WO2015005159A1 - 照明装置 - Google Patents

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WO2015005159A1
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孝一郎 古田
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オリンパス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a lighting device, and more particularly to a lighting device applied to an endoscope having an angle of view of 180 ° or more.
  • an endoscope having a wide angle of view of 180 ° or more and capable of simultaneously observing the front and side and further the field of view see, for example, Patent Document 1.
  • an endoscope having an angle of view of 180 ° or more in the large intestine where there are a large number of folds it is possible to observe the back side of the fold without significantly changing the direction of the tip of the endoscope. Therefore, the user's operation is facilitated and the lesion can be found more reliably.
  • the endoscope of Patent Document 1 includes two light guides at its tip as an illumination device, and illuminates the front view and the side view with separate light guides to thereby obtain the entire wide-angle view. It is lighting.
  • the illumination device provided in the endoscope of Patent Document 1 has a problem that it is not suitable for a narrow diameter endoscope. That is, various components such as an imaging optical system for acquiring an image of a subject, a channel for a treatment tool, a nozzle for lens cleaning, a mechanism for curving a bending portion, and the like are gathered at the tip of the endoscope. It is done. Therefore, in a narrow-diameter endoscope, a lighting device that can be installed in a space that is as small as possible in the radial direction is required.
  • the illumination device of Patent Document 1 arranges a plurality of light guides in the radial direction around the imaging optical system, and further bends the tip portion of the light guide for side illumination in the radial direction of the endoscope. It is configured to illuminate the Therefore, a large installation space is required in the radial direction of the endoscope, which causes a significant increase in the diameter of the distal end of the endoscope.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to illuminate a wide angle range of 180 ° or more, and to provide an illumination device that can be suitably applied to a narrow diameter endoscope.
  • the purpose is to
  • a light emitting portion having an emission end for emitting illumination light, and a light emitting portion disposed on a circumference centered on a predetermined axis, and emitting the illumination light incident from the emission end from the surface
  • the diffusive layer is an illumination device that diffuses and guides the illumination light incident from the light guide layer.
  • the illumination light incident on the light guide layer of the optical member is subsequently diffused in various directions in the diffusion layer to allow the surface of the optical member to move to a predetermined axis. It is emitted in the direction along the radial direction. Therefore, when the optical member is arranged coaxially with the observation optical axis of the observation optical system outside the observation optical system provided in the endoscope, an angle of 180 ° or more including the field of vision of the observation optical system in front and side The range can be illuminated.
  • the illumination light emitted from the radially inner surface of the light guide layer is returned to the diffusion layer through the light guide layer by the reflective layer, most of the illumination light incident on the optical member from the emission end is The light is emitted forward and sideward with respect to the observation light axis to contribute to illumination of the field of view. Therefore, the field of vision in front of and in the side of the endoscope can be illuminated with high efficiency. Furthermore, since the optical member is disposed substantially coaxially with the optical axis of the observation optical system around the observation optical system and has a generally cylindrical shape as a whole, it is installed in a thin space around the observation optical system It can be suitably applied to small diameter endoscopes.
  • the shape of the emission end may be a circle, an ellipse, a polygon, or a sector. By doing this, it is possible to improve the degree of freedom in the design of the light emitting unit.
  • the optical member may be substantially cylindrical having a cutout formed by cutting a part in the circumferential direction in the longitudinal direction.
  • the optical member includes a plurality of the optical members arranged on the circumference, and each optical member is in the shape of a column having a flat surface on the inner side in the radial direction, and the reflective layer is the flat It may be provided on the side surface.
  • the optical member includes a plurality of the optical members arranged in the circumferential direction on the circumference, and each optical member has a side surface which is curved on the inner side in the radial direction about the predetermined axis. It may be pillar-shaped having a horseshoe shape, and the reflective layer may be provided on the curved side surface.
  • a light emitting portion having an emission end for emitting illumination light, and a light emitting portion disposed on a circumference centered on a predetermined axis, and emitting the illumination light incident from the emission end from the surface
  • the diffusive layer is an illumination device that diffuses and guides the illumination light incident from the light guide layer.
  • a light emitting portion having an emission end for emitting illumination light, and the illumination light which is disposed on a circumference centered on a predetermined axis and which is incident from the emission end on its surface
  • the optical member includes: an optical member emitting from an emission surface; and a reflection layer provided on the surface of the optical member opposite to the emission surface to reflect the illumination light toward the emission surface of the optical member,
  • An optical member includes a light guide layer and a diffusion layer, and the light guide layer guides the illumination light while being incident on the illumination light from the emission end, and the diffusion layer is the light guide layer
  • the illumination device diffuses the illumination light and guides the light while diffusing the illumination light.
  • the light guide layer and the diffusion layer may be stacked along the direction of the predetermined axis.
  • the diffusion layer, the light guide layer, and the reflection layer may be provided in order along the direction of the predetermined axis, and the emission surface may be a surface of the diffusion layer. .
  • the optical member may have a ring shape.
  • the illumination light from the emitting end of the light emitting unit may be incident on the side surface of the optical member.
  • the illumination light from the emission end of the light emitting unit may be incident on both the light guide layer and the diffusion layer.
  • FIG. 1A and 1B It is a front view which shows the whole structure of the illuminating device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. It is a longitudinal cross-sectional view in the II line of an illuminating device of Drawing 1A. It is a front view of an illuminating device which shows the modification of the shape of the radiation
  • FIG. 9A It is a longitudinal cross-sectional view in the III-III line of the illuminating device of FIG. 9A. It is a front view of an illuminating device which shows the modification of the shape of the optical member of FIG. 9A and 9B. It is a longitudinal cross-sectional view in the IV-IV line of the illuminating device of FIG. 10A. It is a front view which shows the whole structure of the illuminating device which concerns on the 4th Embodiment of this invention. It is a longitudinal cross-sectional view in the VV line of the illuminating device of FIG. 11A.
  • a lighting apparatus 100 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 6.
  • a portion on the tip side of the illumination device 100 according to the present embodiment (a portion composed of an optical member 2 and a reflection layer 3 described later) has a tubular structure It is exposed to the outside so as to surround the imaging optical system provided at the tip of the endoscope in the circumferential direction.
  • a space S surrounded by a broken line indicates a space in which the imaging optical system is disposed, and an axis A indicates the observation optical axis of the imaging optical system.
  • the illumination device 100 has an angle of view of 180 ° or more, and is an imaging optical that can simultaneously capture the visual field in front of the observation optical axis A (direction from right to left in the drawing) and side. It is designed for endoscopes equipped with a system.
  • the illumination device 100 is provided with a light emitting unit 1 having an emitting end 1 a for emitting illumination light, and the tip end side of the light emitting unit 1.
  • the light source includes a substantially cylindrical optical member 2 that guides light while diffusing the incident illumination light and that emits light from the surface, and a reflection layer 3 provided on the inner peripheral surface of the optical member 2.
  • the light emitting unit 1 is, for example, a fiber bundle disposed inside the endoscope.
  • the proximal end of the fiber bundle is connected to a light source device (not shown) disposed outside the endoscope, and the illumination light supplied from the light source device guides the fiber bundle and the output end is the tip of the fiber bundle It is supposed to be emitted from 1a.
  • the emitting end 1 a is disposed opposite to the proximal end surface of the optical member 2 at a position sufficiently close to the proximal end surface, and causes the illumination light to be incident on the proximal end surface of the light guide layer 4 (described later) of the optical member 2.
  • the color of the illumination light can be appropriately selected according to the application, and is preferably white in normal observation of the subject.
  • special light observation such as NBI (narrow band light observation) or fluorescence observation, narrow band light having an emission spectrum only in a specific wavelength band may be used as illumination light.
  • FIGS. 1A and 1B show four light emitting units 1 arranged at equal intervals on the circumference centered on the observation optical A
  • the form and the number of the light emitting units 1 can be appropriately changed.
  • the light emitting unit 1 may be a small solid light source such as an LED or a laser instead of the fiber bundle.
  • the shape of the emission end 1a can be appropriately changed, and as shown in FIGS. 2 and 3, it may be circular or fan-like, and other shapes such as polygons or ovals other than rectangular may be used. It may be.
  • the optical member 2 is arranged such that its central axis (predetermined axis) substantially coincides with the observation optical axis (predetermined axis) A.
  • the normal imaging optical system provided in the endoscope includes a plurality of lenses arranged in a line along the observation light axis A, and a cylindrical lens frame that holds the plurality of lenses therein.
  • the optical member 2 is arranged to surround the outer peripheral surface of the lens frame.
  • the optical member 2 has a layer structure in which two layers 4 and 5 are laminated in the radial direction.
  • the optical member 2 includes a light guide layer 4 located radially inward, and a diffusion layer 5 located radially outside and at the tip of the light guide layer 4 and covering the outer surface of the light guide layer 4.
  • a light guide layer 4 located radially inward
  • a diffusion layer 5 located radially outside and at the tip of the light guide layer 4 and covering the outer surface of the light guide layer 4.
  • the outer peripheral surface of the light guide layer 4 and the inner peripheral surface of the diffusion layer 5 are bonded, and illumination light can pass between the light guide layer 4 and the diffusion layer 5.
  • the light guide layer 4 is made of a light guide material for propagating the illumination light.
  • a light guide material plastic materials, such as an acryl and zeonor, are used, for example.
  • the diffusion layer 5 is preferably composed of a light guide similar to the light guide constituting the light guide 4 and a diffusion material for diffusing the illumination light, and the light guide as a base material is a diffusion material. It is supported in a dispersed state with a substantially uniform density. Titanium oxide or the like is used as the diffusion material.
  • Each light beam contained in the illumination light incident on the optical member 2 from the base end surface travels in the direction according to the incident angle as shown in FIG. 4, and most of the light beams are reflected by the reflection function of the reflection layer 3 described later. It enters the diffusion layer 5. Arrows in FIG. 4 indicate light rays included in the illumination light and the traveling direction thereof.
  • the illumination light incident on the diffusion layer 5 repeats refraction caused by the difference in refractive index between the light guide and the diffusion material while guiding light inside the diffusion layer 5 and is substantially isotropic.
  • the light is converted into substantially isotropic scattered light. Almost all of the illumination light that has become substantially isotropic scattered light is emitted to the outside from the tip surface or the outer peripheral surface exposed to the outside of the surface of the diffusion layer 5 by the reflection action of the reflection layer 3 described later.
  • the illumination light emitted forward of the observation optical axis A from the front end surface of the diffusion layer 5 mainly illuminates the visual field in front of the observation optical system, and radial from the outer peripheral surface of the diffusion layer 5 to the observation optical axis A
  • the illumination light emitted to the light source mainly illuminates the side of the observation optical system over the entire circumference.
  • the distal end surface of the optical member 2 is formed in a cone shape which is smoothly continued from the outer peripheral surface and whose outer diameter gradually decreases toward the distal end side, and preferably has a rounded shape.
  • the reflective layer 3 has high reflectance with respect to the illumination light, and is provided adjacent to the inner circumferential surface of the optical member 2 on the inner side in the radial direction of the inner circumferential surface of the optical member 2.
  • the reflective layer 3 may be a sheet or a pipe fixed to the inner circumferential surface of the optical member 2.
  • the reflection layer 3 may be in contact with the diffusion layer 2 with an air layer interposed between the reflection layer 3 and the diffusion layer 2, and the diffusion layer is an optical adhesive having a refractive index substantially the same as that of the diffusion layer 2. It may be fixed to 2.
  • the reflective layer 3 may be a film of a reflective material formed on the inner peripheral surface of the optical member 2.
  • substantially all of the illumination light incident on the optical member 2 along the observation optical axis A is an optical member
  • the light is emitted from the tip end surface and the outer peripheral surface of 2 and contributes to the illumination of the front and side vision. Thereby, high illumination efficiency can be obtained.
  • the illumination light incident on the light guide layer 4 of the optical member 2 from the emission end 1 a of the light emitting unit 1 is incident on the diffusion layer 5 located outside the light guide layer 4 And diffuse in various directions while guiding the diffusion layer 5.
  • a part of the light beam included in the illumination light is emitted from the front end surface or the outer peripheral surface of the diffusion layer 5.
  • the other part of the light beam contained in the illumination light is again incident on the light guide layer 4 from the inner peripheral surface of the diffusion layer 5 and travels straight through the light guide layer 4 and exits from the inner peripheral surface of the light guide layer 4 And is reflected by the reflective layer 3 disposed between the light guide layer 4 and the imaging optical system to be returned to the diffusion layer 5 and travel straight again to be incident on the diffusion layer 5.
  • the diffusion by the diffusion layer 5 and the reflection by the reflection layer 3 are repeated until the light is emitted from the outer peripheral surface.
  • the illumination light incident on the optical member 2 from the light emitting unit 1 can simultaneously illuminate the field of view in front of the observation optical system and the side field of view with sufficient brightness with little loss of light quantity. .
  • the illumination light that is isotropically scattered by being almost completely diffused (Lambert scattering) in the diffusion layer 5 is emitted from the diffusion layer 5 in various directions. Furthermore, since the tip end surface and the outer peripheral surface have a shape in which the tip surface and the outer peripheral surface are smoothly continuous, discontinuous change in brightness does not occur in the illumination light respectively emitted from the tip end surface and the outer peripheral surface. Therefore, it is possible to illuminate a wide angular range of 180 ° or more with uniform brightness.
  • the illumination device 100 has a cylindrical shape coaxially disposed with the imaging optical system outside the imaging optical system included in the endoscope, and is sufficiently small in the radial direction of the endoscope It has a layered structure with dimensions. Therefore, the lighting apparatus 100 can be incorporated into the tip of the endoscope with almost no increase in the diameter of the tip of the endoscope. Specifically, the increase width of the diameter of the distal end portion of the endoscope due to the incorporation of the illumination device 100 may be equivalent to the thickness of the cylindrical optical member 2 and the reflective layer 3. Therefore, there is an advantage that it can be suitably applied to a narrow diameter endoscope.
  • the illumination light is also diffused in the diffusion layer 5 rearward (in the direction from left to right in the drawing) with respect to the observation light axis A. That is, when a part of the illumination light diffused by the diffusion layer 5 is emitted from the base end face of the optical member 2 particularly in the vicinity of the base end face, a loss occurs in the light amount of the illumination light. Therefore, as in the present embodiment, the light guide layer 4 having no diffusion effect of the illumination light is provided on the inner side in the radial direction where the illumination light is incident from the emission end 1a. There is an advantage that it is possible to reduce the illumination light emitted to the upper side and to obtain a higher illumination efficiency.
  • the optical member 2 is provided with the diffusion layer 5 only on the outer side of the light guide layer 4, but instead, as shown in FIGS. 5A and 5B, the light guide layer 4.
  • the illumination light exhibits substantially the same behavior as the optical member 2 of FIGS. 1A and 1B, as shown in FIG. Even in this case, the illumination efficiency can be improved by the light guide layer 4 provided at the position where the illumination light is incident from the emission end 1a.
  • the illumination device 200 according to the present embodiment is an optical member 21 having a substantially C-shaped cross section in which a part in the circumferential direction is cut out, as shown in FIG. 7 instead of the optical member 2 extending over the entire circumference. Mainly differs from the first embodiment in that
  • a notch 21a formed by notching a part in the circumferential direction of the optical member 21 in the longitudinal direction has a fan-shaped cross-sectional shape.
  • Other configurations and operations of the optical member 21 are the same as those of the optical member 2 of the first embodiment.
  • the reflective layer 31 is provided on the inner peripheral surface of the optical member 21 so as to return the illumination light emitted from the inner peripheral surface to the optical member 21.
  • the reflective layer 31 is preferably provided also in the cross section of the optical member 21 exposed to the notch 21 a, and the illumination light emitted from the cross section is returned to the optical member 21.
  • the other configuration and function of the reflective layer 31 are the same as those of the reflective layer 3 of the first embodiment.
  • the illumination device 200 can be disposed in the space secured by the notch 21a, and there is an advantage that a more versatile structure can be obtained. Further, as in the first embodiment, the wide angle range of 180 ° or more can be illuminated effectively and efficiently, and the advantage that it can be suitably applied to a narrow diameter endoscope is also provided. is there.
  • the shape and the number of the notches 21a may be changed as appropriate.
  • the optical members 21 may be divided into a plurality of parts in the circumferential direction by forming the notches 21a at a plurality of locations in the circumferential direction, and the plurality of optical members 21 may be arranged in the circumferential direction.
  • each optical member 21 is a column having a substantially horseshoe-shaped cross section perpendicular to the observation optical axis A, and the radially inner side surface of each optical member 21 is curved about the observation optical axis A Is a curved surface.
  • FIG. 8 shows an example in which the optical member 21 is formed of two members by forming the notches 21a at two places in the circumferential direction.
  • the light-emitting body 1 may have the radiation
  • the optical member 21 may be provided with another diffusion layer 6 as shown in FIGS. 5A and 5B.
  • a lighting device 300 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9A to 10B.
  • points different from the first and second embodiments described above will be mainly described, and the same reference numerals are assigned to configurations common to the first and second embodiments and the description will be omitted. .
  • the illumination device 300 according to the present embodiment is arranged substantially equally in the circumferential direction centering on the observation optical axis A, as shown in FIGS. 9A and 9B, instead of the cylindrical optical members 2 and 21.
  • the first and second embodiments and the second embodiment mainly include a plurality of (four in this example) optical members 22 and four units including the optical members 22, the reflective layer 32, and the light emitting unit 1. It is different.
  • Each optical member 22 has a substantially semi-cylindrical shape, and flat side surfaces are disposed radially inward, and curved side surfaces are disposed radially outward.
  • the other configurations and functions of the optical member 22 are the same as those of the optical member 2 of the first embodiment.
  • the reflective layer 32 is provided on the flat side surface of each optical member 22 and has a flat shape.
  • the other configuration and function of the reflective layer 32 are the same as those of the reflective layer 3 of the first embodiment.
  • the optical member 22 is composed of four separate members, in the processing step of forming the reflective layer 32 on the optical member 22,
  • the flat side surface of the member 22 can be processed from any direction, and further, since the reflection layer 32 has a flat shape, the reflection layer 32 can be formed more easily than the reflection layers 3 and 31 described above. It has the advantage of being able to Further, as in the first embodiment, the wide angle range of 180 ° or more can be illuminated effectively and efficiently, and the advantage that it can be suitably applied to a narrow diameter endoscope is also provided. is there.
  • the optical member 22 may be a column having flat side surfaces radially inward, and for example, as shown in FIGS. 10A and 10B, the optical member 22 has a rectangular cross-sectional shape. It may be in the shape of a square pole having Moreover, in this embodiment, the light-emitting body 1 may have the radiation
  • FIGS. 11A and 11B a lighting device 400 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11A and 11B.
  • points different from the above-described first to third embodiments will be mainly described, and the same reference numerals are assigned to configurations common to the first to third embodiments and the description will be omitted. .
  • the light emitter 1 substitutes the illumination light from the base end side on the optical members 2, 21 and 22 as shown in FIGS.
  • This embodiment is mainly different from the first to third embodiments in that illumination light is incident on the side from the side.
  • the optical member 23 is in the shape of a ring having a smaller dimension in the observation optical axis A direction than the optical member 2.
  • the other configuration of the optical member 23 is the same as that of the optical member 2 of the first embodiment except that the diffusion layer 5 is not present in a part of the circumferential direction in which the illumination light is incident from the emission end 1a.
  • a deflection prism 7 deflecting the illumination light emitted parallel to the observation optical axis A from the emission end 1a of the light emitting portion 1 toward the outer peripheral surface of the optical member 23 by 90 °;
  • An optical member 8 is provided which connects the exit surface of the polarizing prism 4 and a part of the outer peripheral surface of the optical member 23.
  • the reflection layer 33 is provided on the inner peripheral surface and the base end surface of the ring-shaped optical member 23, and the illumination light emitted from the inner peripheral surface or the base end surface is returned to the optical member 23 to make the optical member 23 incident. Almost all of the illumination light is emitted from the tip end surface (exit surface) and the outer peripheral surface (exit surface) of the optical member 23. That is, in the present embodiment, the diffusion layer 5, the light guide layer 4, and the reflection layer 33 are stacked and provided in order from the tip side along the direction of the observation optical axis A.
  • the irradiation light emitted from the emission end 1 a is deflected by the deflection prism 7 and then guided by the optical member 23 via the optical member 8.
  • the light is incident on the layer 4 from a part of the outer peripheral surface (side surface).
  • the illumination light is converted into substantially isotropic scattered light as in the first embodiment, and then emitted from the tip end surface and the outer peripheral surface of the optical member 23 by the function of the reflective layer 33.
  • the illumination light is emitted from the entire circumference of the optical member 23 by guiding the light guide layer 4 and the diffusion layer 5 also in the circumferential direction in the process of repeating the diffusion by the diffusion layer 5 and the reflection by the reflection layer 33. Ru.
  • the illumination device 400 configured as described above, as in the first embodiment, a wide angle range of 180 ° or more can be effectively and efficiently illuminated, and the diameter is small.
  • the light emitter 1 may have an emission end 1 a having a shape other than a rectangular shape.
  • the optical member 21 may be provided with another diffusion layer 6 as shown in FIGS. 5A and 5B.

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Abstract

照明光を出射する出射端(1a)を有する発光部(1)と、所定の軸を中心とする円周上に配置され、出射端(1a)から入射された照明光を表面から出射する光学部材(2)と、該光学部材(2)の半径方向内側の表面に隣接して設けられ、照明光を半径方向外方へ反射する反射層(3)とを備え、光学部材(2)が、出射端(1a)から照明光が入射されるとともに該照明光を導光する導光層(4)と、該導光層(4)よりも半径方向外側かつ所定の軸に沿う方向の一端側に位置し、導光層(4)から入射された照明光を拡散させながら導光する拡散層(5)とを備える照明装置(100)を提供する。

Description

照明装置
 本発明は、照明装置に関し、特に、180°以上の画角を有する内視鏡に適用される照明装置に関するものである。
 従来、180°以上の広い画角を有し、前方および側方、さらには後方の視野を同時に観察可能な内視鏡が知られている(例えば、特許文献1参照。)。例えば、多数のひだが存在する大腸において180°以上の画角を有する内視鏡を使用した場合には、内視鏡の先端の向きを大きく変化させずともひだの裏側を観察することができるので、ユーザによる操作が容易になるとともに、病変をより確実に見付けることができる。特許文献1の内視鏡は、照明装置として先端部に2つのライトガイドを備え、前方の視野と側方の視野とを別々のライトガイドを用いて照明することによって、広角の視野の全体を照明している。
特開2004-329700号公報
 しかしながら、特許文献1の内視鏡に設けられている照明装置は、細径な内視鏡には適さないという問題がある。すなわち、内視鏡の先端部には、被写体の画像を取得するための撮像光学系、処置具用のチャネル、レンズ洗浄用のノズル、湾曲部を湾曲させるための機構等の様々な部品が集約されている。したがって、細径の内視鏡においては、径方向に極力小さい空間に設置できる照明装置が求められる。特許文献1の照明装置は、撮像光学系の周囲に複数のライトガイドを径方向に並べて配置し、さらに側方照明用のライトガイドの先端部分を内視鏡の径方向へ曲げることによって側方を照明する構成となっている。したがって、内視鏡の径方向に大きな設置空間を必要とし、内視鏡の先端部の径の大幅な増加を招いてしまう。
 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、180°以上の広い角度範囲を照明可能でありながら、細径の内視鏡にも好適に適用することができる照明装置を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
 本発明の第1の態様は、照明光を出射する出射端を有する発光部と、所定の軸を中心とする円周上に配置され、前記出射端から入射された前記照明光を表面から出射する光学部材と、該光学部材の半径方向内側の表面に隣接して設けられ、前記照明光を半径方向外方へ反射する反射層とを備え、前記光学部材が、導光層と、該導光層よりも半径方向外側および前記所定の軸に沿う方向の一端側に位置する拡散層とを備え、前記導光層は、前記出射端から前記照明光が入射されるとともに該照明光を導光し、前記拡散層は、前記導光層から入射された前記照明光を拡散させながら導光する照明装置である。
 本発明の第1の態様によれば、光学部材の導光層に入射された照明光は、続いて拡散層において様々な方向に拡散されることによって、光学部材の表面から、所定の軸に沿う方向および放射方向に出射される。したがって、光学部材を、内視鏡が備える観察光学系の外側において該観察光学系の観察光軸と同軸に配置した場合に、観察光学系の前方および側方の視野を含む180°以上の角度範囲を照明することができる。
 この場合に、導光層の半径方向内側の表面から出射した照明光は反射層によって導光層を介して拡散層へ戻されるので、出射端から光学部材に入射された照明光の大部分が、観察光軸に対して前方および側方へ出射されて視野の照明に寄与する。したがって、内視鏡の前方および側方の視野を高効率で照明することができる。さらに、光学部材は、観察光学系の周囲に該観察光学系の光軸と略同軸に配置される、全体として略筒状の形状となっているので、観察光学系の周囲の薄い空間に設置することができ、細径な内視鏡にも好適に適用することができる。
 上記第1の態様においては、前記出射端の形状が、円形、楕円、多角形、または、扇形であってもよい。
 このようにすることで、発光部の設計の自由度を向上することができる。
 上記第1の態様においては、前記光学部材が、周方向の一部分を長手方向に切り欠いてなる切欠部を有する略筒状であってもよい。
 このようにすることで、内視鏡の先端部に搭載されている部品を配置する空間が切欠部に確保されるので、汎用性の高い構造とすることができる。
 上記第1の態様においては、前記円周上に配列される複数の前記光学部材を備え、該各光学部材が、半径方向内側に平坦な側面を有する柱状であり、前記反射層が、前記平坦な側面に設けられていてもよい。
 このようにすることで、光学部材の側面に反射層を形成する製造工程を簡略にすることができる。
 上記第1の態様においては、前記円周上に周方向に配列される複数の前記光学部材を備え、該各光学部材が、半径方向内側に前記所定の軸を中心に湾曲した側面を有する略馬蹄形状を有する柱状であり、前記反射層が、前記湾曲した側面に設けられていてもよい。
 本発明の第2の態様は、照明光を出射する出射端を有する発光部と、所定の軸を中心とする円周上に配置され、前記出射端から入射された前記照明光を表面から出射する光学部材と、該光学部材の半径方向内側の表面よりも内側に設けられ、前記照明光を半径方向外方へ反射する反射層とを備え、前記光学部材が、導光層と、該導光層よりも半径方向外側および前記所定の軸に沿う方向の一端側に位置する拡散層とを備え、前記導光層は、前記出射端から前記照明光が入射されるとともに該照明光を導光し、前記拡散層は、前記導光層から入射された前記照明光を拡散させながら導光する照明装置である。
 本発明の第3の態様は、照明光を出射する出射端を有する発光部と、所定の軸を中心とする円周上に配置され、前記出射端から入射された前記照明光をその表面である出射面から出射する光学部材と、該光学部材の前記出射面とは反対側の表面に設けられ、前記照明光を前記光学部材の前記出射面の側へ反射する反射層とを備え、前記光学部材が、導光層と、拡散層とを備え、前記導光層は、前記出射端から前記照明光が入射されるとともに該照明光を導光し、前記拡散層は、前記導光層から入射された前記照明光を拡散させながら導光する照明装置である。
 上記第3の態様においては、前記導光層と前記拡散層とが、前記所定の軸の方向に沿って積層されていてもよい。
 上記第3の態様においては、前記所定の軸の方向に沿って順に、前記拡散層、前記導光層および前記反射層が設けられ、前記出射面が、前記拡散層の表面であってもよい。
 上記第3の態様においては、前記光学部材が、リング形状を有していてもよい。
 上記第3の態様においては、前記光学部材は、前記発光部の前記出射端からの前記照明光が前記光学部材の側面に入射されてもよい。
 上記第3の態様においては、前記光学部材は、前記発光部の前記出射端からの前記照明光が前記導光層および前記拡散層の両方に入射されてもよい。
 本発明によれば、180°以上の広い角度範囲を照明可能でありながら、細径の内視鏡にも好適に適用することができるという効果を奏する。
本発明の第1の実施形態に係る照明装置の全体構成を示す正面図である。 図1Aの照明装置の、I-I線における縦断面図である。 図1Aおよび図1Bの発光部の出射端の形状の変形例を示す、照明装置の正面図である。 図1Aおよび図1Bの発光部の出射端の形状のもう1つの変形例を示す、照明装置の正面図である。 図1Aおよび図1Bの光学部材における光線の振る舞いを示す図である。 図1Aおよび図1Bの光学部材の変形例を示す、照明装置の正面図である。 図5Aの照明装置の、II-II線における縦断面図である。 図5Aおよび図5Bの光学部材における光線の振る舞いを示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る照明装置の全体構成を示す正面図である。 図7の光学部材の変形例を示す、照明装置の正面図である。 本発明の第3の実施形態に係る照明装置の全体構成を示す正面図である。 図9Aの照明装置の、III-III線における縦断面図である。 図9Aおよび図9Bの光学部材の形状の変形例を示す、照明装置の正面図である。 図10Aの照明装置の、IV-IV線における縦断面図である。 本発明の第4の実施形態に係る照明装置の全体構成を示す正面図である。 図11Aの照明装置の、V-V線における縦断面図である。
(第1の実施形態)
 以下に、本発明の第1の実施形態に係る照明装置100について図1Aから図6を参照して説明する。
 本実施形態に係る照明装置100の先端側の部分(後述する光学部材2および反射層3から構成される部分)は、図1Aおよび図1Bに示されるように、筒状の構造を有し、内視鏡の先端に設けられた撮像光学系を周方向に囲むように、外部に露出して配置される。同図において、破線で囲まれた空間Sが、撮像光学系が配置される空間を示し、軸Aが、撮像光学系の観察光軸を示している。特に、本実施形態に係る照明装置100は、180°以上の画角を有し、観察光軸Aの前方(図面において右から左に向かう方向)および側方の視野を同時に撮影可能な撮像光学系を備える内視鏡を対象として設計されている。
 具体的には、照明装置100は、図1Aおよび図1Bに示されるように、照明光を出射する出射端1aを有する発光部1と、該発光部1の先端側に設けられ、出射端1aから入射された照明光を拡散しながら導光するとともにその表面から出射する略円筒状の光学部材2と、該光学部材2の内周面に設けられた反射層3とを備えている。
 発光部1は、例えば、内視鏡の内部に配置されるファイババンドルである。ファイババンドルの基端は、内視鏡の外部に配置された光源装置(図示略)に接続され、光源装置から供給された照明光がファイババンドルを導光してファイババンドルの先端である出射端1aから出射されるようになっている。出射端1aは、光学部材2の基端面に対して十分に近接した位置に対向配置され、光学部材2の導光層4(後述)の基端面に照明光を入射させる。
 照明光の色は、用途に応じて適宜選択可能であり、被写体の通常観察においては白色であることが好ましい。NBI(狭帯域光観察)や蛍光観察等の特殊光観察においては、特定の波長帯域のみに発光スペクトルを有する狭帯域の光を照明光として用いてもよい。
 なお、図1Aおよび図1Bには、観察光学Aを中心とする円周上に等間隔で配列された4つの発光部1が示されているが、発光部1の形態や数は適宜変更可能である。例えば、発光部1は、ファイババンドルに代えて、LEDやレーザ等の小型の固体光源であってもよい。また、出射端1aの形状も適宜変更可能であり、図2および図3に示されるように、円形または扇形であってもよく、これら以外の形状、例えば、矩形以外の多角形や楕円形であってもよい。
 光学部材2は、その中心軸(所定の軸)が観察光軸(所定の軸)Aと略一致するように配置されている。内視鏡が備える通常の撮像光学系は、観察光軸Aに沿って一列に配列された複数のレンズと、これら複数のレンズを内部に保持する円筒状の鏡枠とからなる。光学部材2は、この鏡枠の外周面を囲むように配置される。
 光学部材2は、半径方向に2つの層4,5が積層されてなる層構造を有している。具体的には、光学部材2は、半径方向内側に位置する導光層4と、該導光層4の半径方向外側および先端側に位置し導光層4の外面を覆う拡散層5とを備えている。導光層4の外周面と拡散層5の内周面とは接合されており、照明光は、導光層4と拡散層5との間を往来可能になっている。
 導光層4は、照明光を伝搬する導光材からなる。導光材としては、例えば、アクリルやゼオノア等のプラスチック材料が用いられる。
 拡散層5は、導光層4を構成する導光材と同様の導光材と、照明光を拡散する拡散材とから構成されることが望ましく、母材である導光材に拡散材が略均一な密度で分散した状態で担持されている。拡散材としては、酸化チタン等が用いられる。
 光学部材2に基端面から入射した照明光に含まれる各光線は、図4に示されるように、入射角度に応じた方向へ進み、ほとんどの光線は、後述する反射層3の反射作用によって、拡散層5へ入射する。図4における矢印は、照明光に含まれる光線とその進行方向を示している。
 拡散層5に入射した照明光は、該拡散層5の内部を導光する間に、導光材と拡散材との間の屈折率の差に起因して生じる屈折を繰り返して略等方的に拡散されることによって、略等方散乱光に変換される。略等方散乱光となった照明光のほぼ全部が、後述する反射層3の反射作用によって、拡散層5の表面のうち外部に露出された先端面または外周面から外部へ出射される。これにより、拡散層5の先端面から観察光軸A前方へ出射された照明光によって主に観察光学系の前方の視野が照明され、拡散層5の外周面から観察光軸Aに対して放射状に出射された照明光によって主に観察光学系の側方の視野が全周にわたって照明されるようになっている。
 光学部材2の先端面は、外周面から滑らかに連続するとともに先端側に向かって外径が漸次小さくなる錐状に形成され、好ましくは、丸みを帯びた形状を有している。これにより、先端面および外周面から出射される照明光の強度が各角度において均等となり、広い視野の各位置を均一な明るさで照明することができ、良好な照明性能が得られる。
 反射層3は、照明光に対して高い反射率を有し、光学部材2の内周面よりも半径方向内側において、光学部材2の内周面に隣接して設けられている。反射層3は、光学部材2の内周面に固定されたシートまたはパイプであってもよい。このとき、反射層3は、拡散層2との間に空気層を挟んで拡散層2に接していてもよく、拡散層2の屈折率と略同一の屈折率を有する光学接着剤で拡散層2に固定されていてもよい。または、反射層3は、光学部材2の内周面に形成された反射材の膜であってもよい。光学部材2の内周面から出射される照明光が反射層3によって光学部材2へ戻されることによって、光学部材2に観察光軸Aに沿って入射された照明光のほぼ全部が、光学部材2の先端面および外周面から出射されて前方および側方の視野の照明に寄与することになる。これにより、高い照明効率を得ることができる。
 次に、このように構成された照明装置100の作用について説明する。
 本実施形態に係る照明装置100によれば、発光部1の出射端1aから光学部材2の導光層4に入射された照明光は、導光層4の外側に位置する拡散層5へ入射し、該拡散層5を導光する間に様々な方向へ拡散される。このとき、照明光に含まれる光線の一部は、拡散層5の先端面または外周面から出射される。一方、照明光に含まれる光線の他の部分は、拡散層5の内周面から導光層4へ再び入射し、該導光層4を直進して導光層4の内周面から出射され、導光層4と撮像光学系との間に配置されている反射層3によって反射されて拡散層5へ戻され、再び直進して拡散層5へ入射し、拡散層5の先端面または外周面から出射されるまで拡散層5における拡散および反射層3による反射を繰り返す。これにより、発光部1から光学部材2に入射された照明光は、光量をほとんど損失することなく、観察光学系の前方の視野および側方の視野を十分な明るさで同時に照明することができる。
 ここで、拡散層5においてほぼ完全拡散(ランバート散乱)されることによって等方散乱光となった照明光は、拡散層5から様々な方向へ出射する。さらに、先端面と外周面とが滑らかに連続する形状を有しているので、先端面および外周面からそれぞれ出射される照明光に、不連続な明るさの変化が発生することがない。したがって、180°以上の広い角度範囲を均一な明るさで照明することができる。
 この場合に、本実施形態に係る照明装置100は、内視鏡が備える撮像光学系の外側に該撮像光学系と同軸に配置される筒状であり、内視鏡の径方向に十分に小さい寸法を有する層状の構造となっている。そのため、照明装置100を、内視鏡の先端部の径をほとんど増加させることなく内視鏡の先端に組み込むことができる。具体的には、照明装置100を組み込むことに因る内視鏡の先端部の径の増加幅は、円筒状の光学部材2および反射層3の厚みに相当する分だけで済む。したがって、細径の内視鏡にも好適に適用することができるという利点がある。
 また、照明光は、拡散層5において観察光軸Aに対して後方(図面において左から右へ向かう方向)にも拡散される。すなわち、特に基端面近傍において拡散層5によって拡散された照明光のうち一部が光学部材2の基端面から出射されることによって、照明光の光量に損失が生じる。そこで、本実施形態のように、出射端1aから照明光が入射される半径方向内側に、照明光の拡散作用を有しない導光層4を設けることによって、光学部材2から観察光軸A後方へ出射される照明光を低減し、さらに高い照明効率を得ることができるという利点がある。
 なお、本実施形態においては、光学部材2が、導光層4の外側のみに拡散層5を備えることとしたが、これに代えて、図5Aおよび図5Bに示されるように、導光層4の半径方向外側に設けられ、導光層4と反射層3との間に介在するもう1つの拡散層6を備え、半径方向に3つの層4,5,6が積層されてなる構造を有していてもよい。
 このように構成された光学部材2において、照明光は、図6に示されるように、図1Aおよび図1Bの光学部材2とほぼ同様の同じ振る舞いを示す。このようにしても、出射端1aから照明光が入射される位置に設けられた導光層4によって、照明効率の向上を図ることができる。
(第2の実施形態)
 次に、本発明の第2の実施形態に係る照明装置200について、図7および図8を参照して説明する。本実施形態においては、上述した第1の実施形態と異なる点について主に説明し、第1の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
 本実施形態に係る照明装置200は、全周にわたって延びる光学部材2に代えて、図7に示されるように、周方向の一部分が切り欠かれた略C字形状の横断面を有する光学部材21を備えている点において、第1の実施形態と主に異なっている。
 光学部材21の周方向の一部分を長手方向に切り欠いてなる切欠部21aは、扇形の横断面形状を有している。光学部材21のその他の構成および作用は、第1の実施形態の光学部材2と同様である。
 反射層31は、第1の実施形態の反射層3と同様に、光学部材21の内周面に設けられ、内周面から出射された照明光を光学部材21へ戻すようになっている。反射層31は、好ましくは、切欠部21aに露出する光学部材21の断面にも設けられ、該断面から出射された照明光を光学部材21へ戻すようになっている。反射層31のその他の構成および作用は、第1の実施形態の反射層3と同様である。
 撮像光学系の周囲には、設計上、様々な部品が配置される。本実施形態に係る照明装置200によれば、切欠部21aによって確保された空間にこのような部品を配置することができ、より汎用性の高い構造とすることができるという利点がある。また、第1の実施形態と同様に、180°以上の広い角度範囲を効果的かつ効率的に照明することができるとともに、細径の内視鏡にも好適に適用することができるという利点がある。
 なお、本実施形態において、切欠部21aの形状および数は、適宜変更してもよい。例えば、周方向の複数個所に切欠部21aが形成されることによって、光学部材21が周方向に複数個に分割され、複数個の光学部材21が周方向に配列されていてもよい。この場合、個々の光学部材21は、観察光軸Aに垂直な横断面が略馬蹄形状を有する柱状であり、個々の光学部材21の半径方向内側の側面は、観察光軸Aを中心に湾曲する曲面である。図8には、周方向の2箇所に切欠部21aが形成されることによって、光学部材21が2つの部材から構成された例が示されている。 また、本実施形態において、発光体1が、図2または図3に示されるように、矩形以外の形状の出射端1aを有していてもよい。
 また、本実施形態において、光学部材21が、図5Aおよび図5Bに示されるように、もう1つの拡散層6を備えていてもよい。
(第3の実施形態)
 次に、本発明の第3の実施形態に係る照明装置300について、図9Aから図10Bを参照して説明する。本実施形態においては、上述した第1および第2の実施形態と異なる点について主に説明し、第1および第2の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
 本実施形態に係る照明装置300は、筒状の光学部材2,21に代えて、図9Aおよび図9Bに示されるように、観察光軸Aを中心とする周方向に略均等に配列される複数(本例においては4つ)の光学部材22を備え、光学部材22、反射層32および発光部1からなるユニットを4つ備えている点において、第1および第2の実施形態と主に異なっている。
 各光学部材22は、略半円柱状であり、平坦な側面が半径方向内側に配置され、湾曲した側面が半径方向外側に配置されている。光学部材22のその他の構成および作用は、第1の実施形態の光学部材2と同様である。
 反射層32は、各光学部材22の平坦な側面に設けられ、平坦な形状を有している。反射層32のその他の構成および作用は、第1の実施形態の反射層3と同様である。
 このように構成された本実施形態に係る照明装置300によれば、光学部材22が4つの別体の部材から構成されているので、光学部材22に反射層32を形成する加工工程において、光学部材22の平坦な側面に対して任意の方向から加工を施すことができ、さらに、反射層32が平坦な形状であるので、上述した反射層3,31と比べて反射層32を簡易に形成することができるという利点がある。また、第1の実施形態と同様に、180°以上の広い角度範囲を効果的かつ効率的に照明することができるとともに、細径の内視鏡にも好適に適用することができるという利点がある。
 なお、本実施形態において、光学部材22は、半径方向内側に平坦な側面を有する柱状であればよく、例えば、図10Aおよび図10Bに示されるように、光学部材22が、矩形の横断面形状を有する四角柱状であってもよい。
 また、本実施形態において、発光体1が、図2または図3に示されるように、矩形以外の形状の出射端1aを有していてもよい。
 また、本実施形態において、光学部材21が、図5Aおよび図5Bに示されるように、もう1つの拡散層6を備えていてもよい。
(第4の実施形態)
 次に、本発明の第4の実施形態に係る照明装置400について、図11Aおよび図11Bを参照して説明する。本実施形態においては、上述した第1から第3の実施形態と異なる点について主に説明し、第1から第3の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
 本実施形態に係る照明装置400は、発光体1が、光学部材2,21,22に基端側から照明光を入射することに代えて、図11Aおよび図11Bに示されるように、光学部材23に側方から照明光を入射する点において、第1から第3の実施形態と主に異なっている。
 本実施形態において、光学部材23は、光学部材2に比べて観察光軸A方向に小さい寸法を有するリング状である。光学部材23のその他の構成は、出射端1aから照明光が入射される周方向の一部分において拡散層5が存在しないことを除いて、第1の実施形態の光学部材2と同様である。
 光学部材23の半径方向外側には、発光部1の出射端1aから観察光軸Aに平行に出射された照明光を光学部材23の外周面に向かって90°偏向する偏向プリズム7と、該偏光プリズム4の出射面と光学部材23の外周面の一部とを接続する光学部材8とが備えられている。これにより、出射端1aからの照明光が、導光層4および拡散層5のうち少なくとも導光層4に入射され、好ましくは両方に入射されるようになっている。
 反射層33は、リング状の光学部材23の内周面および基端面に設けられており、該内周面または基端面から出射される照明光を光学部材23へ戻すことによって、光学部材23入射した照明光の略全部を、光学部材23の先端面(出射面)および外周面(出射面)から出射させるようになっている。すなわち、本実施形態において、観察光軸Aの方向に沿って先端側から順に、拡散層5、導光層4および反射層33が積層して設けられている。
 このように構成された本変形例に係る照明装置400によれば、出射端1aから出射された照射光は、偏向プリズム7によって偏向された後、光学部材8を介して光学部材23の導光層4に外周面(側面)の一部から入射する。光学部材23において、照明光は、第1の実施形態と同様に、略等方散乱光に変換された後に、反射層33の作用によって光学部材23の先端面および外周面から出射される。ここで、照明光は、拡散層5における拡散および反射層33による反射を繰り返す過程において導光層4および拡散層5を周方向にも導光することによって、光学部材23の全周から出射される。
 このように構成された本実施形態に係る照明装置400によれば、第1の実施形態と同様に、180°以上の広い角度範囲を効果的かつ効率的に照明することができるとともに、細径の内視鏡にも好適に適用することができるという利点がある。
 なお、本実施形態において、発光体1が、図2または図3に示されるように、矩形以外の形状の出射端1aを有していてもよい。
 また、本実施形態において、光学部材21が、図5Aおよび図5Bに示されるように、もう1つの拡散層6を備えていてもよい。
100,200,300,400 照明装置
1 発光部
1a 出射端
2,21,22,23 光学部材
21a 切欠部
3,31,32,33 反射層
4 導光層
5 拡散層
6 もう1つの拡散層
7 偏向プリズム
8 導光部材
A 観察光軸

Claims (12)

  1.  照明光を出射する出射端を有する発光部と、
     所定の軸を中心とする円周上に配置され、前記出射端から入射された前記照明光を表面から出射する光学部材と、
     該光学部材の半径方向内側の表面に隣接して設けられ、前記照明光を半径方向外方へ反射する反射層とを備え、
     前記光学部材が、導光層と、該導光層よりも半径方向外側および前記所定の軸に沿う方向の一端側に位置する拡散層とを備え、
     前記導光層は、前記出射端から前記照明光が入射されるとともに該照明光を導光し、
     前記拡散層は、前記導光層から入射された前記照明光を拡散させながら導光する照明装置。
  2.  前記出射端の形状が、円形、楕円、多角形、または、扇形である請求項1に記載の照明装置。
  3.  前記光学部材が、周方向の一部分を長手方向に切り欠いてなる切欠部を有する略筒状である請求項1または請求項2に記載の照明装置。
  4.  前記円周上に配列される複数の前記光学部材を備え、
     該各光学部材が、半径方向内側に平坦な側面を有する柱状であり、
     前記反射層が、前記平坦な側面に設けられる請求項1または請求項2に記載の照明装置。
  5.  前記円周上に周方向に配列される複数の前記光学部材を備え、
     該各光学部材が、半径方向内側に前記所定の軸を中心に湾曲した側面を有する略馬蹄形状を有する柱状であり、
     前記反射層が、前記湾曲した側面に設けられている請求項3に記載の照明装置。
  6.  照明光を出射する出射端を有する発光部と、
     所定の軸を中心とする円周上に配置され、前記出射端から入射された前記照明光を表面から出射する光学部材と、
     該光学部材の半径方向内側の表面よりも内側に設けられ、前記照明光を半径方向外方へ反射する反射層とを備え、
     前記光学部材が、導光層と、該導光層よりも半径方向外側および前記所定の軸に沿う方向の一端側に位置する拡散層とを備え、
     前記導光層は、前記出射端から前記照明光が入射されるとともに該照明光を導光し、
     前記拡散層は、前記導光層から入射された前記照明光を拡散させながら導光する照明装置。
  7.  照明光を出射する出射端を有する発光部と、
     所定の軸を中心とする円周上に配置され、前記出射端から入射された前記照明光をその表面である出射面から出射する光学部材と、
     該光学部材の前記出射面とは反対側の表面に設けられ、前記照明光を前記光学部材の前記出射面の側へ反射する反射層とを備え、
     前記光学部材が、導光層と、拡散層とを備え、
     前記導光層は、前記出射端から前記照明光が入射されるとともに該照明光を導光し、
     前記拡散層は、前記導光層から入射された前記照明光を拡散させながら導光する照明装置。
  8.  前記導光層と前記拡散層とが、前記所定の軸の方向に沿って積層されている請求項7に記載の照明装置。
  9.  前記所定の軸の方向に沿って順に、前記拡散層、前記導光層および前記反射層が設けられ、
     前記出射面が、前記拡散層の表面である請求項8に記載の照明装置。
  10.  前記光学部材が、リング形状を有する請求項7から請求項9のいずれかに記載の照明装置。
  11.  前記光学部材は、前記発光部の前記出射端からの前記照明光が前記光学部材の側面に入射される請求項7から請求項10のいずれかに記載の照明装置。
  12.  前記光学部材は、前記発光部の前記出射端からの前記照明光が前記導光層および前記拡散層の両方に入射される請求項11に記載の照明装置。
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