JP2014188206A - 内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡本体に照明用の発光素子と発光素子が出射する光を内視鏡先端に導く光伝送手段が設けられた構成において、発光素子の出射光を効率よく光伝送手段に入光することが可能な内視鏡を提供すること
【解決手段】観察対象の内部に挿入される挿入部と、発光素子２２と、入射端面を備え前記発光素子２２の出射光を前記挿入部に導く光伝送手段３５と、前記発光素子２２に対して前記光伝送手段３５を支持するホルダ３７と、を備え、前記ホルダ３７は、前記光伝送手段３５の入射端面が、前記発光素子２２の光出射面から所定距離Ｌ１だけ離間するように、前記光伝送手段２２を支持する。
【選択図】図５

Description

本発明は、外部から直接観察できない観察対象の内部を撮像する内視鏡に関し、特に内視鏡内部に照明用の光源と、光源からの光を内視鏡先端の挿入部に導く光ファイバとが設けられた内視鏡に関する。

従来、内視鏡では、後方に配置された光源からの光を観察対象の内部に挿入される挿入部の先端に導くように構成された照明装置を備えたものが普及している。この照明装置により、施術者は観察対象の内部（体腔内等）を照らしながら内視鏡による観察や撮影等を行うことが可能となっている。

この種の内視鏡を備えた内視鏡システムとして、例えば、挿入部の先端に照明用レンズ（照明用窓）が設けられた内視鏡本体と、照明用の光源が設けられたプロセッサ装置（画像処理装置）とを備え、内視鏡本体に設けられた光源用接続スリーブがプロセッサ装置に接続されることにより、プロセッサ装置内の光源からの光が光源用接続スリーブを介して内視鏡本体内に導かれるものが知られている（特許文献１）。

また、他の例として、内視鏡本体において挿入部の後方に設けられた把持部に光源としての発光素子を内蔵し、発光素子から放射する光を観察部位へ伝送する光ファイバを備え、発光素子の出射端面と、光ファイバの入射端面とを直付け状態で位置決めする技術が開示されている（特許文献２）。

特開２０１２−１２０７４６号公報 特開２００６−０８７９０２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、内視鏡を使用しない状況において、内視鏡とプロセッサ装置とが分離されると、光の経路（光源用接続スリーブおよびそのスリーブの接続孔等）が外部に露出するため、この光の経路に塵埃等が侵入して照明光の照度が極端に低下するおそれがある。

また、特許文献２に開示された技術では、発光素子の光出射面および光ファイバ端面の加工精度および両者の位置決め精度を高水準に維持する必要があり、一般に高コストとなってしまう。逆に位置決め精度を緩和すると光ファイバと発光素子とが強く当接して発光素子が破損するおそれがある。

また、特許文献２では、光ファイバの光入射端に被覆部材を当てて、接着剤によって発光素子に光ファイバ端面を直接的に保持・固定しているが、一般に高出力の発光素子は発熱が大きく、特に有機接着剤を用いた場合に接着剤が溶融してしまう場合がある。ここで、耐熱性が高い無機接着剤を用いることも考えられるが、無機接着剤は硬化被膜が脆く、外部からの衝撃を受けた場合、発光素子から剥がれてしまい、この硬化被膜が発光素子の出射光を遮ってしまうおそれがある。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するべく案出されたものであり、その主な目的は、内視鏡内部に照明用の発光素子と発光素子が出射する光を内視鏡先端に導く光伝送手段とが設けられた構成において、発光素子の出射光を効率よく光伝送手段に取り込むことが可能な内視鏡を提供することにある。

本発明は、観察対象の内部に挿入される挿入部と、発光素子と、その入射端面から入射した前記発光素子の出射光を前記挿入部に導く光伝送手段と、前記発光素子に対して前記光伝送手段を支持するホルダと、を備え、前記ホルダは、前記光伝送手段の入射端面が、前記発光素子の光出射面から所定距離だけ離間するように、前記光伝送手段を支持する内視鏡である。

第１実施形態に係る内視鏡および内視鏡に接続されたビデオプロセッサの概要を示す全体斜視図 内視鏡のプラグ部の構成を示す上面透視図 内視鏡のプラグ部の要部分解斜視図 内視鏡におけるプラグ部の内部構造の要部断面図 ファイバホルダによる光ファイバの支持状態を示す要部側面図 ファイバホルダによる光ファイバの支持状態を示す要部斜視図 ファイバホルダによる光ファイバの支持状態を示す要部上面図

前記課題を解決するためになされた本発明は、観察対象の内部に挿入される挿入部と、発光素子と、その入射端面から入射した前記発光素子の出射光を前記挿入部に導く光伝送手段と、前記発光素子に対して前記光伝送手段を支持するホルダと、を備え、前記ホルダは、前記光伝送手段の入射端面が、前記発光素子の光出射面から所定距離だけ離間するように、前記光伝送手段を支持する構成を備えるものである。

これによって、発光素子の光出射面に光伝送手段の光入射端面が接触しなくなり、発光素子の光出射面が傷つくことがなく、更に寸法公差の許容値を大きくすることができることから、部品単価を抑えることができ、内視鏡全体のコストを低減することが可能となる。

また、本発明は、前記ホルダに前記光伝送手段を接着することで、前記発光素子の光出射面に対して前記入射端面を位置決めするようにしたものである。

これによって、発光素子に対する光伝送手段の位置決めを、発光素子から離間した位置で行うことで、発光素子が発生する熱によって、接着剤の溶融や劣化を防止することが可能となる。

また、本発明は、前記ホルダは、前記光伝送手段を前記発光素子まで案内する第１ガイドおよび第２ガイドを備え、前記第２ガイドを、前記ホルダに設けた穿孔部で構成し、前記光伝送手段は、前記第１ガイドによって延伸方向を変えられ、前記第１ガイドによって延伸方向を変えられた光伝送手段は、前記第２ガイドによって前記発光素子まで導かれるように構成したものである。

これによって、内視鏡を構成する挿入部から引き込まれる光伝送手段の延伸方向を変えて発光素子に導くことで、発光素子を搭載する基板の設置角度を調整することが可能となり、内視鏡を構成する構成要素のレイアウトの自由度が向上する。また、光伝送手段は第１ガイドによって曲げられており、光伝送手段自体の弾性によって穿孔部である第２ガイド内部の側壁に押圧されるため、光伝送手段が穿孔部内で移動することを防止することが可能となる。

また、本発明は、前記第１ガイドを、前記ホルダに設けた溝部で構成したものである。

これによって、金型成形または切削といった簡易な加工によってホルダ上にガイドを形成することが可能となる。また、溝部は単純な構成であり、容易に所望の形状が得られることから、不必要な応力を与えることなく光伝送手段を案内することが可能となる。

また、本発明は、前記第１ガイドを構成する溝部は、所定の曲率を有する円弧形状をなし、前記円弧形状の溝部によって前記光伝送手段の延伸方向を前記発光素子の光出射面の法線方向に変えるように構成したものである。

これによって、発光素子に至る経路において、光伝送手段に不必要な応力が作用することが防止でき、光伝送手段の入射端面が、発光素子の光出射面から所定距離だけ離間した状態を維持することが可能となる。

また、本発明は、前記光伝送手段を複数の光ファイバで構成したものである。

これによって、１個の発光素子が出射する光を複数の光ファイバを用いて伝搬することで、内視鏡の挿入部の先端から様々な角度、方向に照明用の光を出射することが可能となる。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、説明における方向については、原則として各図中の方向の記載に従うものとする。

図１は、第１実施形態に係る内視鏡２および内視鏡２に接続されたビデオプロセッサ３の概要を示す全体斜視図である。内視鏡システム１は、医療用の軟性鏡である内視鏡本体（以降、単に「内視鏡」と呼称する）２と、観察対象の内部を撮影して得られた静止画および動画に対して所望の画像処理等を行うビデオプロセッサ（プロセッサ装置）３とから主として構成される。内視鏡２は、観察対象（ここでは、人体）の内部に挿入される挿入部５と、挿入部５の後部で接続されて挿入部５を支持するプラグ部６とを備える。

ビデオプロセッサ３は、略直方体状をなす金属製の筐体を有し、その筐体には、プラグ部６が連結されるソケット部７が収容されている。ソケット部７は、ビデオプロセッサ３の筐体の前壁３ａにおいて略矩形状に開口する開口部８を有しており、この開口部８にプラグ部６の後部６ａが挿入されることにより、プラグ部６がソケット部７に連結される。これにより、内視鏡２は、ビデオプロセッサ３との間で電力受給や各種信号（映像信号、制御信号など）を送受信する。なお、プラグ部６は、内視鏡２とビデオプロセッサ３との連結操作またはその連結解除操作などのように、ユーザが内視鏡２を取り扱う際に把持される部位となる。

挿入部５は、前後方向と垂直な方向に円形断面を有すると共に、観察対象に対して適正な長さを有している。挿入部５は、プラグ部６に後端が接続された可撓性の軟性部１１と、この軟性部１１の前端に連なり挿入部先端を形成する硬性部１２とを有している。軟性部１１の外周部は、可撓性の材料から形成されており、また、硬性部１２の外周部は、剛性の高い部材から形成されている。挿入部５の内部空間は、プラグ部６との連通を除いて密閉状態にあり、塵埃等の侵入が防止されている。

また、挿入部５内には、上述した映像信号や制御信号を送受信する伝送ケーブル３６（図４参照）、患部等を照明する照明光を伝送する光ファイバ３５（光伝送手段。図４参照）、患部を洗浄する水を搬送する注水パイプ（図示せず）等が配設されている。

硬性部１２には、観察部位の撮像に用いられる撮像ユニット（図示せず）が収容されている。この撮像ユニットは、対物光学系をなすレンズユニットや固体撮像素子等を含む周知の構成を有している。硬性部１２の前端部１２ａは透光性の光学材料からなり、照明光が出射される照明用レンズとして機能する。上述した光ファイバ３５はプラグ部６、挿入部５を経由して、硬性部１２の前端部１２ａまで延在している。

図２は、内視鏡２のプラグ部６の構成を示す上面透視図である。以降、プラグ部６の概略構成、特にプラグ部６内における光ファイバ３５の引き回しについて説明する。

プラグ部６は、その前方にファイバ支持基板９５と後方に光源ユニット３０とを備える。光源ユニット３０は、後に詳細に説明するように、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップを含む発光素子（以降、「ＬＥＤモジュール」と呼称する）２２を備える（図５等を参照）。ＬＥＤモジュール２２の光出射面から出射された光は、複数の光ファイバ３５の束に取り込まれる。このように、ＬＥＤモジュール２２が出射する光を複数の光ファイバ３５を用いて伝搬することで、内視鏡２の挿入部５の先端から様々な角度、方向に照明用の光を出射することが可能となる。ＬＥＤモジュール２２の上方において、光ファイバ３５の束はファイバホルダ３７で一旦支持されて前方に延伸され、ファイバ支持基板９５を経由して更に挿入部５へと延伸される。

ここで、個々の光ファイバ３５は、いわゆる多成分ガラスによって構成され、第１実施形態では光ファイバ３５の束を径が５０μｍのものを５６本束ねて構成している。光ファイバ３５の径を上述のものとした場合、光ファイバ３５の束の太さは０．５ｍｍ程度となる。なお、径の異なる２種類の光ファイバ３５、例えば３０μｍおよび５０μｍの２種類のものを一緒に束ねてもよい。

光が伝搬するルートの順に従えば、光ファイバ３５の束は、ファイバホルダ３７においてＬＥＤモジュール２２の直上に設けられたガイド孔（第２ガイド、穿孔部）３７ｂから真上に引き出され、ガイド溝（第１ガイド、溝部）３７ａを通って前方に延伸される。そして、光ファイバ３５の束はファイバホルダ３７の前方にてガイド溝３７ａから離脱する際に、右方に進路が変更されて、ファイバ支持基板９５へ引き込まれる。光ファイバ３５の束は、ファイバ支持基板９５に設けたファイバ係止部材９５ａ〜９５ｄによって、ファイバ支持基板９５上で略楕円形状を描くように引き回されて係止される。そして、光ファイバ３５は、ファイバ支持基板９５上を１周するとファイバ係止部材９５ｅによって延伸方向が変えられて、挿入部５の方向（前方）に導かれる。ただし、束を構成する各光ファイバ３５は全体を拘束されておらず（即ち、結束されておらず、または束全体が被覆等されていない）、個々の光ファイバ３５はファイバ係止部材９５ａ〜９５ｄによって群として係止されている。また、ファイバ係止部材９５ａ〜９５ｅによる係止は緩やかなものであり、光ファイバ３５はファイバ支持基板９５が構成する平面上を変位自在（移動自在）に支持されている。ただし上下方向については、ファイバ係止部材９５ａ〜９５ｅによって変位は規制されている。

後述するように、ＬＥＤモジュール２２の光出射面と対向する位置において、光ファイバ３５の光入射端面（光ファイバ３５の後端）は所定の位置に固定されている。一方、挿入部５の先端（硬性部１２の前端部１２ａ）においても、光ファイバ３５の先端は、照明用光学系の位置に依存して個別に固定されている。このように光ファイバ３５の先端および後端の位置は固定されており、光ファイバ３５を構成する個々のファイバの長さには公差があり、更に、軟性部１１は内視鏡２の使用状況に応じて変位することから、各光ファイバ３５の長さを調整等する機構が必要となる。第１実施形態では、ファイバ支持基板９５上で光ファイバ３５を一周させる状態として、ファイバ支持基板９５において光ファイバ３５の移動を許容することで、各光ファイバ３５の長さを調整するとともに、特定の光ファイバ３５に張力・応力が集中しないようにいる。

図３は、内視鏡２のプラグ部６の要部分解斜視図、図４は、内視鏡２におけるプラグ部６の内部構造の要部断面図である。以降、図３および図４を用いてプラグ部６の内部構造について説明する。

図３に示すように、プラグ部６は、その筐体（外殻）の上側を構成する上プラグカバー２０と、この上プラグカバー２０と結合して筐体の下側を構成する下プラグカバー２１とを有している。上下のプラグカバー２０、２１は、樹脂材料（ここでは、ポリプロピレン）からなり、それらの結合状態において、前方に向けて先細り状の内部空間Ｓ１を形成する前部２０ａ、２１ａを有している。前部２０ａ、２１ａの先端に形成される開口２ａには、挿入部５からの光ファイバ３５および伝送ケーブル３６が通される。

挿入部５の先端に設けられたＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子（図示せず）で撮像され、撮像素子内でディジタル化された画像データは、伝送ケーブル３６を介して一旦ＬＥＤ基板２３で中継され、ＬＥＤ基板２３の後端を構成する端子部４１からビデオプロセッサ３へと送られる。また逆に、撮像素子を制御する制御信号等が伝送ケーブル３６を介して挿入部５に送られる。

また、上下のプラグカバー２０、２１は、それらの結合状態において、略直方体状の内部空間Ｓ２を形成する後部２０ｂ、２１ｂを有している。内部空間Ｓ２には、図２に示す光源ユニット３０やファイバ支持基板９５等の各部品または部材が収容される。

内部空間Ｓ２を画成する下プラグカバー２１の底壁３９には、板ばね２７を露出する略矩形の切欠き部４０が形成されている。なお、切欠き部４０の構成は種々の変更が可能であり、例えば、切欠き部４０の代わりに１以上の開口を設けることも可能である。

さて、上述のように上下のプラグカバー２０、２１の間には光源ユニット３０が設けられている。以降、図３および図４を用いて光源ユニット３０の構成について詳細に説明する。図３に示すように、光源ユニット３０は、ＬＥＤ基板２３と、固定板２５と、ファイバホルダ３７と、板ばね２７と、ホルダ部材２８とで構成される。

まず、ＬＥＤ基板２３について説明する。ＬＥＤ基板２３は、ガラスエポキシで構成された絶縁性の基材上に所定のパターンで銅箔を形成したものである。ＬＥＤ基板２３にはＬＥＤモジュール２２が搭載されている。ＬＥＤモジュール２２は略直方体形状をなし、その上面にガラスで構成された光出射面を備える。ＬＥＤモジュール２２は、内部に高輝度（例えば、出力２Ｗ）の白色ＬＥＤチップを包含しており、光出射面から照明光を出射する。

ここで、ＬＥＤ基板２３を構成するガラスエポキシの熱伝導率は常温（２７℃）で０．４７１Ｗ／ｍ・Ｋである。他方、銅の熱伝導率は４０２Ｗ／ｍ・Ｋであり、ガラスエポキシよりも効率よく熱を伝達する。第１実施形態では、この銅箔を約７０μｍ程度に積層している。更に、当該銅箔を形成した部分においてＬＥＤ基板２３の表裏は銅を充填したｖｉａホールで連結されている。一般に高輝度のＬＥＤになるほど発熱が大きいが、上述の構成によってＬＥＤ基板２３自体の熱伝導導性を改善し、ＬＥＤモジュール２２が発生する熱をＬＥＤ基板２３の全体に拡散している。

ＬＥＤ基板２３において、平面視において矩形状を有する基板本体の後端側には、ビデオプロセッサ３と電気的に接続するための端子部４１が設けられている。ＬＥＤ基板２３には、ＬＥＤモジュール２２の温度を監視する温度センサ（図示せず）が備えられ、端子部４１を介してやりとりされるセンサ出力信号、制御信号に基づいて、ＬＥＤモジュール２２の出射光量はビデオプロセッサ３によって制御される。なお、ＬＥＤ基板２３に、温度センサの他にＣＰＵ（Central Processing Unit）や、発光継続時間に基づくＬＥＤ制御情報等を格納する不揮発性メモリ等を配置し、ＬＥＤ基板２３内で閉じた光量制御部を構成してもよい。このＬＥＤ基板２３と、ＬＥＤモジュール２２と、光ファイバ３５及び照明用レンズ等とから内視鏡システム１の照明装置が構成される。

次に固定板２５について説明する。固定板２５は、熱伝導特性に優れ、かつ加工精度を確保しやすい金属材料（ここでは、アルミニウム）を基体として表面を絶縁加工したものである。固定板２５は平面視において略矩形状をなす。固定板２５の前縁および後縁には、それぞれ前方および後方に突設された凸部４６、４７が形成されている。また、固定板２５の左右側縁には、その前端および後端においてそれぞれ側方に向けて延設された対をなす凸部４８、４９が形成されている。また、固定板２５の上面には、ＬＥＤ基板２３の各位置決め孔４３の径にそれぞれ対応する位置に配置された円形突起（位置決めピン）５１が設けられている。ＬＥＤ基板２３に設けた貫通孔４２に螺子８９ａを挿通し、固定板２５の螺子穴５０に螺着することでＬＥＤ基板２３が固定板２５に取り付けられる。なお、固定板２５とＬＥＤ基板２３との間に、絶縁性および熱伝導特性に優れる絶縁シート（例えば、放熱用シリコーンゴム）を挟んでもよい。

次に、ファイバホルダ３７について概略を説明する。ファイバホルダ３７は、固定板２５と同様に金属材料（ここでは、アルミニウム）で構成されたブロック状の部材である。ファイバホルダ３７は、ＬＥＤモジュール２２の出射光を内視鏡２の挿入部５の先端まで導く光ファイバ３５の後端側を保持して、光ファイバ３５をＬＥＤモジュール２２近傍から挿入部５側へと導く。後に詳細に説明するように、ファイバホルダ３７の上面にはガイド溝３７ａが設けられ、後部にはファイバホルダ３７を上下方向に貫通するガイド孔３７ｂが形成されている（図２、図７等参照）。これらのガイドによって光ファイバ３５がＬＥＤモジュール２２の光出射面まで導かれる。

ファイバホルダ３７の前方左側および後方右側には、ファイバホルダ３７から突出する取付片９１，９１がファイバホルダ３７の底面と面一に設けられており、取付片９１，９１に螺子８９ｂを挿通し、固定板２５の螺子穴２５ａに螺着することでファイバホルダ３７が固定板２５に取り付けられる。なお、ＬＥＤ基板２３には開口２３ａが設けられており、後方の取付片９１に挿通された螺子８９ｂは開口２３ａを介して固定板２５に螺着される。

加工性に優れるアルミニウムで構成した固定板２５に、円筒突起５１でガイドしてＬＥＤ基板２３を固定することで、両者は高精度に位置決めされる。他方、同様にアルミニウムで構成したファイバホルダ３７は固定板２５に固定され、結果的に、ファイバホルダ３７とＬＥＤ基板２３とは、相互に高精度に位置決めがなされる。

第１実施形態では、ＬＥＤモジュール２２の光出射面から出射される光をいかにして光ファイバ３５に効率よく取り込めるかが重要となる。この際、ＬＥＤモジュール２２の光出射面と光ファイバ３５の端面とが互いに平行配置されているのが理想的である。シミュレーションによれば、両者を平行配置したときの光利用効率（取り込み光量／全出射光量）を１００とし、光利用効率が９０に低下するまでを許容範囲とすると、ＬＥＤモジュール２２を搭載するＬＥＤ基板２３と、光ファイバ３５の束を支持するファイバホルダ３７とは、相対的に約５ｄｅｇ以下の傾斜が許容される。これは、ＬＥＤ基板２３に０．２ｍｍの凹凸差あっても達成できる角度であり、ＬＥＤ基板２３としてガラスエポキシ基板を採用できる根拠となっている。

次に板ばね２７について説明する。板ばね２７は、薄い（ここでは、０．１ｍｍの厚さを有する）金属材料（ここでは、ステンレス）からなり、平面視において略矩形状をなす底壁２７ａと、底壁２７ａの前縁から上方に延びる前壁２７ｂと、底壁２７ａの後縁から上方に延びる後壁２７ｃとを有している。前壁２７ｂおよび後壁２７ｃの幅方向中央には、固定板２５を取り付けるための矩形の取付孔２７ｄ、２７ｅがそれぞれ形成されている。前壁２７ｂの上部は前斜め上方に傾斜するように折り曲げられており、また、後壁２７ｃの上部は、略水平となるように前方に折り曲げられている。底壁２７ａの後端側には、図４にも示すように、後壁２７ｃの下縁側に向けて上方に傾斜する傾斜面６２が形成されている。

次にホルダ部材２８について説明する。ホルダ部材２８は、金属材料（ここでは、アルミニウム）から構成され、上プラグカバー２０の上壁と対向するように配置される上壁２８ａと、この上壁２８ａの前部および後部に間隔をおいて左右側縁からそれぞれ下方に延出するように形成された対をなす脚片２８ｂ、２８ｃとを有している。脚片２８ｂ、２８ｃの下部には、それぞれ固定板２５の凸部４８、４９が嵌め込まれる切欠き部６４、６５が設けられている。

ホルダ部材２８は、光源ユニット３０を構成する各部品や部材を保持する。即ち、ＬＥＤ基板２３、ファイバホルダ３７および板ばね２７は固定板２５に支持され、固定板２５はホルダ部材２８に支持される。そして、ホルダ部材２８は上プラグカバー２０と下プラグカバー２１とに挟まれて固定されている。

このような構成とすることで、ＬＥＤモジュール２２から発生する熱は、まず銅箔で被覆されたＬＥＤ基板２３の全体に拡散し、その後固定板２５、板ばね２７の順に伝達していく。そして、ＬＥＤ基板２３をソケット部７に連結すると、ＬＥＤ基板２３はビデオプロセッサ３と端子部４１とを介して電気的に接続されるとともに、板ばね２７を介して熱的にも接続され、ビデオプロセッサ３側に熱が伝達して、図示しない冷却ファン等によって放熱が行われる。

また、図４に示すように、光源ユニット３０が配置されたプラグ部６の内部空間Ｓ２には、ポッティング剤７１が注入されている。これにより、プラグ部６の後部の開口７２は、ＬＥＤ基板２３の端子部４１の露出を除いてポッティング剤７１により閉鎖されている。また、下プラグカバー２１の下部は板ばね２７の底壁２７ａによって閉鎖されている。このような構成により、プラグ部６の内部空間Ｓ１、Ｓ２は、挿入部５との連通を除けば密閉状態にあり、非使用時（プラグ部６をソケット部７から抜いた状態）における塵埃等の侵入や、内視鏡２の高温滅菌処理時における高温蒸気等の侵入が防止される。また、ポッティング剤７１の断熱効果により、ユーザによって把持されるプラグ部６部の筐体が高温となることが回避される。

図５は、ファイバホルダ３７による光ファイバ３５の支持状態を示す要部側面図であり、図６は、ファイバホルダ３７による光ファイバ３５の支持状態を示す要部斜視図であり、図７は、ファイバホルダ３７による光ファイバ３５の支持状態を示す要部上面図である。以降、図５ないし図７を用いて、ファイバホルダ３７によって光ファイバ３５の束を支持する構成、特にＬＥＤモジュール２２の光出射面と光ファイバ３５の端面との位置関係を固定する構成について詳細に説明する。

なお、図５は側面図であるが、説明を容易にするためファイバホルダ３７を透視して想像線を記載している。また図６は斜視図であるが、同様の理由でファイバホルダ３７を透視した状態を描いている。また、以降の説明では、図４を用いて説明したポッティング剤７１が除去された状態を想定している。

図示するようにファイバホルダ３７は、その上面に前後方向に連なるガイド溝３７ａが形成されている。ガイド溝３７ａは、金型成形により、あるいはファイバホルダ３７を切削加工して形成され、その幅は、光ファイバ３５の束の径（ここでは、０．５ｍｍ）よりも、左右方向に２５μｍずつ大きく形成されている。このようにガイド溝３７ａは単純な構成であり、所望の形状が容易に得られることから、後述するように、光ファイバ３５に不必要な応力を与えることなく、光ファイバ３５の束を案内することができる。

また、図５に示すように、側面視においてファイバホルダ３７を透視すると、ガイド溝３７ａの底面は、太い破線として描く軌跡を有している。即ち、当該軌跡は、ファイバホルダ３７の前部においては、前後方向に連なる水平領域を有し、更に後部では仮想円Ｃ１の一部からなる半径ｒの円弧状領域（スロープ）を有する。そして前部の水平領域と後部の円弧状領域との間は滑らかに連結されている。なお、第１実施形態では、光ファイバ３５の曲率半径の限度は３ｍｍであるのに対し、円弧状領域の半径はｒ＝４．５ｍｍに設定している。

更に、ファイバホルダ３７の後部において、光ファイバ３５がガイド溝３７ａから離脱する部分（部位Ｐ２）の下部には、固定板２５およびＬＥＤ基板２３の主面と平行な面をなすステージ部３７ｆが設けられている。上下方向におけるステージ３７ｆの位置は、仮想円Ｃ１の中心Ｏ１の位置と一致している。そして、このステージ部３７ｆには、上下方向（即ち、ＬＥＤ基板２３に搭載されたＬＥＤモジュール２２の光出射面の法線方向）に、ガイド孔３７ｂが形成されている。ガイド孔３７ｂはステージ部３７ｆを上下方向に貫通し、ガイド孔３７ｂの軸線は、ＬＥＤモジュール２２に搭載されたＬＥＤチップ（図示せず）の発光中心のほぼ直上となるように設けられている。

ただし、後述するように、ガイド孔３７ｂに挿入された光ファイバ３５の束は、ガイド孔３７ｂの後方の側壁に押圧されることから、この状態を考慮してガイド孔３７ｂの軸線が発光中心より若干（後述のＬ３＝２５μｍ程度）前方となるようにガイド孔３７ｂを形成しておくのが望ましい。

ステージ部３７ｆの上方においては、光ファイバ３５の束が中空に配置される。そして中空にある光ファイバ３５は、ファイバホルダ３７の後部において仮想円Ｃ１を下方に延長した軌跡を描いて（より正確には、ステージ部３７ｆの上方の空間において、仮想円Ｃ１を延長した軌跡にガイド溝３７ａの底面が存在すると仮定して、この仮定のガイド溝３７ａにより支持された状態で）、ガイド孔３７ｂに導かれる。

ガイド孔３７ｂは上面視で円形状をなし、ステージ部３７ｆにおける第１開口３７ｇにはＣ面取りが施されている。このＣ面取りがなされた部分を除いて、ガイド孔３７ｂの直径は光ファイバ３５の束の径よりも５０μｍだけ大きく設定されている。第１実施形態においては、光ファイバ３５の束の径は０．５ｍｍであるから、光ファイバ３５の束の軸がガイド孔３７ｂの軸線に沿って挿入されたとすると、光ファイバ３５の束の外周とガイド孔３７ｂとは２５μｍ（Ｌ３）だけ離間することになる。

また、ファイバホルダ３７の下面において、ステージ部３７ｆを貫通したガイド孔３７ｂの第２開口３７ｈと対向する部分には、ＬＥＤモジュール２２の上部を含む全周囲にわたって空隙部３７ｃが設けられている。そして、空隙部３７ｃにおいて、ファイバホルダ３７の下面（第２開口３７ｈが開口する面）と、ステージ部３７ｆの上面との間隔はＬ２＝５ｍｍとされている。即ち、ステージ部３７ｆを貫通するガイド孔３７ｂは上下方向に５ｍｍの長さを備える。このようにガイド孔３７ｂを５ｍｍ程度とすることで、金型成形によってファイバホルダ３７を製造できるようになる。もちろん、ファイバホルダ３７にドリルを用いて穿孔してもよい。

光ファイバ３５は前方（挿入部５側）よりファイバホルダ３７に延在されており、ガイド溝３７ａの水平領域を経た後、滑らかに円弧状領域に入り、円弧状領域によってそれまでの水平方向（前後方向）から、一旦上方に導かれたのち、水平方向に対して時計回りに９０゜の方向転換をされて、下方向にガイド孔３７ｂに導かれる。このような構成を採用することで、ＬＥＤモジュール２２を搭載するＬＥＤ基板２３の設置角度を調整すること、即ち、ＬＥＤ基板２３を水平配置することが可能となり、内視鏡２を構成する各要素のレイアウトの自由度が向上する。

ここで、ガイド孔３７ｂの第１開口３７ｇは、ステージ部３７ｆにおいて、ＬＥＤモジュール２２の光出射面の法線（ＬＥＤの発光中心における法線）と光ファイバ３５を案内する円弧を含む仮想円Ｃ１の接線とが一致する位置に設けられている。なお、より正確には、図５に点Ｐ３として示す位置に第１開口３７ｇの開口端が設けられている。この構成によって、ＬＥＤの発光中心における法線は、光ファイバ３５の束の軸線と略一致する。

ガイド孔３７ｂに挿入された光ファイバ３５の束は、上述したように、もともとの延在方向（前後方向）に対して下方に略９０゜の方向転換が施されていることから、光ファイバ３５の束は弾性によって上下方向から前後方向（水平方向）に変位しようとする。ところが上下方向におけるステージ３７ｆの位置と、仮想円Ｃ１の中心Ｏ１の位置とを一致させて、ステージ部３７ｆに第１開口３７ｇを設けると、当該第１開口３７ｇ（点Ｐ３）において、光ファイバ３５の弾性による復元力は、上下方向のベクトルを含まず、光ファイバ３５は弾性によってガイド孔３７ｂの側壁（特に、後方の側壁）に押圧されることになる。

つまり、光ファイバ３５の弾性に基づく復元力は、ガイド孔３７ｂの内部において実質的に前後方向のみに発生するため、後述する接着部位（図５に示す部位Ｐ１，部位Ｐ２）において光ファイバ３５を固定しておけば、一旦ガイド孔３７ｂに挿入された光ファイバ３５の束が上下方向に移動することはないのである。なお、特定の溶液をガイド孔３７ｂに注入して、ガイド孔３７ｂの内壁に化学的に梨地面を付与することができる。このようにしてガイド孔３７ｂの内壁の摩擦係数を高めると、更に光ファイバ３５の束の移動が防止される。

ファイバホルダ３７において、光ファイバ３５の束は、図５に示す部位Ｐ１と部位Ｐ２とにおいて接着剤により接着される。部位Ｐ２の位置は、光ファイバ３５の束がガイド溝３７ａからステージ部３７ｆの上部に抜け出る直前に設定されている。これによって、仮想円Ｃ１の延長線上に配置された光ファイバ３５の延伸方向と、ＬＥＤモジュール２２の光出射面の法線方向とが一致する部位（即ち、仮想円Ｃ１とこの中心Ｏ１を通過する水平線との接点）の極めて近傍で光ファイバ３５の束が固定されることとなる。

上述したように上下方向におけるガイド孔３７ｂの長さを５ｍｍとしているため、部位Ｐ１および部位Ｐ２は、ＬＥＤモジュール２２から少なくとも５ｍｍ以上離間している。このように光ファイバ３５の束を固定する部位をＬＥＤモジュール２２から離間させることで、接着剤の耐熱性を考慮する必要がなくなる。

一般に、有機系の接着剤の耐熱温度は６０〜８０℃とされており、高出力のＬＥＤのジャンクション温度はこれを越える場合がある。本発明によれば、このようにＬＥＤモジュール２２自体が高温になっても、接着剤が溶融するようなことはない。これによって、第１実施形態の内視鏡２では、光ファイバ３５の固定用に例えば有機系のＵＶ硬化型接着剤を用いることが可能となる。

もっとも、熱による劣化に対する信頼性を更に担保するために、例えば部位Ｐ１に有機系の接着剤を用い、部位Ｐ２に無機系の接着剤を用いるようにしてもよい。この場合でも、少なくとも部位Ｐ１についてはＵＶ硬化型接着剤が利用可能であることから、部位Ｐ１において光ファイバ３５の束をファイバホルダ３７に簡易に仮留めできるため、製造工程が短縮されて低コスト化に寄与できる。

さて、第１実施形態では、ファイバホルダ３７とＬＥＤ基板２３を固定板２５に組み付けた状態で、空隙部３７ｃにおけるファイバホルダ３７の下面（第２開口３７ｈの開口が設けられた面）と、ＬＥＤモジュール２２の光出射面との間をＬ１＝０．１ｍｍだけ離間させている。即ち、上述したように、図５に示すＬ１＝０．１ｍｍであるから、光ファイバ３５の束の端面は、ファイバホルダ３７の下面と一致させるように調整される。このような調整を行うことで、ＬＥＤモジュール２２の光出射面に光ファイバ３５の束の端面（光入射端面）が接触しない状態が維持され、ＬＥＤモジュール２２の光出射面が機械的に傷つくことが防止される。更にこの構成に従えば、寸法公差の許容値を大きくすることができることから、部品単価を抑えることができ、内視鏡全体のコストが低減される。

以降、ファイバホルダ３７の下面とＬＥＤモジュール２２の光出射面との間に０．１ｍｍの空隙を設ける調整工程について説明する。調整工程には図示しない治具が使用される。当該治具は、上述した固定板２５に実装されたＬＥＤ基板２３およびＬＥＤ基板２３に実装されたＬＥＤモジュール２２を模擬した部材（もちろん、実物を流用してもよい）を含み、更にＬＥＤモジュール２２の光出射面を想定した面上に高さＬ１の規制部材を有している。このＬ１は上述したように例えば０．１ｍｍに設定されている。

このように構成された治具に対し、作業者は固定板２５を模擬した部材にファイバホルダ３７を取り付ける（図３に示すのと同様、螺子８９ｂを用いて螺着する）。そうすると、上述した規制部材によって、ファイバホルダ３７の空隙部３７ｃが占められ、空隙部３７ｃに設けたガイド孔３７ｂの第２開口３７ｈが閉塞される。

なお、束を構成する各光ファイバ３５の端部は、他の治具によって、予め束の端面を面一とするような加工が施されている。具体的には、複数の光ファイバ３５を把持した後に一度前方に過剰に突き出した後、光ファイバ３５の端面が所定の前端面に揃うように押し戻すことで複数の光ファイバ３５の端面が面一に揃えられる。そして、光ファイバ３５の端部は例えばアルコールのような揮発性の液体に浸される。液体に浸すことで、毛管現象によって複数の光ファイバ３５の間の空隙に液体が侵入し、液体の表面張力によって各光ファイバ３５の相互の位置関係が保たれる。光ファイバ３５の束の軸方向（長さ方向）に液体が侵入することで各光ファイバ３５の間には面としての保持力が生じ、特に光ファイバ３５の軸方向については実質的にリジットな１つの構造物とみなすことができ、作業中に光ファイバ３５の束の端面が凹凸状になることや、端部において各光ファイバ３５がばらけることが防止される。

この状態で、作業者はステージ部３７ｆに設けられた第１開口３７ｇを介してガイド孔３７ｂに光ファイバ３５の束を挿入する。その後光ファイバ３５の束の端面が、治具の規制部材（図示せず）に当接するまで押し込んだ後、光ファイバ３５の束をガイド溝３７ａに沿わせて変形させる。上述したように、光ファイバ３５の束は点Ｐ３（ガイド孔３７ｂの第１開口３７ｇ）における仮想円Ｃ１の接線を経由して、そのままガイド溝３７ａによって円弧状領域に案内されるため、作業者は光ファイバ３５には不必要な応力が加えることなく、スムーズに引き回すことができる。

そして作業者は、引き回した光ファイバ３５の束の下面を、ガイド溝３７ａの底に接触させておいて、まず部位Ｐ１に有機系のＵＶ硬化型接着剤を塗布し、当該塗布部分にＵＶ照射を行って光ファイバ３５の束をファイバホルダ３７に仮固定する。光ファイバ３５の束の端面が治具の規制部材に当接し、かつ引き回された光ファイバ３５がガイド溝３７ａの底面に接触している状態で部位Ｐ１を固定すると、上述したように、ステージ部３７ｆに設けられた第１開口３７ｇにおいては、光ファイバ３５には前後方向の力しか発生しないため、光ファイバ３５はガイド孔３７ｂ内を上下方向に動くことができない。

そして、部位Ｐ１における接着が完了した後、作業者は、部位Ｐ２において光ファイバ３５の束をファイバホルダ３７に接着する。部位Ｐ２では、有機系、無機系のいずれの接着剤を使用してもよい。部位Ｐ２で光ファイバ３５の束をファイバホルダ３７に接着し、これが硬化した時点で調整作業が完了する。なお、上述した水平領域、または水平領域と後部の円弧状領域の間において、ガイド溝３７ａに光ファイバ３５の束を接着しても構わない。また、水平領域、または水平領域と後部の円弧状領域の間において、ガイド溝３７ａの底面に光ファイバ３５の束を接触させることは必須ではなく、光ファイバ３５の束は左右方向（図７参照）に動きを規制されていればよい。

最終的に光ファイバ３５の束の端部（後端）は、ファイバホルダ３７の空隙部３７ｃにおいて、第２開口３７ｈから突出することなく、空隙部３７ｃにおけるファイバホルダ３７の底面と同一の高さＬ１に維持される。このようにして、ＬＥＤモジュール２２の光出射面に対して光ファイバ３５の束の光入射端面が位置決めされる。

この後、作業者は、光ファイバ３５の束を接着したファイバホルダ３７を治具から取り外し、これを実際の固定板２５に螺着する。なお、上述したアルコール等の液体は、光ファイバ３５の束をファイバホルダ３７に接着した後に揮発するため、内視鏡２を構成する要素には何ら影響を与えない。

なお、内視鏡２で用いる発光素子２２としては、比較的小型のＬＥＤが好ましいが、これに限らず他の周知の光源が用いられてもよい。第１実施形態では、ＬＥＤモジュール２２の光出射面と光ファイバ３５の束の光入射面との間には結合光学系が備えられていない。ここで光ファイバ３５の束は直径約０．５ｍｍであるから、少なくともこれよりも大きい発光領域を有するＬＥＤや、ＥＬ光源等を用いることで、光ファイバ３５により高効率に光を取り込むことが可能となる。

また、内視鏡２に接続される放熱用装置としては、電気的な接続と熱的な接続とを同時に行うことができる利便性からビデオプロセッサ３が好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。

また、第１実施形態では、ファイバホルダ３７にガイド溝３７ａを設けているが、このように「溝」であること、即ち光ファイバ３５の束の延伸方向の両側に壁を備える構成は必須ではない。この構成に替えて、例えばファイバホルダ３７において前後方向に連なる凸部（単一の壁部）を設けて、光ファイバ３５の束を、当該凸部に沿わせるように配置してもよい。このような構成としても、部位Ｐ１、部位Ｐ２で接着を施すことで、ガイド溝３７ａと同様の効果を発揮することができる。

以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、本発明による内視鏡２は、軟性鏡に限らず硬性鏡にも適用可能であり、その用途（観察対象）も医療用に限定されない。

即ち、上述した実施形態では、内視鏡２を例にして説明をしたが、本発明は、内視鏡２以外にも応用することができる。例えば、ＬＥＤ等で構成される発光素子２２から出射された光を光ファイバ３５の一端で受けて伝達し、その伝達先で光ファイバ３５の他端から光を出射する装飾用の照明や、発光素子２２を光で照射される対象から遠隔に配置し、これらの間を光ファイバ３５の束で結合する構成に応用することが可能である。即ち、本発明は、発光素子２２から出射する光を光ファイバ３５に取り込む光結合装置としての構成を有している。

なお、上述の実施形態に示した本発明に係る内視鏡の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

本発明に係る内視鏡は、内視鏡内部に照明用の発光素子と発光素子が出射する光を内視鏡先端に導く光ファイバとが設けられた構成において、発光素子の出射光を効率よく光ファイバに取り込むことが可能であることから、外部から直接観察できない観察対象の内部を撮像する内視鏡や、発光素子の出射光を光ファイバに取り込む光結合装置などに好適に利用することが可能である。

１ 内視鏡システム
２ 内視鏡本体（内視鏡）
３ ビデオプロセッサ
５ 挿入部
６ プラグ部
７ ソケット部
１１ 軟性部
１２ 硬性部
２０ 上プラグカバー
２１ 下プラグカバー
２２ ＬＥＤモジュール（発光素子）
２３ ＬＥＤ基板
２５ 固定板
２７ 板ばね
２８ ホルダ部材
３０ 光源ユニット
３５ 光ファイバ（光伝送手段）
３７ ファイバホルダ（ホルダ）
３７ａ ガイド溝（溝部、第１ガイド）
３７ｂ ガイド孔（穿孔部、第２ガイド）
３７ｃ 空隙部
３７ｆ ステージ部
３７ｇ 第１開口
３７ｈ 第２開口
９１ 取付片
９５ ファイバ支持基板
９５ａ〜９５ｅ ファイバ係止部材

Claims (6)

1. 観察対象の内部に挿入される挿入部と、
   発光素子と、
   その入射端面から入射した前記発光素子の出射光を前記挿入部に導く光伝送手段と、
   前記発光素子に対して前記光伝送手段を支持するホルダと、
   を備え、
   前記ホルダは、前記光伝送手段の入射端面が、前記発光素子の光出射面から所定距離だけ離間するように、前記光伝送手段を支持することを特徴とする内視鏡。
2. 前記ホルダに前記光伝送手段を接着することで、前記発光素子の光出射面に対して前記入射端面を位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
3. 前記ホルダは、前記光伝送手段を前記発光素子まで案内する第１ガイドおよび第２ガイドを備え、
   前記第２ガイドを、前記ホルダに設けた穿孔部で構成し、
   前記光伝送手段は、前記第１ガイドによって延伸方向を変えられ、
   前記第１ガイドによって延伸方向を変えられた光伝送手段は、前記第２ガイドによって前記発光素子まで導かれることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内視鏡。
4. 前記第１ガイドを、前記ホルダに設けた溝部で構成したことを特徴とする請求項３に記載の内視鏡。
5. 前記第１ガイドを構成する溝部は、所定の曲率を有する円弧形状をなし、
   前記円弧形状の溝部によって前記光伝送手段の延伸方向を前記発光素子の光出射面の法線方向に変えることを特徴とする請求項４に記載の内視鏡。
6. 前記光伝送手段を複数の光ファイバで構成したことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の内視鏡。

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