JPH0746901Y2 - 内視鏡用照明光学系 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、軟性鏡，硬性鏡，電子スコープ等の内視鏡に
用いられる照明光学系に関するものである。

〔従来技術〕

一般に内視鏡観察は、光のとどかない孔内にて行なわれ
ている。その観察方法としては、まず観察範囲全域を見
て観察部位を定めその後に観察部位に近接させて細かい
観察を行なうのが一般的である。しかし、近年内視鏡は
様々なニーズに答えるべく医療用では３〜4m程、工業用
では数十ｍもの長さに及ぶ内視鏡すら存在する。それに
伴ないライトガイドとして用いられる光源光を伝送する
ファイバーバンドル自体の長さも長くなってしまうが、
一般にファイバーバンドルの光の伝送効率は単位ｍ当た
り70％〜95％程で長さが長くなれば長くなる程照明光量
は低下するという問題をかかえている。また、気管や血
管等たいへん細い孔を観察するための極細径の内視鏡
は、全体の径を細くするためにライトガイドに用いられ
るファイバーバンドルの総数もたいへん少なく太径のも
のと比べ同じ光源を用いても照明光量は著しく低下して
しまう。これらの理由から照明光の明るさが低下してし
まうと近接物点の観察には何ら問題はないが、観察範囲
全域を一度に見るための遠距離観察が行なえるだけの光
量が確保できなくなってしまう。そのため、内視鏡を孔
内に差し込んだ後狭い近接視野範囲をまんべんなく移動
させて広い観察範囲全域を探りながら観察せざるをえな
くなりたいへん時間がかかってしまう。特に医療用内視
鏡に関しては、なるべく短時間で観察を行ない患者にあ
たえる苦痛をできる限り少なくすることが望まれている
為、初めに観察範囲全域を一度に見わたし患部がどのあ
たりにあるのか見当を付けてから近接観察ができないこ
とは致命的な問題といえる。さらに目視では、可能であ
った観察も写真撮影や電子スコープによるテレビ画像の
観察においては人間の眼ほど感光能力の優れた受光素子
が無いことから光量不足となり撮像が不可能になるとい
う問題もあった。

この問題を解決するためには内視鏡に用いられる光源の
出力を高くすればするほど良い。

しかし、光源から放射される光には物体を観察するため
に必要な可視領域の光以外に赤外領域の光（熱線）も多
く含まれている。その為、光源の光が集光するライトガ
イドの繊維端面が熱によって焼けてしまいライトガイド
として使用できなくなってしまうという問題があった。

それを解決する手段として、例えば特開昭57-5020号公
報に記載されているように光源とライトガイドとの間に
赤外線吸収フィルターを設け、ライトガイドに可視領域
よりも長波長側の光が入射しないようにして繊維端面の
焼けを防止していた。また照明を長時間行なう場合、赤
外線吸収フィルター１枚では吸収した熱によって発生す
る熱膨張に透明基板自体がたえられずに破壊されてしま
う。その為、例えば特開昭63-109410号公報に記載され
ているように複数の赤外線吸収フィルターを用いて赤外
領域の光を分割して吸収させて個々の赤外線吸収フィル
ターにかかる負荷を極力低下させる方法や、赤外線吸収
フィルターの入射面に赤外線反射コーティングを行ない
赤外線吸収フィルターに吸収される熱量を減少させ赤外
線吸収フィルターの破壊を防止していた。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかし、従来用いられていた線膨張係数70前後の赤外線
吸収フィルターでは、上記問題を解決できるだけの高い
出力を持った光源を使用すると赤外線吸収フィルターの
入射面が短時間で数百度にまで上昇してしまうため、入
射面と射出面もしくは中心部と周辺部とで急激な温度差
が生じフィルターの割れやカケもしくは赤外線反射コー
ティングのはがれ等の破壊が生じライトガイドの繊維端
面が焼けてしまうという問題があった。

本考案は、以上の課題に鑑み成されたものであり、高出
力の光源を用いても赤外領域の光をカットするフィルタ
ーが破壊されず、ライトガイドの繊維端面の焼けによる
ライトガイドの破壊の心配のない内視鏡照明光学系を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は上記課題を解決する手段として、同一光軸上に
可視及び赤外域の成分を含む白色光を射出する照明光源
と、上記白色光の有する波長領域の内赤外領域の光をカ
ットする赤外線カットフィルターと、該赤外線カットフ
ィルターを通過した光束を集光する集光レンズと、該集
光レンズで集光された光束を物点まで伝送するためのラ
イトガイドとを備えた内視鏡用照明光学系において、 上記赤外線カットフィルターが少なくとも透明な基板に
赤外線反射コーティングのなされた赤外線反射フィルタ
ーと赤外領域の光を吸収する赤外線吸収フィルターとか
ら成り上記赤外線反射フィルターが最も照明光源に近く
配設した構成とした。次に本考案の別の態様として、同
一光軸上に白色光を射出する照明光源と、上記白色光の
有する波長領域の内赤外領域の光をカットする赤外線カ
ットフィルターと、該赤外線カットフィルターを通過し
た光束を集光する集光レンズと、該集光レンズで集光さ
れた光束を物点まで伝送するためのライトガイドとを備
えた内視鏡照明光学系において、 上記赤外線カットフィルターの一部が常に上記光軸を横
切ると共に、上記赤外線カットフィルターへの上記光軸
の入射位置が変化するよう移動自在に設けられている構
成とした。

〔作用〕

本考案においては、光源から射出された光がまず初めに
赤外線反射フィルターに入射して、赤外領域の光の一部
を反射し、残りの赤外領域の光と可視領域以短の光を透
過する。その際赤外線反射フィルターは、熱の吸収の非
常に少ない透明な基板に赤外線反射コーティングをほど
こしたものなので、フィルター自体が加熱され破壊され
ずにすむ。次にこの赤外線反射フィルターを透過した光
は赤外線吸収フィルターに入射する。入射した光のうち
赤外領域の光は、赤外線吸収フィルターによって吸収さ
れ、可視領域以短の光は透過され集光レンズによってラ
イトガイドの繊維端面に集光される。以上のように光源
から射出された光のうち高熱成分である赤外領域の光は
赤外線反射フィルターと赤外線吸収フィルターによって
分割的にカットされることから１枚のフィルターに熱が
集中し、その負荷によって破壊が生ずるということが起
こらずにすむ。

また、本考案の別の態様においては、光源から射出され
る光は、まず初めに赤外線カットフィルターに入射す
る。その赤外線カットフィルターは常に光軸を横切る形
で移動する為、熱が一個所に集中することなくフィルタ
ーは常に空冷作用を受ける形となる。その赤外線カット
フィルターによって入射した光のうち赤外領域の光は反
射もしくは吸収によってカットされ、可視領域以短の光
が透過し集光レンズによってライトガイドの繊維端面に
集光される。

さらに、上記構成において、赤外線カットフィルターに
使用する透明基板の材質を線膨張係数50以下の耐熱ガラ
スとすることで、超高熱光束が入射してしまい、透明で
吸収率が少ないといえども若干の温度上昇が生じフィル
ターに歪みの生ずる可能性が生じた時でも線膨張係数が
低いためフィルター自体が破壊されるほど大きな歪みに
ならずにすむので好ましい。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づき上記従来例と同一の部材
には同一の符号を付して本考案を詳細に説明する。

第１図及び第２図は本考案の第１実施例を示すものであ
り、第１図は照明係の概略構成、第２図は分光透過率を
示している。その構成を以下に示す。光源３はキセノン
ランプ１とその周囲を半分近くおおうように配設された
反射鏡２とにより構成されている。この光源３に対向し
て同一光軸４上に赤外線反射フィルター５、赤外線吸収
フィルター６、が順次配列され更にその後方に集光レン
ズ７及びライトガイド８が配置されている。ここで赤外
線反射フィルター５は線膨張係数50以下の透明なガラス
基板にコーティングしたもので第２図の曲線９で示すよ
うな分光透過率特性を有している。一方赤外線吸収フィ
ルター６は第２図の曲線10に示すような分光透過率特性
を有している。上記赤外線反射フィルター５と赤外線吸
収フィルター６とから成る赤外線カットフィルターの分
光透過率特性は第２図の曲線11に示すような可視領域の
光を透過することとなる。光源３から発せられた光は上
記赤外線反射フィルター５と上記赤外線吸収フィルター
６とを通過して上記可視領域の光となって集光レンズ７
に入射する。そして集光レンズ７を通過した光はライト
ガイド８の繊維端面に集光される。ここで赤外線反射フ
ィルター５のガラス基板は線膨張係数が50以下の耐熱ガ
ラスを用いている為、高熱を発する光源３の近傍に配置
されても従来のような表面と内部あるいは中心部と周辺
部との膨張量の違いによる割れやカケ及び赤外線反射コ
ーティングのはがれ等の破壊が生じない。また赤外線吸
収フィルター６についても光源側に設けられた赤外線反
射フィルター５によって赤外領域の光が除去されている
為、急激な温度変化がなくなり線膨張係数がそれほど小
さくなくても割れ等による破壊が生ずる心配がなくな
る。

第３図は本考案の第２実施例を示すものである。光源
３、赤外線反射フィルター５、集光レンズ７、ライトガ
イド８、の構成は第１図に示した第１実施例と同様であ
る。赤外線吸収フィルター６も第１実施例同様赤外線反
射フィルター５と集光レンズ７の間で光軸４に垂直に配
設されているが、その形状が第１実施例と異なっており
光軸４を含む平面を境として上下２つに分割した赤外線
吸収フィルター6_Aと6_Bとを分割面12を互いに空気層が入
らないように密接させた構成をしている。このように赤
外線吸収フィルター６を6_Aと6_Bとに分割することにより
赤外線吸収フィルター６に入射する赤外線の量が多くな
りすぎて発熱してしまい膨張が生じたとしても分割面12
によってその力を逃がしてやることができるためフィル
ターの割れ等の破壊を防止する効果が上ずる。また、赤
外線反射フィルター５を分割する構成をとっても同様の
効果が得られる。

猶、本実施例では光軸を含む分割面12が１つであった
が、特に光軸を含む必要はない。また分割面を複数設け
てやれば膨張により加わる歪みをよりたくさん逃がすこ
とができるので好ましい。

第４図は本考案の第３実施例を示すものである。赤外線
吸収フィルター６以外の構成は第１図に示した第１実施
例と同様である。赤外線吸収フィルター６の代りに、赤
外線反射フィルター５と集光レンズ７の間に光軸４に対
し垂直に２枚の赤外線吸収フィルター6_Cと6_Dとが配設さ
れており、光源側に第５図に示すように波長400nmから1
200nmまでの光を透過する分光特性を有したフィルター6
_Cが集光レンズ７側に第５図に示すように波長400nmから
900nmまでの光を透過する分光特性を有したフィルター6
_Dが各々配設されている。この構成により赤外線反射フ
ィルター５を通過した光のうち波長1200nm以上の赤外領
域の光はフィルター6_Cで吸収させ、波長900nm〜1200nm
の赤外領域の光はフィルター6_Dで吸収させるというよう
に吸収する赤外領域の光を波長ごとに分割してやること
により赤外線吸収フィルター６に加わる熱量を分割して
やり急激な熱膨張による破壊を防ぐことができる。ま
た、本実施例では赤外線吸収フィルターを6_Cと6_Dの２枚
に設けたが光源側から徐々に長波長領域の光を吸収する
ように多数の赤外線吸収フィルターを設けてやれば極端
に出力の高い光源を用いても個々の赤外線吸収フィルタ
ーに加わる熱量は分割されるため破壊の心配がなくな
る。

第６図は本考案の第４実施例を示すものである。キセノ
ンランプ３、集光レンズ７、ライトガイド８の構成は第
１実施例と同様であり、光源３と集光レンズ７の間に光
軸４に対し垂直にフィルターが３枚配設されている。そ
のフィルターは、光源側から順に赤外線反射フィルター
5_Aと、第７図に示すような分光透過率特性を有した赤外
線吸収フィルター６と、赤外線反射フィルター5_Bとから
成り２枚の赤外線反射フィルター間に１枚の赤外線吸収
フィルターがはさまれる構成となっている。この構成に
より第３実施例と同様の概念で赤外線反射フィルター５
を5_A,5_Bの２枚に分けた時にそのフィルター5_A,5_B間で生
ずるくり返し反射して徐々にフィルターを透過してしま
う余分な光線を減衰させることができる。即ち、任意の
波長で反射率がＲのフィルターを２枚重ねて配置した場
合、１枚目の反射フィルター5_Aを透過する光の透過率は
（１−Ｒ）となる２枚目の反射フィルター5_Bの反射率が
Ｒ（１−Ｒ）、透過率は１−（１−Ｒ）Ｒとなる。しか
し、第８図に示すように反射フィルター5_A,5_B間でくり
返し反射が生じている為、実際には透過率Ｔは以下に示
す式（１）のような式で表わされる。

このように１度反射フィルターで反射させた赤外領域の
光が再び入射して来てしまうので、赤外線反射フィルタ
ーの性能をうわまわる量の赤外光が透過してしまってい
た。そこで本実施例のような構成を用いれば、くり返し
反射され徐々に透過して来る光線を効果的に除去するこ
とができる。

猶、赤外線反射フィルター5_A,5_Bの間に入れる赤外線吸
収フィルターは複数でも良いし、赤外線反射フィルター
を２枚以上にしてその１部に吸収フィルターを入れても
良い。しかし、赤外領域の光をカットする効果を最も高
めたい場合はやはり多数の赤外線反射フィルター間全て
に赤外線吸収フィルターを少なくとも１枚配設した方が
良い。

第９図は本考案の第５実施例を示すものである。構成は
第１図に示した第１実施例の赤外線吸収フィルター６の
入射面に導伝性の高い金属線を網目上に構成したメッシ
ュフィルター13を貼り合わせた赤外線吸収フィルター
６′を配設したものである。このような構成によって第
１実施例の作用効果に加え赤外線吸収フィルター表面の
放熱効果を高めることにより熱膨張による破壊をより確
実に防止する働きをしている。またこのメッシュフィル
ター13の貼り合わされた赤外線吸収フィルター６′と赤
外線吸収フィルター６とを挿脱自在に設けておけば、メ
ッシュフィルター13によって遮断される光量分光源光量
調節を段階的に行なうことができるようになる。

猶、赤外線反射フィルター５にメッシュフィルター13を
貼り合わせても同様の効果か得られる。またメッシュフ
ィルター13は特にフィルターの入射面に貼り合わせなく
とも良く、フィルターの射出面でもフィルター内部に埋
め込んだものでもかまわない。

第10図は本考案の第６実施例である。光源３、赤外線反
射フィルター５、集光レンズ７、ライトガイド８の構成
は第１図に示す第１実施例と同様である。赤外線吸収フ
ィルター６″は、赤外線反射フィルター５と集光レンズ
７との間で光源３から射出される光束幅よりも離れた位
置にある光軸４と平行な回転軸14と、光軸４とを直行す
る面内に配設されている。その形状は、回転軸14を回転
中心とした円板状でその円板内に常に光源３から射出さ
れ光軸４を中心とする光束が含まれるような径を有して
いる。その構成から常に赤外線吸収フィルター６″の円
板の一部で光源３から射出された光束が入射するような
作用を有する。この構成により赤外線反射フィルター５
を通過した光束は常に赤外線吸収フィルター６″の回転
軸14上の回転中心と円周線との間、光束の入射する範囲
内で赤外領域の光を吸収しているがその範囲は赤外線吸
収フィルター６″が回転していることから常に移動しつ
づけている。よって高出力の光源を用いたとしても赤外
線吸収フィルターが常に空冷されている状態となってい
るので急激な温度上昇は起こらない。よって熱膨張等の
歪みによるフィルターの破壊の心配はなくなる。

猶、赤外線反射フィルター５を同様の構成としても良好
な効果が得られることは言うまでもない。

次に本考案の第７実施例を示す。この例はいわゆる面順
次カラー方式を採用した内視鏡の照明系として好適なも
のである。その構成は、第10図に示した第６実施例と同
様であるが、赤外線吸収フィルター６″の代わりに赤外
線吸収フィルターを兼ねた三色分解フィルターが設けら
れている点が異なるところである。このフィルターは、
第11図に示すように回転軸14を中心とした扇型の３原色
フィルターR,G,Bの３枚のフィルターが回転軸14を中心
に点対称となるように赤外線吸収フィルター６″に貼り
合わされている。この構成によって、イメージガイドに
CCDを用いた電子スコープにおける面順次カラー方式と
赤外領域の光の吸収とを同時に行なえ、しかも第６実施
例同様常に回転しているために熱膨張による破壊の心配
等が必要なくなると共に、電子スコープの面順次カラー
方式においては赤外線カットフィルターとR,G,Bの各フ
ィルターを貼り合わせることで光学系を小さくでき、コ
ストも低減させることができる。

また、赤外線反射フィルターを無くしその代わりに赤外
線吸収フィルターの光源側の面に赤外線反射コーティン
グを施こし、裏面にR,G,Bの干渉コーティングを施こす
ことにより、コンパクト性およびコストの面でより好適
である。

その他、電子スコープの画像読み出しタイミングに周期
を合わせて回転フィルターでチョッパーをかけ、静止画
時の画像のブレを防ぐ高速メカシャッターの役目をする
回転フィルターに赤外線反射コート付き赤外線吸収フィ
ルターを配設し上記効果を得ることも考えられる。

以上各実施例の赤外線カットフィルターの形状は四角形
等色々な形が考えられるがフィルター形状を円形にする
と中心から端にかけてフィルター表面の温度勾配が全周
にわたって等しくなる為、四角形などの形状に比べて歪
みによる影響が受けにくく割れ防止の効果がある。また
円型フィルターの外径を光源からの光束径と同径にする
ことで光の当たる所と当たらない所との温度の違いによ
る熱膨張量の差がなくなる為さらにその効果を高めるこ
とができる。

上記の他に第12図及び第第13図に示すような構成も考え
られる。第12図において、赤外線カットフィルター15は
赤外領域を広い範囲にわたって除去できる赤外線反射フ
ィルターであり、第13図に示すような分光透過率特性を
有している。これは光源３の分光放射強度が近赤外より
長波長側でほぼ０になるようなものの場合等赤外線吸収
フィルターを省略してもライトガイド８の端面に悪い影
響が少ない場合に効果がある。また、第１実施例におい
て赤外線反射フィルター５の代わりに本実施例で用いて
いる赤外線反射フィルター15を代用して赤外線吸収フィ
ルターの近赤外領域の吸収率を小さくすることも十分可
能である。

〔考案の効果〕 以上のように本考案による内視鏡照明光学系は非常に熱
量の高い光源を用いても赤外線反射フィルターや赤外線
吸収フィルターのような赤外領域の光をカットするフィ
ルターの破壊によりライトガイドの繊維端面の焼け等が
発生しない為、高出力光源を使用することができるとい
う実用上重要な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例による照明光学系の構成を
示す断面図、第２図は本考案の第１実施例に示す赤外線
反射フィルター５と赤外線吸収フィルター６の分光透過
特性を示す曲線図、第３図は本考案の第２実施例による
照明光学系の構成を示す断面図、第４図は本考案の第３
実施例による照明光学系の構成を示す断面図、第５図は
本考案の第３実施例の照明光学系に示した赤外線吸収フ
ィルター6_Cと6_Dの分光透過特性を示す曲線図、第６図は
本考案の第４実施例による照明光学系の構成を示す断面
図、第７図は本考案の第４実施例に示した吸収フィルタ
ー６の分光透過特性を示す曲線図、第８図は本考案の第
４実施例に示した２枚の赤外線反射フィルター間に生ず
るくり返し反射の構成を示す原理図、第９図は本考案の
第５実施例による照明光学系の構成を示した断面図、第
10図は本考案の第６実施例による照明光学系の構成を示
す断面図、第11図は本考案の第７実施例による照明光学
系に用いられる赤外線吸収フィルターの構成を示す正面
図、第12図は本考案の他の実施例の照明光学系を示す断
面図、第13図は本考案の他の実施例に示した赤外線カッ
トフィルターの分光透過特性を示す曲線図である。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】同一光軸上に可視及び赤外域の成分を含む
   白色光を射出する照明光源と、上記白色光の有する波長
   領域の内赤外領域の光をカットする赤外線カットフィル
   ターと、該赤外線カットフィルターを通過した光束を集
   光する集光レンズと、該集光レンズで集光された光束を
   物点まで伝送するためのライトガイドとを備えた内視鏡
   用照明光学系において、 上記赤外線カットフィルターが少なくとも透明な基板に
   赤外線反射コーティングのなされた赤外線反射フィルタ
   ーと赤外領域の光を吸収する赤外線吸収フィルターとか
   ら成り上記赤外線反射フィルターが最も照明光源に近く
   配設されたことを特徴とする内視鏡用照明光学系。
2. 【請求項２】同一光軸上に白色光を射出する照明光源
   と、上記白色光の有する波長領域の内赤外領域の光をカ
   ットする赤外線カットフィルターと、該赤外線カットフ
   ィルターを通過した光束を集光する集光レンズと、該集
   光レンズで集光された光束を物点まで伝送するためのラ
   イトガイドとを備えた内視鏡照明光学系において、 上記赤外線カットフィルターの一部が常に上記光軸を横
   切ると共に、上記赤外線カットフィルターへの上記光軸
   の入射位置が変化するよう移動自在に設けられているこ
   とを特徴とする内視鏡用照明光学系。