JP2011120627A

JP2011120627A - 内視鏡の照明光学系

Info

Publication number: JP2011120627A
Application number: JP2009278506A
Authority: JP
Inventors: Akira Kitano; 亮北野
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2011-06-23
Also published as: US20110134656A1; US8177405B2

Abstract

【課題】内視鏡先端部の光学系を変更することのない簡便かつ容易な構成により、角度成分の偏った光がライトガイドへ入射することをなくし、照明光のムラが良好に解消できるようにする。
【解決手段】内視鏡先端部では、正レンズ２を用いて光ファイバ束１１から伝送された光を照明光として照射する内視鏡において、光源３からの光の量を調整する絞り１０、この絞り１０からの光を内視鏡先端部へ導くための光ファイバ束１１との間に、一方の端面に拡散面１２ｓを設けたガラスロッド１２を配置し、角度成分の偏りのない光を光ファイバ束１１へ供給することで、照明光ムラをなくす。
【選択図】図１

Description

本発明は内視鏡の照明光学系、特に照明光ムラを解消する照明光学系の構成に関する。

図６（Ａ）には、下記特許文献１，２にも記載される従来の内視鏡先端部の照明光学系が示されており、内視鏡先端部では、光源からの光を内視鏡先端部へ導くライトガイド（光ファイバ束）１の先端（出射端）側に、例えば少なくとも１つの正レンズ２を含む照明レンズが配置される。この正レンズ２は、少なくとも１面が非球面（ｈ＝ｆθ又はｈ＝ｆｓｉｎθ、なお、ｈ：レンズへの入射高、θ：レンズからの射出角、ｆ：焦点距離）となっており、光量ロスが少なく、かつ広角に良好な照度分布が得られるという利点を有する。

図６（Ｂ）には、内視鏡光源部の構成が示されており、図の光源３の光は、絞り（羽根）４でその光量が調整され、集光レンズ５を介してライトガイド１の入射端へ供給され、このライトガイド１を通った光が照明光として上記正レンズ２を介して被観察体へ照射される。

特開平５−１１９２７２号公報特開平５−１５７９６７号公報特開平６−１４８５１９号公報特開２００６−７２０９８号公報特開平７−４９４５９号公報特開昭６１−１７７４１６号公報

しかしながら、上述した正レンズ２を有する照明光学系では、ライトガイド１を構成する光ファイバ束の密度ムラにより、照明光にムラ（網目状のムラ）が生じるという現象があり、この照明光ムラは、特にライトガイド１に入射される光の角度成分が偏ったときに目立つという問題があった。

即ち、図６（Ａ）に示されるように、例えば点Ｐ_１と点Ｐ_２が共役関係となり、ライトガイド１の出射端が正レンズ２の結像点と共役な位置の近傍にあるため、光ファイバ束の密度ムラが照明光ムラとして現れる。しかも、内視鏡の光源装置では、図６（Ｂ）に示されるように、例えば１枚の絞り（羽根）４により光源３からの光束を絞り、光束外周の光成分Ｌａが多くなる場合に、ライトガイド１の入射端には角度成分が偏った光が供給されるため、上記の照明光ムラが強調される。

図７（Ａ）には、角度成分が偏った光、図７（Ｂ）には角度成分が偏っていない光が示されており、この図７（Ｂ）の光によれば、照明光のムラは目立たないが、図７（Ａ）の角度成分が偏った光が多くなると、照明光のムラが目立つことになる。

図８には、上述した照明光のムラを解消する目的を持つ従来の照明光学系の構成が示されており、図８（Ａ）は、特許文献３に示されるもので、この文献３には、内視鏡先端部のライトガイド１の出射端と正レンズ２との間に、単ファイバ７を挿入し、ライトガイドファイバ束の網目状のムラを映り難くすることが開示されている。また、図８（Ｂ）は、特許文献４に示されるもので、この文献４には、正レンズ８の凸面に砂目８ａを加工し、この砂目面の拡散効果により配光ムラを少なくすることが開示されている。

しかしながら、図８（Ａ）の構成は、内視鏡先端部において比較的長い単ファイバ７が増え、先端部が長くなる等の不都合があり、図８（Ｂ）の構成は、ライトガイド１を介して先端部まで供給した光の利用効率が低下し、正レンズ２等において高効率の非球面レンズを設計しても、そのアドバンテージを失うことになる。また、上記光利用効率が低下することで照明光学系が発熱し、これが先端部での発熱の増加に繋がるという不都合がある。即ち、内視鏡では、患者の苦痛軽減、観察性能向上の観点で、先端部の細径化、撮像素子の高画素化が図られており、これに伴う放熱経路の減少、撮像素子の消費電力の増大等により先端部の発熱が増加する傾向にあり、このような観点からも、上記照明光学系の発熱の抑制が要請される。

一方、ライトガイドに対し角度成分が偏った光が供給されないようにする従来の技術として、特許文献５，６に示されように、光源光学系を専用の機構により最適化し、ライトガイドファイバ束に入射する光の角度成分をコントロールするものが存在する。しかしながら、このような従来技術では、最適化のための機構が複雑で高価になるという問題がある。

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、内視鏡先端部の光学系を変更することのない簡便かつ容易な構成により、角度成分の偏った光がライトガイドへ入射することをなくし、照明光のムラが良好に解消できる内視鏡の照明光学系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に係る発明は、光源からの光の量を調整する絞りと、この絞りからの光を内視鏡先端部へ導くための光ファイバ束（ライトガイド）と、この光ファイバ束から出射される光を被観察体へ照射する照明レンズとを有する内視鏡の照明光学系において、上記絞りと光ファイバ束との間に、拡散体を配置したことを特徴とする。
請求項２の発明は、上記拡散体として、少なくとも一端に拡散面を設けたガラスロッド又はファイバロッドを配置したことを特徴とする。
請求項３の発明は、上記拡散体として、少なくとも一端に拡散面を形成したカバーガラスを配置したことを特徴とする。
請求項４の発明は、上記拡散体として、拡散作用を持つ材質（例えばオパール）のカバーガラスを配置したことを特徴とする。
請求項５の発明は、光源からの光の量を調整する絞りと、この絞りからの光を内視鏡先端部へ導くための光ファイバ束と、この光ファイバ束から出射される光を被観察体へ照射する照明レンズとを有する内視鏡の照明光学系において、上記光ファイバ束の入射端を拡散面に形成することを特徴とする。上記請求項１及び５の発明においては、上記照明レンズとして正（パワー）レンズを組み合わせることが好ましい。

本発明の構成によれば、光源光が絞りにより絞られたときように角度成分の偏った光は、拡散体又は光ファイバ束の入射端拡散面によって角度成分の偏っていない光に変換されることになり、この角度成分の偏りのない光が光ファイバ束に入射されるので、正レンズを通して光照射した場合でも、ムラのない照明光が得られる。

本発明の内視鏡の照明光学系によれば、内視鏡先端部の光学系を変更することのない簡便かつ容易な構成によって、角度成分の偏った光がライトガイドへ入射することがなく、照明光のムラが良好に解消できるという効果がある。その結果、内視鏡先端部が長くなることもなく、そして先端部の発熱を増加させることが防止され、また入射光の角度成分をコントロールする機構も必要ないという利点がある。

本発明の第１実施例に係る内視鏡の照明光学系の構成を示す図である。第１実施例の照明光学系の具体的構成を示し、図（Ａ）は光源装置の構成図、図（Ｂ）は内視鏡側のコネクタ部（ライトガイド入射端部）の断面図である。第２実施例の照明光学系の内視鏡側コネクタ部（ライトガイド入射端部）の構成を示す断面図である。第３実施例の照明光学系のライトガイド入射端の構成を示す図である。実施例の照明光学系に用いられる絞りの構成を示す図である。従来の内視鏡の照明光学系の構成を示し、図（Ａ）は内視鏡先端部側の図、図（Ｂ）は光源装置側の図である。ライトガイド入射端に入射する光の内、角度成分が偏った光［図（Ａ）］と角度成分が偏っていない光［図（Ｂ）］の強度を示す図（縦軸Ｉ：強度、横軸θ：角度）である。従来の内視鏡先端部の照明光学系の２つの構成例［図（Ａ），（Ｂ）］を示す図である。

図１乃至図３には、本発明の第１実施例に係る内視鏡の照明光学系が示されており、第１実施例では、光源３と集光レンズ５との間に、１枚の絞り羽根１０が設けられ、光源３の光を内視鏡先端部へ導くための光ファイバ束１１（ライトガイド）の先端には、照明レンズとして、少なくとも正（パワー）レンズ２が設けられる。上記絞り羽根１０は、図５に示されるように、円形基部からその下端部を、絞り軸１０ｚを中心とした回動方向へ基部幅が縮小する状態で延出させた形（まが玉形）とされ、羽根先端から円形基部の中心へ向けて幅が小さくなる嘴形の切込み１０ａが設けられている。

そして、図１に示されるように、絞り羽根１０（及び集光レンズ５）とライトガイドを構成する光ファイバ束１１の入射端との間に、ガラスロッド１２が配置され、このガラスロッド１２の光ファイバ束（入射端）側端面に砂目を施した拡散面１２ｓが形成される。この拡散面１２ｓは、ガラスロッド１２の集光レンズ（５）側端面に形成してもよく、上記光ファイバ束側端面と集光レンズ側端面の両方に設けてもよい。

図２には、第１実施例の具体的な構成が示されており、図２（Ａ）の光源装置（これにはプロセッサ装置が一体とされる場合もある）１４に、上述した光源３、絞り羽根１０及び集光レンズ５が配置され、この光源装置１４の光コネクタ受け１５に、電子スコープの光コネクタ１６が挿入接続される。そして、図２（Ｂ）に示される光コネクタ１６には、光ファイバ束（ライトガイド）１１を収納した円筒状本体１８が設けられ、この本体１８の取付け部に、拡散面１２ｓを一端に設けたガラスロッド１２とカバーガラス１９を収納した端部材２０が螺合結合される。この端部材２０のガラスロッド１２は、その外周に空気層２１が形成されるようにして取り付けられており、このガラスロッド１２に入射する光は全反射（多重反射）しながら通過する。

第１実施例は以上の構成からなり、光源３からの光は、絞り羽根１０で絞られ、集光レンズ５を介して光コネクタ１６へ出射される。この光コネクタ１６では、カバーガラス１９を通った光源光が、ガラスロッド１２及び拡散面１２ｓを介して光ファイバ束１１に入射される。実施例では、上記絞り羽根１０で絞られた光源光は、図５の切込み１０ａからも分かるように、空間的強度分布の偏った光が多くなるが、ガラスロッド１２を通過するときに、その外周の空気層２１との屈折率差によって全反射を繰り返しながら伝送されることで、光の偏った空間的強度分布が平均化される。

また、拡散面１２ｓを通過することで光の角度が更にランダムとなり、ガラスロッド１２の全反射による空間光強度分布均一効果と拡散面１２ｓの光角度拡散効果の両方によって、角度成分の偏りが解消された、即ち光強度分布が平均化された光源光をランダムな角度で光ファイバ束１１へ出力することができる。これにより、内視鏡先端部の図１の正レンズ２において、その結像点の共役位置近傍に光ファイバ束１１の出力端が存在することで生じていた照明光ムラが解消される。

図３には、第２実施例の構成が示されており、この第２実施例の光コネクタ２２も、第１実施例と同様に、光源装置１４のコネクタ受け１５に挿入されるものである。この光コネクタ２２では、円筒状本体２３の中に光ファイバ束１１とカバーガラス２４が設けられ、このカバーガラス２４の例えば光ファイバ束側端面（反対側の光入射側端面でもよい）に砂目を施した拡散面２４ｓが設けられる。
また、このカバーガラス２４として、例えばオパールのような拡散作用を持つ材質のカバーガラスを用いてもよい。

このような第２実施例の構成によれば、光源装置１４の絞り羽根１０を介して光源光の角度成分が偏った場合でも、カバーガラス２４の拡散面２４ｓにより、その角度成分が平均化され、角度の偏りのない光（光強度分布が平均化された光）が光ファイバ束１１へ供給されることになり、この結果、照明光ムラが解消される。

上述した第１及び第２実施例では、拡散体としてのガラスロッド１２及びカバーガラス２４を電子スコープ側の光コネクタに配置したが、上記ガラスロッド１２と同等のもの又はカバーガラス２４に相当する光学部材を、図２（Ａ）に示す光源装置１４側に、例えば集光レンズ５の集光位置近傍の位置２６に配置してもよい。また、実施例ではガラスロッドと空気層での全反射を利用したが、コア・クラッド構造のファイバロッドを用いても良い。

図４には、第３実施例の構成が示されており、この第３実施例では、第２実施例の図３の構成において、カバーガラス２４では拡散面２４ｓを設けず、光ファイバ束１１と同様に配置した光ファイバ束２６において、その入射端面を砂目とした拡散面２６ｓを設けている。このような第３実施例でも、光ファイバ束２６には角度の偏りのない光が入射され、照明光ムラが解消される。

なお、上記拡散面１２ｓ，２４ｓ，２６ｓは、ガラスロッド１２、カバーガラス２４及び光ファイバ束２６の端面に直接加工してもよいし、フィルム状のものを張り付ける等のその他の方法で設けるようにすることもできる。

１…ライトガイド、２…正レンズ、
３…光源、１０…絞り羽根、
１１，２６…光ファイバ束、１２…ガラスロッド、
１４…光源装置、１６，２２…光コネクタ、
２１…空気層、１９，２４…カバーガラス、
１２ｓ，２４ｓ，２６ｓ…拡散面。

Claims

光源からの光の量を調整する絞りと、この絞りからの光を内視鏡先端部へ導くための光ファイバ束と、この光ファイバ束から出射される光を被観察体へ照射する照明レンズとを有する内視鏡の照明光学系において、
上記絞りと光ファイバ束との間に、拡散体を配置したことを特徴とする内視鏡の照明光学系。
上記拡散体として、少なくとも一端に拡散面を設けたガラスロッド又はファイバロッドを配置したことを特徴とする請求項１記載の内視鏡の照明光学系。
上記拡散体として、少なくとも一端に拡散面を形成したカバーガラスを配置したことを特徴とする請求項１記載の内視鏡の照明光学系。
上記拡散体として、拡散作用を持つ材質のカバーガラスを配置したことを特徴とする請求項１記載の内視鏡の照明光学系。
光源からの光の量を調整する絞りと、この絞りからの光を内視鏡先端部へ導くための光ファイバ束と、この光ファイバ束から出射される光を被観察体へ照射する照明レンズとを有する内視鏡の照明光学系において、
上記光ファイバ束の入射端を拡散面に形成することを特徴とする内視鏡の照明光学系。