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JP4741032B2 - 内視鏡用照明光学系 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、側方及び後方を観察可能な内視鏡に用いる、内視鏡用照明光学系に関するものである。
従来、例えば、大腸のような管腔物体の襞裏病変を検出するために用いる内視鏡として、長手方向に対して側方から後方にかけての所定範囲を観察可能な内視鏡がある。
長手方向に対して側方から後方にかけての所定範囲を観察可能な内視鏡は、例えば、特開２００２−６５５８９（図５）、特開２００４−３３４８７（図８）、特開２００５−３１９３１５（図２）、特開平７−１９１２６９（図１）、特開２００４−３２９７００（図１）、及び特開２００３−１６４４１８（図４）等に開示されている。
しかし、このような長手方向に対して側方から後方にかけての所定範囲を観察可能な従来の内視鏡には、大腸のような管腔物体を観察する場合に、後方の観察像が暗くなって観察しづらいという問題があった。
図１は従来の長手方向に対して側方から後方にかけての所定範囲を観察可能な内視鏡を用いて管腔物体を観察する場合における、観察系（対物光学系）による観察範囲と照明系による照明光の照射範囲を示す概念図である。
面光源から管腔物体に照明光を照射する場合、管腔物体を平面状の被写体とみなすと、平面を照射する光の照度は、ｃｏｓ４乗則の影響を受ける。
図１に示すように、照明系が観察系による観察範囲のうちの前方領域を照射する光は、照明系の光軸に対して斜め前方に出射する光であり、照明系の出射位置から物体（被写体）までの距離が適度なものとなる。また、物体からの反射光は、観察系の光軸に対する角度θ１が適度な角度となって観察系に入射する。このため、照明系を介して、観察系に入射する物体からの反射光の光量が適度なものとなる。
これに対し、照明系が観察系による観察範囲のうちの側方近傍を照射する光は、照明系の光軸方向に出射する光であり、照明光の出射位置から物体までの距離が近くなる。また、物体からの反射光は、観察系の光軸に対する角度が０度近くとなって観察系に入射する。このため、照明系を介して、観察系に入射する物体からの反射光の光量が多くなりすぎてハレーションを生じ易くなる。
また、照明系が観察系による観察範囲のうちの後方領域を照射する光は、照明系の光軸に対して斜め後方に出射する光であり、照明光の出射位置から物体までの距離が遠くなる。また、観察系から物体までの距離も遠くなり、観察系の光軸に対する角度θ３が大きくなって観察系に入射する。このため、照明系を介して、観察系に入射する物体からの反射光の光量が不足して暗い画像となりやすい。
また、大腸を観察する内視鏡では、内視鏡の長手方向に対して側方の観察方向に、内視鏡先端部が動きやすく、照明光学系の出射面から管腔内面の被写体までの距離が大きく変動しやすい。このため、被写体の明るさの変動量が大きく、明るさの変動に伴い、内視鏡内部に備えられている自動調光手段を介した自動調光が行われると、側方から後方にむかう周辺領域の画像がより一層暗くなるおそれがある。例えば、側方において被写体と内視鏡先端部との距離が近づいた場合、観察系に入射する光量が増大して明るすぎる像となる。それに対して、内視鏡に備えられている自動調光手段が適度な光量となるように自動調光を行うと、後方領域から入射した光量が暗くなり過ぎてしまうことになる。
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、後方の観察が可能な大腸内視鏡観察において、後方を明るく観察でき、側方における被写体までの距離が変動しても、それに伴う明るさの変動が少なく、且つ、内視鏡としての十分な細さを実現できる内視鏡用照明光学系を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明による内視鏡用照明光学系は、内視鏡の周方向１８０度以上に亘り、前記内視鏡の長手方向に沿って照明光が中抜けとなり、前記照明光が前記内視鏡の長手方向に対する側方近傍を照射する配光特性を備えた内視鏡用照明光学系であって、複数のレンズを前記内視鏡の周方向に沿って備え、複数の前記レンズに、夫々、前記内視鏡の長手方向に沿って光学パワーを持つ２つの面を配置したことを特徴としている。
また、上記目的を達成するため、本発明による内視鏡用照明光学系は、内視鏡の周方向１８０度以上に亘り、前記内視鏡の長手方向に沿って照明光が中抜けとなり、前記照明光が前記内視鏡の長手方向に対する側方近傍を照射する配光特性を備えた内視鏡用照明光学系であって、複数の反射面を前記内視鏡の周方向に沿って備え、複数の前記反射面の反射角度は２種類であり、隣り合う前記反射面同士の反射角度が互いに異なるようにしたことを特徴としている。
さらに、上記目的を達成するため、本発明による内視鏡用照明光学系は、内視鏡の周方向１８０度以上に亘り、前記内視鏡の長手方向に沿って照明光が中抜けとなり、前記照明光が前記内視鏡の長手方向に対する側方近傍を照射する配光特性を備えた内視鏡用照明光学系であって、複数のＬＥＤ光源を前記内視鏡の周方向に沿って備え、複数の前記ＬＥＤ光源は、夫々、配光角度の小さい光を減らす減光部材を、発光部の前方中央の内視鏡の周方向に沿う範囲に設けたことを特徴としている。
また、本発明の内視鏡用照明光学系においては、次の条件式を満足するのが好ましい。
Ｉ0≦Ｉθ ・・・（１）
但し、Ｉは照射面を基準として、前記内視鏡の観察視野範囲内を、前記内視鏡の長手方向に垂直な方向に対して所定角度で照射する際の球面配光の強度であり、Ｉ0は前記内視鏡の長手方向に垂直な方向に対して角度０度で照射する際の球面配光の強度、Ｉθは前記内視鏡の長手方向に垂直な方向よりも後方に、長手方向に垂直な方向に対して角度θ度で照射する際の球面配光の強度である。
図１は長手方向に対して側方から後方にかけての所定範囲を観察可能な内視鏡を用いて管腔物体を観察する場合における、観察系（対物光学系）による観察範囲と照明系による照明光の照射範囲を示す概念図である。 図２は本発明の内視鏡用照明光学系を用いるのに好適な後方観察が可能な内視鏡における観察系（対物光学系）の一例を示す説明図である。 図３は内視鏡に一般的に用いられている照明光学系の配光特性を示すグラフである。 図４は本発明の第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の概略構成を示す説明図で、（ａ）は第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の一構成要素として用いる光源部の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）の光源部からの光束が第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の一構成要素として用いるライトガイド部の入射側端面へ入射する状態を示す説明図、（ｃ）は第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の一変形例を示す要部説明図、（ｄ）は第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の他の変形例を示す要部説明図、（ｅ）は第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系における一構成要素として用いる反射部材における反射面の一例を断面で示す説明図、（ｆ）は（ｅ）の一変形例を示す説明図である。 図５は第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系における配光特性の一例を示すグラフである。 図６は第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系における一構成要素として用いる反射部材の一例を示す説明図で、（ａ）は全体構成図を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の側方からみたときの反射面とライトガイドとの位置関係を示す図である。 図７は本発明の第二実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の要部の概略構成を示す説明図で、（ａ）は第二実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の一構成要素として用いる照明レンズの一例を示す図、（ｂ）は第二実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の一変形例を示す図、（ｃ）は第二実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の他の変形例を示す図である。 図８は本発明の第二実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の更に他の変形例にかかる要部の概略構成を示す説明図である。 図９は本発明の第二実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の更に他の変形例にかかる要部の概略構成を示す説明図である。 図１０は本発明の第二実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の更に他の変形例にかかる要部の概略構成を示す説明図である。 図１１は本発明の内視鏡用照明光学系を備えた内視鏡を前方から見たときの発光源、配光角等の位置関係の一例を示す概念図である。 図１２は本発明の第三実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の要部の構成を示す説明図である。 図１３は本発明の第五実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の一例を示す説明図である。
実施形態の説明に先立ち、後方観察が可能な内視鏡を用いて管腔観察をする場合における従来の問題点について、より詳しく説明する。
図２は本発明の内視鏡用照明光学系を用いるのに好適な後方観察が可能な内視鏡における観察系（対物光学系）の一例を示す説明図、図３は内視鏡に一般的に用いられている照明光学系の配光特性を示すグラフである。図３中、横軸は内視鏡の観察光学系における光軸方向を０度とし、光軸方向を基準として、光軸方向よりも前方を負の値、後方を正の値で示す視野角、縦軸は光軸方向を１としたときの光強度の割合を示している。
図２に示す観察系は、対物レンズＬ１が、像側に凹面を向けた凹レンズＬ１１と環状レンズＬ１２とで構成されている。環状レンズＬ１２は、像側に入射面Ｌ１２ａと、出射面Ｌ１２ｂを有している。凹レンズＬ１１と環状レンズＬ１２との間には環状の反射面Ｒ１を備えている。そして、前方からの光のうち、凹レンズＬ１１における有効径の範囲を通過した光の像と、側方から後方にかけての所定範囲からの光のうち、環状レンズＬ１２の像側面Ｌ１２ａに入射して環状の反射面Ｒ１で反射し、出射面Ｌ１２ｂから出射した光の像とを、夫々、撮像素子の撮像面ＩＭに結像するように構成されている。なお、図２中、Ｌ２〜Ｌ４はレンズ、ＣＧはカバーガラスである。
なお、図２は本発明の内視鏡用照明光学系を用いるのに好適な後方観察が可能な内視鏡における観察系の一例を示したに過ぎない。従って、側方から後方にかけての所定範囲を観察可能であれば、観察系はどのような構成のものでも構わない。
図３に示すような配光特性を持つ照明光学系では、照明光の出射位置を基準として照明光学系の光軸方向に出射する光の強度が最も強く、光軸を中心として周辺に行くに従ってｃｏｓ４乗則に従って光の強度が弱くなる。
しかるに、図３に示した配光特性を持つ照明光学系を図２に示した観察系に組み合わせた内視鏡を、管腔の観察に使用した場合、観察系における後方の視野角が４０度になると、光量が不足して暗くなる。
また、側方から後方にかけての所定範囲を観察可能な内視鏡では、上述したように、内視鏡の長手方向に対して側方の観察方向に、内視鏡先端部が動きやすく、照明光学系の出射面から管腔内面の被写体までの距離が大きく変動しやすいところ、照明光学系の出射光軸に対して０度の方向で出射する光の強度が強すぎるため、管腔内面との距離の変動に伴う明るさの変動量が大きい。このため、内視鏡に備えられている自動調光手段の自動調光制御を精密化することが必要になる。また、照明光学系の出射面から管腔内面の被写体までの距離が近い場合に、照明光学系の出射光軸に対して０度の方向で出射する光の強度を、自動調整制御を介して明るさが適性になるように調整すると、相対的に後方の画像が暗くなって、観察しづらくなってしまい、襞裏病変の発見に支障を来たしかねない。
従って、側方から後方にかけての所定範囲を観察可能な内視鏡に用いる照明光学系においては、観察系の側方視野角０度近傍を照射する照明強度を下げるとともに、観察系の後方視野角４０度近傍を照射する照明強度を上げる必要がある。
そこで、本発明の内視鏡用照明光学系では、以下の実施形態に示すように構成することによって、観察系の側方視野角０度近傍を照射する照明強度を下げるとともに、観察系の後方視野角４０度近傍を照射する照明強度を上げている。
第一実施形態
図４は本発明の第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の概略構成を示す説明図で、（ａ）は第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の一構成要素として用いる光源部の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）の光源部からの光束が第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の一構成要素として用いるライトガイド部の入射側端面へ入射する状態を示す説明図、（ｃ）は第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の一変形例を示す要部説明図、（ｄ）は第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の他の変形例を示す要部説明図、（ｅ）は第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系における一構成要素として用いる反射部材における反射面の一例を断面で示す説明図、（ｆ）は（ｅ）の一変形例を示す説明図である。図５は第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系における配光特性の一例を示すグラフである。図６は第一実施形態にかかる内視鏡用照明光学系における一構成要素として用いる反射部材の一例を示す説明図で、（ａ）は全体構成図を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の側方からみたときの反射面とライトガイドとの位置関係を示す図である。
第一実施形態の内視鏡用照明光学系は、光源部１（図４（ａ）、（ｂ）参照）と、光源部１からの光を入射させるライトガイド２（図４（ｂ）参照）と、ライトガイド２からの光を反射する反射部材３（図４（ｅ）、図６参照）を有している。光源部１は、光源１１と、光源からの光を集光する集光レンズ１２を有している。
ここで、第一実施形態の内視鏡用照明光学系では、観察系の側方視野角０度近傍を照射する照明強度を下げるとともに、観察系の後方視野角４０度近傍を照射する照明強度を上げるための手段として、中抜け配光となる光学特性を持つ光源を光源１１に用いている。例えば、キセノン光源など、電極を有する光源を光源１１として用い、その出射光を集光レンズ１２を介してライトガイド２に入射させるようにすると、中抜けとなる配光特性が発生する。
また、このような構成において、ライトガイド２として径が太いライトガイドを用いると、光源部１からライトガイド２に入射する光線の角度が変動するため、中抜けの特性が変動してくる。そのような場合には、ライトガイド２に斜めに入射する光線の角度を揃えるような手段を用いることにより、中抜け特性を発生させることができる。このことを図４（ａ）〜（ｃ）を用いて詳しく説明する。
光源部１は、光源１における、おおよそ陰極１１ａからの光を反射鏡（放物面鏡）１１ｃで反射して平行光に変換し、集光レンズ１２を介して集光して、ライトガイド２の光源側の入射側端面２ａに結像させる。このとき、低ＮＡの成分は、光源１の陰極１１ａや反射鏡側の陽極１１ｂにより、光線がけられてしまう。このため、中心照度が低く（中抜けに）なる。中抜けは特に細径の光源で顕著に現れる。一方、太径の光源では、細径の光源のような中抜けは顕著には現れない。
このことを図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ｂ）中、ａはライトガイド２の入射側端面２ａの中心部へ入射する、配光角の大きな高ＮＡの光線である。ｂはライトガイド２の入射側端面２ａの中心部へ入射する方向に向かう光線のうち、電極１１ａ，１１ｂによりけられる光線、ｃはライトガイド２の入射側端面２ａの周辺部へ入射する、配光角の大きな、高ＮＡの光線、ｄはライトガイド２の入射側端面２ａの周辺部へ入射する光線のうち、電極（陽極）１１ｂによりけられる光線、ｅはライトガイド２の入射側端面２ａの周辺部へ入射する光軸に対して平行な光線である。
図４（ｂ）より明らかなように、ライトガイド２の径、即ち、集光レンズ１２の像高が小さいと、電極１１ａ，１１ｂによるケラレの影響が大きくなるので、配光の中抜け特性を明確に生じさせることができる。なお、ライトガイド２の径を大きくした場合においても、図４（ｃ）に示すような、ライトガイド２に斜めに入射する光線の角度を揃える手段を用いれば、中抜け特性を制御することができる。
陰極１１ａにある輝点（発光源）は、理想的には点であり、広がりを持たないが、実際にはある程度の広がりを持っている。そのため、反射鏡１１ｃによって反射された光は、図４（ｂ）中、符号ａ，ｂで示すような、光軸に対して平行な光線だけでなく、符号ｃ，ｄ，ｅで示すような、光軸に対して非平行な光線を含み、ある程度の広がりをもった光線の束になる。
つまり、ライトガイド２の径を太くすると、ライトガイド２の入射側端面２ａの周辺部へ入射する方向へ向かう光線のうち、反射鏡１１ｃ上に位置する陽極１１ｂによってけられる光線（図４（ｂ）において符号ｄで示す光線）は、光軸に対してある程度の角度で傾斜する。
このため、ライトガイド２の入射側端面２ａの周辺部で光軸に対して平行に入射する光線（図４（ｂ）において符号ｅで示す光線）は、ライトガイド２の入射側端面２ａの中心部でけられる光線とは角度が若干異なってしまい、ライトガイド２全体としては配光特性が平均化され、極端な中抜け特性を持たなくなる。
このような場合、ライトガイド２の入射側端面２ａに凹レンズからなるフィールドレンズ１３を配置して、電極１１ｂによりけられる光線ｄの入射角度を、軸上の電極１１ａ、１１ｂによりけられる光線ｂの入射角度と揃えることで、ライトガイド２全体で、中抜け特性を実現することが可能である。
また、ライトガイド２に斜めに入射する光線の角度を揃える以外の手段としては、図４（ｄ）に示すように、光源部１’の内部に、入射角度の小さな光線を遮光する視野マスク１４を備えてもよい。このようにすれば、ライトガイド２の径を大きくした場合においても、光軸周辺の光を遮光して中抜け特性を確保することができる。
図５は光源部１にライトガイド２を組み合わせたときの中抜けとなる配光特性の一例を示すグラフである。
反射部材３は、ライトガイド２の出射側に設けられており、図５に示すような中抜け配光となる配光特性を持つ光を、図４（ｅ）に示すような、反射角度４５度の反射面３ａを、図６に示すように、内視鏡の周方向に複数個有する略環状の形状に（図６では略馬蹄形状）に形成されている。図４（ｅ）中、２ｂはライトガイドの出射側端面である。
なお、ライトガイド２の出射側端面２ｂは、反射部材３の反射面３ａの個数に合わせて、複数に分岐している。
このように構成された第一実施形態の内視鏡用照明光学系では、光源部１からの光はライトガイド２の入射面２ａに入射する。そして、ライトガイド２の出射面２ｂから出射した光が反射部材３の反射面３ａで反射され、内視鏡の長手方向に対して側方から後方にかけての所定範囲を照射する。このとき、光源部１からライトガイド２に入射した光は中抜け配光となる配光特性を有するため、内視鏡の側方０度（内視鏡の長手方向に垂直な方向に対して０度）の方向を照射する光の強度を下げるとともに、後方４０度（内視鏡の長手方向に垂直な方向よりも後方で、内視鏡の長手方向に垂直な方向に対して４０度）の方向を照射する光の強度を上げることができる。
なお、図４（ｅ）に示す反射部材３の反射面３ａは、反射角度が４５度となるように面を傾けた構成となっているが、内視鏡の長手方向に対して側方近傍を照射する光量が、内視鏡の長手方向に対して後方の所定範囲を照射する光量に比べて弱くすることができれば、反射角度は４５度以上でもよく、例えば、反射角度が５０度となるように、面を傾けて構成してもよい。
反射面３ａの反射角度が４５度から５０度になると、反射光軸を内視鏡の長手方向に対して後方に１０度傾かせることができる。その結果、図５で示す配光特性を全体的に＋１０度ずらしたものとなる。従って、反射部材３の反射面３ａを反射角度が５０度の面で構成すると、内視鏡の長手方向に垂直な方向に対して後方４０度の方向を照射する光の強度を、反射面３ａを反射角度が４５度の面で構成した場合における、内視鏡の長手方向に垂直な方向に対して後方３０度の方向を照射する光の強度と同等となるようにすることができ、平面配光でおよそ５０％程度の光量が得られ、明るい観察像を観察することが可能になる。
また、図５に示した配光特性の配光角よりもさらに配光角を広げるようにすれば、より後方を明るく観察できるので好ましい。
ライトガイド２と光源部１との組み合わせにより得られる中抜け配光の特性を維持したまま、相対的な配光角を広げるためには、上述した照明光学系として、瞳の強度分布を変えずに、倍率を変動させる、すなわち、瞳収差をよく除去した照明光学系であるとよい。
あるいは、より単純な構成として、反射部材３の反射面３ａの反射側に凹レンズやガラスビーズなどの光拡散部材をさらに配置して、配光特性を広げるようにしてもよい。
または、図４（ｆ）に示すように、反射部材３の反射面３ａを凸面に形成して、反射面３ａに光拡散作用を持たせてもよい。なお、その場合、拡散の度合いを強めすぎると、配光特性が中抜け特性ではなくなってくる。このため、反射面３ａの凸面は、中抜け特性を残しながら拡散作用を持たせる程度に形成するとよい。
第二実施形態
図７は本発明の第二実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の要部の概略構成を示す説明図で、（ａ）は第二実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の一構成要素として用いる照明レンズの一例を示す図、（ｂ）は第二実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の一変形例を示す図、（ｃ）は第二実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の他の変形例を示す図である。図８は本発明の第二実施形態にかかる内視鏡用照明光学系のさらに他の変形例にかかる要部の概略構成を示す説明図、図９は本発明の第二実施形態にかかる内視鏡用照明光学系のさらに他の変形例にかかる要部の概略構成を示す説明図、図１０は本発明の第二実施形態にかかる内視鏡用照明光学系のさらに他の変形例にかかる要部の概略構成を示す説明図である。
第二実施形態の内視鏡用照明光学系では、光源部に中抜け配光となる光学特性を持つ光源を用いることなく、観察系の側方視野角０度近傍を照射する照明強度を下げるとともに、観察系の後方視野角４０度近傍を照射する照明強度を上げるための手段として、次のような構成を採用している。
その一例として、図７（ａ）に示す内視鏡用照明光学系では、その出射側端面の中央部に遮光手段を備えたレンズを内視鏡の周方向に備えている。
より詳しくは、図７（ａ）に示す内視鏡用照明光学系は、図示省略した中抜け配光でない配光特性を持つ光源部と、光源部からの光を入射させるライトガイド２と、ライトガイド２からの光を側方に反射する反射面３ａを備えた照明レンズ４とで構成されている。なお、反射面３ａは、図６に示したように、略環状の反射部材３に複数設けられている。照明レンズ４は、反射部材３の反射面３ａの個数に合わせて、反射面３ａに接合又は一体的に設けられている。また、ライトガイド２の出射側端面２ｂは、反射部材３の反射面３ａの個数に合わせて、複数に分岐している。
反射面３ａは、反射角度５０度で反射するように面を傾けた構成となっている。
照明レンズ４の出射側端面４ａは、その中央部に凹面４ａ１が形成されている。凹面４ａ１には、遮光マスク４ｂが設けられている。
そして、このように構成した図７（ａ）の内視鏡用照明光学系では、反射面３ａで反射されて出射側端面４ａの中央部に向かう角度の緩い光線（例えば、図７（ａ）では内視鏡の長手方向に垂直な方向に対して後方に１０度傾いた光線）を遮光することで、中抜け配光の特性を実現し、かつ、配光特性を後方に１０度ずらして後方の配光強度を上げている。
なお、遮光マスク４ｂの代わりに、照明レンズ４の凹面４ａ１の表面に砂目処理を施して光線を拡散させることで中央部分の光量を相対的に遮光するように構成してもよい。
また、その他の例として、図７（ｂ）に示す内視鏡用照明光学系は、図示省略した中抜け配光でない配光特性を持つ光源部と、光源部からの光を入射させるライトガイド２と、コンデンサレンズ５と、反射面３ａを備えた反射部材３を有している。なお、反射面３ａは、図５に示したように、略環状の反射部材３に複数設けられている。また、ライトガイド２の出射側端面２ｂは、反射部材３の反射面３ａの個数に合わせて、複数に分岐している。
ライトガイド２は、出射側端面２ｂの中央部に遮光手段２ｃとして、遮光マスク又は芯金が設けられており、出射側端面２ｂから出射した光が環状の発光位置分布特性を持つように構成されている。
また、コンデンサレンズ５は、出射側端面５ａ近傍に瞳が位置するように構成されており、ライトガイド２を介して環状の発光位置分布特性を持つように形成された光を、角度分布特性を持つ光に変換するようになっている。
また、反射面３ａは、凸面に形成されており、凹レンズと同様の光拡散作用を有している。そして、反射部材３の反射面３ａを介して、コンデンサレンズ５を介して変換された角度分布特性を持つ光を反射し拡散することで、側方へ出射する光に中抜け配光を発生させている。なお、図７（ｂ）中、６はコンデンサレンズ５の後側焦点位置がライトガイド２の出射側端面２ｂに一致するようにコンデンサレンズ５とライトガイド２との間の距離を調整した透明ガラス部材である。図７（ｂ）の構成では、中抜け配光特性は、コンデンサレンズ５の出射側端面５ａで得られる。
さらに、その他の例として、図７（ｃ）に示すように、２つの光学パワーを持つ面を有し、２つの光学パワーを有する面の配光特性を重ね合わせることにより、長手方向の配光特性が中抜けとなる配光特性を有するレンズ（照明レンズ４’）を、内視鏡の周方向に備えるようにしても良い。
図７（ｃ）に示す内視鏡用照明光学系は、図示省略した中抜け配光でない配光特性を持つ光源部と、光源部からの光を入射させるライトガイド２と、反射面３ａを備えた反射部材３と、照明レンズ４を有している。なお、反射面３ａは、反射角度４５度で反射するように面を傾けた構成となっている。また、反射面３ａは、図６に示したように、略環状の反射部材３に複数設けられている。また、ライトガイド２の出射側端面２ｂは、反射部材３の反射面３ａの個数に合わせて、複数に分岐している。
照明レンズ４’は、その入射側に、内視鏡の長手方向に沿って２つの凹面４ａ１’，４ａ２’を有している。そして、これらの凹面４ａ１’，４ａ２’の配光特性を重ね合わせたときに、２つの凹面４ａ１’，４ａ２’の間を通る光の強度が弱くなって、照明レンズ４全体で中抜け特性となる配光特性が得られるようになっている。
また、さらにその他の例として、図示を省略したが、反射部材の反射面を入射角度に応じて反射特性の異なる膜を備えて構成してもよい。詳しくは、反射角度が４５度の反射面の場合、反射面へ４５度で入射する光については、反射光量が弱くなるような反射特性を持つ膜を備えるようにする。このようにしても、中抜け特性を実現することが可能である。
また、さらにその他の例として、図８に示すように、照明光学系が、複数の反射面３ａ１，３ａ２を内視鏡の周方向に備え、複数の反射面３ａ１，３ａ２が、隣り合う反射面の間の配光特性が中抜けとなる配光特性を有するように、隣り合う反射面３ａ１，３ａ２同士の反射角度が異なるようにして、配光の分配度合いを変えるようにしてもよい。
この場合、内視鏡の周方向での配光特性は、同じ反射角度を有する反射面同士の配光特性は中抜け特性を有さないようにするとともに、互いに隣接する、異なる反射角度で反射する反射面同士の配光特性は中抜け配光を有するようにする。
また、さらにその他の例として、図９に示すように、照明光学系が、複数のＬＥＤ光源を、内視鏡の周方向に備え、複数のＬＥＤ光源が、夫々、発光部の前方中央の内視鏡の周方向に沿う範囲に、配光角度の小さい成分を減らす減光部材を備えた構成としてもよい。
図９に示す内視鏡用照明学系は、ＬＥＤ７ａと、透明保護部材７ｂと、遮光部材７ｃからなる複数のＬＥＤ光源７を、内視鏡の周方向に有している。
ＬＥＤ７ａは、内視鏡先端部１０の周方向に沿って設けられた複数の溝８に夫々備えられている。なお、図９では、便宜上、一箇所の断面を示している。透明保護部材７ｂは、夫々のＬＥＤ７ａを保護するように溝８の上部に設けられている。
遮光部材７ｃは、クロム蒸着膜で構成され、透明保護部材７ｂの中央の、内視鏡の周方向沿う範囲に設けられている。
ＬＥＤ７ａは、中抜け配光でなく、ランバーシアンな発光特性を有する。そこで、図９の例では、ＬＥＤ光源７からの光に中抜け配光となる特性を持たせるために、ＬＥＤ７ａの前方中央の内視鏡の周方向に沿う範囲における、配光角度の小さい光を遮光することによって、中抜け配光を有するようにしている。
また、さらにその他の例として、図１０に示すように、内視鏡照明光学系を、長手方向に沿って２組配置された、内視鏡の周方向を照明する照明系Ａ，Ｂで構成し、その２組の照明系Ａ，Ｂのうち、後方の照明系Ｂの光強度を強くして中抜け配光を作り出すようにしてもよい。なお、この場合、配光特性の基準となる角度０度の位置は、角度方向が長手方向に対して垂直な方向であり且つ画像情報として最も明るくなる、対物光学系に最も近く配置された前方の照明系Ａにおける各出射光軸の位置とすればよい。図１０中、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、照明系Ａ，Ｂにおいて、内視鏡先端部１０の周方向に設けられた出射部、Ｃは対物光学系の観察窓である。
第三実施形態
図１２は本発明の第三実施形態にかかる内視鏡用照明光学系の要部の構成を示す説明図である。
第三実施形態の内視鏡用照明光学系は、図示省略した光源部と、光源部からの光を入射させるライトガイド２と、図６に示したように反射面３ａを内視鏡の周方向に備えた反射部材３を有している。ライトガイド２は、入射側に１つの端面２ａを有するとともに、出射側に複数に分岐した端面を有し、分岐した端面のうちの１つが前方照射用の端面２ｂ’、残りが側方ないし後方照射用の端面２ｂとして構成されている。なお、図１２中、４”は前方照射用の照明レンズである。
例えば、第一実施形態の内視鏡用照明光学系における、光源とライトガイドとの組み合わせ等により、図５に示したような中抜け配光となる配光特性を有する光に対し、凹レンズ等の拡散手段を介して配光を拡張すると、中抜け配光となる所定角度に依存した配光特性を混ぜ合わせて、図３に示したような中抜け配光ではない配光特性を有する光とすることができる。
そこで、第三実施形態の内視鏡用照明光学系では、図１２に示すように、ライトガイド２が、入射側に１つの端面２ｂ’を有するとともに、出射側に複数に分岐した端面２ｂを有するようにし、１つの端面２ｂ’を前方照射用、残りの端面２ｂを側方照射用に用いている。これにより、ライトガイド２の出射側端面２ｂ、反射部材３を経由する系については、内視鏡の側方を観察する対物光学系の観察範囲を照射する照明光学系として、上述したような各例の中抜け特性を活用することができ、ライトガイド２の出射側端面２ｂ’、照明レンズ４”を経由する系については、内視鏡の前方を観察する対物光学系の観察範囲を照射する第２の照明光学系として、照明レンズ４”に凹レンズなどの拡散作用を持つレンズを活用することで、中抜け配光ではない配光特性を有する光に変換し、且つ、前方を観察する対物光学系の視野角に対応して配光角を広げることができる。
第四実施形態
第四実施形態の内視鏡用照明光学系は、内視鏡の周方向１８０度以上にわたり、少なくとも側方から後方にかけての所定範囲を観察可能な対物光学系と組み合わせて用いる、対物光学系が観察可能な該所定範囲を照射可能な照明光学系を有する内視鏡用照明光学系であって、照明光学系は、内視鏡の長手方向の配光特性が、対物光学系の観察視野角に対応した配光角の範囲における最高強度で正規化された球面配光特性として、８５％以上の配光強度を有している。
上記各実施形態の内視鏡用照明光学系を含めて、本発明の内視鏡用照明光学系は、一般的な内視鏡用照明光学系とは異なり、側方から後方にかけて観察可能な観察系と組み合わせて用いる照明光学系、より詳しくは、内視鏡の周方向１８０度以上にわたり、少なくとも側方から後方にかけての所定範囲を観察可能な対物光学系と組み合わせて用いる、対物光学系が観察可能なその所定範囲を照射可能な照明光学系を有する内視鏡用照明光学系である。
いいかえれば、本発明の内視鏡用照明光学系は、観察に使用する観察系の観察範囲や観察方向に応じて、配光状態の異なる照明系に組み替えることができるように構成されている。
例えば、観察系の後方の視野範囲が、２０度しかない場合には、図３に示したような中抜けしない配光特性を持つ照明光学系を用いても、平面配光で７０％の光強度が得られ、０度における１００％の光強度と比べても、照明ムラの影響は少ないといえる。そこで、このような観察系の後方の視野範囲が狭い場合には、照明光学系の配光特性が中抜けでない配光特性を有していても、後方の観察範囲の被写体に対して十分な明るさを供給できるものと考えられる。
但し、そのような条件が成立するのは、あくまでも観察系の視野範囲が側方からさほど後方に向かわない所定範囲に限定され、照明光学系も、その所定範囲において相当程度の光強度が得られるような配光特性を持つものを組み合わせた場合に限定される。
第五実施形態
図１１は本発明の内視鏡用照明光学系を備えた内視鏡を前方から見たときの発光源、配光角等の位置関係の一例を示す概念図である。
上記各実施形態で説明した本発明の内視鏡用照明光学系の適用対象となる内視鏡は、図１１に示すように、生体の一部を回収するための処置具が通るための処置用チャンネル穴９を有している。このため、内視鏡の周方向に対しては、全周３６０度の範囲を観察することはできず、観察系の一部に死角Ｄが生じる。
図１１に示す内視鏡は、ＬＥＤ等の発光源７ａを６０度おきに５個配置して、大腸等の管腔内面を略３００度の範囲で観察可能に構成されている。
ここでの配光の評価面は、管腔内面であり、内視鏡を囲んで円筒形状をしている。しかるに、円筒形状の評価面における、内視鏡の周方向の配光特性は、配光ムラがなく、均一であることが望まれる。これに対し、円筒形状の評価面における、内視鏡の長手方向の配光特性は、上述したように、側方０度の光強度を減らし、後方の光強度を上げるべく、中抜け配光となる配光特性を有することが望まれる。
そこで、第五実施形態の内視鏡用照明光学系では、対物光学系が観察可能な内視鏡の周方向１８０度以上にわたる少なくとも側方から後方にかけての所定範囲を照射可能な照明光学系が、長手方向と、円周方向とで異なる配光特性を有するように構成されている。
その具体的な例を次に示す。
その一例として、照明光学系が、中抜けとなる配光特性を有する発光源７ａを、隣り合う発光源同士の配光強度の重ね合わせにより、内視鏡の周方向の配光特性が所定の配光強度を保つように、内視鏡の周方向に複数備えた構成とする。この構成を具体的な数値を用いてより詳しく説明する。
図５に示すような球面配光の配光特性を有する発光源において、光強度が３０％になる配光角は約３５度である。そこで、このような配光特性を持つ発光源７ａを円周方向に７０度おきに配置すると、発光源７ａと発光源７ａとの間の光強度は、夫々の発光源における配光角度３５度のときの３０％の光強度をあわせて、６０％程度の光強度となる。その結果、内視鏡の周方向の全照射範囲にわたり、６０％から１００％の範囲の光強度を有することになり、観察に影響を与えない略均一な光量の配光特性を得ることができる。
このようにして、隣り合う発光源同士の配光強度の重ね合わせを利用すると、内視鏡の周方向の配光特性と、長手方向の配光特性を異ならせることができる。
また、その他の例として、照明光学系における内視鏡の長手方向と円周方向とで光学パワーを異ならせてもよい。このようにすれば、第一の例と同様に、内視鏡の周方向の配光特性と、内視鏡の長手方向の配光特性を異ならせることができる。
さらにその他の例として、照明光学系が、内視鏡の長手方向に対応する方向と内視鏡の周方向に対応する方向とで寸法の異なる端面を持つライトガイドを有するようにする。このようにすれば、照明光学系における内視鏡の長手方向と周方向の光学パワーを同じにしながらも、第一の例と同様に、内視鏡の長手方向の配光特性と、内視鏡の周方向の配光特性を異ならせることができる。
また、さらに他の例として、配光特性を制御するディフューザー素子を照明光学系に備えてもよい。このようにして、第一の例と同様に、内視鏡の長手方向の配光特性と、内視鏡の周方向の配光特性を異ならせることができる。
また、さらに他の例として、ランバーシアンな特性を有する発光源を内視鏡の周方向に配置してなる発光源の組を、図１０に示したように、長手方向に複数組備えてもよい。
その場合、図１３に示すように、夫々の組における発光源７ａが互い違いになるように備えると、所望の配特性を維持しながら、内視鏡の周方向に配置する光源の数を極力少ない数に抑えることができるので好ましい。図１３中、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、照明系Ａ，Ｂにおいて、内視鏡先端部１０の周方向に設けられた発光源の出射部、Ｃは対物光学系の観察窓である。
上記各実施形態で説明した内視鏡用照明光学系によれば、観察系の側方視野角０度近傍を照射する照明強度を下げるとともに、観察系の後方視野角４０度近傍を照射する照明強度を上げることができる。このため、上記各実施形態で説明した内視鏡用照明光学系を用いた内視鏡で管腔を観察したときに、後方を明るく観察でき、側方における被写体までの距離が変動しても、それに伴う明るさの変動を少なく抑えることができる。また、上記各実施形態で説明した内視鏡用照明光学系は、内視鏡の径方向に太くなるような配置構成ではないため、内視鏡として管腔を観察するのに十分な細さが確保できる。その結果、大腸などの管腔における後方の病変を精度よく発見することができるようになる。
なお、本発明の内視鏡用照明光学系は、上記各実施形態に示した構成に限定されるものではなく、各実施形態における特徴的な構成を任意に組み合わせても、勿論よい。
本発明の内視鏡用照明光学系は、例えば、大腸などの管腔における後方の病変を精度よく発見することが望まれる、医療、医学の分野に有用である。

Claims (4)

  1. 内視鏡の周方向１８０度以上に亘り、前記内視鏡の長手方向に沿って照明光が中抜けとなり、前記照明光が前記内視鏡の長手方向に対する側方近傍を照射する配光特性を備えた内視鏡用照明光学系であって、
    複数のレンズを前記内視鏡の周方向に沿って備え、
    複数の前記レンズに、夫々、前記内視鏡の長手方向に沿って光学パワーを持つ２つの面を配置したことを特徴とする内視鏡用照明光学系。
  2. 内視鏡の周方向１８０度以上に亘り、前記内視鏡の長手方向に沿って照明光が中抜けとなり、前記照明光が前記内視鏡の長手方向に対する側方近傍を照射する配光特性を備えた内視鏡用照明光学系であって、
    複数の反射面を前記内視鏡の周方向に沿って備え、
    複数の前記反射面の反射角度は２種類であり、隣り合う前記反射面同士の反射角度が互いに異なるようにしたことを特徴とする内視鏡用照明光学系。
  3. 内視鏡の周方向１８０度以上に亘り、前記内視鏡の長手方向に沿って照明光が中抜けとなり、前記照明光が前記内視鏡の長手方向に対する側方近傍を照射する配光特性を備えた内視鏡用照明光学系であって、
    複数のＬＥＤ光源を前記内視鏡の周方向に沿って備え、
    複数の前記ＬＥＤ光源は、夫々、配光角度の小さい光を減らす減光部材を、発光部の前方中央の内視鏡の周方向に沿う範囲に設けたことを特徴とする内視鏡用照明光学系。
  4. 次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内視鏡用照明光学系。
    Ｉ 0 ≦Ｉθ
    但し、Ｉは照射面を基準として、前記内視鏡の観察視野範囲内を、前記内視鏡の長手方向に垂直な方向に対して所定角度で照射する際の球面配光の強度であり、Ｉ 0 は前記内視鏡の長手方向に垂直な方向に対して角度０度で照射する際の球面配光の強度、Ｉθは前記内視鏡の長手方向に垂直な方向よりも後方に、長手方向に垂直な方向に対して角度θ度で照射する際の球面配光の強度である。
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