JPWO2020141568A1 - 内視鏡装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態に係る内視鏡装置1は、図1に示されるように、照明光Lを被写体S上で走査する走査型の内視鏡装置である。内視鏡装置1は、先端部2aおよび基端部2bを有する長尺の挿入部2と、光源7からの照明光Lを先端部2aに向かって導光する導光光学系3と、先端部2aに配置され導光光学系3によって導光された照明光Lを被写体Sに照射する照明光学系4と、先端部2aから基端部2bに向かって延び被写体Sからの観察光L’を受光し観察光L’を導光する光導波路5と、光導波路5によって導光された観察光L’を検出する光検出部6と、を備えている。
光ファイバ3aは、挿入部2内に配置され、挿入部2の長手方向に沿って延びている。光ファイバ3aの基端は、挿入部2の外部に配置されたレーザ光源7に接続され、レーザ光源7から出力されたレーザ光が照明光Lとして光ファイバ3aの基端に入力される。
導光光学系3として、ガルバノミラーによって照明光Lを走査する方式を採用してもよい。
テーパ部5aは、先端側に向かうにつれて球状レンズ4a,4bの光軸Aに次第に近付く方向に傾いている。また、通常の内視鏡の設計において、挿入部2の直径に比べて、挿入部2の先端(光導波路5の先端)から被写体Sまでの観察距離は十分に大きい。したがって、図3Aに示されるように、径方向に相互に対向する2つの位置での光導波路5の受光範囲B1,B2を考えたときに、2つの受光範囲B1,B2は、挿入部2の先端の近傍で相互に交差し、被写体Sに近付くにつれて、光軸Aに直交する径方向に相互に離れていく。一方、図3Bに示されるように、光導波路5’の2つの受光範囲B1,B2は、相互に平行である。
このように、テーパ部5aが設けられていることによって、被写体S上での受光範囲が径方向に拡大され、光導波路5は、光導波路5’と比較して広角化される。
光検出部6によって検出された観察光L’の強度の情報は、画像処理装置(図示略)に送信される。画像処理装置は、走査軌跡上における照明光Lの位置と、観察光L’の強度とを相互に対応づけることによって、被写体Sの2次元画像を形成し、ディスプレイ(図示略)に画像を表示させる。
本実施形態に係る内視鏡装置1によれば、レーザ光源7から出力された照明光Lは、導光光学系3によって挿入部2内を基端部2bから先端部2aに向かって導光され、先端部2aの球状レンズ4a,4bによって広角化され、被写体Sに照射される。照明光Lは、スキャナ3bによって被写体S上で走査され、走査軌跡上の照明光Lの照射位置で観察光L’が発生する。観察光L’は、例えば、照明光Lの反射光、または、照明光Lによって励起された蛍光である。被写体Sで発生した観察光L’の一部は、光導波路5によって受光されて光検出部6まで導光され、光検出部6によって検出される。被写体S上の走査軌跡の各位置での観察光L’が光検出部6によって検出され、検出された観察光L’の強度に基づいて被写体Sの画像が形成される。
テーパ部5aの傾斜角度φ(>0)は、下式(1)を満たすことが好ましい。Dは、光導波路5の先端における直径である。すなわち、D/2は、光導波路5の先端と光軸Aとの間の距離である。Xは、光導波路5の先端から被写体Sまでの観察距離である。θNAは、光導波路5の片側受光角である。H1,H2は、被写体S上での観察光L’の受光範囲の半径を表している。傾斜角度φは、下式(1)を満たすように設計される。式(1)を満たすことによって、光導波路5’の受光範囲H2と比較して、光導波路5の受光範囲H1を拡大することができる。
図4Aおよび図4Bにおいて、受光範囲H1,H2は光線Rによって決定される。光線Rは、被写体Sから光導波路5に入射する光線の内、光軸Aに直交する径方向において最も外側の光線である。図4Aおよび図4Bに示される幾何学的関係から、H1およびH2は、それぞれ下記のように表される。
H1=X×tan(φ+θNA)−D/2 …(a)
H2=X×tanθNA+D/2 …(b)
テーパ部5aによる広角化の効果を得るための条件は、下式(c)の通りである。
H1>H2 …(c)
式(a),(b),(c)から、式(1)が導かれる。
すなわち、レーザ光源7からの照明光Lは、光導波路5の基端から先端に向かって導光され、光導波路5の先端から被写体Sに照射される。観察光L’は、挿入部2の先端の球状レンズ4aによって受光され、導光光学系によって挿入部2の基端部に向かって導光される。この場合の導光光学系は、例えば、複数のレンズの組み合わせである。光検出部6は、例えば、撮像素子であり、導光光学系によって導光された観察光L’を検出する。
この構成によれば、照明光学系は、テーパ部5aによって広角化され、受光光学系は、球状レンズ4a,4bによって広角化される。したがって、広い観察視野を観察することができる。
図5Aおよび図5Bの光導波路51は、球状レンズ4a,4bの周囲に全周にわたって均等に配列された複数本の光ファイバ5bから構成されている。図5Aおよび図5Bの光導波路51は、4本の光ファイバ5bから構成されている。光ファイバ5bの数は、3本以下または5本以上であってもよい。複数本の光ファイバ5bに代えて、複数本のファイバ形状の光導波路から光導波路51が構成されていてもよい。光導波路51によれば、光導波路5と同様に、観察光L’を空間的な偏りなく受光することができる。
各光ファイバ5bの先端部は、先端側に向かうにつれて光軸Aに近付く方向に傾いている。テーパ部51aは、複数本の光ファイバ5bの先端部から構成されている。
図7Aの例において、先端面5cは、光軸Aに垂直な平坦面である。このような先端面5cは、相互に固定された光導波路および球状レンズ4a,4bの組立体を先端側から研磨することによって形成される。したがって、球状レンズ4aの先端側の面も、光軸Aに垂直な平坦面であってもよい。
図7Bにおいて、スネルの法則から下式が成立する。
n×sinφ’=1×sinA …(d)
式(d)は、式(d’)に書き替えられる。
A=sin−1(n×sinφ’) (d’)
式(1)において、φをAに置き換えることによって、式(1’)が得られる。
式(1’)と式(d’)とから、式(3)が導かれる。
図8Cに示されるように、挿入部2が、円筒状の内被11をさらに備えていてもよい。内被11は、光導波路51と照明光学系41との間に配置され、光導波路51の照明光学系41側の内側面を覆う。内被11は、例えば、ステンレス鋼のような金属から形成されたパイプであり、遮光性および剛性を有する。照明光学系41と光導波路51とが、内被11によって相互に空間的に隔離される。したがって、照明光学系41から光導波路51に照明光Lが漏れ照明光Lが観察光L’に混入することを防止することができる。また、剛体の内被11によって、照明光学系41および光導波路51を安定的に支持することができる。内被11は、剛性を有しない、または剛性が低い遮光性のシート状の部材であってもよい。
外被81は、金属から形成され、剛性を有する。外被81は、長手軸に対して傾斜する先端面を有する中空針であってもよい。照明光学系41および光導波路51は、外被81内で長手方向に移動可能である。外被81の内周面と光導波路51の外側面との間の隙間を流体の通路として使用してもよい。
球状レンズのレンズ面上の接着剤は、屈折力の低下を招く。したがって、球状レンズが1つのみである場合、照明光学系の全体の大きな正の屈折力を確保するために、図10Aに示されるように、球状レンズ4aの先端側および基端側のレンズ面には、接着剤が設けられていないことが好ましい。
2 挿入部
2a 先端部
2b 基端部
8,81 外被
3 導光光学系
3a 光ファイバ
3b スキャナ
4 照明光学系
4a,4b 球状レンズ
4c 像伝送系、屈折率分布型レンズ(導光光学系)
5,51,52 光導波路
5a,51a,52a テーパ部
5b 光ファイバ
5c 先端面
6 光検出部
7 レーザ光源
9a,9b 接着剤
10 外枠
11 内被
L 照明光
L’ 観察光
A 球状レンズの光軸
A’ 光導波路の光軸
Claims (9)
- 先端部および基端部を有する長尺の挿入部と、
光源からの照明光を前記先端部に向かって導光する導光光学系と、
前記先端部に配置され、前記導光光学系によって導光された前記照明光を被写体に照射する球状レンズと、
前記先端部から前記基端部まで延び、前記被写体からの観察光を受光し該観察光を導光する光導波路と、
該光導波路によって導光された前記観察光を検出する光検出部とを備え、
前記先端部において、前記光導波路が、先端に向かうにつれて前記球状レンズの光軸に近付く方向に傾いている内視鏡装置。 - 前記光導波路は、前記球状レンズの光軸に直交する径方向において前記球状レンズの外側に配置され、前記球状レンズの光軸回りの周方向に全周に配置される請求項1に記載の内視鏡装置。
- 前記導光光学系が、屈折率分布型レンズを備え、該屈折率分布型レンズの先端面に前記球状レンズが固定され、
前記屈折率分布型レンズの先端または該屈折率分布型レンズを保持する外枠の先端が、前記光導波路の前記球状レンズ側の面に突き当たっている請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記挿入部が、該挿入部の最外周面を形成する筒状の剛性の外被を備え、
該外被が、前記光導波路の前記球状レンズとは反対側の外側面を覆う請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記外被は、前記光導波路の前記外側面上に該外側面の形状に沿って配置されている請求項4に記載の内視鏡装置。
- 前記挿入部が、前記光導波路の前記球状レンズ側の内側面を覆う遮光性の内被を備える請求項4に記載の内視鏡装置。
- 前記内被が、剛体である請求項6に記載の内視鏡装置。
- 前記光導波路の先端面が、前記光導波路の光軸に対して傾斜している請求項1に記載の内視鏡装置。
- 先端部および基端部を有する長尺の挿入部と、
前記先端部から前記基端部まで延び、光源からの照明光を前記先端部に向かって導光し被写体に照射する光導波路と、
前記先端部に配置され、前記被写体からの観察光を受光する球状レンズと、
該球状レンズによって受光された前記観察光を導光する導光光学系と、
該導光光学系によって導光された前記観察光を検出する光検出部とを備え、
前記先端部において、前記光導波路が、先端に向かうにつれて前記球状レンズの光軸に近付く方向に傾いている内視鏡装置。
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