JPH11119118A - 内視鏡用光源光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明光源から射出された赤外線によってライ
トガイドの入射端面が焼損したり、フィルターが破損す
ることのない透過波長選択フィルターを有する内視鏡用
光源光学系を提供する。 【解決手段】 照明光源からライトガイドの入射端面４
までの間に少なくとも２以上の透過波長選択フィルター
２２，２３を配置し、この各フィルターにより７５０ｎ
ｍ以上の赤外線を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内視鏡の光源光学
系に関し、より詳細には、集光された照明光束を入射端
面に受け入れて出射端面に伝送するライトガイドを備え
た内視鏡用光源光学系において、照明光源から射出され
た可視光以外の光によってライトガイド以外の入射端面
が焼損したり、フィルターが破損することを防止するた
めのフィルターの改良に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の内視鏡用光源光学系は白色光を射
出する照明光源と、該照明光源から射出される白色光の
うちで赤外線を遮断する赤外線遮断フィルターと、前記
照明光源から射出された光をライトガイドの端面に集光
させる集光レンズと、明るさを調整する絞り機構と、前
記集光レンズで集光された光を入射端側に受け入れて出
射端側へ伝送するライトガイド等で構成されている。

【０００３】一般に、この種の内視鏡用光源光学系の照
明光源にはキセノンランプやハロゲンランプが用いられ
ることが多く、これらの光源ランプは、通常、反射鏡を
併有して一体化されており、かかる光源ランプの輝点が
反射鏡の焦点位置に配置されて、その反射光が概ね平行
光束になっている。照明光源から射出される光には可視
光以外の波長成分をもった光が含まれており、特に、キ
セノンランプでは７５０ｎｍ以上の赤外領域に属する光
を放射する割合が高い。照明光源から射出された光は集
光レンズでライトガイドの入射端面へ集光されるため、
ライトガイドの入射端面では、熱で入射端面が焼損して
しまうほど光エネルギーが凝集される。

【０００４】このため、ライトガイド入射端面の焼損を
防止するため、照明光源からライトガイドの入射端面ま
での光路上に赤外線を遮断するフィルターが配置されて
いる。照明光源から射出される光のうち、可視領域に属
する光のみが集光レンズでライトガイドの入射端面に集
光される場合でも、集光部すなわちライトガイドの入射
端面でのエネルギー量は相当なものになり、ライトガイ
ドの入射端面の温度は上昇する。このため、ライトガイ
ドの入射端面の焼損を確実に防止するためには、少なく
とも赤外領域に属する光はほぼ完全に遮断することが必
要である。

【０００５】赤外線遮断フィルターには、透明な基板に
多層干渉膜からなるコーティングが施され、その被覆面
は赤外線を反射し、それ以外の光を透過する特性を有す
る赤外線反射型フィルターと、赤外線を吸収する素材か
らなる赤外線吸収型フィルターとがある。赤外線吸収型
フィルターは一般的に図１に示すような分光透過率特性
を有しており、赤外領域に属する光の大部分を遮断する
ことができる点で優れている。しかし、赤外線吸収型フ
ィルターを単独で用いると、吸収した熱によって発生す
る熱膨張にフィルターの基板が耐えられずに破壊されて
しまうことがある。そのため、実開平３−５１４１１号
公報に記載されているように、照明光源と吸収フィルタ
ーとの間に反射フィルターを配置して、照明光源から射
出された光が最初に赤外線反射型フィルターに入射して
赤外領域光の一部を反射し、次いで、赤外線吸収型フィ
ルターで残存している赤外領域光を吸収するようにし
て、赤外線を分割的に遮断する方法が採用されている。
同公報に記載されている実施例によれば、赤外線反射型
フィルター及び赤外線吸収型フィルターの分光透過率特
性は図２の曲線Ａ及びＢに各々示される通りである。

【０００６】しかし、前記のような赤外線遮断フィルタ
ーの構成を採用した光源装置においても、比較的長時間
にわたり照明を行うと、ライトガイドの入射端面が焼損
してしまい、ライトガイドの出射端側から射出される照
明光量が極端に低下する。また、前記光源装置を長時間
使用していると、吸収フィルターに熱による変形や破壊
が起こる。照明光源にキセノンランプを用いた場合を例
にとって、ライトガイド入射端面の焼損及び赤外線吸収
型フィルターの破損が起こる原因を説明すると以下のよ
うになる。

【０００７】図３に一般的なキセノンランプの分光エネ
ルギー放射率特性曲線を示す。これによれば、キセノン
ランプは７５０ｎｍから１１００ｎｍの間の赤外領域に
属する光を放射する割合が非常に高い。一方、図２に示
した従来の光源装置の赤外線遮断フィルターの分光透過
率特性曲線によれば、照明光源の次に配置される赤外線
反射型フィルターは７５０ｎｍから８００ｎｍの波長の
光を大部分透過し、８００ｎｍから１１００ｎｍの波長
の光を最低でも１０％以上の透過率で透過し、長波長側
に移行するに従って透過量が増加する。また、赤外線反
射型フィルターのあとに配置される赤外線吸収型フィル
ターは９００ｎｍ以上の波長域に属する光を完全に吸収
するが、７００ｎｍから９００ｎｍの間の波長域に属す
る光は吸収しきれずにその一部が透過する。その結果、
照明光源から射出された７５０ｎｍから１１００ｎｍの
間の波長の光のうち、７５０ｎｍから９００ｎｍの光は
赤外線遮断フィルターで除去しきれずにライトガイド入
射端面に集光され、ライトガイド入射端面を焼損させる
原因になる。

【０００８】また、赤外線吸収型フィルターは赤外線反
射型フィルターで除去しきれない７００ｎｍ以上の波長
の赤外線をほとんど吸収し、自ら発熱する。一般に、発
熱体は自ら赤外線を放射することが知られているが、赤
外線吸収型フィルターは照明光源からの赤外線を吸収し
て発熱することにより、新たな赤外線放射源（以下、
「二次光源」と呼ぶ）となり、この二次光源から放射さ
れた赤外線は一部がライトガイド入射端面に集光され、
ライトガイド入射端面を焼損させる原因となる。

【０００９】赤外線吸収型フィルターが吸収する赤外線
の量が多ければ、それだけ発熱量が多くなり、二次光源
から放射される赤外線量も増加する。従って、ライトガ
イド入射端面の焼損を防止するためには、赤外線吸収型
フィルターが吸収する赤外線量を該赤外線吸収型フィル
ターよりも光源側に配置される赤外線反射型フィルター
で制御する必要がある。従来の赤外線反射型フィルター
では、図２に示すように、キセノンランプが高い割合で
放射する７５０ｎｍから１１００ｎｍの赤外線が十分に
遮断されていない。このため、赤外線吸収型フィルター
は上記波長範囲の赤外線を主に吸収して発熱し、二次光
源となり、ライトガイド入射端面焼損の原因となるだけ
の量の赤外線を自ら放射するようになる。この場合、赤
外線吸収型フィルターの表面温度は摂氏４００乃至４５
０度という高温になっており、赤外線吸収型フィルター
には熱膨張のための歪みが生じ、長期間使用後には、変
形や破壊に至る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
赤外線遮断フィルターの構成によれば、照明光源から発
せられる光のうち７５０ｎｍ以上の波長の光を十分に遮
断できず、特に、照明光源の最も近くに配置される赤外
線反射型フィルターの７５０ｎｍから１１００ｎｍの赤
外線の除去量が不十分であるため、ライトガイドの入射
端面が焼損したり、赤外線吸収型フィルターが破損して
しまうという問題があった。

【００１１】本発明は上記の問題点を解消するためにな
されたものであり、特に７５０ｎｍ以上の赤外線を除去
することにより、照明光源から射出された光によってラ
イトガイドの入射端面が焼損したり、フィルターが破損
することのない透過波長選択フィルターを有する内視鏡
用光源光学系を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による内視鏡用光源光学系は、照明光源から
発した光を集光レンズでライトガイドの入射端面に集光
させる内視鏡用光源光学系において、前記照明光源から
前記ライトガイドの入射端面までの間に少なくとも２以
上の透過波長選択フィルターが配置されており、前記少
なくとも２以上の透過波長選択フィルターは、前記照明
光源側から順に、７５０ｎｍ以上の赤外線の透過エネル
ギー量が次式で表される赤外線反射型フィルターと、回
転カラーフィルターとが配置されて構成されていること
を特徴とする。 但し、Ｒ（λ）は前記照明光源から射出される波長λの
光の分光エネルギー放射率、Ｔ（λ）は前記照明光源の
最も近くに配置される前記透過波長選択フィルターの波
長λに対する分光透過率、Ｐは前記照明光源に用いられ
るランプの消費電力であり、上式における積分は７５０
ｎｍ以上の波長λに対して行われる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係る内視鏡用光源光学系
によれば、照明光源からライトガイドの入射端面までの
間に少なくとも２以上の透過波長選択フィルターを配置
し、７５０ｎｍ以上の波長の光を除去することにより、
ライトガイドの入射端面の焼損を完全に防止することが
できる。すなわち、７５０ｎｍ以上の赤外領域に属する
光は透過波長選択フィルターで遮断され、ライトガイド
の入射端面には集光しないので、ライトガイドの入射端
面が高熱にさらされ、焼損することがない。また、透過
波長選択フィルターに４００ｎｍ以下の紫外領域の光も
遮断する特性を備えれば、ライトガイドのファイバ束を
接着する接着剤が紫外線を吸収するタイプのものであっ
ても、ライトガイドの入射端面が焼けることはない。

【００１４】さらに、照明光源の最も近くに配置される
フィルターに少なくとも７５０ｎｍから１１００ｎｍの
波長の光（赤外線）をほとんど遮断する特性を持たせて
いるので、透過波長選択フィルターが、照明光源側から
順に必要な波長域に属する光を透過し、不必要な波長域
に属する光を反射する特性を有する第一のフィルター
と、必要な波長域に属する光を透過し、不必要な波長域
に属する光を吸収する特性を有する第二のフィルターで
構成される場合には、第二のフィルターが上記波長範囲
の赤外線を吸収して発熱し、自らが新たな赤外線放射源
となって、ライトガイドの入射端面を焼損させることが
ない。また、第二のフィルターが発熱して高温となり、
熱膨張を起こして変形したり、破損するのが防止され
る。

【００１５】また、透過波長選択フィルターを必要な波
長域に属する光を透過し、不必要な波長域に属する光を
反射する特性を有するフィルターのみから構成すれば、
フィルターが赤外線を吸収して発熱することがなくなる
ため、フィルター自身が新たな赤外線放射源となってラ
イトガイドの入射端面を焼損させたり、熱膨張を起こし
て破損するということを防止することができる。

【００１６】内視鏡用光源装置の照明光源にはキセノン
ランプやハロゲンランプの他に多種類のランプが用いら
れるが、これらのランプから放射される光の分光エネル
ギー放射率分布には各々固有の特性がある。また、同種
類のランプでもランプの消費電力が異なれば、ランプか
ら放射される光の放射エネルギー量が異なる。そのた
め、透過波長選択フィルターを少なくとも２以上配置し
てなる本発明の内視鏡用光源光学系においては、透過波
長選択フィルターのうち照明光源の最も近くに配置され
るフィルターを透過する赤外線エネルギー量が次式を満
足していることが望ましい。 ・・・・・・(1)ここで、Ｒ（λ）は照明光源から射出される
波長λの光の分光エネルギー放射率、Ｔ（λ）は照明光
源の最も近くに配置される透過波長選択フィルターの波
長λに対する分光透過率、Ｐは照明光源に用いられるラ
ンプの消費電力値であり、上式における積分は７５０ｎ
ｍ以上の波長λに対して行われる。

【００１７】（１）式において、左辺の括弧中の分数の
分母は照明光源から射出される７５０ｎｍ以上の波長の
赤外線のエネルギー量に対応し、分子は照明光源の最も
近くに配置される透過波長選択フィルターを透過する７
５０ｎｍ以上の波長の赤外線のエネルギー量に対応す
る。従って、（１）式の左辺の括弧内の分数は照明光源
から射出される赤外線のエネルギー量に対する照明光源
の最も近くに配置される透過波長選択フィルターを透過
する赤外線のエネルギー量の比を表している。また、照
明光源に用いられるランプの消費電力値が異なれば、照
明光源から射出される赤外線のエネルギー量も異なる。
例えば、消費電力が３００Ｗのランプを用いた照明光源
から射出される赤外線のエネルギー量の方が消費電力１
５０Ｗのランプを用いた照明光源から射出される赤外線
のエネルギー量よりも多い。従って、（１）式の括弧内
の分数で表されるエネルギーの比が許容できる（１）式
の右辺の値は照明光源に用いられるランプの消費電力値
によって異なるため、（１）式の括弧内の分数に消費電
力値を乗じて、これを調整している。

【００１８】照明光源の最も近くに配置される透過波長
選択フィルターを透過する赤外線のエネルギー量が
（１）式を満たさない場合は、同フィルターの後方に配
置される別のフィルターに達する赤外線エネルギー量が
過大となって、当該フィルターが破損したり、あるい
は、当該フィルターが新たな赤外線放射源となり、ライ
トガイドの入射端面を焼損させる等の不具合が発生す
る。

【００１９】以下、本発明の実施例を示す。

【００２０】図４に本発明の第一実施例に係る内視鏡用
光源光学系の断面図を示す。本実施例における透過波長
選択フィルター１は、照明光源側から順に、透明なガラ
ス基板に多層干渉膜を蒸着して不必要な波長の光を反射
する特性をもたせた反射型フィルター２と、赤外線を吸
収する素材からつくられた吸収型フィルター３の二つの
フィルターから構成されている。図５（ａ）及び（ｂ）
に反射型フィルター２と吸収型フィルター３の各分光透
過率特性曲線を示す。照明光源から射出された光のう
ち、反射型フィルター２によって４００ｎｍ以下の波長
の光（紫外線）と７５０ｎｍから１１００ｎｍの波長の
光（赤外線）が除去される。次いで、吸収型フィルター
３によって、１１００ｎｍ以上の波長の光（赤外線）が
除去される。このように、反射型フィルター２と吸収型
フィルター３とで分担して紫外線と赤外線とを除去した
ことにより、ライトガイドの入射端面４には可視域の光
のみが集光されることになる。照明光源の最も近くに配
置される反射型フィルター２により７５０ｎｍから１１
００ｎｍの波長の光（赤外線）を除去したので、その後
方に配置されている吸収型フィルター３が上記波長範囲
の赤外線を吸収して発熱し、自ら新たな赤外線放射源と
なり、ライトガイドの入射端面４を焼損させる原因にな
り、あるいは、膨張により破損してしまうことがなくな
る。なお、透過波長選択フィルター１とライトガイドの
入射端面４との間には集光レンズ５が配置されている。

【００２１】また、反射型フィルター２により４００ｎ
ｍ以下の紫外線も除去するようにしたので、ライトガイ
ドのファイバ束を接着する接着剤が紫外線を吸収するタ
イプのものであってもライトガイドの入射端面が焼損す
ることがない。なお、本実施例においては、反射型フィ
ルター２側で４００ｎｍ以下の紫外線を除去するように
したが、吸収型フィルター３に４００ｎｍ以下の紫外線
を反射する特性を有する多層干渉膜を蒸着してもよい。

【００２２】本実施例では、照明光源として消費電力が
３００Ｗのキセノンランプを用いた。この場合、反射型
フィルター２を透過する７５０ｎｍ以上の赤外線のエネ
ルギー量を規定する（１）式の左辺の値は２４．２とな
り、（１）式を満たしている。

【００２３】図６に本発明の第二実施例に係る内視鏡用
光源光学系の断面図を示す。本実施例における透過波長
選択フィルター１１は、透明なガラス基板に多層干渉膜
を蒸着して不必要な波長の光を反射する特性をもたせた
反射型フィルターを２枚組み合わせて構成されている。
２枚の反射型フィルターのうち、照明光源の最も近くに
配置される第一の反射型フィルター１２には図５（ａ）
に示される分光透過率特性を有する反射型フィルターを
用い、もう一方の第二の反射型フィルター１３には図７
に示される分光透過率特性を有する反射型フィルターを
用いた。照明光源から射出された光は第一の反射型フィ
ルター１２によって４００ｎｍ以下の波長の光（紫外
線）と７５０ｎｍと１１００ｎｍの波長の光（赤外線）
が除去される。次いで、第二の反射型フィルター１３に
よって１１００ｎｍ以上の波長の光（赤外線）が除去さ
れることにより、ライトガイドの入射端面４には可視域
の光のみが集光されることになる。なお、透過波長選択
フィルター１１とライトガイドの入射端面４との間には
集光レンズ５が配置されている。

【００２４】このように、第一の反射型フィルター１２
の後方に配置される第二のフィルターに反射型フィルタ
ーを用いたことにより、フィルターが赤外線を吸収して
発熱することがなくなるため、フィルター自身が新たな
赤外線放射源となってライトガイドの入射端面を焼損さ
せたり、熱膨張を起こして破損する不具合を完全に除去
することができる。本実施例では、照明光源として消費
電力が３００Ｗのキセノンランプが用いられ、照明光源
から放射される赤外線を第一の反射型フィルター１２と
第二の反射型フィルター１３とが各々分担して除去して
おり、第一の反射型フィルター１２は７５０ｎｍ以上の
赤外線のエネルギー透過量を規定する（１）式を満足し
ている。第一の反射型フィルター１２が（１）式を満た
さない場合、第一の反射型フィルター１２を透過する赤
外線のエネルギー量が増加して第二の反射型フィルター
１３にかかる赤外線の負荷が大きくなる。このため、第
二の反射型フィルター１３は赤外線除去機能を上げなけ
ればならないが、そのためには、透明なガラス基板に蒸
着する多層干渉膜の層数をさらに多くする必要があり、
この結果、干渉膜が多層になりすぎて膜強度が極端に劣
化し、熱的影響を受けやすくなるため、赤外線の負荷に
よって、この多層干渉膜が破壊されてしまうという不具
合が起こる。従って、本実施例のように、透過波長選択
フィルターを反射型フィルターのみで構成する場合に
も、照明光源の最も近くに配置される第一の反射型フィ
ルター１２は（１）式を満たすことが望ましい。

【００２５】なお、本実施例では、第一の反射型フィル
ター１２側で４００ｎｍ以下の紫外線を除去するように
したが、第二の反射型フィルター１３側で除去するよう
にしてもよい。

【００２６】図８に本発明の第三実施例に係る内視鏡用
光源光学系の断面図を示す。本実施例における透過波長
選択フィルター２１は、照明光源側から順に、透明なガ
ラス基板に多層干渉膜を蒸着して不必要な波長の光を反
射する特性をもたせた反射型フィルター２２と、透明な
ガラス基板に多層干渉膜を蒸着して赤、青、緑の三色に
ついて各々の色の波長域に属する光のみを透過し、それ
以外の波長の光を反射する特性をもたせた色分離フィル
ターを同一の円板の円周上に配置した回転カラーフィル
ター２３とから構成されている。反射型フィルター２２
は、第一及び第二実施例と同様に、図５（ａ）に示した
分光透過率特性を有するフィルターを用いたので、照明
光源から射出された光は反射型フィルター２２によって
４００ｎｍ以下の波長の光（紫外線）と７５０ｎｍから
１１００ｎｍの波長の光（赤外線）が除去される。次い
で、図９に示される分光透過率特性を有する色分離フィ
ルターで構成される回転カラーフィルター２３によっ
て、赤、青、緑の三色に時分割されるが、１１００ｎｍ
以上の波長の光（赤外線）はほとんど除去できていない
ため、ライトガイドの入射端面４にはこれら三色の光が
時分割されて集光される他に、１１００ｎｍ以上の波長
の赤外線が常に集光されることになる。なお、透過波長
選択フィルター２１とライトガイドの入射端面４との間
には集光レンズ５が配置されている。

【００２７】しかし、ライトガイドの入射端面４上での
可視光のエネルギーは可視光が三色に時分割されたため
にほぼ１／３になっており、このため、ライトガイドの
入射端面４の可視光による温度上昇は三色の光が一度に
入射する場合に比べてかなり抑えられている。従って、
多少の赤外線が入射してライトガイドの入射端面４の温
度上昇に寄与しても、ライトガイドの入射端面４を焼損
するまでには至らない。

【００２８】加えて、反射型フィルター２２は（１）式
を満足しており、照明光源から射出される赤外線の多く
は反射型フィルター２２で除去されている。従って、反
射型フィルター２２を透過した１１００ｎｍ以上の波長
の残存赤外線が回転カラーフィルター２３を透過した後
にライトガイドの入射端面４に集光されても、ライトガ
イドの入射端面４が焼損することはない。

【００２９】本実施例のように、透過波長選択フィルタ
ーが反射型フィルターと回転カラーフィルターの組合せ
で構成され、実質的には、赤外線の除去が反射型フィル
ターでしか行われない場合でも、反射型フィルターを透
過する赤外線のエネルギー量を（１）式によって規定す
ることでライトガイドの入射端面の焼損のない光源光学
系を実現することができる。なお、本実施例では、照明
光源として消費電力が３００Ｗのキセノンランプを用い
た。

【００３０】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明は、照明
光源から発した光を集光レンズでライトガイドの入射端
面に集光させる内視鏡の光源光学系において、照明光源
からライトガイドの入射端面までの間に少なくとも２以
上の透過波長選択フィルターを配置して７５０ｎｍ以上
の波長の光を除去し、また、透過波長選択フィルターの
うち、照明光源の最も近くに配置されるフィルターの透
過する赤外線エネルギー量を規定することでライトガイ
ドの入射端面が焼損したり、フィルターが破損すること
を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な赤外線吸収型フィルターの分光透過率
特性曲線を示す。

【図２】曲線Ａは赤外線反射型フィルターの分光透過率
特性を示し、曲線Ｂは赤外線吸収型フィルターの分光透
過率特性を示す。

【図３】一般的なキセノンランプの分光エネルギー放射
率特性曲線を示す。

【図４】本発明の第一実施例に係る内視鏡用光源光学系
の断面図である。

【図５】第一実施例の反射型フィルターの分光透過率特
性曲線（ａ）及び吸収型フィルターの分光透過率特性曲
線（ｂ）を示す。

【図６】本発明の第二実施例に係る内視鏡用光源光学系
の断面図である。

【図７】第二実施例の第二の反射型フィルターの分光透
過率特性曲線を示す。

【図８】本発明の第三実施例に係る内視鏡用光源光学系
の断面図である。

【図９】第三実施例の回転カラーフィルターを構成する
各色分離フィルターの分光透過率特性曲線を示す。

【符号の説明】

１ 透過波長選択フィルター ２ 反射型フィルター ３ 吸収型フィルター ４ 入射端面 ５ 集光レンズ １１ 透過波長選択フィルター １２ 第一の反射型フィルター １３ 第二の反射型フィルター ２１ 透過波長選択フィルター ２２ 反射型フィルター ２３ 回転カラーフィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富岡 誠 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光源から発した光を集光レンズでラ
   イトガイドの入射端面に集光させる内視鏡用光源光学系
   において、 前記照明光源から前記ライトガイドの入射端面までの間
   に少なくとも２以上の透過波長選択フィルターが配置さ
   れており、前記少なくとも２以上の透過波長選択フィル
   ターは、前記照明光源側から順に、７５０ｎｍ以上の赤
   外線の透過エネルギー量が次式で表される赤外線反射型
   フィルターと、回転カラーフィルターとが配置されて構
   成されていることを特徴とする内視鏡用光源光学系。 但し、Ｒ（λ）は前記照明光源から射出される波長λの
   光の分光エネルギー放射率、Ｔ（λ）は前記照明光源の
   最も近くに配置される前記透過波長選択フィルターの波
   長λに対する分光透過率、Ｐは前記照明光源に用いられ
   るランプの消費電力であり、上式における積分は７５０
   ｎｍ以上の波長λに対して行われる。