JP2005312809A

JP2005312809A - 内視鏡装置

Info

Publication number: JP2005312809A
Application number: JP2004136613A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kinoshita; 博章木下; Kiyoshi Tsuji; 潔辻; Takao Yamaguchi; 貴夫山口; Masahiro Hagiwara; 雅博萩原
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】その目的は、生体から発生する水蒸気に対し優れた防曇効果を有する内視鏡装置を提供する
【解決手段】挿入部の光学部材先端に配置された透光性部材外表面上に光触媒を含む薄膜が形成され、光触媒を含む薄膜表面の反射率が１７％以下である内視鏡装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡装置に係り、特に水滴の付着による曇りを防止した内視鏡光学系に関するものである。

体腔等に挿入してその内部を観察し、処置等を行うための硬性鏡、軟性鏡に代表される内視鏡、特に医療用内視鏡の場合に、例えば温度約３７℃、湿度約１００％という環境下で生体から発生する水蒸気により光学系表面が曇ることが問題となる。従来、体腔等に挿入される観察窓や照明窓のレンズ等に洗浄液等が付着しないようにするために、観察窓用の対物レンズや照明窓用のレンズの表面に撥水性コートを被着したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特に医療用の内視鏡においては、消毒・滅菌のためにその挿入部先端を消毒液に浸したり、消毒ガスに曝したり、高温の水蒸気中に入れたり（オートクレーブ）、プラズマ滅菌する等の内視鏡特有の過酷な使用環境を経なければならないため、このような撥水性コートではレンズから剥がれる可能性が高く、必ずしも内視鏡に継続的に使用できるものではなかった。

一方、曇り防止のために光学系表面に電子線を当てることにより親水性を施すことも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、より安定した曇り防止効果及び過酷な使用環境に対する耐性が求められていた。
特開平２−１２９６１３号公報特開平１０−４３１２８号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、生体から発生する水蒸気に対し優れた防曇効果を有する内視鏡装置を提供することにある。

本発明は、挿入部の光学部材先端に配置された透光性部材外表面上に光触媒を含む薄膜が形成されたことを特徴とする内視鏡装置を提供する。

本発明の内視鏡装置は、好ましくは、光触媒が、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化タングステン、及び酸化ジルコニウムからなる群から選択される少なくとも１種からなる。

本発明の内視鏡装置は、好ましくは、光触媒を含む薄膜表面の反射率が１７％以下である。

本発明の内視鏡装置は、好ましくは、光触媒を含む薄膜を、その照明部材先端に配置された透光性部材外表面上にさらに形成する。

本発明の内視鏡装置は、好ましくは、光触媒を含む薄膜が、さらに酸化ケイ素を含む。

本発明の内視鏡装置は、好ましくは、光触媒を含む薄膜が、前記透光性部材上に、光触媒性物質層、及び酸化ケイ素層の順に形成された積層膜である
本発明の内視鏡装置は、好ましくは、光触媒を含む薄膜が、水との接触角が２０度以下である。

本発明の内視鏡装置は、好ましくは、透光性部材の材料が、サファイア、酸化マグネシウム、スピネル、及びイットリウムアルミニウムガリウム、及び水晶から選ばれる透光性結晶と、希土類元素を主成分とする１．７５以上の屈折率を有する高屈折ガラスと、合成石英とからなる群から選択される。

本発明の内視鏡装置は、好ましくは、透光性部材が、サファイア、酸化マグネシウム、スピネル、及びイットリウムアルミニウムガリウム、及び水晶からなる群から選ばれる透光性結晶からなり、前記光触媒を含む薄膜は、前記透光性部材上に形成された中間層と、該中間層を介して形成された光触媒性物質層とを含む。

本発明の内視鏡装置は、好ましくは、中間層が、酸化ケイ素からなる。

本発明の内視鏡装置は、好ましくは、高温高圧下の水蒸気滅菌に十分な耐性を有する。

本発明の内視鏡装置は、好ましくは、光触媒を含む薄膜が、スパッタ法及び蒸着法のうち少なくとも１つのドライプロセスにより作成される。

本発明によれば、内視鏡先端部の光学部材先端に配置された先端透光性部材表面に光触媒性酸化チタンを含む薄膜を形成することにより、透光性部材表面は、その親水性が良好となり、その濡れ性が良くなるため、優れた防曇性を示す。また、この親水性により、透光性部材表面に付着した汚れを浮き上がらせることができるので、良好な防汚性が得られる。

本発明の内視鏡装置は、少なくとも、挿入部の光学部材先端に配置された透光性部材外表面上に、光触媒を含む薄膜が形成された内視鏡装置である。

本発明によれば、内視鏡先端部の光学部材先端に配置された例えばカバーガラス、及び先端レンズ等の透光性部材表面に光触媒を含む薄膜を形成することにより、透光性部材表面は、親水性すなわち水とのなじみが良好となり、濡れ性が良くなるので、十分な防曇性が得られる。また、この親水性により、透光性部材表面に付着した汚れを浮き上がらせることができるので、良好な防汚性が得られる。

光触媒として使用される光触媒性物質としては、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化タングステン、及び酸化ジルコニウムがあげられ、好ましくは、酸化チタンを用いることができる。

本発明に好ましく使用される光触媒性酸化チタンとしては、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタンがあげられる。好ましくはアナターゼ型酸化チタンが使用される。

光触媒を含む薄膜表面の反射率は、好ましくは０ないし１７％である。光触媒を含む薄膜表面の反射率が１７％を超えると、内視鏡での観察において、画像のフレアが生じることにより、手術の妨げになる傾向がある。この反射率は、さらに好ましくは、０ないし１０％である。

また、上記光触媒を含む薄膜は、光学部材先端の透光性部材表面のみならず、照明部材先端に配置された例えば照明レンズ、及びライトガイドファイバ先端面等の透光性部材表面にも形成することができる。

透光性部材表面に、同様の光触媒を含む薄膜をさらに形成することにより、透光性部材表面に十分な親水性を付与することが可能となり、十分な防曇性が得られる。また、この親水性により、透光性部材表面に付着した汚れを浮き上がらせることができるので、良好な防汚性が得られる。特に、使用時、透光性部材の曇りや汚れはモニターで確認できるけれども、透光性部材の曇りや汚れは確認が困難である。このため、使用中に十分な照明光を当てるために、透光性部材表面に予め防曇性及び防汚性を付与することは効果的である。

また、本発明によれば、内視鏡使用後、さらに光触媒を含む薄膜が形成された透光性部材表面に、紫外線を照射することができる。これにより、透光性部材表面に付着した有機物汚れが、光触媒性酸化チタンの触媒作用で分解し、この透光性部材表面を浄化し得るので、その防汚性が顕著に良好となる。

本発明に使用される光触媒を含む薄膜は、その表面と水との接触角が０ないし２０度であることが好ましい。この接触角は、静止液体の自由表面が固体表面に接する場所で液面と固体面のなす角の液の内部にある角をいう。

この接触角が２０度以下であると、光触媒を含む薄膜表面の親水性が良好となり、透光性部材表面に、十分な防曇性及び防汚性が得られる。また、この接触角は、より好ましくは１０度以下、さらに好ましくは５度以下である。

本発明の好ましい形態によれば、光触媒を含む薄膜は、さらに二酸化ケイ素を含み得る。

上記光触媒を含む薄膜が、さらに二酸化ケイ素を含むことにより、透光性部材表面の反射を抑制し、透光性部材の光透過性が向上する。

また、上記光触媒を含む薄膜は、透光性部材、及び任意に透光性部材上に、光触媒性酸化チタン層及び酸化ケイ素層の順に形成した積層膜であり得る。

上記光触媒を含む薄膜が、透光性部材表面側から光触媒性酸化チタン層、酸化ケイ素層の順に形成された積層膜であると、透光性部材表面の反射を良好に抑制し、その透過性が十分となり、また酸化ケイ素層が、光触媒性酸化チタン層を保護するので、内視鏡特有の過酷な使用条件に対する耐性が良好となる。

光触媒を含む薄膜は、０．１ｎｍないし３００ｎｍの厚さを有することが好ましい。０．１ｎｍ未満であると、防曇性が多少劣り、鮮明な画像を十分な時間維持し難くなる傾向があり、３００ｎｍを超えると、反射率あるいは光吸収の増加により光透過性が低下し、画質が低下する傾向がある。

光触媒を含む薄膜が、光触媒性酸化チタン層と酸化ケイ素層の積層膜である場合には、光触媒性酸化チタン層は、０．１ないし３００ｎｍの厚さを有することが好ましい。０．１ｎｍ未満であると、防曇性が多少劣り、鮮明な画像を十分な時間維持し難くなる傾向があり、３００ｎｍを超えると、反射率あるいは光吸収の増加により光透過性が低下し、画質が低下する傾向がある。また、この光触媒性酸化チタン層は、より好ましくは０．１ないし３０ｎｍの厚さを有する。

また、この積層膜において、酸化ケイ素層は、０．１ないし１３０ｎｍの厚さを有することが好ましい。この範囲の厚さの酸化ケイ素層は、余り密な状態ではなくある程度、粗な状態となり得るので、光触媒性酸化チタン層を保護するに十分であり、かつその下に形成された光触媒性酸化チタン層親水性及び光触媒効果を十分に発揮し得る。また、この積層膜の反射率を１７％以下に維持し得る。

酸化ケイ素層の厚さが、０．１ｎｍ未満であると、防曇持続時間を十分に維持できない傾向があり、１３０ｎｍを超えると、酸化ケイ素層が密になり、その下に形成された光触媒性酸化チタン層の親水性及び光触媒効果が損なわれ、十分な防曇性及び防汚性を発揮しにくくなる傾向がある。また、この光触媒性酸化チタン層は、より好ましくは０．１ないし１０ｎｍの厚さを有する。

使用される透光性部材は、その材料が、Ｎａ等のアルカリ金属成分を含まない光学材料からなることが好ましく、より好ましくは、サファイア、ＭｇＯ、スピネル、イットリウムアルミニウムガリウム、及び水晶等の透光性結晶、希土類元素を主成分とする１．７５以上好ましくは１．７５ないし２．１の屈折率を有する高屈折ガラス、及び合成石英からなる群から選択される。

透光性部材が上記透光性結晶からなる場合には、透光性部材上に形成される光触媒を含む薄膜は、中間層と、この中間層を介して形成された光触媒性物質層とを含み得る。

また、中間層は、酸化ケイ素からなることが好ましい。

さらに、光触媒性物質層上に酸化ケイ素層を形成することができる。

また、本発明の内視鏡装置は、高温高圧下の水蒸気滅菌処理に十分な耐性を有し、傷等が発生しないことが好ましい。高温高圧下の水蒸気滅菌処理は、例えばオートクレーブ中で、温度１２０ないし１４０℃、その温度における飽和蒸気圧で、１ないし３０分程度の条件で行われ得る。

また、光触媒を含む薄膜上には、必要に応じて、ＭｇＦ₂等の保護膜をさらに設けることができる。

また、本発明に使用される光触媒を含む薄膜は、スパッタ法及び蒸着法のうち少なくとも１つのドライプロセスにより作成されることが好ましい。

以下、図面を参照し、本発明をより詳細に説明する。

図１は、本発明の内視鏡の一例であって、軟性鏡の一種である電子スコープの挿入部先端の断面を示す図であり、この内視鏡先端部の概略の構成は、挿入した内部を観察するための対物レンズ１とその結像面に配置されたＣＣＤユニット２と、観察面を照明するためのライトガイド３とそのライトガイド３からの照明光を広げるための照明用レンズ４と、対物レンズ１の前面が汚れたときに水を吹き付けたり、空気を送るための送気・送水ノズル５とからなる。

このような構成において、体内に内視鏡を入れたときのレンズと体内温度との温度差によりレンズが曇る。また、対物レンズ１前面が汚れたときに送気・送水ノズル５から送水して水を吹き付け、その前面を洗浄するが、体内温と水温の間に差があると、対物レンズ１前面が体内の水蒸気によりレンズが曇ることになる。

そこで、本発明においては、対物レンズ１の例えばサファイアガラス製の先端レンズ１１の第１面（外面）１１ａ上に、厚さ例えば厚さ３０ｎｍの光触媒酸化チタン層、及び厚さ例えば５ｎｍの二酸化ケイ素層からなる積層膜を、アルゴンと酸素の混合雰囲気中で基板温度２００ないし３００℃の条件下でスパッタリングにより形成した。また、この積層膜の反射率を日立製作所社製Ｕ４０００で測定したところ、約９．８％であった。

また、図１の例において、照明用レンズ４の先端レンズ４１の第１面（外面）４１ａに同様の積層膜を形成しておくと、水蒸気による照明用レンズ４の曇りに基づく照明光量低下が防止でき、より好ましい。

次に、本発明を硬性鏡に適用した例について説明する。図２は硬性鏡の全体図、図３はその接眼部の断面図、図４はその挿入部の先端の断面図である。この硬性鏡の概略の構成は、一体に直線状に連続している接眼部１５と挿入部１６からなり、挿入部１６先端には対物レンズ２１が、接眼部１５のアイピース１７内には接眼レンズ２２が取り付けられ、対物レンズ２１から接眼レンズ２２の間にはイメージ伝送レンズ系２３が配置されている。また、照明のため、接眼部１５の側方に設けられたライトガイドケーブルコネクター１８から挿入部１６先端までにライトガイド２４が配置され、その照明用先端が対物レンズ２１と同じ方向に露出している。そして、対物レンズ２１の前面にはサファイアからなる対物カバーガラス２５が配置され、同様に、接眼レンズ２２の観察側には接眼カバーガラス２６が配置されている。

この例においても、内視鏡下外科手術において腹腔内にこの内視鏡の挿入部１６を挿入したとき、体内温と室温の間に差があると、体内の水蒸気により対物カバーガラス２５の外面が曇ってしまう。そこで、上記図１に示す例と同様に、積層膜を形成し、曇り防止効果が得られるようにしてある。

以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明する。

実施例１
直径５．８ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．７６８のサファイアガラスレンズを用意した。このサファイアガラスレンズをＵＬＶＡＣ社製スパッタ装置成膜チャンバ内に収容して、成膜チャンバ内を排気した後、約２００℃まで加熱し、Ａｒ及び酸素雰囲気中で、Ｔｉをターゲットとして、ＤＣ２５０Ｗで放電させ、スパッタリングを行い、３０ｎｍ厚の光触媒性ＴｉＯ₂膜を形成した。その後、Ｔｉの代わりにＳｉをターゲットとして、同様の条件でスパッタリングを行い、光触媒性ＴｉＯ₂膜上に、５ｎｍ厚のＳｉＯ₂膜を形成することにより、サファイアガラスレンズ上に光触媒性ＴｉＯ₂膜とＳｉＯ₂膜の積層膜を形成した。積層膜が形成された先端レンズの構成を表す断面図を図５に示す。

図示するように、この先端レンズ１１は、サファイアガラスレンズ７上に、ＴｉＯ₂膜８及びＳｉＯ₂膜９からなる積層膜が形成された構成を有する。

その後、積層膜が形成されたサファイアガラスレンズについて、日立製作所社製Ｕ４０００で反射率を測定したところ、９．８％であった。

防曇性を調べるため、このレンズを図１と同様の構成を有する内視鏡装置に適用し、体内と同様の温度、湿度環境下でモニター画像を目視にて観察したところ、曇りが発生せず、画像が明るく、良好であった。

また、上記サファイアガラス上に、上記条件と同様にして作成した光触媒性ＴｉＯ₂膜について、ＪＩＳＫ７１００に規定する標準温度状態２級の温度２３±２℃及び標準湿度状態２級相対湿度５０±５％の環境下で、精製水を適用し、協和界面科学株式会社製ＣＡ−Ｘ１５０型接触角計を用いて、水との接触角を測定したところ、５度であった。

得られた結果を下記表１に示す。

実施例２ないし８及び比較例１
下記表１に示すように光触媒性ＴｉＯ₂膜厚とＳｉＯ₂膜厚を変更すること以外は実施例１と同様にして、光触媒性ＴｉＯ₂単層膜、あるいは光触媒性ＴｉＯ₂膜とＳｉＯ₂膜とＳｉＯ₂膜の積層膜を形成した。

得られたサファイアレンズについて、実施例１と同様に反射率を算定した。

得られた結果を同様に、下記表１に示す。

表に示すように、実施例１，実施例２，実施例４，実施例５は、防曇性及び明るさ共に良好であった。実施例２は、使用途中から若干明るさが低下したが、実用的には問題なかった。実施例４及び実施例５は、実施例１，実施例２に比べると、明るさがごくわずか低かった。

実施例３，実施例４，実施例６，実施例７，実施例８は、防曇性は良好であった。これらの実施例は、実施例１，実施例２，実施例４，実施例５と比較すると、明るさが多少低かったが、実用的には問題なかった。

比較例１は、使用中に曇りが発生した。

（付記）
付記１．
挿入部の光学部材先端に配置された透光性部材外表面上に光触媒を含む薄膜が形成されたことを特徴とする内視鏡装置。

付記２．
前記光触媒は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化タングステン、及び酸化ジルコニウムからなる群から選択される少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。

付記３．
前記光触媒を含む薄膜表面の反射率が１７％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡装置。

付記４．
前記光触媒を含む薄膜を、その照明部材先端に配置された透光性部材外表面上にさらに形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内視鏡装置。

付記５．
前記光触媒を含む薄膜は、さらに酸化ケイ素を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の内視鏡装置。

付記６．
前記光触媒を含む薄膜は、前記透光性部材上に、光触媒性物質層、及び酸化ケイ素層の順に形成された積層膜であることを特徴とする請求項５に記載の内視鏡装置。

付記７．
前記光触媒を含む薄膜は、水との接触角が２０度以下であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の内視鏡装置。

付記８．
前記透光性部材は、その材料が、サファイア、酸化マグネシウム、スピネル、及びイットリウムアルミニウムガリウム、及び水晶から選ばれる透光性結晶と、希土類元素を主成分とする１．７５以上の屈折率を有する高屈折ガラスと、合成石英とからなる群から選択されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の内視鏡装置。

付記９．
前記透光性部材はサファイア、酸化マグネシウム、スピネル、及びイットリウムアルミニウムガリウム、及び水晶からなる群から選ばれる透光性結晶からなり、前記光触媒を含む薄膜は、前記透光性部材上に形成された中間層と、該中間層を介して形成された光触媒性物質層とを含むことを特徴とする請求項８に記載の内視鏡装置。

付記１０．
前記中間層は、酸化ケイ素からなることを特徴とする請求項９に記載の内視鏡装置。

付記１１．
高温高圧下の水蒸気滅菌に十分な耐性を有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の内視鏡装置。

付記１２．
前記光触媒を含む薄膜は、スパッタ法及び蒸着法のうち少なくとも１つのドライプロセスにより作成されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の内視鏡装置。

本発明の内視鏡の一例の先端部の構成を表す概略図本発明の内視鏡の他の一例の構成を表す図本発明の内視鏡の他の一例の構成を表す断面図本発明の内視鏡の他の一例の先端部の構成を表す概略図本発明に用いられる光触媒を含む薄膜の一例の構成を表す断面図

符号の説明

１…対物レンズ
２…ＣＣＤユニット
３…ライトガイド
４…照明用レンズ
５…送気・送水ノズル
１１…先端レンズ
１５…接眼部
１６…挿入部
１８…ライトガイドケーブルコネクター
２１…対物レンズ
２２…接眼レンズ
２３…イメージ伝送レンズ系
２４…ライトガイド
２５…対物カバーガラス
２６…接眼カバーガラス

Claims

挿入部の光学部材先端に配置された透光性部材外表面上に光触媒を含む薄膜が形成されたことを特徴とする内視鏡装置。
前記光触媒は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化タングステン、及び酸化ジルコニウムからなる群から選択される少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記光触媒を含む薄膜は、その表面の反射率が１７％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡装置。
前記光触媒を含む薄膜を、挿入部の照明部材先端に配置された透光性部材外表面上にさらに形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内視鏡装置。
前記光触媒を含む薄膜は、さらに酸化ケイ素を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の内視鏡装置。
前記光触媒を含む薄膜は、前記透光性部材上に、光触媒性物質層、及び酸化ケイ素層の順に形成された積層膜であることを特徴とする請求項５に記載の内視鏡装置。
前記光触媒を含む薄膜は、水との接触角が２０度以下であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の内視鏡装置。
前記透光性部材は、その材料が、サファイア、酸化マグネシウム、スピネル、イットリウムアルミニウムガリウム、及び水晶から選ばれる透光性結晶と、希土類元素を主成分とする１．７５以上の屈折率を有する高屈折ガラスと、合成石英とからなる群から選択されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の内視鏡装置。
前記透光性部材はサファイア、酸化マグネシウム、スピネル、及びイットリウムアルミニウムガリウム、及び水晶からなる群から選ばれる透光性結晶からなり、前記光触媒を含む薄膜は、前記透光性部材上に形成された中間層と、該中間層を介して形成された光触媒性物質層とを含むことを特徴とする請求項８に記載の内視鏡装置。
前記中間層は、酸化ケイ素からなることを特徴とする請求項９に記載の内視鏡装置。
高温高圧下の水蒸気滅菌に十分な耐性を有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の内視鏡装置。
前記光触媒を含む薄膜は、スパッタ法及び蒸着法のうち少なくとも１つのドライプロセスにより作成されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の内視鏡装置。