JP2012217764A - 内視鏡用照明光学系と、内視鏡用照明光学系を有する内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡素な構成で、歪曲収差によって歪曲している観察領域に対応する領域に照明光を出射することで照明効率を容易に向上できる内視鏡用照明光学系と、この内視鏡用照明光学系を有する内視鏡とを提供すること。
【解決手段】 照明光学系３５は、光源３５から出射された照明光を検査対象１３に照射する。また照明光学系３５は、照明光の照明領域３３の形状を、検査対象１３の観察領域２３の形状と相似となるように形成して、相似に形成された照明領域３３を有する照明光を検査対象１３に投影する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内視鏡に配設される内視鏡用照明光学系と、この内視鏡用照明光学系を有する内視鏡とに関する。

一般的に、医療用の内視鏡は例えば生体内の検査対象を観察し、工業用の内視鏡はプラントを観察する。内視鏡は観察時に検査対象とプラントとを照明する必要があり、そのため例えば外部装置としての光源装置が必要となる。内視鏡は、ユニバーサルコードを介して光源装置と接続し、光源装置から出射された照明光を内視鏡の内部に配設されているライトガイドによって検査対象とプラントとに照明する。

また近年、挿入部の細径化のために、光源装置とライトガイドとに代わり、内視鏡は、光源となる光学素子（例えばＬＥＤ素子）を、挿入部の先端部に有している。

また上述した光源装置と接続する内視鏡と、光学素子を有する内視鏡とは、検査対象と、プラントとを観察する観察ユニット（対物ユニット）を有している。一般的に観察ユニットは、広範囲を観察するために、画角を大きくする必要がある。しかし、画角が大きくなると、歪曲収差が大きく発生し、図６に示すよう観察ユニットの観察領域１２３の歪曲は、大きくなる。詳細には、観察領域１２３の外縁１２３ｂは、観察領域１２３の中心部１２３ａに向かって、大きく歪曲する。

上述した光源装置と光学素子とにおいて、照明光の照明領域１３３は、一般的に、ライトガイドの出射端部の形状と光学素子の出射端部の形状とに対応しており、図６に示すように、例えば円形形状を有している。また照明領域１３３は、観察領域１２３全体を照明するため、観察領域１２３よりも大きい。そのため、上述したように歪曲している観察領域１２３の形状と照明領域１３３の形状とにずれが生じ、観察領域１２３に対して、照明領域１３３の無駄な部分が生じてしまう。これにより、照明効率が落ちてしまう。

そのため例えば特許文献１には、元の配光特性を変えることなく、比較的簡単な構成で照明効率の優れた内視鏡用照明系が開示されている。
この内視鏡用照明系は複数のレンズとライトガイドとを有しており、これらレンズはライトガイドよりも前方に配設されている。内視鏡用照明系において、一部のレンズは非球面に成形され、また一部のレンズは斜めにカットされている。これによりレンズは、光軸を中心として、軸対称な屈折作用を有する中心部と、中心部の周辺に配設され、方向によって異なる屈折作用を有する周辺部とを有することとなる。レンズから出射された照明光において、照明光の照明領域の周辺部（外縁側）は、照明領域の中心部に向かって歪曲する。そのため例えば照明領域の形状は観察領域の形状に対応し、照明効率が優れることとなる。

特許第３４７７３１４号公報

上述した光源装置と光学素子とにおいて、歪曲収差は、上述した画角によって変化する。そして観察領域１２３の歪曲具合は、画角に応じて変化する。そのため歪曲収差によって歪曲している観察領域１２３に、ライトガイドの出射端部の形状とＬＥＤ素子の出射端部の形状とを一致させることは容易ではない。このように照明領域１３３の無駄な部分を省き、照明効率を向上させることは容易ではない。

また上述した特許文献１に開示されている内視鏡用照明系において、レンズが複数配設され、一部のレンズは非球面に成形され、また一部のレンズは斜めにカットされているために、構成が複雑となる。

そのため本発明は、上記課題を鑑みて、簡素な構成で、歪曲収差によって歪曲している観察領域に対応する領域に照明光を出射することで照明効率を容易に向上できる内視鏡用照明光学系と、この内視鏡用照明光学系を有する内視鏡とを提供することを目的とする。

本発明は目的を達成するために、光源から出射された照明光を被写体に照射する内視鏡用照明光学系であって、前記光源は、面発光光源であり、前記内視鏡用照明光学系は、前記照明光の前記照明領域の形状を前記被写体の観察領域の形状と相似となるように形成して、相似に形成された前記照明領域を有する前記照明光を前記被写体に投影することを特徴とする内視鏡用照明光学系を提供する。

また本発明は目的を達成するために、上記に記載の内視鏡用照明光学系を有する内視鏡を提供する。

本発明によれば、簡素な構成で、歪曲収差によって歪曲している観察領域に対応する領域に照明光を出射することで照明効率を容易に向上できる内視鏡用照明光学系と、この内視鏡用照明光学系を有する内視鏡とを提供することができる。

図１は、本発明に係る挿入部の先端部と照明領域と観察領域との関係を示す図である。 図２は、本実施形態における照明光学系の構成を示す図である。 図３は、光源の構成を示す図である。 図４は、本実施形態における照明領域の大きさと観察領域の大きさとの関係を示す図である。 図５Ａは、観察領域の形状に対応した形状を有する蛍光体を示す図である。 図５Ｂは、観察領域の形状に対応した発光層を有する有機ＥＬを示す図である。 図６は、一般的な照明領域の大きさと観察領域の大きさとの関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１と図２と図３と図４とを参照して第１の実施形態について説明する。
本実施形態の内視鏡１０は、例えば医療分野と工業分野とに用いられる。以下において、医療分野に用いられることを例として説明する。図１に示すように、内視鏡１０の挿入部１１の先端部には、観察窓２１と、照明窓３１とが配設されている。

観察窓２１の後方、且つ先端部の内部には、被写体である検査対象１３を観察する図示しない観察ユニット（対物光学系）が配設されている。図１と図４とに示すように、観察ユニットの観察領域２３の形状は、図示しないモニタに表示される例えば四角形状の表示画面、言い換えると、観察ユニットにおける図示しない撮像素子の撮像領域に対応する。観察ユニットの画角は、広範囲を観察するために、大きい。これにより、観察ユニットでは、例えば樽型の歪曲収差が発生する。これにより、撮像素子を基準にみると、四角形状の撮像領域に対応する検査対象１３上での観察領域２３において、観察領域２３の外縁２３ｂは、上述した観察ユニットにて発生する歪曲収差によって、観察領域２３の中心部２３ａに向かって狭まるように歪曲する。

照明窓３１の後方、且つ先端部の内部には、検査対象１３を照明する図２に示すような内視鏡用照明光学系（以下、照明光学系３５と称する）が配設されている。そのため照明光学系３５は、照明光を出射する面発光光源である光源３７と、光源３７から出射された照明光を検査対象１３に投影する投影光学系５１とを有している。

図１と図２とに示すように、光源３７は、観察領域２３の形状と相似に形成されている発光面３７ａを有している。この発光面３７ａは、照明光を出射し、検査対象１３に向かって出射する照明光の照明領域３３の形状を、上述した観察ユニットの歪曲収差によって歪曲している観察領域２３の形状に相似させる。発光面３７ａは、照明領域３３の形状を観察領域２３の形状に相似させるために、例えば照明光の照明領域３３の外縁３３ｂを出射方向から見て照明領域３３の中心３３ａに向かって狭めて歪曲させる必要がある。そのため発光面３７ａは、観察領域２３の形状に対応（相似）する形状を有している。つまり図２と図３とに示すように、発光面３７ａは、出射方向から見て発光面３７ａの外縁が発光面３７ａの中心に向かって狭まり歪曲するように、形成されている。このような発光面３７ａは、観察領域２３と同様に、糸巻き型に歪んでいる。

このような光源３７は、例えばＬＥＤ素子によって形成されている。この場合、図３に示すように、光源３７は、上述した形状の発光面３７ａを有し、発光面３７ａから例えば青色の光を出射する発光部４１と、発光部４１が配設される基板となる電極板４３と、発光部４１から出射された光を例えば白色の照明光に波長変換する例えば黄色の蛍光体４５と、蛍光体４５を保持し、電極板４３に載置される保持部材４７とを有している。

発光部４１の形状は、発光面３７ａの形状と同一となっている。つまり発光部４１は、発光部４１の外縁が発光部４１の中心に向かって狭まり歪曲するように、形成されている。

電極板４３は、発光面３７ａと同じ形状になる必要はない。電極板４３は、例えば矩形形状を有しており、発光部４１よりも大きい。

電極板４３には、光を出射するために必要な電力を発光部４１に供給する図示しない電線が配設されている。電線は、内視鏡１０の挿入部１１を介して内視鏡１０の図示しないユニバーサルコードを挿通している。ユニバーサルコードが電源と接続することで、電線は電源と接続し、電力が発光部４１に供給される。

蛍光体４５は、例えば矩形形状を有しており、発光面３７ａを覆うように発光面３７ａよりも大きい。蛍光体４５は、光の出射方向において、発光面３７ａよりも前方に配設されている。発光面３７ａから出射された青色の光は、蛍光体４５を透過することで、例えば白色の照明光に変換される。

保持部材４７が電極板４３に載置された際、発光面３７ａの中心点と蛍光体４５の中心点とは、出射方向（光源３７の厚み方向）において同一直線上に配設される。このとき発光面３７ａと蛍光体４５とは密着する。保持部材４７は、例えば蛍光体４５の外縁を保持する枠部材である。保持部材４７は、保持部材４７の内周面に、発光面３７ａから出射された光を蛍光体４５に向けて反射する反射部材を有していてもよい。このように保持部材４７は、リフレクタとなっている。

図１と図２とに示すように、投影光学系５１は、発光面３７ａによって観察領域２３の形状に対して相似となるように形成される照明光の照明領域３３を、観察領域２３の形状よりも大きくなるように、拡大して投影する拡大投影光学系である。図２に示すように、このような投影光学系５１は、光源３７から出射された照明光を集光する集光レンズ５３と、正の屈折力を有し、集光レンズ５３によって集光された照明光を拡大して検査対象１３に投影する投影レンズ５５とを有している。投影レンズ５５が投影する照明光において、この照明光の照明領域３３の形状は、上述したように、発光面３７ａによって観察領域２３の形状に対して相似に形成されている。つまり図１と図４とに示すように、照明領域３３は、照明領域３３の外縁３３ｂが出射方向から見て照明領域３３の中心３３ａに向かって狭まり歪曲している。このとき投影レンズ５５は、照明領域３３の中心３３ａと観察領域２３の中心とが一致し、照明領域３３が観察領域２３よりも大きくなるように、照明光（照明領域３３）を拡大投影する。

集光レンズ５３は、例えば２つの平凸レンズによって形成されているコンデンサレンズである。投影レンズ５５は、凸レンズによって構成されている。
このように照明光学系３５は、光源３５から出射された照明光を検査対象１３に照射する。また照明光学系３５は、照明光の照明領域３３の形状を、検査対象１３の観察領域２３の形状と相似となるように形成して、相似に形成された照明領域３３を有する照明光を検査対象１３に投影する。

次に本実施形態の動作方法について説明する。
光源３７は、照明光を出射する。このとき、発光面３７ａは、観察領域２３の形状に対応する形状を有しており、照明領域３３の形状を観察領域２３の形状に相似させる。これにより照明光の照明領域３３の外縁３３ｂは、出射方向から見て照明領域３３の中心３３ａに向かって狭まり歪曲する。

集光レンズ５３は、この照明光を集光する。また図４に示すように、投影レンズ５５は、集光レンズ５３によって集光された照明光を、照明領域３３の中心３３ａと観察領域２３の中心とが一致し、照明領域３３が観察領域２３よりも大きくなるように、拡大して検査対象１３に投影する。

これにより図１と図４とに示すように、照明領域３３は、発光面３７ａによって観察領域２３に対して相似し、投影光学系５１によって観察領域２３よりも大きくなる。そのため、観察領域２３に対して、照明領域３３の無駄な部分は、図６に比べて削減される。図６に示すように無駄な部分は、例えば照明範囲全体の５０％以上を占めている。しかし、本実施形態の場合、図４に示すように、無駄な部分は、例えば照明範囲全体の３０％を占めるまでに低下し、照明効率が向上する。

なお発光部４１と蛍光体４５とは密着しており、蛍光体４５は発光面３７ａを覆うように発光面３７ａよりも大きい。そのため、光が発光面３７ａから蛍光体４５に向かって出射される際、および照明光が蛍光体４５から投影光学系５１に向かって出射される際、光と照明光との漏れは防止され、照明効率が安定する。

このように本実施形態では、発光面３７ａのみを観察領域２３の形状に対応（相似）させるために、電極板４３と蛍光体４５といった光源３７全体を観察領域２３の形状に対応させる必要はなく、構成を簡素にすることができる。また本実施形態では、発光面３７ａによって、歪曲収差によって歪曲している観察領域２３に対応する照明領域３３を有する照明光を出射することができる。よって本実施形態では、照明光の無駄を省くことができ、照明効率を容易に向上でき、照明効率を安定させることができる。

また本実施形態では、発光部４１と蛍光体４５とは密着しており、蛍光体４５は発光面３７ａを覆うように発光面３７ａよりも大きい。そのため、光が発光部４１から蛍光体４５に向かって出射される際、および照明光が蛍光体４５から投影光学系５１に向かって出射される際、光と照明光との漏れを防止でき、照明効率を安定できる。

また本実施形態では、照明効率を向上できるために、観察領域２３における明るさを向上できる。

また本実施形態では、照明効率を向上できるために、電力の無駄を抑えることができ、光源３７の発熱を抑えることができる。

また本実施形態では、投影光学系５１によって、観察領域２３に対して相似な照明領域３３を観察領域２３に対して拡大して検査対象１３に投影される。これにより本実施形態では、照明光の無駄を省き、照明効率を容易に向上した状態で、観察領域２３全体を照明できる。

またライトガイドが挿入部１１の内部に配設される場合、挿入部１１の先端部は、図示しないライトガイドを先端部に固定するために、ライトガイドの先端部が嵌り込む孔を有する必要がある。照明効率を向上するために、ライトガイドの出射端部の形状の形状が歪曲している観察領域２３の形状に一致する場合、孔の形状は、ライトガイドの出射端部の形状（観察領域２３の形状）に対応させる必要がある。しかし、この場合、孔の加工は、難しい。またライトガイドのための孔と、他の内蔵物（例えば観察ユニット）のための孔との間の肉厚は薄くなる虞が生じる。これにより、孔を含む先端部の加工または成形は、困難となる。また先端部における強度（肉厚）が低下し、内蔵物が傾いてしまうといった不具合が生じ、内蔵物が性能を効率的に発揮できない虞が生じる。
しかしながら本実施形態では、発光面３７ａを直接加工するために、孔の加工を不要にでき、肉厚が薄くなる可能性を解消でき、先端部における強度の低下を防止でき、内蔵物が傾くことを防止でき、内蔵物が性能を効率的に発揮できる。

なお本実施形態では、発光面３７ａを含む発光部４１が観察領域２３の形状に対応する形状を有しているが、これに限定する必要は無く、図５Ａに示すように、蛍光体４５が観察領域２３の形状と相似に形成されていても良い。このとき蛍光体４５は、上述した図３に示す発光面３７ａと同一の形状を有している。つまり蛍光体４５は、蛍光体４５の外縁が蛍光体４５の中心に向かって狭まり歪曲するように、形成されている。またこの場合、例えば、発光面３７ａを含む発光部４１は矩形形状を有している。また蛍光体４５は、発光部４１を覆うように発光部４１よりも大きい。

もちろん発光面３７ａを含む発光部４１と、蛍光体４５との両方が観察領域２３の形状と相似に形成されていても良い。この場合、発光部４１に配設されている発光面３７ａの大きさと、蛍光体４５の大きさとは、略同一である。また出射方向において、発光部４１に配設されている発光面３７ａの位置と、蛍光体４５の位置とは、同一直線上に配設されている。
このように発光部４１と蛍光体４５との少なくとも一方が、観察領域２３の形状に対応する形状を有し、観察領域２３の形状と相似であれば良い。

なお観察領域２３の形状に対応する形状を有する図示しないマスク部材が、発光部４１と蛍光体４５との間、または蛍光体４５の前方に配設されていても良い。

また本実施形態では、光源３７をＬＥＤ素子によって形成しているが、これに限定する必要は無く、図５Ｂに示すように、光源３７は有機ＥＬによって形成されてもよい。この場合、光源３７は、電極板４３となる金属の一方の電極板６１ａと、透明な他方の電極板６１ｂと、電極板６１ａと電極板６１ｂとに挟み込まれ、有機ＥＬ材料によって発光面３７ａとして形成される発光層６１ｃと、電極板６１ｂに載置されて電極板６１ｂを保護する透明なガラス基板６１ｄと、電極板６１ａと電極板６１ｂとに挟み込まれ、発光層６１ｃの周りに配設されている絶縁層６１ｅとを有している。

電極板６１ａには、光を出射するために必要な電力を発光層６１ｃに供給する上述した図示しない電線が配設されている。

発光層６１ｃは、例えば印刷技術によって発光層６１ｃの外縁が発光層６１ｃの中心に向かって狭まり歪曲するように、形成されている。発光層６１ｃは、赤色の光を出射するＲ層６１Ｒと、緑色の光を出射するＧ層６１Ｇと、青色の光を出射するＢ層６１Ｂとを有している。例えばＢ層６１ＢはＧ層６１Ｇに積層し、Ｇ層６１ＧはＲ層６１Ｒに積層している。このとき、各層の中心同士は重なっており、また外縁同士も重なっている。

本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。

１０…内視鏡、１１…挿入部、１３…検査対象、２１…観察窓、２３…観察領域、２３ａ…中心部、２３ｂ…外縁、３１…照明窓、３３…照明領域、３３ａ…中心、３３ｂ…外縁、３５…照明光学系、３７…光源、３７ａ…発光面、４１…発光部、４３…電極板、４５…蛍光体、４７…保持部材、５１…投影光学系、５３…集光レンズ、５５…投影レンズ、６１ａ…一方の電極板、６１ｂ…他方の電極板、６１ｃ…発光層、６１ｄ…ガラス基板、６１ｅ…絶縁層。

Claims (7)

1. 光源から出射された照明光を被写体に照射する内視鏡用照明光学系であって、
   前記光源は、面発光光源であり、
   前記内視鏡用照明光学系は、前記照明光の前記照明領域の形状を前記被写体の観察領域の形状と相似となるように形成して、相似に形成された前記照明領域を有する前記照明光を前記被写体に投影することを特徴とする内視鏡用照明光学系。
2. 前記面発光光源は、前記観察領域の形状と相似に形成されている発光面を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用照明光学系。
3. 前記発光面は、出射方向から見て前記発光面の外縁が前記発光面の中心に向かって狭まり歪曲するように、形成されていることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡用照明光学系。
4. 前記観察領域の形状に対して相似となるように形成される前記照明光の前記照明領域を、前記観察領域の形状よりも大きくなるように、拡大して投影する投影光学系をさらに具備することを特徴とする請求項３に記載の内視鏡用照明光学系。
5. 前記光源は、光を出射する発光部と、前記発光部から出射された前記光を前記照明光に波長変換する蛍光体とを有するＬＥＤによって形成され、
   前記発光部と前記蛍光体との少なくとも一方は、前記発光面を有していることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の内視鏡用照明光学系。
6. 前記光源は、前記発光面として形成される発光層を有する有機ＥＬによって形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の内視鏡用照明光学系。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の内視鏡用照明光学系を有する内視鏡。

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