JP6700941B2

JP6700941B2 - 内視鏡装置

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Publication number: JP6700941B2
Application number: JP2016089638A
Authority: JP
Inventors: 酒井　誠二; 誠二酒井
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2036-04-27
Also published as: JP2017196178A

Description

本発明は、被検体に照明光を照射して観察する内視鏡装置に関する。

生体の体内や構造物の内部などの観察が困難な箇所を観察するために、生体や構造物の外部から内部に導入可能であって、被検対象物を観察できる内視鏡が、例えば医療分野および工業分野において利用されている。

このような内視鏡は、被写体に向けて照明光を照射する照明手段を有しており、例えば、特許文献１には、発光素子を点灯させた観察時、照明光学部で発生する熱量を増加させることなく、観察範囲周辺部の明るさを確保して観察を行える内視鏡の技術が開示されている。

特許文献１の内視鏡は、先端部を構成する透明な樹脂部材で形成された円筒形状の先端カバーと、先端カバーに設けられた第２開口に配設される観察光学部と、先端カバーの基端面側に発光素子の発光部出射端面を配設して構成される照明光学部と、を具備している。

そして、先端カバーは、発光部出射端面の前方に位置する平面で構成された平面部と、この平面部に連設され、先端部の周縁に行くにしたがって先端カバーの平面部からの距離が連続的に遠ざかる傾斜面部とを備えており、照明光学部で発生する熱量を増加させることなく、観察範囲周辺部の明るさを確保して観察を行えるようにしている。

特開２０１２−１５２３９０号公報

しかしながら、従来の内視鏡において、被検体を遠点観察および近点観察する際に、先端部と被検体の距離の違いによって、照明光の照射範囲が異なり、遠点観察および近点観察の両方の観察領域に均一な照明光を照射できないという問題があった。

そのため、従来の内視鏡では、照明光を照射する範囲を遠点観察または近点観察の一方の観察領域に合わせると、他方の観察領域に明るい箇所と暗い箇所が生じてしまうという課題があった。

そこで、本発明は、上述の事情に鑑み、その目的とするところは、遠点観察および近点観察における両方の観察領域に略均一な照明光を照射することができる内視鏡装置を実現することである。

本発明の一態様に係る内視鏡装置は、挿入部の先端に設けられ、対物光学系を備えた先端部と、前記先端部に設けられた観察窓と、前記先端部に設けられ、前記観察窓から第１の距離に離間する第１の観察面に所定の第１の光エネルギの照明光を照射する照明窓と、前記観察窓の周囲に設けられ、前記観察窓から第２の距離に離間する第２の観察面の前記所定の第１の光エネルギの前記照明光が行き届かない領域に所定の第２の光エネルギの反射光を照射する扇型に形成された反射面を複数有した反射部と、を具備し、前記照明窓が複数の前記反射部が離間した位置に配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、遠点観察および近点観察における両方の観察領域に略均一な照明光を照射することができる内視鏡装置を実現することができる。

内視鏡装置の全体構成を示す図内視鏡の挿入部の先端部の構成を示す斜視図先端部の先端面を示す平面図反射部の構成を説明するための斜視図図３のＶ−Ｖ線断面図図３のＶＩ−ＶＩ線断面図遠点観察時の撮像範囲の照明配光を示す図、近点観察時の撮像範囲の照明配光を示す図第１の変形例の先端部の先端面を示す平面図第２の変形例の反射部の構成を説明するための斜視図第３の変形例の反射部の構成を説明するための断面図第４の変形例の内視鏡の挿入部の先端部の構成を示す斜視図

以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。
なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、および各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

以下に、本発明の実施形態の一例を説明する。図１は、内視鏡装置の全体構成を示す図、図２は内視鏡の挿入部の先端部の構成を示す斜視図、図３は先端部の先端面を示す平面図、図４は反射部の構成を説明するための斜視図、図５は図３のＶ−Ｖ線断面図、図６は図３のＶＩ−ＶＩ線断面図、図７は遠点観察時の撮像範囲の照明配光を示す図、図８は近点観察時の撮像範囲の照明配光を示す図である。

先ず、図１を参照して、本発明に係る内視鏡装置１の構成の一例を説明する。
本実施形態の内視鏡装置１は、人体などの被検体内に導入可能であって被検体内の所定の観察部位を光学的に撮像する構成を有する。なお、内視鏡装置１が導入される被検体は、人体に限らず、他の生体であってもよいし、機械、建造物などの人工物であってもよい。

内視鏡装置１は、被検体の内部に導入される挿入部２と、この挿入部２の基端に位置する操作部３と、この操作部３の側部から延出するユニバーサルコード４とで主に構成されている。

挿入部２は、先端に配設される先端部１０、先端部１０の基端側に配設される湾曲自在な湾曲部９、および湾曲部９の基端側に配設され操作部３の先端側に接続される可撓性を有する可撓管部８が連設されて構成されている。なお、内視鏡装置１は、挿入部２に可撓性を有する部位を具備しない、いわゆる硬性鏡と称される形態のものであってもよい。

詳しくは後述するが、先端部１０には、撮像ユニット３０および照明光出射部としての照明窓４１（図１には不図示）が設けられている。また、操作部３には、湾曲部９の湾曲を操作するためのアングル操作ノブ６が設けられている。

また、操作部３には、図示しない駆動機構部としてのアクチュエータの動作を指示しり、撮像ユニット３０の撮像倍率変更動作するレバースイッチ７が配設されている。なお、レバースイッチ７は、ボタンスイッチ、ロータリースイッチまたはタッチセンサなどの他の形式であってもよい。

ユニバーサルコード４の基端部には、外部装置２０に接続される内視鏡コネクタ５が設けられている。また、内視鏡装置１は、ユニバーサルコード４、操作部３および挿入部２内に挿通された電気ケーブル１５および光ファイバ束であるライトガイド４２（図１には不図示）を具備している。

電気ケーブル１５は、内視鏡コネクタ５と撮像ユニット３０とを電気的に接続するように構成されている。内視鏡コネクタ５が外部装置２０に接続されることによって、撮像ユニット３０は、電気ケーブル１５を介して外部装置２０に電気的に接続される。

この電気ケーブル１５を介して、外部装置２０から撮像ユニット３０への電力の供給、および外部装置２０と撮像ユニット３０との間の通信が行われる。

また、ライトガイド４２は、外部装置２０が有するハロゲン、キセノンなどの照明ランプである光源部１２０ａから発せられた光を、先端部１０の照明窓４１にまで伝えるように構成されている。なお、光源部１２０ａは、内視鏡装置１の操作部３または先端部１０に配設される構成であってもよいし、ＬＥＤ照明としてもよい。

外部装置２０は、例えば、上述の光源部２０ａ、画像処理部２０ｂおよびモニタである画像表示部２１を具備して構成されている。画像処理部２０ｂは、撮像ユニット３０から出力された撮像素子出力信号に基づいて映像信号を生成し、画像表示部２１に出力する構成を有している。

即ち、撮像ユニット３０により撮像された光学像は、映像として画像表示部２１に表示される。なお、光源部２０ａ、画像処理部２０ｂおよび画像表示部２１の一部または全部は、外部装置２０ではなく内視鏡装置１に配設される構成であってもよい。

また、ここでの内視鏡装置１は、撮像ユニット３０を備えた電子内視鏡を例示しているが、これに限定されることなくイメージファイバを用いて接眼部を有する構成としてもよい。

次に、先端部１０の構成を説明する。図２および図３に示すように、先端部１０には、先端カバー１６が配設されている。

先端カバー１６の先端面１７には、撮像ユニット３０の最先端に設けられる観察光学系である観察窓３１と、観察窓３１の周囲に配設された複数、ここでは３つの照明光学系としての照明光出射部である照明窓４１と、処置具チャンネル開口部１１と、前方送水チャンネル開口部１２と、観察窓３１に送気送水を行うための送気送水ノズル１３と、観察窓３１の周囲に設けられた複数、ここでは３つの反射部５１，５２，５３と、を有して構成されている。なお、照明窓４１は、３つの反射部５１，５２，５３のそれぞれが離間する位置に配設されている。

ここで、３つの反射部５１，５２，５３の構成について、以下に詳しく説明する。
反射部５１，５２，５３は、図４に示すように、観察窓３１の周囲に、観察窓３１の外周部（縁辺部）から撮像ユニット３０が有する画角に応じて映りこまないように、所定の距離ｄに離間して配設された表面扇形をしている。

なお、反射部５１，５２，５３は、先端カバー１６と一体形成されていてもよいし、別部材として、先端カバー１６の先端面１７に接着などによって設けられていてもよい。

そして、反射部５１，５２，５３は、それぞれの表面が観察窓３１に向けて傾けられたテーパ面としての反射面５１ａ，５２ａ，５３ａを有している。即ち、反射部５１，５２，５３は、観察窓３１から離れるに従って、厚みを有し、反射面５１ａ，５２ａ，５３ａが先端カバー１６の先端面１７に対して所定の角度θを有している。

なお、反射面５１ａ，５２ａ，５３ａは、鏡面加工、光沢加工、ミラー、白色などを有して、照明された被検体からの反射光を、再度、被検体側に反射する構成となっている。

また、それぞれの反射部５１，５２，５３は、互いに隣接する観察窓３１の周方向に対して、所定の距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に離間して設けられ、それぞれの間に照明窓４１が配設されている。

これら反射部５１，５２，５３のそれぞれが離間する所定の距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、照明窓４１から出射される照明光を妨げない距離が設定されている。

また、反射部５１，５２，５３は、それぞれが離間する所定の距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が同一（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３）として、観察窓３１の周囲に等間隔で配置されていることが好ましいが、ここでの２つの反射部５１，５３が互いに離間する所定の距離Ｌ２が送気送水ノズル１３からの流体を観察窓３１全面へ確実に噴射できるように、他の所定の距離Ｌ１，Ｌ３よりも長い距離が設定されている。

ここで、先端部１０の内部構成について、以下に説明する。
先端部１０には、金属または樹脂製のブロック部材である先端構成部が配設され、図５および図６に示すように、先端構成部に固定される撮像ユニット３０、ライトガイド４２などが配設されている。

なお、先端部１０の先端構成部には、ここでは図示しないが、処置具チャンネル開口部１１および前方送水チャンネル開口部１２に接続される処置具チャンネル、前方送水チャンネルなども配設されている。

本実施形態では一例として、撮像ユニット３０は、挿入部２の長手方向（挿入軸方向）に沿って先端方向を撮像するように配設されている。より具体的には、撮像ユニット３０は、被検体像を撮像する対物光学系の撮像光軸Ｏが挿入部２の長手方向に沿うように配設されている。なお、撮像ユニット３０は、対物光学系の撮像光軸Ｏが、挿入部２の長手方向に対して所定の角度をなすように配設されるものであってもよい。

また、照明窓４１は、ライトガイド４２の先端から出射された光を照明するように出射する構成を有している。本実施形態では、照明窓４１は、挿入部２の長手方向に沿って、先端部１０（先端カバー１６）の先端面１７から先端方向に向かって光を出射するように構成されている。

撮像ユニット３０は、対物レンズの１つである観察窓３１および観察窓３１の像側に配設された対物レンズ群である固定レンズ３２、移動レンズ３３およびカバーガラス３５が設けられた固体撮像素子ユニット３４を有している。

これら観察窓３１、固定レンズ３２、移動レンズ３３および固体撮像素子ユニット３４は、保持枠に保持されている（いずれも不図示）。

また、撮像ユニット３０は、移動レンズ３３を保持する移動レンズ枠を対物光学系の撮像光軸Ｏに沿って進退駆動する駆動機構部である図示しないアクチュエータを含んで構成されている。

なお、撮像ユニット３０は、絞り、プリズム、光学フィルタなどの他の光学系部材を含む構成であってもよい。

本実施形態では、一例として、移動レンズ３３が像側に位置（テレ端位置）するほど、撮影倍率が高くなり（画角が狭くなるテレ状態）、移動レンズ３３が被検体側に位置（ワイド端位置）するほど、撮影倍率が低くなる（画角が広くなるワイド状態）ように構成されている。

なお、本実施形態の撮像ユニット３０は、移動レンズ３３が像側に位置（テレ端位置）するほど撮影倍率が高くなるテレ状態を有しているが、移動レンズ３３が像側に位置（テレ端位置）するほど撮影倍率が低くなるワイド状態となる構成としてもよい。

固体撮像素子ユニット３４は、入射される光を光電変換する複数の受光素子が配列されたものであり、例えば一般にＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサなどと称される形式、あるいはその他の各種の形式の撮像素子が適用され得る。固体撮像素子ユニット３４は、観察窓３１、固定レンズ３２および移動レンズ３３による被検体像の結像面に受光素子が位置するように配設される。

固体撮像素子ユニット３４の受光素子が配設された受光面上には、カバーガラス３５が接着剤によって貼着されている。また、固体撮像素子ユニット３４には、図示しない回路基板が電気的に接続されている。回路基板は、電気ケーブル１５に電気的に接続されている。

以上のように構成された内視鏡装置１は、図５および図６に示す、被検体を遠点観察（ワイド状態）する被写界深度内の観察面Ａにおいて、図７に示すように、固体撮像素子ユニットが撮像する撮像範囲ＩＡの略全域に３つの照明窓４１から出射された破線で示す所定の光エネルギの照明光Ｌｉが均一に照射され、良好な配光状態となる。

さらに、内視鏡装置１は、先端部１０に設けられた３つの反射部５１，５２，５３によって反射された実線で示す所定の光エネルギの反射光Ｌｒが、さらに撮像範囲ＩＡを照射するため、従来に比して撮像範囲ＩＡが明るくなり、より一層の大きな光エネルギで撮像範囲ＩＡを照らすことができる。

一方、内視鏡装置１は、図５および図６に示す、被検体を近点観察（テレ状態）する被写界深度内の観察面Ｂにおいて、図８に示すように、固体撮像素子ユニットが撮像する撮像範囲ＩＢの全域に３つの照明窓４１から出射された破線で示す所定の光エネルギの照明光Ｌｉが均一に行き届かない領域、具体的には撮像範囲ＩＢの中央付近、周辺付近が暗くなってしまう範囲を先端部１０に設けられた３つの反射部５１，５２，５３によって反射された実線で示す所定の光エネルギの反射光Ｌｒにより照射することができる。

これにより、内視鏡装置１は、照明光Ｌｉと反射光Ｌｒを近点観察の撮像範囲ＩＢの全域に均一に照射して十分な所定の光エネルギで撮像範囲ＩＢを照らすことができる。

以上に説明したように、本実施の形態の内視鏡装置１は、被検体を遠点観察および近点観察する際に、先端部１０（先端カバー１６）の先端面１７に設けられた照明窓４１に対する被検体への距離の違いによって、所定の光エネルギの照明光Ｌｉの照射範囲が異なったとしても、３つの反射部５１，５２，５３が所謂レフ板のように光を反射して、その所定の光エネルギの反射光Ｌｒによって、遠点観察および近点観察の両方の撮像範囲ＩＡ，ＩＢへ共に均一に所定の光エネルギの光を照射することができる。

したがって、内視鏡装置１は、遠点観察および近点観察における両方の観察領域である撮像範囲ＩＡ，ＩＢへ略均一に所定の光エネルギで光を照射することができる。

なお、３つの反射部５１，５２，５３は、観察窓３１に対して所定の距離ｄを有して離間して設けられているため、反射光Ｌｒによってフレアなどを生じさせる有害光線が観察窓３１に入射することが防止されている。

また、上述の内視鏡装置１は、撮像ユニット３０が遠点観察のワイドと近点観察のテレを切り替え自在な構成とし、先端部１０を被検体から遠ざけて観察する遠点観察および被検体に近づけて観察する近点観察においても、均一に所定の光エネルギの照明光を照射することができるようになる。即ち、内視鏡装置１は、撮像ユニット３０にズーム機能を備えていない構成としても、上記構成が有効となっている。

さらに、上記実施の形態の内視鏡装置１では、遠点観察時に照明窓４１から出射される所定の光エネルギの照明光Ｌｉが均一に照射されて良好な配光状態となるように設定されているが、勿論、近点観察時に所定の光エネルギの照明光Ｌｉが均一に照射されて良好な配光状態となるようにしてもよい。この場合、３つの反射部５１，５２，５３の勾配方向を逆として遠点方向に所定の光エネルギの反射光Ｌｒが広がって照射されるようにすればよい。

（第１の変形例）
図９に示すように、反射部５１，５２，５３に加え、各照明窓４１の周囲に反射部５４を設けてもよい。なお、図９は、第１の変形例の先端部の先端面を示す平面図である。

（第２の変形例）
図１０に示すように、反射部５１，５２，５３は、各照明窓４１から出射される照明光を遮らないように、隣接して対向する両端部分に所定の角度のテーパ面５１ｂ、５２ｂ，５３ｂを形成してもよい。なお、図１０は、第２の変形例の反射部の構成を説明するための斜視図である。

（第３の変形例）
図１１に示すように、反射部５１，５２，５３は、反射面５１ａ，５２ａ，５３ａが平面でなく、反射光Ｌｒを所望の照射範囲に反射する断面Ｒ形状としてもよい。なお、図１１は、第３の変形例の反射部の構成を説明するための部分断面図である。

（第４の変形例）
図１２に示すように、反射部６１，６２，６３は、先端カバー１６の先端面１７に微小な凹凸を形成またはシート状の光散乱部を設けたり、フレネルミラーを設けたりして反射光Ｌｒを所望の照射範囲に反射する構成としてもよい。なお、図１２は、第４の変形例の反射部の構成を説明するための部分断面図である。

さらに、先端カバー１６の略全体を鏡面加工、光沢加工、ミラー加工、白色加工、微小な凹凸加工などとしてもよい。この場合、反射光Ｌｒまたは散乱光によってフレアなどを生じさせる有害光線が観察窓３１に入射することを防止するため、観察窓３１の周囲だけ各種加工を行わないようにする必要がある。

以上に記載の本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内視鏡用撮像ユニットもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…内視鏡装置
２…挿入部
３…操作部
４…ユニバーサルコード
５…内視鏡コネクタ
６…アングル操作ノブ
７…レバースイッチ
８…可撓管部
９…湾曲部
１０…先端部
１１…処置具チャンネル開口部
１２…前方送水チャンネル開口部
１３…送気送水ノズル
１５…電気ケーブル
１６…先端カバー
１７…先端面
２０…外部装置
２０ａ…光源部
２０ｂ…画像処理部
２１…画像表示部
３０…撮像ユニット
３１…観察窓
３２…固定レンズ
３３…移動レンズ
３４…固体撮像素子ユニット
３５…カバーガラス
４１…照明窓
４２…ライトガイド
５１，５２，５３…反射部
５１ａ，５２ａ，５３ａ…反射面
１２０ａ…光源部
Ａ，Ｂ…観察面
ｄ…距離
ＩＡ，ＩＢ…撮像範囲
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…距離
Ｌｉ…照明光
Ｌｒ…反射光
Ｏ…撮像光軸
θ…角度

Claims

挿入部の先端に設けられ、対物光学系を備えた先端部と、
前記先端部に設けられた観察窓と、
前記先端部に設けられ、前記観察窓から第１の距離に離間する第１の観察面に所定の第
１の光エネルギの照明光を照射する照明窓と、
前記観察窓の周囲に設けられ、前記観察窓から第２の距離に離間する第２の観察面の前
記所定の第１の光エネルギの前記照明光が行き届かない領域に所定の第２の光エネルギの
反射光を照射する扇型に形成された反射面を複数有した反射部と、
を具備し、
前記照明窓が複数の前記反射部が離間した位置に配設されていることを特徴とする内視鏡装置。
前記反射部は、前記反射面が前記観察窓の表面に対して所定の角度を有していることを
特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記反射部は、前記観察窓の外周部から所定の距離を有して配設されていることを特徴
とする請求項１または請求項２に記載の内視鏡装置。