WO2018154693A1 - 内視鏡 - Google Patents

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哲大 岡
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Definitions

  • the present invention relates to an endoscope.
  • an endoscope that can observe the front including the insertion direction and the side including the oblique rear for observation in the large intestine is known (for example, see Patent Document 1).
  • a front observation window and a side observation window are separately provided, and the illumination system is divided into a front use and a side use.
  • an annular diffusing element is disposed so as to surround the front observation window disposed on the distal end surface of the insertion portion of the endoscope, and the exit end of one optical fiber bundle is arranged. It is arranged on the side surface of the diffusing element, and irradiates the light incident on the side surface of the diffusing element from the exit end with a uniform diffusing action of the diffusing element.
  • the present invention has been made in view of the circumstances described above, and it is possible to perform observation with a bright and clear image by suppressing light spots caused by specular reflection light on the surface of the observation target and improving the light utilization efficiency. It aims at providing the endoscope which can be performed.
  • One aspect of the present invention includes an elongated insertion portion, a front observation window and a front illumination system disposed on the distal end surface of the insertion portion, and a side observation window and a lateral portion disposed on the proximal side from the distal end surface.
  • the diffusion element is an endoscope in which one or more kinds of fine particles are dispersed in a uniform medium made of a material different from the fine particles, and satisfies the following conditional expression. 0.06 ⁇ s ⁇ 100 0.7 ⁇ g ⁇ 1
  • ⁇ s is a scattering coefficient (1 / mm) of the diffusing element
  • g is an anisotropy parameter of the fine particles.
  • the light emitted from the front illumination system and the side illumination system and reflected by the subject enters the insertion portion via the front observation window and the side observation window, and is photographed by the imaging device. It is possible to observe a subject arranged in front and side of the insertion portion.
  • the illumination light guided from the light source by the light guide fiber is incident on the proximal end side of the diffusion element, is diffused and emitted by the diffusion element, and is mainly disposed in front of the insertion portion. Illuminate the subject.
  • the scattering coefficient and the anisotropy parameter of the fine particles satisfy the conditional expression, the diffusibility of the diffusing element is relatively low, and the light is emitted without being uniformly diffused.
  • the entire diffusing element Since the illumination light is emitted without being uniformly diffused by the ring-shaped diffusing element, the entire diffusing element does not shine at a uniform intensity in the ring shape, but is the highest at the incident light incident position from the light guide fiber. The other part will shine at a lower intensity. As a result, the entire diffusing element does not serve as a secondary light source, and even when a subject such as a wet biological tissue is observed, it is possible to prevent the ring-shaped light spots of the diffusing member from being formed in the image. . In addition, by suppressing the diffusibility, light that is not emitted to the outside due to internal reflection on the surface of the diffusing element or light that returns by backscattering can be reduced, and light utilization efficiency can be improved.
  • the said some light guide fiber may be arrange
  • the said light emission part may be before the injection
  • the said side observation window is provided over the range of 200 to 300 degrees of circumferential directions
  • the said light guide fiber is the said side in the circumferential direction position in which the said side observation window is not provided. You may arrange
  • three or four light guide fibers may be provided, and the illumination light may be incident on each of the incident locations that are substantially equidistant in the circumferential direction. In this way, it is possible to uniformly illuminate the subject with illumination light for observation through the front observation window while preventing the formation of ring-shaped light spots in the image.
  • the multi-core fiber made from a plastic may be sufficient as the said light guide fiber.
  • a light guide fiber can be arrange
  • tip of each said light guide fiber is 0 to the radial direction outward of the said diffusion element with respect to the axis line orthogonal to the said front observation window toward the front end side from a base end side. They may be arranged at an angle of not less than 30 ° and not more than 30 °.
  • An R surface for improving the insertability of the insertion portion is formed on the outer peripheral portion of the distal end of the ring-shaped diffusion element disposed on the distal end surface of the insertion portion.
  • the present invention it is possible to perform observation with a bright and clear image by suppressing light spots caused by specularly reflected light on the surface of the observation target to be small and improving the light use efficiency.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an endoscope according to an embodiment of the present invention. It is a perspective view which expands and shows a part of front-end
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a state in which a base end side of the assembly of FIG. 9 is covered. It is a partial longitudinal cross-sectional view which shows the direction of the front-end
  • an endoscope 1 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • an endoscope 1 according to the present embodiment includes an elongated insertion portion 2 that is inserted into a body cavity or the like, an operation portion 3 that is provided at the proximal end of the insertion portion 2, and an operation portion 3. And a connector portion 5 provided at the end of the universal cord 4.
  • a front viewing objective lens (front viewing window) 6 for direct viewing is disposed on the distal end surface 10 a at the distal end of the insertion portion 2 and forward observation is performed.
  • a ring-shaped front illumination system 7 that illuminates the front is disposed so as to surround the periphery of the objective lens 6.
  • a side observation objective lens (side observation window) 8 and an illumination lens (side illumination system) 9 are arranged on the proximal end side of the insertion portion 2 with respect to the front illumination system 7. Yes.
  • the endoscope 1 according to the present embodiment has a wide visual field range in which the front visual field and the side visual field can be observed simultaneously.
  • the front observation objective lens 6 forms an image of a subject in front of the insertion portion 2.
  • the side observation objective lens 8 is formed in a truncated cone shape that tapers forward so as to form an image of a subject on the side of the insertion portion 2.
  • the insertion portion 2 includes a rigid distal end portion 10 provided at the most distal end portion, a bending portion 11 connected to the proximal end side of the distal end portion 10, and a proximal end side of the bending portion 11. And a flexible tube portion 12 made of a long tubular member having flexibility, and the outer diameter of the tip portion 10 is 14 mm or less.
  • a treatment instrument channel opening 13 a front observation objective lens 6, an illumination lens 9, a water supply nozzle 14, and the like are disposed at the distal end of the distal end portion 10.
  • an imaging optical system 15 that forms an image of the light condensed by the front observation objective lens 6 and the side observation objective lens 8; And an imaging device 16 for taking an image of the subject imaged by the imaging optical system 15.
  • a treatment instrument channel 17 In the insertion portion 2, a treatment instrument channel 17, a light guide (optical fiber bundle) 18, a signal cable (not shown), and the like are arranged.
  • the treatment instrument channel 17 extends from the treatment instrument channel opening 13 through the insertion portion 2 in the longitudinal direction to a treatment instrument insertion port disposed in the vicinity of the connection portion between the insertion portion 2 and the operation portion 3. Further, the light guide 18 and the signal cable penetrate from the distal end portion 10 of the insertion portion 2 through the insertion portion 2 in the longitudinal direction, pass through the inside of the operation cord 3 and the inside of the universal cord 4, and finally become universal. It is connected to the connector part 5 at the end of the cord 4.
  • the light guide 18 is constituted by a fiber bundle formed by bundling a plurality of light guide fibers 19 for guiding illumination light.
  • An endoscope system 100 is configured by connecting a control processor 20, which is an external device, a light source device (light source) 21, and a display device 22 via the connector unit 5.
  • the operation unit 3 is a part that the user grips when using the endoscope 1, and a bending operation knob 23 and a plurality of operation members corresponding to various other operations are arranged on the exterior surface of the operation unit 3. Yes.
  • the bending operation knob 23 is an operation member that causes the bending portion 11 of the insertion portion 2 to bend in any direction, up, down, left, and right, when the user rotates with a finger or the like.
  • the light source device 21 is a device that generates illumination light.
  • the control processor 20 is a signal processing device that comprehensively controls the entire endoscope system 100.
  • the display device 22 is a display unit that displays an endoscopic image based on an imaging signal acquired by the endoscope 1, and includes, for example, an LCD panel.
  • the control processor 20 transmits a control signal, various detection signals, an acquired image signal, and the like via a signal cable inserted through the endoscope 1. Then, the processed image signal is transmitted to the display device 22 to display an endoscopic image and various information. Also, the illumination light from the light source device 21 is guided to the illumination lens 9 disposed in the insertion portion 2 via the universal cord 4 and the operation portion 3 via the connector portion 5 and directed toward the surrounding observation object. It comes to be irradiated.
  • the front illumination system 7 includes a light guide fiber 24 to which the illumination light guided through the insertion portion 2 by the light guide 18 is incident, and the light guide fiber 24 guides the illumination light. And a ring plate-shaped diffusing element 25 for diffusing the illuminated illumination light.
  • a light guide fiber 24 is provided. Each light guide fiber 24 is formed of a plastic multi-core fiber.
  • the light guide fiber 24 made of plastic multi-core fiber is preferably, for example, one having an outer diameter of 0.2 to 1 mm and NA of 0.2 to 0.7.
  • a core made of polymethyl methacrylate resin (PMMA) is used.
  • a plurality, for example, 200 or more are bundled.
  • the core diameter is 100 ⁇ m or less, preferably 50 ⁇ m or less, and more preferably about 30 ⁇ m.
  • the clad of the multi-core fiber is made of a fluororesin.
  • each light guide fiber 24 is at an incident position on the proximal end surface side of the diffusing element 25 so that illumination light is incident on the diffusing element 25 from the proximal end surface side of the ring plate-shaped diffusing element 25 toward the distal end surface side. Opposed to each other. As shown in FIG. 6, the three incident locations where the illumination light from the three light guide fibers 24 are incident are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • each light guide fiber 24 are disposed substantially parallel to the distal end surface of the front observation objective lens 6.
  • the base end face of each light guide fiber 24 is arranged on the base end side with respect to the side observation objective lens 8.
  • the base ends of the three light guide fibers 24 are collected at one place.
  • the base end surface of each light guide fiber 24 is arrange
  • the illumination light guided by the light guide 18 is incident on the proximal end surface of the light guide fiber 24 and is emitted from the distal end surface of the light guide fiber 24 so that it can be incident on the diffusion element 25. It has become.
  • the base end face of the optical fiber 24 and the tip end face of the ride guide 18 are bonded with a transparent adhesive as necessary.
  • each light guide fiber 24 inserts the position of the side observation objective lens 8 from the base end side with respect to the side observation objective lens 8 in a part of the circumferential direction of the side observation objective lens 8. After being traversed in the longitudinal direction, it is bent twice in the opposite direction and arranged so that the respective front end surfaces thereof are opposed to the three incident positions of the diffusing element 25. And the front end surface of each light guide fiber 24 is adhere
  • the viewing angle of the side observation objective lens 8 is set to 200 ° or more and 300 ° or less, and the light guide fiber 24 is located laterally at a position (circumferential position) deviated from the field of view of the side observation objective lens 8. It passes through the observation objective lens 8 in the front-rear direction (longitudinal direction).
  • the diffusing element 25 is arranged at a position surrounding the front observation objective lens 6 and is configured by dispersing at least one kind of fine particles in an optically transparent resin material (homogeneous medium, resin).
  • the fine particles diffuse illumination light by Mie scattering.
  • the scattering coefficient ⁇ s (1 / mm) and the anisotropy parameter g in the Mie scattering theory satisfy the following conditional expressions. 0.06 ⁇ ⁇ s ⁇ 100 (1) 0.7 ⁇ g ⁇ 1 (2)
  • the diffusibility of the diffusing element 25 is sufficiently low, the illumination light can be gradually expanded by scattering, the backscattering is small, and the illumination light component returning to the light guide 18 side is sufficient. Can be reduced.
  • inorganic fine particles such as silica, alumina, talc, zirconia, zinc oxide or titanium dioxide, and organic fine particles such as polymethyl methacrylate resin, polystyrene resin, polyurethane resin, benzoguanamine resin or silicone resin may be employed. It can. Bubbles may be used as the fine particles.
  • Resin materials include polyester resins, acrylic resins, acrylic urethane resins, polyester acrylate resins, polyurethane acrylate resins, epoxy acrylate resins, urethane resins, epoxy resins, polycarbonate resins, and cellulose resins.
  • An acetal resin, a vinyl resin, a polyethylene resin, a polystyrene resin, a polypropylene resin, a polyamide resin, a melamine resin, a phenol resin, a silicone resin, a fluorine resin, or the like can be used.
  • a cycloolefin resin or a sulfonic acid resin is desirable from the viewpoint of biocompatibility, chemical resistance, and the like.
  • the diffusion element 25 is provided with a support portion 26 that extends radially outward from the ring plate-like portion. As shown in FIG. 8, the support portion 26 includes a groove 27 that accommodates the three light guide fibers 24. The light guide fiber 24 is accommodated and bonded to each groove 27 to guide the light. The fiber 24 is supported in a state of being fixed to the diffusing element 25.
  • the diffusing element 25 is disposed on the periphery of the distal end surface 10a of the insertion portion 2, as shown in FIGS. 4 and 7, an R surface is formed over the entire circumference, and the body cavity of the insertion portion 2 is formed. The ease of insertion into the inside is improved.
  • a portion that functions as an optical element and a portion that supports the light guide fiber 24 are molded as a seamless integral component so that the joint portion of the plurality of components is not exposed on the outer peripheral surface of the insertion portion 2.
  • the base end surface of the diffusing element 25 that houses the light guide fiber 24 in the groove 27 is closed by a lid 28.
  • the illumination lens 9 is disposed outside the imaging optical system 15 in the radial direction so as to surround the imaging optical system 15 over a predetermined circumferential range centering on the optical axis of the imaging optical system 15. .
  • the outer diameter of the side observation objective lens 8 is set larger than the outer diameter of the diffusion element 25, and the outer diameter of the illumination lens 9 is set larger than the outer diameter of the side observation objective lens 8.
  • the illumination light guided by the light guide 18 is emitted from the front end surface of the light guide 18 and is arranged to face the front end surface.
  • the light enters the base end face of the light guide fiber 24.
  • the illumination light incident on the light guide fiber 24 is guided by the light guide fiber 24 and is disposed around the periphery of the front observation objective lens 6 at the distal end of the insertion portion 2. Is incident on.
  • the illumination light is transmitted in the circumferential direction of the diffusion element 25.
  • the diffusing element 25 satisfies the conditional expressions (1) and (2), the diffusibility is kept low, the illumination light can be gradually spread by scattering, and the backscattering is small. The component of the illumination light that returns to the light guide 18 side can be sufficiently reduced.
  • the ring-plate-shaped diffusing element 25 does not shine uniformly, the incident light incident portion by the light guide fiber 24 shines with high intensity, and the other portions shine with lower intensity.
  • the entire diffusing element 25 is prevented from becoming a secondary light source, and a ring-shaped light spot is formed in the image of the subject acquired by the imaging device 16 even when observing a subject such as a wet biological tissue. Can be prevented. That is, since the light spot of the image is limited to the incident light incident portion at the maximum, there is an advantage that the subject can be observed without being disturbed by the ring-shaped light spot.
  • the endoscope 1 by suppressing the diffusibility of the diffusing element 25 to be low, the backscattering and the component of the illumination light returning to the light guide 18 side are sufficiently reduced. There is also an advantage that the use efficiency of the illumination light can be increased by increasing the component of the illumination light emitted to.
  • the light guide fiber 24 made of a plastic multi-core fiber is used, in the distal end portion 10 of the endoscope 1 in which the installation space is extremely limited, The light guide fiber 24 can be arranged with a very small bending radius, and the illumination light guided by the light guide 18 can be distributed to a plurality of incident locations of the diffusing element 25.
  • the illumination light is incident on three places spaced equally in the circumferential direction of the diffusion element 25 by the three light guide fibers 24 , but the present invention is not limited to this. You may employ
  • the illumination light may be disposed at a position 180 ° apart.
  • the diffusion element 25 was formed in the ring plate shape over the perimeter was illustrated, a part of the circumferential direction may be interrupted, or it may be divided in the circumferential direction Good.
  • the case where the distal end surface of the light guide fiber 24 is arranged substantially parallel to the distal end surface of the front observation objective lens 6 is illustrated, but instead, as shown in FIG.
  • the central axis of the distal end surface of the light guide fiber 24 may be disposed so as to incline radially outward from the optical axis of the front observation objective lens 6 from the proximal end toward the distal end.
  • the periphery of the diffusing element 25 that forms the periphery of the foremost surface of the insertion portion 2 is formed by the R surface, when illumination light is incident in parallel to the optical axis of the front observation objective lens 6. , Due to refraction on the R surface, the light is condensed in the direction toward the optical axis, and only the central part may be illuminated brightly. Therefore, by illuminating the illumination light in a direction inclined radially outward toward the tip, even if refraction occurs at the periphery of the diffusing element 25, uniform illumination can be performed so that only the central portion is not illuminated brightly. it can.
  • the scattering coefficient ⁇ s of the diffusing element 25 can be expressed by the following equation (3), where ⁇ s is the scattering cross-sectional area of the fine particles, and ⁇ s is the number density of the fine particles dispersed in the diffusing element 25.
  • ⁇ s ⁇ s ⁇ s (3)
  • ⁇ s in equation (3) can be expressed by the following equation (4), where A is the geometric cross-sectional area of the fine particles and Q s is the scattering efficiency of the fine particles.
  • ⁇ s Q s A (4)
  • Q s in the formula (4) is represented by the following formula (5).
  • J k +0.5 (z) in equation (5) and Y k +0.5 (z) in equation (6) are the first type Bessel function and the second type Bessel function, respectively.
  • i is an imaginary unit.
  • N represents the ratio of the refractive index between the fine particles and the transparent resin, and is represented by the following formula (7).
  • x represents the ratio between the radius a of the fine particles and the wavelength ⁇ of the illumination light, and is represented by the following formula (8).
  • the anisotropy parameter g of the fine particles means an average of cosines of scattering angles when light is scattered by a single particle, and can take a value of ⁇ 1 ⁇ g ⁇ 1.
  • g is calculated from the following equation (9).
  • * in Formula (9) shows a complex conjugate and Re represents the real part in ⁇ .

Abstract

観察対象の表面における正反射光による光斑を小さく抑え、光の利用効率を向上することを目的として、本発明に係る内視鏡(1)は、細長い挿入部(2)と、挿入部(2)の先端面に配置された前方観察窓および前方照明系と、先端面よりも基端側に配置された側方観察窓および側方照明系と、前方観察窓および側方観察窓を介して入射した光を撮影する撮像素子とを備え、前方照明系が、前方観察窓の周囲を取り囲む位置に配置されたリング状の拡散素子と、拡散素子の基端側の周方向に間隔をあけた複数の入射箇所に、光源から導いてきた照明光を先端側に向かって入射させる複数の導光ファイバとを備え、拡散素子が、1種類以上の微粒子を該微粒子とは異なる材質からなる均一媒質中に分散させてなり、条件式0.06<μs≦100および0.7≦g<1を満足する。ここで、μsは拡散素子の散乱係数(1/mm)、gは微粒子の異方性パラメータである。

Description

内視鏡
 本発明は、内視鏡に関するものである。
 従来、大腸内観察等のために挿入方向前方と斜め後方を含む側方とを観察できるようにした内視鏡が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
 この内視鏡は、前方用の観察窓と側方用の観察窓とを別々に設け、照明系も前方用と側方用とに分けている。そして、前方用の照明系は、内視鏡の挿入部の先端面に配置された前方用の観察窓を取り囲むように円環状の拡散素子を配置し、1本の光ファイバ束の射出端を拡散素子の側面に配置し、射出端から拡散素子の側面に入射される光を拡散素子の強い拡散作用によって均一化して照射している。
特許第5596889号公報
 しかしながら、特許文献1の照明系は、円環状の拡散素子全体が均一に光るため、実質上リング状の二次光源が構成され、内視鏡の観察対象である濡れた生体組織の表面における反射光により画像内に形成されるリング状の光斑が観察の邪魔になるという不都合がある。また、全体を均一に光らせるための強い拡散作用により、拡散素子の表面における内面反射により外部に射出されない光や後方散乱によって戻ってしまう光が多く存在し、光の利用効率が低いという不都合もある。
 本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、観察対象の表面における正反射光による光斑を小さく抑えるとともに光の利用効率を向上して、明るくかつ鮮明な画像による観察を行うことができる内視鏡を提供することを目的としている。
 本発明の一態様は、細長い挿入部と、該挿入部の先端面に配置された前方観察窓および前方照明系と、前記先端面よりも基端側に配置された側方観察窓および側方照明系と、前記前方観察窓および前記側方観察窓を介して入射した光を撮影する撮像素子とを備え、前記前方照明系が、前記前方観察窓の周囲を取り囲む位置に配置されたリング状の拡散素子と、該拡散素子の基端側の周方向に間隔をあけた複数の入射箇所に、光源から導いてきた照明光を先端側に向かって入射させる複数の導光ファイバとを備え、前記拡散素子が、1種類以上の微粒子を該微粒子とは異なる材質からなる均一媒質中に分散させてなり、以下の条件式を満足する内視鏡である。
 0.06<μs≦100
 0.7≦g<1
 ここで、μsは前記拡散素子の散乱係数(1/mm)、gは前記微粒子の異方性パラメータである。
 本態様によれば、前方照明系および側方照明系から射出され被写体において反射した光が前方観察窓および側方観察窓を経由して挿入部内に入射し、撮像素子により撮影されることにより、挿入部の前方および側方に配置されている被写体を観察することができる。
 前方照明系においては、光源から導光ファイバによって導かれてきた照明光が拡散素子の基端側に入射されることにより拡散素子において拡散されて射出され、主として挿入部の前方に配置されている被写体を照明する。散乱係数および微粒子の異方性パラメータが条件式を満足することにより、拡散素子の拡散性は比較的低く、均一に拡散されずに射出される。
 照明光がリング状の拡散素子によって均一に拡散されることなく射出されるので、拡散素子全体がリング状に均一な強度で光るのではなく、導光ファイバからの照明光の入射箇所において最も高くなる強度で光り、他の部分はそれよりも低い強度で光るようになる。その結果、拡散素子全体が2次光源とならず、濡れた生体組織のような被写体を観察する場合においても、画像内に拡散部材のリング状の光斑が形成されることを防止することができる。また、拡散性を抑えることにより、拡散素子の表面の内面反射により外部に射出されない光や後方散乱によって戻ってしまう光を低減し、光の利用効率を向上することができる。
 また、上記態様においては、複数の前記導光ファイバが、前記光源からの前記照明光を入射させる基端面をまとめて前記光源の発光部に対向する位置に配置されていてもよい。
 このようにすることで、光源からの照明光を射出する発光部に複数の導光ファイバの入射端が対向させられるので、発光部の数を削減してコストを低減するとともに挿入部の小径化を図ることができる。
 また、上記態様においては、前記発光部が、前記光源からの光を前記挿入部の長手方向に沿って導光する光ファイバ束の射出端前であってもよい。
 このようにすることで、光ファイバ束によって省スペースで光源からの照明光を挿入部の先端部近傍まで導光することができる。
 また、上記態様においては、前記側方観察窓が周方向200°以上300°以下の範囲にわたって設けられ、前記導光ファイバが、前記側方観察窓の設けられていない周方向位置において前記側方観察窓の位置を長手方向に横切るように配置されていてもよい。
 このようにすることで、側方用観察窓の視界を遮らない位置を通過して導光ファイバにより照明光を導光することができる。
 また、上記態様においては、前記導光ファイバが3本または4本備えられ、周方向に略等間隔をあけた各前記入射箇所に前記照明光を入射させてもよい。
 このようにすることで、画像内におけるリング状の光斑の形成を防止しながら、前方観察窓を介した観察のための照明光を被写体に均一に照射することができる。
 また、上記態様においては、前記導光ファイバが、プラスチック製のマルチコアファイバであってもよい。
 このようにすることで、挿入部の先端近傍の限られた狭いスペースにおいて小さい曲げ半径で導光ファイバを配置することができる。
 また、上記態様においては、各前記導光ファイバの先端における中心軸が、基端側から先端側向かって、前記前方観察窓に直交する軸線に対して、前記拡散素子の径方向外方に0°以上30°以下の角度をなして配置されていてもよい。
 このようにすることで、照明光が、導光ファイバの先端から、先端側に向かって拡散素子の径方向に拡がる方向に射出される。挿入部の先端面に配置されているリング状の拡散素子の先端外周部には挿入部の挿入性を向上するためのR面が形成されるが、この構成により、拡散素子から射出される照明光がR面によって屈折させられても、照明光が中央のみに集中することを防止して、中央のみが明るく照明されないように照明の均一化を図ることができる。
 本発明によれば、観察対象の表面における正反射光による光斑を小さく抑えるとともに光の利用効率を向上して、明るくかつ鮮明な画像による観察を行うことができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る内視鏡を示す全体構成図である。 図1の内視鏡の挿入部の先端部の一部を拡大して示す斜視図である。 図1の内視鏡の挿入部の先端部を示す正面図である。 図1の内視鏡の挿入部の先端部を示す部分的な縦断面図である。 図1の内視鏡の挿入部の先端部の内部構造を示す斜視図である。 図1の内視鏡の導光ファイバの配置を示す正面図である。 図1の内視鏡の拡散素子と導光ファイバとの組立体を示す斜視図である。 図7の組立体を基端側から見た斜視図である。 図9の組立体の基端側に蓋をした状態を示す斜視図である。 図1の内視鏡における拡散素子に対する導光ファイバの先端の方向を示す部分的な縦断面図である。 図1の内視鏡の変形例における導光ファイバの配置を示す正面図である。 図1の内視鏡の他の変形例における導光ファイバの配置を示す正面図である。 図1の内視鏡の他の変形例における図10と同様の縦断面図である。
 本発明の一実施形態に係る内視鏡1について、図面を参照して以下に説明する。
 本実施形態に係る内視鏡1は、図1に示されるように、体腔内等に挿入される細長い挿入部2と、該挿入部2の基端に設けられる操作部3と、操作部3から延びるユニバーサルコード4と、該ユニバーサルコード4の末端に設けられたコネクタ部5とを備えている。
 挿入部2の先端には、図2から図4に示されるように、先端面10aに直視用の前方観察用対物レンズ(前方観察窓)6が前方に向けて配置されているとともに、前方観察用対物レンズ6の周囲を取り囲むように前方を照明するリング状の前方照明系7が配置されている。また、前方照明系7よりも挿入部2の基端側には、側視用の側方観察用対物レンズ(側方観察窓)8および照明用レンズ(側方照明系)9が配置されている。これにより、本実施形態に係る内視鏡1は、前方視野と側方視野とを同時に観察し得る広い視野範囲を有している。
 前方観察用対物レンズ6は、挿入部2の前方の被写体を結像させるようになっている。また、側方観察用対物レンズ8は、挿入部2の側方の被写体を結像させるように前方に向かって先細になる円錐台状に形成されている。
 挿入部2は、図1に示されるように、最先端部に設けられる硬性の先端部10と、該先端部10の基端側に接続する湾曲部11と、該湾曲部11の基端側に接続し可撓性を有する長尺の管状部材からなる可撓管部12とを備え、先端部10の外径は14mm以下である。
 先端部10の先端には、図2および図3に示されるように、処置具チャンネル開口13や前方観察用対物レンズ6、照明用レンズ9および送水ノズル14等が配置されている。
 また、挿入部2の先端部10内には、図4に示すように、前方観察用対物レンズ6および側方観察用対物レンズ8により集光された光を結像させる結像光学系15と、該結像光学系15により結像された被写体の像を撮影する撮像素子16とを備えている。
 挿入部2内には、処置具チャンネル17、ライトガイド(光ファイバ束)18および信号ケーブル(不図示)等が配置されている。処置具チャンネル17は、処置具チャンネル開口13から挿入部2内を長手方向に貫通して挿入部2と操作部3との接続部近傍に配置された処置具挿入口まで延びている。また、ライトガイド18および信号ケーブルは、挿入部2の先端部10から、挿入部2内を長手方向に貫通し、操作部3内を経てユニバーサルコード4の内部を通過して、最終的にユニバーサルコード4の末端のコネクタ部5に接続している。
 ライトガイド18は、照明光を導光するための複数のライトガイドファイバ19を束ねて形成されたファイババンドルにより構成されている。
 コネクタ部5を介して外部装置である制御プロセッサ20、光源装置(光源)21および表示装置22が接続されることによって、内視鏡システム100が構成されている。
 操作部3は、使用者が内視鏡1を使用する際に把持する部位であり、その外装表面上には、湾曲操作ノブ23やその他各種の動作に対応する複数の操作部材が配置されている。ここで、例えば、湾曲操作ノブ23は、使用者が手指等を用いて回転操作することによって、挿入部2の湾曲部11を上下左右の任意の方向に湾曲させる操作部材である。
 光源装置21は照明光を発生させる装置である。制御プロセッサ20は、内視鏡システム100全体を統括的に制御する信号処理装置である。表示装置22は、内視鏡1によって取得された撮像信号に基づいて内視鏡画像を表示させる表示部であって、例えば、LCDパネル等により構成されている。
 制御プロセッサ20は、内視鏡1内を挿通する信号ケーブルを介して制御信号や各種の検出信号、取得した画像信号等の伝送を行う。そして、処理済みの画像信号を表示装置22へと伝達して、内視鏡画像や各種の情報等を表示させる。また、光源装置21からの照明光はコネクタ部5を介してユニバーサルコード4および操作部3を介して挿入部2に配置されている照明用レンズ9へと導かれ、周辺の観察対象物に向けて照射されるようになっている。
 前方照明系7は、図4および図5に示されるように、ライトガイド18によって挿入部2内を導光されてきた照明光が入射される導光ファイバ24と、該導光ファイバ24により導光された照明光を拡散させるリング板状の拡散素子25とを備えている。
 本実施形態においては、導光ファイバ24は3本備えられている。各導光ファイバ24は、プラスチック製のマルチコアファイバによって構成されている。
 プラスチック製のマルチコアファイバからなる導光ファイバ24としては、例えば、外径0.2から1mm、NA0.2から0.7のものが好ましく、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)からなるコアを複数、例えば、200本以上束ねて構成されている。コア径は100μm以下、好ましくは50μm以下、さらに好ましくは約30μmである。マルチコアファイバのクラッドはフッ素樹脂により構成されている。
 各導光ファイバ24の先端はリング板状の拡散素子25の基端面側から先端面側に向かって拡散素子25内に照明光を入射させるように、拡散素子25の基端面側の入射箇所に対向して配置されている。3本の導光ファイバ24からの照明光を入射させる3つの入射箇所は、図6に示されるように、周方向に等間隔をあけて配置されている。
 図5および図10に示されるように、各導光ファイバ24の先端面および基端面は前方観察用対物レンズ6の先端面と略平行に配置されている。各導光ファイバ24の基端面は側方観察用対物レンズ8よりも基端側に配置されている。
 3本の導光ファイバ24の基端は1箇所に纏められている。そして、各導光ファイバ24の基端面はライトガイド18の先端面(発光部)に対向して配置されている。これにより、ライトガイド18によって導光されてきた照明光を導光ファイバ24の基端面に入射させ、導光ファイバ24の先端面から射出させることで、拡散素子25に入射させることができるようになっている。なお、光ファイバ24の基端面とライドガイド18の先端面とは、必要に応じて、透明な接着剤により接着される。
 すなわち、各導光ファイバ24は、側方観察用対物レンズ8よりも基端側から、側方観察用対物レンズ8の周方向の一部において側方観察用対物レンズ8の位置を挿入部2の長手方向に横切った後に、逆方向に2回湾曲して、拡散素子25の3つの入射位置にそれぞれの先端面を対向させるように配置されている。そして、各導光ファイバ24の先端面は各入射箇所において拡散素子25に透明な接着剤によって接着されている。
 側方観察用対物レンズ8の視野角は200°以上300°以下に設定されており、導光ファイバ24は、側方観察用対物レンズ8の視野から外れた位置(周方向位置)において側方観察用対物レンズ8を前後方向(長手方向)に通過している。
 拡散素子25は、前方観察用対物レンズ6を取り囲む位置に配置されており、光学的に透明な樹脂材料(均一媒質、樹脂)に少なくとも1種類の微粒子を分散させて構成されている。微粒子はMie散乱により照明光を拡散させるものである。
 拡散素子25は、Mie散乱理論における散乱係数μs(1/mm)および異方性パラメータgが、以下の条件式を満たすものである。
 0.06≦μs≦100    (1)
 0.7≦g<1        (2)
 これらの条件式を満たすことにより、拡散素子25の拡散性が十分に低く、照明光を散乱によって徐々に広げることができるとともに、後方散乱が少なく、ライトガイド18側に戻る照明光の成分を十分に低減することができるようになっている。
 微粒子としては、シリカ、アルミナ、タルク、ジルコニア、酸化亜鉛あるいは二酸化チタン等の無機系微粒子や、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂あるいはシリコーン樹脂等の有機系微粒子を採用することができる。また、気泡を微粒子として採用してもよい。
 また、樹脂材料としては、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、アクリルウレタン系樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂、ポリウレタンアクリレート系樹脂、エポキシアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、セルロース系樹脂、アセタール系樹脂、ビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂あるいはフッ素系樹脂等が使用可能である。人体内に挿入する内視鏡1の最外層として使用する場合には生体適合性や耐薬品性等の観点からシクロオレフィン系樹脂またはスルホン酸系樹脂が望ましい。
 また、条件(1)、(2)を満足する場合は、拡散素子25が、先端(射出面)側から見たときに、入射箇所に対向して配置された導光ファイバ24の存在を目視により認識可能となる。拡散性が弱い場合はそのまま目視可能であるが、拡散性が強い場合でも、照明光を導入することにより認識可能となる。
 拡散素子25には、図7から図9に示されるように、リング板状部分から径方向外方に延びる支持部26が設けられている。支持部26は、図8に示されるように、3本の導光ファイバ24を収容する溝27を備え、各溝27に導光ファイバ24を1本ずつ収容して接着することにより、導光ファイバ24を拡散素子25に固定した状態に支持するようになっている。
 本実施形態においては、拡散素子25は挿入部2の先端面10aの周縁に配置されるので、図4および図7に示されるように、全周にわたってR面が形成され、挿入部2の体腔内への挿入容易性を向上するようになっている。また、挿入部2の外周面に複数の部品の接合部を露出させないように、光学素子として機能する部分と導光ファイバ24を支持する部分とが継ぎ目のない一体的な部品として成形されている。図9に示されるように、溝27内に導光ファイバ24を収容した拡散素子25の基端面は蓋28によって閉じられている。
 照明用レンズ9は、結像光学系15の径方向外方に、結像光学系15の光軸を中心とした所定の周方向範囲にわたって、結像光学系15を取り囲むように配置されている。側方観察用対物レンズ8の外径は、拡散素子25の外径より大きく設定され、照明用レンズ9の外径は側方観察用対物レンズ8の外径より大きく設定されている。
 このように構成された本実施形態に係る内視鏡1の作用について、以下に説明する。
 本実施形態に係る内視鏡1によれば、ライトガイド18により導光されてきた照明光が、ライトガイド18の先端面から射出され、該先端面に対向して配置されている3本の導光ファイバ24の基端面にそれぞれ入射される。導光ファイバ24に入射された照明光は、導光ファイバ24によって導光されて、挿入部2の先端の前方観察用対物レンズ6の周囲を取り囲んで配置されているリング板状の拡散素子25に入射される。
 3本の導光ファイバ24はリング板状の拡散素子25の周方向に等間隔をあけた入射箇所に射出面を対向させて配置されているので、照明光は、拡散素子25の周方向の3箇所において拡散素子25内に入射され、拡散素子25内を導光する間に微粒子によって拡散され、主として前方に射出される。
 この場合において、拡散素子25は条件式(1)、(2)を満たしているので、拡散性が低く抑えられており、照明光を散乱によって徐々に広げることができるとともに、後方散乱が少なく、ライトガイド18側に戻る照明光の成分を十分に低減することができる。
 その結果、リング板状の拡散素子25が均一に光ることはなく、導光ファイバ24による照明光の入射箇所が高い強度で光り、その他の箇所は、それよりも低い強度で光るようになる。これにより、拡散素子25全体が2次光源となることが防止され、濡れた生体組織のような被写体を観察する場合においても、撮像素子16により取得される被写体の画像にリング状の光斑が形成されることを防止することができる。すなわち、画像の光斑は、最も大きくても照明光の入射箇所のみに限定されるので、リング状の光斑に邪魔されることなく被写体の観察を行うことができるという利点がある。
 また、本実施形態に係る内視鏡1によれば、拡散素子25の拡散性を低く抑えることにより、後方散乱およびライトガイド18側に戻る照明光の成分を十分に低減しているので、前方に射出される照明光の成分を増大させ、照明光の利用効率を増大させることができるという利点もある。
 また、本実施形態に係る内視鏡1においては、プラスチック製のマルチコアファイバからなる導光ファイバ24を用いているので、設置スペースが極めて小さく限られている内視鏡1の先端部10において、導光ファイバ24を極めて小さい曲げ半径で湾曲させて配置することができ、ライトガイド18によって導光されてきた照明光を拡散素子25の複数の入射箇所に分配することができる。
 なお、本実施形態においては、3本の導光ファイバ24によって拡散素子25の周方向に等間隔を開けた3箇所に照明光を入射させる場合を例示したが、これに限定されるものではなく、2箇所または4箇所以上に入射させるように、2本または4本以上の導光ファイバ24を採用してもよい。2本の導光ファイバ24を採用する場合には、図11および図12に示されるように180°離れた位置に照明光を入射させるように配置すればよい。
 また、本実施形態においては、拡散素子25が全周にわたるリング板状に形成されている場合を例示したが、周方向の一部が途切れていてもよいし、周方向に分割されていてもよい。
 また、本実施形態においては、導光ファイバ24の先端面が前方観察用対物レンズ6の先端面と略平行に配置されている場合について例示したが、これに代えて、図13に示されるように、導光ファイバ24の先端面における中心軸が基端から先端に向かって、前方観察用対物レンズ6の光軸に対して径方向外方に傾斜するように配置されていてもよい。
 上述したように、挿入部2の最先端面の周縁を構成する拡散素子25の周縁はR面により構成されているので、前方観察用対物レンズ6の光軸に平行に照明光を入射させると、R面における屈折により、光軸に向かう方向に集光されて、中央部のみを明るく照明してしまう場合がある。そこで、先端に向かって径方向外方に傾斜する方向に照明光を入射させることにより、拡散素子25の周縁において屈折が発生しても中央部のみが明るく照明されないように均一に照明することができる。
 なお、本実施形態の説明で用いた散乱係数および異方性パラメータは一般的なものであるが、念のため、以下に簡単に説明しておく。(参考文献:“Absorption and Scattering of Light by Small Particles“, Craig F. Bohren, Donald R. Huffman著,Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA社)
 拡散素子25の散乱係数μsは、微粒子の散乱断面積をσ、拡散素子25中に分散された微粒子の数密度をρとすると下記の式(3)により表すことができる。
 μs=ρσ           (3)
 式(3)中のσは、微粒子の幾何的断面積をA、微粒子の散乱効率をQとすると、下記の式(4)により表すことができる。
 σ=QA           (4)
 式(4)中のQは、下記の式(5)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 
 ここで、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 
 である。
 式(5)のJ+0.5(z)、式(6)のY+0.5(z)はそれぞれ第1種ベッセル関数および第2種ベッセル関数である。なお、iは虚数単位である。
 また、nは微粒子と透明樹脂の屈折率の比を表し、下記の式(7)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 
 xは、微粒子の半径aと照明光の波長λの比を表し、下記の式(8)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 
 微粒子の異方性パラメータgは、単一粒子によって光が散乱する際の、散乱角の余弦の平均を意味し、-1≦g≦1の値をとりうる。特にg=-1のときは、入射角と間逆の方向にのみ散乱し、g=1のときは入射角と同一の方向にのみ散乱する(すなわち、散乱しない)。また、g=0で完全な等方散乱となる。gは下記の式(9)より算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 
なお、式(9)中の*は複素共役を示し、Reは{ }内の実部を表す。
 1 内視鏡
 2 挿入部
 6 前方観察用対物レンズ(前方観察窓)
 7 前方照明系
 8 側方観察用対物レンズ(側方観察窓)
 9 照明用レンズ(側方照明系)
 10a 先端面
 16 撮像素子
 18 ライトガイド(光ファイバ束)
 21 光源装置(光源)
 24 マルチコアファイバ(導光ファイバ)
 25 拡散素子
 
 

Claims (7)

  1.  細長い挿入部と、
     該挿入部の先端面に配置された前方観察窓および前方照明系と、
     前記先端面よりも基端側に配置された側方観察窓および側方照明系と、
     前記前方観察窓および前記側方観察窓を介して入射した光を撮影する撮像素子とを備え、
     前記前方照明系が、前記前方観察窓の周囲を取り囲む位置に配置されたリング状の拡散素子と、該拡散素子の基端側の周方向に間隔をあけた複数の入射箇所に、光源から導いてきた照明光を先端側に向かって入射させる複数の導光ファイバとを備え、
     前記拡散素子が、1種類以上の微粒子を該微粒子とは異なる材質からなる均一媒質中に分散させてなり、以下の条件式を満足する内視鏡。
     0.06<μs≦100
     0.7≦g<1
     ここで、μsは前記拡散素子の散乱係数(1/mm)、gは前記微粒子の異方性パラメータである。
  2.  複数の前記導光ファイバが、前記光源からの前記照明光を入射させる基端面をまとめて前記光源の発光部に対向する位置に配置されている請求項1に記載の内視鏡。
  3.  前記発光部が、前記光源からの光を前記挿入部の長手方向に沿って導光する光ファイバ束の射出端である請求項2に記載の内視鏡。
  4.  前記側方観察窓が周方向200°以上300°以下の範囲にわたって設けられ、
     前記導光ファイバが、前記側方観察窓の設けられていない周方向位置において前記側方観察窓の位置を長手方向に横切るように配置されている請求項2に記載の内視鏡。
  5.  前記導光ファイバが3本または4本備えられ、周方向に略等間隔をあけた各前記入射箇所に前記照明光を入射させる請求項1から請求項4のいずれかに記載の内視鏡。
  6.  前記導光ファイバが、プラスチック製のマルチコアファイバである請求項1から請求項5のいずれかに記載の内視鏡。
  7.  各前記導光ファイバの先端における中心軸が、基端側から先端側向かって、前記前方観察窓に直交する軸線に対して、前記拡散素子の径方向外方に0°以上30°以下の角度をなして配置されている請求項1から請求項6のいずれかに記載の内視鏡。
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