JP6904873B2 - 照明光学系、内視鏡光学系及び内視鏡 - Google Patents

照明光学系、内視鏡光学系及び内視鏡 Download PDF

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Description

本発明は、照明光学系、内視鏡光学系及び内視鏡に関し、特に、側方あるいは斜め方向を観察する内視鏡に用いられる、照明光学系、内視鏡光学系及び内視鏡に関する。
従来より、内視鏡は、工業分野及び医療分野において広く用いられている。側方あるいは斜め方向を観察する内視鏡がある。
側方あるいは斜め方向を観察する内視鏡において、挿入部の先端部の側方あるいは斜め方向に照明光を出射するために照明用ライトガイドの先端部分を曲げ成形すると、硬質部長が長くなってしまうという問題がある。また、側方あるいは斜め方向を観察する内視鏡では、観察窓と照明窓が挿入部の長手軸方向に沿って離れて配置されるため、内視鏡画像に配光ムラが生じるという問題がある。
そこで、特開2012−235821号公報には、ライトガイドを曲げずにライトガイドの先端面から出射される照明光を側方へ反射する平坦な反射面と、観察光学系の外周に配置されて、反射面からの照明光を先端部の側方へ導光する光伝送光学部とを有する内視鏡用側方照明光学系が提案されている。その提案の光伝送光学系は、挿入部の先端部の長手軸に直交する断面が略U字形状で、外側面が先端部の長手軸方向に沿った軸を中心とするシリンドリカル形状を有している。その光伝送光学系によれば、観察窓と照明窓が挿入部の長手軸方向に沿って離れて配置されないため、内視鏡画像に配光ムラが生じない。
特開2012−235821号公報
しかし、上記提案に係る光学系の場合、反射面からの照明光の一部が、光伝送光学系の内面で反射するとき、全反射せず、シリンドリカル形状の光伝送光学系の外側面から漏れてしまう。特に、上記提案の構成においては、ライトガイドの先端部が、シリンドリカル形状の光伝送光学系の外周面から離れていると、全反射されないで外部に漏れてしまう光量が増え、照明光の伝送効率が悪い。
そこで、本発明は、全反射されないで外部に漏れてしまう照明光の漏れ量を少なくし、照明光の伝送効率を向上させた照明光学系、内視鏡光学系及び内視鏡を提供することを目的とする。
本発明の一態様の照明光学系は、被検体に挿入される挿入部を有し、前記挿入部の先端部の側方若しくは斜め方向へ照明光を出射する照明窓と、前記挿入部の長手軸の先端側から見た断面形状が略U字形状又は略U字形状の一部の形状に形成され、前記長手軸に沿って基端側から前記先端側に向かう光が入射する入射面と、前記被検体へ向けて前記光を前記照明光として出射する出射面と、前記長手軸の前記先端側から見たときに前記入射面に入射した前記光を前記出射面側に向けるように傾いた反射面とを有する光学部材と、を有し、前記反射面は、前記光学部材の前記先端側に形成された捻れ面である
本発明の一態様の内視鏡光学系は、被検体に挿入される挿入部の先端部に設けられ、前記先端部の側方若しくは斜め方向を照明し、観察する内視鏡光学系であって、前記挿入部の先端部に設けられ、前記先端部の側方若しくは斜め方向から光を取り込む観察窓から取り込まれた光を観察するための観察光学系と、前記先端部に配置され、内側に前記観察光学系が配置されるように前記挿入部の長手軸の先端側から見た断面形状が略U字形状又は略U字形状の一部の形状に形成され、前記長手軸に沿って基端側から前記先端側に向かう光が入射する入射面と、前記被検体へ向けて前記光を照明光として出射する出射面と、前記長手軸の前記先端側から見たときに前記入射面に入射した前記光を前記出射面側に向けるように傾いた反射面とを有する光学部材を含む照明光学系と、を有し、前記反射面は、前記光学部材の前記先端側に形成された捻れ面である
本発明の一態様の内視鏡は、被検体に挿入される挿入部と、前記挿入部の先端部に設けられ、前記先端部の側方若しくは斜め方向から光を取り込む観察窓と、前記挿入部の前記先端部に設けられ、前記先端部の前記側方若しくは前記斜め方向へ照明光を出射する照明窓と、前記挿入部の前記先端部に設けられた光学系であって、前記観察窓から取り込まれた光を観察するための観察光学系と、前記先端部に配置され、内側に前記観察光学系が配置されるように前記挿入部の長手軸の先端側から見た断面形状が略U字形状又は略U字形状の一部の形状に形成され、前記長手軸に沿って基端側から前記先端側に向かう光が入射する入射面と、前記被検体へ向けて前記光を前記照明光として出射する出射面と、前記長手軸の前記先端側から見たときに前記入射面に入射した前記光を前記出射面側に向けるように傾いた反射面とを有する光学部材を含む照明光学系と、を有し、前記反射面は、前記光学部材の前記先端側に形成された捻れ面である
本発明によれば、全反射されないで外部に漏れてしまう照明光の漏れ量を少なくし、照明光の伝送効率を向上させた照明光学系、内視鏡光学系及び内視鏡を提供することができる。
本発明の第1の実施の形態に係わる内視鏡装置の構成を示す構成図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる光学アダプタ10の斜視図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる、被検体の方から見た光学アダプタ10の平面図である。 図3のIV−IV線に沿った光学アダプタ10の断面図である。 図4のV−V線に沿った光学アダプタ10の断面図である。 図3のVI−VI線に沿った光学アダプタ10の断面図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる光学アダプタ10内の撮像光学系及び照明光学系の斜視図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる光学アダプタ10内の撮像光学系及び照明光学系の正面図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる光学アダプタ10内の撮像光学系及び照明光学系内の右側面図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる光伝送光学部材51の斜視図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる光伝送光学部材51の正面図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる光伝送光学部材51の平面図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる光伝送光学部材51の底面図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる光伝送光学部材51の右側面図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる光伝送光学部材51の左側面図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる、部分円筒部51X上に形成される反射面CS2の形状を説明するための図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる、部分円筒部51X上に形成される反射面CS2の形状を説明するための図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる、反射面CS2の形成方法を説明するための模式図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる、反射面CS2の形成方法を説明するための模式図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる円筒部材SOの側面図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる部分円筒部51X1の斜視図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる部分円筒部51X1の左側面図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる部分円筒部51X1の正面図である。 本発明の第1の実施の形態に係わる部分円筒部51X1の平面図である。 本発明の第2の実施の形態に係わる、斜め先端側からみた光伝送光学部材51Aの斜視図である。 本発明の第2の実施の形態に係わる略U字形状の光伝送光学部材51Aの正面図である。 本発明の第2の実施の形態に係わる光伝送光学部材51Aの平面図である。 本発明の第2の実施の形態に係わる、基端側から見た光伝送光学部材51A51Aの左側面図である。 本発明の第2の実施の形態に係わる、斜め基端側から見た光伝送光学部材51Aの斜視図である。 本発明の2つの実施の形態の変形例2に係わる、1つの照明窓を有する光学アダプタの模式的断面図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
(第1の実施の形態)
(内視鏡装置の構成)
図1は、本実施の形態に係る内視鏡装置の構成を示す構成図である。
図1に示すように、内視鏡装置1は、ビデオプロセッサ等の機能を備えた装置本体2と、装置本体2に接続される内視鏡3とを有して構成されている。装置本体2は、内視鏡画像、操作メニュー等が表示される、例えば液晶パネル(LCD)等の表示部4を有する。この表示部4には、タッチパネルが設けられていてもよい。
内視鏡3は、被検体内に挿入される内視鏡挿入部としての挿入部5と、挿入部5の基端に連設された操作部6と、操作部6から延出したユニバーサルコード7とを有して構成されている。内視鏡3は、ユニバーサルコード7を介して装置本体2と着脱可能になっている。
挿入部5は、先端側から順に、先端部11と、湾曲部12と、長尺な可撓部13とを有して構成されている。湾曲部12は、先端部11の基端に連設され、例えば上下左右方向に湾曲自在に構成されている。可撓部13は、湾曲部12に基端に連設され、可撓性を有する。
挿入部5の先端部11には、例えばCMOSイメージセンサ等の撮像素子11x(図4)が内蔵されている。撮像素子11xは、挿入部5の先端部11に設けられた観察窓(図示せず)に入射した入射光を受光する。
先端部11には、矢印で示すように、側視用の光学アダプタ10が着脱自在に装着可能となっている。側視用の光学アダプタ10を先端部11に装着することによって、内視鏡3は側視用内視鏡となる。
操作部6には、湾曲部12を上下左右方向に湾曲させる湾曲ジョイスティック6aが設けられている。ユーザは、湾曲ジョイスティック6aを傾倒操作することで、湾曲部12を所望の方向に湾曲させることができる。また、操作部6には、湾曲ジョイスティック6aの他に、内視鏡機能を指示するボタン類、例えば、フリーズボタン、湾曲ロックボタン、記録指示ボタン等の各種操作ボタンが設けられている。
なお、表示部4にタッチパネルが設けられている構成の場合、ユーザは、タッチパネルを操作して、内視鏡装置1の種々の操作を指示してもよい。
装置本体2の表示部4には、先端部11内に設けられた撮像ユニットの撮像素子11x(図4)によって撮像された内視鏡画像が表示される。また、装置本体2の内部には、画像処理や各種制御を行う制御部(図示せず)、処理画像をメモリ(図示せず)に記録する記録装置、等々の各種回路が設けられている。
(光学アダプタの構成)
図2は、光学アダプタ10の斜視図である。図3は、被検体の方から見た光学アダプタ10の平面図である。図4は、図3のIV−IV線に沿った光学アダプタ10の断面図である。図5は、図4のV−V線に沿った光学アダプタ10の断面図である。図6は、図3のVI−VI線に沿った光学アダプタ10の断面図である。図7は、光学アダプタ10内の撮像光学系及び照明光学系の斜視図である。図8は、光学アダプタ10内の撮像光学系及び照明光学系の正面図である。図9は、光学アダプタ10内の撮像光学系及び照明光学系の右側面図である。
挿入部5の先端部11は、図4の二点鎖線で示すように、円筒形状を有する先端硬性部材11aを有し、先端硬性部材11aの外周面の一部の領域R1には、雄螺子部11bが形成されている。
側視用の光学アダプタ10は、円柱形状を有しており、円筒形状の止めリング10aを基端側に有している。止めリング10aは、挿入部5の中心軸(ここでは、先端部11の中心軸)O(以下、軸Oという)回りに回動可能であり、止めリング10aの基端部の内周面には、雄螺子部11bに螺合可能な雌螺子部10bが形成されている。軸Oは、光学アダプタ10を先端部11に装着したときに、円柱形状の光学アダプタ10の中心軸と一致する。
止めリング10aの内側に先端硬性部材11aを内挿し、止めリング10aを所定の方向に回動して雄螺子部11bと雌螺子部10bを螺合することにより、光学アダプタ10を先端部11に装着して固定することができる。止めリング10aを所定の方向に回動すると、止めリング10aの先端部に設けられた内向フランジ部10cが光学アダプタ10のアダプタ本体21の段差部21aを押圧する。その結果、光学アダプタ10は先端部11にしっかりと固定される。
また、止めリング10aを所定の方向とは反対方向に回動することにより、光学アダプタ10は先端部11から取り外すことができる。
図2及び図3に示すように、光学アダプタ10の先端側の側面には、側視用の観察窓22と、観察窓22を挟むように設けられた2つの照明窓23a、23bが配設されている。
図3に示すように、観察窓22は、正対視したとき、軸O方向に沿って両側がカットされて、2つの直線部22aを有する部分円形状を有する。観察窓22の2つの直線部22aに隣接して2つの照明窓23a、23bが配置されている。観察窓22は、挿入部5の先端部11の側方から光を取り込む。
各照明窓23a、23bは、正対視したとき、軸Oに平行に沿って延出した細長い形状で、図3に示すように、長方形の四隅に面取りを行った略四角形である。
図4に示すように、光学アダプタ10のアダプタ本体31の先端面を覆うように、カバー部材32がアダプタ本体31に固定されている。カバー部材32は、先端側が閉じた円筒形状を有している。円柱形状のアダプタ本体31は、円筒部材33の内側に嵌合するように配置される。円筒部材33は、図示しない螺子等の固定手段によりアダプタ本体31に固定される。円筒部材33は、円筒形状のカバー部材32の内側に嵌合するように配置される。カバー部材32は、図示しない螺子等の固定手段により円筒部材33に固定される。
カバー部材32及び円筒部材33は、それぞれ、軸Oから外径方向に所定の距離だけ離れた位置を通るように、軸O方向に沿って切り取られて形成された開口部32a、33aを有している。観察窓22及び2つの照明窓23a、23bは、カバー部材32及び円筒部材33に形成された2つの開口部32a、33aに配置される。
観察窓22には、平凹レンズ41が位置決め部42により位置決めされて接着剤によりアダプタ本体31、カバー部材32及び円筒部材33に固定されている。平凹レンズ41の表面は平坦面であり、裏面は凹面である。なお、位置決め部42は、アダプタ本体31の一部により形成されている。
平凹レンズ41の背面には、2つのプリズム43a、43bからなるプリズム部43が配設されている。
アダプタ本体31には、軸Oに平行なシリンドリカルな形状を有する孔31aが形成されている。プリズム部43の基端側には、孔31aの中心軸O1に沿って並んだ2つのレンズ44a、44bからなるレンズ部44が配設され、接着剤によりアダプタ本体31の孔31a内に固定されている。カバーガラス45が、レンズ部44の基端側に配設され、接着剤によりアダプタ本体31の孔31a内に固定されている。
2つのプリズム43aと43bの接合面が平凹レンズ41からの光をレンズ部44に向けて反射する反射面を構成する。この反射面は、金属膜や多層膜によって構成することが出来る。よって、プリズム部43は、平凹レンズ41からの光の進行方向を90度を変えてレンズ部44に向けて出射するように、接着剤によりアダプタ本体31に固定されている。平凹レンズ41、プリズム部43、レンズ部44、カバーガラス45,及び図示しない先端部11内のレンズ群が、内視鏡3の観察光学系を構成する。プリズム部43及びレンズ部44の光軸は、軸Oとは一致していない。
以上のように、アダプタ10の平凹レンズ41、プリズム部43、レンズ部44及びカバーガラス45が、観察窓22から取り込まれた光を先端部11の長手軸に沿って先端側から基端側へ向けて出射する観察光学系を構成する。なお、プリズム部43の基端部側に明るさ絞り1001が配置される。
図6から図9に示すように、照明窓23aには、軸Oに直交する方向に積み重ねられた2枚の光学部材23a1と23a2が位置決め部42により位置決めされて接着剤によりアダプタ本体31、カバー部材32及び円筒部材33に固定されている。
照明窓23bにも、照明窓23aと同様に、軸Oに直交する方向に積み重ねられた2枚の光学部材23b1と23b2が位置決め部42により位置決めされて接着剤によりアダプタ本体31、カバー部材32及び円筒部材33に固定されている。照明窓23a、23bは、先端部11の側方へ照明光を出射する。
光学部材23a1、23b1は、細長で板状のカバーガラスであり、下の面にはすりガラス状に加工がされて拡散面が形成される。光学部材23a2、23b2の各々は、軸Oに近い一方の面にマイクロレンズアレイ、またはマイクロプリズムアレイが形成された、細長で板状のガラス部材である。光学部材23a1、23b1の拡散面で、光学部材23a1、23b1とは屈折率の異なる接着剤で光学部材23a2、23b2と接着されており、この拡散面で光が散乱される。これにより、マイクロレンズアレイ、または、マイクロプリズムアレイで生じた照明の配光斑を除去することができる。
カバー部材32及び円筒部材33の開口部32a、33a、平凹レンズ41及び2つの光学部材23a1、23b1の各表面は、平坦面であるので、光学アダプタ10は、これらの平面により形成された、軸Oに平行な平面部10pを有している。
照明光は、照明窓23a及び23bから、軸Oに直交する方向LD(以下、照明方向LDという)に出射される。
アダプタ本体31には、軸O方向に沿って、ロッドレンズ46用の孔31bが形成されている。孔31bの中心は、軸Oと一致しないで、孔31bは、軸Oから外径方向にずれてアダプタ本体31に形成されている。ロッドレンズ46は、その孔31b内に挿通され、接着剤等によりアダプタ本体31に固定されている。よって、孔31bの断面形状は、ロッドレンズ46の外径形状と略一致する。図5に示すように、ロッドレンズ46の、軸Oに直交する断面形状は、扁平であり、軸O側の面46aは、平面であり、外径方向側の面46bは、外径方向に突出した部分円筒形状である。
図4に示すように、挿入部5内には、照明光用のライトガイド11yが挿通されている。そのライトガイド11yの先端面は、先端部11の照明窓(図示せず)の裏面に対向して配設されている。光学アダプタ10が先端部11に装着されたときに、先端部11の照明窓(図示せず)がロッドレンズ46の基端面に対向する位置になるように、ロッドレンズ46は、光学アダプタ10に配設されている。
ロッドレンズ46の先端面の先端側には、光伝送光学部材51が配設され、接着剤などによりアダプタ本体31に固定されている。
照明窓23a、23b、光伝送光学部材51及びロッドレンズ46は、被検体に挿入される挿入部5を有する内視鏡3のための内視鏡用照明光学系を構成する。
図7に示すように、被検体からの光L1は、光学アダプタ10の側方から観察窓22に入射する。光L1は、平凹レンズ41に入射し、プリズム部43で反射されて、レンズ部44及びカバーガラス45を通って先端部11の撮像光学系へ向けて出射する。
先端部11のライトガイド11yの先端面から出射された光L2は、ロッドレンズ46の基端面に入射し、ロッドレンズ46の先端面から光伝送光学部材51の基端面である入射面に入射し、光伝送光学部材51の出射面から出射して、2つの照明窓23a、23bから、光学アダプタ10の側方へ出射される。
(光伝送光学部材51の構成)
次に、照明光学系の光伝送光学部材51の構成について説明する。
図10は、光伝送光学部材51の斜視図である。図11は、光伝送光学部材51の正面図である。図12は、光伝送光学部材51の平面図である。図13は、光伝送光学部材51の底面図である。図14は、光伝送光学部材51の右側面図である。図15は、光伝送光学部材51の左側面図である。
光伝送光学部材51は、図14及び図15に示すように、光学アダプタ10の軸O方向からみたときに、略U字形状を有する、透明なガラスからなる光学部材である。
光伝送光学部材51は、部分円筒部51Xと、部分円筒部51Xの周方向の両端部から延出する2つの延出部51A、51Bを有している。上述したプリズム部43は、部分円筒部51Xと2つの延出部51A、51Bにより囲まれるように、略U字形状の光伝送光学部材51内に配置される。
すなわち、光伝送光学部材51は、内側に観察光学系が配置されるように長手軸の先端側から見た断面形状が略U字形状又は略U字形状の一部の形状に形成されている。
延出部51Aの端面には、平面部51aが形成されており、延出部51Bの端面には、平面部51bが形成されている。以下、光伝送光学部材51において、延出部51A,51Bの平面部51a、51bの有る方向を上側方向ともいう。
延出部51Aの先端側には、平面部51a1が形成されており、延出部51Bの先端側には、平面部51b1が形成されている。また、光伝送光学部材51の基端側の平面部51cは、略U字形状を有する。平面部51cの一部、すなわちロッドレンズ46の先端面に対向する領域は、光の入射面である。
図12及び図13に示すように、部分円筒部51Xの先端側には、凹部51Uが形成されている。凹部51Uは、照明光を当てる被検体から光伝送光学部材51をみたときに、略V字状に形成されている。略V字状の凹部51Uの中心51Ucから部分円筒部51Xの先端側に向かって、曲面である2つの反射面CS1、CS2が、光伝送光学部材51の凹部51Uに形成されている。
なお、凹部51Uは、製造上V字部分の頂線部分が丸みを帯びた略V字状の形状としているが、頂線を備えるV字状であることが望ましい。また、略U字形状を有する光学部材の素材は、プラスチックであっても良い。
2つの反射面CS1、CS2は、部分円筒部51Xの外周面の円弧の中央を通る線CLと軸Oを通る平面CPに対して、面対称な形状を有する。言い換えれば、反射面は、先端部11の中心軸を通る平面CPに対して面対称に2つ設けられている。
2つの反射面CS1、CS2には、アルミコートなどの反射加工がされた曲面である。
ここで、反射面CS2の形状について説明する。なお、反射面CS1は、上述したように反射面CS2に対して、面対称な形状を有するので、説明は省略する。
図16及び図17は、部分円筒部51X上に形成される反射面CS2の形状を説明するための図である。部分円筒部51Xは、二点鎖線で示す部分円筒部51Yの一部を切り取った形状を有している。部分円筒部51Xを上述した平面CPでカットすると、2つの部分円筒部に分けられ、その一方が、実線で示す部分円筒部51X1である。
元々、部分円筒部51Xは、二点鎖線で示す部分円筒部51Yの一部を切り出して形成される。図16及び図17において、部分円筒部51Yを上述した平面CPでカットして2等分して形成された2つの部分円筒部51Y1、51Y2の一方である51Y1の一部が、実線で示す部分円筒部51X1である。反射面CS2は、部分円筒部51X1の斜線で示す領域である。
ここで、反射面CS2の形成方法を説明する。図18と図19は、反射面CS2の形成方法を説明するための模式図である。
外径がrで長手軸方向の長さが2πrの円筒部材SOを仮定する。反射面CS2は、図18に示すように、円筒部材SOを、一端の点PSから他端の点PEまで、外周面を中心軸COに直交する方向に、円筒部材SOの中心軸CO方向に対して所定の角度(ここでは45度)で螺旋状に切り取ったときに形成される切り取り面の一部分である。点PSと点PEは、円筒部材SOを軸方向からみたときに、周方向において同じ位置になる。
円筒部材SOを中心軸CO方向からみたときに点PSから点PEまで斜め周方向に一回転しながら外径方向に向かう線により切り取られて形成された切り取り面は、長手軸方向に2πrだけ進む。反射面CS2は、点PSから点PEまで中心軸COから外径方向に向かう線に沿って、円筒部材SOを螺旋状にカットして形成された面の一部である。
図18において、例えば、中心軸CO上の点P1から点P11までの点線で示す線分、点P2から点P12までの点線で示す線分、・・・、点P7から点P17までの点線で示す線分は、反射面CS2を構成する。すなわち、反射面CS2は、光伝送光学部材51の先端側に形成された捻れ面である。
各点P11〜P17の点PSを含む平面からの距離をzとすると、反射面CS2は、z=r×θで表される線分の集合体である。rは、円筒部材SOの外径の半径であり、θは、円筒部材SOを軸方向からみたときの中心軸CO回りの点PSからの角度(ラジアン)である。
よって、反射面CS2は、入射面である円筒部材SOの端面からの中心軸に沿った距離zが、z=r×θ(ここで、rは、円弧の半径で、θは、中心軸回りの所定位置からの角度である)で表される曲面形状を有する。
図19は、円筒部材SOの外周面を展開した図である。円筒部材SOを中心軸CO回りに螺旋状に切り取るとき、円筒部材SOの外周面を45度の傾きで切り取るということは、図19に示すように円筒部材SOの外周面を展開したときに、円筒部材SOの外周面は、直角二等辺三角形となり、2つの45度の1点と90度の頂角が点PSとなり、45度の他の一点が点PEとなる。
すなわち、捻れ面である反射面CS2は、略U字形状の外周面の円弧の中心軸に対して円筒部材SOの外周面上を所定の角度(45度)で、その中心軸に直交する方向にカットされた面である。なお、この捻れ面は、数学的な表現では「螺旋面」とも呼ばれる。
なお、ここでは、円筒部材SOの外周面を軸O方向に対して所定の角度としての45度の角度で螺旋状に切り取ったときに形成された面の一部を反射面CS2としているが、所定の各度は、45度でなくてもよく、例えば35度から55度の範囲内の角度でもよい。
さらになお、上述した例では、反射面CS2は、円筒部材SOを中心軸COから外径方向に伸びる線分によってカットして形成しているが、反射面CS2は、外径方向に対して中心軸CO方向に対して所定の角度αだけ傾いた線分によってカットして形成するようにしてもよい。図20は、円筒部材SOの側面図である。
図18及び図20において、外径方向の線分PNは中心軸COに対して直角であるが、二点鎖線で示す線分PNaは、外径方向の線分PNに対して角度αだけ傾いている。角度αは、中心軸COに直交する面に対するあおり角である。tanαの絶対値は、0以上で、例えば0.2以下である。すなわち、線分PNaは、中心軸COに対して直交していない。反射面CS2は、そのような線分PNaによって、円筒部材SOを螺旋状にカットして形成するようにしてもよい。
(作用)
次に、上述した光学アダプタ10の照明光学系における光の伝達について説明する。
図21から図24は、光伝送光学部材51の部分円筒部51X1における光路を示す図である。ここでは、光伝送光学部材51の部分円筒部51X1における光路を説明する。
図21は、部分円筒部51X1の斜視図である。図22は、部分円筒部51X1の左側面図である。図23は、部分円筒部51X1の正面図である。図24は、部分円筒部51X1の平面図である。
入射面である平面部51cにおいて軸Oに近い点IP1に入射した光IL1は、反射面CS2で反射される。反射面CS2が上述したように傾斜しているため、光IL1は、反射面CS2において、平面CPに直交する方向に反射させるのではなく、部分円筒部51X1を長手軸方向からみたときに、図22に示すように、出射面である平面部51b側に曲がった方向に反射される。
すなわち、光伝送光学部材51は、長手軸に沿って基端側から先端側に向かう光が入射する入射面である平面部51cと、被検体へ向けて光を照明光として出射する出射面である平面部51b1と、2つの反射面CS1,CS2を有する。各反射面CS1,CS2は、長手軸の先端側から見たときに入射面に入射した光を出射面側に向けるように傾いている。
より具体的に図21、図22を用いて説明する。ここではロッドレンズ46を射出した光が進む方向をz軸の正方向とし、光伝送光学部材51の光が射出する平面51bの法線方向をy軸の正方向とする右手直交座標系を用いる。
z軸に平行に入射した光が、反射面CS2と交わる点における法線ベクトルに着目する。
反射面CS2上の法線ベクトルをx軸、y軸、z軸方向の成分にそれぞれ分解した方向余弦として表現すると、
(x,y,z)=(cosα,cosβ,cosγ)(ただし、cosα+cosβ+cosγ=1)
となる。反射面CS2が、入射面に入射した光を出射面側に向けるように傾いていることを法線ベクトルの成分を用いて表すとcosγが正である法線、すなわち光伝送光学部材51(反射面CS2)の外側の面での法線を考えたとき、cosβが負である必要がある。また、cosγが負である法線、すなわち光伝送光学部材51(反射面CS2)の内側の面での法線を考えたとき、cosβが正となる必要がある。よって、z軸に平行に入射した光が、出射面側に向くには、反射面CS2と交わる点における法線ベクトルのy軸成分(cosβ)とz軸成分(cosγ)の符号が異なる必要がある。したがって、反射面CS1,CS2は、cosβ・cosγ<0を満たす面であると言い換えることもできる。また、反射面CS1,CS2上の法線のx軸方向の成分cosαは、成分を持つこと、すなわちcosα≠0であることが望ましい。
図22において、線PCPは、平面CPに直交する。図22では、光IL1は、線PCPに対して角度θ1だけ、平面部51b側に曲がった方向に反射される。その結果、反射面CS2において反射された光IL1が部分円筒部51X1内で次に反射されるときの入射角は、臨界角以上となる。
特開2012−235821号公報に開示の反射面は、平面部51cからの光を平面CPに直交する方向(すなわち線PCPの方向)に反射するため、反射面において反射された光が光伝送光学部材内で次に反射されるときの入射角は、臨界角未満となる。結果として、その光は、光伝送光学部材の外に漏れてしまう。
しかし、上述したように、本実施の形態の光IL1は、反射面CS2において、平面CPに直交する方向ではなく、出射面である平面部51b側に曲がった方向に反射されるので、光伝送光学部材の外に漏れる光量が減少する。
入射面である平面部51cにおいて軸Oに近い点IP1から離れた点IP2,IP3に入射した光IL2,IL3も、反射面CS2で反射される。光IL2,IL3も、線PCPに対して、平面部51b側に曲がった方向に反射される。その結果、反射面CS2において反射された光IL2,IL3が部分円筒部51X1内で次に反射されるときの入射角は、臨界角以上となる。
また、照明光量を増やすために、ライトガイド11yの先端面のサイズを大きくして、図5に示すように、扁平な形状にしても、図21に示すように、軸Oに近くかつ入射面である平面部51cの外周面側の点IP4に入射した光IL4も、反射面CS2で線PCPに対して、平面部51b側に曲がった方向に反射される。
図5に示すようなライトガイド11yの先端面のサイズを大きくしても、光のほとんどは、部分円筒部51X1の外に漏れずに、部分円筒部51X1内で全反射するので、光量が減少しない。
なお、反射面CS1においても、入射面に入射した光は、反射面CS2と同様に反射される。
以上のように、凹部51Uに上述した2つの反射面CS1,CS2を設けることにより、2つの反射面CS1,CS2で反射した光は、光伝送光学部材51の外周面に入射するときの入射角が臨界角以上のすることができるので、ライトガイドからの光のほとんど全てが全反射して、2つの照明窓に向かって反射して進むので、光の伝送効率を高めることができる。
以上のように、上述した実施の形態によれば、全反射されないで外部に漏れてしまう照明光の漏れ量を少なくし、照明光の伝送効率を向上させた照明光学系、内視鏡光学系及び内視鏡を提供することができる。
上述した光伝送光学部材51の反射面CS1,CS2は、曲面であるが、曲面を複数の多面体にしてもよい。その場合、多面体は、反射面CS1,CS2の曲面に沿って形成されるので、ライトガイドからの光のほとんど全てが光伝送光学部材51内で全反射して、2つの出射面から出射して、照明窓に向かう。
なお、上述した部分円筒部51Xは、内周面の円弧の中心位置と外周面の円弧の中心位置が異なっているため、図14に示すように部分円筒部51Xの中央部が膨らんでいる。すなわち、部分円筒部51Xの略U字形状は、円弧の中心位置が異なる2つの円の2つの円弧により形成される。
なお、部分円筒部51Xの略U字形状は、内周面の円弧の中心位置と外周面の円弧の中心位置が一致している形状でもよい。
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態では、光学アダプタに設けられる光伝送光学部の反射面は曲面であるが、第2の実施の形態では、光学アダプタに設けられる光伝送光学部の反射面は平面である。
第2の実施の形態の内視鏡及び光学アダプタの構成は、第1の実施の形態の内視鏡及び光学アダプタと略同じであるので、以下、第2の実施の形態において、第1の実施の形態と同じ構成要素については説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。
本実施の形態における光学アダプタの構成は、第1の実施の形態の光学アダプタ10と略同じであり、光学アダプタ内の光伝送光学部材51Aの形状も、図10〜図17に示す光伝送光学部材51と略同じであるが、凹部に形成される2つの反射面CS1A,CS2Aの形状が第1の実施の形態の2つの反射面CS1,CS2とは異なっている。よって、以下、本実施の形態の光学アダプタの2つの反射面CS1A,CS2Aの形状について説明する。
ここでも、2つの反射面CS1A、CS2Aは、上述した平面CPに対して、面対称な形状を有するので、主に反射面CS2の形状について説明し、反射面CS1の説明は省略する。
図25は、斜め先端側からみた光伝送光学部材51Aの斜視図である。図26から図29は、2つの反射面CS1A,CS2の形状を説明するための図である。
反射面CS1A,CS2Aは、次のようにして形成された面である。
図26は、略U字形状の光伝送光学部材51Aの正面図である。図27は、光伝送光学部材51Aの平面図である。図28は、基端側から見た光伝送光学部材51A51Aの左側面図である。図29は、斜め基端側から見た光伝送光学部材51Aの斜視図である。
本実施の形態の略U字形状の光伝送光学部材51Aの断面は、内周面の円弧と外周面の円弧の中心位置が一致しており、内周面の円弧と外周面の円弧は同心円の一部である。すなわち、本実施の形態では、光伝送光学部材51Aの略U字形状は、2つの同心円の円弧により形成される。
90度だけ開いた2つの平面PL1,PL2を仮定する。2つの平面PL1,PL2の中心線CLが、光伝送光学部材51Aの外周面の中央を通る平面CP内で、上側部分が先端方向に角度θ2だけ傾いたときに、2つの平面PL1,PL2によりカットされて光伝送光学部材51Aに形成された2つの面が反射面CS1A,CS2Aである。
すなわち、中心線CLは、2つの平面PL1,PL2の交差する部分が稜線である。中心線CLが、平面CP内で図26において下側に向けて所定の角度θ2(ここでは、15度)だけ傾斜している。そのような2つの平面PL1,PL2によりカットされて光伝送光学部材51Aに形成された2つの面が反射面CS1A,CS2Aである。言い換えれば、2つの平面PL1,PL2の交差する部分が稜線の照明方向LD側の部分が、先端側に傾いている。
2つの反射面CS1A,CS2Aは、このような2つの平面PL1とPL2によって、切り取られて形成される。すなわち、反射面CS1A,CS2Aの各々は、略U字形状の光伝送光学部材51Aの先端側に形成された平面である。そして、2つの反射面CS1A,CS2Aは、先端部11の中心軸を通る平面CPに対して面対称である。
このようにして形成された反射面CS2Aによっても、第1の実施の形態と同様に、入射面である平面部51cにおいて軸Oに近い点IP1に入射した光IL1は、反射面CS2Aで反射される。反射面CS2Aが上述したように傾斜しているため、光IL1は、反射面CS2Aにおいて、平面CPに直交する方向に反射させるのではなく、光伝送光学部材51Aを長手軸方向からみたときに、図25,図26に示すように、出射面である平面部51b側に曲がった方向に反射される。
ここで、反射面CS1A,CS2Aは、第1の実施の形態と同様にz軸に平行に入射した光が、出射面側に向く面であり、反射面CS1A,CS2Aは、cosβ・cosγ<0を満たす面であると言い換えることもできる。
入射面である平面部51cにおいて軸Oに近い点IP1から離れた点IP2,IP3に入射した光IL2,IL3も、第1の実施の形態と同様に、反射面CS2Aで反射される。光IL2,IL3も、平面CPに直交する方向に対して、平面部51b側に曲がった方向に反射される。
よって、上述した実施の形態によっても、全反射されないで外部に漏れてしまう照明光の漏れ量を少なくし、照明光の伝送効率を向上させた照明光学系、内視鏡光学系及び内視鏡を提供することができる。
次に変形例について説明する。
(変形例1)
上述した2つの実施の形態において、光伝送光学部材51,51Aは、1つの部材であるが、平面CPに沿って2つに分割してもよい。すなわち、反射面CS1,CS1Aを有する1つの光学部材と、反射面CS2,CS2Aを有する1つの光学部材とにより、光伝送光学部材51,51Aを構成してもよい。
2つの光学部材の各々への照明光を出射するライトガイドを2つにすれば、2つの照明を当てる場合と、1つの照明だけを当てる場合を切り替えられるようにすることができる。
(変形例2)
上述した2つの実施の形態では、2つの照明窓が観察窓を挟むように配設されているが、照明窓は1つでもよい場合があるので、そのような1つの照明窓の場合にも、上述した2つの実施の形態の反射面を適用することができる。
図30は、1つの照明窓を有する光学アダプタの模式的断面図である。図30は、光学アダプタ10Aを先端側から見た断面図である。
アダプタ本体31A内に、略U字状の光伝送光学部材51Aが配設され、固定される。略U字状の光伝送光学部材51Aの一端寄りの基端面にロッドレンズ46の先端面が配置される。略U字状の光伝送光学部材51Aの他端の端面には、照明窓23cを構成する光学部材23c1、23c2が設けられる。光学部材23c1は、上述した光学部材23a1と同様に両面が平面であり、光学部材23c2は、上述した光学部材23a2と同様に、光伝送光学部材51A側の面にマイクロレンズアレイが形成され、他方の面にはすりガラス状に加工がされて拡散面が形成された、細長で板状のガラス部材である。両面が平面であり、23a2と同じである。
光伝送光学部材51Aの先端側には、第1及び第2の実施の形態において説明した反射面CS2、CS2Aと同様な曲面あるいは平面である反射面CSX(点線のハッチングで示す)が設けられている。
図30に示す光伝送光学部材51Aにおいても、反射面CSXは、上述した反射面CS2,CS2Aと同様に、ロッドレンズ46からの光を、光伝送光学部材51A内で全反射させるように反射する。
1つの照明窓からの照明光を利用すると、被検体の表面の凹凸を目立たせて観察することができる。
(変形例3)
上述した各実施の形態及び他の変形例では、光伝送光学部材の反射面は、部分円筒部材を、軸回りに螺旋状に切り取った傾斜面あるいは平面で切り取った平面であるが、反射面は、光伝送光学部材を先端側から見たときに、ライトガイドの先端面の形状に合致した領域のみを反射面とするようにしてもよい。
ライトガイドの先端面の形状が図9に示すような部分円の形状であれば、光伝送光学部材を先端側から見たときに、その部分円の形状に合わせた領域のみを反射面としたり、ライトガイドの先端面の形状が、例えば図15において二点鎖線で示すような矩形形状であれば、光伝送光学部材を長手軸方向の先端側から見たときに、その矩形形状に合わせた領域RRのみを反射面とするように、矩形形状の領域RRのみに反射加工を施すようにしてもよい。すなわち、各反射面の形状は、前記長手軸方向からみたときに矩形であってもよい。
(変形例4)
上述した各実施の形態及び他の変形例では、光伝送光学部材を含む側方照明光学系は、光学アダプタ10内に設けられ、光学アダプタ10を先端部11に装着することによって、内視鏡3は側視用内視鏡になるが、例えば上述した光伝送光学部材を有する側方照明光学系を先端部11内に設け、内視鏡3自体を側視用内視鏡としてもよい。
(変形例5)
さらに、なお、上述した各実施の形態及び他の変形例では、光学アダプタ10が装着された内視鏡3は、軸Oに直交する側方を観察するが、上述した実施の形態は、照明光学系の出射方向を軸Oに直交する方向に対して所定の角度だけ傾いた方向を観察する斜視の光学アダプタあるいは内視鏡に適用してもよい。その場合、観察窓は、挿入部の先端部の斜め方向から光を取り込み、照明窓は、先端部の斜め方向へ照明光を出射するように配置される。
以上のように、上述した各実施の形態及び各変形例によれば、全反射されないで外部に漏れてしまう照明光の漏れ量を少なくし、照明光の伝送効率を向上させた照明光学系、内視鏡光学系及び内視鏡を提供することができる。
特に、光伝送光学部材は、入射光のほとんどを光伝送光学部材内で全反射させるので、 ライトガイドの断面形状を扁平にして光量を多くしたときにも、照明光量の伝送効率が高いので、多くの照明光を被検体に当てることができる。
なお、上述した各実施の形態及び各変形例では、照明光学系は、内視鏡に適用される例で説明したが、被写体の色を測定する色センサ用照明装置など、他の機器の照明光学系にも適用することもできる。
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
1 内視鏡装置、2 装置本体、3 内視鏡、4 表示部、5 挿入部、6 操作部、6a 湾曲ジョイスティック、7 ユニバーサルコード、10、10A 光学アダプタ、10a 止めリング、10b 雌螺子部、10c 内向フランジ部、10p 平面部、11 先端部、11a 先端硬性部材、11b 雄螺子部、11x 撮像素子、11y ライトガイド、12 湾曲部、13 可撓部、21 アダプタ本体、21a 段差部、22 観察窓、22a 直線部、23a、23b 照明窓、23a1、23a2 光学部材、23b 照明窓、23b1、23b2 光学部材、23c 照明窓、23c1、23c2 光学部材、31、31A アダプタ本体、31a、31b 孔、32 カバー部材、32a 開口部、33 円筒部材、41 平凹レンズ、42 位置決め部、43 プリズム部、43a、43b プリズム、44 レンズ部、44a、44b レンズ、45 カバーガラス、46 ロッドレンズ、46a、46b 面、51,51A、51XA 光伝送光学部材、51A,51B 延出部、51U 凹部、51Uc 中心、51X、51X1、51Y、51Y1 部分円筒部、51a、51a1、51b、51b1、51c 平面部。

Claims (14)

  1. 被検体に挿入される挿入部を有し、前記挿入部の先端部の側方若しくは斜め方向へ照明光を出射する照明窓と、
    前記挿入部の長手軸の先端側から見た断面形状が略U字形状又は略U字形状の一部の形状に形成され、前記長手軸に沿って基端側から前記先端側に向かう光が入射する入射面と、前記被検体へ向けて前記光を前記照明光として出射する出射面と、前記長手軸の前記先端側から見たときに前記入射面に入射した前記光を前記出射面側に向けるように傾いた反射面とを有する光学部材と、
    を有し、
    前記反射面は、前記光学部材の前記先端側に形成された捻れ面である、照明光学系。
  2. 前記捻れ面は、前記略U字形状の外周面の円弧の中心軸に対して前記光学部材の外周面上を所定の角度で、前記中心軸に直交する方向に伸びる線分によってカットされた面である、請求項に記載の照明光学系。
  3. 前記反射面は、前記中心軸に沿った距離zが、z=r×θ(ここで、rは、前記円弧の半径で、θは、前記中心軸回りの所定位置からの角度(ラジアン)である)で表される曲面形状を有する、請求項に記載の照明光学系。
  4. 前記θは、35度から55度の範囲内の角度である、請求項3に記載の照明光学系。
  5. 前記略U字形状は、2つの同心円の円弧により形成される、請求項1に記載の照明光学系。
  6. 前記略U字形状は、円弧の中心位置が異なる2つの円の2つの円弧により形成される、請求項1に記載の照明光学系。
  7. 前記反射面の形状は、前記長手軸方向からみたときに矩形である、請求項1に記載の照明光学系。
  8. 前記反射面は、前記先端部の中心軸を通る平面に対して面対称に2つ設けられている、請求項1に記載の照明光学系。
  9. 前記照明窓は、2つ設けられている、請求項に記載の照明光学系。
  10. 前記捻れ面である前記反射面で反射した前記光が、前記光学部材の側面で反射し出射される、請求項1に記載の照明光学系。
  11. 被検体に挿入される挿入部の先端部に設けられ、前記先端部の側方若しくは斜め方向を照明し、観察する内視鏡光学系であって、
    前記挿入部の先端部に設けられ、前記先端部の側方若しくは斜め方向から光を取り込む観察窓から取り込まれた光を観察するための観察光学系と、
    前記先端部に配置され、内側に前記観察光学系が配置されるように前記挿入部の長手軸の先端側から見た断面形状が略U字形状又は略U字形状の一部の形状に形成され、前記長手軸に沿って基端側から前記先端側に向かう光が入射する入射面と、前記被検体へ向けて前記光を照明光として出射する出射面と、前記長手軸の前記先端側から見たときに前記入射面に入射した前記光を前記出射面側に向けるように傾いた反射面とを有する光学部材を含む照明光学系と、
    を有し、
    前記反射面は、前記光学部材の前記先端側に形成された捻れ面である、内視鏡光学系。
  12. 前記観察光学系が前記観察窓から取り込まれた光を前記挿入部の長手軸に沿って前記先端側から前記基端側へ向けて出射する請求項11に記載の内視鏡光学系。
  13. 被検体に挿入される挿入部と、
    前記挿入部の先端部に設けられ、前記先端部の側方若しくは斜め方向から光を取り込む観察窓と、
    前記挿入部の前記先端部に設けられ、前記先端部の前記側方若しくは前記斜め方向へ照明光を出射する照明窓と、
    前記挿入部の前記先端部に設けられた光学系であって、前記観察窓から取り込まれた光を観察するための観察光学系と、
    前記先端部に配置され、内側に前記観察光学系が配置されるように前記挿入部の長手軸の先端側から見た断面形状が略U字形状又は略U字形状の一部の形状に形成され、前記長手軸に沿って基端側から前記先端側に向かう光が入射する入射面と、前記被検体へ向けて前記光を前記照明光として出射する出射面と、前記長手軸の前記先端側から見たときに前記入射面に入射した前記光を前記出射面側に向けるように傾いた反射面とを有する光学部材を含む照明光学系と、
    を有し、
    前記反射面は、前記光学部材の前記先端側に形成された捻れ面である、内視鏡。
  14. 前記観察光学系が前記観察窓から取り込まれた光を前記挿入部の長手軸に沿って前記先端側から前記基端側へ向けて出射する請求項13に記載の内視鏡。
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