JPH06250104A

JPH06250104A - 観察装置

Info

Publication number: JPH06250104A
Application number: JP5056380A
Authority: JP
Inventors: Masao Yamamoto; 正男山本
Original assignee: SCALA KK
Current assignee: SCALA KK
Priority date: 1993-02-23
Filing date: 1993-02-23
Publication date: 1994-09-09
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JP3302433B2

Abstract

(57)【要約】【目的】例えばボアスコープや内視鏡のように細長い像
伝送体を含む細身部分を有する観察装置用について、そ
の細身部分をより細いものにでき、また必要な部位のよ
り正確且つ効率的な照明が可能で、さらに細身部分の着
脱ユニット化が容易であるような構造の提供。【構成】光源系にて与えられる照明光を像伝送体の射出
端面に集光させて像伝送体に入射させ、この像伝送体に
入射した照明光を像伝送体中の伝搬により観察物に照射
するように照明系を形成するものとし、そのために、発
光源からの照明光を複数の光ファイバ７にて導光して光
源系を形成すると共に、適宜の本数で単位束とした光フ
ァイバ束の先端を環状に配列し、この単位束の環状配列
に対応させて設けた集光用レンズ１３、１４にて光ファ
イバ束よりの照明光を像伝送体１９の射出端面１９ｉの
周縁部に環状に集光させるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内視鏡のような医療用
の観察装置あるいは構造物や各種機器の内部構造等の観
察に用いる観察装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】医療用の内視鏡、あるいは構造物や各種
機器の内部構造等の観察に用いるボアスコープ乃至イメ
ージスコープ等の観察装置は、例えば屈折率分布型像伝
送体やイメージファイバあるいはリレーレンズ構造の像
伝送体のような細長い像伝送体を含む細身部分を有して
おり、この細身部分を体内や機器の内部に挿入して観察
するようになっている。それ故、その細身部分がより細
くあることがこれらの観察装置の性能要素の一つとな
る。

【０００３】また、これらの観察装置は、一般に、細身
部分に沿わせた光ファイバ束をライトガイドとする自己
照明系を備えており、この照明系の善し悪しがその性能
に大きく影響する。具体的には、例えば必要な部位を正
確に且つ効率的に照明できることが要求される。このた
め、ライトガイドの照明用端部の加工について高い精度
が要求され、その結果加工コストの増大を招くことにな
っている。

【０００４】さらに、医療用の内視鏡等の場合には、感
染等の防止のために出来れば人体組織や体液に触れるお
それのある部分、つまり細身部分を着脱ユニット化して
使い捨て式とすることが強く望まれる。ところが、従来
の内視鏡等においては、その自己照明系のライトガイド
が細身部分と機械的に一体化した構造となっているの
で、細身部分の着脱ユニット化に困難があり、またたと
え着脱ユニット化が可能であっても、そのユニットの高
価格化を避けられず、使い捨てとすることが難しくなっ
てしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような事情を背景
になされたのが本発明で、細長い像伝送体を含む細身部
分を有した観察装置用について、その細身部分をより細
いものにでき、また必要な部位のより正確且つ効率的な
照明が可能で、さらに細身部分の着脱ユニット化が容易
で、しかもこの着脱ユニットを使い捨てに適するような
低コストで加工可能とする構造を提供せんとするもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、観察物の像
を取り込むための細長い像伝送体を備えると共に、観察
物を照明するための照明系を備えてなる観察装置につい
て、光源系にて与えられる照明光を像伝送体の射出端面
に集光させて像伝送体に入射させ、この像伝送体に入射
した照明光を像伝送体中の伝搬により観察物に照射する
ようにその照明系を形成するものとしており、そのため
に、一つの構造として、発光源とこの発光源から照明光
を導光する複数の光ファイバとにより光源系を形成し且
つ、複数の光ファイバを適宜の本数で単位束とし、この
各単位束の先端を環状に配列する一方で、この単位束の
環状配列に対応させて集光用レンズを設け、この環状配
列の集光用レンズにて光ファイバよりの照明光を像伝送
体の射出端面の周縁部に環状に集光させるようにし、ま
た他の構造として、細長い細径部とこの細径部の一端に
一体的に形成された大径部とを含むと共に、細径部と大
径部の間に、連続的に径が変化し且つこの径の連続的変
化に対応した屈折率分布状態の連続的変化を伴う連続的
径変化部を有してなる屈折率分布型の光伝送体を光源系
に用い、この光伝送体に大径部の端面から入射させた発
光源よりの照明光を細径部の端面から像伝送体の射出端
面に照射するようにしている。

【０００７】これらの各構造は、像の伝送路である像伝
送体を照明光の伝送路にも兼用するようにしたもので、
像伝送体の射出端面から入射した照明光は、像伝送体中
を像光とは逆方向で伝搬し、像伝送体の入射端面から射
出して観察物を照明することになる。この結果、像取込
み範囲と照明範囲が一致し、必要な部位のより正確且つ
効率的な照明が可能となる。また、従来のように照明系
のライトガイドを細身部分に沿わせる必要がなくなり、
その細身部分をより細いものにできる。さらに、細身部
分の着脱ユニット化の場合に、その主な要素が像伝送体
だけで済むので、着脱ユニット化が容易であり、しかも
その低コスト化を図れる。

【０００８】特に、光ファイバと集光用レンズを組み合
わせた構造の場合には、より強力な照明光を像伝送系に
対し障害となるような干渉を生じることなく像伝送体中
に送り込むことができる。即ち、環状配列の集光用レン
ズにて光ファイバよりの照明光を像伝送体の射出端面の
周縁部に環状に集光させて像伝送体の周縁を有効に利用
するようにしているので、像伝送体の射出端面から射出
する像光に影響を与えることなく、強力な照明光の像伝
送体中への送り込みが可能となる。

【０００９】また、連続的径変化部を有する光伝送体を
用いる場合には、非常に強力な照明光を簡単な構造で、
しかも像伝送系に対し障害となるような干渉を生じるこ
となく、像伝送体中に送り込むことができる。即ち、こ
の光伝送体は、その連続的径変化部により自己集光機能
を持ち、大径部の断面積と細径部の断面積との比率に応
じた倍率での集光を可能とし、例えば大径部の径をｃｍ
オーダーとし細径部の径をｍｍ以下のオーダーとするこ
とにより、数百〜数千倍の集光力での照明光の供給が可
能である。また、細径部がｍｍ以下というように極めて
細いと、この細径部が像伝送体の射出端面に被さるよう
になっても像伝送体の射出端面から射出する像光への影
響は無視し得るものとなるので、細径部の端面を像伝送
体の射出端面の中心部に直接臨ませて像伝送体中への照
明光の照射を行うという、最も簡単な構造を採ることが
可能となる。

【００１０】上記の集光用レンズを用いる構造及び自己
集光型の光伝送体を用いる構造の何れについても、細長
い像伝送体には、屈折率分布型の像伝送体を用いるのが
好ましいが、この屈折率分布型像伝送体の他にも、例え
ば前記イメージファイバやリレータイプの像伝送体等を
用いることができる。

【００１１】屈折率分布型の像伝送体には、細長い細径
部とこの細径部の一端に一体的に形成された大径部とを
含むと共に、細径部と大径部の間に、連続的に径が変化
し且つこの径の連続的変化に対応した屈折率分布状態の
連続的変化を伴う連続的径変化部を有してなる屈折率分
布型の像伝送体を用いれば、さらに好ましい。即ち、こ
のような屈折率分布型像伝送体によると、射出端面の径
が大きいのでより多く照明光を効率的に入射させること
ができ、より強力な照明力を得ることができる。

【００１２】上記のような異径構造の屈折率分布型の光
伝送体は、ポリマー原料を用いる場合には界面ゲル重合
法により形成することができる。この界面ゲル重合法の
基本的プロセスは以下の通りである。

【００１３】即ち、界面ゲル重合法は、それぞれ屈折率
及び分子サイズのそれぞれ異なる複数のモノマー又は未
反応性分子の混合液を、混合液中のモノマーや未反応性
分子と親和性の高い材料、例えば混合液の特定のモノマ
ーや未反応性分子又は混合液自体と同系のポリマー原料
で形成した重合管内でゲル効果の利用により特定の方向
性をもって重合させ、この重合過程における各モノマー
又は未反応性分子の拡散性の相違により、それぞれ屈折
率の異なった複数のモノマー又は未反応性分子を最終的
に重合管の中心軸から周辺にかけて異なった比率で混合
分布させることにより半径方向での屈折率分布を与える
ようにしたものである（例えば、特開平４−９７３０２
号、特開平４−９７３０３号）。

【００１４】このような界面ゲル重合法を実施する手法
としては、例えば、注入法と滴下法がある。注入法は、
必要な量のモノマー又は未反応性分子の混合液を全部一
度に重合管内に注入し、それから重合管を回転させつつ
重合を行う方法である。一方、滴下法は、モノマー又は
未反応性分子の混合液を重合管内に所定量で滴下しつ
つ、各滴下ごとに重合を進め、最終的に重合管をポリマ
ー固体で満たすようにした方法である。

【００１５】以上のような界面ゲル重合法を用いて本発
明による光伝送体を形成する方法には、以下の２通りの
方法が可能である。一つは純延伸法で、従来の光ファイ
バの製法として常用されている手法を応用した方法であ
る。具体的には、先ず注入法又は滴下法を用いて中間体
（プリフォームとも呼ばれる）を均一な太さの円柱状に
形成し、次いでこの中間体の一端側を加熱軟化させて部
分的に引き伸ばすことにより、細長い細径部を形成す
る。ここで本発明として大事なことは、径の太い中間体
の一部をそのまま大径部として細径部と一体的に残すよ
うにし、且つ大径部と細径部との間に引き伸ばしによる
径変化の状態を制御した連続的径変化部を形成すること
である。このように所定の状態に制御された連続的径変
化部では中間体における屈折率分布状態が径の連続変化
に対応して言わば相似状に連続的に変化する。

【００１６】他の一つはミックス法で、中間体の加工に
成形的な要素を取り入れる点で前記純延伸法と異なる。
具体的には、最終的に得ようとする光伝送体の形状の骨
格となる予備的形状に成形した重合管を用いて中間体を
形成し、この中間体を前記の純延伸法と同様に処理して
目的の光伝送体を得るようにする。この場合の中間体の
形成には滴下法が用いられる。つまり、予備的形状に成
形した重合管内にモノマー又は未反応性分子の混合液を
所定の制御条件下で順次滴下しつつポリマー固体を形成
する。この過程では、予め与えられている重合管の連続
的径変化部において、順次滴下されるモノマー又は未反
応性分子の混合液が各滴下ごとに異なる径の条件下で重
合をなし、この重合における径条件の相違に応じて異種
モノマー又は未反応性分子の混合分布比率が異なり、こ
れが積み重なって屈折率分布状態の連続的変化が得られ
る。

【００１７】界面ゲル重合法で用いることができるポリ
マー原料としては、以下のようなものが可能である。Ｍ
ＭＡ（Methyl Methacrylate,分子サイズ;104.4, 屈折
率;1.492) 、ＢＢＰ(Benzyl n−Butyl Phthalate,分子
サイズ;301.1, 屈折率;1.541)、ＢｚＭＡ(Benzyl Meth
acrylate,分子サイズ;180.0, 屈折率;1.562) 、ＶＢ（V
inyl Benzoate, 分子サイズ;145.9, 屈折率;1.578) 、
ＰｈＭＡ（Phenyl Methacrylate,分子サイズ;162.8, 屈
折率;1.570) 、ＶＰＡｃ（Vinyl Phenylacetate,分子サ
イズ;163.2, 屈折率;1.567) 。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。この実施
例は固体撮像素子を用いた図１に示す撮像具１とこの撮
像具１で捉えた観察物の像を再生表示する図外のモニタ
ディスプレイからなるビデオ式の観察装置に関する例
で、本発明の特徴が含まれる撮像具１は、本体部２と像
伝送体ユニット３よりなっている。

【００１９】本体部２は、筒状で、その内部にカメラユ
ニット４を内蔵すると共に、照明系の一部である光源系
を形成する光源系ユニット５を内蔵し、また撮像ユニッ
ト４からの信号ケーブル６及び光源系ユニット５に含ま
れる多数の光ファイバ７、７、……を束ねた光源ケーブ
ル８がそれぞれ外部へ延設されている。

【００２０】撮像ユニット４は、図２に示すように、前
端部分が円錐状に細くなっている遮光筒９の内部にカメ
ラユニットの固体撮像素子１０やフレア等の防止のため
の絞り１１、１１、……等を設けてなっている。

【００２１】光源系ユニット５は、外部の発光源から照
明光を導光する多数の光ファイバ７、７、……と、これ
らの光ファイバ７、７、……の先端面つまり照射端面か
ら射出される照明光を後述の像伝送体１９の射出端面１
９ｉの周縁部に円環状に結像させて集光するための集光
系ユニット１２とよりなっている。

【００２２】集光系ユニット１２は、結像レンズ１３を
適宜の個数と、この結像レンズ１３の各々に対応させて
設けたコリメータレンズ１４とを図示を省略したフレー
ム体に組み付けてなるもので、各コリメータレンズ１４
には光ファイバ７、７、……から適宜の本数で単位とし
た光ファイバ束７ｂが対応するようにされている。そし
て、この集光系ユニット１２により結像された照明光Ｌ
は、射出端面１９ｉの周縁部から像伝送体１９に入射
し、その内部を伝搬して観察物Ｍを照射することにな
る。

【００２３】像伝送体ユニット３は、細長い保護筒１６
内に先端から順にカバーガラス１７、対物レンズ１８、
及び屈折率分布型の像伝送体１９を配列すると共に、保
護筒１６の基端部に螺合部材２０を取り付けてなってお
り、この螺合部材２０を介して本体部２に着脱できるよ
うにされている。

【００２４】図３に示すのは、上記実施例の変形として
特殊な構造の屈折率分布型像伝送体３０を用いた例であ
る。即ち、この像伝送体３０は、その端面が射出端面３
１とされた短い大径部３２と、その端面が入射端面３３
とされた細長い細径部３４との間に大径部３２側から細
径部３４側に向けて連続的に径が小さくなる連続的径変
化部３５を形成した構造となっている。

【００２５】この像伝送体３０は、図中に１点鎖線で示
すような光路軌跡Ｔ′で像の伝送がなされ、細径部３４
においては通常の屈折率分布型像伝送体と同様に入射端
面３３から入射した像が等倍で伝送されるが、連続的径
変化部３５から大径部３２にかけて徐々に拡大し、最終
的には射出端面３１と入射端面３３の径の比率に応じた
倍率の像として固体撮像素子１０の受光面１０ｆに結像
するものである。

【００２６】一方、この像伝送体３０に射出端面３１か
ら入射する集光系ユニット１２よりの照明光Ｌは、上記
像伝送とは逆向きで像伝送体３０内を伝搬して入射端面
３３から観察物を照射することになる。つまり、大径の
射出端面３１から入射した照明光が連続的径変化部３５
において集光されつつ小径の入射端面３３から観察物を
照射することになる。このような像伝送体３０による
と、集光系ユニット１２からの照明光を効率よく入射さ
せることができ、しかも像伝送体３０自体が集光力を持
つので、極めて強力な照明力を得ることができる。

【００２７】尚、この例では像伝送体３０の結像面が射
出端面３１から離れた位置にある固体撮像素子１０の受
光面１０ｆに生じるようにされているが、入射端面３３
と射出端面３１との距離と光路軌跡Ｔ′のピッチ数との
関係を調整することにより、射出端面３１上に結像面を
生じさせるようにすることもできる。ただ、その場合に
は固体撮像素子１０との間に結像系を設ける必要があ
る。また、この例の像伝送体３０にはある長さを持つ大
径部３２が形成されているが、必ずしもこのような大径
部３２を設ける必要はなく、連続的径変化部３５の一端
に射出端面３１を与えるような構造も可能である。

【００２８】図４に示すのは、上記第２の実施例におけ
る像伝送体３０と同様の構造の光伝送体４０を光源系の
集光系に用いた例である。即ち、集光系に用いた光伝送
体４０は、約１ｃｍの直径とされた第１端面４１（像伝
送体３０の射出端面３１に対応する）を有する短い大径
部４２と、約0.5 ｍｍの直径とされた第２端面４３（像
伝送体３０の入射端面３３に対応する）を有する細長い
細径部４４との間に連続的径変化部４５を形成した構造
であり、像伝送体３０と同様にして照明光を集光的に伝
送するようになっている。

【００２９】この光伝送体４０は、それが持つ柔軟性で
その細径部４４を曲折させることにより、第１端面４１
が光ファイバ束４７の射出端面と向かい合い、一方第２
端面４３が像伝送体１９の射出端面１９ｉの略中心部に
向かい合う状態にして、光ファイバ束４７の射出端面と
像伝送体１９の射出端面１９ｉとの間に介在させられて
いる。つまり、光ファイバ束４７からの照明光Ｌは、第
１端面４１から光伝送体４０に入射し、連続的径変化部
４５において単純計算で約４００倍に集光された強力な
照明光として第２端面４３から像伝送体１９の射出端面
１９ｉに射出し、さらに像伝送体１９内を伝搬して観察
物を照射する。

【００３０】図５に示すのは、図４の実施例の変形例
で、十分に長い細径部５４を有する光伝送体５０を光源
系に用いた例である。即ち、この例では、図４の実施例
における光伝送体４０が光源系の集光系として用いられ
ていたのと異なり、光伝送体５０の大径部５２が外部の
発光源Ｌｓに直接臨むようにされ、大径部５２の第１端
面５１から入射した発光源Ｌｓからの照明光Ｌが連続的
径変化部５５が集光された後、十分に長い細径部５４に
より像伝送体１９の射出端面１９ｉにまで導かれるよう
にされている。

【００３１】以上の各実施例では像伝送体に屈折率分布
型の像伝送体を用いていたが、この他に、例えばよく知
られているイメージファイバ、あるいは図６に示すよう
なリレー構造の像伝送体６０、つまり直列に配列した複
数のレンズ６１ａ、６１ｂで等倍結像を繰り返して像の
伝送を行う像伝送体等を用いることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明による観察装置は、以上説明して
きた如く、像の伝送路である細長い像伝送体を照明光の
伝送路にも兼用するようにしているので、必要な部位の
より正確且つ効率的な照明が可能であり、また細身部分
をより細いものにでき、さらに細身部分の低コストでの
着脱ユニット化を可能とする。そして、特に、光ファイ
バと集光用レンズを組み合わせた構造及び連続的径変化
部を有する光伝送体を用いる構造とすることにより、よ
り強力な照明光を像伝送系に対し障害となるような干渉
を生じることなく像伝送体中に送り込むことができるの
で、上記の長所をより有効に発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による撮像具の一部断面を含
む側面図。

【図２】図１の撮像具の部分拡大断面図。

【図３】本発明の第２の実施例による撮像具の部分構成
図。

【図４】本発明の第３の実施例による撮像具の部分構成
図。

【図５】本発明の第４の実施例による撮像具の部分構成
図。

【図６】他の例による像伝送体の断面図。

【符号の説明】

１撮像具２本体部３像伝送体ユニット５光源系ユニット７光ファイバ７ｂ光ファイバ束（単位束）１０撮像素子１０ｆ受光面１３結像用レンズ１９像伝送体１９ｉ射出端面３０像伝送体３１射出端面３３入射端面３５連続的径変化部４０光伝送体４１第１端面４３第２端面４５連続的径変化部Ｍ観察物Ｌ照明光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観察物の像を取り込むための細長い像伝
送体を備えると共に、観察物を照明するための照明系を
備えてなり、その照明系は、光源系にて与えられる照明
光を像伝送体の射出端面から像伝送体に集光的に入射さ
せ、この像伝送体に入射した照明光を像伝送体中の伝搬
により観察物に照射するように形成されている観察装置
であって、発光源とこの発光源から照明光を導光する複
数の光ファイバとにより光源系を形成し且つ、複数の光
ファイバを適宜の本数で単位束とし、この各単位束の先
端を環状に配列する一方で、この単位束の環状配列に対
応させて集光用レンズを設け、この環状配列の集光用レ
ンズにて光ファイバよりの照明光を像伝送体の射出端面
の周縁部に環状に集光させるようにしたことを特徴とす
る観察装置。
【請求項２】観察物の像を取り込むための細長い像伝
送体を備えると共に、観察物を照明するための照明系を
備えてなり、その照明系は、光源系にて与えられる照明
光を像伝送体の射出端面から像伝送体に集光的に入射さ
せ、この像伝送体に入射した照明光を像伝送体中の伝搬
により観察物に照射するように形成されている観察装置
であって、細長い細径部とこの細径部の一端に一体的に
形成された大径部とを含むと共に、細径部と大径部の間
に、連続的に径が変化し且つこの径の連続的変化に対応
した屈折率分布状態の連続的変化を伴う連続的径変化部
を有してなる屈折率分布型の光伝送体を光源系に用い、
この光伝送体に大径部の端面から入射させた発光源より
の照明光を細径部の端面から像伝送体の射出端面に照射
するようにしたことを特徴とする観察装置。
【請求項３】像伝送体として、屈折率分布型の像伝送
体を用いた請求項１〜請求項２の何れかに記載の観察装
置。
【請求項４】屈折率分布型の像伝送体が、細長い細径
部とこの細径部の一端に一体的に形成された大径部とを
含むと共に、細径部と大径部の間に、連続的に径が変化
し且つこの径の連続的変化に対応した屈折率分布状態の
連続的変化を伴う連続的径変化部を有してなるものであ
る請求項３に記載の観察装置。