JP2015036050A5

JP2015036050A5 -

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Publication number: JP2015036050A5
Application number: JP2013167998A
Authority: JP
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2016-02-12
Anticipated expiration: 2033-08-13

Description

図１は、本実施形態の照明光学系１５１を有する内視鏡１００の外観図である。図１に示されるように、内視鏡１００は、可撓性を有するシースによって外装されたチューブ状の挿入管１０１を有している。挿入管１０１の先端には、硬質性を有する樹脂製筐体によって外装された先端部１０２が設けられている。挿入管１０１の先端部１０２の手前にある湾曲部１０３は、挿入管１０１の基端に連結された操作部１０４からの遠隔操作（具体的には、湾曲操作ノブ１０５の回転操作）によって屈曲自在に構成されている。この屈曲機構は、一般的な内視鏡に組み込まれている周知の機構であり、湾曲操作ノブ１０５の回転操作に連動した操作ワイヤの牽引によって湾曲部１０３を屈曲させるように構成されている。先端部１０２の方向が上記操作による屈曲動作に応じて変わることにより、内視鏡１００による撮影領域が移動する。

なお、キャップ３の側面１２から出射した照明光の出射角度は、キャップ３の上面１１から出射した照明光の出射角度よりも小さくなる。図３は、キャップ３内における進行方向が互いに平行な光線Ｌ１およびＬ２が上面１１および側面１２でそれぞれ屈折する様子を示している。光線Ｌ１、Ｌ２は、それぞれキャップ３の上面１１および側面１２に入射し、各面から光線Ｌ１’、Ｌ２’として出射する。いずれの光線Ｌ１、Ｌ２も、キャップ３の境界で屈折するが、光線Ｌ１は、屈折後の光線Ｌ１’の出射角度（ここでは、出射光線と内視鏡の軸（光軸、ｚ軸）とがなす角をいう。以下同じ。）が光線Ｌ１の進行方向よりも広くなる（進行方向と光軸と成す角が大きくなる）ように屈折し、光線Ｌ２は、屈折後の光線Ｌ２’の出射角度が光線Ｌ２の進行方向よりも狭くなる（進行方向と光軸と成す角が小さくなる）ように屈折する。そのため、従来の内視鏡の照明光学系では、広い出射角度を得るためには、キャップ３の側面１２から出射する照明光の割合を下げる必要があり、そのために、キャップ３の外径を大きくする必要があった。しかしながら、本実施形態によれば、照明光の発散効果が大きく、キャップ３の側面１２から出射した照明光の出射角度を広げることができるため、キャップ３の外径を大きくする必要が無く、挿入管１０１の先端部１０２を細くすることができる。これにより、挿入管１０１を体腔内に挿入し易くなる。

関数Φ１に関し、屈折率ｎ_ｄが大きいほど、凹レンズ部８Ａ、８Ｂの界面における照明光の屈折角度が大きくなり、凹レンズ部８Ａ、８Ｂの発散効果が大きくなる。また、偏心量ｓが正の方に大きくなるほど、凹レンズ部８Ａ、８Ｂを透過した光の出射方向が外側へ傾き、外側への発散効果が大きくなる。また、凹レンズ部８Ａ、８Ｂの負のパワーが大きくなるほど（窪みの曲率半径ｒが小さくなるほど）、発散効果が大きくなる。また、凹レンズはレンズの中心から外側に向うに従ってパワーが大きくなるため、配光窓１Ａ、１Ｂの幅ｗが大きいほど、パワーの大きい凹レンズの外側を通る照明光の割合が増加し、発散効果が大きくなる。このことから、関数Φ１は、凹レンズ部８Ａ、８Ｂの外側への発散効果の大きさを表している。なお、偏心による発散効果への寄与を強調するために、偏心量ｓは二乗して式に導入している。

次に、各計算条件におけるシミュレーション結果を、図を参照して説明する。図５に、キャップ３が無い場合における、ライトガイド４Ａ、４Ｂを通り配光窓１Ａ、１Ｂから出射した照明光の光線の一例を示す。図５（ａ）は、照明光の出射角度が０度の場合、図５（ｂ）は、照明光の出射角度が３０度の場合の計算例である。配光窓１Ａ、１Ｂから出射する照明光の出射角度は、ライトガイド４Ａ、４Ｂの太さや、光源とライトガイド４Ａ、４Ｂとの接続条件によって異なるが、内視鏡では、一般に３０度〜４０度程度の出射角度を有するものが用いられる。以下に示す計算では、本願発明の発散効果の説明を分かりやすくするため、出射角度が０度の場合と３０度の場合でシミュレーションした結果を用いて説明する。また、計算結果において図示する光線は、配光窓１Ａ、１Ｂ内の領域のうち、ｘ軸上の最も外側の位置から出射される光線であり、以下ではこの光線についてのみについて説明する。これは、配光窓１Ａ、１Ｂからの出射位置が外側に向うほどキャップ３の側面１２に入射し易くなり、キャップ３からの出射光の出射角度が小さくなり易いため、凹レンズ部８Ａ、８Ｂによる発散効果が端的に表れるためである。また、シミュレーションでは、説明の便宜上、観察窓３や保持部材５、対物レンズ６については考慮していない。

図９〜図１１に、それぞれ実施例４〜６における、出射光のシミュレーション結果を示す。なお、実施例４では、キャップ３の側面１２には１１．３度の傾斜面９が設けられている。図９（ａ）〜図１１（ａ）は実施例４〜６のパラメータのうち、偏心量ｓをゼロにした場合、図９（ｂ）〜図１１（ｂ）は凹レンズ部８Ａを偏心させた場合の結果を示し、配光窓１Ａから、３０度の出射角度で照明光が出射する場合の結果を示す。偏心の有無によらず、凹レンズ部８Ａによって照明光の出射角度が大きくなっているが、偏心させた場合の方が出射角度が大きく、発散効果が大きい。このことから、実施例４〜６では、凹レンズ部８Ａ、８Ｂを偏心させることによって、発散効果を向上させている。

上記のように、関数Φ１および関数Φ２がそれぞれ条件式（３）および条件式（４）を満たす実施例１〜６では、凹レンズ部８Ａ、８Ｂが適切な発散効果を備えているため、照明光の発散効果および出射光強度の向上効果が得られるのに対し、条件式（３）および条件式（４）を満たしていない参考例１〜３では、凹レンズ部３８の発散効果が過剰または不足するため、キャップ３３の側面４２からの出射光量が増えて出射光が発散しにくくなる、または、キャップ３３内の出射光がキャップ３３の側面４２または上面４１で全反射し、キャップ３外への照明光の取り出し効率が低下する。

図２に示す実施形態では、配光窓１Ａ、１Ｂはキャップ３の上面１１と平行に配置されており、ライトガイド４Ａ、４Ｂの光軸ＯＬは配光窓１Ａ、１Ｂに対して垂直であるのに対し、本実施形態の配光窓１Ｃ、１Ｄは、図１５に示すように、ｘ軸方向において先端部２０２の外周側から観察窓２側に向うに従って低くなるように、斜めに配置されている。また、配光窓１Ｃ、１Ｄの面はライトガイド４Ａ、４Ｂの光軸ＯＬに対して垂直ではない。また、キャップ３Ａの下面は、斜めに配置された配光窓１Ｃ、１Ｄに合うように斜めに形成されている。また、斜めに形成されたキャップ３Ａの下面の配光窓１Ｃ、１Ｄに対応する位置に、凹レンズ部８Ａ、８Ｂが形成されている。ここで、凹レンズ部８Ａ、８Ｂの光軸ＯＣは、ライトガイド４Ａ、４Ｂの光軸ＯＬに対して偏心させている必要は無い。

図１６は、本発明の他の実施形態における照明光学系３５１を有する内視鏡の先端部３０２の断面図を示す。図１６に示す内視鏡の先端部３０２は、配光窓１Ｅ、１Ｆの配置が異なること、および、配光窓１Ｅ、１Ｆの配置に合わせてキャップ３Ｂの下面の形状を変化させていること、先端部３０２内のライトガイド４Ａ、４Ｂの配置が異なること以外は、図２に示す実施形態と同じである。照明光学系３５１は、先端部３０２内に配置された光学的構成要素（キャップ３Ｂ、凹レンズ部８Ａ、８Ｂ等）および内視鏡１００内に延設されたライトガイド４Ａ、４Ｂを含む。

１Ａ〜１Ｆ配光窓
２観察窓
３、３Ａ、３Ｂキャップ
４Ａ、４Ｂライトガイド
５支持部材
６対物レンズ
７撮像素子
８Ａ、８Ｂ凹レンズ部
９傾斜面
Ｒ曲面
１０先端面
１１上面
１２側面
３１配光窓
３３キャップ
３４ライトガイド
３８凹レンズ部
３９傾斜面
４０先端面
４１上面
４２側面
１００内視鏡
１０１挿入管
１０２先端部
１０３湾曲部
１０４操作部
１０５湾曲操作ノブ
１０６接続部
１５１照明光学系
２０２先端部
２５１照明光学系
３０２先端部
３５１照明光学系
４０２先端部
４５１照明光学系
ＯＬライトガイドの光軸
ＯＣ凹レンズ部の光軸
Ｌ１、Ｌ１’ 光線
Ｌ２、Ｌ２’ 光線

Claims

可撓性を有する挿入管に設けられた内視鏡用照明光学系であって、
前記挿入管内において、前記挿入管の中心を挟んで第１の方向に並んで配置された２つのライトガイドと、
前記挿入管先端部の先端面上に配置された観察窓と、
前記２つのライトガイドの端面の前に配置され、前記ライトガイドからの照明光を透過させる材質からなる外径が円形のキャップと、
前記挿入管先端部の先端面上の前記２つのライトガイドの端面に対向する位置に、それぞれ前記観察窓を挟むように配置された、負の屈折力を有する２つの凹レンズ部と、を備え、
前記先端面上における、前記２つのライトガイドの端面の前記第１の方向の幅が、前記第１の方向と直交する第２の方向の幅に比べて小さく、
前記２つの凹レンズ部は、
前記キャップの前記端面の側を窪ませることによって形成されており、
前記第１の方向の前記負の屈折力が、前記第２の方向の前記負の屈折力に比べて大きく、
光軸が、それぞれ対応する前記ライトガイドの光軸に対して偏心しており、
前記２つのライトガイドの端面の前記第１の方向の幅をｗ（単位：ｍｍ）と定義し、
前記凹レンズ部の窪みの前記第１の方向の曲率半径をｒ（単位：ｍｍ）と定義し、
前記凹レンズ部の光軸の、対応する前記ライトガイドの光軸に対する偏心量をｓ（単位：ｍｍ）と定義し、
前記キャップの材質のｄ線に対する屈折率をｎ _ｄと定義した場合に、次の条件式
２×１０ ^−３＜（ｎ _ｄ ×ｗ×ｓ ^２）／ｒ＜１３×１０ ^−３
を満たし、
前記ライトガイドから出射して前記凹レンズ部を透過した照明光のうち、前記ライトガイドの中心を通って前記ライトガイドの前記先端部側の端面中心から射出された照明光の光路が、前記挿入管の軸方向を基準として、前記第１の方向において外側に傾いている、
ことを特徴とする、内視鏡用照明光学系。
前記２つのライトガイドの端面の前記第１の方向の幅をｗ（単位：ｍｍ）と定義し、
前記先端面内における内視鏡先端部中心を通る前記第１の方向において、前記２つの凹レンズ部のうちの１つの端面の前記キャップの外縁に最も近い位置と、前記キャップの外縁との間の、最も短い距離をｄ（単位：ｍｍ）と定義し、
前記凹レンズ部の窪みの前記第１の方向の曲率半径をｒ（単位：ｍｍ）と定義し、
前記凹レンズ部の光軸の、対応する前記ライトガイドの光軸に対する、前記挿入管の中心方向への偏心量をｓ（単位：ｍｍ）と定義し、
前記キャップの材質の屈折率をｎ_ｄと定義した場合に、次の条件式
１５×１０^−６＜（ｎ_ｄ×ｗ×ｄ×ｓ^３）／ｒ＜２００×１０^−６
を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡用照明光学系。
前記板状のキャップの外径が、前記挿入管の先端方向に向かうに従って小さくなるように構成されている、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の内視鏡用照明光学系。