JP2024010967A - 内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、照明光量の低下を防ぐことができ、光強度分布のピーク値を小さくして生体内物質の凝固耐性を向上させることが可能な内視鏡を提供する。【解決手段】 ライトガイド２７を介して光源２８からの照明光を挿入部の先端部１７ｃに伝達することにより、照明光を観察部位に照射する照明光学系２３を有する。照明光学系２３は、ライトガイド２７の先端側に位置する第１レンズ４１と、一定の間隔を保持して第１レンズ４１の先端側に配置された第２レンズ４２とを備える。第２レンズ４２の外径は、第１レンズ４１の外径よりも大きく、２．１ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下である。【選択図】図３

Description

本発明は、挿入部の先端部から照明光を照射する内視鏡に関する。

内視鏡は、医療分野及び工業用分野において広く利用されている。内視鏡は、被検体内に挿入する挿入部を有し、挿入部の先端部から照明光を観察対象に照射する。内視鏡の挿入部には、光源装置から供給された照明光を挿入部の先端部に導光する導光部を備えている。導光部が照明光を導光し、観察対象を照明することにより被検体内を観察することができる。

導光部としては、光ファイバ束から構成されるライトガイドと、照明光を観察部位に照射する照明光学系を有することが一般的である。特許文献１及び２記載の内視鏡では、光反射機能を持つ光学素子、及び２つの凸レンズを組み合わせた３枚構成の照明光学系を備える。

特許第５３４５１７１号公報 国際公開２０１７／１３０５２４号

しかしながら、上記特許文献１及び２記載の内視鏡では、光出射端の強度分布がレンズ光軸付近に集中し、光密度のピーク値が大きくなることで、レンズ表面に付着した血液など生体内物質の凝固を引き起こす可能性がある。この現象を回避するためには、光源装置から導かれる照明光量を低下させる必要がある。照明光量の低下は、内視鏡による観察において十分な明るさを達成できないなどの性能不足に繋がる可能性がある。

本発明は、照明光量の低下を防ぐことができ、かつ光強度分布のピーク値を小さくして生体内物質の凝固耐性を向上させることが可能な内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の内視鏡は、ライトガイドを介して光源からの照明光を挿入部の先端部に伝達することにより、照明光を先端部から観察部位に照射する照明光学系を有する内視鏡であって、照明光学系は、第１レンズと、第２レンズとを備え、第２レンズの外径は、第１レンズの外径よりも大きく、２．１ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下である。第１レンズは、ライトガイドの先端側に位置する。第２レンズは、一定の間隔を保持して第１レンズの先端側に配置されている。

第２レンズの外径は、第１レンズの外径の１．４倍以上であることが好ましい。第１レンズは、凸レンズであることが好ましい。第１レンズは両凸レンズであることが好ましい。

第２レンズは凸レンズであることが好ましい。第２レンズは光入射端側が凸形状、光出射端側が平形状の凸平レンズであることが好ましい。

第２レンズの外径をＤ、第２レンズの光入射端側の曲率半径をＲとした場合、第２レンズは、以下の条件式、１．４８≦Ｄ／Ｒ、を満たすことが好ましい。

ライトガイドと、第１レンズとの間に光反射機能を持つ光学素子が配置されることが好ましい。光学素子は、ライトガイドに対面する光入射端と、光反射機能を持つ外周部と、凸形状の光出射端とを有することが好ましい。光学素子は、全反射機能を持つことが好ましい。光学素子は、コアとクラッドから構成されることが好ましい。

本発明の内視鏡は、ライトガイドを介して光源からの照明光を挿入部の先端部に伝達することにより、照明光を先端部から観察部位に照射する照明光学系を有する内視鏡であって、照明光学系は、光学素子と、第１レンズとを備え、第１レンズのレンズ外径は、光学素子の外径より大きく、２．１ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下である。光学素子は、ライトガイドに対面する光入射端、及び光反射機能を持つ外周部を有する。第１レンズは、一定の間隔を保持して光学素子の先端側に配置されている。

第１レンズの外径は、光学素子の外径の１．４倍以上であることが好ましい。第１レンズは、凹レンズであることが好ましい。第１レンズは、光入射端側が凹形状、光出射端側が平形状の凹平レンズであることが好ましい。

第１のレンズの外径をＤ、第１レンズの光入射端側の曲率半径をＲとした場合、第１レンズは、以下の条件式、２．８０≦Ｄ／Ｒ、を満たすことが好ましい。

光学素子は全反射機能を持つことが好ましい。光学素子は、コアとクラッドから構成されることが好ましい。

本発明によれば、照明光量の低下を防ぐことができ、かつ光強度分布のピーク値を小さくして凝固耐性を向上させることができる。

内視鏡システムの外観図である。 内視鏡システムの外観斜視図である。 挿入部の先端部の要部断面図である。 先端部の分解斜視図である。 照明光学系の寸法関係を説明する説明図である。 従来の照明光学系及び本発明の照明光学系における光強度分布を示すグラフである。 第２レンズの外径及び曲率半径の比率を変更した場合における光強度分布を示すグラフである。 図７の光強度分布の一部を抜き出したグラフである。 第２実施形態における挿入部の先端部の要部断面図である。 第２実施形態における先端部の分解斜視図である。 第２実施形態における照明光学系の寸法関係を説明する説明図である。 第２実施形態における第１レンズの外径及び曲率半径の比率を変更した場合における光強度分布を示すグラフである。

［第１実施形態］
［内視鏡システムの概略構成］
図１に示すように、内視鏡システム１０は、内視鏡１２と、光源装置１３と、プロセッサ装置１４と、ディスプレイ１５と、ユーザーインターフェース１６と、を有する。内視鏡１２は、光源装置１３と光学的及び電気的に接続され、かつ、プロセッサ装置１４と電気的に接続される。

［内視鏡の概略構成］
図２に示すように、内視鏡１２は、被検者の体内に挿入される挿入部１７と、挿入部１７の基端部分に設けられた操作部１８と、操作部１８に設けられたユニバーサルケーブル１９と、ユニバーサルケーブル１９の端部に設けられた内視鏡側コネクタ２１とを有している。内視鏡１２は内視鏡側コネクタ２１を介して光源装置１３の光源装置側コネクタ３７に着脱自在に接続される。

挿入部１７は、基端から先端に向って順に連設される軟性部１７ａと、湾曲部１７ｂと、先端部１７ｃとから構成されている。操作部１８のアングルノブ１８ａを操作することにより、湾曲部１７ｂが湾曲する。その結果、先端部１７ｃが所望の方向に向く。

ユニバーサルケーブル１９は、後述する光源２８が発する照明光を導光するライトガイド２７（図３参照）や、挿入部１７の先端部１７ｃに設けられた撮像素子（図示せず）を制御する制御線、照明光が照射された観察対象を撮像したときに撮像素子が出力する画像信号を送信する信号線、撮像センサ等の各部に電力を供給する電力線等が一体になったケーブルである。

［光源装置及びプロセッサ装置の概略構成］
プロセッサ装置１４は、ディスプレイ１５及びユーザーインターフェース１６と電気的に接続される。ディスプレイ１５は、プロセッサ装置１４で処理された観察対象の内視鏡画像、又は情報等を出力表示する。

ユーザーインターフェース１６は、キーボード、マウス、タッチパッド、マイク等を有し、機能設定等の入力操作を受け付ける機能を有する。ディスプレイ１５は、動画もしくは静止画の内視鏡画像などを出力表示する。

また、光源装置１３はプロセッサ装置１４と電気的に接続しており、内視鏡１２の内視鏡側コネクタ２１は光源装置１３を介してプロセッサ装置１４と接続する。光源装置１３と内視鏡側コネクタ２１の画像信号等の送受信は無線通信である。このため、光源装置１３は、無線で内視鏡側コネクタ２１と送受信した画像信号等を信号伝送部（図示せず）に出力し、信号伝送部がプロセッサ装置１４に伝送する。さらに、光源装置１３は内視鏡側コネクタ２１に撮像センサ等を駆動するための電力を供給するが、この電力の供給も無線で行う。

図３及び図４に示すように、光源装置１３は、光源２８と、光源制御部２９とを備える。光源２８は、観察対象の照明に用いる照明光を発する。内視鏡１２の先端部１７ｃには、後述する照明光学系２３が設けられている。上述したように、内視鏡側コネクタ２１と光源装置側コネクタ３７とを接続することにより、内視鏡１２のライトガイド２７の光入射端２７ａが光源装置１３の光源２８に対面する。このため、ライトガイド２７を介して光源２８からの照明光が挿入部１７の先端部１７ｃに伝達される。これにより、照明光学系２３が照明光を先端部１７ｃから観察部位に照射する。

光源制御部２９は、光源２８を制御する。光源２８は、例えば、複数色のＬＥＤ（Light Emitting Diode）から構成される半導体光源である。光源制御部２９は、ＬＥＤのオン／オフや、ＬＥＤの駆動電流や駆動電圧の調整によって、照明光の発光量を制御する。なお、光源２８を構成する半導体光源としては、ＬＥＤに限らず、ＬＤ（Laser Diode）等でもよい。なお、以下では、光源２８により、照明光として白色光を発する通常モードの場合を主に説明する。

先端部１７ａは、円柱形状の先端部本体３１と、これに組み込まれた前述の撮像素子、対物光学系（図示せず）、及び一対の照明光学系２３などから構成される。先端部本体３１は、硬質な樹脂や金属材料などで形成されている。先端部本体３１の先端面３１ａには、観察窓３３、一対の照明窓３４、送気送水ノズル３５、鉗子チャンネルの出口となる鉗子出口３６が設けられている。

観察窓３３は、被観察部位の撮像を行うためのものであり、その奥には対物光学系が組み込まれており、その一部が露呈されている。対物光学系の奧には、撮像素子が配されており、この撮像素子により、対物光学系を通して被観察部位の撮像が行われる。

照明窓３４は、被観察部位を照明するためのものであり、その奥に照明光学系２３が組み込まれている。照明光学系２３は、ライトガイド２７から射出される照明光を、撮像に適したように、例えば、撮像範囲が均一に照明されるように配光する。なお、一対の照明窓３４は、観察窓３３を挟んだ両側に設けられているが、照明窓３４の個数や配置は適宜に変更することができる。

照明光学系２３は、先端部本体３１に形成されたレンズ装着孔３８に挿入されて組み付けられている。レンズ装着孔３８は、先端面３１ａから照明光学系２３の光軸ＰＬに沿って基端側に向かって延びて形成され、先端面３１ａにおける開口が照明窓３４となっている。レンズ装着孔３８は、後述する鏡筒４３に合わせて先端側の外径が基端側の外径よりも大きい段差を有する形状に形成されている。

また、先端部本体３１には、レンズ装着孔３８の奥に、ライトガイド２７が嵌め込まれるライトガイド装着孔３９がレンズ装着孔３８に繋げて形成されている。レンズ装着孔３８、ライトガイド装着孔３９は、いずれも断面円形の孔であり、同軸に形成されている。

照明光学系２３は、光学素子４０、第１レンズ４１、第２レンズ４２、鏡筒４３、スペーサ４４とからなる。この照明光学系２３は、光学素子４０を固定した鏡筒４３、第１レンズ４１、スペーサ４４、第２レンズ４２の順番でレンズ装着孔３８に挿入される。

鏡筒４３は、光学素子４０、第１レンズ４１、第２レンズ４２を保持する。この鏡筒４３がレンズ装着孔３８に嵌め込まれることによって、光学素子４０、第１レンズ４１、第２レンズ４２が先端部本体３１に固定されている。これにより、光学素子４０、第１レンズ４１、第２レンズ４２は、ライトガイド２７の先端側に位置する。

鏡筒４３の内周面は、基端側から先端側に向かって順に、第１内径部４３Ａ、第２内径部４３Ｂ、及び第３内径部４３Ｃを有する。第１内径部４３Ａの内径は、光学素子４０の外径と同じであり、第２内径部４３Ｂの内径は、第１内径部４３Ａの内径及び光学素子４０の外径よりも大きい。これにより、面４０ａの周縁部から射出されて光軸ＰＬとほぼ平行に進む光線が遮られることなく第１レンズ４１に入射する。

第２内径部４３Ｂの内径は、第１内径部４３Ａの内径よりも僅かに大きく、かつ第１レンズ４１の外径と同じである。すなわち、第１レンズ４１の外径は、光学素子４０の外径よりも僅かに大きい。これにより、第１レンズ４１は、第１内径部４３Ａに進入することがなく、第２内径部４３Ｂに保持される。すなわち、鏡筒４３はスペーサとして機能し、光学素子４０と第１レンズ４１との間隔を規定する。これにより、第１レンズ４１は、光学素子４０に対して一定の間隔を保持して光学素子４０の先端側に配置されている。

第３内径部４３Ｃの内径は、第２内径部４３Ｂの内径よりも大きく、かつ第２レンズ４２の外径と同じである。すなわち、第２レンズ４２の外径は、第１レンズ４１の外径よりも大きい。スペーサ４４は、リング状であり、外径が第１レンズ４１の外径と同じである。スペーサ４４は、第１レンズ４１と第２レンズ４２との間に配される。これにより、スペーサ４４は、第１レンズ４１と第２レンズ４２との間隔を規定する。すなわち、第２レンズ４２は、一定の間隔を保持して第１レンズ４１の先端側に配置されている。

一方、鏡筒４３の外周面は、基端側から先端側に向かって順に、第１外径部４３Ｄ、第２外径部４３Ｅを有する。上述したように、第１レンズ４１の外径は、光学素子４０の外径よりも僅かに大きく、第２レンズ４２の外径は、第１レンズ４１の外径よりも大きい。このため、第１外径部４３Ｄの外径は、光学素子４０の外径よりも一回り（鏡筒４３の厚み分）大きく、第２外径部４３Ｅの外径は、第２レンズ４２の外径よりも一回り大きい。すなわち、鏡筒４３の外周面は、第２外径部４３Ｅの外径が、第１外径部４３Ｄの外径よりも大きいため、段差を有する形状となっている。

光学素子４０は、中心部の部材であるコア４６ａと、コア４６ａの周囲に形成されたクラッド４６ｂとから構成される略円柱形状のロッドレンズである。クラッド４６ｂは、コア４６ａよりも屈折率が低い。この光学素子４０は、凸レンズであり、さらに具体的には、ライトガイド２７に対面する光入射端側の面４０ａを平面に、反対側の光出射端側（照明窓側）の面４０ｂを凸形状にしてあり、平凸レンズの機能が付与されている。

また、この光学素子４０は、コア４６ａとクラッド４６ｂとの屈折率の差によって、光ファイバと同様に、面４０ａから入射する光をその内部で反射して面４０ｂ側に導光するものであり、外周部に光反射機能を有したものになっている。なお、光学素子４０は、同等の機能を持つように複数部材を組み合わせたもので構成してもよい。光学素子４０は、例えば、平凸レンズの外周面に反射面を形成したものであってもよく、平凸レンズに入射した光を全て反射する全反射機能を持つものでもよい。

鏡筒４３は、その内部に光学素子４０を保持するとともに、光学素子４０に対して第１レンズ４１を一定の間隔で離間させるスペーサとしても機能する。光学素子４０は、その面４０ａと鏡筒４３のライトガイド２７側の端部との間で段差が生じないように鏡筒４３内に固定された状態とされ、鏡筒４３とともにレンズ装着孔３８に挿入される。

ライトガイド装着孔３９は、レンズ装着孔３８よりも僅かに（例えば０．１ｍｍ程度）だけ内径が小さくなっている。このように径の異なる各装着孔３８、３９を同軸にして繋げて形成することにより、レンズ装着孔３８とライトガイド装着孔３９の境界に、ライトガイド装着孔３９を囲むように当接面４８が形成される。この当接面４８に鏡筒４３のライトガイド側のエッジが当接して係止されることによって、鏡筒４３及び保持している光学素子４０の位置決めがなされる。鏡筒４３は、例えばその外周面とレンズ装着孔３８の内面との間に塗布された熱硬化樹脂を硬化させることでレンズ装着孔３８に固定される。

ライトガイド２７は、その外径がライトガイド装着孔３９の内径とほぼ同じにされるとともに、光学素子４０の外径と略同じにしてある。このライトガイド２７は、光出射端２７ｂを光学素子４０の面４０ａに密着させた状態にして、ライトガイド装着孔３９に嵌め込まれて固定される。これにより、光学素子４０の外径が大きくならないようにしながら、光出射端２７ｂから射出される照明光の全てが光学素子４０の面４０ａに入射されるようにしている。

なお、光学素子４０では、面４０ａのうち有効な光の入射となる領域がコア４６ａの部分であり、このコア４６ａの径が光学素子４０の外径よりも僅かに小さい。このため、ライトガイド２７の外径をコア４６ａの径に合わせて、光学素子４０の外径よりも僅かに小さくしてもよい。

第１レンズ４１は、凸レンズであり、具体的には、光入射端側の面４１ａ及び光出射端側の面４１ｂがいずれも凸形状の両凸レンズとなっている。第２レンズ４２は、凸レンズであり、具体的には、光の入射側の面４２ａが凸形状、射出側の面４２ｂが平面形状となった凸平レンズとなっており、面４２ｂが照明窓３４から露呈される。照明光学系２３をこのような構成とすることで照明光が拡散され、撮像範囲が均一に照明される。

なお、鏡筒４３、第２レンズ４２の外周面とレンズ装着孔３８の内面に熱硬化樹脂を塗布するために、例えば鏡筒４３、第２レンズ４２がレンズ装着孔３８の内径よりも僅かに（例えば１０μｍ程度）小さくされている。なお、熱硬化樹脂が入る溝を鏡筒４３、第２レンズ４２の外周面あるいはレンズ装着孔３８の内面に形成してもよい。

図５は、第１レンズ４１と、第２レンズ４２との寸法関係を示している。上述したように、第２レンズ４２の外径Ｄ１２は、第１レンズ４１の外径Ｄ１１よりも大きい。第２レンズ４２の外径Ｄ１２は、２．１ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下である。なお、図５に示す例では、第２レンズ４２の外径Ｄ１２が２．５ｍｍ、第１レンズ４１の外径Ｄ１１が１．７ｍｍ、第２レンズ４２の面４２ａ（入射側）の曲率半径Ｒ１２が１．５８８ｍｍ、第２レンズ４２の厚みが２．２０ｍｍ、第１レンズ４１の面４１ａ及び４１ｂの曲率半径が１．７２８ｍｍ、光学素子４０の面４０ｂ（出射側）の曲率半径が１．７２８ｍｍとしている。

以下では、図６に示すグラフを参照して、第２レンズ４２の外径Ｄ１２を上記のように規定した理由を述べる。図６の２点鎖線で示す光強度分布ＩＤ０は、仮に、第２レンズを従来の内視鏡における３枚構成の照明光学系を構成する第２レンズと同様の寸法とした場合における光強度分布を示すものである。この場合、第２レンズの外径を１．７ｍｍとし、面取り部分を除く光出射端の直径を１．５ｍｍとする。

図６に示すグラフの横軸は、光軸ＰＬからの半径ｒであり、縦軸は、半径ｒの位置における第２レンズの光強度ＬＩである。また、光強度ＬＩは、相対強度を用いており、例えば光強度分布ＩＤ０のピーク値ＬＩＰを１．０として、ピーク値以外の光強度を、ピーク値に対する比率で表したものである。光強度は、光の光束の単位立体角内の密度である。

図６に示すような従来の第２レンズを用いた場合、光強度分布ＩＤ０から明らかなように、レンズ光軸付近に光強度が集中し、ピーク値ＬＩＰが大きく突出している。したがって、このようなレンズでは、レンズ表面に付着した血液など生体内物質の凝固を引き起こす可能性がある。

光強度分布ＩＤ０を有するレンズから構成される照明光学系を用いて、内視鏡の先端部を血液中に浸漬し、光源２８からの照明光の値を２分間照射した場合、破線で示す血液凝固発生点ＯＰを超える光強度を発生する箇所が、血液凝固が発生する箇所となる。なお、血液凝固の判定基準としては、光量変化が５０パーセント以下となった場合、血液凝固が発生しているものとする。光強度分布ＩＤ０からピーク値の０．６２倍以上の箇所が血液凝固発生点ＯＰであることが分かる。

レンズ表面に付着した血液など生体内物質の凝固を回避するためには、光強度分布のピーク値を低下させればよいことが分かる。そして、光強度分布のピーク値は光出射端の面積に反比例する。すなわち、光出射端の面積を大きくすればピーク値が下がる。そこで、第２レンズ４２の光出射端（面取り部分を除く）の外径をＤ１２０とし、光密度のピーク値をＬＩＰとすると、以下の式（１）を満たせばよい。
ＬＩＰ＝（１．５）^２／（Ｄ１２０）^２≦０．６２・・・（１）
この式（１）からＤ１２０は、１．９ｍｍ以上となる。そして、レンズ外周縁の面取り部分（片側０．１ｍｍ）を考慮すると、第２レンズ４２のレンズ外径Ｄ１２はＤ１２０＋０．２ｍｍ、すなわち外径Ｄ１２は、２．１ｍｍ以上となる。また、内視鏡１２の先端部１７ｃの外径及び内部スペース等を考慮すると第２レンズ４２の外径Ｄ１２は３．０ｍｍが限界である。以上のことから第２レンズ４２の外径は、２．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とする。

図６の実線で示す光強度分布ＩＤ１は、第２レンズ４２の外径を２．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とした場合の光強度分布を示す。この光強度分布ＩＤ１に示すように、光密度のピーク値が下がり光強度分布ＩＤ１の全体が血液凝固発生点ＯＰを下回っている。

また、第２レンズ４２の外径Ｄ１２は、第１レンズ４１の外径Ｄ１１の１．４倍以上である。これは、伝達効率及び加工精度の点から、第１レンズ４１は、外径Ｄ１１が少なくとも光学素子４０と同等以上とすることを必要とし、光学素子４０は、外径が１．５ｍｍ以上とすることを要する。そこで、第１レンズ４１の外径Ｄ１１を１．５ｍｍ以上とし、さらに、上述したように第２レンズ４２の外径Ｄ１２を２．１ｍｍ以上とするために、第２レンズ４２の外径Ｄ１２が、第１レンズ４１の外径Ｄ１１の１．４倍以上であるという条件が必要となる。

また、第２レンズ４２の外径をＤ１２、第２レンズ４２の光入射端側の曲率半径をＲ１２とした場合、第２レンズ４２は、以下の式（２）
１．４８≦Ｄ１２／Ｒ１２・・・（２）
を満たす。この式（２）を満たすための理由を、以下に述べる。第２レンズ４２の外径Ｒ２を大きくするとＤ１２／Ｒ１２は小さくなり、照明配光は狭くなる（周辺部の光強度が小さくなる。）。

図７に示す光強度分布ＩＤ１１～ＩＤ１３は、第２レンズ４２の外径Ｒ２を変えた場合の光強度分布を示しており、横軸を配光角ＬＤＡとし、縦軸を配光角に対する光強度ＬＩとしている。また、図８は、光強度分布ＩＤ１１～ＩＤ１３のうち、配光角が４０°～８０°の分を抜き出したものである。なお、光強度は相対強度であり、例えば、各光強度分布のピーク値を１．０とし、ピーク値以外の光強度を、ピーク値に対する比率で表したものである。光強度は、光の光束の単位立体角内の密度である。光強度分布ＩＤ１１はＤ１２／Ｒ１２が１．２５、光強度分布ＩＤ１２はＤ１２／Ｒ１２が１．４８、光強度分布ＩＤ１３はＤ１２／Ｒ１２が１．５７の場合を示している。

光強度分布ＩＤ１２と光強度分布ＩＤ１３とでは、照明配光がほぼ同様、すなわち、周辺部（配光角が４０°以上）でも、光強度に差がない。これに対して、光強度分布ＩＤ１１と光強度分布ＩＤ１２とでは、光強度分布ＩＤ１１の照明配光が狭く、周辺部（配光角が４０°以上）の光強度が小さい。よって、Ｄ１２／Ｒ１２が１．４８未満である光強度分布ＩＤ１１の場合、内視鏡１２の撮像画像における画面の周辺部が暗くなる。一方、Ｄ１２／Ｒ１２が１．４８以上である光強度分布ＩＤ１２、ＩＤ１３の場合、上述したように、内視鏡１２の撮像画像における画面の周辺部が明るくなる。

以上のように、本実施形態では、第２レンズ４２の外径Ｄ１２は、第１レンズ４１の外径Ｄ１１よりも大きく、２．１ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下としているため、光強度のピーク値を小さくして生体内物質の凝固耐性を向上させることができる。また光強度のピーク値を下げたことで、光源装置から導かれる照明光量を低下させずに照明光を伝達することができるため、内視鏡１２による観察において十分な明るさを得ることができる。また、第２レンズ４２の外径Ｄ１２が、第１レンズ４１の外径Ｄ１１の１．４倍以上であることから、さらに確実に光強度のピーク値を小さくすることができる。

また、第２レンズ４２の外径を大きくすればよく、光学素子４０、及び第１レンズ４１は従来の照明光学系のものを使用することができるため、コスト増加を抑制することができる。第２レンズ４２の外径以外は、レンズ光透過率、照明配光などの基本光学性能を従来の照明光学系と同等の設計とすることで、性能劣化なく使用することができる。

また、第２レンズ４２の外径Ｄ１２及び曲率半径Ｒ１２について、１．４８≦Ｄ１２／Ｒ１２を満たすことで、周辺部の光強度の低下を防ぐことができる。よって、内視鏡１２の撮像画像における画面の周辺部でも十分に明るくなり、良好な観察環境を得ることができる。

［第２実施形態］
上記第１実施形態では、光学素子４０、第１レンズ４１、第２レンズ４２とを備える３枚構成の照明光学系２３を有しているが、本発明はこれに限らず、以下で説明する第２実施形態では、光学素子及び第１レンズを備える２枚構成の照明光学系を有する。なお、上記第１実施形態と同様の部品等については同符号を付して説明を省略する。

図９及び図１０に示すように、照明光学系５１は、先端部本体３１に形成されたレンズ装着孔３８に挿入されて組み付けられている。照明光学系５１は、光学素子５３、第１レンズ５４、鏡筒５５とからなる。この照明光学系５１は、光学素子５３を固定した鏡筒５５、第１レンズ５４の順番でレンズ装着孔３８に挿入される。すなわち、照明光学系５１は、上記第１実施形態における照明光学系２３と同様に、挿入部１７の先端部１７ｃに位置する。ライトガイド２７を介して光源２８からの照明光が先端部１７ｃに伝達されるため、照明光学系５１が照明光を先端部１７ｃから観察部位に照射する。

鏡筒５５は、光学素子５３、第１レンズ５４を保持する。この鏡筒５５がレンズ装着孔３８に嵌め込まれることによって、光学素子５３、第１レンズ５４が先端部本体３１に固定されている。これにより、光学素子５３、第１レンズ５４は、ライトガイド２７の先端側に位置する。

鏡筒５５の内周面は、基端側から先端側に向かって順に、第１内径部５５Ａ、及び第２内径部５５Ｂを有する。第１内径部５５Ａの内径は、光学素子５３の外径と同じであり、第２内径部５５Ｂの内径は、第１内径部５５Ａの内径及び光学素子５３の外径よりも大きい。これにより、面５３ａの周縁部から射出されて光軸ＰＬとほぼ平行に進む光線が遮られることなく第１レンズ５４に入射する。

第２内径部５５Ｂの内径は、第１内径部５５Ａの内径よりも大きく、かつ第１レンズ５４の外径と同じである。すなわち、第１レンズ５４の外径は、光学素子５３の外径よりも大きい。これにより、第１レンズ５４は、第１内径部５５Ａに進入することがなく、第２内径部５５Ｂに保持される。

一方、鏡筒５５の外周面は、基端側から先端側に向かって順に、第１外径部５５Ｄ、第２外径部５５Ｅを有する。上述したように、第１レンズ４１の外径は、光学素子４０の外径よりも大きい。このため、第１外径部５５Ｄの外径は、光学素子５３の外径よりも一回り（鏡筒５５の厚み分）大きく、第２外径部５５Ｅの外径は、第１レンズ５４の外径よりも一回り大きい。すなわち、鏡筒５５の外周面は、第２外径部５５Ｅの外径が、第１外径部５５Ｄの外径よりも大きいため、段差を有する形状となっている。

光学素子５３は、上記第１実施形態における光学素子４０と同様に、中心部の部材であるコア５６ａと、コア５６ａの周囲に形成されたクラッド５６ｂとから構成される略円柱形状のロッドレンズである。クラッド４６ｂは、コア４６ａよりも屈折率が低い。この光学素子５３は、ライトガイド２７に対面する光入射端側の面５３ａ、及び反対側の光出射端側（照明窓側）の面５３ｂがともに平面である。

また、光学素子５３は、上記第１実施形態における光学素子４０と同様に、コア５６ａとクラッド５６ｂとの屈折率の差によって、光ファイバと同様に、面５３ａから入射する光をその内部で反射して面５３ｂ側に導光するものであり、外周部に光反射機能を有したものになっている。なお、光学素子５３は、入射した光を全て反射する全反射機能を持つものでもよい。

第１レンズ５４は、凹レンズであり、具体的には、光入射端側の面５４ａが凹形状、光出射端側の面５４ｂが平面形状となった凹平レンズであり、面５４ｂが照明窓３４から露呈される。照明光学系５１をこのような構成とすることで照明光が拡散され、撮像範囲が均一に照明される。

図１１は、光学素子５３と、第１レンズ５４との寸法関係を示している。上述したように、第１レンズ５４の外径Ｄ２１は、光学素子５３の外径Ｄ２０よりも大きい。第１レンズ５４の外径Ｄ２１は、２．１ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下である。なお、図１１に示す例では、第１レンズ５４の外径Ｄ２１は、２．５ｍｍ、光学素子５３の外径Ｄ２０は、１．５ｍｍ、第１レンズ５４の面５４ａ（入射側）の曲率半径Ｒ２１が０．８９２ｍｍ、第１レンズ５４の厚みが０．７５ｍｍとしている。

第１レンズ５４の外径Ｄ２１を上記のように規定した理由は、上記第１実施形態における第２レンズ４２の外径Ｄ１２を規定した理由と同様である。従来の２枚構成の照明光学系を構成する第１レンズでは、外径が１．７ｍｍ、面取り部分を除く光出射端の直径が１．５ｍｍ程度であった。

このような従来の第１レンズでは、レンズ光軸付近に光強度が集中し、ピーク値が大きく突出する。したがって、上記第１実施形態と同様に、生体内物質の凝固を回避するためには、光強度分布のピーク値を低下させればよいことが分かる。そして、光強度分布のピーク値は光出射端の面積に反比例する。すなわち、光出射端の面積を大きくすればピーク値が下がる。そこで、第１レンズ５４の光出射端（面取り部分を除く）の外径をＤ２１０とし、光密度のピーク値をＬＩＰとすると、以下（３）の式を満たせばよい。
ＬＩＰ＝（１．５）^２／（Ｄ２１０）^２≦０．６２・・・（３）
この式（３）からＤ２１０は、１．９ｍｍ以上となる。そして、レンズ外周縁の面取り部分（片側０．１ｍｍ）を考慮すると、第１レンズ５４のレンズ外径Ｄ２１はＤ２１０＋０．２ｍｍ、すなわち外径Ｄ２１は、２．１ｍｍ以上となる。また、内視鏡１２の先端部１７ｃの外径及び内部スペース等を考慮すると第１レンズ５４の外径Ｄ２１は３．０ｍｍが限界である。以上のことから第１レンズ５４の外径は、２．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とする。

また、第１レンズ５４の外径Ｄ２１は、光学素子５３の外径Ｄ１１の１．４倍以上である。これは、伝達効率及び加工精度の点から、光学素子５３は、外径が１．５ｍｍ以上とすることを要する。そこで、光学素子５３の外径Ｄ２０を１．５ｍｍ以上とし、さらに、上述したように第１レンズ５４の外径Ｄ２１を２．１ｍｍ以上とするために、第１レンズ５４の外径Ｄ２１が、第１レンズ４１の外径Ｄ１１の１．４倍以上であるという条件が必要となる。

また、第１レンズ５４の外径をＤ２１、第１レンズ５４の光入射端側の曲率半径をＲ２１とした場合、第１レンズ５４は、以下の式（４）
２．８０≦Ｄ２１／Ｒ２１・・・（４）
を満たす。
この式（４）を満たすための理由を、以下に述べる。第１レンズ５４の外径Ｒ２１を大きくするとＤ２１／Ｒ２１は小さくなり、照明配光は狭くなる（周辺部の光強度が小さくなる。）。

図１２に示す光強度分布ＩＤ２１～ＩＤ２３は、第１レンズ５４の外径Ｒ２１を変えた場合の光強度分布を示しており、横軸を配光角ＬＤＡとし、縦軸を配光角に対する光強度ＬＩを示している。なお、光強度は相対強度であり、例えば、各光強度分布のピーク値を１．０とし、ピーク値以外の光強度を、ピーク値に対する比率で表したものである。光強度は、光の光束の単位立体角内の密度である。光強度分布ＩＤ２１はＤ２１／Ｒ２１が２．５０、光強度分布ＩＤ２２はＤ２１／Ｒ２１が２．６３、光強度分布ＩＤ２３はＤ２１／Ｒ２１が２．８０の場合を示している。

光強度分布ＩＤ２２と光強度分布ＩＤ２３とでは、光強度分布ＩＤ２２の照明配光が狭く、周辺部（配光角が４０°以上）の光強度が小さい。さらに、光強度分布ＩＤ２１と光強度分布ＩＤ２２とでは、光強度分布ＩＤ２１の照明配光がさらに狭く、周辺部（配光角が４０°以上）の光強度がさらに小さい。よって、Ｄ２１／Ｒ２１が２．８０未満である光強度分布ＩＤ２１、ＩＤ２２では、内視鏡１２の撮像画像における画面の周辺部が暗くなる。一方、Ｄ２１／Ｒ２１が２．８０以上である光強度分布ＩＤ２３の場合、上述したように、内視鏡１２の撮像画像における画面の周辺部が明るくなる。

以上のように、本実施形態では、第１レンズ５４の外径Ｄ２１は、光学素子５３の外径Ｄ２０よりも大きく、２．１ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下としているため、光強度のピーク値を小さくして生体内物質の凝固耐性を向上させることができる。また光強度のピーク値を下げたことで、光源装置から導かれる照明光量を低下させずに照明光を伝達することができるため、内視鏡による観察において十分な明るさを得ることができる。また、第１レンズ５４の外径Ｄ２１が、光学素子５３の外径Ｄ２０の１．４倍以上であることから、さらに確実に光強度のピーク値を小さくすることができる。

また、第１レンズ５４の外径Ｄ２１及び曲率半径Ｒ２１について、２．８０≦Ｄ２１／Ｒ２１を満たすことで、周辺部の光強度の低下を防ぐことができる。よって、内視鏡の撮像画像における画面の周辺部でも十分に明るくなり、良好な観察環境を得ることができる。

上記各実施形態では、一対の照明光学系の両方について、照明光学系２３、５１、すなわち第２レンズ４２、第１レンズ５４を大径化している照明光学系を適用しているが、本発明はこれに限るものではなく、一方の照明光学系のうち、一方のみを照明光学系２３、５１とし、他方は、従来の第２レンズ、第１レンズを使用した照明光学系を用いてもよい。この場合、従来の第２レンズ、第１レンズを使用した照明光学系に対して、送気送水ノズル３５から液体を噴射させる構成にすれば、生体内物質の凝固を起こりにくくすることができる。

上記実施形態では、医療用の内視鏡を例に挙げて説明を行ったが、例えば、工業用途などの他の用途に使用される内視鏡などにも本発明を適用することができる。また、上記実施形態では、導光部として２つの照明光学系及びライトガイドを備えているが、これに限らず、３つ以上の照明光学系及びライトガイドを備えていてもよい。

１０ 内視鏡システム
１２ 内視鏡
１３ 光源装置
１４ プロセッサ装置
１５ ディスプレイ
１６ ユーザーインターフェース
１７ 挿入部
１７ａ 軟性部
１７ｂ 湾曲部
１７ｃ 先端部
１８ 操作部
１８ａ アングルノブ
１９ ユニバーサルケーブル
２１ 内視鏡側コネクタ
２２ 対物光学系
２３、５１ 照明光学系
２７ ライトガイド
２７ａ 光入射端
２７ｂ 光出射端
２８ 光源
２９ 光源制御部
３１ 先端部本体
３１ａ 先端面
３３ 観察窓
３４ 照明窓
３５ 送気送水ノズル
３６ 鉗子出口
３７ 光源装置側コネクタ
３８ レンズ装着孔
３９ ライトガイド装着孔
４０ 光学素子
４０ａ 面
４０ｂ 面
４１ 第１レンズ
４１ａ、４１ｂ 面
４２ 第２レンズ
４２ａ、４２ｂ 面
４３ 鏡筒
４３Ａ 第１内径部
４３Ｂ 第２内径部
４３Ｃ 第３内径部
４３Ｄ 第１外径部
４３Ｅ 第２外径部
４４ スペーサ
４６ａ コア
４６ｂ クラッド
４８ 当接面
５１ 照明光学系
５３ 光学素子
５３ａ、５３ｂ 面
５４ 第１レンズ
５４ａ、５４ｂ 面
５５ 鏡筒
５５Ａ 第１内径部
５５Ｂ 第２内径部
５５Ｄ 第１外径部
５５Ｅ 第２外径部
５６ａ コア
５６ｂ クラッド
Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ２０、Ｄ２１ 外径
Ｒ１２、Ｒ２１ 曲率半径
ｒ 半径
ＩＤ０、ＩＤ１、ＩＤ１１，ＩＤ１２、ＩＤ１３、ＩＤ２１，ＩＤ２２、ＩＤ２３ 光強度分布
ＬＤＡ 配光角
ＬＩ 光強度
ＬＩＰ ピーク値
ＯＰ 血液凝固発生点

Claims (18)

1. ライトガイドを介して光源からの照明光を挿入部の先端部に伝達することにより、前記照明光を前記先端部から観察部位に照射する照明光学系を有する内視鏡であって、
   前記照明光学系は、
   前記ライトガイドの先端側に位置する第１レンズと、
   一定の間隔を保持して前記第１レンズの先端側に配置された第２レンズとを備え、
   前記第２レンズの外径は、
   前記第１レンズの外径よりも大きく、２．１ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下である内視鏡。
2. 前記第２レンズの外径は、前記第１レンズの外径の１．４倍以上である請求項１記載の内視鏡。
3. 前記第１レンズは、凸レンズである請求項２記載の内視鏡。
4. 前記第１レンズは両凸レンズである請求項３記載の内視鏡。
5. 前記第２レンズは凸レンズである請求項４記載の内視鏡。
6. 前記第２レンズは光入射端側が凸形状、光出射端側が平形状の凸平レンズである請求項５記載の内視鏡。
7. 前記第２レンズの外径をＤ、前記第２レンズの光入射端側の曲率半径をＲとした場合、前記第２レンズは、以下の条件式
   １．４８≦Ｄ／Ｒ
   を満たす請求項６記載の内視鏡。
8. 前記ライトガイドと、前記第１レンズとの間に光反射機能を持つ光学素子が配置される請求項７記載の内視鏡。
9. 前記光学素子は、前記ライトガイドに対面する光入射端と、光反射機能を持つ外周部と、凸形状の光出射端とを有する請求項８記載の内視鏡。
10. 前記光学素子は、全反射機能を持つ請求項９記載の内視鏡。
11. 前記光学素子は、コアとクラッドから構成される請求項１０記載の内視鏡。
12. ライトガイドを介して光源からの照明光を挿入部の先端部に伝達することにより、前記照明光を前記先端部から観察部位に照射する照明光学系を有する内視鏡であって、
    前記照明光学系は、
    前記ライトガイドに対面する光入射端、及び光反射機能を持つ外周部を有する光学素子と、
    一定の間隔を保持して前記光学素子の先端側に配置された第１レンズとを備え、
    前記第１レンズのレンズ外径は、
    前記光学素子の外径より大きく、２．１ｍｍ以上かつ３．０ｍｍ以下である内視鏡。
13. 前記第１レンズの外径は、前記光学素子の外径の１．４倍以上である請求項１２記載の内視鏡。
14. 前記第１レンズは、凹レンズである請求項１３記載の内視鏡。
15. 前記第１レンズは、光入射端側が凹形状、光出射端側が平形状の凹平レンズである請求項１４記載の内視鏡。
16. 前記第１レンズの外径をＤ、前記第１レンズの光入射端側の曲率半径をＲとした場合、前記第１レンズは、以下の条件式
    ２．８０≦Ｄ／Ｒ
    を満たす請求項１５記載の内視鏡。
17. 前記光学素子は全反射機能を持つ請求項１６記載の内視鏡。
18. 前記光学素子は、コアとクラッドから構成される請求項１７記載の内視鏡。

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