JP4521587B2 - 照明の均一度を向上させた光学診断装置 - Google Patents

Description

本発明は皮膚疾患に対する白色光観察および蛍光診断のための光学診断装置に関し、更に詳しくは、映像ピックアップヘッドの内部に複数の励起発光ダイオードが設置され、各励起発光ダイオードが予め割り当てられた皮膚診断対象部位の個別面積を照明するように、各々の照明中心軸の角度が設定され、皮膚診断対象部位全体をモザイク形態で照明するように設置され、結局対象部位の広い視野を励起光により均一に照明することのできる光学診断装置に関する。

更に、本発明は白色光源として、ウォームタイプの発光ダイオードとコールドタイプの発光ダイオードを適切に混合配置して使用することで、自然な色の伝達が可能であり、自然なカラー映像を獲得することがでるようになる光学診断装置に関する。

最近、化粧品店やエステ、病院の皮膚科などでは自身の皮膚状態を測定および診断して自身の皮膚状態に合った化粧品を選択することができるようにしたり、自身の皮膚状態においての問題点を発見してその解決策を探すのに利用する多様な皮膚診断装置が見かけられる。

この中でも特に、皮膚に特定波長の光線を照射し、前記光線に照射された皮膚が示す特有の蛍光色を分析することで皮膚状態を診断する診断用ランプを利用した皮膚診断装置が広く使用されている。

従来の皮膚診断装置について参照文献を参考にして見ると下記の通りである。

人体の毛根には皮脂を作る皮脂腺があり、健康な人体においては、皮脂腺が適当量の皮脂を毛根から皮膚表面に放出して皮脂膜を形成させ、皮脂膜は皮膚の天然保護膜として作用する。

しかしながら、健康ではない人体は過度の皮脂を分泌させ、過度に分泌された皮脂は空気に接して酸化し、酸化された皮脂は硬くなり、毛根を詰まらせてしまう。

このように毛根が詰まった部分の皮脂には細菌が繁殖し、この細菌の内部にポルフィリンという物質が生成され、ポルフィリンは紫外線に反応して発光する。

これにより、紫外線に反応するポルフィンの性質を利用した皮膚診断装置が開発されたところがある。

従来技術による皮膚診断装置は暗箱の中で患者の顔全体を紫外線ランプで照射し、発光された蛍光強度（intensity of fluorescene）の変化を検出器を通して肉眼で観察する方法を使用する。

また、その他に光を使用した疾病診断および治療のために、一般的にによく知られたハロゲン、キセノン、金属ハロゲン化物、水銀などの多様な形態のランプ使用を基盤とした光繊維の光源が使用された。

このようなランプは特殊な医療目的の手段および技術的、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たが、広範囲であったり、選択的な波長帯の多様な光が要求される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、同時に複数のランプを使用して短所を補完したが、特に、蛍光を使用する疾病診断において、励起光の照射による診断対象で発生する蛍光の観察以外に、白色光による診断部位の全体形状、位置および色などの観察が必須的であることで知られている。

皮膚疾患に５−ＡＬＡを含有する光線感作物質（photosensitizer）を使用する蛍光診断（Fluorescence Diagnoses；ＦＤ）および光線力学治療（PhotoDynamic Therapy；ＰＤＴ）活用の長所および可能性、最新傾向などは参照文献［C.Fritch and T. Ruzichka,"Fluorescence Diagnosis and Photodynamic Therapy of Skin Diseases",Atlas and Handbook, 2003, Springer-Verlag. Wien］に記載されている。

前記参照文献によると、皮膚層の蛍光像は写真形態で記録され、撮影のために暗室で診断対象にウッドランプの紫外線を０．２５で１．５秒露出し、１６００ＡＳＡのような高感度のフィルムを使用して現像する。

一方、米国特許第５，３６３，８５４号では、蛍光映像および可視光の偏光から対照映像を検出するために、単一ケーシングに光源と共に固定された一般的なビデオカメラが使用された。

ここで、皮膚の異形（anomalies）、特に黒色腫（melanoma）の検出方法および検出を行うための装備は、皮膚照射部位を２次元的に拡張して連続的に照射する紫外線範囲および可視光を有する光源を含む。

前記カメラは紫外線の光を照射して得られる照射部位の映像座標ｘ、ｙにて信号値Ｆ（ｘ、ｙ）を有する蛍光映像と、可視光の光を照射して得られる照射部位の映像座標ｘ、ｙにて信号値Ｒ（ｘ、ｙ）を有する対照映像を記録する。

また、メモリーは蛍光映像および対照映像の少なくとも一方の信号値を保存し、メモリーに対応するプロセッサーは同一映像座標にて蛍光映像および対照映像の信号値各自の比率Ｆ（ｘ、ｙ）／Ｒ（ｘ、ｙ）から形成された映像座標で各自の信号値Ａ（ｘ、ｙ）を有する出力映像を作り出す。

装備の接眼レンズを通して観察される映像はダイクロイックミラーを通して２つのカラー映像に再構成されたものであり、光源は連続条件またはインパルス条件で作動し、インパルス条件ではエネルギー節約および雑光の影響を減少させる。

また、皮膚疾患検出システムは照射部位から蛍光を生成するための励起光源を含み、対照光と共に生成された蛍光は光分割器（beam splitter）で分けられて各自の光学経路に送られ、各光学経路は照射される照射部位の映像を生成し、光結合器（opticalcoupler）は各異なる光学経路により生成された映像を使用者の肉眼を通して見ることができるように提供する。

そして、米国特許第５，７６０，４０７号にはヒトの皮膚にあるにきび、微小面皰、バクテリアの確認用装備が提案されている。

一方、正常および損傷された皮膚の皮膚疾患の診断のための方法として、分光学的手段と形態学的手段（Spectroscopy and imaging method）による一連の光学診断方法がある。

皮膚治療の場合も電子波の光照射の作用による光治療方法があり、このような一連の光学手段中、蛍光診断および光線力学治療（ＰＤＴ）は重要な位置を占めている。

蛍光診断の場合、与えられた条件において組織の病的状態部位と正常組織部位は蛍光特性が異なって観察され、このような差は放射される波長および蛍光の明るさの強度により表れる。

分光学的な波長分析手段の短所は、試験部位の空間分解能が低く、調査される点の数が少ないという点である。

観察部位から蛍光映像を獲得する手段は前記短所を除去し、多くの場合、観察される蛍光映像は単色光で与えられる。

従って、単色蛍光映像と共に形態学的な精密な分析のために、同一部位に対して白色光で同時に獲得したカラー映像が補充される［simultaneous acquisition and display of morphological (color image)and physiological (fluorescence image) information) (DYADERM professional,Biocam GmbH; http://www.biocam.de)］。

しかし、単色光の蛍光映像は皮膚の個別部位において、波長の差異を表す情報を喪失することより本質的に画像が貧弱となるしかなく、特に皮膚自体から発生する固有の蛍光の特性研究において蛍光の原因究明を難しくする。

多波長映像システム手段を通して、蛍光分光学的手段と蛍光映像手段の長所を結合させることが可能である［Hewett et al., 2000, "Fluorescence detection of superficialskin cancer,” J. Mod. Opt. 47, 2021-2027］。

そして、皮膚から発生する蛍光の基本的な分光学的情報は可視光線領域から獲得されるため、多波長映像システムとして高感度カラーカメラを適用することができ、これを通して装置を単純化させ、更に空間分解能を増加させることができる。

一方、皮膚疾患に対する白色光観察および蛍光診断のための診断装備においては、映像ピックアップヘッドにより皮膚組織を観察することができ、映像ピックアップヘッドは皮膚と接触して観察することのできる視野ホールを通して入ってくる皮膚映像をピックアップするための映像ピックアップ装置と照明システムで構成される。

そして、前記のような映像ピックアップヘッドの照明システムにおいて、蛍光励起光源としては通常３９５〜４０５ｎｍの照明範囲を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用されており、白色光源としては白色発光ダイオードが使用された。

また、照明光による診断部位の視野（視野ホールを通して診断される領域）は約２０ｎｍとすることが一般的であり、光の観察はテレビカメラ（例、カラーＣＣＤ−４１５：１／２インチ、７８２×５８２）を通して行われ、これは蛍光および白色光の同時映像記録および映像処理が可能である。

前記のように、皮膚疾患診断部位から蛍光を励起させるための励起光源として、従来は紫外線範囲の波長で発光するダイオードが使用されているが、紫外線の波長範囲で光を照射する場合は下記のような問題点がある。

１）コラーゲンの励起波長範囲（３２０〜３８０ｎｍ）で励起光を照射させることにより、皮膚に広範囲に分布されたコラーゲンから発生する約４００ｎｍの青色蛍光により、皮膚の別の蛍光源から発生する蛍光を観察することが難しい。

２）ニキビ菌などに含まれているポルフィリンの主吸収波長範囲が約４００ｎｍであるため、蛍光励起をさせるための光の効率性が落ちる。

３）使用する紫外線が人体に有害であり、皮下組織に浸透しにくい。

その他に、紫外線ＬＥＤ光をイメージピックアップ光軸に対して円形に配列し、照明光軸が視野ホールの中心を向くようにする場合、視野ホール内で均一で強度の紫外線照明光を得るためにはＬＥＤで照らす照明部位を互いに光軸（Ｘ）の中心に重なるようにしなければならないため、ＬＥＤ光による照明面積の範囲は非常に狭い範囲で限界となるという短所がある。

即ち、ＬＥＤを光源として使用する場合は、基本的に照明の非均一性の問題が持たされ、これは個々のＬＥＤが中心では照明強度が大きく、周辺に行くほど照明強度が小さくなるという特性を持つためである。

もちろん、複数のＬＥＤを映像ピックアップヘッド内に円形に配列して使用する場合、図６に表される通り、照明する部位が光軸中心に互いに重なるように同一な照明角度でＬＥＤ（励起発光ダイオード）１０を設置する場合は照明強度の非均一性の問題がある程度解決され得るが、この場合にも視野中心部となる皮膚部位では蛍光映像の品質が満足のいくものであるが、映像周辺部は照明強度が不十分で映像品質が良くなく、特にＬＥＤと皮膚部位間の充分な距離を確保しなければならず、ＬＥＤ光による照明面積の範囲が非常に狭いという短所がある。

万一、周辺部を良く見るためにカメラの感度を増加させると、中心部が飽和条件となる。

以下、従来技術による光学診断装置の問題点、即ち照明の非均一性の問題点について詳しく説明する。

発光ダイオード自体が照明の高い均一性を提供するようにするためには発光ダイオードが照明する斑点の中心と境界間の明るさの差異が可能な限り小さくなるようにしなければならない。

最も特性が優れた発光ダイオード中の一つであるＲＬ−ＵＶ２０３０（４０５ｎｍ）を標本発光ダイオードとして使用し、発光ダイオードの頂点から照明対照部位までの距離を異にし、その距離によるビームの斑点中心での出力密度と、斑点中心の最大明度に対して５０％の明度を表す地点の直径を測定（光強度測定器（optical power meter）Ｑ８２３０で直径８ｍｍの検出器を利用して測定）した際、その測定結果は下記表１の通りである。

表１から分かるように、観察される視野に対して必要な照明を得るためにが一つの発光ダイオードのみでは目的とする照明を得ることが難しい。

即ち、対象部位から近距離で照明を当てる場合、照明ビームの直径が充分ではなく、遠距離で照明を当てる場合は光の出力密度が不足する。

従って、照明の出力密度を増加させるためには、使用する発光ダイオードの数を増加させる必要があり、均一な照明のために発光ダイオードの多様な配列構成を考え得る。

最も簡単な方式は、カメラ１の前に１２個の発光ダイオード１０を使用するが、発光ダイオード１０の照明中心軸Ｃ２の方向を図６に表した構造のように視野の中心に向かうようにするものであるが、この場合、視野の直径は２１．４ｍｍで均一な照明を獲得することができ、この場合、視野の中心で計算された出力密度の大きさは９．９ｍＷ／cm²である。

しかし、このような配列は、映像ピックアップヘッドのケース内で発光ダイオードの固定板から診断対象となる部位（視野ホール）まで、そして発光ダイオードから診断対象となる部位まで相当な自由空間を要求し、発光ダイオードと診断対象部位までの距離が充分でなければならない。

例で言及した数値において、このような距離は６０ｍｍ以上でなければならない。

結局、発光ダイオード１０から皮膚診断部位に密着される視野ホールまでの距離が長くなるため、充分な距離の確保のために映像ピックアップヘッドの全体の長さを長くするしかない。

別の方法として、発光ダイオードの数を増加させて発光ダイオードと対象部位との自由空間を減らすために発光ダイオードをケースの視野ホールにより接近させる方法があり、この場合、励行光源として使用されるＬＥＤの配列状態と光照射状態を図７と図８に表した。

この場合は、蛍光励起光源として２０個の発光ダイオード１０が使用されるが、これらのうち１２個の発光ダイオードは、図７のように内側に直径２０ｍｍの円形に等間隔で均一に配列されるが、図８のようにカメラ１の中心軸となるイメージピックアップ光軸Ｃ１を基準に、角度１６°の照明中心軸Ｃ２の角度ａを有するように配置され、診断対象部位（視野ホール）からは約３０ｍｍの距離を有するように位置される。

そして、残りの８個の発光ダイオードは図７のように、直径２８ｍｍの円形に配列されるが、４個ずつ図面上の左側と右側に配列され、前記１２個の発光ダイオードと同一角度に傾け、同一な照明中心軸の角度ａを有するように配置されるが、前記１２個の発光ダイオードよりは診断対象部位より約８ｍｍほど近くに位置される。

このように診断対象部位により近く配置される８個の追加的な発光ダイオードは光軸に対して右側および左側の隅の領域を照明するための補助照明である。

このような配置で各発光ダイオードに要求される電流の定格条件は２０ｍＡであり、最大３０ｍＡであり、視野の中心（診断対象部位の中心）での照明出力密度は定格条件で８．５ｍＷ／cm²、強制条件（３０ｍＡ）で１２ｍＷ／cm²である。

このような照明システムによる皮膚診断部位および標準模型で獲得した映像を図９のＡに表し、これによると、視野の中心部で蛍光映像の品質は良好であったが、照明強度が不充分であり、映像の周辺部は映像品質が良くない。

図９は円形に配列された発光ダイオードが同一な角度で照明するように構成された照明システムにより獲得された蛍光映像として、Ａは１６０ｍＡで皮膚部位（gain ８、Ｎ＝０、gamma＝２０、Ｒ＝Ｇ＝Ｂ＝０）から得た蛍光映像であり、ＢはＡと同一条件で検出器（カメラ）の光感度を上げた場合の蛍光映像である。

そして、図９のＣは標準模型の蛍光映像を表し、等高線は明度の最大値に対して３０、４０、５０、７０％の明度で構成され、等高線の直径は視野の対角線の大きさ（２０．８ｍｍ）に対して７２、６３、５４および４０％に該当する。

また、図９のＤはＣの条件に対する三次元の明度分布グラフィックを表したものである。万一、周辺部をよく見るためにカメラの感度を増加させると、Ｂの映像のように中心部が飽和条件となり、このような照明の非均一性をホットスポットと言い、ホットスポット状態は照明強度に対する三次元表示により容易に確認することができる（図９のＤ参照）。

一方、ＬＥＤの照明光の照射方向がランベルト分布を持つようにした場合は均一な照明を提供することができるが、ランベルト照明は広い範囲に光を照明するため、特定対象部位で獲得される光の明度出力密度が相対的に低いという問題があり、従って満足な映像の獲得が不可である。

満足な映像獲得のために照明光の明度密度を増加させる場合は、多数のＬＥＤを使用しなければならないが、これは診断装備のサイズを増加させる。

また、ランベルト照明において、ＬＥＤにより分散される照明光の出力は、装備のケースなどを加熱させるため診断対象者に火傷または不快感を与え得る。
米国特許第５，３６３，８５４号 米国特許第５，７６０，４０７号 C.Fritch and T. Ruzichka, "Fluorescence Diagnosis andPhotodynamic Therapy of Skin Diseases", Atlas and Handbook, 2003,Springer-Verlag. Wien simultaneous acquisition anddisplay of morphological (color image) and physiological (fluorescence image)information) (DYADERM professional, Biocam GmbH; http://www.biocam.de) Hewett et al., 2000,"Fluorescence detection of superficial skin cancer," J. Mod. Opt. 47,2021-2027

従って、本発明は前記のような問題点を解決するために発明されたものであり、映像ピックアップヘッドの内部に複数の励起発光ダイオードが設置されるが、各励起発光ダイオードが予め割り当てられた皮膚診断部位の個別面積を照明することができるように各々の照明中心軸の角度が調整された状態で設置され、皮膚診断部位全体をモザイク形態に照明することができるように構成され、結局、対象部位の広い視野を励起光により均一に証明することのできる光学診断装置を提供することにその目的がある。

また、本発明は白色光源として、ウォームタイプの発光ダイオードとコールドタイプの発光ダイオードを適切に混合配置して使用することで、自然な色の伝達が可能となり、自然なカラー映像を獲得することができるようになる光学診断装置を提供することにまた別の目的がある。

以下、添付した図面を参照にして本発明を詳しく説明する。

前記目的を達成するために本発明は、皮膚部位に対する白色光観察および蛍光診断のために映像ピックアップヘッドのケース内に白色光源として使用される複数の発光ダイオードと蛍光励起用光源として使用される複数の発光ダイオードが設置されている光学診断装置において、前記映像ピックアップヘッドのケース前端の視野ホールに接触される皮膚診断部位が複数の蛍光励起光により複数の個別面積が組み合わされたモザイク形態で証明することができるように、前記複数の蛍光励起用発光ダイオードがイメージピックアップ光軸を基準として予め定められた照明中心軸の角度を持つように設置され、各々の蛍光励起用発光ダイオードが予め割り当てられた皮膚診断部位の個別面積を照明するように構成されていることを特徴とする照明の均一度を向上させた光学診断装置を提供する。

ここで、各々の前記蛍光励起用発光ダイオードは４００ｎｍの可視光線波長を使用する発光ダイオードであることを特徴とする。

そして、各々の前記蛍光励起用発光ダイオードとして、４００ｎｍの可視光線波長を使用する複数の発光ダイオードが前記イメージピックアップ光軸を中心に円形に配列されることを特徴とする。

また、前記白色光源として使用される複数の発光ダイオードは光スペクトルにおいて赤色の成分が強いウォームタイプの白色光源発光ダイオードと、青色の成分が強いコールドタイプの白色光源ダイオードが混合設置されることを特徴とする。

ここで、前記ウォームタイプの白色光源発光ダイオードとコールドタイプの白色光源発光ダイオードは、蛍光励起用発光ダイオードの外側に円形に配列されることを特徴とする。

また、前記ウォームタイプの白色光源発光ダイオードとコールドタイプの白色光源ダイオードが一つずつ交互に設置されていることを特徴とする。

一方、本発明は、皮膚部位に対する白色光観察および蛍光診断のために映像ピックアップヘッドのケース内に白色光源として使用される複数の発光ダイオードと蛍光励起用光源として使用される複数の発光ダイオードが設置されている光学診断装置において、前記白色光源として使用される複数の発光ダイオードは光スペクトルにおいて、赤色の成分が強いウォームタイプの白色光源発光ダイオードと青色の成分が強いコールドタイプの白色光源ダイオードが混合設置されることを特徴とする照明の均一度を向上させた光学診断装置を提供する。

ここで、前記ウォームタイプの白色光源発光ダイオードとコールドタイプの白色光源発光ダイオードは蛍光励起用発光ダイオードの外側に円形に配列されることを特徴とする。

また、前記ウォームタイプの白色光源発光ダイオードとコールドタイプの白色光源発光ダイオードが一つずつ交互に設置されていることを特徴とする。

本発明による光学診断装置は従来の光学診断装置に比べ下記のような長所を有する。

１）映像ピックアップヘッドの内部に複数の励起発光ダイオードが設置されるが、各励起発光ダイオードが予め割り当てられた皮膚診断対象部位の個別面積を照明することができるように、各々の照明中心軸の角度が調整された状態で設置され、皮膚診断対象部位全体をモザイク形態で照明し、結局、対象部位の広い視野を励起光により均一に照明することができるようになる。本発明の光学診断装置で各々の励起発光ダイオードは対物レンズの光軸に対して互いに異なる角度または同一な角度で設置され、このように設置された励起発光ダイオードで構成された光源のビームは対象部位の視野を均一に照明するようになる。

２）ニキビ菌を始めとして主要蛍光燃料の主光吸収帯である約４００ｎｍの可視光の波長を励起光として使用することにより、皮下組織、毛細血管、多種の蛍光を高品質蛍光映像にて観察することができる。

３）均一な照明光を提供することができるようにすることで、対象部位の単純な観察だけでなく、光の強度に対する定量的観察が可能となる。

４）白色光源としてウォームタイプの発光ダイオードとコールドタイプの発光ダイオードを適切に混合配置して使用することで、自然な色の伝達が可能となる。即ち、白色発光ダイオードの色の特性により適切な混合が行われ、尚且つ自然な色のカラー映像を獲得することができるようになる。

５）白色光背景に蛍光が重畳されて見えることにより、蛍光が発生する位置に対する正確な判断が可能となる。

以下、本発明について添付図面を参照にして詳しく説明する。

本発明は皮膚疾患に対する白色光観察および蛍光診断のための光学診断装置に関し、発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用して照明の均一性を向上させた光学診断装置に関する。

特に、本発明の光学診断装置は照明の均一性を最大限確保するために映像ピックアップヘッド内に配列される発光ダイオードの照射方法を最適化したものであり、観測および診断対象となる皮膚表面上の照明視野（視野ホールを通して診断される領域）内でモザイク形態の照明が行われるように発光ダイオードの配置を最適化して構成したものである。

まず、本発明の光学診断装置では、蛍光を励起させるための励起光源として、ニキビ菌のポルフィリンまたは５−アミノレブリン酸（５−ＡＬＡ）など蛍光燃料の最大吸収波長の範囲である約４００ｎｍの可視光線波長を使用する発光ダイオードが使用される。

前記のような発光ダイオードを使用することで、光の吸収効率性を高めることが可能となり、特に使用する照明光の波長がコラーゲンの励起光範囲に該当しないため、広範囲に分散された青色蛍光を排除することができ、更に鮮明な背景と皮下組織、毛細血管、多種から発生する蛍光などを容易に観察することができるようになる。

そして、本発明の目的は発光ダイオードの適切な配置により蛍光映像の均一性を向上させようとすることにあり、このためには従来の問題点の克服のための考慮と共に発光ダイオード、光学フィルター、発光ダイオードが占める面積、その他に追加される各種部品のサイズと関連した制限を考慮しなければならず、制限を考慮して均一な蛍光映像を獲得するための満足のいく構成は添付した図１〜３に表した通りである。

図１は本発明による光学診断装置において、映像ピックアップヘッドのケース内部にカメラ中心軸となるイメージピックアップ光軸を中心に円形に配列される励起光源および白色光源の配置状態および照明状態を表した図面である。

また、図２は本発明による光学診断装置において、映像ピックアップヘッドのケース内部に円形に配列される励起光源を側面から図示した図面として、励起光源の照明角度の設計例を表した図面である。

そして、図３は本発明によるモザイク照明方式の例を表した図面として、図３のＡは１２個の発光ダイオードを使用した場合を、図３のＢは１３個の発光ダイオードを使用した場合を表す。

本発明による光学診断装置では、映像ピックアップヘッドのケース内で蛍光励起光源として使用される複数の励起発光ダイオード１０がカメラ１の前方に設計され、ケース前端の視野ホールを通した皮膚診断部位の照明において、図示された通り、皮膚診断部位にモザイク形態の照明が行われるように各励起発光ダイオード１０が配置される。

このようなモザイク照明方式の適用のために複数の励起発光ダイオード１０は図１と図３のように、映像ピックアップヘッドのケース内にカメラ１の中心軸となるイメージピックアップ光軸Ｃ１を中心として、円形または四角形などの所定の配列形態（図示した例では円形）で等間隔に配列されるが、イメージピックアップ光軸Ｃ１を基準とした照明中心軸Ｃ２の角度ａが各々互いに相異した角度または同一な角度の予め設定された角度を持つように各励起発光ダイオード１０が設置される。

特に、本発明の光学診断装置において、図１と図３に表されるように、ケース前端の視野ホールに接触された予め割り当てられた皮膚診断部位の個別面積に対し、各励起発光ダイオード１０が割り当てられた個別面積を照明するようにその照明中心軸の角度ａが調整されて設置され、これによりケース内の複数の励起発光ダイオード１０が皮膚診断部位全体を各々の個別面積が組み合わされたモザイク形態で照明することが可能となる。

図１によると、モザイク照明方式のための発光ダイオード１０の配列状態が図示されており、図１において、直径５ｍｍと６ｍｍの二重線同心円１２部分は蛍光を励起させるための発光ダイオード１０の固定位置を表す。

そして、四角形２は視野領域、即ち、映像ピックアップヘッドの視野ホール領域を表したものであり、視野ホールに接触された皮膚診断部位の領域に該当し、診断のために発光ダイオード１０により均一な照明が行われなければならない領域である。

細い斜線で表示された円３は各発光ダイオード１０により照明される領域を表示したものであり、この円３は診断対象部位の全体領域で予め割り当てられた個別面積に対し、各発光ダイオード１０が照明する領域を表示したものであり、各発光ダイオード１０が照明する領域は照明中心軸Ｃ１が設定される角度により決定される。

斜線で表示された前記円３の中心は各発光ダイオード１０の照明中心軸Ｃ１と対象部位の表面が出会う交差点に該当する。

そして、カラー映像獲得のために白色光源として使用する発光ダイオード２０は蛍光励起用発光ダイオード１０の配列の外側に円形または四角形などの所定の配列形態（図示した例では円形）をなして等間隔で配列され、図１で直径３ｍｍの外側に配置された円２１は白色光源の固定位置を表す。

図２によると、各蛍光励起用発光ダイオード１０がイメージピックアップ光軸Ｃ１を基準に、照明中心軸Ｃ２の角度ａを異にして設置されたものを表しているが、モザイク方式の照明のために視野領域の割り当てられた個別面積に対して各発光ダイオード１０が該当個別面積を照明しなければならないため、これを具現するために各発光ダイオード１０の照明中心軸の角度ａが設定された例を表している。

図２の図面符合１１は励起フィルターを表す。

そして、図３は本発明の光学診断装置において、複数の発光ダイオード１０が円形に配列された状態を表しており、照明の均一性を増加させるために、診断される対象の視野にモザイク照明が行われる例を表している。

図３のように、使用される蛍光励起用発光ダイオード１０の数は適切に調整が可能であり、図３のＡのように、１２個の発光ダイオード１０を使用する場合には全体的に四角形の領域に対してモザイク照明が可能となるように各発光ダイオードの光の照射方向（照明中心軸方向）が設定され（四角形モザイク照明）、図３のＢのように１３個の発光ダイオード１０を使用する場合は全体的に六角形の面積に対してモザイク照明が可能となるように各発光ダイオードの光の照射方向が設定されることができる（六角形モザイク照明）。

このように、本発明の光学診断装置では、複数の蛍光励起用発光ダイオード１０が対物レンズの光軸（カメラ中心軸となるイメージピックアップ光軸）に対して多様な角度で設置され、各蛍光励起用発光ダイオードが診断対象部位に視野を部分別に照明するようにすることで、発光ダイオードにて構成された光源のビームが均一に対象部位の視野を照明することができるようになり、これにより照明の均一性が向上される。

添付した図４はモザイク照明方式が適用された本発明の光学診断装置を利用して蛍光が均一に放出される標準模型および皮膚診断部位で獲得された蛍光映像を表した図面として、Ａは標準模型の蛍光映像を、Ｂは標準模型の蛍光明度の分布に対する三次元グラフィックを、Ｃは皮膚部位の蛍光映像（gain ８、Ｎ＝０、gamma＝２０、Ｒ＝Ｇ＝Ｂ＝０）（１６０ｍＡ）を、Ｄは同一の皮膚部位の白色光映像を表す。

図４の蛍光標準模型映像であるＡにおいて、赤色の線は蛍光最大値の７０％までの明度を表す境界線であり、標準模型の蛍光明度は三次元分布グラフィックＢを通して詳しく見ることができる。

図４のＡとＢによると、視野大部分の領域が前記警戒線内に位置し、前記モザイク照明方式の照明システムを適用する場合、従来の照明システムと比較して照明の均一性が大きく向上されることが分かる。

更に、本発明の照明システムによると、発光ダイオードと対象部位間の距離が密接しより少数の発光ダイオードを使用しても満足のいく蛍光映像Ｃを提供することができるようになる。

図４の蛍光映像を獲得するために、励起光として約４００ｎｍの波長を有する発光ダイオードを選択肢、励起光源として使用される発光ダイオード１０の前に蛍光映像の明暗対比を向上させるために励起フィルター１１を設置し（図２参照）、この励起フィルター１１は蛍光励起用発光ダイオード１０の上層部に構成されたレンズから発生する寄生蛍光を除去する役割を行う。

そして、前記励起発光ダイオードの側面を熱に強い不透明な管で取り囲むことができる。

一方、蛍光映像観察のために光検出器（ＣＣＤテレビカメラ）の前に遮蔽フィルターを設置し、皮膚から反射される励起光が光検出器に流入されることを遮断させることができる。

前記遮蔽フィルターは白色光源として使用されるは発光ダイオードをつけた状態では白色光により獲得された映像の色相品質を向上させるために、検出器に向かう光の経路上から除去される。

白色光において、照明の充分な明度と均一性は困難なく到達することが可能である。

このために実例として、対象部位の視野の四隅に白色発光ダイオードを設置し、前記白色発光ダイオードが拡散照明を生成させることで充分である。

白色光の条件で、更に困難な点は正確な色を伝達することであり、白色光源は一般的に可視光全体にかけて等しい明度を表すことができない。

このような波長による明度の差異は発光体の成分により決定され、白色発光ダイオードの場合も各製品ごとに可視光線においてより明るい波長が存在する。

実例として光スペクトルにおいて、ＨＢ３ｂ−４４９ ＡＷＤ（Huey Jann El., Taiwan - hueyjann.com）製品の場合は、赤色の成分（warmwhite）が強く、ＢＬ−ＢＺ４２Ｖ１（Bright Led Electronics corp., Taiwan）の場合は、青色の成分（coldwhite）が強い。

本発明の光学診断装置では白色光源として使用される複数の発光ダイオード２０が円形または四角形などに配列されて設置されることにおいて、赤色の成分が強いウォームタイプの白色光源発光ダイオードと青色の成分が強いコールドタイプの白色光源発光ダイオードが混合設置される。

即ち、ウォームタイプの白色光源発光ダイオードとコールドタイプの白色光源発光ダイオードが交互に配置され、白色光条件下で、更に自然な色の伝達のために前述のような発光ダイオードの混合により更に優れたカラー映像が得られる。

この時、ウォームタイプの白色光源発光ダイオードとコールドタイプの白色光源発光ダイオードは一つずつ交互に設置される。

また、前記白色光源は均一な照明のために拡散照明を行うようにすることもできる。

添付した図５は互いに異なる白色発光ダイオードにより獲得された同一皮膚部位のカラー写真であり、Ａは光スペクトルにおいて、赤色の成分が強いウォームタイプの発光ダイオード（ＨＢ３ｂ−４４９ＡＷＤ）を使用した際の写真であり、Ｂは青色の成分が強いコールドタイプの発光ダイオード（ＢＬ−ＢＺ４３Ｖ１Ｖ１）を使用した際の写真である。

そして、Ｃは本発明による白色光源の配置状態を適用した状態、即ち、ウォームタイプの発光ダイオードとコールドタイプの発光ダイオードを混合した配置（ＨＢ３ｂ−４４９ＡＷＤ＋ＢＬ−ＢＺ４３Ｖ１）で獲得したカラー写真である（gain ８、Ｎ＝０、gamma＝２０、Ｒ＝Ｇ＝Ｂ＝０）。

Ａの写真を見ると、大体が映像が赤い感じを受けるように表現されており、Ｂの写真を見ると、大体が映像が青い感じを受けるように表現されており、自然な色の伝達が行われていない。

しかし、本発明のように、ウォームタイプとコールドタイプの白色発光ダイオードを混合して使用した場合、Ｃの写真から分かる通り、自然な色で表現された映像を獲得することができるようになる。

このように構成された光学診断装置では、蛍光から獲得された組織状態が明確に確認されるようにするためにカメラを通して獲得された蛍光映像と白色光映像をコンピューターによりピクセルごとに互いに重なるようにするが、コンピューターディスプレイの映像で変化する透明度により表すことができる。

そして、光学診断装備において、診断作業の便利性のために映像出力が行われるディスプレイ装置は映像ピックアップヘッド、即ち、カメラヘッドに直接設置されることもでき、カメラヘッドの視野ホールの面の外に位置した皮膚部位の鋭利な映像獲得のためにカメラヘッドの光学システムは精密な焦点装置を含むことができる。

また、作業の便利性のために精密な焦点装置は電子駆動装置または作動焦点装置で具現することができ、多様な倍率で皮膚部位の識別が可能となるようにするためにカメラヘッドが光学またはデジタルズームシステムを含むことができる。

以上説明した通り、本発明による光学診断装置は従来の光学診断装置に比べ下記のような長所を有する。

１）映像ピックアップヘッドの内部に複数の励起発光ダイオードが設置されるが、各励起発光ダイオードが予め割り当てられた皮膚診断対象部位の個別面積を照明することができるように、各々の照明中心軸の角度が調整された状態で設置され、皮膚診断対象部位全体をモザイク形態で照明し、結局、対象部位の広い視野を励起光により均一に照明することができるようになる。本発明の光学診断装置で各々の励起発光ダイオードは対物レンズの光軸に対して互いに異なる角度または同一な角度で設置され、このように設置された励起発光ダイオードで構成された光源のビームは対象部位の視野を均一に照明するようになる。

２）ニキビ菌を始めとして主要蛍光燃料の主光吸収帯である約４００ｎｍの可視光の波長を励起光として使用することにより、皮下組織、毛細血管、多種の蛍光を高品質蛍光映像にて観察することができる。

３）均一な照明光を提供することができるようにすることで、対象部位の単純な観察だけでなく、光の強度に対する定量的観察が可能となる。

４）白色光源としてウォームタイプの発光ダイオードとコールドタイプの発光ダイオードを適切に混合配置して使用することで、自然な色の伝達が可能となる。即ち、白色発光ダイオードの色の特性により適切な混合が行われ、尚且つ自然な色のカラー映像を獲得することができるようになる。

５）白色光背景に蛍光が重畳されて見えることにより、蛍光が発生する位置に対する正確な判断が可能となる。

本発明による光学診断装置において、励起光源および白色光源の配置状態および照明状態を表した図面である。 本発明による光学診断装置において、励起光源を側面から図示した図面であり、励起光源の照明角度の設計例を表した図面である。 本発明によるモザイク照明方式の例を表した図面であり、Ａは１２個の発光ダイオードを使用した場合を、Ｂは１３個の発光ダイオードを使用した場合を表した図面である。 モザイク照明方式が適用された本発明の光学診断装置を利用し、蛍光が均一に放出される標準模型および皮膚診断対象部位で獲得された蛍光映像を表した図面である。 互いに異なる白色発光ダイオードにより獲得された同一皮膚部位のカラー写真である。 従来技術による光学診断装備において、励起光源を側面から図示した図面である。 従来技術による光学診断装備において、励起光源として使用されるＬＥＤの配列状態と光の照射状態を表した図面である。 図７の従来技術による光学診断装備を示す図である。 円形に配列された発光ダイオードが同一角度で照明するように構成された照明システムにより獲得された蛍光映像を表した図面である。

符合の説明

１ カメラ
１０ 励起発光ダイオード
２０ 白色発光ダイオード

Claims (9)

1. 皮膚部位に対する白色光観察および蛍光診断のために、映像ピックアップヘッドのケース内に白色光源として使用される複数の発光ダイオードと蛍光励起用光源として使用される複数の発光ダイオードが設置されている光学診断装置において、
   前記映像ピックアップヘッドのケース前端の視野ホールに接触される皮膚診断対象部位が複数の蛍光励起光により複数の個別面積が組み合わされたモザイク形態で照明されることができるように、前記複数の蛍光励起用発光ダイオードがイメージピックアップ光軸を基準として、予め定められた照明中心軸の角度を持つように設置され、各々の蛍光励起用発光ダイオードが予め割り当てられた皮膚診断対象部位の個別面積を照明するように構成されていることを特徴とする照明の均一度を向上させた光学診断装置。
2. 各々の前記蛍光励起用発光ダイオードが４００ｎｍの可視光線の波長を使用する発光ダイオードであることを特徴とする、請求項１記載の照明の均一度を向上させた光学診断装置。
3. 各々の前記蛍光励起用発光ダイオードとして４００ｎｍの可視光線の波長を使用する複数の発光ダイオードが、前記イメージピックアップ光軸を中心に円形または四角形の形態に配列されることを特徴とする、請求項１または２記載の照明の均一度を向上させた光学診断装置。
4. 前記白色光源として使用される複数の発光ダイオードは、光スペクトルにおいて赤色の成分が強いウォームタイプの白色光源発光ダイオードおよび青色の成分が強いコールドタイプの白色光源発光ダイオードが混合設置されることを特徴とする、請求項１記載の照明の均一度を向上させた光学診断装置。
5. 前記ウォームタイプの白色光源発光ダイオードおよびコールドタイプの白色光源発光ダイオードは、蛍光励起用発光ダイオードの外側に円形または四角形の形態に配列されることを特徴とする、請求項４記載の照明の均一度を向上させた光学診断装置。
6. 前記ウォームタイプの白色光源発光ダイオードおよびコールドタイプの白色光源発光ダイオードが一つずつ交互に設置されていることを特徴とする、請求項４または５記載の照明の均一度を向上させた光学診断装置。
7. 皮膚部位に対する白色光観察および蛍光診断のために映像ピックアップヘッドのケース内に白色光源として使用される複数の発光ダイオードと蛍光励起用光源として使用される複数の発光ダイオードが設置されている光学診断装置において、
   前記白色光源として使用される複数の発光ダイオードは光スペクトルにおいて赤色の成分が強いウォームタイプの白色光源発光ダイオードおよび青色の成分が強いコールドタイプの白色光源発光ダイオードが混合設置されることを特徴とする照明の均一度を向上させた光学診断装置。
8. 前記ウォームタイプの白色光源発光ダイオードおよびコールドタイプの白色光源発光ダイオードは、蛍光励起用発光ダイオードの外側に円形または四角形の形態に配列されることを特徴とする、請求項７記載の照明の均一度を向上させた光学診断装置。
9. 前記ウォームタイプの白色光源発光ダイオードおよびコールドタイプの白色光源発光ダイオードが一つずつ交互に設置されていることを特徴とする、請求項７または８記載の照明の均一度を向上させた光学診断装置。