JP6917414B2 - イメージファイバ、イメージファイバを有する内視鏡、及び内視鏡を有する内視鏡システム - Google Patents

イメージファイバ、イメージファイバを有する内視鏡、及び内視鏡を有する内視鏡システム Download PDF

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Description

本発明は、イメージファイバ、イメージファイバを有する内視鏡、及び内視鏡を有する内視鏡システムに関する。
細長い挿入部を備える内視鏡は、例えば、工業分野または医療分野において幅広く用いられている。内視鏡の挿入部が被検体内に挿入されることで、被検体内の対象物が観察される。被検体には、例えば、エンジンなどの構造物や体腔などが挙げられる。
例えば、特許文献１には、内視鏡の挿入部に搭載され、撮像光と照明光とが伝搬するイメージファイバケーブルが開示されている。撮像光は対象物の画像を表す光であり、照明光は画像撮影を含む対象物の観察時に対象物を照射する光である。このイメージファイバケーブルは、イメージファイバと、イメージファイバの外周面上に配置される複数のライトガイドファイバと、ライトガイドファイバの周囲に螺旋状に巻かれたテープとを備える。イメージファイバには撮像光が伝搬し、ライトガイドファイバには照明光が伝搬する。複数のライトガイドファイバは、テープによってイメージファイバに固定される。
特開２０１０−１６９７１５号公報
特許文献１に開示されるイメージファイバにおいて、複数のライトガイドファイバは同心円上に配置されており、隣り合う２つの円形のライトガイドファイバの間には隙間が生じている。従って、複数のライトガイドファイバから対象物に向けて出射される照明光には、照射むらが生じる懸念があり、照射むらの抑制が望まれている。
そこで、本発明は、照明光の照射むらを抑制することができるイメージファイバ、イメージファイバを有する内視鏡、及び内視鏡を有する内視鏡システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のイメージファイバは、複数のコアと、複数の前記コアを一体で囲うクラッドと、照明光が伝搬する少なくとも１つのライトガイドファイバと、前記クラッドの外周面を全周に渡って覆うとともに前記ライトガイドファイバの外周面と接触し、前記照明光が前記ライトガイドファイバから伝搬可能なライトガイド層と、を備えることを特徴とする。
このようなイメージファイバでは、照明光は、ライトガイドファイバからライトガイド層に伝搬可能となっているため、クラッドの外周面を全周に渡って覆うライトガイド層の断面の全領域を伝搬し得る。従って、本発明のイメージファイバによれば、照明光の照射むらを抑制することができる。
また、前記ライトガイド層は、樹脂から成る被覆層を有し、前記被覆層の屈折率は、前記クラッドの屈折率よりも高く、前記ライトガイドファイバの屈折率と同じか高く、前記ライトガイドファイバは、前記ライトガイド層の長手方向に沿って前記被覆層の内部の少なくとも一部に配置されることが好ましい。
樹脂から成る被覆層はガラスから成る層よりも一般的に柔軟性に優れる。従って、被覆層は曲げに強くクラッド等の外周面に密着してより安定して配置された状態となる。このため照明光の出射位置のずれがより抑制され、照明光は対象物に向けてより安定して照射され得る。従って、このイメージファイバによれば、照明光をより安定して照射することができる。
また、被覆層の屈折率がクラッドの屈折率よりも高いと、被覆層からクラッドへの照明光の伝搬が抑制され得る。従って、このイメージファイバによれば、照明光の無駄を抑制することができる。また、被覆層の屈折率がライトガイドファイバの屈折率と同じか高いと、ライトガイドファイバから被覆層に照明光が伝搬し易くなり、照明光の一部は、ライトガイドファイバから被覆層に伝搬し、更に被覆層を伝搬し、また、照明光の他の一部は、ライトガイドファイバを伝搬し得る。従って、このイメージファイバによれば、ライトガイドファイバにより照明光を被覆層に効率よく伝搬することができ、照明光が被覆層を伝搬して被覆層から出射されるため、ライトガイドファイバのみから照明光が出射される場合と比べて、照明光の出射範囲を広げることができ、照明光の照射むらを抑制することができる。
また、ライトガイドファイバが被覆層の内部の少なくとも一部に配置されると、被覆層に対するライトガイドファイバのずれが抑制されてライトガイドファイバは安定して配置された状態となる。また、ライトガイドファイバが被覆層の内部の少なくとも一部に配置されると、照明光はライトガイドファイバの外周面の全周から被覆層に伝搬し得る。従って、このイメージファイバによれば、照明光の照射むらを抑制することができる。
また、一般的に、被覆層の厚みは、イメージファイバの製造時において制御され容易に薄くなり得る。従って、このイメージファイバによれば、イメージファイバを容易に細径化することができる。
また、ライトガイドファイバは、被覆層の外周面ではなく被覆層の内部の少なくとも一部に配置されるため、このイメージファイバによればイメージファイバの太径化を防止することができる。
また、前記ライトガイドファイバは、前記ライトガイド層の前記長手方向に沿って前記被覆層の一端から他端まで配置されることが好ましい。
この場合、被覆層は、ライトガイドファイバによって被覆層の一端から他端まで効率的に照明光を伝搬し得る。これにより照明光の一部は被覆層を伝搬し、また、照明光の他の一部はライトガイドファイバを伝搬し得る。従って、このイメージファイバによれば、照明光を効率よく伝搬することができ、照明光の照射むらを抑制することができる。
また、前記ライトガイド層は、前記被覆層の外周面を全周に渡って覆う外側低屈折率層をさらに有し、前記外側低屈折率層の屈折率は、前記被覆層の屈折率よりも低いことが好ましい。
この場合、照明光は、外側低屈折率層によって、被覆層に閉じ込められ易くなり、被覆層からイメージファイバの外部への漏れを抑制された状態で、被覆層を伝搬し得る。従って、このイメージファイバによれば、照明光をより効率よく伝搬することができる。
また、前記ライトガイド層は、前記クラッドの屈折率よりも高く、前記ライトガイドファイバの屈折率と同じか高い屈折率を有する石英層を有し、前記ライトガイドファイバは、前記ライトガイド層の長手方向に沿って前記石英層の外周面上の少なくとも一部に配置されることが好ましい。
イメージファイバの製造時において、コア−クラッド型の複数の光ファイバは、一般的に、束ねられた状態で、石英管に挿入され、挿入後に溶融されて石英管とともに一体化され、石英管は石英層となる。このためイメージファイバに曲げが生じても、石英層はクラッドと一体であるため安定して配置された状態となる。
また、石英層の屈折率がクラッドの屈折率よりも高いと、石英層からクラッドへの照明光の伝搬が抑制され得る。従って、このイメージファイバによれば、照明光の無駄を抑制することができる。また、石英層の屈折率がライトガイドファイバの屈折率と同じか高いと、ライトガイドファイバから石英層に照明光が伝搬し易くなり、照明光の一部は、ライトガイドファイバから石英層に伝搬し、更に石英層を伝搬し、また、照明光の他の一部は、ライトガイドファイバを伝搬し得る。従って、このイメージファイバによれば、ライトガイドファイバにより照明光を石英層に効率よく伝搬することができ、照明光が石英層を伝搬して石英層から出射されるため、ライトガイドファイバのみから照明光が出射される場合と比べて、照明光の出射範囲を広げることができ、照明光の照射むらを抑制することができる。
また、ライトガイドファイバがライトガイド層の長手方向に沿って石英層の外周面上の少なくとも一部に配置されると、照明光はライトガイドファイバから石英層に伝搬し、石英層を伝搬し得る。従って、このイメージファイバによれば、照明光の照射むらを抑制することができる。
また、前記ライトガイドファイバは、前記石英層の前記長手方向に沿って前記石英層の一端から他端まで配置されることが好ましい。
この場合、ライトガイド層は、ライトガイドファイバによって石英層の一端から他端まで効率的に照明光を伝搬し得る。従って、このイメージファイバによれば、照明光を効率よく伝搬することができる。
また、前記ライトガイド層は、前記クラッドと前記石英層との間に配置される内側低屈折率層をさらに有し、前記内側低屈折率層の屈折率は、前記クラッドの屈折率よりも低いことが好ましい。
この場合、照明光は、内側低屈折率層によって、石英層に閉じ込められ易くなり、石英層からコアとクラッドとへの漏れを抑制された状態で、石英層を伝搬し得る。従って、このイメージファイバによれば、照明光をより効率よく伝搬することができる。
また、前記石英層は、前記ライトガイド層の長手方向に沿って前記石英層の外周面の少なくとも一部に設けられる少なくとも１つの溝を有し、前記ライトガイドファイバの径方向における少なくとも一部は、前記溝内に配置されることが好ましい。
ライトガイドファイバの径方向の少なくとも一部が溝内に配置されることで、ライトガイドファイバが石英層に対して安定して配置された状態となる。このため、イメージファイバに曲げが生じても、照明光の出射位置のずれがより抑制され、照明光は対象物に向けてより安定して照射され得る。従って、本イメージファイバによれば、照明光を安定して照射することができる。
また、本発明の内視鏡は、被検体内に挿入される挿入部と、前記挿入部の内部空間に配置される上記のいずれか１つに記載のイメージファイバとを備えることを特徴とする。
この内視鏡では、照明光の照射むらを抑制し得るため、内視鏡は被検体内の対象物に照射むらを抑制された照明光を照射し得る。
また、本発明の内視鏡システムは、上記に記載の内視鏡と、前記照明光を出射する光源部と、前記光源部から出射される前記照明光を前記ライトガイドファイバに向けて伝搬し、前記照明光を照射された対象物から反射される反射光であり前記コアを伝搬した撮像光を撮像する光学系と、前記光学系によって撮像される前記撮像光を基に画像を表示する表示部と、を備えることを特徴とする。
この内視鏡システムでは、内視鏡が対象物に照射むらを抑制された照明光を照射し得るため、表示部は照射むらを抑制された対象物の画像を表示し得る。
以上のように、本発明によれば、照明光の照射むらを抑制することができるイメージファイバ、イメージファイバを有する内視鏡、及び内視鏡を有する内視鏡システムを提供することを目的とする。
本発明の第１実施形態における内視鏡システムを示す図である。 図１の内視鏡システムにおけるイメージファイバの長手方向に垂直な断面図である。 図２に示すイメージファイバにおける屈折率分布を示す図である。 本発明の第２実施形態のイメージファイバの長手方向に垂直な断面図である。 図４に示すイメージファイバにおける屈折率分布を示す図である。 本発明の第３実施形態のイメージファイバの長手方向に垂直な断面図である。
以下、本発明に係るイメージファイバの好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。また、本発明は、以下に例示する各実施形態における構成要素を適宜組み合わせてもよい。なお、理解の容易のため、それぞれの図において一部が誇張して記載される場合等がある。
（第１実施形態）
図１は、本発明にかかる内視鏡システム１０の概略構成を示す図である。内視鏡システム１０は、例えば、工業分野または医療分野に用いられる内視鏡２０を備える。この内視鏡２０は、例えば、被検体内の対象物を観察するために、被検体内に挿入される細長い挿入部２１を備える。被検体には、例えば、エンジンなどの構造物や体腔などが挙げられる。
挿入部２１は、挿入部２１の全長に渡って配置される細長いイメージファイバ２３と、イメージファイバ２３の対物側に配置される対物レンズ２５と、イメージファイバ２３と対物レンズ２５とを内部空間に収納する筒部材２７とを備える。イメージファイバ２３は、照明光と撮像光とが伝搬する部材である。例えば、照明光は対象物を照射する可視光であり、可視光の波長は４００ｎｍから７００ｎｍとされる。また、撮像光は、照明光を照射された対象物から反射された反射光である。対物レンズ２５は、挿入部２１の先端に配置される。筒部材２７は、例えば、ステンレススチールのような金属の部材、または樹脂材から成ることが好ましい。筒部材２７は、挿入部２１の最外層であってもよいし、挿入部２１の内部空間に配置された一部品でもよい。
内視鏡システム１０は、照明光を出射する光源部３０と、光源部３０とイメージファイバ２３とに光学的に接続される光学系４０とをさらに備える。光学系４０は光源部３０からの照明光をイメージファイバ２３に入射させ、光学系４０にはイメージファイバ２３から出射される撮像光が入射する。また、内視鏡システム１０は、光学系４０によって撮像光から生成された画像信号を基に画像を表示する表示部５０をさらに備える。
光源部３０には、例えばＬＥＤ等が用いられる。表示部５０には、例えばモニタ等が用いられる。表示部は、例えば静止画または動画を表示する。画像は、例えば２次元である。
光学系４０は、内視鏡２０の接眼側に接続される。光学系４０は、波長フィルタ４１と、撮像部４３とを備える。波長フィルタ４１は、光源部３０から出射された照明光の少なくとも一部をイメージファイバ２３に反射する。また波長フィルタ４１には、イメージファイバ２３から伝搬された撮像光の少なくとも一部が透過する。撮像部４３は、波長フィルタ４１を透過した撮像光を撮像し、撮像光を基に画像信号を生成する。撮像部４３は、生成した画像信号を表示部５０に出力する。撮像部４３には、例えばＣＣＤカメラ等が用いられる。
また、光学系４０は、光源部３０と波長フィルタ４１との間と、波長フィルタ４１とイメージファイバ２３との間と、波長フィルタ４１と撮像部４３との間とに配置されるレンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃをさらに備える。レンズ４５ａは、波長フィルタ４１に進行する照明光を平行光に変換する。例えば、レンズ４５ｂは、波長フィルタ４１によって反射された照明光がライトガイドファイバ７５に入射するように、照明光の断面領域を可変する。また、レンズ４５ｂは、イメージファイバ２３から伝搬された撮像光を平行光に変換する。レンズ４５ｃは、撮像光を撮像部４３に集光する。
次に図２を用いてイメージファイバ２３について説明する。図２は、本実施形態にかかるイメージファイバ２３の長手方向に垂直な断面図である。
イメージファイバ２３は、撮像光が光学系４０に向かって伝搬するイメージファイバ本体６０と、照明光が伝搬する複数のライトガイドファイバ７５と、イメージファイバ２３の後述するクラッド６３の外周面を全周及び全長に渡って覆い、照明光がライトガイドファイバ７５から伝搬可能なライトガイド層７０とを備える。
イメージファイバ本体６０の長手方向に垂直な断面の形状は、例えば、円形である。円形のイメージファイバ本体６０の直径は、例えば、１００μｍから２５００μｍとされる。
イメージファイバ本体６０は細長いマルチコアファイバであり、マルチコアファイバは、複数のコア６１と、複数のコア６１を一体で囲うクラッド６３とを有する。このようなイメージファイバ本体６０が製造される際、コア−クラッド型の図示しない複数の細長い光ファイバが、束ねられた状態で、図示しない石英管に挿入され、当該石英管に保持される。束状の複数の光ファイバが石英管とともに線引きされると、複数の光ファイバそれぞれのクラッド同士が軟化して一体となり、共通のクラッド６３が形成されるとともに、クラッド６３が石英管の内周面に固着し、石英管はライトガイド層７０の一部である後述する石英層７１となる。これにより石英層７１と一体のイメージファイバ本体６０が構成される。
イメージファイバ本体６０の長手方向に垂直な断面において、コア６１は互いに独立して配置され、クラッド６３はコア６１の周囲に連続して形成される。コア６１は、イメージファイバ本体６０の長手方向に垂直な断面において、全体にほぼ均一に配置されている。均一に配置とは、イメージファイバ本体６０の断面の一部領域に偏らず、全領域にわたって配置されることをいう。コア６１同士の間隔は、概ね一定とされる。ただし、コア６１同士の間隔が一定とされなくてもよい。この間隔は、例えばコア６１の外径の１倍から１．２倍であることが好ましい。なお、イメージファイバ本体６０の長手方向に垂直な断面をみたときに、コア６１とクラッド６３とは、イメージサークルを成す。
コア６１は、イメージファイバ２３により得られる画素を構成する。コア６１の数（画素数）は、例えば、３０００画素から５００００画素とされる。コア６１は、例えば、石英ガラスから成ることが好ましい。コア６１を構成する石英ガラスには、例えば、ゲルマニウム等の屈折率が高くなるドーパントが添加される。
コア６１の断面の形状は、例えば、円形または六角形などの等方形状でもよいし、楕円形、長方形、矩形、菱形など異方性を有する形状でもよい。以下では、コア６１の形状が円形のものとして説明する。円形のコア６１それぞれは互いに概ね同じ外径を有しており、円形のコア６１の外径は、例えば、３μｍから５μｍとされる。なお円形のコア６１同士の外径は、互いに異なっていてもよい。
クラッド６３は、例えば、石英ガラスから成ることが好ましい。クラッド６３を構成する石英ガラスには、フッ素等のドーパントが添加されてもよい。
本実施形態のライトガイド層７０は、クラッド６３の外周面を全周及び全長に渡って覆う石英層７１と、石英層７１の外周面を全周及び全長に渡って覆う被覆層７３とを備える。
石英層７１は、上記した固着によりクラッド６３の外周面に隙間なく密着している。従って、石英層７１は、クラッド６３の外周面を全周に渡って覆う。石英層７１の断面の形状はリング形状であり、石英層７１の厚みは例えば１００μｍから３００μｍとされる。
被覆層７３は、例えば、シリコーンまたはポリイミド等の樹脂から成る。被覆層７３の断面の形状はリング形状であり、被覆層７３の厚みは例えば３０μｍから４００μｍとされる。樹脂から成る被覆層７３の厚みは、イメージファイバ２３の製造時において制御される。
被覆層７３の内周面は、石英層７１の外周面に隙間なく密着している。従って、被覆層７３は、石英層７１を介してクラッド６３の外周面を全周に渡って覆う。また、被覆層７３の外周面は、筒部材２７に覆われており、図示しない接着材によって筒部材２７の内周面に接着されている。被覆層７３は、外側から作用する外力を緩衝して、イメージファイバ本体６０と石英層７１とライトガイドファイバ７５とを外力から保護する保護部材でもある。外力とは、例えば、挿入部２１が曲がる際に筒部材２７からイメージファイバ２３に作用する力、または挿入部２１が被検体内の内壁等に接触した際に内壁から筒部材２７を通じてイメージファイバ２３に作用する力等である。
ライトガイドファイバ７５は、光学系４０を介して光源部３０に光学的に接続されている。ライトガイドファイバ７５は、光源部３０から出射された照明光が光学系４０を介して入射及び伝搬する部材である。この場合、例えば、レンズ４５ｂは、照明光がライトガイドファイバ７５に入射するように、照明光の断面領域を可変する。レンズ４５ｂは、照明光がライトガイドファイバ７５に入射するように、照明光を集光してもよい。また、ライトガイドファイバ７５は、ライトガイド層７０に光学的に接続されている。
本実施形態では、ライトガイドファイバ７５は、被覆層７３の内部に配置されている。換言すると、ライトガイドファイバ７５は、リング形状の被覆層７３の内部空間に配置される部材ではなく、被覆層７３の肉厚部に埋設される部材である。従って、ライトガイドファイバ７５の外周面は被覆層７３の内部において被覆層７３に接触しており、ライトガイドファイバ７５は被覆層７３によって上記した外力から保護されている。
被覆層７３の断面において、被覆層７３に埋設されるライトガイドファイバ７５は被覆層７３の肉厚部の全体にほぼ均一に配置されることが好ましい。均一に配置とは、被覆層７３の断面の一部領域に偏らず、全領域にわたって配置されることをいう。ライトガイドファイバ７５は、被覆層７３の断面の中心を中心とした同心円の円周上に配置されてもよい。円周方向において隣り合うライトガイドファイバ７５は、互いに離れて配置されるが、互いに隙間なく密着して配置されてもよい。ライトガイドファイバ７５同士が離れている場合、円周方向におけるライトガイドファイバ７５同士のそれぞれの間隔は、等間隔であることが好ましいが、異なっていてもよい。ライトガイドファイバ７５は、被覆層７３の厚み方向において層状に配置されてもよい。ライトガイドファイバ７５は、石英層７１から離れて配置されるが、石英層７１に接触して配置されてもよい。
被覆層７３は、ライトガイドファイバ７５が被覆層７３の内部に配置された状態でシート状に成型された後に、石英層７１の外周面側に縦添えされて石英層７１の外周面に密着してもよい。または、ライトガイドファイバ７５が石英層７１の外周面に縦添えした後に、樹脂である被覆層７３がライトガイドファイバ７５及び石英層７１を含侵によって被覆してもよい。
また、本実施形態では、ライトガイドファイバ７５は、ライトガイド層７０の長手方向に沿って被覆層７３の一端から被覆層７３の他端まで配置される。一端は光学系４０側であり、他端は照明光が照射される出射端であり対物レンズ２５側である。
ライトガイドファイバ７５は、例えばプラスチックから成り、イメージファイバ２３の曲げに対する耐性を確保する。ライトガイドファイバ７５の断面の形状は、例えば、円形である。ライトガイドファイバ７５の直径は、例えば、３０μｍ以上とされる。
ここで図３を用いてイメージファイバ２３における屈折率分布について説明する。図３は、イメージファイバ２３における屈折率分布を示す図である。図３の縦軸はイメージファイバ２３における各部材の屈折率の相対的な差を示し、図３の横軸は各部材の位置関係を簡略化して示す。
図３に示すように、イメージファイバ本体６０において、クラッド６３の屈折率ｎ６３は、コア６１の屈折率ｎ６１よりも低くされている。石英層７１の屈折率ｎ７１は、コア６１の屈折率ｎ６１よりも低く、クラッド６３の屈折率ｎ６３よりも高くされている。図３では、ライトガイドファイバ７５の屈折率ｎ７５は、石英層７１の屈折率ｎ７１よりも高くされ、被覆層７３の屈折率ｎ７３よりも低くされている。なおライトガイドファイバ７５の屈折率ｎ７５は、被覆層７３の屈折率ｎ７３と同じでもよい。図３の例では、ライトガイドファイバ７５の屈折率ｎ７５は、コア６１の屈折率ｎ６１と同じとされているが、コア６１の屈折率ｎ６１よりも高くされてもよいし低くされてもよい。被覆層７３の屈折率ｎ７３は、クラッド６３の屈折率ｎ６３と石英層７１の屈折率ｎ７１とよりも高くされている。
次に内視鏡システム１０の動作について説明する。
内視鏡２０の挿入部２１は挿入部２１の先端から被検体内に挿入され、対物レンズ２５は対象物に向けられる。照明光は、光源部３０から光学系４０に向かって出射され、光学系４０の波長フィルタ４１によってイメージファイバ２３に向けて反射される。そして、照明光は、光学系４０からライトガイドファイバ７５に入射し、ライトガイドファイバ７５を伝搬する。
本実施形態のライトガイドファイバ７５の屈折率ｎ７５は、被覆層７３の屈折率ｎ７３よりも低くされている。この場合、ライトガイドファイバ７５を伝搬する照明光の一部は、ライトガイドファイバ７５から被覆層７３に伝搬し、更に被覆層７３を伝搬する。また、照明光の他の一部は、ライトガイドファイバ７５を伝搬する。ライトガイドファイバ７５がライトガイド層７０の長手方向に沿って被覆層７３の一端から他端まで配置されるため、照明光の他の一部は、ライトガイドファイバ７５によって被覆層７３の一端から他端まで伝搬される。また、石英層７１の屈折率ｎ７１は、被覆層７３の屈折率ｎ７３とライトガイドファイバ７５の屈折率ｎ７５とよりも低くされている。従って、照明光は、被覆層７３及びライトガイドファイバ７５から石英層７１への漏れを抑制された状態で、被覆層７３及びライトガイドファイバ７５を伝搬する。
そして、照明光は、対物レンズ２５を透過して挿入部２１の先端から対象物に向けて出射され、対象物に照射される。
対象物からの反射光である撮像光は、対物レンズ２５を介してイメージファイバ本体６０のコア６１に入射する。コア６１の屈折率ｎ６１がクラッド６３の屈折率ｎ６３と石英層７１の屈折率ｎ７１とよりも高くされているため、撮像光の大部分はコア６１からクラッド６３及び石英層７１に漏れることなくコア６１を伝搬する。撮像光は、イメージファイバ本体６０から光学系４０に進行し、波長フィルタ４１を透過し、撮像部４３に撮像される。撮像部４３は、撮像光を基に画像信号を生成し、画像信号を表示部５０に出力する。表示部５０は、画像信号を基に、対象物の画像を表示する。
以上のように、本実施形態のイメージファイバ２３は、複数のコア６１と、複数のコア６１を一体で囲うクラッド６３と、照明光が伝搬する複数のライトガイドファイバ７５と、クラッド６３の外周面を全周に渡って覆うとともにライトガイドファイバ７５の外周面と接触し、照明光がライトガイドファイバ７５から伝搬可能なライトガイド層７０と、を備える。なお本実施形態では、複数のライトガイドファイバ７５が配置されるが、少なくとも１つのライトガイドファイバ７５が配置されていればよい。
このようなイメージファイバ２３では、照明光は、ライトガイドファイバ７５からライトガイド層７０に伝搬可能となっているため、クラッド６３の外周面を全周に渡って覆うライトガイド層７０の断面の全領域を伝搬し得る。従って、このイメージファイバ２３によれば、照明光の照射むらを抑制することができる。
また、照明光は、ライトガイドファイバ７５を伝搬するとともに被覆層７３を伝搬して、ライトガイドファイバ７５及び被覆層７３から出射されるため、ライトガイドファイバ７５のみから照明光が出射される場合と比べて、照明光の出射範囲を広げることができる。また、本実施形態では、照明光は光源部３０から光学系４０とライトガイドファイバ７５とを介して被覆層７３に入射する。したがって、照明光が光源部３０から光学系４０を介して被覆層７３に入射する場合に比べて、照明光を容易に被覆層７３に入射させることができる。
また、被検体に挿入された挿入部２１の曲げによってイメージファイバ２３に曲げが生じても、ライトガイド層７０は、クラッド６３の外周面から離れずにふらつきを防止され、クラッド６３に対して安定して配置された状態となる。これにより挿入部２１の先端における照明光の出射位置のずれが抑制され、照明光は対象物に向けて安定して照射され得る。従って、このイメージファイバ２３は、照明光を安定して照射することができる。
また、本実施形態では、ライトガイド層７０は、樹脂から成る被覆層７３を有し、被覆層７３の屈折率ｎ７３は、クラッド６３の屈折率ｎ６３とライトガイドファイバ７５の屈折率ｎ７５とよりも高く、ライトガイドファイバ７５は、ライトガイド層７０の長手方向に沿って被覆層７３の内部に配置される。なお本実施形態では、ライトガイドファイバ７５は、被覆層７３の内部に少なくも一部に配置されていればよい。一部とは、例えば、被覆層７３の一端から、被覆層７３の一端と被覆層７３の他端との間の部分とまでを示すとする。
この場合、樹脂から成る被覆層７３はガラスから成る層よりも一般的に柔軟性に優れる。従って、被覆層７３は曲げに強くクラッド６３等の外周面に密着してより安定して配置された状態となる。このため照明光の出射位置のずれがより抑制され、照明光は対象物に向けてより安定して照射され得る。従って、このイメージファイバ２３によれば、照明光をより安定して照射することができる。
また、被覆層７３の屈折率ｎ７３がクラッド６３の屈折率ｎ６３よりも高いと、被覆層７３からクラッド６３への照明光の伝搬が抑制され得る。従って、このイメージファイバ２３によれば、照明光の無駄を抑制することができる。また、被覆層７３の屈折率ｎ７３がライトガイドファイバ７５の屈折率ｎ７５と同じか高いと、ライトガイドファイバ７５から被覆層７３に照明光が伝搬し易くなり、照明光の一部は、ライトガイドファイバ７５から被覆層７３に伝搬し、更に被覆層７３を伝搬し、また、照明光の他の一部は、ライトガイドファイバ７５を伝搬し得る。従って、このイメージファイバ２３によれば、ライトガイドファイバ７５により照明光を被覆層７３に効率よく伝搬することができ、照明光が被覆層７３を伝搬して被覆層７３から出射されるため、ライトガイドファイバ７５のみから照明光が出射される場合と比べて、照明光の出射範囲を広げることができ、照明光の照射むらを抑制することができる。
ライトガイドファイバ７５が被覆層７３の内部の少なくとも一部に配置されると、被覆層７３に対するライトガイドファイバ７５のずれが抑制されてライトガイドファイバ７５は安定して配置された状態となる。また、ライトガイドファイバ７５が被覆層７３の内部の少なくとも一部に配置されると、照明光はライトガイドファイバ７５の外周面の全周から被覆層７３に伝搬し得る。従って、このイメージファイバ２３によれば、照明光の照射むらを抑制することができる。
また、一般的に、被覆層７３の厚みは、イメージファイバ２３の製造時において制御され容易に薄くなり得る。従って、本実施形態のイメージファイバ２３によれば、イメージファイバ２３を容易に細径化することができる。
また、ライトガイドファイバ７５は、被覆層７３の外周面ではなく被覆層７３の内部の少なくとも一部に配置されるため、このイメージファイバ２３によればイメージファイバ２３の太径化を防止することができる。また、一般的に、照明光が伝搬するライトガイドファイバ７５は、被覆層７３よりも優れた光の伝搬効率を有する。従って、本実施形態のイメージファイバ２３によれば、より明るい照明光を照射し得る。
また、ライトガイドファイバ７５は、被覆層７３の内部に配置されるため石英層７１との干渉を防止され得る。従って、干渉によるライトガイドファイバ７５と石英層７１との破断を防止できる。ライトガイドファイバ７５はガラスではなくプラスチックであり、石英層７１はガラスである。従って、石英層７１とライトガイドファイバ７５との干渉が生じても、ガラス同士の擦れは生じず、石英層７１とライトガイドファイバ７５との破断を抑制できる。上記のようにライトガイドファイバ７５がプラスチックであれば、イメージファイバ２３は、フレキシブル性を確保でき、イメージファイバ２３の曲げに対する耐性を確保できる。またイメージファイバ２３が図示しないコネクタ等によって光学系４０に接続される場合、ライトガイドファイバ７５が被覆層７３の内部に配置されると、ライトガイドファイバ７５のばらけが抑制され、コネクタ等による接続操作を容易に実施できる。
また、本実施形態では、ライトガイドファイバ７５は、ライトガイド層７０の長手方向に沿って被覆層７３の一端から他端まで配置される。この場合、被覆層７３は、ライトガイドファイバ７５によって被覆層７３の一端から他端までより効率的に照明光を伝搬し得る。これにより照明光の一部は被覆層７３を伝搬し、また、照明光の他の一部はライトガイドファイバ７５を伝搬し得る。従って、本実施形態のイメージファイバ２３によれば、照明光を効率よく伝搬することができ、照明光の照射むらを抑制することができる。
また、本実施形態では、内視鏡２０は、被検体内に挿入される挿入部２１と、挿入部２１の内部空間に配置される上記のいずれか１つに記載のイメージファイバ２３とを備える。この内視鏡２０では、照明光の照射むらを抑制し得るため、内視鏡２０は被検体内の対象物に照射むらを抑制された照明光を照射することができる。
また、本実施形態では、内視鏡システム１０は、上記に記載の内視鏡２０と、照明光を出射する光源部３０と、光源部３０から出射される照明光をライトガイドファイバ７５に向けて伝搬し、照明光を照射された対象物から反射される反射光でありコア６１を伝搬した撮像光を撮像する光学系４０と、光学系４０によって撮像される撮像光を基に画像を表示する表示部５０と、を備える。この内視鏡システム１０では、内視鏡２０が対象物に照射むらを抑制された照明光を照射し得るため、表示部５０は照射むらを抑制された対象物の画像を表示することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４と図５とを参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
図４は、本実施形態にかかるイメージファイバ２３の長手方向に垂直な断面図である。本実施形態のイメージファイバ２３では、ライトガイド層７０の構成と、ライトガイドファイバ７５の位置と、イメージファイバ２３における屈折率分布とが第１実施形態のそれとは異なる。
本実施形態では、ライトガイド層７０は、被覆層７３の外周面を全周及び全長に渡って覆う外側低屈折率層８１をさらに有する。外側低屈折率層８１の断面の形状は例えばリング形状であり、外側低屈折率層８１の内周面は被覆層７３の外周面に隙間なく密着している。また、外側低屈折率層８１の外周面は、筒部材２７の内周面に覆われており、図示しない接着材によって筒部材２７の内周面に接着されている。外側低屈折率層８１は、例えば、被覆層７３とは異なる樹脂から成る。外側低屈折率層８１の樹脂は、例えば、被覆層７３の外周面上に塗布された後、硬化している。
また、本実施形態では、ライトガイド層７０は、クラッド６３と石英層７１との間に配置される内側低屈折率層８３をさらに有する。内側低屈折率層８３の断面の形状はリング形状であり、内側低屈折率層８３の外周面は、石英層７１の内周面に覆われており、石英層７１の内周面に隙間なく密着している。内側低屈折率層８３の内周面は、クラッド６３の外周面を覆っており、クラッド６３の外周面に隙間なく密着している。内側低屈折率層８３の厚みは、例えば、２μｍから２０μｍとされる。
例えば、内側低屈折率層８３は、イメージファイバ本体６０が製造される際、束ねられたコア−クラッド型の複数の光ファイバが石英管に挿入される前に、予め石英管の内周面に配置される。内側低屈折率層８３は、例えば、フッ素等の屈折率を低下させるドーパントが添加された、石英層７１とは別部材の石英から成る。
また、本実施形態のライトガイドファイバ７５は、ライトガイド層７０の長手方向に沿って石英層７１の外周面上の少なくとも一部に配置されている。ライトガイドファイバ７５の外周面の一部は石英層７１の外周面に接触した状態で、ライトガイドファイバ７５の外周面の残りの一部が被覆層７３に覆われている。例えば、ライトガイドファイバ７５は、ライトガイド層７０の長手方向に沿って石英層７１の一端から他端まで配置される。
ここで図５を用いて、本実施形態のイメージファイバ２３における屈折率分布について説明する。図５は、イメージファイバ２３における屈折率分布を示す図である。図５の縦軸はイメージファイバ２３における各部材の屈折率の相対的な差を示し、図５の横軸は各部材の位置関係を簡略化して示す。
本実施形態では、外側低屈折率層８１の屈折率ｎ８１は、被覆層７３の屈折率ｎ７３よりも低くされている。また、石英層７１の屈折率ｎ７１は、ライトガイドファイバ７５の屈折率ｎ７５よりも高くされている。石英層７１の屈折率ｎ７１は、ライトガイドファイバ７５の屈折率ｎ７５と同じでもよい。内側低屈折率層８３の屈折率ｎ８３は、クラッド６３の屈折率ｎ６３と石英層７１の屈折率ｎ７１とよりも低くされている。
次にライトガイドファイバ７５とライトガイド層７０とにおける照明光の伝搬について説明する。
第１実施形態と同様に、ライトガイドファイバ７５を伝搬する照明光の一部は、ライトガイドファイバ７５から被覆層７３に伝搬し、更に被覆層７３を伝搬する。また、照明光の他の一部は、ライトガイドファイバ７５を伝搬する。
本実施形態では、外側低屈折率層８１は被覆層７３の外周面を全周に渡って覆い、外側低屈折率層８１の屈折率ｎ８１は被覆層７３の屈折率ｎ７３よりも低くされている。このため、被覆層７３を伝搬する照明光は、外側低屈折率層８１によって、被覆層７３に閉じ込められ易くなり、被覆層７３からイメージファイバ２３の外部への漏れを抑制された状態で、被覆層７３を伝搬し得る。従って、本実施形態のイメージファイバ２３によれば、照明光をより効率よく伝搬することができる。
また、ライトガイドファイバ７５はライトガイド層７０の長手方向に沿って石英層７１の外周面上の少なくとも一部に配置されている。このため、ライトガイドファイバ７５を伝搬する照明光の一部は、ライトガイドファイバ７５から石英層７１に伝搬し、更に石英層７１を伝搬する。従って、このイメージファイバ２３によれば、照明光の照射むらを抑制することができる。また、石英層７１の屈折率ｎ７１は、クラッドの屈折率ｎ６３よりも高くされている。このため、石英層７１からクラッド６３への照明光の伝搬が抑制される。従って、このイメージファイバ２３によれば、照明光の無駄を抑制することができる。
また、ライトガイドファイバ７５は、ライトガイド層７０の長手方向に沿って石英層７１の一端から他端まで配置される。この場合、ライトガイド層７０は、ライトガイドファイバ７５によって石英層７１の一端から他端まで効率的に照明光を伝搬する。従って、このイメージファイバ２３によれば、照明光を効率よく伝搬することができる。
また、石英層７１の屈折率ｎ７１はライトガイドファイバ７５の屈折率ｎ７５と同じか高くされている。この場合、ライトガイドファイバ７５から石英層７１に照明光が伝搬し易くなり、照明光の一部は、ライトガイドファイバ７５から石英層７１に伝搬し、更に石英層７１を伝搬し、また、照明光の他の一部は、ライトガイドファイバ７５を伝搬し得る。従って、このイメージファイバ２３によれば、ライトガイドファイバ７５により照明光を石英層７１に効率よく伝搬することができ、照明光が石英層７１を伝搬して石英層７１から出射されるため、ライトガイドファイバ７５のみから照明光が出射される場合と比べて、照明光の出射範囲を広げることができ、照明光の照射むらを抑制することができる。
また、石英層７１の内周面は内側低屈折率層８３の外周面に隙間なく密着し、内側低屈折率層８３の内周面はクラッド６３の外周面に隙間なく密着している。このため被検体に挿入された挿入部２１の曲げによってイメージファイバ２３に曲げが生じても、石英層７１は内側低屈折率層８３を介してクラッド６３と一体であるため安定して配置された状態となり、挿入部２１の先端における照明光の出射位置のずれがより抑制され、照明光は対象物に向けてより安定して照射され得る。従って、このイメージファイバ２３によれば、照明光を安定して照射することができる。
また、内側低屈折率層８３の屈折率ｎ８３は、クラッド６３の屈折率ｎ６３と石英層７１の屈折率ｎ７１とよりも低くされている。イメージファイバ２３を屈折率の観点からみる場合、内側低屈折率層８３は溝状となり、イメージファイバ２３はトレンチ構造を有している。このようなトレンチ構造によって、照明光は、石英層７１からコア６１とクラッド６３とへの漏れを抑制された状態で、石英層７１を伝搬し得る。従って、本実施形態のイメージファイバ２３によれば、照明光を効率よく伝搬することができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図６を参照して詳細に説明する。なお、第２実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
図６は、本実施形態にかかるイメージファイバ２３の長手方向に垂直な断面図である。本実施形態のイメージファイバ２３では、ライトガイド層７０の構成が第２実施形態の構成と異なる。
本実施形態の石英層７１は、ライトガイド層７０の長手方向に沿って石英層７１の外周面の少なくとも一部に設けられる少なくとも１つの溝７１ａを有する。この溝７１ａは、例えば、旋盤またはフライスなどの切削によって石英層７１に機械的に配置される。少なくとも１本のライトガイドファイバ７５の径方向における少なくとも一部は、この溝７１ａ内に配置される。
石英層７１の断面形状において、溝７１ａの形状は、例えば、Ｖ形状、凹形状などのようにライトガイドファイバ７５が入り得る形状であればよい。溝７１ａの深さとライトガイドファイバ７５の直径との関係において、ライトガイドファイバ７５の一部が溝７１ａに収まり、ライトガイドファイバ７５の残りの一部が石英層７１の外周面よりも外側に向かって突出してもよい。なおライトガイドファイバ７５全体が溝７１ａに収まると、イメージファイバ２３が細径化をなし得る。ライトガイドファイバ７５は、被覆層７３の樹脂によって溝７１ａ内に固定されてもよいし、図示しない接着材によって溝７１ａに固定されてもよい。
溝７１ａ内のライトガイドファイバ７５は、第１実施形態における被覆層７３に埋設されるライトガイドファイバ７５と同様に、石英層７１の長手方向に沿って石英層７１の一端から他端まで配置される。
本実施形態では、ライトガイドファイバ７５の径方向の少なくとも一部が溝７１ａ内に配置されることで、ライトガイドファイバ７５が石英層７１に対して安定して配置された状態となる。このため、被検体に挿入された挿入部２１の曲げによってイメージファイバ２３に曲げが生じても、挿入部２１の先端における照明光の出射位置のずれがより抑制され、照明光は対象物に向けて安定して照射され得る。従って、本実施形態のイメージファイバ２３によれば、照明光をより安定して照射することができる。
また、ライトガイドファイバ７５は石英層７１の外周面ではなく溝７１ａ内の少なくとも一部に配置されるため、イメージファイバ２３ではイメージファイバ２３の太径化を防止することができる。また、ライトガイドファイバ７５は、溝７１ａによって容易に位置決めされ得る。従って、実施形態のイメージファイバ２３によれば、イメージファイバ２３を容易に製造でき、イメージファイバ２３から出射される照明光の出射位置を制御できる。
以上、本発明について、上記各実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。
例えば、第１実施形態では、被覆層７３が光学系４０に光学的に接続されており、照明光は、光学系４０から被覆層７３に直接進入してもよい。同様に、第２実施形態において、被覆層７３が光学系４０に光学的に接続されており、照明光は、光学系４０から被覆層７３に直接進入してもよい。また、ライトガイドファイバ７５は、ライトガイド層７０から突出して光源部３０に向かって延設され、光源部３０に光学的に直接接続されていてもよい。
また、第１実施形態から第３実施形態において、被覆層７３内に配置されるライトガイドファイバ７５は、被覆層７３の長手方向の一部に配置されてもよい。この場合、ライトガイド層７０に光が入射する側の端部から被覆層７３の長手方向の途中までライトガイドファイバ７５が配置されることが好ましい。この場合、ライトガイドファイバ７５に入射した照明光は、被覆層７３の長手方向の途中において、ライトガイドファイバ７５から被覆層７３に伝搬して、被覆層７３から出射することができる。
また、第３実施形態において、溝７１ａ内に配置されるライトガイドファイバ７５は、石英層７１の長手方向の一部に配置されてもよい。この場合、ライトガイド層７０に光が入射する側の端部から石英層７１の長手方向の途中までライトガイドファイバ７５が配置されることが好ましい。
また、第２実施形態における、石英層７１が照明光を伝搬する構成と外側低屈折率層８１と内側低屈折率層８３との少なくとも１つは、第１実施形態のイメージファイバに組み込まれてもよい。
また、第２実施形態では、石英層７１の屈折率ｎ７１と被覆層７３の屈折率ｎ７３とがライトガイドファイバ７５の屈折率ｎ７５よりも高ければ、石英層７１の屈折率ｎ７１は、被覆層７３の屈折率ｎ７３と同じであっても高くても低くてもよい。
また、第３実施形態に記載の溝７１ａ及び溝７１ａ内に配置されるライトガイドファイバ７５は、第１，２実施形態のイメージファイバに組み込まれてもよい。
本発明によれば、照明光を安定して照射することができるイメージファイバ、イメージファイバを有する内視鏡、及び内視鏡を有する内視鏡システムが提供され、工業分野、医療分野等の様々な産業において利用可能である。
１０・・・内視鏡システム
２０・・・内視鏡
２１・・・挿入部
２３・・・イメージファイバ
６０・・・イメージファイバ本体
６１・・・コア
６３・・・クラッド
７０・・・ライトガイド層
７１・・・石英層
７３・・・被覆層
７５・・・ライトガイドファイバ

Claims (10)

  1. 複数のコアと、
    複数の前記コアを一体で囲うクラッドと、
    照明光が伝搬する少なくとも１つのライトガイドファイバと、
    前記クラッドの外周面を全周に渡って覆うとともに前記ライトガイドファイバの外周面と接触し、前記照明光が前記ライトガイドファイバから伝搬可能なライトガイド層と、
    を備え、
    前記ライトガイド層は、樹脂から成る被覆層を有し、
    前記被覆層の屈折率は、前記クラッドの屈折率よりも高く、前記ライトガイドファイバの屈折率と同じか高く、
    前記ライトガイドファイバは、前記ライトガイド層の長手方向に沿って前記被覆層の内部の少なくとも一部に配置される
    ことを特徴とするイメージファイバ。
  2. 前記ライトガイドファイバは、前記ライトガイド層の前記長手方向に沿って前記被覆層の一端から他端まで配置される
    ことを特徴とする請求項１に記載のイメージファイバ。
  3. 前記ライトガイド層は、前記被覆層の外周面を全周に渡って覆う外側低屈折率層をさらに有し、
    前記外側低屈折率層の屈折率は、前記被覆層の屈折率よりも低い
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のイメージファイバ。
  4. 前記ライトガイド層は、前記クラッドの屈折率よりも高く、前記ライトガイドファイバの屈折率と同じか高い屈折率を有する石英層を有し、
    前記ライトガイドファイバは、前記ライトガイド層の前記長手方向に沿って前記石英層の外周面上の少なくとも一部に配置される
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のイメージファイバ。
  5. 複数のコアと、
    複数の前記コアを一体で囲うクラッドと、
    照明光が伝搬する少なくとも１つのライトガイドファイバと、
    前記クラッドの外周面を全周に渡って覆うとともに前記ライトガイドファイバの外周面と接触し、前記照明光が前記ライトガイドファイバから伝搬可能なライトガイド層と、
    を備え、
    前記ライトガイド層は、前記クラッドの屈折率よりも高く、前記ライトガイドファイバの屈折率と同じか高い屈折率を有する石英層を有し、
    前記ライトガイドファイバは、前記ライトガイド層の長手方向に沿って前記石英層の外周面上の少なくとも一部に配置される
    ことを特徴とするイメージファイバ。
  6. 前記ライトガイドファイバは、前記ライトガイド層の前記長手方向に沿って前記石英層の一端から他端まで配置される
    ことを特徴とする請求項４または５に記載のイメージファイバ。
  7. 前記ライトガイド層は、前記クラッドと前記石英層との間に配置される内側低屈折率層をさらに有し、
    前記内側低屈折率層の屈折率は、前記クラッドの屈折率よりも低い
    ことを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載のイメージファイバ。
  8. 前記石英層は、前記ライトガイド層の前記長手方向に沿って前記石英層の外周面の少なくとも一部に設けられる少なくとも１つの溝を有し、
    前記ライトガイドファイバの径方向における少なくとも一部は、前記溝内に配置される
    ことを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載のイメージファイバ。
  9. 被検体内に挿入される挿入部と、
    前記挿入部の内部空間に配置される請求項１から８のいずれか１項に記載のイメージファイバと、
    を備えることを特徴とする内視鏡。
  10. 請求項９に記載の内視鏡と、
    前記照明光を出射する光源部と、
    前記光源部から出射される前記照明光を前記ライトガイドファイバに向けて伝搬し、前記照明光を照射された対象物から反射される反射光であり前記コアを伝搬する撮像光を撮像する光学系と、
    前記光学系によって撮像される前記撮像光を基に画像を表示する表示部と、
    を備えることを特徴とする内視鏡システム。
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