JP5492026B2 - 内視鏡用ライトガイドおよびそれを備えた内視鏡、並びに内視鏡用ライトガイドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、体腔内に挿入され、照明光を導光して被観察部に照射する内視鏡用ライトガイドおよびそれを備えた内視鏡、並びに内視鏡用ライトガイドの製造方法に関するものである。

従来、体腔内の組織を観察する内視鏡システムが広く知られており、例えば白色光の照射によって体腔内の被観察部を撮像して可視画像を得、この可視画像をモニタ画面上に表示する内視鏡システムが広く実用化されている。

上記内視鏡システムには、体腔内に照明光を導光するための光ファイバを備えた内視鏡用ライトガイドが使用され、例えば、照明光を発生する光源としてレーザ光源を使用することができる。レーザ光源から放出されたレーザ光は指向性が高いため、照明光として拡がり角を拡大させようと、特許文献１のように、光ファイバの出射端近傍の所定部分を先細りのテーパ形状とすることが伝統的に行われている。

特開２００９−２９７１８８号公報

しかしながら、特許文献１のように、光ファイバの出射端を細径化すると、レーザ光の安全基準の観点から危険であるという問題がある。レーザ光源から放出されたレーザ光は、たとえ小さな放出量であっても、光ファイバの視角あたりのパワー密度が高く、人体に有害となる場合があるからである。したがって、レーザ光源を照明光源とする場合、術場の安全の観点から、レーザ光の安全基準のクラスを出来る限り低いレベルに下げることが好ましい。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、内視鏡用ライトガイドおよびそれを備えた内視鏡において、光ファイバを先細り形状にテーパ化せずとも拡がり角の拡大を図り、かつ発光面積の大きな光源を形成して光ファイバの出射端における視角当たりのレーザ光強度を低減することを可能とする内視鏡用ライトガイドおよびそれを備えた内視鏡を提供することを目的とするものである。

また、本発明は、内視鏡用ライトガイドの製造方法において、上記のような作用効果を有する内視鏡用ライトガイドおよびそれを備えた内視鏡を製造することを可能とする内視鏡用ライトガイドの製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る内視鏡用ライトガイドは、
照明光を被観察部へ導光する、光ファイバを備えた内視鏡用ライトガイドにおいて、
光ファイバが、入射側テーパ部と、出射側テーパ部とを有するものであり、
入射側テーパ部が、照明光が入射する入射端を含む光ファイバの所定部分であって、光ファイバのコアが入射端に向かって先太りとなる形状を有する所定部分であり、
出射側テーパ部が、照明光が出射する出射端を含む光ファイバの所定部分であって、光ファイバのコアが出射端に向かって先太りとなる形状を有する所定部分であり、
上記入射端におけるコア径が、上記出射端におけるコア径よりも大きいことを特徴とするものである。

さらに、本発明に係る内視鏡用ライトガイドにおいて、上記出射端におけるコア径に対する上記入射端におけるコア径の比は、２〜３であることが好ましい。

さらに、上記入射端におけるコア径は３００〜６０００μｍであり、上記出射端におけるコア径は１５０〜４０００μｍであることが好ましい。コア径の下限はレーザ安全を考慮する上で点光源として見なされる光源サイズに制限され、コア径の上限は光ファイバが一般的な内視鏡用ライトガイドに要求される可撓性を満たすコア径により制限される。

さらに、光ファイバは、マルチモード光ファイバであることが好ましい。

そして、本発明に係る内視鏡は、
上記に記載の内視鏡用ライトガイドと、
この内視鏡用ライトガイドの入射側に接続された、照明光を生じせしめる光源と、
内視鏡用ライトガイドによって導光された照明光の照射に起因して被観察部から生じた光を受光し、被観察部の像を撮像する撮像部とを備えたことを特徴とするものである。

本明細書において、「照明光の照射に起因して被観察部から生じた光」とは、例えば白色光を照明光として可視画像を撮像する場合には、白色光の反射光を意味し、例えば励起光を照明光として蛍光画像を撮像する場合には、励起光に対応した蛍光を意味する。

そして、本発明に係る第１の内視鏡用ライトガイドの製造方法は、
照明光を被観察部へ導光する内視鏡用ライトガイドの製造方法において、
一方の端部に第１のテーパ部を有する第１の光ファイバ、および一方の端部に第２のテーパ部を有する第２の光ファイバを用意する準備工程と、
第１の光ファイバの他方の端部と第２の光ファイバの他方の端部とを融着して、第１のテーパ部および第２のテーパ部を有する第３の光ファイバを形成する融着工程と、
第３の光ファイバの第２のテーパ部を照明光の入射側、第１のテーパ部を出射側として、第３の光ファイバを内視鏡用挿入部に設置する設置工程とを備え、
第１のテーパ部が、上記一方の端部を含む第１の光ファイバの所定部分であって、この所定部分のコアが第１の光ファイバの上記一方の端部に向かって先太りとなる形状を有するものであり、
第２のテーパ部が、上記一方の端部を含む第２の光ファイバの所定部分であって、この所定部分のコアが第２の光ファイバの上記一方の端部に向かって先太りとなる形状を有するものであり、
第２の光ファイバの上記一方の端部におけるコア径が、第１の光ファイバの上記一方の端部におけるコア径よりも大きいものであることを特徴とするものである。

さらに、本発明に係る第１の内視鏡用ライトガイドの製造方法において、第１の光ファイバの上記一方の端部におけるコア径に対する第２の光ファイバの上記一方の端部におけるコア径の比は、２〜３であることが好ましい。

さらに、第２の光ファイバの上記一方の端部におけるコア径は３００〜６０００μｍであり、第１の光ファイバの上記一方の端部におけるコア径は１５０〜４０００μｍであることが好ましい。

また、本発明に係る第２の内視鏡用ライトガイドの製造方法は、
照明光を被観察部へ導光する内視鏡用ライトガイドの製造方法において、
光ファイバのコアの一部が光ファイバの一方の端部に向かって先太りとなる形状を有するように、光ファイバの上記一方の端部を含む所定部分に対してテーパ加工を行う工程と、
光ファイバのコアの一部が光ファイバの他方の端部に向かって先太りとなる形状を有し、かつ光ファイバの上記他方の端部におけるコア径が光ファイバの上記一方の端部におけるコア径よりも大きくなるように、光ファイバの上記他方の端部を含む所定部分に対してテーパ加工を行う工程と、
光ファイバのコア径の大きい方の端部を照明光の入射側、小さい方の端部を出射側として、光ファイバを内視鏡用挿入部に設置することを特徴とするものである。

本明細書において、「光ファイバの上記他方の端部におけるコア径が光ファイバの上記一方の端部におけるコア径よりも大きくなるように」テーパ加工を行うとは、上記一方の端部について先にテーパ加工を行い、その後に上記他方の端部について、当該他方の端部のコア径が一方の端部のコア径より大きくなるようにテーパ加工を行う場合や、上記他方の端部について先にテーパ加工を行い、その後に上記一方の端部について、当該一方の端部のコア径が他方の端部のコア径より小さくなるようにテーパ加工を行うことで、結果的に他方の端部のコア径が大きくなる場合も含む意味である。すなわち、本発明に係る第２の内視鏡用ライトガイドの製造方法は、端部のテーパ加工を行う順序には依存しない。

さらに、本発明に係る第２の内視鏡用ライトガイドの製造方法において、光ファイバの上記一方の端部におけるコア径に対する上記他方の端部におけるコア径の比が、２〜３であることが好ましい。

さらに、光ファイバの上記他方の端部におけるコア径は３００〜６０００μｍであり、光ファイバの上記一方の端部におけるコア径は１５０〜４０００μｍであることが好ましい。

本発明に係る内視鏡用ライトガイドおよびそれを備えた内視鏡は、照明光を被観察部へ導光する、光ファイバを備えた内視鏡用ライトガイドにおいて、光ファイバが、入射側テーパ部と、出射側テーパ部とを有するものであり、入射側テーパ部が、照明光が入射する入射端を含む光ファイバの所定部分であって、光ファイバのコアが入射端に向かって先太りとなる形状を有する所定部分であり、出射側テーパ部が、照明光が出射する出射端を含む光ファイバの所定部分であって、光ファイバのコアが出射端に向かって先太りとなる形状を有する所定部分であり、上記入射端におけるコア径が、上記出射端におけるコア径よりも大きいことを特徴とするものである。これにより、光ファイバの出射端においては、出射端近傍を先太りのテーパ形状とし発光面積を大きくすることで視角あたりのレーザ光強度を減少させることができる。一方、光ファイバの入射端において、入射端近傍を先太りのテーパ形状とし、入射端におけるコア径が、出射端におけるコア径よりも大きくなるように形成されているため、エタンデュの保存則から出射端における拡がり角を拡大することができる。この結果、内視鏡用ライトガイドおよびそれを備えた内視鏡において、光ファイバを先細り形状にテーパ化せずとも拡がり角の拡大を図り、かつ発光面積の大きな光源を形成して光ファイバの出射端における視角当たりのレーザ光強度を低減することが可能となる。

さらに、本発明に係る内視鏡用ライトガイドおよびそれを備えた内視鏡は、上記のような効果から、照明領域の拡大とレーザ光の安全基準におけるクラスの低減という効果を奏する。

一方、本発明に係る第１の内視鏡用ライトガイドの製造方法は、照明光を被観察部へ導光する内視鏡用ライトガイドの製造方法において、一方の端部に第１のテーパ部を有する第１の光ファイバ、および一方の端部に第２のテーパ部を有する第２の光ファイバを用意する準備工程と、第１の光ファイバの他方の端部と第２の光ファイバの他方の端部とを融着して、第１のテーパ部および第２のテーパ部を有する第３の光ファイバを形成する融着工程と、第３の光ファイバの第２のテーパ部を照明光の入射側、第１のテーパ部を出射側として、第３の光ファイバを内視鏡用挿入部に設置する設置工程とを備え、第１のテーパ部が、上記一方の端部を含む第１の光ファイバの所定部分であって、この所定部分のコアが第１の光ファイバの上記一方の端部に向かって先太りとなる形状を有するものであり、第２のテーパ部が、上記一方の端部を含む第２の光ファイバの所定部分であって、この所定部分のコアが第２の光ファイバの上記一方の端部に向かって先太りとなる形状を有するものであり、第２の光ファイバの上記一方の端部におけるコア径が、第１の光ファイバの上記一方の端部におけるコア径よりも大きいものであることを特徴とするものである。これにより、内視鏡用ライトガイドの製造方法において、上記のような作用効果を有する内視鏡用ライトガイドおよびそれを備えた内視鏡を製造することが可能となる。

或いは、本発明に係る第２の内視鏡用ライトガイドの製造方法は、照明光を被観察部へ導光する内視鏡用ライトガイドの製造方法において、光ファイバのコアの一部が光ファイバの一方の端部に向かって先太りとなる形状を有するように、光ファイバの上記一方の端部を含む所定部分に対してテーパ加工を行う工程と、光ファイバのコアの一部が光ファイバの他方の端部に向かって先太りとなる形状を有し、かつ光ファイバの上記他方の端部におけるコア径が光ファイバの上記一方の端部におけるコア径よりも大きくなるように、光ファイバの上記他方の端部を含む所定部分に対してテーパ加工を行う工程と、光ファイバのコア径の大きい方の端部を照明光の入射側、小さい方の端部を出射側として、光ファイバを内視鏡用挿入部に設置することを特徴とするものである。これにより、内視鏡用ライトガイドの製造方法において、上記のような作用効果を有する内視鏡用ライトガイドおよびそれを備えた内視鏡を製造することが可能となる。

本発明の内視鏡用ライトガイドを用いた内視鏡システムの構成を示す外観図である。 本発明の内視鏡用ライトガイドを用いた内視鏡システムの内部構成を示す概略図である。 本発明の内視鏡用ライトガイドに使用される両端がテーパ化された光ファイバを示す概略断面図である。 所定のテーパ形状を有する光ファイバについて、照明光の光ファイバへの入射角φ、および出射光の拡がり角θの関係を説明するための概念図である。 実施例において作成した両端にテーパ部を有する光ファイバを示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。

「内視鏡用ライトガイドおよびそれを備えた内視鏡、並びに内視鏡用ライトガイドの製造方法の実施形態」
本実施形態の内視鏡用ライトガイドまたはそれを備えた内視鏡は、図１に示すような内視鏡システムに使用される。図１に示すように、内視鏡システム２は、被検者の体内（体腔内）の被観察部の画像を撮像する電子内視鏡１０と、内視鏡画像を生成するプロセッサ装置１１と、体腔内を照明するための照明光を供給する光源装置１２とから構成されている。また、プロセッサ装置１１には、内視鏡画像を表示するためのモニタ２０が接続されている。

電子内視鏡１０は、体腔内に挿入される挿入部１３と、挿入部１３の基端側に連設された操作部１４と、操作部１４から延設されたユニバーサルコード１５とを備えている。挿入部１３は、細径で長尺の可撓管部１３ａと、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１３ｂと、先端に位置する先端部１３ｃとから構成されている。先端部１３ｃは、硬質な金属材料等で形成され、体腔内の画像を撮像するためのＣＣＤ３０（図２参照）を内蔵する。

操作部１４は、鉗子口１７やアングルノブ１８等を備えている。鉗子口１７は、先端部１３ｃに形成された鉗子出口２７（図２参照）に連結されており、ここから処置具を挿入して体腔内に突出させる。アングルノブ１８は、挿入部１３内に挿設されたワイヤ（図示なし）を介して、湾曲部１３ｂに接続されている。アングルノブ１８を操作してワイヤを押し引きすることにより、湾曲部１３ｂは上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部１３ｃを体内の所望の方向に向けることができる。

ユニバーサルコード１５は、その延出先端にコネクタ１９を備えている。コネクタ１９は、通信用コネクタ１９ａと光源用コネクタ１９ｂからなる複合タイプのコネクタであり、プロセッサ装置１１及び光源装置１２に着脱自在に接続される。

図２に示すように、電子内視鏡１０の先端面には、被写体の像光を取り入れるための観察窓２５と、照明光が照射される照明窓２６と、鉗子出口２７が形成されている。観察窓２５の奥には、対物光学系２８とプリズム２９が配置されている。プリズム２９の直下にはＣＣＤ３０が位置しており、ＣＣＤ３０は、回路基板３１に接続されている。対物光学系２８及びプリズム２９を通過した被写体光は、ＣＣＤ３０の受光面に入射する。ＣＣＤ３０は、この入射した被写体光に基づいた撮像信号を出力し、これを回路基板３１に入力する。

回路基板３１は、信号ケーブル３２を介して、プロセッサ装置１１のタイミング／ドライバ回路４２及びデジタル信号処理回路（ＤＳＰ）４３に接続されている。回路基板３１は、アナログ信号処理回路（図示なし）を備えている。アナログ信号処理回路は、ＣＣＤ３０から入力された撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、リセット雑音及びアンプ雑音を取り除く。そして、ノイズが除去された撮像信号を所定のゲイン（増幅率）で増幅した後、所定のビット数のデジタル信号に変換する。このデジタルの撮像信号は、信号ケーブル３２を介してプロセッサ装置１１のＤＳＰ４３に入力される。

照明窓２６の奥には、体腔内に向けて照明光を照射する照射レンズ３３が取り付けられている。照射レンズ３３は、ライトガイド３４の出射端に面している。このライトガイド３４は、挿入部１３、操作部１４、及びユニバーサルコード１５の内部を貫通し、その入射端が光源用コネクタ１９ｂの端部から露呈している。光源用コネクタ１９ｂを光源装置１２に接続すると、ライトガイド３４の入射端は光源装置１２の内部に挿入される。光源装置１２からの照明光は、このライトガイド３４によって先端部１３ｃまで導光され、照射レンズ３３及び照明窓２６から体腔内に照射される。

ライトガイド３４の導光部材としての光ファイバＦは、コアＣとクラッドＫとから構成され、図３に示すように、その両端に入射側テーパ部Ｔａと、出射側テーパ部Ｔｂとを有している。入射側テーパ部Ｔａは、照明光が入射する入射端Ｓａを含む光ファイバＦの所定部分であって、光ファイバＦのコアＣが入射端Ｓａに向かって先太りとなる形状に形成された部分である。一方、出射側テーパ部Ｔｂは、照明光が出射する出射端Ｓｂを含む光ファイバＦの所定部分であって、光ファイバＦのコアＣが出射端Ｓｂに向かって先太りとなる形状に形成された部分である。

そして、光ファイバＦは、入射端Ｓａにおけるコア径Ｌａが、出射端Ｓｂにおけるコア径Ｌｂよりも大きくなるように形成されている。出射端Ｓｂにおけるコア径Ｌｂに対する入射端Ｓａにおけるコア径Ｌａの比は、ビーム拡がり角の拡大、可撓性を確保できる光ファイバのコア径、レーザ安全を考慮した出射端の光源サイズの３項目を満足するという観点から、２〜３であることが好ましい。また、入射端におけるコア径は３００〜６０００μｍであり、出射端におけるコア径は１５０〜４０００μｍであることが好ましい。ここで、可視光および近赤外光領域では、上記コア径を満たす光ファイバはマルチモード光ファイバとして動作することとなる。

このように、両端にテーパ部を有するような光ファイバＦは、例えば次のような方法により形成することができる。まず、一方の端部に第１のテーパ部を有する第１の光ファイバ、および一方の端部に第２のテーパ部を有する第２の光ファイバを用意する。ここで、第１のテーパ部は、上記一方の端部を含む第１の光ファイバの所定部分であって、この所定部分のコアが第１の光ファイバの上記一方の端部に向かって先太りとなる形状を有するものであり、第２のテーパ部は、上記一方の端部を含む第２の光ファイバの所定部分であって、この所定部分のコアが第２の光ファイバの上記一方の端部に向かって先太りとなる形状を有するものである。また、第２の光ファイバの上記一方の端部におけるコア径は、第１の光ファイバの上記一方の端部におけるコア径よりも大きいものを選択する。次に、第１の光ファイバの他方の端部と第２の光ファイバの他方の端部とを融着して、第１のテーパ部および第２のテーパ部を有する第３の光ファイバを形成することにより、上記のような光ファイバが形成される。さらに、必要に応じて、上記の工程を繰り返し、同様な光ファイバを複数用意する。その後、第３の光ファイバの第２のテーパ部を照明光の入射側、第１のテーパ部を出射側として、第３の光ファイバを内視鏡用挿入部内に設置することにより、本実施形態のライトガイドが得られる。

或いは、両端にテーパ部を有するような光ファイバＦは、次のような方法により形成することもできる。まず、光ファイバのコアの一部が光ファイバの一方の端部に向かって先太りとなる形状を有するように、光ファイバの上記一方の端部を含む所定部分に対してテーパ加工を行う。次に、光ファイバのコアの一部が光ファイバの他方の端部に向かって先太りとなる形状を有し、かつ光ファイバの上記他方の端部におけるコア径が光ファイバの上記一方の端部におけるコア径よりも大きくなるように、光ファイバの上記他方の端部を含む所定部分に対してテーパ加工を行う。この際、コア径の大きな方のテーパ部を先に形成しても、後に形成してもよい。このようにして上記のような光ファイバが形成される。さらに、必要に応じて、上記の工程を繰り返し、同様な光ファイバを複数用意する。そして、光ファイバのコア径の大きい方の端部を照明光の入射側、小さい方の端部を出射側として、光ファイバを内視鏡用挿入部内に設置することにより、本実施形態のライトガイドが得られる。上記の方法において、テーパ加工は、例えば光ファイバ線引速度を調整することにより実施することができる。一般的な光ファイバ線引装置では１０００ｍ／分程度から２６００ｍ／分程度の範囲で線引速度を調節できるので、光ファイバのテーパ部のコア径と直線部のコア径が望みの値となるように線引を行うことができる。

上記のように、光ファイバＦの両端を先太りのテーパ形状とし、かつ入射端におけるコア径を出射端におけるコア径よりも大きくした場合、内視鏡システムにおいて、光ファイバを先細り形状にテーパ化せずとも拡がり角の拡大を図り、かつ発光面積の大きな光源を形成して光ファイバの出射端における視角当たりのレーザ光強度を低減することが可能となる。

さらに、本発明に係るライトガイドにおいては、光ファイバの両端のみを先太りのテーパ形状とすればよい。つまり、光ファイバの両端以外は細径のままの光ファイバを用いることが可能である。これは、湾曲変形が多いライトガイドの中央付近において、可撓性および剛性の点で優れる細径の光ファイバを利用できる点で有益である。

その理由は以下の通りである。図４ａは、従来の先細り形状を有するテーパ部を出射端に備える光ファイバについて、照明光の光ファイバへの入射角φ、および出射光の拡がり角θの様子を示す概略図である。図４ａに示す光ファイバに対して、レーザ光の安全上の観点から図４ｂに示すように出射端のコア径を大きくした場合、出射端における発光面積は確かに拡大されるが、エタンデュの保存則から拡がり角が小さくなってしまう。そこで、図４ｃに示すように、端部の面積比（出射端面：入射端面）が図４ａの場合と同等となるように入射端におけるコア径を大きくすることにより、面積比が保存されることにより理論的には拡がり角も保存される。

鉗子出口２７は、鉗子チャンネル３５を介して鉗子口１７に連結されている。鉗子チャンネル３５は、例えば樹脂性の円筒部材である。内視鏡検査下で患部を切開するような場合には、処置具である電気メス（高周波メス）３６が鉗子口１７から鉗子チャンネル３５に挿入される。電気メス３６を押し進めて鉗子出口２７から突出させ、高周波の電流（３００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ）を電気メス３６に印加する。

プロセッサ装置１１は、ユニバーサルコード１５の通信用コネクタ１９ａと嵌合するソケット４０を備えている。ソケット４０は、プロセッサ装置１１の本体側とコネクタ側を電気的に分離するために、絶縁物（図示なし）を介して筐体４１に組み付けられる。この筐体４１は、大地（アース）に接地されている。通信用コネクタ１９ａをソケット４０に嵌合させると、ＣＣＤ３０は、タイミング／ドライバ回路４２及びＤＳＰ４３に接続される。

タイミング／ドライバ回路４２は、ＣＰＵ４４の指示に応じて制御信号（クロックパルス）を発生し、信号ケーブル３２を介して、これをＣＣＤ３０に入力する。この制御信号により、ＣＣＤ３０から蓄積電荷を読み出すタイミングや、ＣＣＤ３０の電子シャッタのシャッタ速度等が制御される。ＤＳＰ４３は、信号ケーブル３２を介して入力される撮像信号に対し、色分離、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等を行い、画像データを生成する。画像データは、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）４５によってアナログ信号に変換され、内視鏡画像としてモニタ２０に表示される。

光源装置１２は、光源５０と、光源ドライバ５１と、絞り調節機構５２と、アイリスドライバ５３と、これら各部を制御するＣＰＵ５４とを備えている。光源５０は、光源ドライバ５１の制御によって点消灯し、前方に位置する集光レンズ５５に向けて照明光を照射する。光源５０としては、例えばキセノンランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤ（発光ダイオード）、蛍光発光素子、あるいはＬＤ（レーザーダイオード）等を用いることができる。光源は５０、どのような内視鏡画像（可視画像や蛍光画像等）を撮像するのか、つまり使用する波長によって適宜選択される。

絞り調節機構５２は、光源５０と集光レンズ５５の間に配置され、ＣＣＤ３０によって撮像される内視鏡画像が略一定の明るさとなるように、照明光の光量を調節する。絞り調節機構５２は、照明光が通過する絞り開口の直径（絞り径）を変化させる絞り羽根と、この絞り羽根を駆動するモータを備えている。アイリスドライバ５３は、絞り調節機構５２の絞り羽根を開閉することにより、照明光の通過面積を変化させて、ライトガイド３４に入射する照明光の光量を調節する。

挿入部１３の可撓管部１３ａは、可撓性の螺管と、螺管の伸張を防止するネットと、ネットの上に樹脂を被着した外層とから構成されている。この可撓管部１３ａの内部には、複数の信号ケーブル３２と、鉗子チャンネル３５と、ライトガイド３４を構成する複数の光ファイバＦが近接して並行に遊通されている。

次に、以上のように構成された内視鏡システム２の作用について説明する。電子内視鏡１０をプロセッサ装置１１に接続すると、ＣＣＤ３０がタイミング／ドライバ回路４２及びＤＳＰ４３に接続される。内視鏡システム２の電源を投入すると、プロセッサ装置１１及び光源装置１２が起動する。光源装置１２では、光源５０が点灯し、集光レンズ５５に向けて照明光が照射される。照明光は、集光レンズ５５によりライトガイド３４の入射端に導かれ、電子内視鏡１０の先端部１３ｃまで導光される。

電子内視鏡１０の挿入部１３を体腔内に挿入し、照明光で照らしながら、体腔内の被観察部の画像をＣＣＤ３０で撮像する。ＣＣＤ３０から出力された撮像信号は、回路基板３１のアナログ処理回路で各種処理が施された後、信号ケーブル３２を介してプロセッサ装置１１のＤＳＰ４３に入力される。ＤＳＰ４３は、入力された撮像信号に対して各種信号処理を施し、画像データを生成する。生成された画像データは、Ｄ／Ａ４５を経て、モニタ２０に内視鏡画像として表示される。

内視鏡検査下で患部の処置が必要な場合には、電気メス３６が鉗子口１７から鉗子チャンネル３５に挿入される。そして、高周波の電流を印加した電気メス３６の先端を患部に接触させて、患部の切開や凝固が行なわれる。

以上のように、本発明に係る内視鏡用ライトガイドおよびそれを備えた内視鏡は、照明光を被観察部へ導光する、光ファイバを備えた内視鏡用ライトガイドにおいて、光ファイバが、入射側テーパ部と、出射側テーパ部とを有するものであり、入射側テーパ部が、照明光が入射する入射端を含む光ファイバの所定部分であって、光ファイバのコアが入射端に向かって先太りとなる形状を有する所定部分であり、出射側テーパ部が、照明光が出射する出射端を含む光ファイバの所定部分であって、光ファイバのコアが出射端に向かって先太りとなる形状を有する所定部分であり、上記入射端におけるコア径が、上記出射端におけるコア径よりも大きいことを特徴とするものである。これにより、光ファイバの出射端においては、出射端近傍を先太りのテーパ形状とし発光面積を大きくすることで視角あたりのレーザ光強度を減少させることができる。一方、光ファイバの入射端において、入射端近傍を先太りのテーパ形状とし、入射端におけるコア径が、出射端におけるコア径よりも大きくなるように形成されているため、エタンデュの保存則から出射端における拡がり角を拡大することができる。この結果、内視鏡用ライトガイドおよびそれを備えた内視鏡において、光ファイバを先細り形状にテーパ化せずとも拡がり角の拡大を図り、かつ発光面積の大きな光源を形成して光ファイバの出射端における視角当たりのレーザ光強度を低減することが可能となる。

さらに、本発明に係る内視鏡用ライトガイドおよびそれを備えた内視鏡は、上記のような効果から、照明領域の拡大とレーザ光の安全基準におけるクラスの低減という効果を奏する。

一方、本発明に係る第１および第２の内視鏡用ライトガイドの製造方法により、上記のような作用効果を有する内視鏡用ライトガイドおよびそれを備えた内視鏡を製造することが可能となる。

（内視鏡用ライトガイドの設計変更）
上記説明では、本発明の内視鏡用ライトガイドを軟性鏡に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、硬性鏡に適用することも可能である。

本発明に係る内視鏡用ライトガイドの実施例を以下に示す。

＜実施例１＞
直線部の開口数ＮＡが０．２２、コア径／クラッド径が２００／２４０μｍであり、全長が２．５ｍであり、片端が先太りのテーパ形状となるようにテーパ加工が施された石英製マルチモード光ファイバを２本用意した。そのうち一方の光ファイバは、上記片端の先端５０ｃｍの部分にテーパ加工が施されて、端部におけるコア径が７００μｍであるテーパ部を有している。そして、他方の光ファイバは、上記片端の先端５０ｃｍの部分にテーパ加工が施されて、端部におけるコア径が３００μｍであるテーパ部を有している。その後、第１の光ファイバおよび第２の光ファイバの細径側（テーパ加工を施していない側）を互いに融着し、図５ａに示すような、端部におけるコア径が７００μｍであり先太り形状の入射側テーパ部、および端部におけるコア径が３００μｍであり先太り形状の出射側テーパ部を持つ光ファイバ素線を作製した。そして、この光ファイバ素線を使用して内視鏡のライトガイドを作製した。なお、図５では便宜上、光ファイバのうちコアの部分のみを表示している。

このとき、１００ｍｍ離れた位置からみた光ファイバの出射端の視角αは３ｍｒａｄであった。従って、この内視鏡のライトガイドにおいて、被爆放出限界（ＡＥＬ：Ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｍｉｔ）として、点光源でかつ視角１．５ｍｒａｄである場合を比較例として計算したＡＥＬの値の約２倍の値を用いることができることが分かった。これは、例えばレーザクラスを１としたとき、約２倍の照度が許されることを意味する。また、このときレーザ光の全強度としては２倍以上が許容される。エタンデュの保存則から、入射側のＮＡは０．２２×２００μｍ／７００μｍ＝０．０６となり、出射側のＮＡは０．２２×２００μｍ／３００μｍ＝０．１５となるため、出射端におけるビームの拡がり角が入射端における入射角よりも増大することがわかる。

＜実施例２＞
直線部の開口数ＮＡが０．５、コア径／クラッド径が１００／１１５μｍであり、全長が２．５ｍであり、片端が先太りのテーパ形状となるようにテーパ加工が施されたガラス製マルチモード光ファイバを２本用意した。そのうち一方の光ファイバは、上記片端の先端５０ｃｍの部分にテーパ加工が施されて、端部におけるコア径が７００μｍであるテーパ部を有している。そして、他方の光ファイバは、上記片端の先端５０ｃｍの部分にテーパ加工が施されて、端部におけるコア径が３００μｍであるテーパ部を有している。その後、第１の光ファイバおよび第２の光ファイバの細径側（テーパ加工を施していない側）を互いに融着し、図５ｂに示すような、端部におけるコア径が７００μｍであり先太り形状の入射側テーパ部、および端部におけるコア径が３００μｍであり先太り形状の出射側テーパ部を持つ光ファイバ素線を作製した。そして、この光ファイバ素線を使用して内視鏡のライトガイドを作製した。

このとき、１００ｍｍ離れた位置からみた光ファイバの出射端の視角αは３ｍｒａｄであった。従って、この内視鏡のライトガイドにおいて、ＡＥＬとして、点光源でかつ視角１．５ｍｒａｄである場合を比較例として計算したＡＥＬの値の約２倍の値を用いることができることが分かった。また、このときレーザ光の全強度としては２倍以上が許容される。エタンデュの保存則から、入射側のＮＡは０．５×１００μｍ／７００μｍ＝０．０７となり、出射側のＮＡは０．５×１００μｍ／３００μｍ＝０．１７となるため、出射端におけるビームの拡がり角が入射端における入射角よりも増大することがわかる。

２ 内視鏡システム
１０ 電子内視鏡
１１ プロセッサ装置
１２ 光源装置
１３ 挿入部
１４ 操作部
１５ ユニバーサルコード
１７ 鉗子口
１９ コネクタ
２０ モニタ
２５ 観察窓
２６ 照明窓
２７ 鉗子出口
２８ 対物光学系
３１ 回路基板
３３ 照射レンズ
３４ ライトガイド
３５ 鉗子チャンネル
５０ 光源
５１ 光源ドライバ
５５ 集光レンズ
Ｃ コア
Ｆ 光ファイバ
Ｋ クラッド
Ｌａ 入射端におけるコア径
Ｌｂ 出射端におけるコア径
Ｓａ 入射端
Ｓｂ 出射端
Ｔａ 入射側テーパ部
Ｔｂ 出射側テーパ部
θ、θ’ 拡がり角
φ 入射角

Claims (11)

1. 照明光を被観察部へ導光する、光ファイバを備えた内視鏡用ライトガイドにおいて、
   前記光ファイバが、入射側テーパ部と、出射側テーパ部とを有するものであり、
   前記入射側テーパ部が、前記照明光が入射する入射端を含む前記光ファイバの所定部分であって、前記光ファイバのコアが前記入射端に向かって先太りとなる形状を有する所定部分であり、
   前記出射側テーパ部が、前記照明光が出射する出射端を含む前記光ファイバの所定部分であって、前記光ファイバのコアが前記出射端に向かって先太りとなる形状を有する所定部分であり、
   前記入射端におけるコア径が、前記出射端におけるコア径よりも大きいことを特徴とする内視鏡用ライトガイド
2. 前記出射端におけるコア径に対する前記入射端におけるコア径の比が、２〜３であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用ライトガイド。
3. 前記入射端におけるコア径が３００〜６０００μｍであり、前記出射端におけるコア径が１５０〜４０００μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡用ライトガイド。
4. 前記光ファイバが、マルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の内視鏡用ライトガイド。
5. 請求項１から４いずれかに記載の内視鏡用ライトガイドと、
   該内視鏡用ライトガイドの入射側に接続された、前記照明光を生じせしめる光源と、
   前記内視鏡用ライトガイドによって導光された前記照明光の照射に起因して前記被観察部から生じた光を受光し、前記被観察部の像を撮像する撮像部とを備えたことを特徴とする内視鏡。
6. 照明光を被観察部へ導光する内視鏡用ライトガイドの製造方法において、
   一方の端部に第１のテーパ部を有する第１の光ファイバ、および一方の端部に第２のテーパ部を有する第２の光ファイバを用意する準備工程と、
   前記第１の光ファイバの他方の端部と前記第２の光ファイバの他方の端部とを融着して、前記第１のテーパ部および前記第２のテーパ部を有する第３の光ファイバを形成する融着工程と、
   前記第３の光ファイバの前記第２のテーパ部を前記照明光の入射側、前記第１のテーパ部を出射側として、前記第３の光ファイバを内視鏡用挿入部に設置する設置工程とを備え、
   前記第１のテーパ部が、前記一方の端部を含む前記第１の光ファイバの所定部分であって、該所定部分のコアが前記第１の光ファイバの前記一方の端部に向かって先太りとなる形状を有するものであり、
   前記第２のテーパ部が、前記一方の端部を含む前記第２の光ファイバの所定部分であって、該所定部分のコアが前記第２の光ファイバの前記一方の端部に向かって先太りとなる形状を有するものであり、
   前記第２の光ファイバの前記一方の端部におけるコア径が、前記第１の光ファイバの前記一方の端部におけるコア径よりも大きいものであることを特徴とする内視鏡用ライトガイドの製造方法。
7. 前記第１の光ファイバの前記一方の端部におけるコア径に対する前記第２の光ファイバの前記一方の端部におけるコア径の比が、２〜３であることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡用ライトガイドの製造方法。
8. 前記第２の光ファイバの前記一方の端部におけるコア径が３００〜６０００μｍであり、前記第１の光ファイバの前記一方の端部におけるコア径が１５０〜４０００μｍであることを特徴とする請求項６または７に記載の内視鏡用ライトガイドの製造方法。
9. 照明光を被観察部へ導光する内視鏡用ライトガイドの製造方法において、
   光ファイバのコアの一部が前記光ファイバの一方の端部に向かって先太りとなる形状を有するように、前記光ファイバの前記一方の端部を含む所定部分に対してテーパ加工を行う工程と、
   前記光ファイバのコアの一部が前記光ファイバの他方の端部に向かって先太りとなる形状を有し、かつ前記光ファイバの前記他方の端部におけるコア径が前記光ファイバの前記一方の端部におけるコア径よりも大きくなるように、前記光ファイバの前記他方の端部を含む所定部分に対してテーパ加工を行う工程と、
   前記光ファイバのコア径の大きい方の端部を前記照明光の入射側、小さい方の端部を出射側として、前記光ファイバを内視鏡用挿入部に設置することを特徴とする内視鏡用ライトガイドの製造方法。
10. 前記光ファイバの前記一方の端部におけるコア径に対する前記他方の端部におけるコア径の比が、２〜３であることを特徴とする請求項９に記載の内視鏡用ライトガイドの製造方法。
11. 前記光ファイバの前記一方の端部におけるコア径が３００〜６０００μｍであり、前記光ファイバの前記他方の端部におけるコア径が１５０〜４０００μｍであることを特徴とする請求項９または１０に記載の内視鏡用ライトガイドの製造方法。

Images