JP6452523B2 - 縞投影内視鏡の先端光学系及びそれを備えた内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、白色光を用いた通常照明光を物体面に照射して観察を行うことに加えて、干渉縞を物体面に投影し形状計測を行う内視鏡装置に備わる先端学系及びそれを備えた内視鏡装置に関する。

従来、この種の内視鏡は、例えば、次の特許文献１に記載のように、干渉縞を物体面に投影する縞投影用光学系を、内視鏡先端部に備えている。

特開平５−２１１９８８号公報

ところで、上記のような内視鏡装置においては、内視鏡先端部には、縞投影用光学系の他にも、物体面を観察（撮像）するための観察光学系を備えている。また、上記のような干渉縞を投影する内視鏡装置においては、物体を通常照明するための白色照明光を備えることが求められる。しかるに、医療系内視鏡における生体への負担や、工業系内視鏡において挿入径の細いものまで適用範囲が広がることを鑑みると、内視鏡先端部は極力、小型化することが必要である。しかし、特許文献１に記載の内視鏡装置の先端部に、白色照明用光学系を、縞投影用光学系とは別に備えると、その分の配置スペースを確保するために径が太くなり、内視鏡の細径化の障害となってしまう。
このため、白色照明用光学系と縞投影用光学系とを一つの光学系として多重化することが望まれるが、縞投影用光学系において干渉縞を投影するためには、光路内に干渉縞を形成するための一部材として偏光板を用いる必要がある。偏光板は、特定方向に偏波した一方の直線偏光成分の光のみを透過させ、他方の直線偏光の成分を透過させない特性を有している。このため、偏光板に入射した光は、偏光板を通過することにより強度が低下する。そして、偏光板に通常照明用の光を入射させた場合、透過光量が著しく低下し、照明光が暗くなってしまい、通常観察に悪影響を与えるおそれがある。

本発明の幾つかの態様によれば、上記従来の課題を解決するために提案されたものであり、内視鏡先端部を小型・省スペース化でき、且つ、通常照明時の光量低下を極力抑えながら、白色光による通常照明と干渉縞の投影を行うことのできる縞投影内視鏡の先端光学系及びそれを備えた内視鏡装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の一態様による縞投影内視鏡の先端光学系は、干渉縞を物体面に投影し物体の形状計測を行う内視鏡の先端部に備わる光学系であって、中央部に配置された偏波面保持ファイバと、前記偏波面保持ファイバの周囲に配置された白色光伝送用のライトガイドとを備えてなる光伝送部材と、前記光伝送部材の出射端側に配置された複屈折板と、前記複屈折板の出射端側に配置された、前記偏波面保持ファイバからの光束が通る範囲に対応した大きさを有する偏光板と、前記偏光板の出射端側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、前記複屈折板及び前記偏光板からの光を導光する導光部材と、前記導光部材の出射端側に配置され、前記導光部材の出射端側に配置され、前記偏光板からの光束が入射する領域と該偏光板からの光束が入射する領域の周囲に、光を拡散させる領域を備えた光学部材と、を有する。

また、本発明の一態様による内視鏡装置は、本発明の一態様による縞投影内視鏡の先端光学系を内視鏡先端部に備えている。

本発明によれば、内視鏡先端部を小型・省スペース化でき、且つ、通常照明時の光量低下を極力抑えながら、白色光による通常照明と干渉縞の投影を行うことのできる縞投影内視鏡の先端光学系及びそれを備えた内視鏡装置が得られる。

本発明の各実施形態のいずれかの縞投影内視鏡の先端光学系を備えた内視鏡装置の概略構成を示す説明図で、(a)は長手方向に沿う構成部材の配置を示す図、(a)は内視鏡先端部の正面図である。 本発明の第１実施形態にかかる縞投影内視鏡の先端光学系の概略構成を示す説明図で、(a)は長手方向に沿う構成部材の配置を示す図、(a)は光路内における偏光板の正面図である。 本発明の第２実施形態にかかる縞投影内視鏡の先端光学系の概略構成を示す説明図で、(a)は長手方向に沿う構成部材の配置を示す図、(a)は光路内における偏光板の正面図である。

以下、本発明の実施形態について、説明する。なお、以下に説明する実施の形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下の実施形態で説明する構成の全てが、本発明における必須の構成要件であるとは限らない。

本発明の実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系は、干渉縞を物体面に投影し物体の形状計測を行う内視鏡の先端部に備わる光学系であって、中央部に配置された偏波面保持ファイバと、前記偏波面保持ファイバの周囲に配置された、偏波面保持ファイバよりも開口数の大きな白色光伝送用のライトガイドとを備えてなる光伝送部材と、前記光伝送部材の出射端側に配置された複屈折板と、前記複屈折板の出射端側に配置された、前記偏波面保持ファイバからの光束が通る範囲に対応した大きさを有する偏光板と、前記偏光板の出射端側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、前記複屈折板及び前記偏光板からの光を導光する導光部材と、前記導光部材の出射端側に配置され、前記偏光板からの光束が入射する領域と該偏光板からの光束が入射する領域の周囲に、光を拡散させる領域を備えた光学部材と、を有する。

本発明の実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系のように、中央部に配置された偏波面保持ファイバと、前記偏波面保持ファイバの周囲に配置された白色光伝送用のライトガイドとを備えてなる光伝送部材を有すれば、物体に通常光を照明する光学系と物体に干渉縞を投影する光学系とを多重化でき、内視鏡先端部を小型・省スペース化できる。

ところで、縞投影用光学系においては、干渉縞を投影するために、光路内に干渉縞を形成するための一部材として偏光板を用いる必要がある。偏光板は、複屈折板により二方向の直線偏光成分に分けられた光のうち、一方向の直線偏光成分の光のみを通過させ、他方の直線偏光の成分を透過させない特性を有している。このため、偏光板に入射した光は、偏光板を通過することにより強度が低下する。そして、偏光板に通常照明用の光を入射させた場合、透過光量が著しく低下し、照明光が暗くなってしまい、通常観察に悪影響を与えるおそれがある。
しかるに、本発明の実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系のように、光伝送部材に備える低開口数の偏波面保持ファイバを用いるとともに、偏光板の大きさを、低開口数の偏波面保持ファイバからの光束が通る範囲に対応させれば、白色光伝送用ライトガイドを通り、複屈折板を通過した白色光が、偏光板に入射する領域を極力小さくすることができ、白色光を用いた通常照明における光量低下を抑えることができる。

また、本発明の実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系のように、偏光板の出射端側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、複屈折板及び偏光板からの光を導光する導光部材を備えれば、光量のロスを防止できる。
また、本実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系のように、導光部材の出射端側に配置され、偏光板からの光束が入射する領域と、偏光板からの光束が入射する領域の周囲に、光を拡散させる領域を備えた光学部材を有すれば、例えば、偏光板からの光束が入射する領域を凹面で構成することで、凹面により、低開口数の偏波面保持ファイバから出射し、複屈折板、偏光板、導光部材を通過した光束径の小さな偏光光束の径を大きく拡げて物体面に対し、観察画面内で物体面の情報を得るために十分な大きさの干渉縞を投影することができる。なお、上記光学部材における偏光板からの光束が入射する領域を凸面で構成し、凸面により偏光板からの光束を一旦集光させた後に、投影させるようにしてもよい。また、干渉縞を拡大しなくても観察画面内で物体面の情報を得ることが可能であれば、上記光学部材における偏光板からの光束が入射する領域を平面で構成してもよい、また、上記光学部材における偏光板からの光束が入射する領域の周囲に備わる、光を拡散させる領域により、白色光伝送用ライトガイドから出射し、複屈折板、導光部材を通過した通常照明用の光を観察物体に拡散させて照射することができる。

このため、本発明の実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系のようにすれば、内視鏡先端部を小型・省スペース化でき、且つ、通常照明時の光量低下を極力抑えながら、白色光による通常照明と干渉縞の投影を行うことができる。

また、本発明の実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系においては、好ましくは、前記偏波面保持ファイバと前記偏光板との間にコリメートレンズを備える。
このようにすれば、偏波面保持ファイバから出射した光束の広がりを抑えることができる。このため、低開口数の偏波面保持ファイバからの光束が通る範囲に対応した偏光板の外径をより一層小さくすることができる。その結果、白色光伝送用ライトガイドを通り、複屈折板を通過した白色光が、偏光板に入射する領域をより一層小さくすることができ、白色光による通常照明における光量低下をより一層抑えることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の各実施形態のいずれかの縞投影内視鏡の先端光学系を備えた内視鏡装置の概略構成を示す説明図で、(a)は長手方向に沿う構成部材の配置を示す図、(a)は内視鏡先端部の正面図である。
図１の例の内視鏡装置１は、観察光学系２０と、本発明の各実施形態のいずれかの縞投影内視鏡の先端光学系１０を内視鏡先端部に備えている。図１(a)中、３は内視鏡先端部の鏡筒、２は内視鏡先端部の鏡筒３に着脱可能なアダプタの鏡筒、１０’は先端光学系１０と光学的に接続する、内視鏡本体部の光源までを含めた光学系の全体構成を示している。また、３０は白色光源としての発光ダイオード、３１はレンズ、３２はレーザ光源としてのレーザダイオード、３３はレンズ、３４は位相シフタである。
観察光学系２０は、例えば、レンズ２１，２２、カバーガラス２３，２４、レンズ２６，２７、撮像素子２８等を有している。そして、観察光学系２０は、これらの光学部材を介して観察対象の像を取得する。なお、観察対象の像を取得できるものであれば、観察光学系２０はどのような構成であってもよい。
先端光学系１０の具体的な構成及び作用については、以下の各実施形態において詳しく説明する。

第１実施形態
図２は本発明の第１実施形態にかかる縞投影内視鏡の先端光学系の概略構成を示す説明図で、(a)は長手方向に沿う構成部材の配置を示す図、(a)は光路内における偏光板の正面図である。
第１実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系１０は、図２(a)に示すように、光伝送部材１１と、複屈折板１４と、偏光板１５ａと、導光部材１６と、レンズ１７を有している。図２(a)中、１２、１３及び１８はカバーガラス、１５ｂは偏光板１５ａの外周を囲む開口付き円盤形状のカバーガラスである。
光伝送部材１１は、偏波面保持ファイバ１１ａと、白色光伝送用のライトガイド１１ｂとを備える。
偏波面保持ファイバ１１ａは、光伝送部材１１の中央部に配置されている。そして、偏波面保持ファイバ１１ａは、例えば、いわゆるＰＡＮＤＡファイバ等、外力によって偏波面が回転しないように保持する、垂直方向と水平方向の屈折率を異ならせたファイバで構成されている。また、偏波面保持ファイバ１１ａは、低開口数の特性を有している。
白色光伝送用のライトガイド１１ｂは、偏波面保持ファイバ１１ａの周囲に配置されていて、例えば、図１(a)に示した白色光源３０からの白色光を導光する。

複屈折板１４は、光伝送部材１１の出射端側に配置されている。そして、複屈折板１４は、入射した光を偏光方向の異なる２つの直線偏光成分の光に分けて出射する。
偏光板１５ａは、複屈折板１４の出射端側に配置されている。そして、偏光板１５ａは、図２(b)に示すように、偏波面保持ファイバ１１ａから出射した光束が通る範囲に対応した大きさを有している。そして、入射した光のうち、特定方向に偏波した直線偏光成分の光のみを透過させる。
導光部材１６は、偏光板１５ａの出射端側に配置されている。そして、導光部材１６は、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、複屈折板１４及び偏光板１５ａからの光を導光するガラス製又は樹脂製の透明部材で構成されている。
レンズ１７は、導光部材１６の出射端側に配置されていて、偏光板１５ａからの光束が入射する領域１７ａと、光を拡散させる領域１７ｂを有している。
偏光板１５ａからの光束が入射する領域１７ａは、凹面で構成され、光束を広角化して出射する機能を有している。
光を拡散させる領域１７ｂは、凹面１７ａの周囲に形成された、例えばマイクロプリズムアレイ等の拡散面で構成されている。

このように構成された第１実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系１０を備えた、例えば、図１(a)に示すような内視鏡装置において、物体に対し干渉縞の投影を行う場合、白色光源３０をＯＦＦにして、レーザ光源３２をＯＮにする。
レーザ光源３２から出射したレーザ光は、レンズ３３を通り、移送シフタ３４で移相が調整されて偏波面保持ファイバ１１ａに入射する。偏波面保持ファイバ１１ａに入射した偏光は偏波面が保持された状態で導光されて、複屈折板１４に入射する。複屈折板１４に入射した光は、偏光方向の異なる２つの直線偏光成分の光に分けられ、偏光板１５ａに入射する。偏光板１５ａに入射した２つの直線偏光成分の光のうち、一方の直線偏光成分の光のみが偏光板１５ａを透過する。偏光板１５ａを透過した偏光は、導光部材１６を経てレンズ１７の凹面１７ａに入射し、光束の径を拡げられて、レンズ１７から出射する。そして、レンズ１７から出射した光が物体面に干渉縞を投影する。

一方、白色光による通常照明を行う場合、白色光源３０をＯＮにして、レーザ光源３２をＯＦＦにする。白色光源３０を出射した白色光は、レンズ３１を通り、白色光伝送用のライトガイド１１ａに入射する。白色光伝送用のライトガイド１１ａに入射した光は、導光されて、複屈折板１４に入射する。複屈折板１４に入射した光は、偏光方向の異なる２つの直線偏光成分の光に分けられ、大部分の光が、カバーガラス１５ｂに入射し、一部の光が偏光板１５ａに入射する。カバーガラス１５ｂに入射した光は、カバーガラス１５ｂを透過して、導光部材１６に入射する。偏光板１５ａに入射した２つの直線偏光成分の光のうち、一方の直線偏光成分の光のみが偏光板１５ａを透過して、導光部材１６に入射する。導光部材１６に入射した光は、導光されてレンズ１７の凹面１７ａ及びその外周の拡散面１７ｂに入射する。凹面１７ａに入射した光は光束の径を拡げられ、拡散面１７ｂに入射した光は、拡散させられてレンズ１７を出射する。そして、レンズ１７からの光は物体面を照明する。

第１実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系１０によれば、中央部に配置された偏波面保持ファイバ１１ａと、偏波面保持ファイバ１１ａの周囲に配置された白色光伝送用のライトガイド１１ｂとを備えてなる光伝送部材１１を有しているので、物体に通常照明光を照明する光学系と物体に干渉縞を投影する光学系とを多重化でき、その結果、例えば、図１(b)に示すように、内視鏡先端部の鏡筒２（３）内に配置する光学系を、観察光学系２０と先端光学系１０の２つにすることができ、内視鏡先端部を小型・省スペース化できる。

そして、第１実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系１０によれば、偏光板１５ａの大きさを、低開口数の偏波面保持ファイバ１１ａからの光束が通る範囲に対応させたので、白色光伝送用ライトガイド１１ｂを通り、複屈折板１４を通過した白色光が、偏光板１５ａに入射する領域を極力小さくすることができ、白色光を用いた通常照明における光量低下を抑えることができる。

また、第１実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系１０によれば、偏光板１５ａの出射端側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、複屈折板１４及び偏光板１４ａからの光を導光する導光部材１６を備えれば、光量のロスを防止できる。
また、第１実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系１０によれば、導光部材１６の出射端側に配置され、偏光板１５ａからの光束が入射する領域１７ａと、領域１７ａの周囲に、光を拡散させる領域１７ｂを備えた光学部材１７を有し、領域１７ａを凹面で構成したので、領域１７ａにより、低開口数の偏波面保持ファイバ１１ａから出射し、複屈折板１４、偏光板１５ａ、導光部材１６を通過した光束径の小さな偏光光束の径を大きく拡げて物体面に対し、例えば、図１(a)の内視鏡装置の観察光学系２０を介して取得する際の観察画面内で物体面の情報を得るために十分な大きさの計測用の干渉縞を投影することができる。また、光を拡散させる領域１７ｂにより、白色光伝送用ライトガイド１１ｂから出射し、複屈折板１４、導光部材１５ａを通過した通常照明用の光を観察物体に拡散させて照射することができる。

このため、第１実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系１０によれば、内視鏡先端部を小型・省スペース化でき、且つ、通常照明時の光量低下を極力抑えながら、白色光による通常照明と干渉縞の投影を行うことができる。
なお、第１実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系１０では、レンズ１７における偏光板１５ａから出射した光束が入射する領域１７ａを凹面で構成したが、領域１７ａを凸面に構成し、凸面により偏光板からの光束を一旦集光させた後に、投影させるようにしてもよい。また、干渉縞を拡大しなくても観察画面内で物体面の情報を得ることが可能であれば、領域１７ａを平面に構成してもよい、

第２実施形態
図３は本発明の第２実施形態にかかる縞投影内視鏡の先端光学系の概略構成を示す説明図で、(a)は長手方向に沿う構成部材の配置を示す図、(a)は光路内における偏光板の正面図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、構成部材に同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

第２実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系１０は、図３(a)に示すように、偏波面保持ファイバ１１ａと偏光板１５ａ’との間にコリメートレンズ１９を備えており、偏光板１５ａ’の外径が図２(a)に示した第１実施形態における偏光板１５ａの外径よりも小さく形成され、その分、偏光板１５ａ’の外周を囲むカバーガラス１５ｂ’の面積が広くなっている。

第２実施形態の縞投影内視鏡の先端光学系１０によれば、偏波面保持ファイバ１１ａからの光束の広がりを抑えることができる。このため、低開口数の偏波面保持ファイバ１１ａからの光束が通る範囲に対応した偏光板１５ａ’の外径をより一層小さくすることができる。その結果、白色光伝送用ライトガイド１１ｂを通り、複屈折板１４を通過した白色光が、偏光板１５ａ’に入射する領域をより一層小さくすることができ、白色光の光量低下をより一層抑えることができる。
なお、図３の例では、コリメートレンズ１９を、カバーガラス１２，１３の間に配置したが、偏波面保持ファイバ１１ａと偏光板１５ａ’との間であれば、コリメートレンズ１９は、どこに配置してもよい。

以上、本発明の実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は、各実施形態およびその変形例に記載のとおりの構成に限定されるものではなく、実施段階では、発明の要旨を変更しない範囲内で構成要素を変形して具体化することができる。また、各実施形態やその変形例に記載した複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を導出することができる。例えば、各実施形態やその変形例に記載した全ての構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態やその変形例に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。このように、発明の要旨を変更しない範囲で、種々の変形や応用が可能である。

本発明の縞投影内視鏡の先端光学系は、内視鏡を用いて物体に干渉縞を投影して計測を行うことが求められる分野に有用である。

１ 内視鏡装置
２ アダプタの鏡筒
３ 内視鏡先端部の鏡筒
１０ 縞投影内視鏡の先端光学系
１１ 光伝送部材
１１ａ 偏波面保持ファイバ
１１ｂ 白色光伝送用ライトガイド
１２、１３ カバーガラス
１４ 複屈折板
１５ａ、１５ａ’ 偏光板
１５ｂ、１５ｂ’ 偏光板を周囲で保持するカバーガラス
１６ 導光部材
１７ 光学部材
１７ａ 偏光板からの光束が入射する領域
１７ｂ 光を拡散させる領域
１９ コリメートレンズ
２０ 観察光学系
２１、２２、２６、２７、３１、３３ レンズ
２３、２５ カバーガラス
２８ 撮像素子
３０ 白色光源
３２ レーザ光源
３４ 移相シフタ

Claims (3)

1. 干渉縞を物体面に投影し物体の形状計測を行う内視鏡の先端部に備わる光学系であって、
   中央部に配置された偏波面保持ファイバと、前記偏波面保持ファイバの周囲に配置された白色光伝送用のライトガイドとを備えてなる光伝送部材と、
   前記光伝送部材の出射端側に配置された複屈折板と、
   前記複屈折板の出射端側に配置された、前記偏波面保持ファイバからの光束が通る範囲に対応した大きさを有する偏光板と、
   前記偏光板の出射端側に配置され、内部を通る光を反射又は全反射する側面を有し、前記複屈折板及び前記偏光板からの光を導光する導光部材と、
   前記導光部材の出射端側に配置され、前記偏光板からの光束が入射する領域と該偏光板からの光束が入射する領域の周囲に、光を拡散させる領域を備えた光学部材と、
   を有することを特徴とする縞投影内視鏡の先端光学系。
2. 前記偏波面保持ファイバと前記偏光板との間にコリメートレンズを備えたことを特徴とする請求項１に記載の縞投影内視鏡の先端光学系。
3. 請求項１又は２に記載の縞投影内視鏡の先端光学系を内視鏡先端部に備えた内視鏡装置。

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