JP3356427B2 - 内視鏡照明装置 - Google Patents

内視鏡照明装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内視鏡の先端硬性部の
側面に観察窓と照明窓とを備えた内視鏡の照明装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、先端硬性部の側面に照明窓と観察
窓とを備え、該照明窓の内側にライトガイドの射出端面
を配置した内視鏡(側視型内視鏡)の先端硬性部は、図
8,図9に示す構造になっている。図8は、内視鏡先端
部の観察光学系と照明光学系を含む断面図、図9は、内
視鏡の軸に直交する断面図である。
【0003】両図において、2は照明窓であり、照明窓
端面2b,照明レンズ2c等から構成してある。3は観
察窓であり、観察窓端面3b,観察レンズ3c等から構
成してある。4はライトガイド束で、ライトガイド射出
端面4bにおいて照明レンズ2cと光学的に連結してい
る。5はプリズム、6は結像光学系であり、プリズム
5,結像光学系6は観察光学系の一部を構成している。
また、2aは照明窓2の光学的中心軸である照明窓光
軸、3aは観察窓3の光学的中心軸である観察窓光軸、
4aはライトガイド束4の中心軸であるライトガイド光
軸を示している。なお、直線9は照明範囲を、直線10
は観察視野範囲を明示する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図8,図9におけるよ
うに、照明窓光軸2aとライトガイド光軸4aが一致し
ている構成では、照明窓2下方の内視鏡の中心付近で、
ライトガイド束4が内視鏡の軸に沿って存在する形とな
る。このような構成では、ライトガイド束4の存在が障
害になって、先端硬性部を起上させる操作に用いるフレ
キシブルシャフトや鉗子チャネル等の挿設がうまくいか
ず、あるいは、これらを挿設するスペースを確保するた
め、内視鏡を太くしなければいけない、といった問題が
ある。
【0005】上述の問題を避けるため、図10に示すよ
うに、特開昭62−180319号公報では、照明窓2
の下で、ライトガイド束4をすぐに側方へ曲げて、ライ
トガイド束4の位置を、内視鏡の中心からずらす考えを
示してある。しかし、この構成では、狭い空間内でガラ
スファイバーは複数回も急激に曲げられ、そのため折れ
やすく、好ましい配置とはいえない。
【0006】本発明は、この種の内視鏡がかかえる上述
の課題に鑑みて、内視鏡の構成要素の機械的な配置を容
易にするとともに、良好な配光がえられる内視鏡の照明
装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、先端硬性部の
側面に照明窓と観察窓とを備え、該照明窓の内側にライ
トガイドの射出端面を配置した内視鏡照明装置におい
て、該内視鏡の軸に垂直な断面内において、該ライトガ
イドの軸が観察光軸に対して傾斜するように該ライトガ
イドを配置するとともに、該断面内において該ライトガ
イドの軸に沿って伝達された照明光の該ライトガイド射
出後の進行方向が該観察光軸とほぼ平行になるように該
ライトガイド射出端面の形状を選定したことを特徴とし
ている。
【0008】
【作用】内視鏡の先端硬性部の軸方向に垂直な断面にお
いて、前出の図9が示すように、従来は照明窓端面2b
に対して、ライトガイド光軸4aが垂直であり、照明窓
光軸2aとライトガイド光軸4aは、同一線上でほぼ一
致、もしくは平行である。また、照明窓光軸2aと観察
窓光軸3aも平行である。その結果、ライトガイド束4
から射出した光は、照明窓2を通過して照明窓光軸2a
を中心にして一様に照明し、観察に適する良好な配光が
得られる。本発明はこの点に着目し、先端硬性部の軸方
向に垂直な断面において、照明窓光軸2aと観察窓光軸
3aが平行であるとき、照明窓光軸2aに対しライトガ
イド光軸4aがある角度で設定された場合でも、先端硬
性部の軸方向に垂直な断面において、照明光軸と観察光
軸が平行になり、従来と同様に、良好な照明を得ること
を図ったものである。
【0009】図5により、更に詳しく説明する。符号の
説明は、以後のすべての記述において前出の図14と同
じである。図5は先端硬性部の軸方向に垂直な断面で
の、照明窓2とライトガイド束4を示し、照明窓光軸2
aとライトガイド光軸4aとは、ω1 の傾き角度で交差
している。また、ライトガイド束4の射出端面4bから
射出する照明光の中心軸(照明光軸)が、照明窓光軸2
aと一致、もしくは平行となるように、ライトガイド束
4の射出端面4bとライトガイド光軸4aの垂直面4
b′とは、ω2 の傾き角度で交差している。図5でライ
トガイド光軸4aを入射光、照明窓光軸2aを屈折光に
相当すると考え、屈折に関するスネルの法則を適用する
と、(2)式が成立する。
【0010】 nsinω2 =n′sin(ω1 +ω2 )・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
【0011】ただし、nはライトガイド束4の屈折率、
n′は射出した側の媒質の屈折率で、この場合、n>
n′である。また、傾き角度ω1 と傾き角度ω2 の間に
は、(2)式の関係がある。
【0012】 ω2 =tan-1〔(n′sinω1 )/(n−n′cosω1 )〕・・・・(2)
【0013】ここで、ライトガイド光軸4aの照明窓光
軸2aに対する傾き角ω1 を大きくすると、ライトガイ
ド束4の射出端面4bの傾き角ω2 も大きくしなければ
ならない。しかし、傾き角ω2 を大きくすると、ライト
ガイド射出端面4bで全反射となり、ライトガイド内側
へ反射する光が増大する。しかし、傾き角ω2 の大きさ
が(3)式の条件を満足する場合は、反射による損失を
少なくすることができる。
【0014】 ω2 <|α|−|β|・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3)
【0015】ただし、α及びβは図6,図7を用いて次
に説明される角度である。両図は、ライトガイド束4を
構成する繊維を拡大した図である。図6はライトガイド
光軸に対して射出端面4bが垂直な場合、図7はライト
ガイド光軸に対して射出端面4bが傾き角を有する場合
である。ライトガイドの屈折率をn,射出した側の媒質
の屈折率をn′(n>n′)とすれば、ライトガイド繊
維内の光が全反射を開始する臨界角がαであり、臨界角
αは、次の(4)式で示される。
【0016】 α=sin-1(n′/n)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
【0017】また、ライトガイドのNA(開口数)をN
としたとき、ライトガイドの中を射出端面4bに向かっ
て伝達されてきた光の射出端面4bへの入射角がβであ
り、次の(5)式で示される。
【0018】 β=sin-1(N/n)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5)
【0019】ライトガイド光軸4aに対して射出端面4
bが傾き角を有する図7の場合、ライトガイドの中を射
出端面4bに向かって伝達されてきた光は、射出端面4
bへの入射角βが臨界角αを越えない限り、全反射を起
こさないので、ライトガイドの射出端面4bは(|α|
−|β|)まで、光量の損失を生ずることなく、傾ける
ことが可能である。
【0020】一般に、ライトガイドの屈折率は1.63
程度、NA(開口数)は0.62程度である。ライトガ
イドから射出した側の媒質が空気のとき、(4)式よ
り、α=37.8°,(5)式より、β=22.4°と
なり、ライトガイドの射出端面4bの傾き角ω2 は、
(3)式よりω2 <15.4°であることが望ましい。
しかし、NA(開口数)の大きな光の強度は、極めて弱
い。上述のようなNA(開口数)が0.62程度のライ
トガイドであれば、NA(開口数)が0.5以上の光が
全反射しても、実用上問題はない。したがって、(5)
式より、β=17.9°となり、ライトガイドの射出端
面4bの傾き角ω2 は、(3)式よりω2 <19.9°
となり、ω2 は約20°程度まで傾けても、実用上、差
しつかえないことになる。
【0021】このように、ライトガイドを傾けることに
より、先端硬性部のレイアウトの自由度が増加し、設計
・製造上の制限を受けにくくなる。そうして、ライトガ
イド光軸と観察窓光軸との間で傾きを生じているとき、
ライトガイドの射出端面を傾けることにより、ライトガ
イドの射出端面より射出する照明光の光軸を、照明窓光
軸とほぼ一致、もしくは平行にさせ、照明光軸と観察光
軸とがほぼ平行となり、観察するのに最適な配光を得る
ことができる。ただし、照明光軸と観察光軸は、完全に
平行となる必要はなく、±10°程度のずれがあって
も、十分観察に適する配光が得られる。
【0022】
【実施例】図1〜図4は、本発明の一実施例を示すもの
である。図1は内視鏡の先端硬性部の軸方向断面図、図
2は内視鏡の先端硬性部の平面図、図3は照明窓2とラ
イトガイド束4を先端硬性部1の軸に垂直な面で切断し
た断面図、図4は、観察窓3とプリズム5を先端硬性部
1の軸に垂直な面で切断した断面図である。本実施例で
は、ライトガイド束4のライトガイド光軸4aが、照明
窓光軸2aに対して傾き角度ω1 をなして配置してあ
り、また、ライトガイド射出端面4bが、ライトガイド
光軸4aの直交面に対して傾き角度ω2 をなしている。
この場合、ライトガイド射出端面4bから射出した照明
光の照明光軸が照明窓光軸2aとほぼ平行になるよう
に、傾き角度ω2 は設定してある。
【0023】ここで、傾き角度ω1 =7°,ライトガイ
ド束4の屈折率n=1.65,射出した側の媒質(空
気)の屈折率n′=1であれば、(2)式より傾き角度
ω2 =10.5°となる。前述したように、ω2 <1
5.4°であることが望ましいが、これを満足する。本
実施例では、先端硬性部1の軸の直交面において、観察
窓光軸3aと照明窓光軸2aは平行になるように構成し
てあるので、ライトガイド射出端面4bから射出し、照
明窓2を透過した照明光の照明光軸7は、観察窓光軸3
aとほぼ平行となる。このように、ライトガイド束4の
傾き具合を変えることにより、図4に示すようにライト
ガイド4を照明窓の真下からずらすことができ、先端硬
性部1内の構成要素のレイアウトにおける自由度が増
し、また、観察するのに最適な配光を得ることができ
る。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明の内視鏡照明
装置は、ライトガイドに適正な傾きを与えることによ
り、内視鏡の先端硬性部における構成要素のレイアウト
設計や製造・組立工程を簡単にするとともに、観察に最
適な配光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例における内視鏡の先端硬性部の軸方向
断面図である。
【図2】本実施例における内視鏡の先端硬性部の平面図
である。
【図3】本実施例における内視鏡の先端硬性部の照明窓
とライトガイド束を先端硬性部の軸に垂直な面で切断し
た断面図である。
【図4】本実施例における内視鏡の先端硬性部の観察窓
とプリズムを先端硬性部の軸に垂直な面で切断した断面
図である。
【図5】課題を解決するための本発明の手段の説明図で
ある。
【図6】ライトガイドにおける臨界角の説明図である。
【図7】ライトガイドにおける入射角の説明図である。
【図8】従来技術における内視鏡の先端硬性部の軸方向
断面図である。
【図9】従来技術における内視鏡の先端硬性部の照明窓
とライトガイド束を先端硬性部の軸に垂直な面で切断し
た断面図である。
【図10】従来技術における内視鏡の先端硬性部の照明
窓とライトガイド束の説明図である。
【符号の説明】
1 先端硬性部 2 照明窓 2b 観察窓端面 3 観察窓 3b 観察窓端面 4 ライトガイド束 4a ライトガイド光軸 7 照明光軸 8 観察光軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 23/26 A61B 1/00 300

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 先端硬性部の側面に照明窓と観察窓とを
    備え、該照明窓の内側にライトガイドの射出端面を配置
    した内視鏡照明装置において、 該内視鏡の軸に垂直な断面内において、該ライトガイド
    の軸が観察光軸に対して傾斜するように該ライトガイド
    を配置するとともに、該断面内において該ライトガイド
    の軸に沿って伝達された照明光の該ライトガイド射出後
    の進行方向が該観察光軸とほぼ平行になるように該ライ
    トガイド射出端面の形状を選定したことを特徴とする内
    視鏡照明装置。
  2. 【請求項2】 前記照明窓は前記観察窓よりも内視鏡の
    先端側にあり、前記ライトガイドは前記照明窓の真下か
    らはずれた位置で内視鏡の手元側に向って延在している
    ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡照明装置。
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