JP6180300B2 - 投光装置 - Google Patents

Description

本発明は、投光装置、より詳しくは、光切断法による測定に好適に用いられる投光装置に関する。

従来、被検物の内面形状を測定する目的で、光切断法を用いて測定を行う内面形状測定装置が用いられている。例えば、管状の内部空間を有する被検物の周壁面全周に向けて放射状に広がる平板状光束を投影し、周壁面上に周方向にわたるリング状の光切断線を生じさせ、この光切断線を撮像した画像上における光切断線の位置を検出することで、所定の座標系における被検物の内面形状を求めることができる装置が知られている。

特許文献１には、このような内面形状測定を行うための光切断計測用平板状光束投光装置（以下、単に「投光装置」と称する。）が記載されている。この投光装置は、光源と、光源からの光束を前方へ向かわせる光学手段と、当該光束を方向変換して放射状に広がる平板状光束として投影する円錐状反射鏡とを備えている。

特許第２８６２７１５号公報

近年、光切断法を用いた測定を内視鏡検査においても行うことが試みられている。これを可能にするためには、上述の投光装置も内視鏡装置に装着可能な程度に小型化する必要があるが、発明者は、その過程で新たな課題に直面した。すなわち、円錐状反射鏡は、汚染等を防ぐ目的で、光線を透過可能なハウジング内に収容されるのが好ましいが、円錐状反射鏡で反射された光線の一部がハウジングの内面で反射を起こすという問題である。

上述の反射によって、被検物に生じる光切断線がぶれたり、二重になったりする等の不具合が生じることがある。特許文献１のように、トンネルなどの充分大きな対象に投光する際は、この程度の不具合が生じても検査にはほとんど影響なく、それほど大きな問題とはならないが、内視鏡装置を用いた検査では、被検物も配管等の小さいものが多いため、このような不具合が無視できないケースが多く、最悪の場合は、検査自体が不能となることも考えられる。

上記事情を踏まえ、本発明は、小型化しても光切断線のブレ等が生じにくい投光装置を提供することを目的とする。

本発明は、内視鏡装置に装着される投光装置であって、光源を有する光源部と、前記光源部からの光を反射して平板状光束を生じさせる円錐状反射鏡と、前記円錐状反射鏡を収容する円筒部材を有する収容部と、前記円筒部材内において、前記平板状光束の光路が位置する空間を埋めるように充填される透明接着剤と、前記内視鏡装置に装着される装着部材と、前記装着部材から延びて前記収容部を支持する支持アームとを有する支持装着部とを備える投光装置である。

前記円錐状反射鏡は、側面の一部が切り落とされており、径方向断面に直線部を有してもよい。
前記光源部は、前記収容部に接続されたライトガイドを有してもよい。

本発明の投光装置は、前記円錐状反射鏡を複数備えてもよい。
このとき、前記円錐状反射鏡は、平板状光束を生じさせる反射部を前記装着部材側に向けて同軸に配置され、より前記装着部材に近い円錐状反射鏡が中心軸線に沿って延びる貫通孔を有する構成としてもよい。

本発明の投光装置によれば、小型化しても、光切断線のブレ等を生じにくい構成とすることができる。

本発明の第一実施形態に係る投光装置が装着された内視鏡装置を示す図である。 同投光装置の収容部を示す拡大図である。 同投光装置の円錐状反射鏡の形状の一例を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る投光装置が装着された内視鏡装置の先端部を示す図である。 同投光装置が装着された内視鏡装置で取得される画像の一例を示す模式図である。 同投光装置の変形例における収容部および円錐状反射鏡を示す図である。

本発明の第一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
図１は、本実施形態の投光装置１が装着された内視鏡装置１００を示す図である。投光装置１は、光源部１０と、光源部１０の光を反射して平板状光束を生成する円錐状反射鏡２０と、円錐状反射鏡を収容保護する収容部３０と、収容部３０を支持し、内視鏡装置１００に装着するための支持装着部４０とを備えている。

光源部１０は、図示しない光源と、光源から発せられた光を収容部３０に導くライトガイド１１とを有する。ライトガイド１１としては公知の光ファイバ等を用いることができ、光源もレーザー光源等の公知の各種光源を用いることができる。ライトガイド１１は、内視鏡装置１００に沿って内視鏡装置１００の手元まで延び、光源と接続されている。

図２は、収容部３０の拡大図である。円錐状反射鏡２０の形状は公知のものと同様であるが、内視鏡装置１００に装着して使用できるよう、例えば径が数ミリメートル程度とされている。円錐状反射鏡２０は、円錐状の反射部２１と、反射部２１から延びる円柱状の基部２２とを有している。

収容部３０は、透明な円筒部材３１と、円筒部材３１の内部に充填される透明接着剤３２と、ライトガイド１１から導入された光を円錐状反射鏡２０に導くプリズム３３とを有している。
円筒部材３１は、円錐状反射鏡２０の径と同等の内径を有し、円錐状反射鏡２０を内部に収容可能である。すなわち、円筒部材３１は、円錐状反射鏡２０のハウジングとしても機能する。また、円筒部材３１は、円錐状反射鏡２０で反射された光を透過して被検物上に光切断線を生じさせることができる程度の透明性を有する。プリズム３３は公知の物を適宜選択、整形して使用可能であり、ライトガイド１１と接続される。

透明接着剤３２は、円筒部材３１内において、少なくとも円錐状反射鏡２０とプリズム３３との間の空間を埋めるように充填されている。透明接着剤３２により、円錐状反射鏡２０およびプリズム３３が円筒部材３１に固定されるとともに、円錐状反射鏡２０から円筒部材３１の外周面までの光路における屈折率差が低減され、円筒部材３１の内面における反射が抑制される。屈折率差を低減する観点からは、透明接着剤３２の屈折率が透明部材の屈折率と近いほど好ましく、同一であるのがさらに好ましい。
透明接着剤３２を円筒部材３１内に充填する際、図３に示すように、円錐状反射鏡２０の外周面の一部を軸線と平行に切り落として、径方向の断面に直線部２３を形成しておくと、切り落とした部分が空気の逃げ道となるため、円筒部材３１内に円錐状反射鏡２０を収容した状態で好適に透明接着剤３２の充填を行うことができる。

支持装着部４０は、リング状の装着部材４１と、装着部材４１から延びる一対の支持アーム４２とを有している。
装着部材４１は、容易に移動しない程度に内視鏡装置１００に装着可能であればリング状でなくてもよく、例えばリングの一部が除去されたＣ字状等であってもよい。
支持アーム４２の先端側には、円錐状反射鏡２０およびプリズム３３が収容された収容部３０が支持される。

上記のように構成された投光装置１の使用時の動作について説明する。
使用者は、まず投光装置１の装着部材４１を内視鏡装置１００の先端部に装着し、支持アーム４２に支持された収容部を内視鏡装置先端部の前方に固定する。次に、使用者は、内視鏡装置１００を被検物に挿入し、先端部を観察対象の部位付近まで進める。

使用者が光源部１０の光源を点灯させると、光源から発せられた光は、ライトガイド１１を通りプリズム３３に入射される。プリズム３３から出射された光は、円錐状反射鏡２０で反射されて平板状光束となる。平板状光束は、円筒部材３１を透過して、被検物の内面に投影され、被検物内面に光切断線が生じる。
これにより、光切断法を用いた公知の被検物計測が可能となる。

本実施形態の投光装置１によれば、円錐状反射鏡２０で反射された光の光路が位置する円錐状反射鏡２０と円筒部材３１との間の空間に透明接着剤３２が充填されているため、当該空間と円筒部材３１との屈折率の差が低減されている。その結果、円錐状反射鏡２０で反射された光が円筒部材３１の内面で反射することが抑制されて、光切断線が二重になったりぶれが生じたりする等の不具合の発生が好適に抑制される。
したがって、内視鏡装置に装着して使用可能な程度に小型化されても、好適に光切断法を実行することが可能となる。

本実施形態では、ライトガイド１１を直接収容部３０に配置されたプリズム３３に接続する例を説明したが、これに代えて、ライトガイドの先端部を装着部材に固定し、先端部にコリメータレンズ等を配置して、ライトガイドの先端部から出射した光をプリズム３３に入射させる構成としてもよい。このようにすると、内視鏡装置１００の視野にライトガイドが存在しなくなるため、内視鏡装置による観察の妨げになりにくい。

また、円筒部材は、全体が透明である必要はなく、少なくとも円錐状反射鏡２０で反射した光の光路となる領域が透明であればよい。さらに、円筒部材の外周面に反射防止コーティング等の反射防止処理が施されてもよい。このようにすると、被検物の内面で反射した光が円筒部材の外周面で反射することが抑制されるため、さらに光切断線の不具合を抑制することができる。

次に、本発明の第二実施形態について、図４を参照して説明する。本実施形態と第一実施形態との異なるところは、円錐状反射鏡を複数備える点である。なお、以降の説明において、既に説明したものと共通する構成等については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図４は、本実施形態の投光装置５１が装着された内視鏡装置１００の先端部を示す図である。収容部６０の円筒部材６１内には、２つの円錐状反射鏡２０が、基部２２を対向させた状態で配置されている。
光源部１０は２つのライトガイド１１を備えている。２本のライトガイド１１は、同一の光源（不図示）に接続されてもよいし、それぞれ異なる光源と接続されてもよい。一方のライトガイド１１Ａは、装着部材４１まで延びており、先端部にコリメータレンズ１２およびプリズム１３が配置されている。他方のライトガイド１１Ｂは、収容部６０付近まで延びて支持アーム４２に支持されている。ライトガイド１１Ｂの先端部にもコリメータレンズ１２が配置されている。収容部６０の先端側には、光路変更用のポロプリズム６２が配置されている。
円筒部材６１内において、各円錐状反射鏡２０と、プリズム３３およびポロプリズム６２との間の空間には透明接着剤３２が充填されている。

投光装置５１の使用時の動作について説明する。光源部１０の光源を点灯すると、ライトガイド１１Ａから出射した光は、空気中を進んでプリズム３３に入射し、基端側の円錐状反射鏡２０Ａで反射されて第一の平板状光束Ｂ１を生じる。一方、ライトガイド１１Ｂから出射した光はポロプリズム６２を通り先端側の円錐状反射鏡２０Ｂで反射されて第二の平板状光束Ｂ２を生じる。第一の平板状光束Ｂ１と第二の平板状光束Ｂ２との間の距離は、円錐状反射鏡２０Ａと円錐状反射鏡２０Ｂとの位置関係により、所定の値Ｌ（図４も参照。）に定まる。

図５は、投光装置５１が装着された内視鏡装置１００で取得される画像の一例を示す模式図である。第一の平板状光束Ｂ１および第二の平板状光束Ｂ２により、二本の光切断線ＳＬ１およびＳＬ２が被検物の内面上に生じている。第一の平板状光束Ｂ１と第二の平板状光束Ｂ２とは平行（略平行を含む。）であるため、光切断線ＳＬ１と光切断線ＳＬ２との間の距離は、いずれの位置においても所定の値Ｌとなる。したがって、被検物の設計形状と、光切断線ＳＬ１および光切断線ＳＬ２の形状等に基づいて、内視鏡装置１００の被検物内における向きや位置、姿勢等を特定することができるとともに、特定された情報を加えた解析により、被検物の内面形状等の測定もより正確に行うことができる。

本実施形態の投光装置５１によっても、第一実施形態と同様に、内視鏡装置に装着して使用可能な程度に小型化されても、好適に光切断法を実行することが可能となる。
また、位置関係が固定された２つの円錐状反射鏡２０Ａ、２０Ｂを備えているため、二つの平板状光束を、間隔が既知の状態で発生させることができ、より好適に計測を行うことができる。

上述の例では、収容部付近まで延びるライトガイド１１Ｂが、装着部材４１から直線状に延びる例を説明したが、これに代えて、支持アーム４２に沿わせるようにライトガイド１１Ｂが配置されてもよい。このようにすると、内視鏡装置１００の視野に移り込むライトガイドを減少させることができ、内視鏡装置による観察をより好適に行うことができる。

また、上述の例では、二つの円錐状反射鏡を、基部を対向させて配置する例を説明したが、他の態様で配置することも可能である。
図６は、本実施形態の変形例における収容部６０Ａを示す図である。装着部材により近い、基端側に配置されている円錐状反射鏡２０Ｃには、中心軸線に沿って延びる貫通孔２５が設けられており、略円錐台状に形成されている。先端側に配置されている円錐状反射鏡２０は、反射部２１を基端側に向けて、円錐状反射鏡２０Ｃと同軸に配置されている。円錐状反射鏡２２に対して、貫通孔２５よりも大きい径の光束を照射すると、一部は円錐状反射鏡２０Ｃで反射されて第一の平板状光束Ｂ１を生じる。その一方で、光束の一部は、貫通孔２５を通って円錐状反射鏡２０まで進み、反射部２１で反射されて第二の平板状光束Ｂ２を生じる。
このような構造でも、二つの平板状光束を、間隔が既知の状態で発生させることができる。また、収容部の基端側から光を入射するだけで二つの平板状光束が生じるため、二本目のライトガイドやポロプリズム等を省略することができ、簡素な構成とすることができる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成要素の組み合わせを変えたり、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。

例えば、第二実施形態において、複数の円錐状反射鏡の反射部間の距離を可変に構成してもよい。この場合は、距離を所望の値に調節できるよう、距離検出のための機構を設けたり、例えばサーボモータ等の、制御により所望の距離を移動させることができる機構を設けたりすることで、間隔が既知の二つの平板状光束を、様々な間隔で発生させることができる。

１、５１ 投光装置
１０ 光源部
１１、１１Ａ、１１Ｂ ライトガイド
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 円錐状反射鏡
２３ 直線部
２５ 貫通孔
３０、６０、６０Ａ 収容部
３１、６１ 円筒部材
３２ 透明接着剤
４０ 支持装着部
４１ 装着部材
４２ 支持アーム
１００ 内視鏡装置
Ｂ１、Ｂ２ 平板状光束

Claims (5)

1. 内視鏡装置に装着される投光装置であって、
   光源を有する光源部と、
   前記光源部からの光を反射して平板状光束を生じさせる円錐状反射鏡と、
   前記円錐状反射鏡を収容する円筒部材を有する収容部と、
   前記円筒部材内において、前記平板状光束の光路が位置する空間を埋めるように充填される透明接着剤と、
   前記内視鏡装置に装着される装着部材と、前記装着部材から延びて前記収容部を支持する支持アームとを有する支持装着部と、
   を備える、投光装置。
2. 前記円錐状反射鏡は、側面の一部が切り落とされており、径方向断面に直線部を有する、請求項１に記載の投光装置。
3. 前記光源部は、前記収容部に接続されたライトガイドを有する、請求項１または２に記載の投光装置。
4. 前記円錐状反射鏡を複数備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の投光装置。
5. 前記円錐状反射鏡は、平板状光束を生じさせる反射部を前記装着部材側に向けて同軸に配置され、より前記装着部材に近い円錐状反射鏡は、中心軸線に沿って延びる貫通孔を有する、請求項４に記載の投光装置。
   

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