CN112367899A - 内窥镜用光源装置和内窥镜 - Google Patents

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Abstract

内窥镜用光源装置(1)具有：光纤(70)，其对从纤维端面(70SA)入射的、从光源(20)射出的出射光进行引导；套圈(31)，其供所述光纤(70)插入的贯通孔(H31)位于套圈端面(31SA)；保持架(34)，其固定有所述套圈(31)，并且该保持架(34)具有通过对所述出射光在所述纤维端面(31SA)处被反射后的第1反射光进行反射而射出第2反射光的反射面；以及光传感器(70)，其接收所述第2反射光，所述光传感器(40)配置在所述光源(20)与所述纤维端面(70SA)之间、并且隔着光轴(O)与所述反射面对置的区域。

Description

内窥镜用光源装置和内窥镜
技术领域
本发明涉及具有光传感器的内窥镜用光源装置和包含具有光传感器的内窥镜用光源装置的内窥镜。
背景技术
内窥镜用光源装置需要适当地管理照明光的光量。在包含以氙灯为光源的光源装置的内窥镜系统中，光源装置产生的照明光经由通用线缆和贯穿插入于插入部的多个光纤的束(光纤束)而被引导至前端部。而且，例如根据内窥镜图像的明亮度，通过调整光源装置的光学光圈来控制光量。即，氙灯的光量处于大致稳定的状态，不会因使用条件而大幅变化。
对此，正在研究将半导体激光二极管(LD)等发光元件作为光源的内窥镜用光源装置。LD等在驱动时发热，光量根据自身的温度而变化。因此，实时地检测光量，根据检测结果，控制提供给光源的驱动信号。为了检测光源的光量，使用光电二极管等受光元件。
内窥镜的照明光的光量大于用于数据通信的信号光的光量。因此，如果受光元件的配置位置不同，则受光元件接收的光量的绝对值大幅变化。但是，受光元件能够高精度地检测光量的光量范围(动态范围)并不宽。因此，不容易使用受光元件高精度地检测发光元件输出的照明光的光量。
在日本特开平7-294329号公报中，公开了一种光功率监视装置，其通过配置在插入有光纤的玻璃制的套圈的侧面的光电二极管来检测光纤引导的信号光的光量。从套圈端面入射的信号光在套圈的内周面被反射，并被引导至配设有光电二极管的位置。
即，通过数值孔径为光纤的数值孔径以上的透镜，一部分的信号光会聚到光纤的入射面的周围的套圈端面。另外，为了在套圈的内周面反射信号光，套圈的外周面被反射部件覆盖。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-294329号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的实施方式的目的在于，提供高精度地检测光量的内窥镜用光源装置和包含高精度地检测光量的内窥镜用光源装置的内窥镜。
用于解决课题的手段
实施方式的内窥镜用光源装置具有：光纤，其具有纤维端面，并对入射到所述纤维端面的、从光源射出的出射光的一部分进行引导；套圈，其具有套圈端面，所述套圈端面具有供所述光纤插入的贯通孔的开口；保持架，其具有反射面，并固定有所述套圈，该反射面通过对所述出射光的另一部分在所述纤维端面处被反射后的第1反射光进行反射，而射出第2反射光，；以及光传感器，其具有接收所述第2反射光的受光面，所述光传感器配置在所述光源与所述纤维端面之间、并且隔着光轴与所述反射面对置的区域。
实施方式的内窥镜包含上述内窥镜用光源装置。
发明效果
根据本发明的实施方式，能够提供高精度地检测光量的内窥镜用光源装置和包含高精度地检测光量的内窥镜用光源装置的内窥镜。
附图说明
图1是包含实施方式的内窥镜的内窥镜系统的立体图。
图2是实施方式的内窥镜用光源装置的结构图。
图3是实施方式的内窥镜用光源装置的立体图。
图4是实施方式的内窥镜用光源装置的剖视图。
图5是实施方式的内窥镜用光源装置沿着图4的V-V线的剖视图。
图6是用于说明实施方式的内窥镜用光源装置的光路的图。
图7是实施方式的变形例1的内窥镜用光源装置的剖视图。
图8是实施方式的变形例1的内窥镜用光源装置沿着图7的VIII-VIII线的剖视图。
图9是用于说明散射角度的图。
图10是实施方式的变形例2的内窥镜用光源装置的剖视图。
图11是实施方式的变形例3的内窥镜用光源装置的剖视图。
图12是实施方式的变形例3的内窥镜用光源装置沿着图11的XII-XII线的剖视图。
图13是实施方式的变形例4的内窥镜用光源装置的剖视图。
图14是实施方式的变形例5的内窥镜用光源装置的剖视图。
图15是实施方式的变形例5的另一内窥镜用光源装置的剖视图。
图16是用于说明实施方式的变形例6的内窥镜用光源装置的光路的图。
具体实施方式
＜内窥镜的结构＞
如图1所示，包含实施方式的内窥镜9的内窥镜系统6具有内窥镜9、处理器5A以及监视器5B。内窥镜9具有插入部3和把持部4。内窥镜9是所谓的无线内窥镜。在无线内窥镜中，拍摄被检体的体内图像而得到的图像信号通过无线方式从发送部2A发送到处理器5A的接收部2B。内窥镜9内置有在后面详细说明的尾纤型的内窥镜用光源装置1(以下称为“光源装置1”)。
与通过通用线缆与处理器和光源装置连接的内窥镜相比，无线内窥镜的操作性更好。
插入部3包含前端部3A、与前端部3A的基端部连接设置的弯曲自如的弯曲部3B、与弯曲部3B的基端部连接设置的细长的软性部3C。弯曲部3B通过把持部4的转动的角度旋钮4A的操作而弯曲。在把持部4上具有供插入部3贯穿插入的处置器具通道的通道开口4B。
虽然未图示，在内窥镜9的前端部3A配设有射出照明光的照明光学系统。
光源装置1的光连接模块30等主要部分配设在把持部4上，照明光经由贯穿插入于插入部3的一根光纤70而被引导至前端部3A的出射部80，并从照明光学系统射出(参照图2)。仅使用1根光纤70对照明光进行引导的光源装置1由于插入部3是细径的，因此是低侵害的。
另外，内窥镜9是医疗用的软性镜，但其他实施方式的内窥镜可以是硬性镜，也可以是工业用的内窥镜。并且，其他实施方式的内窥镜也可以是通过通用线缆与处理器连接的内窥镜。
＜内窥镜用光源装置的结构＞
如图2至图5所示，实施方式的光源装置1具有光连接模块30作为主要构成要素，该光连接模块30包含套圈31、保持架34、光传感器40以及光纤70。
另外，在以下的说明中，基于各实施方式的附图是示意性的，应注意到各部分的厚度与宽度的关系、各个部分的厚度的比例以及相对角度等与现实情况不同，即使在附图的相互之间有时也包含彼此的尺寸关系或比例不同的部分。另外，有时省略一部分的构成要素的图示和标号的标注。例如，光传感器40的导线未图示。
光连接模块30经由作为导光部件的光纤70将从光源20的发光部20A射出的出射光(照明光)引导至出射部80。
光纤70只要能够将照明光引导至出射部80，则可以是玻璃制，也可以是树脂制，还可以是多模或单模中的任一种。另外，在光纤70是多模光纤的情况下，可以是步进指数或分级指数中的任一种。为了引导大光量的照射光，光纤70特别优选步进指数的多模光纤。
例如，在出射部80中配设有荧光体，该荧光体在接收到从光源20射出的蓝色光时产生黄色光。因此，从出射部80射出包含蓝色光和黄色光的白色光作为照明光。光源装置1也可以具有射出白色光的光源20。
光源20是将半导体激光二极管(LD)或发光二极管(LED)的小型的半导体发光元件收纳在封装中的CAN类型。半导体发光元件与氙灯相比为超小型且低功耗。
光源20也可以是所谓的裸芯片类型。另外，也可以将射出照明光的波导的端部用作光源20，该照明光从另外的光源经由波导被引导。即，光源20不限于自身发光的发光元件等。另外，光连接模块30可以固定在包含光源20和透镜33的光源模块。
从光源20射出的出射光(照明光)通过光连接模块30其大部分入射并被引导至光纤70的纤维端面70SA。
圆柱形的套圈31具有套圈端面31SA。在套圈端面31SA上具有供光纤70插入的贯通孔H31的开口。贯通孔H31的内径比光纤70的外径稍大，在光纤70的外周面与贯通孔H31的内周面之间配设有粘接剂(未图示)。
保持架34是固定光源20和套圈31的保持部件。通过对不锈钢或黄铜等金属进行加工而制作的保持架34具有构成如下空间的内表面34SS，该空间成为透镜33会聚的出射光的光路。
光连接模块30还具有透镜33。透镜33将光源20射出的出射光会聚到纤维端面70SA上。透镜33只要为规定的数值孔径，则既可以是单透镜，也可以是包含多个透镜的透镜组。
而且，透镜33的数值孔径(NA)为光纤70的数值孔径(NA)以下。即，出射光被会聚到纤维端面70SA(严格地说是由芯和包层构成的光纤70的芯端面)。因此，光源装置1的照明光的传送效率高。
纤维端面70SA相对于与光纤70的光轴O垂直的面倾斜。另外，光纤70的光轴O与会聚于透镜33的出射光的光束中的最强的光所通过的主轴一致。
在光源装置1中，一部分的出射光在纤维端面70SA处被反射后的第1反射光还在保持架34的内表面34SS处被反射，由此射出第2反射光。即，内表面34SS中的供第1反射光入射的区域是反射面。
包含光电二极管(PD)等受光元件的光传感器40接收第2反射光，输出与第2反射光的光量对应的输出值的检测信号。光传感器40也可以在对受光元件输出的检测信号进行一次处理后将其输出。
芯片类型的光传感器40在光源20(透镜33)与纤维端面70SA之间的内表面34SS上，与光纤70的光轴O(严格地说是光轴O的延长线，是被透镜33会聚的出射光的光束中的最强光所通过的主轴)平行地配置有受光面40SA。
由于出射光是照明光，因此与信号光相比光量非常大，入射到光传感器40的光有可能超过光传感器40的动态范围的上限。
如图6所示，光源装置1的光传感器40配置为受光面40SA与反射面将光轴O夹在中间。因此，第1反射光不直接入射到光传感器40。
并且，光传感器40配置在出射光的从透镜33向光纤70的光路A的外部，并且在第1反射光的光路B的外部。受光面40SA不与倾斜的纤维端面70SA对置。第1反射光向隔着光轴O与光传感器40的配设位置对置的方向射出。第1反射光在与光路B相交的保持架34的内表面34SS处被反射，并射出第2反射光。并且，第2反射光相对于光传感器40的受光面40SA大致垂直地入射(例如，入射角度超过60度且小于120度)，因此被高效地接收。
由于第2反射光被反射两次，因此与出射光相比，光量大幅减少。另外，光传感器40也可以接收被反射三次以上的多重反射光。反射次数多的多重反射光由于光路也变长，因此光量降低效果特别显著。
光源装置1还具有控制器60，该控制器60根据光传感器40的输出值来控制光源20，由此调整出射光的光量。即，通过控制器60的控制，实时地调整光源驱动器50向光源20输出的驱动信号，光源20产生适当的光量的出射光。
另外，控制器60和光源驱动器50也可以与光连接模块30是分体的。例如，控制器60也可以配设在内窥镜9的处理器5A上。并且，也可以是，内窥镜9的处理器5A的CPU具有控制器60的功能。
在光源装置1中，由于光传感器40接收适当的光量的第2反射光，因此能够高精度地检测光量。因此，光源装置1能够射出适当的光量的照明光。具有光源装置1的内窥镜9能够通过适当的光量的照明光得到适当明亮度的内窥镜图像。另外，适当的光量是指光传感器40的动态范围的范围内的光量，优选是动态范围的中央的光量。
另外，光源装置1内置于内窥镜9中。但是，实施方式的光源装置也可以与内窥镜是分体的，且相对于内窥镜装卸自如。即，实施方式的光源装置也可以通过从通道开口4B插入到处置器具通道中来使用。例如，也可以是插入到进行白色光照明的内窥镜的处置器具通道中的、照射窄带照明光的光源装置。并且，也可以是不照射照明光而照射例如用于处置的烧灼激光的光源装置。
＜实施方式的变形例＞
实施方式的变形例的光源装置1A～1F和内窥镜9A～9F与实施方式的光源装置1和内窥镜9类似且具有相同的效果，因此对相同功能的构成要素标注相同的标号而省略说明。
＜实施方式的变形例1＞
如图7和图8所示，在本变形例的光源装置1A中，反射面是对第1反射光进行散射反射的散射面90，第2反射光是散射反射光。
散射面90是内表面34SS中的供第1反射光直接入射的第1区域34A。另一方面，光传感器40配置在透镜33所会聚的出射光的光路的外部、即透镜33所会聚的出射光不直接入射的、内表面34SS中的第2区域34B，第2区域34B与第1区域34A将光轴O夹在中间而对置。
另外，关于入射到反射面的光，即使反射面是镜面，一部分也作为散射光而射出。即，严格地说，所有的反射光是包含散射光的散射反射光。但是，在本说明书中，有时将散射角度θ小于10度的散射反射光称为“反射光”，将10度以上的散射反射光称为“散射光”。如图9所示，散射角度θ是将出射光的光轴(中心轴)上的光量设为100％时光量为50％以下的角度。
散射面90的散射角θ优选为20度以上，特别优选为30度以上。如果在上述范围以上，则容易使作为散射反射光的第2反射光的光量适当化。另外，从技术上的观点出发，散射面90的散射角θ的上限例如为60度。
散射面90可以是分散有粒子且在表面具有凹凸的涂膜，也可以是内表面34SS被粗化处理的区域。
散射后的第2反射光(散射反射光)与第1反射光相比，不仅光轴上的光量(最大光量)减少，而且由于光路宽度(光路截面积)大幅扩大，因此入射到规定面积的光传感器40的光量也大幅减少，第2反射光成为适于光传感器40的光量。因此，光源装置1A能够高精度地检测光量。
＜实施方式的变形例2、3＞
如图10所示，在变形例2的光源装置1B中，光传感器40配置于保持架34的内表面34SS的有底的凹部C34。另一方面，如图11和图12所示，在变形例3的光源装置1C中，光传感器40配置在作为保持架34的凹部的贯通孔H34中。
配设于凹部的光传感器40不会检测到有可能从侧面入射的光传感器40的周围的光。
另外，光传感器40更优选受光面40SA配置在凹部C34或贯通孔H34的比内表面34SS的开口面靠深部的位置。
配置于比开口面靠深部的位置的光传感器40也减少有可能相对于受光面40SA从倾斜方向入射的光。
由于入射到光传感器40的光减少，成为适于光传感器40的光量，因此光源装置1B、1C能够高精度地检测光量。
另外，在光传感器40配设于贯通孔的光源装置1C中，能够对光传感器40的配置位置进行微调。例如，向光源20提供驱动信号，产生测试用的出射光。然后，监视光传感器40输出的检测信号(光电流)的强度。一边使光传感器40的位置在贯通孔H34中与光轴垂直地移动，一边决定光传感器40输出的检测信号成为最佳的位置。然后，光传感器40例如通过粘接剂(未图示)固定到贯通孔H34中。
由于能够对光传感器40的位置进行微调，因此光源装置1C能够特别高精度地对光量进行检测。
＜实施方式的变形例4＞
如图13所示，在本变形例的光源装置1D中，在光传感器40的周围配设有不反射光的光吸收部95。光吸收部95是黑色镀铬膜或含有碳粒子的树脂膜等。光吸收部95对出射光的波长的光的反射率优选为10％以下，特别优选为5％以下。反射率是相对于加工面垂直入射的出射光中的在内表面34SS不被吸收/透射而被反射的光的比例。
在周围配设有光吸收部95的光传感器40不会检测到从侧面入射的周围的光。由于入射的光减少，成为适于光传感器40的光量，因此光源装置1D能够高精度地检测光量。
＜实施方式的变形例5＞
如图14所示，在本变形例的光源装置1E中，光传感器40具有减少入射的光的光量的光量减少部件41。
光量减少部件41是有孔的金属板等。例如，通过选择在金属板上形成的孔的大小或者孔的数量，能够使入射到光传感器40的光的光量适当。因此，光源装置1E尤其能够高精度地检测光量。
另外，如图15所示，光源装置1E也可以具有仅透射一部分的光的半透射膜作为光量减少部件41A。
＜实施方式的变形例6＞
如图16所示，在本变形例的光源装置1F中，透镜33F的数值孔径(NA)超过光纤70的数值孔径(NA)。即，透镜33F会聚的出射光的一部分入射到套圈端面31SA并被其反射。
另外，光传感器40A的PD被收纳在半球状的透明罩部件中。光传感器也可以是配设有半球状的聚光透镜的PD。
另外，虽然未图示，但在出射光也入射到套圈端面31SA的光源装置1F中，为了调整光传感器40接收的光量，也可以在纤维端面70SA的周围的套圈端面31SA配设调整第1反射光的光量的反射膜或光吸收膜。
并且，在光源装置1F中，内表面34SS的整个面为散射面90。即使在内表面34SS上多重反射的光入射到光传感器40的情况下，由于多重反射光为散射反射光，因此入射到光传感器40的光量也较小，且被平均化。光源装置1F能够高精度地检测光量。
另外，在光源装置1、1A～1E中，透镜33的数值孔径(NA)也可以超过光纤70的数值孔径(NA)。但是，为了确保照明光的光量，优选透镜33的数值孔径(NA)为光纤70的数值孔径(NA)以下。
另外，一般来说，在传送光信号的光源装置中，由于透镜与光纤端面之间的多重反射而使光信号劣化，因此纤维端面需要相对于与光纤的光轴垂直的面倾斜。但是，在传送照明光的光源装置中，纤维端面70SA也可以被与光纤70的光轴O垂直地研磨。在纤维端面70SA与光纤70的光轴O垂直的光源装置中，绝大部分的出射光入射到光纤70，因此传送效率高。即使出射光垂直入射到纤维端面70SA上，一部分的出射光也会在纤维端面70SA处被反射而成为第1反射光。
另外，如果1个光源装置同时具有光源装置1A～1F各自的结构，则当然同时具有光源装置1A～1F各自的效果。另外，具有光源装置1A～1F的内窥镜9A～9F具有内窥镜9的效果，当然还具有光源装置1A～1F的效果。
另外，在以上的说明中，特别对本发明的效果显著的射出光量大的照明光的光源装置等进行了说明，但在输出光量比较小的光信号的光源装置等中，也能够得到与实施方式和变形例的光源装置1、1A～1F和内窥镜9、9A～9F相同的效果。
本发明不限于上述实施方式和变形例等，能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种变更、组合以及应用。
标号说明
1、1A～1F：内窥镜用光源装置；2A：发送部；2B：接收部；3：插入部；3A：前端部；3B：弯曲部；3C：软性部；4：把持部；4A：角度旋钮；4B：通道开口；5A：处理器；5B：监视器；6：内窥镜系统；9、9A～9F：内窥镜；20：光源；20A：发光部；30：光连接模块；31：套圈；31SA：套圈端面；33：透镜；34：保持架；34A：第1区域；34B：第2区域；34SS：内表面；40：光传感器；40SA：受光面；41：光量减少部件；50：光源驱动器；60：控制器；70：光纤；70SA：纤维端面；80：出射部；90：散射面；95：光吸收部；C34：凹部；H34：贯通孔。

Claims (14)

1.一种内窥镜用光源装置，其特征在于，
该内窥镜用光源装置具有：
光纤，其具有纤维端面，并对入射到所述纤维端面的、从光源射出的出射光的一部分进行引导；
套圈，其具有套圈端面，所述套圈端面具有供所述光纤插入的贯通孔的开口；
保持架，其具有反射面，并固定有所述套圈，该反射面通过对所述出射光的另一部分在所述纤维端面处被反射后的第1反射光进行反射，而射出第2反射光；以及
光传感器，其具有接收所述第2反射光的受光面，
所述光传感器配置在所述光源与所述纤维端面之间、并且隔着光轴与所述反射面对置的区域。
2.根据权利要求1所述的内窥镜用光源装置，其特征在于，
该内窥镜用光源装置还具有固定在所述保持架上的将所述出射光会聚到所述纤维端面的透镜，
所述保持架具有包围如下空间的内表面，所述空间包含所述透镜所会聚的所述出射光的光路，
所述光传感器配置在所述透镜与所述纤维端面之间。
3.根据权利要求2所述的内窥镜用光源装置，其特征在于，
所述反射面是使所述第1反射光散射反射的散射面，所述第2反射光是散射反射光。
4.根据权利要求3所述的内窥镜用光源装置，其特征在于，
所述散射面是所述内表面的供所述第1反射光直接入射的第1区域，
所述光传感器配置在所述内表面的隔着所述光轴与所述第1区域对置的第2区域，该第2区域在所述光路的外部。
5.根据权利要求2至4中的任意一项所述的内窥镜用光源装置，其特征在于，
所述光传感器配置于所述内表面的凹部。
6.根据权利要求5所述的内窥镜用光源装置，其特征在于，
所述光传感器的所述受光面配置在比所述凹部的开口面靠所述凹部的深部的位置。
7.根据权利要求2至6中的任意一项所述的内窥镜用光源装置，其特征在于，
在所述光传感器的周围配设有反射率为10％以下的光吸收部。
8.根据权利要求2至7中的任意一项所述的内窥镜用光源装置，其特征在于，
所述光传感器具有减少入射的所述第2反射光的光量的光量减少部件。
9.根据权利要求2至8中的任意一项所述的内窥镜用光源装置，其特征在于，
所述纤维端面相对于与所述光轴垂直的面倾斜，
所述第1反射光向隔着所述光轴与所述光传感器的配设位置对置的方向射出。
10.根据权利要求2至9中的任意一项所述的内窥镜用光源装置，其特征在于，
所述透镜的数值孔径为所述光纤的数值孔径以下。
11.根据权利要求2至9中的任意一项所述的内窥镜用光源装置，其特征在于，
所述透镜的数值孔径超过所述光纤的数值孔径，
所述第1反射光还包含在所述套圈端面处被反射的所述出射光的一部分。
12.根据权利要求1至11中的任意一项所述的内窥镜用光源装置，其特征在于，
该内窥镜用光源装置还具有控制器，该控制器根据所述光传感器的输出来控制所述光源，调整所述出射光的光量。
13.根据权利要求1至12中的任意一项所述的内窥镜用光源装置，其特征在于，
所述出射光是照明光。
14.一种内窥镜，其特征在于，
该内窥镜包含权利要求1至13中的任意一项所述的内窥镜用光源装置。
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