JP2001137176A - 内視鏡 - Google Patents
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Abstract
演色性、開口角の良好な照明光学系の内視鏡を実現し得
るようにする。 【解決手段】 照明光学系で用いるライトガイドを構
成するファイバーを無機、有機ハイブリッド材料にて形
成する。
Description
学系のライトガイドに関するものである。
は、照明光を被写体に照射して観察を行なうために、光
源装置からの照明光を可撓性を有するライトガイドによ
って挿入部先端まで伝送し、必要に応じてライトガイド
先端に光拡散光学系を配置し、被写体に向けて照明光を
出射するようになっている。
機材料)製のファイバーとプラスチック(有機材料)製
のファイバーからなるものが知られている。
イバー束よりなるライトガイドは、可撓性を持たせるた
めに一本一本のファイバーの径が数十μmと細く、それ
らを数百本から数千本束ねた構成になっいる。
は、光を透過するコアの外周部に光がコア側面から外へ
漏れないように反射するクラッドが設けられている。こ
のクラッドは光伝送時の光の損失を少なくするために一
定以上の厚さにする必要がある。そのためにファイバー
が細径になるとコアの占有比率が小さくなる。このクラ
ッドや各ファイバー間の隙間に入射する光は伝送されな
いために損失が多くなる。
るライトガイドは、プラスチックがガラスよりも柔軟性
に富んでいるため、ガラス製のファイバーに比べて可撓
性が優れている。したがって、プラスチック製のファイ
バーは同じ可撓性であればファイバーの径を太くでき、
クラッドや隙間による光の損失を少なくできる。
ガラス製のファイバーに比べて耐熱性が劣り、特に高輝
度の光源と組み合わせた場合、光源からの光が集光する
ファイバー入射端面が融けてしまうという問題がある。
ス製のファイバーに比べて演色性が劣り、短波長域での
透過率が低く、透過光が黄色くなるため、被写体の色を
忠実に再現できないという問題がある。
ラス製のファイバーに比べてコアの屈折率が小で開口角
が狭くなるために特に高輝度の光源において伝送できる
光量が少なくなる。
ハイブリッド材料の研究が行なわれ、透明で光学に用い
ることのできるものも報告されている。
成分と有機成分が分子レベルで複合化している無機成分
と有機成分の複合体であり、分子レベルで無機成分と有
機成分とが複合化されているため、無機成分と有機成分
が単に混合された従来の複合材料にはない無機材料でも
なく有機材料でもない特異な性質を有する材料を作るこ
とが可能である。
光学系にて用いられるライトガイドが、ガラス製ファイ
バー束からなる場合、可撓性をもたないために1本のフ
ァイバー径が細く、コア占有比率が小で伝送光量の損失
が大であるという欠点を有していた。またプラスチック
製ファイバーからなるライトガイドを用いている内視鏡
は、耐熱性が悪く、演色性が悪く、開口角が狭いという
欠点を有していた。
イバーの隙間による光の損失が少なく、耐熱性、演色
性、開口角が良好な内視鏡を提供するものである。
光学系を備えており、この照明光学系が光源と、光源か
らの光を導くライトガイドとを含んでおり、ライトガイ
ドを構成するファイバーが無機・有機ハイブリッド材料
で形成されていることを特徴とする。
イドのそれを構成するファイバーが無機・有機ハイブリ
ッド材料よりなるので、その無機材料(ガラス)の特性
と有機材料(プラスチック、ゴム等)の特性を併せ持つ
ことになり、可撓性を保持したまま1本のファイバーの
径を太くでき、伝送光量の損失が少なくなると共に、耐
熱性、演色性、開口角を良好にすることができる。
イバーで用いる無機・有機ハイブリッド材料は、原料と
なる無機材料と有機材料の組み合わせによってその特性
を様々に変化させることが出来る。
ル法により製造する場合、無機材料としては、Si、A
l、Ti、Zr、Geなどの金属アルコキシドがあげら
れる。これら無機材料のうち、シリコンアルコキシド
は、反応の制御を行ないやすく、入手しやすい等の点で
扱いやすい材料である。またこれらのアルコキシドは単
独あるいは複数混合して用いることができる。
よび硬化の工程で無機材料と相溶するものであって、無
機材料と水素結合あるいは共有結合をとることができる
ものであれば、たいていの有機ポリマーを用いることが
できる。
は、ポリウレタン、尿素樹脂、ポリアミド、ポリイミ
ド、ポリカーボネートなどがある。無機材料と共有結合
をとるには、一旦有機ポリマー鎖に無機材料と反応でき
るアルコキシリル基などの官能基を導入した後に用い
る。一般に無機材料と強い結合である共有結合をとった
無機・有機ハイブリッド材料の方が強度的に優れている
ことが多い。
る無機・有機ハイブリッド材料よりなるライトガイド
は、無機材料と有機材料を水及びそれぞれが相溶する有
機溶剤、酸あるいは塩基とを均一に混ぜる混合工程、無
機材料を加水分解および重縮合させて、有機材料と分子
レベルで均一に分散させるゾル化工程、ゾルを固化する
ウエットゲル化工程、このゲルに含まれる脱水反応で生
成した水や混合工程に用いた有機溶剤を揮発させてドラ
イゲルにする乾燥工程、主として無機材料の重合度を高
めてファイバーを硬くする硬化工程から製造できる。
から直接紡糸しても良いし、ウエットゲルやドライゲル
または硬化工程を行なった後にハイブリッドバルク体を
所望の直径に引き延ばしてもよい。
下記条件(1)、(2)を満足することが望ましい。 (1) r/φ2 <200 (2) T>150 ただし、φはライトガイドのファイバー1本の外径、r
は外径がφのファイバーの最小曲げ半径、Tはライトガ
イドに用いる無機・有機ハイブリッド材料の軟化点温度
(℃)である。
用いるライトガイドのファイバーに要求される可撓性の
条件であって、条件(1)の上限の200を超えると可
撓性が悪く、内視鏡を湾曲させたときにライトガイドが
折れてしまい光を伝送できなくなる。
で、湾曲半径が比較的小である場合には、条件(1)に
代えて下記条件(1−1)を満足することが好ましい。 (1−1) r/φ2 <150
ガイドのファイバーに要求される耐熱性に関する条件
で、下限の150℃を超えると光源からの光が集光する
ファイバーの入射端面が融けてしまう。
は、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライド
ランプ等がある。これら光源うち、比較的パワーが大で
あるキセノン光源を用いた場合、条件(2)の代りに下
記条件(2−1)を満足することが望ましい。 (2−1) T>250 (℃)
ドが下記条件(3)を満足することが望ましい。 (3) (T550 −T400 )/T550 <0.35 ただし、T550 は波長550nmの光のライトガイド1
m当たりの透過率(%/m)、T400 は波長400nm
の光のライトガイド1m当たりの透過率(%/m)であ
る。
トガイドのファイバーに要求される演色性の条件であ
り、条件(3)の上限の0.35を超えると、ライトガ
イドからの出射光が黄色に色づき、被写体の色を忠実に
再現できなくなる。
ン光源とライトガイドを組み合わせる場合は、条件
(7)の代わりに下記条件(3−1)を満足することが
好ましい。 (3−1) (T550 −T400 )/T550 <0.3
満足するようにすることが望ましい。 (4) 0.55<(nCO 2−nCR 2)1/2 <0.82 ただし、nCOはファイバーのコアの屈折率、nCRはファ
イバーのクラッドの屈折率である。
イトガイドのファイバーに要求される開口角に関する条
件である。この条件(4)の上限の0.82を超える
と、特に青色の光の光量ロスが大になり好ましくない。
また、下限の0.55を超えると伝送出来る光の量が少
なくなる。
た場合は、条件(4)の代りに条件(4−1)を満足す
ることが望ましい。 (4−1) 0.6<(nCO 2−nCR 2)<0.75
説明する。
述のように光源とライトガイドとよりなる照明光学系を
備えていて、ライトガイドが無機・有機ハイブリッド材
料である酢酸ビニル+ビニルトリエトキシシランよりな
る。
は次のように作製される。
15%、85%分取し、ベンゼンに混合する。更に、イ
ソブチロニトリルを加え、8時間還流して酢酸ビニル基
を官能基として持ったビニルトリエキシシラン溶液を作
製する。このようにして得られた溶液にテトラエトキシ
シランを20重量%とテトラブトキシジルコレート20
重量%とを加えて4時間還流し、更に0.001規定塩
酸をモル比で2加え、紡糸装置を用いてファイバーを作
製する。得られたファイバーを240℃まで乾燥し、透
明でしなやかハイブリッドファイバーを得た。
15%、85%分取し、ベンゼンに混合する。更に、イ
ソブチロニトリルを加え8時間還流して酢酸ビニル基を
官能基として持ったビニルトリエトキシシラン溶液を作
製する。得られた溶液にテトラエトキシシランを30重
量%加えて4時間還流し、更に0.001規定塩酸をモ
ル比で2加えた溶液を用意する。
にて作製した溶液に浸漬して紡糸する。得られたファイ
バーを240℃まで熱処理すると、透明でしなやかなフ
ァイバーが得られる。ここで得られたファイバーの直径
は、0.2mmであった。
ァイバーをライトガイドに用いて本発明の内視鏡を構成
した。この本発明の内視鏡は、十分な明るさと、耐久性
と、耐熱性を有している。
は、照明光学系のライトガイドがポリカーボネイト+フ
ェニルトリメトキシシランのハイブリッド材料よりな
る。
ル比で夫々10%、90%分取し、ベンゼンに混合す
る。更にイソブチロニトリルを加えて、8時間還流して
ポリカーボネートを官能基として持つフェニルトリメト
キシシラン溶液を作製する。
0重量%、テトラブトキシジルコレート20重量%とを
加えて4時間還流し、更に0.001規定塩酸をモル比
で2加え、紡糸装置を用いてファイバーを作製する。得
られたファイバーを240℃まで乾燥し、透明でしなや
かなハイブリッドファイバーを得る。
比で夫々10%、90%分取し、ベンゼンに混合する。
更にイソブチロニトリルを加えて8時間還流してポリカ
ーボネートを官能基として持つフェニルトリメトキシシ
ラン溶液を作製する。
0重量%とテトラブトキシジルコレート20重量%とを
加えて4時間還流し、更に0.001規定塩酸をモル比
で2加えた溶液を用意する。
(B)の溶液に浸漬して紡糸する。ここで得られたファ
イバーを240℃まで熱処理して透明でしなやかなファ
イバーが得られる。このファイバーの直径は1mmであ
る。このファイバーをライトガイドに用いた本発明の内
視鏡は、十分な明るさと耐久性と、耐熱性を有してい
る。
ブリッド材料で形成したライトガイドを照明光学系に用
いた内視鏡を、電子内視鏡装置に適用した実施の形態に
ついて述べる。
視鏡装置を示すもので、図において、1はスコープ、2
はスコープの挿入部、3は挿入部2内に挿通されたライ
トガイドで、このライトガイド3は挿入部基端部4から
延びるユニバーサルケーブル5まで延びている。8は光
源装置で、スコープ1から延びるユニバーサルケーブル
5の端部6にコネクター7を介して接続されている。こ
れによりライトガイド3の入射端12が光源装置8の照
明光出射端部9に接続されている。10は光源ランプ、
11は集光レンズで、光源装置8内に配置されている。
尚13はライトガイド3の先端に配置された拡散光学系
である。
学像を結像する対物光学系、15は光学像を撮像するC
CDでスコープ1内に配置されている。16はCCD1
5からの信号を受ける信号処理装置、17はモニターで
ある。
置8の光源ランプ10からの照明光が集光レンズ11に
て集光されてライトガイド入射端12に入射し、ライト
ガイド3によって光源装置8からの照明光がスコープ1
の先端まで伝送されて光拡散光学系13を通して被写体
を照射する。
D15の受光面上に結像され、結像された像の信号が信
号処理装置16にて処理されてモニター17上に映し出
されて観察される。
の内視鏡が適用されることにより、つまり内視鏡の照明
光学系のライトガイドであるライトガイド3に、無機・
有機ハイブリッド材料よりなるライトガイドを用いるこ
とにより、ライトガイド3を含むスコープ挿入部2やユ
ニバーサルケーブル5の可撓性を良好に保つと共に効率
よく大量の照明光をスコープ1の先端まで送ることがで
きる。
と同程度にした場合、本発明の内視鏡は、ライトガイド
の径を細くできるためにスコープの径を細くすることが
でき、患者への負担を軽減できる。
明の内視鏡におけるライトガイドは、1本のファイバー
から構成され、その外径は0.2mm〜1mmである。
置例を示す図である。
入射端からスコープ1の先端の出射端まで1本のファイ
バーにて構成されている。
側が1本のファイバーであるが途中で、例えば図示する
ようにユニバーサルケーブル5内にて複数本(3a、3
b、・・・)に分割されている。
2(A)に示すライトガイドに比べて挿入部内の特に湾
曲部内の各ファイバーの外径を細くして一層可撓性が大
になるようにしている。また広い範囲の照明が可能にな
る。
を複数本(3a、3b、・・・)とし、また光源ランプ
(10a、10b、・・・)、集光レンズ(11a、1
1b、・・・)の数を増やすことによって、図2(B)
のライトガイドに比べて、伝送する照明光の光量が大に
なるようにしている。
入射端側が図2(C)と同様に複数本[3(1)、3
(2)、・・・]とし、光源ランプ(10a、10b、
・・・)、集光レンズ(11a、11b、・・・)のよ
うに複数用い、更にライトガイドが出射端側で各ライト
ガイド[3(1)、3(2)、・・・]が夫々複数本
[3(1a)3(1)b、・・・3(2)a、3(2)
b・・・]に分割されている構成である。
2(A)のライトガイドに比べて、挿入部内の各ファイ
バーの外径を細くすることが可能であり、そのため可撓
性を向上させることができる。また、図2(B)のライ
トガイドに比べてランプの数を増やすことができ、これ
により多くの光量を伝送でき、広い範囲での明るい照明
が可能になる。
ある。
方共無機・有機ハイブリッド材料で形成されている。こ
のファイバーにおいて、コアをクラッドよりも弾性率の
小さい無機・有機ハイブリッド材料にすれば、曲げ耐性
が一層向上する。
料にし、クラッド22を有機材料にて形成すれば曲げ耐
性は一層向上する。
ブリッド材料でクラッド23が無機材料にて形成された
ファイバーである。
性が高く、無機・有機ハイブリッド材料も、有機材料と
同様の傾向がある。
端にガラスのレンズ24や平行平板25を接着または融
着することにより、コア21を無機材料(レンズ24、
平行板25)にて封止し、耐性を向上させたものであ
る。
る構成の他、下記各項に記載する構成の内視鏡も発明の
目的を達成し得るものである。
記載する内視鏡で、前記ライトガイドを構成するファイ
バーがコアにクラッドをコートした構成で下記条件
(4)を満足することを特徴とする。 (4) 0.55<(nCO 2−nCR 2)1/2 <0.82
る内視鏡で下記条件(1−1)、(2−1)を満足する
ことを特徴とする内視鏡。 (1−1) r/φ2 <150 (2−1) T>250
るいは前記の(2)の項に記載する内視鏡で、下記条件
(3−1)を満足することを特徴とする内視鏡。 (3−1) (T550 −T400 )/T550 <0.3
るいは前記の(2)又は(3)の項に記載する内視鏡
で、ライトガイドを構成するファイバーがコアとコアに
コートしたクラッドとにて構成された下記条件(4−
1)を満足することを特徴とする内視鏡。 (4−1) 0.6<(nCO 2−nCR 2)<0.75
る内視鏡で、前記ファイバーがコアとコアの周辺にコー
トしたクラッドとよりなり、前記コアとクラッドとが両
方とも無機・有機ハイブリッド材料にて形成されている
ことを特徴とする内視鏡。
る内視鏡で、前記ファイバーがコアとコアの周辺にコー
トしたクラッドとよりなり、コアが無機・有機ハイブリ
ッド材料よりなり、クラッドが有機材料よりなることを
特徴とする内視鏡。
る内視鏡で、前記ファイバーがコアとコアの周辺にコー
トしたクラッドとよりなり、コアが無機・有機ハイブリ
ッドにて形成されクラッドが無機材料にて形成されてい
ることを特徴とする内視鏡。
る内視鏡で、無機・有機ハイブリッド材料がアルコキシ
リル基を持つ無機材料から作成することを特徴とする内
視鏡。
1本のファイバーの径を太くでき、伝送光量の損失が少
なく、かつ耐熱性、演色性、開口角を良好になし得る効
果を有する。
施の形態を示す図
Claims (3)
- 【請求項1】光源と光源からの光を導くライトガイドと
を含む光学系を備え、前記ライトガイドを構成するファ
イバーが無機・有機ハイブリッド材料にて形成されたこ
とを特徴とする内視鏡。 - 【請求項2】前記ライトガイドが下記条件(1)、
(2)を満足することを特徴とする請求項1の内視鏡。 (1) r/φ2 <200 (2) T>150 φはライトガイドのファイバー1本の外径(mm)、rは
外径φのファイバーの最小曲げ半径(mm)、Tはライト
ガイドに使用する無機・有機ハイブリッド材料の軟化点
温度(℃)である。 - 【請求項3】前記ライトガイドが下記条件(3)を満足
することを特徴とする請求項1又は2の内視鏡。 (3) (T550 −T400 )/T550 <0.35 ただし、T550 は波長550nmの光のライトガイド1
m当たりの透過率、T400 は波長400nmの光のライ
トガイド1m当たりの透過率である。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32052499A JP2001137176A (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 内視鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP32052499A JP2001137176A (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 内視鏡 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family
ID=18122406
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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JP (1) | JP2001137176A (ja) |
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