JP2007252843A

JP2007252843A - 内視鏡

Info

Publication number: JP2007252843A
Application number: JP2006084542A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Torii; 雄一鳥居
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】照明用レンズを用いることによる光損失をなくして発光ダイオード光を照明光として有効に利用すると共に、コストダウンを図る。
【解決手段】内視鏡先端部の表面から内部に後退する位置に、照明用レンズがない状態でＬＥＤ素子１８を直接的に取り付け、このＬＥＤ素子１８と先端部表面との間に形成された凹部Ｈ_１８には、発光ダイオード光を前側へ出力するための反射面を設ける。また、この凹部Ｈ_１８におけるＬＥＤ素子１８の外周方向での反射面の傾斜角度を変えることにより、発光ダイオード照明光の配光特性を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は内視鏡、特に被観察体に照明光を照射するための発光ダイオード（ＬＥＤ）を先端部に取付け配置する場合の発光ダイオード及び先端部の構成に関する。

内視鏡装置は、照明光を被観察体（内）に照射し、内視鏡（スコープ）の挿入先端部に配置した対物光学系によって被観察体像を光学的に直接観察したり、或いは対物光学系で得られる被観察体像を例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像素子によって撮像することにより、被観察体の映像をモニタ画面上で観察するものであり、このような内視鏡の先端部には、照明光の光源として、従来から用いられているライトガイド及び光源ランプの代わりに、近年では白色光を出力する発光ダイオード（ＬＥＤ）を配置することが提案されている。

即ち、従来のように、光源装置に設けた光源ランプから出力された光をライトガイドを介して内視鏡先端部へ供給する場合は、ライトガイドの伝送時に光の損失が生じるのに対し、先端部にＬＥＤを配置した場合は、ＬＥＤ光源からの光を照明光として効率よく利用できるという利点があり、またこのＬＥＤ光源の採用によれば、内視鏡全体の構成の簡略化、軽量化等を図ることが可能になる。

図１０には、ＬＥＤを用いた照明光学系の一構成例が示されており、ＬＥＤ素子（チップ）１の前側には、例えば平凹面レンズからなる照明用レンズ２が配置され、ＬＥＤ素子１から出力された光は、照明用レンズ２にて集光されて前側へ出力される。なお、下記特許文献１，２でも、照明用のレンズが用いられている。
特開昭６０‐２２５８２０号公報特公平０７‐１０４４９２号公報

しかしながら、上記照明用レンズ２を用いた照明光学系では、ＬＥＤ素子１から出力された光は照明用レンズ２を透過する際に損失が生じ、また照明用レンズ２の外周部２ｃでは前側へ向かわない光（ケラレ分）があり、照明用レンズ２を用いることにより、発光ダイオード素子１からの発光を照明光として有効に利用できないという問題がある。
また、このような照明用レンズ２の採用は、内視鏡のコストアップにも繋がる。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、照明用レンズを用いることによる光損失をなくして発光ダイオード光を照明光として有効に利用すると共に、コストダウンを図ることができる内視鏡を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、照明光を出力するための発光ダイオードを内視鏡先端部に配置する内視鏡において、上記先端部の表面から内部へ後退する位置に、照明用レンズがない状態で発光ダイオード素子（チップ）を直接的に取り付け、この発光ダイオード素子と先端部表面との間に形成された凹部には、発光ダイオード光を前側へ出力するための反射面を設けたことを特徴とする。
請求項２の発明は、上記発光ダイオード素子の外周方向での上記凹部の反射面の傾斜角度を変えることにより、発光ダイオード照明光の配光特性を調整することを特徴とする。

上記の構成によれば、発光ダイオード素子が内視鏡の例えば先端面から後退させた位置に取り付けられ、この発光ダイオードの配置で形成された凹部には先端面に向けて空間が広がる傾斜の反射面が設けられる。従って、発光ダイオード素子で発生した光は直接又は凹部反射面で反射して被観察体へ向けて出力されることになり、照明用レンズを用いるときの透過損失、ケラレ分の損失がなく、発光ダイオード素子の発光が照明光として有効に利用される。

また、請求項２の構成によれば、例えば先端面において発光ダイオード素子が対物光学系の観察窓の下側に配置される場合は、凹部の上側反射面の傾斜角度（開き角度）を大きくし、下側反射面の傾斜角度を小さくして、上側へ向かう配光を得ることにより、上側に位置する対物光学系の観察域に対する照明が良好に行われる。また、観察窓の周りに複数の発光ダイオード素子が配置される場合は、各発光ダイオード素子の観察窓に近い反射面の傾斜角度を小さくし、観察窓に遠い反射面の傾斜角度を大きくすることにより、広い照射範囲を形成する配光を得ることができる。更に、同様に観察窓の周りに複数の発光ダイオード素子が配置される場合で、逆に各発光ダイオード素子の観察窓に近い反射面の傾斜角度を大きくし、観察窓に遠い反射面の傾斜角度を小さくすれば、複数の発光ダイオード素子のそれぞれの照射域を重ね合わせる配光が得られ、これによって高い光量（強度）の照明を得ることが可能になる。

本発明の内視鏡によれば、照明用レンズを用いた場合の透過損失及びケラレ分の損失がなくなり、発光ダイオード光を照明光として有効に利用することができ、また照明用レンズを用いない分、コストダウンを図ることが可能になるという効果がある。
また、請求項２の発明によれば、凹部反射面の傾斜角度調整という簡単な構成より所望の配光特性が得られ、内視鏡の種類、先端部での各構成部材の様々な配置等に適合した良好な照明が得られるという利点がある。

図１には、実施例に係る内視鏡先端部の構成で、図３のＩ‐Ｉ線切断面、図２には、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子の構成、図３には、先端部先端面の構成が示されている。図１及び図３に示されるように、実施例の内視鏡（スコープ）の先端部１０には、観察窓（レンズ）１２ａを含む対物光学系１２、この観察窓１２ａへ向けて送気と送水をする送気／送水用ノズル１３、鉗子等の処置具を導出する処置具挿通チャンネル（鉗子口）１４等が設けられており、例えば上記観察窓１２ａが先端面の上側、上記処置具挿通チャンネル１４が先端面の下側に配置される状態で、これらの部材１２〜１４は先端構成部材（例えば支持体）１５に取付け固定される。

そして、上記観察窓１２ａの下側、即ちこの観察窓１２ａと処置具挿通チャンネル１４との間の左右のそれぞれの位置で、先端面から内部へ素子表面が後退する（落とし込まれる）状態で、四角形のＬＥＤ（発光ダイオード）素子（チップ）１８，１９を先端構成部材（例えば支持体）１５に取り付けると共に、その前側に形成された凹部Ｈ_１８，Ｈ_１９には光反射面を全体に設ける。この凹部Ｈ_１８，Ｈ_１９は、先端部１０の先端面（上記支持体）に合成樹脂製キャップが被せられる場合は、このキャップ（及び支持体）に形成されることになり、この凹部Ｈ_１８，Ｈ_１９の反射面には、反射コートの塗布や金属部材の貼着等によって鏡面処理が施される。

図２に示されるように、上記のＬＥＤ素子１８，１９は、その内部のＬＥＤ基板２２上に例えば３波長蛍光体型白色ＬＥＤ２３を５つ成形し、かつリード２４を配置することにより１つの素子部品として製作したものである。この素子中のＬＥＤ（基本単体）の数は、任意である。

また、上記凹部Ｈ_１８，Ｈ_１９の内壁は、ＬＥＤ素子１８，１９の先端面四辺から内視鏡先端面へ向けて空間が広がる形状の反射面とされており、ＬＥＤ素子１８の凹部Ｈ_１８は、図３（Ｂ），（Ｃ）に示されるように、ＬＥＤ素子１８の図の上側と右側（観察窓１２ａから遠い方の先端面外周側）の辺に設けられた反射面の傾斜角度（ＬＥＤ素子面からの開き角度）がα、図の下側と左側（観察窓１２ａに近い方の先端面中心側）の辺の反射面の傾斜角度が上記αよりも小さいβ（α＞β）に設定される。一方、ＬＥＤ素子１９の凹部Ｈ_１９は、ＬＥＤ素子１９の上側と下側の（辺の）反射面はＬＥＤ素子１８と同様であるが、左側と右側の反射面が逆になり、左側の反射面の傾斜角度がα、右側の反射面の傾斜角度がβに設定される。

実施例は以上の構成からなり、実施例の２つのＬＥＤ素子１８，１９によれば、図４のような配光の光照明が行われる。図４は、図３の先端部１０を側面から見たときの状態であり、ＬＥＤ素子１８，１９の凹部Ｈ_１８，Ｈ_１９の上側反射面の傾斜角度αが下側反射面の傾斜角度βよりも大きいので、ＬＥＤ素子１８，１９から出力された光は、下側より上側に広がる配光特性で前側の被観察体へ向けて照射される（実線）。この結果、ＬＥＤ素子１８，１９よりも上側に位置する観察窓１２ａを含む対物光学系１２であっても、被観察体が良好に捉えられる。即ち、対物光学系１２の視野角で捉えられる範囲に対する照明が良好に行われることになる。

図５には、内視鏡先端部でのＬＥＤ素子の他の配置例が示されており、この例では、図示されるように先端部１０の先端面の中央に観察窓１２ａを設け、この観察窓１２ａの周囲に４つのＬＥＤ素子２５〜２８を等間隔で配置したものである。この場合のＬＥＤ素子２５〜２８の凹部Ｈ_２５〜Ｈ_２８は、図５（Ｂ），（Ｃ）に示されるように、その四辺のうち観察窓１２ａに最も近い１辺に設けられた反射面の傾斜角度のみをβ、その他の辺の反射面の傾斜角度をβよりも大きいαに設定する。

これによれば、図６に示されるように、上側のＬＥＤ素子２５では下側よりも上側に広がる配光特性の光照射が得られ、下側のＬＥＤ素子２７では上側よりも下側に広がる配光特性の光照射が得られ、左右のＬＥＤ素子２６，２８においても、同様に左右の内側より外側に広がる配光特性が得られることになり、全体的に広い範囲の照明となり、対物光学系１２では広い範囲の被観察体を捉えることが可能になる。

図７には、図５と同様の配置において各ＬＥＤ素子の照射域が重なるようにした場合の構成例が示されており、この例のＬＥＤ素子２５〜２８の凹部Ｈ_２５〜Ｈ_２８では、その四辺のうち観察窓１２ａに最も遠い１辺に設けられた反射面の傾斜角度のみをβ、その他の辺の反射面の傾斜角度をβよりも大きいαに設定する。これによれば、図７に示されるように、上側のＬＥＤ素子２５では上側に比べて下側へ広がる配光特性の光照射が得られ、下側のＬＥＤ素子２７では下側に比べて上側へ広がる配光特性の光照射が得られ、左右のＬＥＤ素子２６，２８においても、同様に左右の外側に比べて内側へ広がる配光特性が得られることになり、各ＬＥＤ素子２５〜２８の照射範囲が重なって合体する状態となり、高い光量の照明が可能となる。

図８、図９には、丸形のＬＥＤ素子を用いた場合の構成例が示されており、図８は図３の構成に対応したもの、図９は図５の構成に対応したものである。図８の構成では、丸形のＬＥＤ素子３１，３２に対し、先端面へ向けて空間が広がるすり鉢状（逆円錐状）の反射面を持つ凹部Ｈ_３１，Ｈ_３２が設けられ、この凹部Ｈ_３１では、図３の場合と同様に、ＬＥＤ素子３１，３２から見た図の上下左右方向において、上方向と右方向の反射面の傾斜角度がα、下方向と左方向の反射面の傾斜角度が上記αよりも小さいβ（α＞β）に設定され、凹部Ｈ_３２では、上方向と下方向の反射面はＨ_３１と同様であるが、左方向の反射面の傾斜角度がα、右方向の傾斜角度がβに設定される。これにより、図４と同様の配光特性が得られる。

図９の構成でも、丸形のＬＥＤ素子３３〜３６に対し、すり鉢状（逆円錐状）の反射面を持つ凹部Ｈ_３３〜Ｈ_３６が設けられており、ＬＥＤ素子３３〜３６から見た図の上下左右方向において、観察窓１２ａに最も近い方向の反射面の傾斜角度のみがβ、その他の方向の反射面の傾斜角度がβよりも大きいαに設定される。即ち、ＬＥＤ素子３３は下方向、ＬＥＤ素子３４は左方向、ＬＥＤ素子３５は上方向、ＬＥＤ素子３６は右方向の反射面の傾斜角度がβに設定される。これにより、図６と同様の配光特性が得られる。また、図９の構成において、観察窓１２ａに最も遠い方向の反射面の傾斜角度のみをβ、その他の方向の反射面の傾斜角度をαに設定することにより、図７と同様の配光特性を得ることができる。

上記実施例では、凹部Ｈ_１８，Ｈ_１９，Ｈ_２５〜Ｈ_２８，Ｈ_３１〜Ｈ_３６の反射面がＬＥＤ照明光の光軸方向の断面で直線となる場合を説明したが、この反射面を光軸方向の断面で曲線となる曲面に形成するようにしてもよい。また、ＬＥＤ素子１８，１９，２５〜２８，３１〜３６を先端面に配置する例を説明したが、このＬＥＤ素子は先端部１０の外周側面に配置してもよい。

本発明の実施例に係る内視鏡の先端部の構成を示し、図３のＩ‐Ｉ線切断面図である。実施例の角形ＬＥＤ素子の構成を示し、図（Ａ）は上面図、図（Ｂ）は側面図である。実施例の先端部先端面の構成［図（Ａ）］と右側凹部の構成［図（Ｂ），（Ｃ）］を示し、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ‐Ｂ線切断面図、図（Ｃ）は図（Ａ）のＣ‐Ｃ線切断面図である。図３の先端部のＬＥＤ素子で得られる配光特性を示す図である。実施例の先端部におけるＬＥＤ素子の配置の他の例［図（Ａ）］及び上側凹部の構成［図（Ｂ），（Ｃ）］を示し、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ‐Ｂ線切断面図、図（Ｃ）は図（Ａ）のＣ‐Ｃ線切断面図である。図５の先端部のＬＥＤ素子で得られる配光特性を示す図である。図５の先端部のＬＥＤ素子で得られる配光特性の他の例を示す図である。実施例に丸形ＬＥＤ素子を採用する場合で、図３の配置に対応する例を示し、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ‐Ｂ線切断面図、図（Ｃ）は図（Ａ）のＣ‐Ｃ線切断面図である。実施例に丸形ＬＥＤ素子を採用する場合で、図５の配置に対応する例を示し、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ‐Ｂ線切断面図、図（Ｃ）は図（Ａ）のＣ‐Ｃ線切断面図である。従来のＬＥＤ素子を含む照明光学系の構成を示す図である。

符号の説明

１０…内視鏡先端部、１２ａ…観察窓、
１２…対物光学系、１５…先端構成部材（支持体）、
１８，１９，２５〜２８，３１〜３６…ＬＥＤ（発光ダイオード）素子（チップ）、
２３…ＬＥＤ、２４…リード線、
Ｈ_１８，Ｈ_１９，Ｈ_２５〜Ｈ_２８，Ｈ_３１〜Ｈ_３６…凹部。

Claims

照明光を出力するための発光ダイオードを内視鏡先端部に配置する内視鏡において、
上記先端部の表面から内部へ後退する位置に、照明用レンズがない状態で発光ダイオード素子を直接的に取り付け、
この発光ダイオード素子と先端部表面との間に形成された凹部には、発光ダイオード光を前側へ出力するための反射面を設けたことを特徴とする内視鏡。
上記発光ダイオード素子の外周方向における上記凹部の反射面の傾斜角度を変えることにより、発光ダイオード照明光の配光特性を調整することを特徴とする請求項１記載の内視鏡。