JP6192399B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置に関し、特に、１８０°以上の画角を有する内視鏡に適用される照明装置に関するものである。

従来、１８０°以上の広い画角を有し、前方および側方、さらには後方の視野を同時に観察可能な内視鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。例えば、多数のひだが存在する大腸において１８０°以上の画角を有する内視鏡を使用した場合には、内視鏡の先端の向きを大きく変化させずともひだの裏側を観察することができるので、ユーザによる操作が容易になるとともに、病変をより確実に見付けることができる。特許文献１の内視鏡は、照明装置として先端部に２つのライトガイドを備え、前方の視野と側方の視野とを別々のライトガイドを用いて照明することによって、広角の視野の全体を照明している。

特開２００４−３２９７００号公報

しかしながら、特許文献１の内視鏡に設けられている照明装置は、細径な内視鏡には適さないという問題がある。すなわち、内視鏡の先端部には、被写体の画像を取得するための撮像光学系、処置具用のチャネル、レンズ洗浄用のノズル、湾曲部を湾曲させるための機構等の様々な部品が集約されている。したがって、細径の内視鏡においては、径方向に極力小さい空間に設置できる照明装置が求められる。特許文献１の照明装置は、撮像光学系の周囲に複数のライトガイドを径方向に並べて配置し、さらに側方照明用のライトガイドの先端部分を内視鏡の径方向へ曲げることによって側方を照明する構成となっている。したがって、内視鏡の径方向に大きな設置空間を必要とし、内視鏡の先端部の径の大幅な増加を招いてしまう。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、１８０°以上の広い角度範囲を照明可能でありながら、細径の内視鏡にも好適に適用することができる照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、照明光を出射する出射端を有する発光部と、所定の軸を中心とする周方向に配置され、前記出射端から入射された前記照明光を表面から出射する光学部材と、該光学部材の半径方向内側の表面に隣接して設けられ、前記照明光を半径方向外方へ反射する反射層とを備え、前記光学部材が、前記所定の軸に沿う方向の一端側から順に導光層と拡散層とを備え、前記導光層は、前記出射端から前記所定の軸に沿う方向に前記照明光が入射されるとともに該照明光を導光し、前記拡散層は、前記導光層から入射された前記照明光を拡散させながら導光する照明装置を提供する。

本発明によれば、光学部材の導光層に一端側から入射された照明光は、続いて拡散層において様々な方向に拡散されることによって、光学部材の表面から、所定の軸の他端方向および放射方向に出射される。したがって、光学部材を、内視鏡が備える観察光学系に外側において該観察光学系の観察光軸と同軸に、光学部材の他端側を観察光軸前方へ向けて配置した場合に、観察光学系の前方および側方の視野を含む１８０°以上の角度範囲を照明することができる。

この場合に、光学部材の半径方向内側の表面から出射した照明光は反射層によって光学部材へ戻されるので、出射端から光学部材に入射された照明光のほぼ全部が、観察光軸に対して前方および側方へ出射されて視野の照明に寄与する。したがって、内視鏡の前方および側方の視野を高効率で照明することができる。さらに、前記部材は、観察光学系の周囲に該観察光学系の光軸と略同軸に配置される、全体として略筒状の形状となっているので、観察光学系の周囲の薄い空間に設置することができ、細径な内視鏡にも好適に適用することができる。

上記発明においては、前記出射端の形状が、円形、楕円、多角形、または、扇形であってもよい。
このようにすることで、発光部の設計の自由度を向上することができる。

また、上記発明においては、前記拡散層が、周方向の一部分を長手方向に切り欠いてなる切欠部を有する略筒状であってもよい。
このようにすることで、内視鏡の先端部に搭載されている部品を配置する空間が切欠部に確保されるので、汎用性の高い構造とすることができる。

また、上記発明においては、前記所定の軸を中心とする前記周方向に配列される複数の前記光学部材を備え、該各光学部材が、半径方向内側に平坦な側面を有する柱状であり、前記反射層が、前記平坦な側面に設けられていてもよい。
このようにすることで、光学部材の側面に反射層を形成する製造工程を簡略にすることができる。

また、上記発明においては、前記光学部材が、前記拡散層の、前記所定の軸に沿う方向の他側に、もう１つの拡散層を備えてもよく、前記導光層が、前記照明光に対し、前記拡散層よりも弱い拡散作用を有していてもよい。
このようにすることで、光学部材が全体としてさらに強い拡散作用を有するようになるので、照明光をさらに高い等方性を有する光へ変換し、さらに良好な配光特性を有する照明光を得ることができる。

本発明によれば、１８０°以上の広い角度範囲を照明可能でありながら、細径の内視鏡にも好適に適用することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置の全体構成を示す（ａ）正面図および（ｂ）Ｉ−Ｉ線における縦断面図である。 図１の発光部の出射端の形状の変形例を示す、照明装置の正面図である。 図１の発光部の出射端の形状のもう１つの変形例を示す、照明装置の正面図である。 図１の光学部材における光線の振る舞いを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明装置の全体構成を示す正面図である。 図７の光学部材の変形例を示す、照明装置の正面図である。 本発明の第３の実施形態に係る照明装置の全体構成を示す（ａ）正面図および（ｂ）ＩＩ−ＩＩ線における縦断面図である。 図７の光学部材の形状の変形例を示す、照明装置の（ａ）正面図および（ｂ）ＩＩＩ−ＩＩＩ線における縦断面図である。

（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る照明装置１００について図１から図４を参照して説明する。
本実施形態に係る照明装置１００の先端側の部分（後述する光学部材２および反射層３から構成される部分）は、図１（ａ），（ｂ）に示されるように、筒状の構造を有し、内視鏡の先端に設けられた撮像光学系を周方向に囲むように、外部に露出して配置される。同図において、破線で囲まれた空間Ｓが、撮像光学系が配置される空間を示し、軸Ａが、撮像光学系の観察光軸を示している。特に、本実施形態に係る照明装置１００は、１８０°以上の画角を有し、観察光軸Ａの前方（図面において右から左に向かう方向）および側方の視野を同時に撮影可能な撮像光学系を備える内視鏡を対象として設計されている。

具体的には、照明装置１００は、図１（ａ），（ｂ）に示されるように、照明光を出射する出射端１ａを有する発光部１と、該発光部１の先端側に設けられ、出射端１ａから入射された照明光を拡散しながら導光するとともにその表面から出射する略円筒状の光学部材２と、該光学部材２の内周面に設けられた反射層３とを備えている。

発光部１は、例えば、内視鏡の内部に配置されるファイババンドルである。ファイババンドルの基端は、内視鏡の外部に配置された光源装置（図示略）に接続され、光源装置から供給された照明光がファイババンドルを導光してファイババンドルの先端である出射端１ａから出射されるようになっている。出射端１ａは、光学部材２の基端面に対して十分に近接した位置に対向配置され、光学部材２の基端部分に位置する導光層４（後述）に照明光を入射させる。

照明光の色は、用途に応じて適宜選択可能であり、被写体の通常観察においては白色であることが好ましい。ＮＢＩ（狭帯域光観察）や蛍光観察等の特殊光観察においては、特定の波長帯域のみに発光スペクトルを有する狭帯域の光を照明光として用いてもよい。

なお、図１には、観察光学Ａを中心とする円周上に等間隔で配列された４つの発光部１が示されているが、発光部１の形態や数は適宜変更可能である。例えば、発光部１は、ファイババンドルに代えて、ＬＥＤやレーザ等の小型の固体光源であってもよい。また、出射端１ａの形状も適宜変更可能であり、図２および図３に示されるように、円形または扇形であってもよく、これら以外の形状、例えば、矩形以外の多角形や楕円形であってもよい。

光学部材２は、その中心軸（所定の軸）が観察光軸（所定の軸）Ａと略一致するように配置されている。内視鏡が備える通常の撮像光学系は、観察光軸Ａに沿って一列に配列された複数のレンズと、これら複数のレンズを内部に保持する円筒状の鏡枠とからなる。光学部材２は、この鏡枠の外周面を囲むように配置される。

光学部材２は、長手方向に３つの層４，５，６が積層されてなる層構造を有している。具体的には、光学部材２は、基端側に位置する第１の導光層４と、先端側に位置する第２の導光層６と、第１の導光層４と第２の導光層６との間に位置する拡散層５とを備えている。これらの層４，５，６の互いに隣接する端面同士は互いに接合されており、照明光は、第１の導光層４と拡散層５との間、および、拡散層５と第２の導光層６との間を往来可能になっている。

第１の導光層４および第２の導光層６は、照明光を伝搬する導光材からなる。導光材としては、例えば、アクリルやゼオノア等のプラスチック材料が用いられる。
拡散層５は、導光層４，６を構成する導光材と同様の導光材と、照明光を拡散する拡散材とから構成され、母材である導光材に拡散材が略均一な密度で分散した状態で担持されている。拡散材としては、酸化チタン等が用いられる。

第１の導光層４に基端面から入射した照明光は、図４に示されるように、観察光軸Ａに沿って拡散層５まで導光する（図４の上図参照。）。このときに、照明光は、出射端から拡散光束として出射されるので、一部の光線は、第１の導光層４の表面において全反射される。

拡散層５に入射した照明光は、該拡散層５の内部を導光する間に、導光材と拡散材との間の屈折率の差に起因して生じる屈折を繰り返して略等方的に拡散されることによって、略等方散乱光に変換される（図４の下図参照。）。略等方散乱光となった照明光のうち一部は、拡散層５の表面から出射される。一方、他の部分は、第１の導光層４または第２の導光層６へ入射し、第１の導光層４または第２の導光層６の表面から出射される。このときに、後述する反射層３の反射作用によって、照明光のほぼ全部が、導光層４，６および拡散層５の表面のうち外部に露出する先端面または外周面から外部へ出射される。これにより、第２の導光層６の先端面から観察光軸Ａ前方へ出射された照明光によって主に観察光学系の前方の視野が照明され、導光層４，６および拡散層５の外周面から観察光軸Ａに対して放射状に出射された照明光によって主に観察光学系の側方の視野が全周にわたって照明されるようになっている。

光学部材２の先端面は、外周面から滑らかに連続するとともに先端側に向かって外径が漸次小さくなる錐状に形成され、好ましくは、丸みを帯びた形状を有している。これにより、先端面および外周面から出射される照明光の強度が各角度において均等となり、広い視野の各位置を均一な明るさで照明することができ、良好な照明性能が得られる。

反射層３は、照明光に対して高い反射率を有し、光学部材２の内周面に隣接して設けられている。反射層３は、光学部材２の内周面に固定されたシートまたはパイプであってもよい。このとき、反射層３は、拡散層２との間に空気層を挟んで拡散層２に接していてもよく、拡散層２の屈折率と略同一の屈折率を有する光学接着剤で拡散層２に固定されていてもよい。または、反射層３は、光学部材２の内周面に形成された反射材の膜であってもよい。光学部材２の内周面から出射される照明光が反射層３によって光学部材２へ戻されることによって、光学部材２に観察光軸Ａに沿って入射された照明光のほぼ全部が、光学部材２の先端面および外周面から出射されて前方および側方の視野の照明に寄与することになる。これにより、高い照明効率を得ることができる。

次に、このように構成された照明装置１００の作用について説明する。
本実施形態に係る照明装置１００によれば、発光部１の出射端１ａから光学部材２の第１の導光層４に入射された照明光は、該導光層４よりも先端側に位置する拡散層５へ入射し、該拡散層５を導光する間に様々な方向へ拡散される。このとき、照明光に含まれる光線の一部は、拡散層５の外周面から出射される。一方、照明光に含まれる光線の他の一部は、隣接する第１の導光層４または第２の導光層６へ入射し、第１の導光層４の外周面、あるいは、第２の導光層６の先端面または外周面から外部へ出射される。このときに、各層４，５，６の内周面から出射された一部の光線は、反射層３によって反射されて層４，５または６に戻され、光学部材２の外面から出射されるまで、拡散層５における拡散および反射層３による反射を繰り返す。これにより、発光部１から光学部材２に入射された照明光は、光量をほとんど損失することなく、観察光学系の前方の視野および側方の視野を十分な明るさで同時に照明することができる。

ここで、拡散層５においてほぼ完全拡散（ランバート散乱）されることによって等方散乱光となった照明光は、光学部材２の先端面または外周面から様々な方向へ出射する。さらに、光学部材２の先端面と外周面とが滑らかに連続する形状を有しているので、先端面および外周面からそれぞれ出射される照明光に、不連続な明るさの変化が発生することがない。したがって、１８０°以上の広い角度範囲を効果的にかつ均一な明るさで照明することができる。

この場合に、本実施形態に係る照明装置１００は、内視鏡が備える撮像光学系の外側に該撮像光学系と同軸に配置される筒状であり、内視鏡の径方向に十分に小さい寸法を有する層状の構造となっているので、照明装置１００を、内視鏡の先端部の径をほとんど増加させることなく内視鏡の先端に組み込むことができる。具体的には、照明装置１００を組み込むことに因る内視鏡の先端部の径の増加幅は、円筒状の光学部材２および反射層３の厚みに相当する分だけで済む。したがって、細径の内視鏡にも好適に適用することができるという利点がある。

また、照明光は、拡散層５において観察光軸Ａに対して後方（図面において左から右へ向かう方向）にも拡散される。すなわち、拡散層５によって拡散された照明光のうち一部が光学部材２の基端面から出射されることによって、照明光の光量に損失が生じる。そこで、本実施形態のように、出射端１ａから照明光が入射される基端部分に、照明光の拡散作用を有しない第１の導光層４を設け、拡散層５を光学部材２の基端面から離れた位置に設けることによって、光学部材２から観察光軸Ａ後方へ出射される照明光を低減し、さらに高い照明効率を得ることができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、光学部材２が、拡散層５の両端側に２つの導光層４，６を備えることとしたが、光学部材２は、少なくとも、出射端１ａに隣接する基端部分に導光層４を備えていればよく、導光層４と拡散層５とからなる２層構造を有していてもよい。

また、本実施形態においては、照明光に対して拡散作用を有さずに照明光を直進させる導光層４，６について説明したが、導光層４，６が、上述した拡散材を含み、照明光に対して拡散作用を有していてもよい。ただし、光学部材２の基端面から出射される照明光が十分に低減されるようにするために、導光層４，６の拡散作用が、拡散層５の拡散作用よりも十分に弱くなるように、拡散材の密度等が設計される。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る照明装置２００について、図５および図６を参照して説明する。本実施形態においては、上述した第１の実施形態と異なる点について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る照明装置２００は、全周にわたって延びる光学部材２に代えて、図５に示されるように、周方向の一部分が切り欠かれた略Ｃ字形状の横断面を有する光学部材２１を備えている点において、第１の実施形態と主に異なっている。

光学部材２１の周方向の一部分を長手方向に切り欠いてなる切欠部２１ａは、扇形の横断面形状を有している。光学部材２１のその他の構成および作用は、第１の実施形態の光学部材２と同様である。

反射層３１は、第１の実施形態の反射層３と同様に、光学部材２１の内周面に設けられ、内周面から出射された照明光を光学部材２１へ戻すようになっている。反射層３１は、好ましくは、切欠部２１ａに露出する光学部材２１の断面にも設けられ、該断面から出射された照明光を光学部材２１へ戻すようになっている。反射層３１のその他の構成および作用は、第１の実施形態の反射層３と同様である。

撮像光学系の周囲には、設計上、様々な部品が配置される。本実施形態に係る照明装置２００によれば、切欠部２１ａによって確保された空間にこのような部品を配置することができ、より汎用性の高い構造とすることができるという利点がある。また、第１の実施形態と同様に、１８０°以上の広い角度範囲を効果的かつ効率的に照明することができるとともに、細径の内視鏡にも好適に適用することができるという利点がある。

なお、本実施形態において、切欠部２１ａの形状および数は、適宜変更してもよい。例えば、図６に示されるように、周方向の２箇所に切欠部２１ａが形成され、光学部材２１が２つの部材から構成されていてもよい。
また、本実施形態において、発光体１が、図２または図３に示されるように、矩形以外の形状の出射端１ａを有していてもよい。
また、本実施形態においては、光学部材２１が、第１の導光層４および拡散層５からなる２層構造を有していてもよい。
また、本実施形態においては、導光層４，６が、照明光に対して、拡散層５の拡散作用よりも十分に弱い拡散作用を有していてもよい。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る照明装置３００について、図７および図８を参照して説明する。本実施形態においては、上述した第１および第２の実施形態と異なる点について主に説明し、第１および第２の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る照明装置３００は、筒状の光学部材２，２１に代えて、図７（ａ），（ｂ）に示されるように、観察光軸Ａを中心とする周方向に略均等に配列される複数（本例においては４つ）の光学部材２２を備え、光学部材２２、反射層３２および発光部１からなるユニットを４つ備えている点において、第１および第２の実施形態と主に異なっている。

各光学部材２２は、略半円柱状であり、平坦な側面が半径方向内側に配置され、湾曲した側面が半径方向外側に配置されている。光学部材２２のその他の構成および作用は、第１の実施形態の光学部材２と同様である。
反射層３２は、各光学部材２２の平坦な側面に設けられ、平坦な形状を有している。反射層３２のその他の構成および作用は、第１の実施形態の反射層３と同様である。

このように構成された本実施形態に係る照明装置３００によれば、光学部材２２が４つの別体の部材から構成されているので、光学部材２２に反射層３２を形成する加工工程において、光学部材２２の平坦な側面に対して任意の方向から加工を施すことができ、さらに、反射層３２が平坦な形状であるので、上述した反射層３，３１と比べて反射層３２を簡易に形成することができるという利点がある。また、第１の実施形態と同様に、１８０°以上の広い角度範囲を効果的かつ効率的に照明することができるとともに、細径の内視鏡にも好適に適用することができるという利点がある。

なお、本実施形態において、光学部材２２は、半径方向内側に平坦な側面を有する柱状であればよく、例えば、図８（ａ），（ｂ）に示されるように、光学部材２２が、矩形の横断面形状を有する四角柱状であってもよい。
また、本実施形態において、発光体１が、図２または図３に示されるように、矩形以外の形状の出射端１ａを有していてもよい。
また、本実施形態においては、光学部材２２が、第１の導光層４および拡散層５からなる２層構造を有していてもよい。
また、本実施形態においては、導光層４，６が、照明光に対して、拡散層５の拡散作用よりも十分に弱い拡散作用を有していてもよい。

１００，２００，３００ 照明装置
１ 発光部
１ａ 出射端
２，２１，２２ 光学部材
２１ａ 切欠部
３，３１，３２ 反射層
４ 第１の導光層（導光層）
５ 拡散層
６ 第２の導光層（もう１つの導光層）
Ａ 観察光軸

Claims (9)

1. 照明光を出射する出射端を有する発光部と、
   所定の軸を中心とする周方向に配置され、前記出射端から入射された前記照明光を表面から出射する光学部材と、
   該光学部材の半径方向内側の表面に隣接して設けられ、前記照明光を半径方向外方へ反射する反射層とを備え、
   前記光学部材が、前記所定の軸に沿う方向の一端側から順に導光層と拡散層とを備え、
   前記導光層は、前記出射端から前記所定の軸に沿う方向に前記照明光が入射されるとともに該照明光を導光し、
   前記拡散層は、前記導光層から入射された前記照明光を拡散させながら導光する照明装置。
2. 前記出射端の形状が、円形、楕円、多角形、または、扇形である請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光学部材が、周方向の一部分を長手方向に切り欠いてなる切欠部を有する略筒状である請求項１または請求項２に記載の照明装置。
4. 前記所定の軸を中心とする前記周方向に配列される複数の前記光学部材を備え、
   該各光学部材が、半径方向内側に平坦な側面を有する柱状であり、
   前記反射層が、前記平坦な側面に設けられる請求項１または請求項２に記載の照明装置。
5. 前記光学部材が、前記拡散層の、前記所定の軸に沿う方向の他側に、もう１つの導光層を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の照明装置。
6. 前記導光層が、前記照明光に対し、前記拡散層よりも弱い拡散作用を有する請求項１から請求項５のいずれかに記載の照明装置。
7. 前記光学部材が、リング形状を有する請求項１から請求項６のいずれかに記載の照明装置。
8. 前記所定の軸を中心とする前記周方向に配列される複数の前記光学部材を備え、
   該各光学部材が、半径方向内側に前記所定の軸を中心に湾曲した側面を有する略馬蹄形状を有する柱状であり、
   前記反射層が、前記湾曲した側面に設けられている請求項３に記載の照明装置。
9. 照明光を出射する出射端を有する発光部と、
   所定の軸を中心とする周方向に配置され、前記出射端から入射された前記照明光を表面から出射する光学部材と、
   該光学部材の半径方向内側の表面よりも内側に設けられ、前記照明光を半径方向外方へ反射する反射層とを備え、
   前記光学部材が、前記所定の軸に沿う方向の一端側から順に導光層と拡散層とを備え、
   前記導光層は、前記出射端から前記所定の軸に沿う方向に前記照明光が入射されるとともに該照明光を導光し、
   前記拡散層は、前記導光層から入射された前記照明光を拡散させながら導光する照明装置。

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