WO2014185341A1 - 内視鏡の先端構造 - Google Patents

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WO2014185341A1
WO2014185341A1 PCT/JP2014/062428 JP2014062428W WO2014185341A1 WO 2014185341 A1 WO2014185341 A1 WO 2014185341A1 JP 2014062428 W JP2014062428 W JP 2014062428W WO 2014185341 A1 WO2014185341 A1 WO 2014185341A1
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optical system
illumination
endoscope
distal end
illumination light
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French (fr)
Inventor
純一 城野
岩坂　喜久男
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コニカミノルタ株式会社
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    • A61B1/06—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
    • A61B1/07—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements using light-conductive means, e.g. optical fibres
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
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    • G02B23/2407—Optical details
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    • G02B23/2407—Optical details
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    • G02B23/26—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes using light guides

Definitions

  • the present invention relates to a distal end structure of an endoscope for observing a living tissue inserted into a body.
  • Patent Documents 1-3 and Non-Patent Document 1 are given as examples of documents related to an endoscope.
  • the distal end structure of an endoscope includes a lens that forms an image of an object to be observed, and an imaging element such as a CCD (Charge Coupled Device, hereinafter the same) to which the image is input or an imaging fiber.
  • an imaging element such as a CCD (Charge Coupled Device, hereinafter the same) to which the image is input or an imaging fiber.
  • CCD Charge Coupled Device
  • I can take it.
  • the image signal converted into an electrical signal by the image sensor is guided outside the body by a transmission cable.
  • the imaging fiber the image is transmitted as it is through the imaging fiber and guided outside the body, and the image is displayed via the image processing device.
  • illumination is indispensable for an endoscope in order to image the inside of a lumen of a living body.
  • An image incident surface of the imaging optical system and an illumination light exit surface of the illumination optical system are disposed at the distal end portion of the endoscope.
  • the image incident surface of the imaging optical system is configured by an outer surface of a translucent member disposed on the most distal side (object side) of the imaging optical system such as an objective lens and a cover glass.
  • the illumination light exit surface of the illumination optical system is configured by the exit surface of the light emitting element, the exit end surface of the light guide fiber that guides the illumination light, or the outer surface of the illumination lens arranged on the tip side (object side) thereof. .
  • the illumination light exit surface is disposed at a position protruding from the opening or the outside so as to be exposed to the outside from the opening formed by the light shielding material interposed between the illumination optical system and the imaging optical system.
  • the tip structure of a conventional endoscope is seen.
  • the illumination light exit surface of the illumination optical system in the distal end structure of the endoscope described in Patent Document 1 is composed of a distal end cover (8) formed of a transparent resin material, and is a distal end component member (9 ) Is disposed at a position protruding outward from the opening formed by the above.
  • the illumination light exit surface of the illumination optical system in the distal end structure of the endoscope described in Patent Document 2 is configured by an illumination lens and is disposed in an opening formed by the distal end portion (4) of the endoscope.
  • a light-shielding material interposed between the illumination optical system and the imaging optical system is not specified.
  • endoscopes are required to use higher intensity illumination and more sensitive image sensors.
  • endoscopes with a small diameter as shown in Patent Document 3 have been developed.
  • JP 2012-152390 A JP-A-10-288742 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-190077
  • the illumination light exit surface of the illumination optical system is exposed to the outside from an opening formed by a light-shielding material provided at the distal end portion of the endoscope, and is disposed at a position protruding to or from the opening.
  • a structure in which the illumination light exit surface of the illumination optical system is exposed to the outside from an opening formed by a light-shielding material provided at the distal end portion of the endoscope, and is disposed at a position protruding to or from the opening.
  • the imaging fiber 1 and the lens 2 are held in a lens frame 3 as shown in FIG.
  • the light guide fiber 4 can be arranged outside and the outer tube 5 can enclose them.
  • the illumination optical system L is constituted by the light guide fiber 4
  • the imaging optical system M is constituted by the imaging fiber 1 and the lens 2
  • a light-shielding material provided at the distal end portion of the endoscope.
  • Is formed by the lens frame 3 that is a light-shielding material and the outer tube 5, and the exit end face of the light guide fiber 4 corresponds to the illumination light exit surface LS of the illumination optical system L.
  • the surface corresponds to the image incident surface MS of the imaging optical system M.
  • the lens frame 3 is interposed between the illumination optical system L and the imaging optical system M.
  • the problem that becomes conspicuous with the improvement in the image quality and the reduction in the diameter of the endoscope is that the illumination optical system is caused by unexpected reflection and scattering generated in the light emitting portion of the illumination optical system L as shown in FIG.
  • This is noise generated when the illumination light L1 irradiated from L is directly incident on the imaging optical system M.
  • the component (2, 4) of the illumination light exit surface LS or the image incident surface MS slightly protrudes or is deformed or damaged during manufacture or use, the lens frame 3 is deformed or damaged.
  • the noise caused by the illumination light L1 entering the imaging optical system M is added to the captured image, which may cause a phenomenon that the image is overexposed, so-called halation, and a clear image cannot be obtained.
  • the present invention has been made in view of the problems in the prior art described above, and is emitted from the illumination light exit surface of the illumination optical system and directly incident on the image entrance surface of the imaging optical system in the distal end structure of the endoscope. It is an object to improve image quality by reducing noise light.
  • the invention described in claim 1 for solving the above-described problems is that the imaging optical system, the illumination optical system, the imaging optical system and the illumination optical system are optically isolated and the illumination light of the illumination optical system A distal end structure of an endoscope, characterized in that the illumination light exit surface is disposed at a position where the exit surface is drawn into the interior of the opening. .
  • the image incident surface of the imaging optical system has a tip of a portion interposed between the imaging optical system and the illumination optical system of the light shielding material in the optical axis direction of the imaging optical system.
  • the drawing distance of the illumination light exit surface from the opening is Z
  • the light emission effective diameter at the illumination light exit surface is d
  • the irradiation angle emitted from the illumination light exit surface is ⁇ .
  • the invention according to claim 4 is the endoscope according to any one of claims 1 to 3, wherein the illumination optical system is arranged in whole or in part around the imaging optical system. It is the tip structure of a mirror.
  • the endoscope distal end structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the illumination light exit surface is configured by an exit end surface of a light guide fiber. It is.
  • the distal end structure of the endoscope according to any one of the first to fourth aspects, wherein the illumination light exit surface is constituted by a lens that expands an irradiation angle. It is.
  • the invention according to claim 7 is the endoscope distal end structure according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the opening is arranged on the distal end surface.
  • a light-shielding material having an opening that optically isolates the imaging optical system and the illumination optical system and exposes the illumination light exit surface of the illumination optical system to the outside
  • the illumination light exit surface is arranged at a position drawn into the back of the opening, so that even if illumination light is emitted from the illumination optical system in an unexpected direction, it is blocked by the light shielding material, Noise light that exits from the illumination light exit surface of the optical system and directly enters the image entrance surface of the imaging optical system can be reduced, thereby preventing halation and improving image quality.
  • FIG. 5A It is a longitudinal cross-sectional view of the front-end
  • the distal end structure of the endoscope has an imaging fiber 1 and a lens 2 held in a lens frame 3, and a light guide fiber 4 is disposed outside the lens frame 3, and these are externally mounted.
  • a structure in which the tube 5 is surrounded is taken.
  • the lens 2 is a gradient index (GRIN) lens.
  • the distal ends of the lens 2, the lens frame 3, and the outer tube 5 are arranged flush with the distal end surface of the endoscope.
  • the illumination optical system L is constituted by the light guide fiber 4
  • the imaging optical system M is constituted by the imaging fiber 1 and the lens 2
  • a light-shielding material provided at the distal end portion of the endoscope.
  • Is formed by the lens frame 3 that is a light-shielding material and the outer tube 5, and the exit end face of the light guide fiber 4 corresponds to the illumination light exit surface LS of the illumination optical system L.
  • the outer surface corresponds to the image incident surface MS of the imaging optical system M.
  • the lens frame 3 is interposed between the illumination optical system L and the imaging optical system M.
  • the opening K exposes the illumination light exit surface LS to the outside.
  • the lens frame 3 corresponds to a light shielding material at a portion that optically isolates the imaging optical system M and the illumination optical system L.
  • the base end portion of the light guide fiber 4 is connected to a lamp light source such as xenon or halogen, and the light guide fiber 4 guides the illumination light from the lamp light source to the tip and emits it from the illumination light exit surface LS.
  • the proximal end portion of the imaging fiber 1 is connected to an eyepiece optical system or an electronic camera.
  • AX indicates the central axis of the endoscope.
  • the optical axis direction of the imaging optical system M and the optical axis direction of the illumination optical system L are parallel to the central axis AX.
  • TS indicates the position of the distal end surface of the endoscope along the central axis AX.
  • the position of the opening K along the central axis AX is also at the position TS.
  • the exit end face of the light guide fiber 4, that is, the illumination light exit surface LS of the illumination optical system L is exposed to the outside from the opening K.
  • the illumination light exit surface LS is disposed at a position drawn into the opening K.
  • the pull-in distance from the opening K of the illumination light exit surface LS corresponds to the distance from the opening K to the illumination light exit surface LS along the direction perpendicular to the surface where the opening K exists, and as shown in FIG. Is Z.
  • the image incident surface MS of the imaging optical system M is disposed at the same position as the tip of the lens frame 3 in the optical axis direction of the imaging optical system M. Thereby, a large imaging visual field range by the imaging optical system M can be secured.
  • the lens frame 3 is a metal cylinder frame
  • the lens 2 and the imaging fiber 1 can be easily positioned while providing a light shielding function.
  • the outer peripheral surface of the lens 2 may be painted black with a light shielding material such as black to form a light shielding layer made of the light shielding material. Since the thickness can be made thinner than that of the metal cylinder frame while providing a light shielding function by black coating, it is possible to configure an endoscope having a smaller diameter.
  • the drawing distance from the opening K of the illumination light exit surface LS is Z
  • the effective light exit diameter at the illumination light exit surface LS is d
  • the irradiation angle emitted from the illumination light exit surface LS is ⁇ . It is desirable that the relational expression (1) 0 ⁇ z ⁇ d / tan ⁇ is satisfied.
  • the pull-in distance Z is smaller than the minimum value of the relational expression (1), the amount of noise light that is directly incident on the imaging optical system M without being reflected from the illumination optical system L to the subject increases. The degree of occurrence increases.
  • the pull-in distance Z is larger than the maximum value of the relational expression (1), the illumination light corresponding to the maximum field angle irradiated from the illumination light exit surface LS passes through the lens frame 3 or the exterior tube 5, that is, the opening K.
  • the light shielding material to be formed will block the light, and there is a high possibility that the brightness of the image observed by the imaging optical system M will be insufficient. Therefore, it is desirable that the pull-in distance Z satisfies the relational expression (1).
  • the outer diameter of the endoscope tip structure is 1 mm, and the outer diameter of the imaging optical system M is 0.5 mm. Since the light guide fiber 4 is located between the lens frame 3 and the outer tube 5, the diameter of the light guide fiber 4 is set to 0.15 mm in consideration of the thickness of the lens frame 3 and the outer tube 5. Since the light guide fiber 4 has a structure for emitting illumination light from the entire end surface LS, the effective diameter d of the relational expression (1) is 0.15 mm.
  • the relational expression (1) is 0 ⁇ Z ⁇ 0.26.
  • the degree of halation increases as the distance Z approaches 0, and as the distance Z approaches 0.26 mm, the amount of light at the peripheral edge in the illumination light irradiation range increases in the outer tube 5 and the lens frame 3. Decreased by being blocked.
  • an adhesive is used to fix the lens frame 3 and the lens 2.
  • the lens frame 3 is fixed.
  • the estimated amount of deviation caused by this is about 0.05 mm at the maximum, and unless the end face LS of the light guide fiber 4 is pulled in that much, the halation reduction effect cannot be expected. Therefore, it is desirable that the relational expression (2) satisfies 0.05 (mm) ⁇ z ⁇ d / tan ⁇ .
  • the light guide fiber 4 further moves from the opening K to the proximal end side of the endoscope. It is good to pull in.
  • the edge portion adjacent to the end surface MS of the outer peripheral surface is blacked with a slight margin in order to prevent the blacked portion from protruding from the end surface MS of the lens 2. Need to do. Therefore, also in this case, in order to prevent halation due to illumination light emitted from the light guide fiber 4, the end surface LS of the light guide fiber 4 is 0 toward the proximal end side of the endoscope from the end surface MS of the lens 2. It is desirable to retract about .05mm.
  • the pull-in distance Z is about 0.05 to 0.25 (mm) in terms of dimensions. More desirably, the pull-in distance Z is about 0.1 to 0.2 (mm).
  • FIG. 2A is an image view of how an image looks when halation occurs
  • FIG. 2B is an image view of an image when halation is reduced.
  • noise N1 due to illumination light enters the entire image, thereby reducing the contrast of the image, and the observation target T1 having a small or low brightness is crushed by the noise N1 and is difficult to observe.
  • FIG. 2B when halation is reduced as shown in FIG. 2B, noise due to illumination light is removed from the image, and observation of the observation target T1 becomes easy.
  • a light distribution lens 6 may be disposed in front of the emission end face of the light guide fiber 4 in order to increase the irradiation angle ⁇ of the irradiation light L2 on the illumination light emission face LS.
  • the irradiation angle ⁇ increases, the maximum field angle of the illumination light L2 approaches the imaging optical system M side, and the possibility that halation will occur increases. Therefore, the effect of preventing halation by providing the pull-in distance Z is high in the illumination optical system LA with a high irradiation angle using the light distribution lens 6.
  • FIG. 4A and 4B show another example of the illumination optical system LB, and the light guide fibers 4 are evenly arranged around the imaging optical system M.
  • FIG. With this configuration, since the illumination light L3 is irradiated in the entire circumference direction of the imaging optical system M, the observation target can be illuminated with a brightness distribution with less unevenness, and an image observed by the imaging optical system M becomes uniform brightness.
  • the illumination optical system LB is close to the image pickup optical system M over the entire circumference of the image pickup optical system M, the illumination light L3 easily enters the image pickup optical system M directly. Therefore, it is easy to obtain the halation prevention effect by providing the pull-in distance Z.
  • the illumination optical system LB shown in FIGS. 4A and 4B is arranged all around the imaging optical system M.
  • the illumination optical system LC shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C is disposed in a part of the periphery of the imaging optical system M.
  • the lens frame 3 is unevenly distributed in one direction with respect to the center of the outer tube 5, that is, the center of the entire distal end structure of the endoscope.
  • the space between the lens frame 3 and the outer tube 5 on the opposite side, that is, the arrangement space of the light guide fiber is enlarged.
  • the opening K is an endoscope closer to the observation target. It is preferable to arrange the image entrance surface MS together with the image entrance surface MS on the tip surface of the tip structure.
  • the imaging optical system M is configured by the imaging fiber 1 and the lens 2. However, the imaging optical system M is configured by an imaging element such as a CCD and a lens, and this imaging element is an endoscope together with the lens. You may equip with the tip structure.
  • the illumination optical system L was comprised by the light guide fiber 4
  • the illumination optical system L was comprised by light emitting elements, such as LED, and this light emitting element was used alone or with the illumination lens at the front-end
  • the present invention can be used as a tip structure of an endoscope.

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Abstract

内視鏡の先端構造において、照明光学系の照明光出射面から出射し直接的に撮像光学系の像入射面に入射するノイズ光を低減する。例えばイメージングファイバー１とレンズ２とからなる撮像光学系Ｍと、例えばライトガイドファイバー４からなる照明光学系Ｌと、撮像光学系と照明光学系とを光学的に隔絶するとともに照明光学系の照明光出射面ＬＳを外部に露出させる開口Ｋが形成された遮光性材料３，５とを備え、照明光出射面が開口の奥に引き込んだ位置に配置される。

Description

内視鏡の先端構造
　本発明は、体内に挿入されて生体組織を観察するための内視鏡の先端構造に関する。
　生体の管腔内等に挿入されて生体組織を観察するために内視鏡が利用されている。内視鏡に関する文献の例として特許文献１－３及び非特許文献１を挙げる。
　一般に内視鏡の先端構造としては、観察対象の物体の像を結像するレンズと、その像が入力されるＣＣＤ（Charge Coupled Device、以下同じ）等の撮像素子又はイメージングファイバーを設置した構造が取り得る。撮像素子であれば、撮像素子で電気信号に変換した画像信号を伝送ケーブルにより体外に導き、イメージングファイバーであればそのまま画像をイメージングファイバーで伝送して体外に導き、画像処理装置を介して画像表示装置に表示し観察することができる。
　また内視鏡は、生体の管腔内を撮像するために照明が必須である。内視鏡の先端部には、撮像光学系の像入射面と照明光学系の照明光出射面が配置される。撮像光学系の像入射面は対物レンズやカバーガラスなどの撮像光学系の最も先端側（対物側）に配置される透光性部材の外表面などで構成される。照明光学系の照明光出射面は、発光素子の出射面や照明光を導くライトガイドファイバーの出射端面又はそれらの先端側（対物側）に配置される照明用レンズの外表面などで構成される。
　照明光出射面が照明光学系と撮像光学系との間にも介在する遮光性材料により形成される開口から外部に露出するように、その開口に又はそれより外部に突出した位置に配置されている従来の内視鏡の先端構造がみられる。特許文献１に記載の内視鏡の先端構造における照明光学系の照明光出射面は、透明な樹脂材料で形成された先端カバー（８）により構成され、遮光性材料である先端構成部材（９）により形成される開口より外部に突出した位置に配置される。特許文献２に記載の内視鏡の先端構造における照明光学系の照明光出射面は、照明レンズにより構成され、内視鏡先端部（４）により形成される開口に配置される。特許文献３にあっては、照明光学系と撮像光学系の間に介在する遮光性材料は明示されない。
　近時、内視鏡は高画質化の改良に伴い、より強度の高い照明・より感度の高い撮像素子の使用が求められている。また、内視鏡の適用範囲の拡大に伴い、特許文献３に示すような細径の内視鏡が開発されている。
特開２０１２－１５２３９０号公報 特開平１０－２８８７４２号公報 特開２００３－１９００７７号公報
http://fujifilm.jp/business/healthcare/endoscope/index.html
　しかし、照明光学系の照明光出射面を、内視鏡の先端部に設けられる遮光性材料により形成される開口から外部に露出させ、その開口に又はそれより外部に突出した位置に配置する構造にあっては、以下のような問題がある。
　例えば、イメージングファイバーとライトガイドファイバーを利用した細径の内視鏡の先端構造にあっては、図６に示すように、イメージングファイバー１とレンズ２がレンズ枠３内に保持され、レンズ枠３の外側にライトガイドファイバー４が配置され、これらを外装チューブ５が包囲する構造がとり得る。このような構造を、レンズ２、レンズ枠３、ライトガイドファイバー４及び外装チューブ５の先端が内視鏡の先端面に面一に配置されるように製造する場合を考える。かかる内視鏡の先端構造においては、照明光学系Ｌがライトガイドファイバー４により構成され、撮像光学系Ｍがイメージングファイバー１とレンズ２により構成され、内視鏡の先端部に設けられる遮光性材料により形成される開口は、遮光性材料であるレンズ枠３と外装チューブ５とで形成され、ライトガイドファイバー４の出射端面が照明光学系Ｌの照明光出射面ＬＳに相当し、レンズ２の外表面が撮像光学系Ｍの像入射面ＭＳに相当する。レンズ枠３は照明光学系Ｌと撮像光学系Ｍの間に介在する。
　内視鏡の高画質化と細径化の改良に伴って顕著になる問題は、図６に示すように照明光学系Ｌの光出射部で発生する想定外の反射や散乱によって、照明光学系Ｌから照射される照明光 Ｌ１が直接的に撮像光学系Ｍに入射することで発生するノイズである。
　例えば製造時や使用時に、照明光出射面ＬＳや像入射面ＭＳの構成部（２，４）が僅かに突出したり、変形や損傷が生じたりした場合、レンズ枠３に変形や損傷が生じた場合に、照明光学系Ｌから照射された照明光Ｌ１が想定外の光路を通って、被写体に反射することなく直接的に撮像光学系 Ｍに侵入するおそれが高まる。
　撮像光学系 Ｍに入り込んだ照明光 Ｌ１によるノイズが撮像画像に加わることで、画像に露出オーバーしたような現象、いわゆるハレーションが発生して鮮明な画像が得られないという問題が生じ得る。
　本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、内視鏡の先端構造において、照明光学系の照明光出射面から出射し直接的に撮像光学系の像入射面に入射するノイズ光を低減して画質向上を図ることを課題とする。
　以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、撮像光学系と、照明光学系と、前記撮像光学系と前記照明光学系とを光学的に隔絶するとともに前記照明光学系の照明光出射面を外部に露出させる開口が形成された遮光性材料とを備え、前記照明光出射面が前記開口の奥に引き込んだ位置に配置されたことを特徴とする内視鏡の先端構造である。
　請求項２記載の発明は、前記撮像光学系の像入射面は、当該撮像光学系の光軸方向について前記遮光性材料の前記撮像光学系と前記照明光学系との間に介在する部分の先端と同位置に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡の先端構造である。
　請求項３記載の発明は、前記照明光出射面の前記開口からの引き込み距離をＺ、前記照明光出射面における光出射有効径をｄ、前記照明光出射面から出射される照射角をαとしたとき、０＜ｚ＜ｄ／ｔａｎα　が成立することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡の先端構造である。
　請求項４記載の発明は、前記照明光学系が前記撮像光学系の周囲の全部又は一部に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造である。
　請求項５記載の発明は、前記照明光出射面がライトガイドファイバーの出射端面により構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造である。
　請求項６記載の発明は、前記照明光出射面が照射角を拡大するレンズにより構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造である。
　請求項７記載の発明は、前記開口が先端面に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造である。
　本発明によれば、内視鏡の先端構造において、撮像光学系と照明光学系とを光学的に隔絶するとともに照明光学系の照明光出射面を外部に露出させる開口が形成された遮光性材料を備え、その照明光出射面がその開口の奥に引き込んだ位置に配置されたので、照明光学系から照明光が想定外の方向に出射しても上記遮光性材料により阻まれることで、照明光学系の照明光出射面から出射し直接的に撮像光学系の像入射面に入射するノイズ光を低減することができ、よってハレーションを防ぎ画質向上を図ることができる。
本発明の一実施形態に係る内視鏡の先端構造の部分縦断面図である。 ハレーション発生時の画像の見え方のイメージを示す。 ハレーションを低減させた時の画像の見え方のイメージを示す。 本発明の他の一実施形態に係る内視鏡の先端構造の部分縦断面図である。 本発明の他の一実施形態に係る内視鏡の先端構造の縦断面図である。 図４Ａに示した内視鏡の先端構造の先端面である。 本発明の他の一実施形態に係る内視鏡の先端構造の縦断面図である。 図５Ａに示した内視鏡の先端構造の先端面である。 図５Ａに示した内視鏡の先端構造の先端面でで、図５Ｂとはライトガイドファイバーの線径が異なる。 従来の一例に係る内視鏡の先端構造の部分縦断面図である。
　以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
　まず、図 １を参照して内視鏡の先端構造を実施する基本的な構成の一例につき説明する。
　図１に示すように本実施形態の内視鏡の先端構造は、イメージングファイバー１とレンズ２がレンズ枠３内に保持され、レンズ枠３の外側にライトガイドファイバー４が配置され、これらを外装チューブ５が包囲する構造がとられる。レンズ２は、屈折率分布型（GRIN）レンズである。
　レンズ２、レンズ枠３及び外装チューブ５の先端が内視鏡の先端面に面一に配置される。かかる内視鏡の先端構造においては、照明光学系Ｌがライトガイドファイバー４により構成され、撮像光学系Ｍがイメージングファイバー１とレンズ２により構成され、内視鏡の先端部に設けられる遮光性材料により形成される開口Ｋは、遮光性材料であるレンズ枠３と外装チューブ５とで形成され、ライトガイドファイバー４の出射端面が照明光学系Ｌの照明光出射面ＬＳに相当し、レンズ２の外表面が撮像光学系Ｍの像入射面ＭＳに相当する。レンズ枠３は照明光学系Ｌと撮像光学系Ｍの間に介在する。開口Ｋが照明光出射面ＬＳを外部に露出させる。また、撮像光学系Ｍと照明光学系Ｌとを光学的に隔絶する部分の遮光性材料には、レンズ枠３が相当する。
　なお、ライトガイドファイバー４の基端部がキセノンやハロゲンなどのランプ光源に接続され、ライトガイドファイバー４はランプ光源からの照明光を先端に導き照明光出射面ＬＳから出射する。イメージングファイバー１の基端部は接眼光学系又は電子カメラに接続される。
　ＡＸは内視鏡の中心軸を示す。本実施形態では撮像光学系Ｍの光軸方向及び照明光学系Ｌの光軸方向は中心軸ＡＸに平行である。ＴＳは、中心軸ＡＸに沿った内視鏡の先端面の位置を示す。中心軸ＡＸに沿った開口Ｋの位置も位置ＴＳにある。
　ライトガイドファイバー４の出射端面、すなわち、照明光学系Ｌの照明光出射面ＬＳは、開口Ｋから外部に露出する。照明光出射面ＬＳは、開口Ｋの奥に引き込んだ位置に配置されている。照明光出射面ＬＳの開口Ｋからの引き込み距離は、開口Ｋの存在面に垂直な方向に沿って開口Ｋから照明光出射面ＬＳまでの距離に相当し、図１に示すようにこの引き込み距離をＺとする。
　撮像光学系Ｍの像入射面ＭＳは、撮像光学系Ｍの光軸方向についてレンズ枠３の先端と同位置に配置されている。これにより、撮像光学系Ｍによる撮像視野範囲を大きく確保できる。
　照明光出射面ＬＳが開口Ｋからの引き込み距離Ｚを有していることで、照明光出射面ＬＳで反射もしくは散乱する照明光が撮像光学系Ｍに回り込んで入射することを防ぐことができる。
　レンズ枠３は金属製の筒枠であれば遮光の機能も備えつつレンズ２とイメージングファイバー１との位置決めが容易に行える。また、金属製の筒枠の代わりに、レンズ２の外周面を墨等の遮光性材料で黒塗りして遮光性材料による遮光層を形成することで実施してもよい。黒塗りによって遮光の機能をもたせつつ、金属の筒枠よりも厚みを薄くできるため、より細径の内視鏡を構成することができる。
　図１中に記載したように、照明光出射面ＬＳの開口Ｋからの引き込み距離をＺ、照明光出射面ＬＳにおける光出射有効径をｄ、照明光出射面ＬＳから出射される照射角をαとしたとき、関係式（１）０＜ｚ＜ｄ／ｔａｎα　が成立するように構成することが望ましい。
　関係式（１）の最小値よりも引き込み距離Ｚが小さくなる場合、撮像光学系Ｍに照明光学系Ｌから被写体に反射することなく直接的に入射されるノイズ光の光量が増加し、ハレーションの発生度合いが大きくなる。また、関係式（１）の最大値よりも引き込み距離Ｚが大きくなる場合、照明光出射面ＬＳから照射される最大画角分の照明光はレンズ枠３もしくは外装チューブ ５、すなわち、開口Ｋを形成する遮光性材料によって遮られることになり、撮像光学系Ｍで観察される画像の明るさが不十分になる可能性が高くなる。そのため、引き込み距離Ｚは関係式 （１）を満たすことが望ましい。
　さらに、関係式（１）を満たす引き込み距離Ｚの具体的な数値例を開示する。
　内視鏡の先端構造の外径を１ｍｍ、撮像光学系Ｍの外径を０．５ｍｍとする。ライトガイドファイバー４はレンズ枠３と外装チューブ５との間に位置しているため、レンズ枠３と外装チューブ５の厚みを考慮してライトガイドファイバー４の径は０．１５ｍｍとする。ライトガイドファイバー４は端面ＬＳの全面から照明光を出射する構造であるため、関係式（１）の有効径ｄは０．１５ｍｍとなる。ライトガイドファイバー４から照射される照明光の照射角αを３０度（ＮＡ＝０．５に相当）としたとき、関係式（１）は ０＜Ｚ＜０．２６となる。実際の構造では、距離Ｚが０に近づくほどハレーションの発生度合いは大きくなり、距離Ｚが０．２６ｍｍに近づくほど、照明光の照射範囲中の周縁部の光量が外装チューブ５やレンズ枠３に遮られて減少する。
　レンズ枠３とレンズ ２との固定には接着剤を用いるのが一般的であり、組付け時もしくはレンズ枠３とレンズ ２との間に充填した接着剤が硬化する際に、レンズ枠３が内視鏡の基端側へずれる場合がある（その分、レンズ２がレンズ枠３から先端側に突出する）。これによって生じるズレの推定量は最大でも０．０５ｍｍ程度であり、ライトガイドファイバー４の端面ＬＳをその程度引き込まなければハレーションの低減効果は望めない。したがって、関係式（２）として　０．０５（ｍｍ）＜ｚ＜ｄ／ｔａｎα　が成立するように構成することが望ましい。
　さらに、レンズ枠３自体の面取り部やカケ等を介して、予期しない光が撮像光学系 Ｍに入射する可能性もあるため、ライトガイドファイバー４はさらに開口Ｋより内視鏡の基端側へ引き込んでおくのが良い。
　レンズ２の外周面を黒塗りして遮光する場合、レンズ２の端面ＭＳに黒塗り部がはみ出ることを防ぐため、外周面の端面ＭＳに隣接する縁部には僅かに余裕をもたせて黒塗りを行う必要がある。したがって、この場合においても、ライトガイドファイバー４からの出射される照明光によるハレーションを防止するために、ライトガイドファイバー４の端面ＬＳはレンズ２の端面ＭＳよりも内視鏡の基端側へ０．０５ｍｍ程度引き込んでおくのが望ましい。
　また、引き込み距離Ｚが長すぎる場合、照明光が部品で遮られる度合いが大きくなり、観察対象を観察するのに十分な明るさを得ることができなくなる。
　よって、撮像光学系Ｍでのハレーション防止と観察対象に十分な照明光が照射できるバランスの良い配置として、引き込み距離Ｚは寸法上０．０５～０．２５（ｍｍ）程度にしておくのが望ましく、より望ましくは、引き込み距離Ｚは０．１～０．２（ｍｍ）程度である。
　図２Ａは、ハレーション発生時の画像の見え方のイメージ図、図２Ｂはハレーションを低減させた時の画像の見え方のイメージ図である。図２Ａに示すようにハレーション発生時には、画像全体に照明光によるノイズＮ１が入り込むことで画像のコントラストが低下し、小さい若しくは明るさが低い観察対象Ｔ１はノイズＮ１によって潰されて観察が困難となる。一方、図２Ｂに示すようにハレーションを低減させた場合、画像から照明光によるノイズが取り除かれて、観察対象Ｔ１の観察が容易になる。
　ライトガイドファイバー４のみを照明光学系Ｌに用いた場合、照明光の照射角αはライトガイドファイバー４のＮＡ特性で制限され大きくすることが難しい。そこで、図３に示すように、照明光出射面ＬＳにおける照射光Ｌ２の照射角αを大きくするため、ライトガイドファイバー４の出射端面前方に配光レンズ６を配置しても良い。照射角αが大きくなるに従い、照明光Ｌ２の最大画角は撮像光学系Ｍ側に近づくことになり、ハレーションの発生する可能性が高くなる。そのため、引き込み距離Ｚを設けることによるハレーション防止効果は、配光レンズ６を用いた高照射角の照明光学系ＬＡにおいて高い効果が得られる。
　図４Ａ及び図４Ｂは、他の一例の照明光学系ＬＢを示したものであり、ライトガイドファイバー４が撮像光学系Ｍの周りに均等に配置されている。この構成によって、撮像光学系Ｍの全周方向に対して照明光Ｌ３を照射するため、観察対象に対してムラの少ない明るさ分布で照明することができ、撮像光学系Ｍにより観察される画像が均一な明るさになる。この構造では撮像光学系Ｍの全周に亘って照明光学系ＬＢが撮像光学系Ｍに近接するため、照明光Ｌ３が直接的に撮像光学系Ｍに入りやすい。そのため、引き込み距離Ｚを設けることによるハレーション防止効果が得られやすい。
　図４Ａ及び図４Ｂに示した照明光学系ＬＢは撮像光学系Ｍの周囲の全部に配置された。図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに示す照明光学系ＬＣは撮像光学系Ｍの周囲の一部に配置される。
　図５Ｂ又は図５Ｃに示すように、本構造ではレンズ枠３が外装チューブ５の中心、すなわち、内視鏡の先端構造全体の中心に対して一方向に偏在し、レンズ枠３が外装チューブ５に接触又は近接して、その逆側におけるレンズ枠３と外装チューブ５との隙間、すなわち、ライトガイドファイバーの配置空間が大きくされている。
　本構造を採用することにより、内視鏡の先端構造全体の小径性を確保しつつも、例えば、図５Ｃに示すように、比較的大径のライトガイドファイバー４の配置が可能となる。
　本構造の場合も、撮像光学系Ｍに照明光学系ＬＣが近接するため、照明光Ｌ４が直接的に撮像光学系Ｍ に入りやすい。そのため、引き込み距離Ｚを設けることによるハレーション防止効果が得られやすい。
　以上の実施形態でも示したように、引き込み距離Ｚを設けることによるハレーション防止効果を得ながらも十分な照明光を観察対象に照射するために、開口Ｋは、より観察対象に近い内視鏡の先端構造の先端面に像入射面ＭＳとともに配置されていることが好ましい。
　なお、上記実施形態においては撮像光学系Ｍをイメージングファイバー１とレンズ２とにより構成したが、撮像光学系ＭをＣＣＤ等の撮像素子とレンズとにより構成し、この撮像素子をレンズとともに内視鏡の先端構造に装備してもよい。また、上記実施形態においては照明光学系Ｌをライトガイドファイバー４により構成したが、照明光学系ＬをＬＥＤ等の発光素子により構成し、この発光素子を単独又は照明用レンズとともに内視鏡の先端構造に装備してもよい。
　本発明は、内視鏡の先端構造として利用することができる。
１ イメージングファイバー
２ レンズ
３ レンズ枠
４ ライトガイドファイバー
５ 外装チューブ
６ 配光レンズ
ｄ 有効径
Ｋ 開口
Ｌ 照明光学系
ＬＡ 照明光学系
ＬＢ 照明光学系
ＬＣ 照明光学系
ＬＳ 照明光出射面
Ｍ 撮像光学系
ＭＳ 像入射面
Ｚ 引き込み距離
α 照射角

Claims (7)

  1. 　撮像光学系と、照明光学系と、前記撮像光学系と前記照明光学系とを光学的に隔絶するとともに前記照明光学系の照明光出射面を外部に露出させる開口が形成された遮光性材料とを備え、前記照明光出射面が前記開口の奥に引き込んだ位置に配置されたことを特徴とする内視鏡の先端構造。
  2. 　前記撮像光学系の像入射面は、当該撮像光学系の光軸方向について前記遮光性材料の前記撮像光学系と前記照明光学系との間に介在する部分の先端と同位置に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡の先端構造。
  3. 　前記照明光出射面の前記開口からの引き込み距離をＺ、前記照明光出射面における光出射有効径をｄ、前記照明光出射面から出射される照射角をαとしたとき、０＜ｚ＜ｄ／ｔａｎα　が成立することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡の先端構造。
  4. 　前記照明光学系が前記撮像光学系の周囲の全部又は一部に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造。
  5. 　前記照明光出射面がライトガイドファイバーの出射端面により構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造。
  6. 　前記照明光出射面が照射角を拡大するレンズにより構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造。
  7. 　前記開口が先端面に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造。
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