射面のコア内となるように配置される。

本発明の好ましい実施例による光学診断及び光治療のための複合光源装置では、ランプのような第１光源１０の光経路だけでなく、レーザーのような第２光源２０の光経路でも同じ干渉フィルタ４０を使用するため、光源の照射利用効率を高め、光源装置の構造を簡単にすることができる。

一方、本発明による光学診断及び光治療のための複合光源装置では、光学診断及び光治療過程で診断及び治療領域を観察するための白色光を提供するための白色光モードを構成する。

このような白色光モードでは、非コヒーレントな第１光源１０が使用され、白色光に近い出力を得るためにフィルタと減衰器７０などが使用される。

特に、本発明では、このような白色光モードでの光源の出力を全体使用時間中に最大限に白色光に近い形態に加工及び維持するように構成される。

そのために、本発明では第１光源１０と光導波管３０との間に可変型絞り６０と補償フィルタ５０をさらに含んで構成する。

図４は、本発明の好ましい実施例であって、リアルタイムで白色光を形成するための光学診断及び光治療のための複合光源装置の例を示している。

図４に示すように、本実施例では第１光源１０から光導波管３０に到達する光経路上に可変型絞り６０及び補償フィルタ５０が設置される。

前記補償フィルタ５０は、第１光源１０から放出される光を所望する出力スペクトルを有する白色光の形態に変換するためのもので、特定波長領域を選択的に吸収するか、または透過させるように設けられた白色光変換フィルタである。

図５では第１光源１０として用いられる水銀ランプの可視光領域での出力スペクトルを示しており、図６では白色光を形成するための基準出力スペクトルを示している。

図５及び図６を参照すると、白色光源は、基準出力スペクトルとは大きな隔たりがあり、最適の白色光を形成することは難しい。

一方、本発明ではこのような問題点を解決するために、図５のような出力スペクトルのランプ光を、図６の基準出力スペクトルに変換するための補償フィルタ５０を光経路上に設置する。

図７ではこのような補償フィルタ５０の設計値をＣＣＤセンサのＲＧＢ（Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ）領域の感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）に合わせて示しており、特定波長領域での透過度と傾きを有するように形成されることができる。

さらに、図８ではこのような設計値に基づいて実際に設計された補償フィルタ５０の透過特性を示しており、設計値とほぼ同様のフィルタ透過特性を有することが確認でき、図９ではこのような透過特性を有する補償フィルタ５０を用いて変換された出力値を得ることを示し、ランプの固有出力に比べて、補償により基準出力スペクトルとほぼ同様の形態の変換出力スペクトルを有するようになることが確認できる。

したがって、本発明の好ましい実施例による光学診断及び光治療のための複合光源装置では、前記第１光源１０と前記光導波管３０との間に補償フィルタ５０を設置することで、前記補償フィルタ５０により前記第１光源１０の出力スペクトルを補償し、所定の基準出力スペクトルに変換して高品質の白色光を提供することができる。

一方、このような補償フィルタ５０は、上述した干渉フィルタ４０のように選択して使用するように構成されるが、好ましくは前記干渉フィルタ４０と前記補償フィルタ５０がフィルタホイールの形態で製作されるように構成することができる。前記干渉フィルタ４０及び補償フィルタ５０を含むフィルタホイールは、これに接続されたモータにより回転し、光経路上に位置する。したがって、光学診断または光治療過程では、必要によって白色光または励起光または混合光を選択的に提供することができる。

前記フィルタホイールには、必要によって第１光源１０から照射される光を選択的に透過させる１つ以上の補助フィルタが設置されるように構成することができる。このような補助フィルタは、必要によって特定波長帯の光のみ光導波管３０を通して伝達できるようにする。

また、本発明による光学診断及び光治療のための複合光源装置では、前記第１光源１０と前記フィルタホイールとの間に光量を調節するための減衰器７０がさらに設置されるように構成することができる。このような減衰器７０は、前記干渉フィルタ４０及び前記補償フィルタ５０のようにモータにより回転可能なように構成され、減衰程度を調節するように構成することができる。

一方、白色光源として用いられる一般的なランプは、時間の経過に伴って出力スペクトルが変わるようになるが、本発明の好ましい実施例ではこのような出力スペクトルの変化を補正するための可変型絞り６０を含むように構成される。

図１０ではこのようなランプの出力スペクトルの変化を示しており、時間の経過に伴う色温度変化を示している。図１０を参照すると、１２００時間を使用したアークランプの場合、新しいランプに比べてレッド系が相対的に強くなる変化を確認できる。

したがって、図４のような複合光源装置は、図１０のような光源の色温度変化により初期の一定時間のみ最初設計された基準出力スペクトルのような出力値を示すが、一定時間が経過すると出力値が変化する。したがって、単純に補償フィルタ５０のみ適用する場合、持続的に最適の白色光を形成し難い。

一方、本願の発明者は、水銀ランプの発散角による色温度の特徴を研究してＲＧＢ信号の強度が一定の傾向を有することを確認し、水銀ランプからの光経路上の外側にブルー（Ｂｌｕｅ）、グリーン（Ｇｒｅｅｎ）領域が優勢に現れていることを確認した。

図１１及び図１２は水銀ランプの光軸を基準として中心と外郭領域でのスペクトルを分析した図面である。

具体的には、図１１のように水銀ランプの前端に絞り（Ｉ）を設置して外郭（Ａ）または中心（Ｂ）領域でのランプ出力スペクトルを測定したが、その測定結果は図１２に示された通りである。

特に、図１２ではスペクトル特性の比較分析のために、５５０ｎｍの波長帯に関する（ｃ）地点を基点として２つのデータを正規化したが、これによって中心に対するグラフ（ｂ）よりも外郭に対するグラフ（ａ）で、ブルー（Ｂｌｕｅ）、グリーン（Ｇｒｅｅｎ）領域が優勢に現れていることを確認できる。

したがって、本発明の好ましい実施例による光学診断及び光治療のための複合光源装置では、前記第１光源１０と前記フィルタホイールとの間に可変型絞り６０を設置することにより、第１光源１０の外郭領域に対する光を選択的に遮断して光導波管３０側に伝達される光エネルギーの出力スペクトルを制御する。

本発明による光学診断及び光治療のための複合光源装置では、時間の経過に伴って光源の出力が変わり、これによって、最初設定された出力スペクトルに比べてＲＧＢ信号の各強度が変わるようになる問題を能動的に調節することができる。

図１３に示すように、アークランプからの光経路上の外側に照射される光を遮断するように可変型絞り６０が設置されるが、外側の遮断範囲を調節することにより、時間の経過に伴ってレッド領域の強度が強くなることを補正することができる。具体的には、時間の経過に伴って強度が強くなるレッド領域を補正するために、可変型絞り６０がランプの外郭領域をあまり遮らないようにしてブルー及びグリーン領域を補償することになる。

したがって、前記可変型絞り６０は、必要によって第１光源１０から照射される光の光軸を中心として外側から光導波管３０に入射される一部の光を選択的に遮蔽することによりＲＧＢバランスを補正でき、これによって最初の基準出力スペクトルとほぼ同様の状態を維持するように機能する。

前記可変型絞り６０は、絞りの開口の大きさを調節する方式で構成されてもよく、または可変型絞り６０が光経路上に設置されたガイド８０に沿って前後に移動できる移動式で構成されてもよい。

すなわち、前記可変型絞り６０は、光経路上で前後に移動するか、または開口の大きさを変更することによって、ランプの遮断領域を設定することができる。

例えば、ランプの使用時間の経過に伴って赤色領域に優勢な光が照射される場合、図４のように可変型絞り６０を最初設置された位置（Ｉ_１）から光導波管３０側に移動した位置（Ｉ_２）に移動させることにより、ブルー及びグリーン系の波長領域の強度を増加させ、レッド系の波長領域の強度が強くなることを補償することになる。

図１４は可変型絞り６０の位置変更による第１光源１０の出力スペクトルの変化を示しているが、最初設置された位置（Ｉ_１）でのランプの出力スペクトルと光導波管３０側に移動した位置（Ｉ_２）でのランプの出力スペクトルを比較して示している。

このような図１４を参照すると、可変型絞り６０が最初設置された位置（Ｉ_１）から光導波管３０側に移動した位置（Ｉ_２）に移動することにより、可変型絞り６０の外郭領域の遮断程度を低減させ、ブルー及びグリーン系の波長領域の強度がさらに強くなる効果が得られる。したがって、ランプの寿命によるレッド系の波長領域の強度が相対的に強くなる効果を相殺するため、最初設定された白色光の出力状態を維持することができる。

同様に、前記可変型絞り６０の開口の大きさが調節される構造では、時間の経過に伴ってレッド系の波長領域の強度が相対的に強くなる場合、絞りの開口の大きさを広げることで、ランプの外郭領域が遮断される程度を低減できるが、これによって可変型絞り６０を移動させる方式と同じ効果が得られる。

一方、前記可変型絞り６０は、リアルタイムでこのような作業を行うように、前記可変型絞り６０の移動または開口の大きさの調節を制御するための絞り制御器をさらに含むように構成することができる。

このような絞り制御器は、前記光導波管３０に入射される光の状態を確認した後、光の状態に基づいて可変型絞り６０を前進・後進させるか、または可変型絞り６０の開口の大きさを変化させる。

そのために、本発明では前記フィルタホイールを通過した光のＲＧＢ信号を検出するためのＲＧＢセンサ９０を含むように構成することができる。

図４ではこのような絞り制御器１００及びＲＧＢセンサ９０を含む光学診断及び光治療のための複合光源装置を示している。図４に示すように、本発明ではＲＧＢセンサ９０によりリアルタイムでＲＧＢ信号を獲得し、前記ＲＧＢ信号は絞り制御器１００に伝達され、初期白色光の基準スペクトルデータと比較し、その結果に応じて前記絞り制御器１００が可変型絞り６０の開口の大きさまたは可変型絞り６０の位置を調節することにより、リアルタイムで白色光を再現することができる。

一方、図４とは異なり、ＣＣＤセンサ、フィルタを有するフォトダイオード、スペクトロメーターまたは肉眼で可変型絞り６０を自動または手動制御することにより、リアルタイムで最適の白色光出力を誘導することができる。

また、図１５では上述した白色光形成システムでコヒーレントな第２光源２０を含む複合光源装置を設置した例を示しており、減衰器７０と可変型絞り６０と補償フィルタ５０を除いた構成は図１の例と同一である。

上述したように、補償フィルタ５０は、フィルタホイールのような構成により干渉フィルタ４０の代わりに位置するようになり、減衰器７０及び可変型絞り６０は前記補償フィルタ５０と前記第１光源１０との間に設置される。

この際、干渉フィルタ４０が傾斜角αだけ傾いて設置された場合、干渉フィルタ４０の代わりに位置する補償フィルタ５０も同じ傾斜角で傾くようになる。また、前記減衰器７０及び可変型絞り６０も前記干渉フィルタ４０の傾斜角と同じ角度で傾いて設置されるようにすることが好ましい。

以上、本発明は、好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者であれば、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で本発明の要素に対する修正及び変更が可能であることが理解できる。また、本発明の必須の領域を逸脱しない範囲内で特別な状況や材料に対して変更が行われてもよい。したがって、本発明は、本発明の好ましい実施例の詳細な説明により制限されることはなく、添付した特許請求の範囲内であらゆる実施例を含む。

１０ 第１光源
２０ 第２光源
３０ 光導波管
４０ 干渉フィルタ
５０ 補強フィルタ
６０ 可変型絞り
７０ 減衰器
８０ ガイド
９０ ＲＧＢセンサ
１００ 絞り制御器

Claims (17)

1. 光学診断及び光治療のための複合光源装置であって、
   非コヒーレントな第１光源と、
   コヒーレントな第２光源と、
   前記第１光源及び前記第２光源から放出される光を伝達する光導波管と、
   前記第１光源の光経路上に配置され、励起波長範囲に関して選択的透過特性、および、他の波長範囲に関して反射特性を有する干渉フィルタと、
   前記第１光源と前記光導波管との間に配設された補償フィルタであって、当該補償フィルタは、前記第１光源の出力スペクトルを所定の基準出力スペクトルに変換する、補償フィルタと
   を具備し、
   前記補償フィルタと前記干渉フィルタとは、前記第１光源と前記第２光源との間に選択的に配設されるべきフィルタホイールを構成する、
   ことを特徴とする光学診断及び光治療のための複合光源装置。
2. 前記干渉フィルタは、前記第１光源からの主放出光を透過させる透過スペクトルを有することを特徴とする、
   請求項１に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。
3. 前記第２光源は、前記干渉フィルタの透過スペクトル領域を外れた波長帯の光を照射することを特徴とする、
   請求項２に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。
4. 前記干渉フィルタは、前記光導波管の光軸に垂直した平面に対して所定角度（α）だけ傾いて設置されることを特徴とする、
   請求項１に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。
5. 前記第１光源は、前記光導波管の光軸に対して所定角度（α）だけ傾いて設置されることを特徴とする、
   請求項４に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。
6. 前記所定角度αは３°〜１０°であることを特徴とする、
   請求項４または５に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。
7. 前記第１光源は、紫外線及び可視光領域のスペクトルでの主放出光を有する水銀ランプであることを特徴とする、
   請求項１に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。
8. 前記第２光源は、５００ｎｍ以上の長波長光を放出するレーザーであることを特徴とする、
   請求項７に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。
9. 前記干渉フィルタは、３５０〜４５０ｎｍ領域に対する透過スペクトルを有することを特徴とする、
   請求項７または８に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。
10. 前記第１光源及び前記第２光源は、前記光導波管の入射面に入射される光の入射範囲全体が前記光導波管の受容角の範囲内であると共に、前記各光源の光スポット全体が前記光導波管の入射面のコア内であることを特徴とする、
    請求項１に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。
11. 前記第１光源と前記フィルタホイールとの間には、光量を調節するための減衰器が設置されることを特徴とする、
    請求項１に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。
12. 前記第１光源と前記フィルタホイールとの間には、可変型絞りが設置されることを特徴とする、
    請求項１に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。
13. 前記可変型絞りは、前記第１光源との距離を調節するように前後に移動する移動式絞りであることを特徴とする、
    請求項１２に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。
14. 前記可変型絞りは、開口の大きさが変更されるように構成されることを特徴とする、
    請求項１２に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。
15. 前記フィルタホイールを通過した光のＲＧＢ信号を検出するＲＧＢセンサをさらに含むことを特徴とする、
    請求項１２から１４の何れか１項に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。
16. 前記ＲＧＢセンサから検出されたＲＧＢ信号を基準出力スペクトルと比較した結果に応じて前記可変型絞りを移動させるか、または前記可変型絞りの開口の大きさを調節するように構成される絞り制御器をさらに含むことを特徴とする、
    請求項１５に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。
17. 前記フィルタホイールには、第１光源から照射される光を選択的に透過させる１つ以上の補助フィルタがさらに設置されることを特徴とする、
    請求項１に記載の光学診断及び光治療のための複合光源装置。

Images