JP2005304838A - 内視鏡の照明光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】照明用光ファイバ束の光束出射端面に対向させて配光凹レンズを配置した内視鏡の照明光学系において、配光凹レンズを特殊形状としたり構成枚数を増やすことなく、簡単な構成により周辺光量の低下を抑えることができる安価な内視鏡の照明光学系を得る。
【解決手段】配光凹レンズが、照明用光ファイバ束の光束出射端面との対向面に光軸を中心とする回転対称凹面を有し、この回転対称凹面の底部と光束出射端面との間に、透光材料からなる球体が配置されている内視鏡の照明光学系。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内視鏡の照明光学系に関する。

内視鏡の照明光学系は一般に、光源からの光を体内挿入部内部に配設された照明用光ファイバ束により挿入部の先端部に導き、該挿入部の先端部に設けた凹レンズ（配光レンズ）により観察対象に向けて照射することで行われている。

この内視鏡用照明装置では、周辺部での光量低下を如何にして抑えるかが古くて依然新しい技術課題である。従来の開発動向は、主に配光凹レンズの形状や構成に向けられているが、周辺光量の低下を抑えるのに十分ではなく、あるいはコスト面で不利であった。
特開平６-２７３６７８号公報 特開２００２-２４４０５０号公報 特開２００３-１３１１４４号公報

本発明は従って、配光凹レンズを特殊形状としたり構成枚数を増やすことなく、簡単な構成により周辺光量の低下を抑えることができる安価な内視鏡の照明光学系を得ることを目的とする。

本発明は、照明用光ファイバ束の光束出射端面に対向させて配光凹レンズを配置した内視鏡の照明光学系では、該配光凹レンズの照明用光ファイバ束の光束出射端面との対向面が光軸を中心とする回転対称凹面からなる例が多いことから、この回転対称凹面内に、透光材料からなる球体を挿入すると、周辺光量の低下を抑制できることを見出してなされたものである。
すなわち本発明による内視鏡の照明光学系は、配光凹レンズが、照明用光ファイバ束の光束出射端面との対向面に光軸を中心とする回転対称凹面を有し、この回転対称凹面の底部と光束出射端面との間に、透光材料からなる球体が配置されていることを特徴としている。

球体はガラス製、プラスチック製のいずれでもよい。材質は配光凹レンズと同一材料でも異種材料でもよい。球体を挿入すると周辺光量の低下を抑制できる理由は、照明用光ファイバ束の光束出射端面の中心部から出射した光束が球体により周辺部に曲げられた後配光凹レンズに入射するためであると考えられる。

本発明では、配光凹レンズの光束出射端面側の回転対称凹面の形状には自由度があるが、最も簡単には、光軸を含む断面において光軸上に中心を有する単一円弧の回転対称凹面とすることができる。そして、球体を回転対称凹面の最深部と照明用光ファイバ束の光束出射端面との間に挟着すれば（つまり、球体の直径を回転対称凹面の最深部と照明用光ファイバ束の光束出射端面との距離と等しくすれば）球体を挿入するだけでよい。勿論、球体を回転対称凹面の底部に接着してもよい。

あるいは、配光凹レンズの回転対称凹面は、光軸を含む断面において光軸上に中心を有する曲率半径の大きい第一円弧と、この第一円弧より曲率半径の小さい、第一円弧の最深部に位置する同じく光軸上に中心を有する第二円弧から構成してもよい。そして、球体をこの第二円弧に沿わせて位置させる。第二円弧の曲率半径と球体の曲率半径を同一とすると、球体を確実に回転対称凹面の底部に位置（保持）させることができる。

本発明の内視鏡の照明光学系によれば、配光凹レンズの回転対称凹面内に透光性材料からなる球体を挿入するという簡単な構成により、周辺光量の低下を抑制することができる。

図示実施形態は、本発明を電子内視鏡の照明光学系に適用した実施形態である。図１に示すように、電子内視鏡１は、体腔内に挿入される体内挿入部２と、体内挿入部２に連結部３を介して接続された操作部４とを有している。体内挿入部２は、先端側から順に硬性部５、湾曲部６及び可撓管部７を有しており、可撓管部７が連結部３を介して操作部４に接続されている。操作部４に設けた二つの湾曲操作ノブ８、９をそれぞれ回転操作すると、湾曲部６が左右方向および上下方向に湾曲する。

操作部４から延出するユニバーサルチューブ１０の端部には、図示を省略したプロセッサに接続されるコネクタ部１１が設けられている。コネクタ部１１には、電子内視鏡１とユニバーサルチューブ１０の内部に配設された信号伝送用ケーブル（図示略）と照明用光ファイバ束１２（図２）の後端部、送気チューブと送水チューブ（いずれも図示略）の入口部等が設けられており、コネクタ部１１をプロセッサに接続することにより、これらの要素はプロセッサ側の画像処理装置、光源、送気源及び送水源（いずれも図示略）に接続される。

体内挿入部２先端の硬性部５には、図２に示すように、配光凹レンズ２０、対物レンズ２２、送気送水チャンネル出口５ａ、処置具挿通チャンネル出口５ｂ等が形成されている。

硬性部５内において、対物レンズＬ２の背後にはＣＣＤ（図示略）が設けられており、対物レンズからＣＣＤの受光面に入った観察対象の像は光電変換され、ＣＣＤからユニバーサルチューブ１０のコネクタ部１１まで配設された前述の信号伝送用ケーブルを介して、電子画像としてプロセッサに送られる。プロセッサでは、電子画像をモニタ（図示略）に表示しあるいは画像記録媒体に記録する。操作部４には、画像処理関連の遠隔操作を行うための複数のリモート操作ボタンスイッチ１３が設けられている。

操作部４には送気送水ボタン１４が設けられており、送気送水ボタン１４を押圧すると、プロセッサ側の送気源と送水源から送気チューブと送水チューブに送り込まれた空気や液体が、硬性部５の送気送水チャンネル出口５ａから噴射される。

連結部３には、鉗子や高周波焼灼処置具等の処置具挿入用の処置具挿入口突起１５が設けられており、処置具挿入口突起１５から電子内視鏡１の内部に挿入された処置具（図示略）は、硬性部５に設けられた処置具挿通チャンネル出口５ｂから観察対象側に突出する。

例えば以上の構成を有する電子内視鏡１において、配光凹レンズ２０は、図３、図４に示すように、照明用光ファイバ束１２の光束出射端面１２ａの前方に対向して位置している。照明用光ファイバ束１２は、周知のように、中心部のコア（光ファイバ束）１２ｂと周辺部のクラッド１２ｃとからなり、光束出射端面１２ａは、軸線（光軸Ｘ）に対して直交している。

配光凹レンズ２０の光束出射端面１２ａとの対向面には、光軸Ｘを中心とする回転対称凹面２１が形成されており、この回転対称凹面２１と光束出射端面１２ａとの間に、透光材料からなる球体３０が挿入されている。回転対称凹面２１は光軸Ｘを含む断面において該光軸上に中心を有する単一円弧からなっており、また球体３０の直径は、回転対称凹面２１の最深部と光束出射端面１２ａとの距離に等しく設定されている。すなわち、球体３０は、配光凹レンズ２０の回転対称凹面２１の底部（最深部）と光束出射端面１２ａとの間に隙間なく挟着されている。この態様では、例えば配光凹レンズ２０を照明用光ファイバ束１２の端面に押しつけることで球体３０を安定支持することができる。あるいは、配光凹レンズ２０の周縁を照明用光ファイバ束１２のクラッド１２ｃに接着固定することも可能である。球体３０は、ガラスまたはプラスチック製の透光材料からなるもので、１．３以上の屈折率を有するものであればよい。つまり、材質を選ばない。

上記構成の照明装置は、球体３０がない場合に比して周辺光量の低下を抑制できる。図４は、球体３０による光線屈折の様子を模式的に示している。回転対称凹面２１の底部に球体３０が存在すると、照明用光ファイバ束１２の光束出射端面１２ａの中心部から出射する光線が外方に屈折する傾向となる。つまり、球体３０が存在しなければ中心部に出射される光束が、周辺部に向けて出射されることとなり、周辺光量の低下を抑えることができる。図５は、球体３０が存在する場合と存在しない場合の光量分布の例を示している。

勿論、図４の光線追跡図は、配光凹レンズ２０と球体３０の屈折率や、凹面２１と球体３０の曲率半径によって異なったものとなるが、屈折率や曲率半径によらず一般的な傾向として、配光凹レンズ２０の回転対称凹面２１に球体３０を挿入することにより、周辺光量の低下を抑制できることが理解される。先に球体３０の材質を選ばないと述べたが、以上の周辺光量の低下抑制作用がより効果的に得られるように、適当な屈折率の材質を選ぶことができるのは勿論である。同様の理由から、配光凹レンズ２０の物体側の面に凹面を形成する場合にも、周辺光量の低下抑制の効果が得られる。

図６は、球体３０の直径が回転対称凹面２１の最深部（底部）と光束出射端面１２ａとの距離より小さい実施形態を示している。この実施形態では、球体３０を回転対称凹面２１の底部に接着固定するのがよい。

図７の実施形態では、配光凹レンズ２０の回転対称凹面２１が、光軸Ｘを含む断面において、光軸上に中心を有する曲率半径の大きい第一円弧２１ａと、この第一円弧２１ａより曲率半径の小さい、第一円弧の最深部に位置する同じく光軸上に中心を有する第二円弧２１ｂとからなっている。球体３０は、この第二円弧２１ｂ内に位置し接着固定されている。球体３０は少なくとも一部が第二円弧２１ｂから突出するようにし、かつ好ましくは、その半径を第二円弧２１ｂの半径と同一にし、球体３０が第二円弧２１ｂ内に隙間なく嵌まるようにするのが好ましい。

以上の実施形態は、本発明を電子内視鏡に適用したものであるが、観察像を像伝達ファイバ束で接眼部に伝送するファイバ内視鏡にも本発明は同様に適用できる。

本発明による照明装置を備えた電子内視鏡の全体構成図である。 図１の電子内視鏡の体内挿入部先端の斜視図である。 本発明による照明装置の一実施形態を示す、照明用光ファイバ束と配光凹レンズを含む断面図である。 図３の照明装置の光線追跡図である。 図３の照明装置と、図３の照明装置から球体を除去した装置の配光特性例を示すグラフ図である。 本発明による照明装置の別の実施形態を示す、図３に対応する断面図である。 本発明による照明装置のさらに別の実施形態を示す、図３に対応する断面図である。

符号の説明

１ 電子内視鏡
１２ 照明用光ファイバ束
１２ａ 光束出射端面
１２ｂ コア（光ファイバ束）
１２ｃ クラッド
２０ 配光凹レンズ
２１ 回転対称凹面
２１ａ 第一円弧
２１ｂ 第二円弧
３０ 球体
Ｘ 光軸

Claims (6)

1. 照明用光ファイバ束の光束出射端面に対向させて配光凹レンズを配置した内視鏡の照明光学系において、
   上記配光凹レンズは、照明用光ファイバ束の上記光束出射端面との対向面に光軸を中心とする回転対称凹面を有し、この回転対称凹面の底部と上記光束出射端面との間に、透光材料からなる球体が配置されていることを特徴とする内視鏡の照明光学系。
2. 請求項１記載の内視鏡の照明光学系において、上記回転対称凹面は、光軸を含む断面において光軸上に中心を有する単一円弧からなっている内視鏡の照明光学系。
3. 請求項１または２記載の内視鏡の照明光学系において、上記球体は、上記回転対称凹面の最深部と照明用光ファイバ束の光束出射端面との間に挟着されている内視鏡の照明光学系。
4. 請求項１記載の内視鏡の照明光学系において、上記回転対称凹面は、光軸を含む断面において光軸上に中心を有する曲率半径の大きい第一円弧と、この第一円弧より曲率半径の小さい、第一円弧の最深部に位置する同じく光軸上に中心を有する第二円弧からなっている内視鏡の照明光学系。
5. 請求項４記載の内視鏡の照明光学系において、上記球体は、上記第二円弧に沿っている内視鏡の照明光学系。
6. 請求項５記載の内視鏡の照明光学系において、上記第二円弧の曲率半径と球体の曲率半径は同一である内視鏡の照明光学系。

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