JP2021087782A - 内視鏡、使い捨て内視鏡システムおよび内視鏡用の光源 - Google Patents

内視鏡、使い捨て内視鏡システムおよび内視鏡用の光源 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は概して、内視鏡および内視鏡システム、特に使い捨て内視鏡および/または使い捨て内視鏡システムに関する。1つの別の態様は、内視鏡用および/または内視鏡システム用、例えば使い捨て内視鏡および/または使い捨て内視鏡システム用の光源に関する。【解決手段】内視鏡は、第1および第2の構成部材を有し、第1の構成部材には光源が組み込まれており、第2の構成部材には、光源の光を近位端部から遠位端部まで案内し、遠位端部において放出するようにライトガイドファイバを備えたライトガイドが延在しており、光源は、一次光を放出する少なくとも1つのレーザ、ならびにレーザの光を少なくとも部分的に別の波長の光に変換して放出する変換器を有しており、変換器は、変換器により変換され放出された光がライトガイド内へ入射させられるように、第2の構成部材の、第1の構成部材に結合された近位端部に連結されている。【選択図】図1

Description

本発明は概して、内視鏡および内視鏡システム、特に使い捨て内視鏡および/または使い捨て内視鏡システムに関する。1つの別の態様は、内視鏡用および内視鏡システム用、例えば使い捨て内視鏡および/または使い捨て内視鏡システム用の光源に関する。
診断装置、手術装置および/または治療装置、例えば診断用、最小侵襲介入用または治療用の内視鏡等は、硬性または軟性の構成として知られており、文献内で十分に説明されている。今日では、使い捨て内視鏡、または「ディスポーザブル内視鏡」とも呼ばれるものの使用が一段と増えており、これにより、1度だけの使用に基づき汚染が防止されることで、特に医療技術的な検査、治療および/または最小侵襲介入における患者の安全性を高めることができる。確かに従来の内視鏡は、医療技術の意味において再生可能、すなわち洗浄可能、消毒可能かつとりわけ加圧滅菌可能であるように構想されている。
それにもかかわらず、この場合、再生の誤用もしくは前記のような装置の不都合な設計に基づき、必要とされる病原菌数減少が達成されずひいては次に使用する際に病原菌が患者にうつされる恐れがある、ということが散発的に生じ得る。このことは、前記のような使い捨て内視鏡の使用により防止され得る。
使い捨て内視鏡の使用の増加の別の側面は、採算性の考慮でもある。特に、使用する度に適正にかつ定期的に実施される再生処理は、この間に開業医またはクリニックに、高いコストを要求する。さらに、熱消毒器、およびオートクレーブ装置および/またはプラズマ滅菌装置等の洗浄装置に対する高額な投資が必要とされているため、このような使い捨て内視鏡の使用は、全体として妥当である。
このような使い捨て内視鏡は、一方では「手持ち式」装置として可搬式に使用可能であり、したがって救急医療、軍事救護用途または接近し難い領域、例えば特に再生手段を使用することができない大災害用途にも使用可能であるということから、1つの別の利点が生じる。
このような使い捨て内視鏡、つまり文献に記載されているような「シングルユース」内視鏡または「ディスポーザブル内視鏡」は、例示的に以下の文書に記載されている。
米国特許出願公開第3581738号明細書の文書に開示された使い捨て内視鏡は、スペキュラムを形成する一般に管状の側壁を備えた合成樹脂材料から成るボデー、および側壁に埋め込まれた単一の細長い導光素子を有しており、この場合、素子は導光材料から形成されており、導光材料は、導光材料の屈折率とは異なる屈折率を有する透明材料により被覆されており、この場合、ボデーは、内視鏡から軸方向に分割された2つの対半部から形成されており、この場合、各半部は素子包囲部材を有している。
米国特許出願公開第4964710号明細書の文書に記載された硬性内視鏡には、対物レンズ系、接眼レンズおよび中間リレーレンズが装備されている。リレー系は、プラスチック部材とガラス部材の両方を用いるハイブリッド系である。プラスチック部材は、軸方向に向けられた偶数個(N)のレンズから成っており、これらのレンズはそれぞれ、その直径と同じオーダの長さを有している。ガラス部材は、軸方向に向けられた奇数個(Nマイナス1)の、端面が研磨されたガラス平筒である。
欧州特許出願公開第1890173号明細書の文書には、前記のような内視鏡において使用可能であるようなライトガイドの製造方法が記載されている。この場合、複数本の光ファイバが束ねられ、次いでファイババンドルは、ファイババンドルの中間部分に取り付けられたマウスピースの部分において切断される。このようにして、ファイババンドルは第1の光ファイババンドルと第2の光ファイババンドルとに分けられる。第1および第2の光ファイババンドルの分割面は、同じ特性および条件を有している。それというのも、第1および第2の光ファイババンドルは、複数本の同一の光ファイバを束ねることにより得られたファイババンドルから形成されているからである。第1の光ファイババンドルは内視鏡の挿入部内に取り付けられており、第2の光ファイババンドルはフレキシブルチューブ内に取り付けられており、これにより、内視鏡の挿入部内に第1の光導体が形成されており、フレキシブルチューブ内に第2の光導体が形成されている。これにより、光導体の分離可能な光伝達区間が生じることになる。
1度だけの使用に基づき、このような内視鏡はコストを大幅に圧縮されているため、構成群もしくはコンポーネントは必然的に、最適化されたコストで製造可能である。画像提供および照明用の主要コンポーネントのうちの1つが、ライトガイドまたはイメージガイドである。これらは目下、比較的手間のかかる処理ステップにおいて取り付けられるもしくは加工される。複雑な機械的要素が、部分的に前記ライトガイドもしくはイメージガイドを含むレンズ等の光学素子に結び付いており、かつ部分的に目下のライトガイドもしくはイメージガイドを比較的高価にしている、端面の研削および研磨等の手間のかかる加工ステップでもあることが多い。
しかしまた他方では、特に医療技術において内視鏡を使用する際には、ある程度の光技術的な要求も考慮する必要がある。これにより、光源から提供される光が検査箇所に可能な限り損失なく提供される他に、検査箇所の、色に忠実なもしくは的確なカラー表示、また検査箇所に対する不要な熱の回避ももたらされる。この場合、光源から提供される光束および内視鏡の遠位端部まで光を引き続き案内することは、1つの特別な挑戦である。特に小さな直径を有する内視鏡システムには、一方では極度に明るい光源を要しかつ他方では光束が最適化されたライトガイドを要する。
能動的な電子構成素子、例えばカメラチップおよび/または照明用LEDを使用する場合にはさらに、電気的な絶縁、電気的な遮蔽、ならびに内視鏡の使用領域に応じて最大限界値を超えてはならない患者漏れ電流に関する要求を考慮せねばならない。つまり例えば心臓に使用する場合には、10μAの最大漏れ電流が要求されており、これはCF形分類に相当する(EN60601−1、第3版、表3参照)。
これらの光技術的かつ電気的な要求の他に、さらに生体適合性に対する要求にも留意せねばならない。生体適合性に関しては、材料が人体に負担をかけないということを保証することが必要とされている。人体と接触する可能性のある医療機器に対しては規則により、生じ得る相互作用および望ましくない副作用を特定して評価することが要求されている。必要とされる試験の選択は、人体における接触形式および接触時間に基づき生じる。欧州医療機器指令MDD93/42EWG(略MDD)もしくは2017年4月5日付けの通達(EU)2017/745(略MDR)に相応して、機器の生物学的な前記評価は、材料/機器と患者との直接的な接触が生じる場合には常に必要である。
材料の生物学的な検査および評価に関する主要規則は、DIN EN ISO 10993および米国薬局方クラスVI(USPクラスVI)に準拠した検査である。本来は、明らかにより広範なISO 10993がUSPクラスVIに準拠した検査を代替すべきであるにもかかわらず、今日では特に、生体適合性のプラスチックの評価にはUSP検査を利用することが極めて多い。このために、侵襲的な使用を想定した材料については、一方ではその化学的な化合に関して評価されかつ他方では細胞毒性検査が行われ、生じ得る有毒作用を活発化する細胞培養物が検査される。このことに対する要件は、DIN EN ISO 10993、特に第1部および第5部にまとめられている(DIN EN ISO 10993−1:2010−04)。米国では、このことにはFDAの要件が義務づけられている。そこでは、DIN EN ISO 10993に対応する要件は、USPクラスVIに入れられている。
さらに、再生法として周知の、強アルカリ性溶液を用いる洗浄/消毒法ならびに最高135℃の温度および約3バールの典型的な蒸気圧でのオートクレーブによる滅菌を、材料選択時にこの範囲内で考慮せずに済む、ということが、使い捨て内視鏡としての内視鏡の設計に有益であり、このことは特に、より廉価な材料選択をも可能にする。
材料においては、エチレンオキシド滅菌等のガス滅菌に対する適性、ならびにRoHS指令およびREACH規則が考慮されるだけに過ぎない。
書類番号DE102019125912ならびにDE102018107523の、本出願人独自の出願は、ライトガイドの異なる態様に関するものである。レーザに基づく光源は言及されていない。
米国特許第6398721号明細書は、レーザダイオードを有していてよい外科用顕微鏡装置に関する。
米国特許出願公開第20060279950号明細書には、LEDが記載されている。内視鏡は言及されていないが、例えばファイバを有するライトガイドが使用され得る。LEDは、透過式に作動させられる。
同様に米国特許出願公開第20060152926号明細書にもLEDが記載されており、このLEDは、例えば内視鏡でも使用され得る。LEDは、透過式に作動させられる。
米国特許第5436655号明細書に記載された内視鏡は、レーザを有していてよい。
高効率の光源が、米国特許出願公開第20040246744号明細書に記載されている。
米国特許出願公開第20190014979号明細書に記載された内視鏡も、レーザ光を用いて作動させられてよい。
米国特許出願公開第20190290100号明細書に記載された光学結像システムは、特に蛍光顕微鏡(STED顕微鏡)に使用され得る。
国際特許出願である国際公開第2013092498号に記載された内視鏡は、光源としてレーザダイオードを有していてよい。
米国特許出願公開第20060069314号明細書には、内視鏡用の固体光源が記載されている。
独国特許出願公開第102017108698号明細書には、光電子構成素子が記載されている。
しかし従来、高輝度の照明の利点を廉価に実現することは不可能である。特に目下、使い捨て内視鏡用にレーザ光の利点を実現することは不可能である。
本発明の課題は、従来技術の欠点を少なくとも部分的に克服するかまたは少なくとも減らし、特に、特にシングルユース使用のために明るい光源もしくは大きな輝度を有する照明とこのために最適化されたライトガイドシステムとを有する内視鏡システムを提供することにある。
本発明の課題は、独立請求項の対象により解決される。特別かつ好適な実施形態は従属請求項に記載されている。
よって本発明は、第1の構成部材と第2の構成部材とを有する内視鏡であって、第1の構成部材には光源が組み込まれており、第2の構成部材は、第1の構成部材に結合された近位端部、好適には取外し可能に結合された近位端部および遠位端部を有しており、遠位端部には、例えばカメラチップまたはファイバ光学素子等の、画像撮影用または画像案内用および/または光学情報記録用または光学情報案内用の部材が配置されており、第2の構成部材内には、光源の光を近位端部から遠位端部まで案内し、遠位端部において放出するように、少なくとも1本のライトガイドファイバを備えたライトガイド、ならびに好適には特に、前記のようなカメラチップが遠位端部に配置されている場合にカメラチップに電気を供給する供給線路が延在しており、光源は、一次光を放出する少なくとも1つのレーザ、ならびにレーザの光を少なくとも部分的に別の波長の光(二次光)に変換して放出する変換器を有しており、変換器は、変換器により変換され放出された光がライトガイド内へ入射させられるように、第2の構成部材の、第1の構成部材に結合された近位端部に連結されている。画像撮影用もしくは画像送信用のファイバ光学素子は、「イメージガイド」とも呼ばれ、互いに端面をそろえて配置された数万本の個別ファイバから成る。このようなファイバ光学素子は、特にガラスまたはプラスチックから成っていてよいまたはガラスプラスチックを含んでいてよく、例えばグラスファイバもしくはプラスチックファイバとして形成されていてよい。
内視鏡のこのような構成は、多数の利点を有している。
つまり本開示では、内視鏡は2つの構成部材に分けられている。近位構成部材と呼ばれることもある第1の構成部材内には光源が組み込まれており、光源は、一次光を放出するように形成された少なくとも1つのレーザを有している。例えばレーザは、青色光および/または紫外光を放出するように形成されているように構成されていてよい。さらに第1の構成部材は、レーザの光を少なくとも部分的に別の波長の光に変換して放出するように形成された変換器を有している。
このことは、このようにしてレーザ光が使用可能になるため、有利である。特にこのようにして、特に高い照明強度を達成することが可能である。
この場合、変換器は、変換器により変換され放出された光がライトガイド内へ入射させられるもしくは入射可能であるように、第2の構成部材の、第1の構成部材に結合された近位端部に連結されている。
換言すると、第1の構成部材は、遠位構成部材と呼ばれることもある第2の構成部材に結合可能に形成されているか、またはそれどころか第2の構成部材に結合されているように形成されている。
第1の構成部材は、より正確な構成に応じてかつ第1の構成部材に含まれる部材の形式に応じて、例えば手動部材として、つまり例えば内視鏡を操作しかつ/または保持するためにも用いられる構成部材として形成されていてよい。しかしまた、第1の構成部材は、内視鏡の制御および/または作動に用いられる、つまり例えば制御ユニットおよび/または評価ユニットとして形成された部材を有している、ということも可能であり、この場合、第1の構成部材は内視鏡用の作動装置として形成されていてもよい。
さらに内視鏡は、近位端部および遠位端部を有する第2の構成部材を有しており、第2の構成部材内には、少なくとも1本のライトガイドファイバを有するライトガイドが延在している。ライトガイドファイバは、光源の光を近位端部から遠位端部まで案内し、遠位端部において放出するように形成されている。遠位端部には、画像撮影用のカメラチップまたはファイバ光学イメージガイド等の画像撮影用部材が配置されている。さらに第2の構成部材は、好適には遠位端部がカメラチップを有している場合には、カメラチップへの電気供給用の供給線路を有している。
このような2つの構成部材(または構成群)を備えた内視鏡の構成は有利である。それというのも内視鏡は、説明した構成では、第1の構成部材が、例えば比較的コストのかかる少なくとも1つのレーザを有する光源等の部材を有しており、これに対して第2の構成部材は、比較的廉価であるような部材を有しているように構成されているからである。つまり内視鏡を分割することが可能であり、このようにして、例えば廉価な部材を比較的廉価なシングルユース構成群内に収納することができ、これに対してあまり廉価でない、コストのかかる部材は、マルチユース構成群内に収納されている。
これにより初めて、例えば極めて高価値の照明の利点を、単回使用のみを想定した内視鏡の利点に結び付ける内視鏡を提供することが可能である。ここで注目すべきなのは、本開示による内視鏡は必ずしも単回内視鏡としてもしくは少なくとも部分的に単回内視鏡として形成されていなくてもよい、という点である。むしろ、このことは必要に応じて適合させるということも考えられる。
ただし、第1の構成部材と第2の構成部材とが互いに取外し可能であるように、互いに結合されている場合が有利であってもよい。内視鏡が少なくとも部分的に単回使用を想定した内視鏡として形成されている限り、例えば第2の構成部材は使用後に廃棄処理されてよい。しかしまた、第2の構成部材は第1の構成部材と取外し可能に結合されているが、それにもかかわらず複数回使用を想定されており、第1の構成部材から分離された後に、医療使用を想定した特定の洗浄・滅菌処理を施される、ということも可能である。
つまり、モジュール式内視鏡と呼ばれることもある本開示による内視鏡は、一方では簡略化された取扱いの可能性と結び付けられている。他方では、本開示による内視鏡が使い捨て内視鏡または少なくとも部分的に使い捨て内視鏡として形成された内視鏡である場合、つまり少なくともいくつかの構成部材が単回使用のためだけに規定されている場合には、高い光強度を可能にする、例えばレーザを用いた照明等の高価値の照明が、使い捨て装置の利点と結び付けられている。
ライトガイドを有する第2の構成部材は、例えば剛性に形成されていてよいか、またはフレキシブルに形成されていてもよい。一般に第2の構成部材は、内視鏡のいわゆる軸部と解されてよく、この場合、本発明の枠内で軸部は、全体的に剛性の第2の構成部材と、例えばプラスチック材料を含む、例えばフレキシブルな外側のカバーチューブのみを有するフレキシブルな構成部材と、の両方を意味する。第2の構成部材が剛性に形成されている限り、第2の構成部材は、第2の構成部材により包囲されるライトガイドが少なくとも部分的に、金属またはプラスチックを含む1つの管区分または複数の管区分により包囲されているように形成されていてよい。この場合、第2の構成部材の正確な構成は、内視鏡の好適な使用分野に応じて選択されていてよい。
1つの好適な実施形態では、変換器は、セラミック変換器材料を有している。このような構成は、これにより白色光についても特に高い光強度が可能であるため、有利である。つまりセラミック変換器材料は特に温度安定性であるため、これにより特に高い輝度が達成され得る。有機物に基づく変換器または有機物変換器材料とセラミック変換器材料との組み合わせも考えられる。特に変換器は、特に一次光を異なるスペクトル組成の光に変換するように構成されていてよい2つ以上の変換器材料を含む変換器部材を有しているように形成されている、ということが可能である。例えば、変換器部材はいわゆる「黄」リンおよびいわゆる「赤」リンを含むことが考えられる。この場合、リンは発光材料を意味する。例えばこれらの材料は混合物として、例えば有機材料およびセラミック材料を含む混合物として、または有機材料またはセラミック材料から成る混合物として存在していてよい。しかしまた変換器は、各1つの異なる変換器材料を含む複数の変換器部材を有しているように形成されていてもよい。これらの構成の混合も考えられる。
特にセラミック変換器材料は、発光セラミック材料であってよいか、または発光セラミック材料を含んでいてよい。本開示の枠内でこのことは、変換器は例えば主に、つまり少なくとも50重量%が、または実質的に、つまり少なくとも90重量%が、発光セラミック材料から成っていてよい、ということを意味する。また、変換器全体が発光セラミック材料から成っている、ということも可能である。つまり特に変換器および/または変換器部材は、発光セラミック材料を含んでいるかまたは発光セラミック材料から成っている。変換器および/または変換器部材は、複合材料として、例えばリン−ガラス複合材料として、またはリン−プラスチック複合材料、特にリン−シリコーン複合材料として、またはリン−セラミック複合材料として形成されていてよく、この場合、好適には少なくとも10重量%の、例えば10重量%〜30重量%の、特に10重量%〜20重量%の発光セラミック材料を含んでいる。
1つの実施形態では、変換器および/または変換器部材は、発光セラミック材料としてガーネットセラミック材料を含んでいるか、または主に、つまり少なくとも50重量%が、または実質的に、つまり少なくとも90重量%が、または全体が粒状のセラミック材料から成っており、この場合、粒状のセラミック材料は、好適には以下の分子式、すなわち:
A3B5O12:RE
を有しており、この場合、
Aは、Yおよび/またはGdおよび/またはLuを含み、
Bは、Alおよび/またはGaを含み、
REは、希土類群から選択されており、好適にはCeおよび/またはPrを含む。
さらにもう1つの別の実施形態では、ガーネットセラミック材料は、以下の分子式、すなわち:
(Y1−xCex)3Al5O12および/または
(Y1−x−yGdyCex)3Al5O12および/または
(Lu1−xCex)3Al5O12および/または
(Y1−x−zLuzCex)3Al5O12
を有しており、
この場合、xにはそれぞれ:0.005<x<0.05が当てはまり、
yには:0<y<0.2が当てはまり、かつ
zには:0<z<1が当てはまる。
1つの実施形態では、変換器および/または変換器部材は、発光セラミック材料を含むかまたは主に、つまり少なくとも50重量%が、または実質的に、つまり少なくとも90重量%が、または全体が発光セラミック材料から成っており、この場合、変換器は、
−単相の中実セラミック(つまりいわゆるオプトセラミックス)として存在しかつ/または
−多相の中実セラミックとして存在しかつ/または
−特定の多孔率の単相または多相のセラミックとして存在しかつ/または
−蛍光体−ガラス複合材料(英:phosphor in glass,PIG)および/または蛍光体−シリコーン複合材料(英:phosphor in siicone,PIS)等の複合材料として存在する。
1つの別の実施形態では、セラミック材料は、別の酸化化合物(ガーネット化合物以外)、ならびに特に酸窒化アルミニウムおよび酸窒化ケイ素アルミニウムの群から成る窒化化合物も含む。
1つの別の実施形態では、変換器および/または変換器部材は、多孔質の焼結セラミックとして形成されており、多孔率は0.5%〜10%、好適には4%〜8%である。この場合、多孔率は体積に関係する。好適には、平均孔径は400μm〜1200μm、好適には600μm〜1000μm、特に好適には600μm〜800μmである。
本開示の枠内で、単相のセラミック(またはオプトセラミックス)とは、セラミックに含まれる結晶および/または晶子の少なくとも95体積%が同じ結晶相であることを意味する。好適には、異質相の体積比率が大幅に小さくなっている。それどころか特に、セラミックに含まれる結晶および/または晶子の96体積%超または97体積%超または98体積%超またはそれどころか99体積%超が同じ結晶相を形成していてよい。さらに、単相のセラミックは非晶質成分をも有していてよい、ということは排除されていない。ただし、非晶質成分は一般に5体積%未満である。
セラミック材料が、この材料が1W/mK〜20W/mKの範囲の熱伝導率を有しているように形成されていると、特に有利であってよい。このようにして、変換時に生じるもしくは生じた熱エネルギの特に良好な導出が可能であり、これにより、材料の動作中に変換器材料の変換特性が変化することがあるとしても、極僅かにしか変化しない。
特に、セラミック変換器材料は多結晶に形成されていてよい。
材料が均質であるもしくは実質的に均質であると、特に有利であり、この場合、材料の均質な構成とは、好適には材料が単相のセラミック(またはオプトセラミックス)として存在することを意味する。
1つの別の実施形態では、変換器は、レーザ光をそれぞれ異なるスペクトル組成の光に変換する、少なくとも2つのセラミック変換器材料を有している。このような構成は特に、検査対象または検査範囲の状態を特定するために特に正確かつ/または詳細な検査が必要とされている場合、特に医療分野において、例えば処置計画および/または治療計画を的確に作成することができるようにするために、検査組織の状態に関する正確な情報が必要な場合に有利であってよい。それというのもこのようにして、高い照明強度を達成しかつ例えば「白色」の色度座標とは異なる組成の光を達成しかつ/または光のスペクトル組成を場合に応じて適合させることが可能であるからである。
特に有利には、変換器は2つの変換器部材を有しており、この場合、変換器部材は各1つのセラミック変換器材料を含んでおり、これにより変換器部材は、光をそれぞれ異なるスペクトル組成の光に変換するようになっている。つまりこのようにして、色度座標の特に簡単な適合に成功しており、特にこのような構成では、相応に制御することにより2つの変換器材料のうちの1つのみを照明しかつ/または2つの変換器材料に対するレーザ光を相応に分割することが簡単に可能である。
1つの実施形態では、変換器は、変換器により拡散反射された光がライトガイド内へ入射させられているかまたは入射させられる、または少なくとも入射可能であるように、ライトガイドに光学的に連結されている。このことは、まさに所望のスペクトル分布を有する光が、ライトガイドを通り、内視鏡により検査しようとする領域へ案内されるということを保証するために有利である。拡散反射された光とは、本開示の枠内で別に明記しない限り、変換器により変換されかつ/または散乱させられかつ/または反射される光を意味する。
1つの別の好適な実施形態では、レーザは、専ら変換器により変換されかつ/または散乱させられかつ/または反射された光だけがライトガイド内へ入射させられるように配置されかつ変換器に向けられており、この場合、この光は、例えば散乱させられたまたは反射された一次光の成分も含んでいてよい。
内視鏡のこのような構成は、このようにして、レーザ光が検査範囲内に到達することが防がれるため、特に安全の観点のもとでは有利である。
一般に、変換器とレーザとは、いわゆる透過構成で配置されていることが可能である、つまり、レーザの光は変換器を通過、つまり透過し、その際に変換されかつ/または散乱させられる。しかしまた、特にレーザ光、つまりレーザから送出された変換されない光および/または散乱させられない光が検査範囲に到達することは一切ない、ということを保証するためには、変換器とレーザとが反射式に配置されている、つまりレーザ光が変換器に当たり、変換器により反射され、その際に変換されかつ/または散乱させられることも可能であり、それどころか好適であってよい。
1つの別の実施形態では、レーザは、レーザの光が、変換器により変換されかつ/または散乱させられかつ/または反射されてライトガイド内へ入射する光の光放射方向とは実質的に反対の方向に向けられるかつ/または向けられているかつ/または変換器に向くことができるように配置されている。まさにこのような構成が、安全の観点のもとでは、直接的なレーザ光がライトガイド内に入射させられることを防止するために特に有利であってよい。内視鏡のこのような構成は、例えば内視鏡が、説明したようにレーザの光を変換器から拡散反射された光の光放射方向とは反対の方向に向ける手段を有していることにより可能になり得る。例えばこの手段は、ライトガイドファイバであってよくかつ/またはライトガイドファイバを有していてよい。
この場合、変換器により変換されかつライトガイド内に入射する光の光放射方向とは実質的に反対の放射方向とは、変換器および/または1つの変換器部材および/または複数の変換器部材の表面に対する法線ベクトルと、一次光の入射方向と、の間に、少なくとも±10°の角度が形成されていることを意味する。
適切なライトガイドは、このような内視鏡システムのために例えば数十本、数百本から数千本の個別ファイバを含んでいてよく、この場合、ライトガイドに含まれている個別ファイバの正確な数は、例えばライトガイドの目標とする最終直径および/またはライトガイドに含まれる個別ファイバの直径に依存する。通常、一般的なファイバ直径は、20μm〜100μmである。典型的な直径は、30μm、50μmおよび70μmである。
特にシングルユース内視鏡もしくは小さな寸法を有する内視鏡システムに関して、検査範囲での十分な輝度もしくは照明強度が保証されている、ということを保証するためには、あまり太くないファイバをライトガイドファイバとして使用することが有利であってよい。これにより一方では廉価で迅速な組立を行うことができかつ他方では高い光束がレーザ光源から内視鏡の遠位端部に到達する、ということが保証され得る。
最大20本、好適には最大10本のこのような個別ファイバの数が、有利であると共に組立手間と十分な光束伝達との間の良好な妥協であると判明しており、この場合、極度に細い内視鏡システムには1本のファイバで既に足りている場合がある。3本または7本の個別ファイバから成るバンドルは、これらの個別ファイバを1つの共通のスリーブ内に極めて密にパッキングすることができる、という利点をもたらす。この場合、7本配置は、共通のスリーブ内で個別ファイバのどちらかと言えば円形の配置が実現され得、さらに円形横断面を有するファイバにとって理想的なパッキング密度が生じる、という特別な利点を成す。このような7本配置の場合、例えば内視鏡の遠位端部においてカメラチップの周囲またはイメージガイドの周囲の個別ファイバはグループ分けされてよく、これにより、検査組織の均一な照明を可能にすることができる。しかしまた、光源としてのレーザダイオードまたは発光ダイオードまたは変換器の、どちらかと言えば一般的な正方形のチップ形状に関しては、4本の個別ファイバまたは4または2の整数倍のこのようなファイバが使用される場合が有利なこともある。一方では、可能な限り大きな作動ファイバ面積、つまりファイバの、本来光を案内する横断面領域に関して、照明用に供与されるキャビティを、より多くのファイバで満たすことができ、かつ他方では、改良された光入射を達成することができる。
この場合、1本のライトガイドファイバまたは複数本のライトガイドファイバは、100μm〜1000μmの範囲内、好適には最大600μm、好適には150μm〜400μmの範囲内の直径を有している、ということが有利であると判った。このようなファイバは、個別ファイバとして大幅に簡単に組み込むことができると共に、十分に小さな最小曲げ半径をも有している。例えば1×1mmのサイズのカメラチップを備えた今日の内視鏡用には、例えば200μm〜300μmの範囲内の直径を備え、カメラの各側に1本ずつ配置された4本の個別ファイバが理想的であると考えられる。同様に好適なのは、カメラの各側にファイバが2本ずつまたは3本ずつ配置された合計8本または12本の個別ファイバを有する配置であり、この場合、個別ファイバは150μm〜最大200μmの範囲内の直径を有している。また、カメラチップと包囲カバーとの間の面積もしくは供与スペースの可能な限り良好な充填を可能にするために、例えばそれぞれ異なる直径を有するファイバが使用される、ということが想定されていてもよく、これにより、可能な限り高い光束が達成され得る。12本ファイバ配置の場合には、カメラの各側に3本のファイバが配置されており、例えば真ん中のファイバは約250μmの直径を有していてよく、この場合、他の2本のファイバは100μm〜150μmの直径を有しているだけに過ぎない。
基本的に、個別ファイバに代えて、特に好適には70μm未満、特に好適には50μm未満の、一般に30μmの個別ファイバ直径を有する複数の極めて細い個別ファイバから成る細いファイババンドルが使用されてもよく、これらのファイババンドルは、ファイババンドルをまとめる極度に細いジャケットのみを有している。このようなファイババンドル構成は、本出願人のまだ非公開の並列出願に記載されている。
1つの別の実施形態では、1本のライトガイドファイバまたは複数本のライトガイドファイバが、ステップインデックス型グラスファイバである。好適には、1本のライトガイドファイバまたは複数本のライトガイドファイバは、不可避の微量は別として鉛および/またはその他の重金属を含まず、アンチモンおよび/またはヒ素および/またはCr(VI)等のその他の危機的な元素を含まないガラス組成を有する、ステップインデックス型グラスファイバである。
ファイバとは、本開示の枠内では、デカルト座標系の1つの空間方向における横方向最大寸法が、この第1の空間方向に対して垂直な他の2つの空間方向におけるよりも少なくとも10倍だけ、好適には少なくとも50倍だけ大きな物体を意味する。換言すると、ファイバは極めて長細い物体である。
ステップインデックス型グラスファイバとは、本開示の枠内では、屈折率が内側から、つまりコアから外側に向かって、少なくとも1つのステップの形態で変化するグラスファイバを意味する。この場合、グラスファイバはコアガラスとクラッドガラスとを含んでおり、コアガラスはクラッドガラスとは異なる屈折率を有している。
グラスファイバには、ガラスが含まれる。グラスファイバにはさらに、ガラス材料の他に、ガラス材料の表面を少なくとも部分的に包囲する別の材料、いわゆるのりが含まれていてもよい。用途に応じて、種々様々なガラス材料がグラスファイバに用いられてよい。特にグラスファイバには、1成分ガラスおよび/または多成分ガラスが含まれていてよい。例えば、実質的に1成分ガラスとしてのグラスファイバは、石英ガラスを含んでいてよくかつ/または特に石英グラスファイバとして形成されていてよく、この場合、石英ガラスは、ドープされていてもよく、例えばOHイオンおよび/またはフッ素でもってドープされ、かつ/または例えば水分の多いまたは水分の少ない石英ガラス態様として存在しており、この場合も依然として1成分ガラスと呼ばれる、または多成分ガラス、例えば多成分ケイ酸塩ガラスを含んでいてもよい。さらに、ガラスはカルコゲナイドガラスとして形成されていてもよい。この場合、石英グラスファイバまたは石英ファイバとは、ドープされた石英ガラスを含むファイバをも意味する。
好適には、光ファイバは、ファイバコアおよびファイバエッジもしくはファイバクラッド層を有している。好適な実施形態では、コア層は、コアガラスから成っている。
好適には、光ファイバは、ファイバコアを包囲するファイバクラッドを有している。好適な実施形態では、ファイバクラッドには、クラッドガラスが含まれる。
好適には、ファイバクラッドは、500ppm(m/m)未満、さらに好適には400ppm(m/m)未満、さらに好適には300ppm(m/m)未満、さらに好適には250ppm(m/m)未満、さらに好適には200ppm(m/m)未満、さらに好適には150ppm(m/m)未満、さらに好適には100ppm(m/m)未満、さらに好適には80ppm(m/m)未満、さらに好適には60ppm(m/m)未満、さらに好適には40ppm(m/m)未満、さらに好適には20ppm(m/m)未満、なおさらに好適には10ppm(m/m)未満のハロゲンもしくはハロゲン化物含有量を有している。特に好適な実施形態では、ファイバクラッドはハロゲンを含んでいない。ハロゲンは、例えば塩素、フッ素、臭素および/またはヨウ素もしくはこれらの陰イオンである。ファイバクラッド中の極度に高いハロゲン濃度は、特に例えば蒸気消毒に際して、相応するハロゲン酸の形成につながる。相応するハロゲン酸は、光ファイバ製品の耐久性を低下させると共に、光ファイバ製品から流出する恐れがある。特にハロゲン酸は、例えばオートクレーブや内視鏡の特殊鋼等の材料を腐食させ、望ましくない錆を生ぜしめる。
好適には、ファイバコアは、500ppm(m/m)未満、さらに好適には400ppm(m/m)未満、さらに好適には300ppm(m/m)未満、さらに好適には250ppm(m/m)未満、さらに好適には200ppm(m/m)未満、さらに好適には150ppm(m/m)未満、さらに好適には100ppm(m/m)未満、さらに好適には80ppm(m/m)未満、さらに好適には60ppm(m/m)未満、さらに好適には40ppm(m/m)未満、さらに好適には20ppm(m/m)未満、なおさらに好適には10ppm(m/m)未満のハロゲンもしくはハロゲン化物含有量を有している。特に好適な実施形態では、コア層はハロゲンを含んでいない。本発明では、ハロゲンは、例えば塩素、フッ素、臭素および/またはヨウ素もしくはこれらの陰イオンである。ファイバコア中の極度に高いハロゲン濃度は、特に例えば蒸気消毒に際して、相応するハロゲン酸の形成につながる。相応するハロゲン酸は、光ファイバ製品の耐久性を低下させると共に、光ファイバ製品から流出する恐れがある。特にハロゲン酸は、例えばオートクレーブや内視鏡の特殊鋼等の材料を腐食させ、望ましくない錆を生ぜしめる。
特定の実施形態では、光ファイバは、石英ファイバである。1つの特定の実施形態では、ファイバクラッドおよび/またはファイバコアは、少なくとも76重量%、さらに好適には少なくとも81重量%、さらに好適には少なくとも84重量%、さらに好適には少なくとも88重量%、さらに好適には少なくとも92重量%、さらに好適には少なくとも95重量%、さらに好適には少なくとも97重量%、さらに好適には少なくとも98重量%の石英量を有している。石英量が多いほうが、化学的な耐久性の向上ならびに耐熱性の向上につながる。
1つの特定の実施形態では、コアガラスは以下の特徴を有している。
好適には、コアガラスは少なくとも8重量%、さらに好適には少なくとも23重量%、より一層好適には少なくとも24重量%、特に好適には少なくとも25重量%またはそれどころか少なくとも26重量%のSiOを含んでいる。1つの特別な実施形態では、コアガラスはそれどころか少なくとも28.3重量%のSiO、極めて特に好適には少なくとも34重量%のSiOを含んでいる。いくつかの好適な実施形態では、コアガラスはそれどころか少なくとも35重量%、さらに好適には少なくとも42重量%のSiOを含んでいる。
これらの発明の好適なコアガラスには、以下の組成範囲(重量パーセント)内の以下の成分が含まれる:
Figure 2021087782
Oは、全てのアルカリ金属酸化物の含有量の、その時々の和である。
以下の1つまたは複数の成分、すなわち:CsO,RbO,MgO,CaO,SrO,Gd,Lu,Sc,Y,In,GaおよびWOが、コアガラスに含まれていてよい。
以下の成分、すなわち:TiO,CeO,Nb,MoO,Bi,PbO,CdO,TlO,As,Sb,SO,SeO,TeO,BeO、放射性元素および着色成分は、本文中に別記しない限り、コアガラスに好適には全くまたは原料の不可避の不純物に起因する、それぞれ最高500ppmの濃度でしか含まれていないことが望ましい。特にTiOは放棄されることが望ましい。なぜならば、この成分はUV範囲において顕著な吸収を生ぜしめることがあるからである。好適な実施形態では、成分WOも放棄される。
成分TiO,CeO,Nbおよび/またはBiは、コアガラスに最高0.5重量%まで、好適には0.3重量%まで、特に好適には0.2重量%まで含まれていてよい。1つの好適な実施形態では、コアガラスにこれらの成分は含まれていない。
好適には、コアガラスは光学活性成分、特にSm,Nd,Dy,Pr,Eu,Yb,Tb,Er,Tmおよび/またはHoを含んでいない。CeOはUV範囲において吸収するため、好適なコアガラスはCeOを全く含んでいない。
成分アルカリ土類金属酸化物、La,Ta,ZrOおよびHfOの総含有量は、好適には特に1.65超の屈折率を有するコアガラスに関して少なくとも40重量%、さらに好適には少なくとも42重量%、より一層好適には少なくとも50重量%、特に好適には少なくとも55重量%である。これらの成分の含有量が極度に少ないと、好適な屈折率は通常、達成され得ない。成形に基づき、前記総計値は72重量%を超えないことが望ましい。
1つの特定の実施形態では、クラッドガラスは以下の特徴を有している。すなわち好適には、クラッドガラスは60重量%超、さらに好適には65重量%超、特に好適には少なくとも69重量%のSiO含有量を有している。SiO含有量は、好適には最高75重量%、特に好適には最高73重量%である。クラッドガラスは、傾向としてコアガラスよりも厳しい環境の影響に晒されている。高いSiO含有量は、より良好な化学的耐久性をもたらす。したがって、この成分のクラッドガラス中の含有量は、コアガラス中よりも多くなっている。
好適には、クラッドガラスの組成は、クラッドガラスの線熱膨張係数とコアガラスの線熱膨張係数との差が最小限になるように選択されるもしくはコアガラスの組成に適合される。一般に、ファイバコアおよびファイバクラッドに関する、20〜300℃の温度範囲における熱膨張係数(CTE)は、同じであるかまたは異なっていてよい。特にCTEは異なっている。好適には、クラッドのCTEはファイバコアのCTEよりも小さく、典型的には、クラッドのCTEは少なくとも1.0*10−6/Kだけ小さいが、しかしまたガラスに応じて、典型的には少なくとも2.5*10−6/Kだけ小さくてもよい。ファイバコアは、典型的には6.5*10−6〜10*10−6/KのCTEを有しておりクラッドは4.5*10−6〜6*10−6/KのCTEを有している。これにより、冷却時にファイバのコアは、ファイバクラッドよりも大幅に収縮するということが達成され、これにより、ファイバクラッド内にファイバを保護する圧縮応力が形成されることになり、このことは、ファイバの機械的な荷重容量、特にファイバの曲げ強さにとって有益である。
以下の表は、コアガラスと共に使用可能なクラッドガラスの好適な組成を示すものである。クラッドガラスには(酸化物を基礎として重量%で)以下が含まれる:
Figure 2021087782
1つの別の特定の実施形態では、コアガラスおよび/またはクラッドガラスは、特に赤外線範囲内での使用を可能にするカルコゲナイドガラスである。以下の表は、コア用カルコゲナイドガラスおよび/またはクラッド用カルコゲナイドガラスの好適な組成をモルパーセントで示すものである:
Figure 2021087782
この場合、Hal=フッ素、塩素、臭素、および/またはヨウ素であり、Halおよび/またはHal=塩素および/または臭素であり、R=Li,Na,K,Rbかつ/またはCsであり、R=Agおよび/またはCuであり、M=Mg,Ca,Srおよび/またはBaであり、M=Zn,Cd,Hgおよび/またはPbであり、Ln=La,Ce,Pr,Nd,Pm,SmEu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er、Tm,Ty,Lu,YおよびScである。
特に好適なのは、グラスファイバ、ファイバロッドまたは圧縮されたファイバロッドが、鉛もしくは重金属を含まないコアガラスおよびクラッドガラスから成る場合である。このようなファイバシステムは、特にVISスペクトル範囲において高度な伝達を提供しかつ比較的高度な伝達に基づき青色のスペクトル範囲内で高度な色忠実度を示し、このことは、組織の医療評価では特に重要である。この場合、組織の僅かな色の違いだけが、良性の組織変化であるのかまたは悪性の組織変化であるのかを決定することが多い。よって、光源、ライトガイドおよび画像提供装置から成るシステム全体の高いCRI値が重要であり、この場合、CRI(演色評価数)は、同じ相関色温度の複数の光源の演色評価の質を表す測光値の特性値である。90よりも大きなCRI値は、上述したグラスファイバ、ファイバロッドまたは圧縮されたファイバロッドにより達成され得る。このようなファイバシステムは、本出願人によりSchott PURAVIS(登録商標)の名称で周知されており、その構成に関しては独国特許発明第102012100233号明細書および独国特許発明第102013208838号明細書に記載されている。類似のファイバシステムは、欧州特許第2072477号明細書にも記載されており、これらもやはりPbを含んではいない。
特に内視鏡で使用するには、グラスファイバ、ファイバロッドまたは圧縮されたファイバロッドが、案内しようとする光に対して80°よりも大きな、特に好適には100°よりも大きな受光角2αを有する、0.64よりも大きな、特に好適には0.77よりも大きな開口数(NA)に相当するガラス系から成っていると有利である。一方では、特に通常極めて広幅の放射角度を有するLEDの光が、近位端部において複雑な光学系なしでグラスファイバもしくはファイバロッドまたは圧縮されたファイバロッド中に入射結合可能であるということが、入射結合損失の増大なしで達成され得る。他方では、遠位側において広角照明が、追加的に必要とされる光学系なしで達成され得、このことは特に内視鏡検査に好適である。目下一般的なカメラの画角(一般的には120°対角線)における最適な照明は、グラスファイバ、ファイバロッドまたは圧縮されたファイバロッドが、少なくとも120°の受光角2αもしくは少なくとも0.86のNAを有する場合に達成され得る。
上述したようなグラスファイバは、その引出しプロセス後には通常、概ね無傷のファイヤポリッシュされた表面を有しており、この表面は、可能な限り損傷から保護することが重要である。このためにグラスファイバには、巻成プロセスの前に、いわゆるのりが被着され、のりは、特にファイバ同士の相互摩擦に際して、しかしまた例えば金属表面との接触時にもファイバを保護する。このようなのりは、一般にろうもしくはステアリンを基礎とした溶剤から成り、グラスファイバに噴霧される。こののりの詳細は、本出願人のまだ非公開の出願に記載されている。
ファイバ、特に上述したような比較的大きな直径を有するファイバにおけるさらなる機械的な安定性に関して、1本または複数本のライトガイドファイバが、少なくとも部分的にかつ/または区分的にそれらの外周面に配置された、ポリマを基礎としたコーティングまたはポリマを基礎としたチューブ材料から成る、例えば収縮性チューブとして形成された保護カバーを有していると、有利であるということが判った。この場合、ファイバのより高い強度ひいてはより小さな曲げ半径が達成され得る。この手段により、剛性の増大および最小許容曲げ半径の増大に関して結果的に生じる、より太いファイバの欠点を大幅に減らすまたは相殺することができる。
1つの実施形態では、ライトガイドは複数本のライトガイドファイバを有しており、この場合、少なくとも1本のライトガイドファイバ、好適には複数本のライトガイドファイバ、特に好適には全てのライトガイドファイバが、少なくとも部分的にかつ/または区分的にそれらの外周面に配置された、ポリマを基礎としたコーティングまたはポリマを基礎としたチューブ材料から成る保護カバーを有している。
有利には、コーティングは、アクリレートコポリマ、ポリアミドコポリマ、ポリウレタンコポリマ、ポリイミドコポリマ、エポキシコポリマ、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマ、または例えばポリパラキシロール化合物を基礎とした、例えばコーティング材料として商品名「パリレン」でも知られるポリキシロールを基礎とした化合物(ポリキシリレンを基礎としたコーティングとも呼ばれる)、またはこれらの化合物の混合物から成る。適切なコーティング材料は、例えばNYLON(登録商標)(ポリアミド)またはTEFZEL(登録商標)またはParylene(登録商標)またはPMMA(ポリメチルメタクリレート)の商品名またはブランドまたは名称で、コーティングまたは被覆またはコーティング材料として入手可能である。一般に、これらの層では加熱またはUV光による硬化が行われる。択一的または追加的に、コーティングは、熱可塑性エラストマ、例えば商品名ハイトレルで市販されているような例えば熱可塑性ポリエステルエラストマまたは熱可塑性コポリエステルエラストマ、またはシリコーンを含んでいてもよい。
特別なケースでは、例えば金またはアルミニウムから成る金属コーティングも使用され得る。
特に有利なのは、このようなコーティングが、浸漬、噴霧、押出または成膜により低圧で1本または複数本のライトガイドファイバに、ファイバの引出しの直後に被着可能であるまたは被着されている場合である。特に、このようなコーティングは、浸漬、噴霧、押出または成膜により低圧で1本または複数本のライトガイドファイバに、例えばファイバの引出しの直後に被着され得る。特に1本のファイバまたは複数本のファイバの引出し直後の被着により、1本のファイバまたは複数本のファイバが他の材料または他のファイバと接触する前に、1本のファイバまたは複数本のファイバのほぼ完璧な、ファイヤポリッシュされた表面を保つことができる、ということが達成され得る。これにより、1本のファイバまたは複数本のファイバの強度を低下させる微小な損傷を少なくとも減少させることができる。原則的には、このようなコーティングは、場合により生じ得る先在損傷の解消をももたらし得るもしくはこのような先在損傷の作用を少なくとも部分的に減少させる、ということさえも考えられる。また、加水分解作用に対する保護手段を得ることもできる。
一般にこのような層は、ファイバとして引き出されたばかりのライトガイドが、内部にコーティングに用いられるポリマ材料が存在する、ノズルを備えたポットを通って引き出されるようにして被着され、この場合はノズルにより、とりわけ層厚さも調節され得る。
このコーティングの層厚さは、典型的には5μm〜100μmの範囲内、好適には10μm〜50μmの範囲内にある。
さらに補足的に、この第1のコーティングに加えてさらに少なくとも1つの別の有機コーティングが被着され得る、ということが想定されていてよい。このような追加的なコーティングは、バッファとも呼ばれ、一般に石英ファイバにおいて用いられる。このようなバッファの材料としては、例えばPMMA、ポリアミド(NYLON(登録商標))、ポリイミドまたは例えば商品名TEFZEL(登録商標)で市販されているエチレン−テトラフルオロエチレンコポリマ(略称ETFE)等のフッ素化されたポリマが考慮される。このような別のコーティングは、曲げ荷重に関して頑健性の向上に役立つ。特にこのバッファ層は、熱可塑性エラストマ、例えば商品名Hytrel(登録商標)で市販されている、例えば熱可塑性ポリエステルエラストマまたは熱可塑性コポリエステルエラストマ、および/または例えば商品名Kynarで入手可能なポリフッ化ビニリデン、または(例えば商品名Teflonで入手可能な)ポリテトラフルオロエチレンまたはポリウレタンを含んでいてもよい。このようなバッファ層は、例えば噴霧、浸漬、押出および静電的な方法により被着され得る。
このような層系は、例えば二層系から成っていてよく、二層系ではまず、例えばアクリレート化合物またはエポキシ化合物から成る典型的には10μm〜50μmの厚さの比較的薄い層がライトガイドに被着され、次いでさらに、別の機械的な保護手段として、例えばNYLON(登録商標)、TEFZEL(登録商標)、PMMAまたはポリイミドから成る、典型的には50μm〜200μmの大幅に大きな肉厚を有していてもよい、いわゆるバッファ層が被着される。
極小のスペース状況での使用に関して、可能な限り高い曲げ強さを保証するためには、第1のコーティングで既に足りる。
ここで述べておくと、特にファイバの強度を向上させるためには、別の方法も考えられる。つまり例えば、熱的な予荷重に類するガラスの的確な熱処理により、表面付近により高い圧縮予荷重が形成され得、このことがファイバの曲げ強さを向上させることができる。ファイバの化学的な硬化も考えられる。ただしこれについては、ファイバの光学特性を得るために別のクラッドが必要であると考えられ、別のクラッドでは、溶融塩におけるイオン交換または塩層の噴霧と、後続の焼戻しと、により、この追加的なクラッドに的確な追加的な圧縮予荷重が形成され得る。同様に、電子線硬化またはイオンビーム硬化も考えられる場合がある。ただし、最後に挙げたこれらの方法は比較的手間がかかる。さらに、これらの方法を用いてファイバの光学特性を保持することは困難である。
1つの別の実施形態では、コーティングは遮光性に形成されていてよい、つまり不透明または吸光性に、例えば黒色または青色等の有色に形成されていてよい。このことは、このようにしてカメラチップへのクロストークを減少させることができるため、有利である。
この場合、ライトガイドが少なくとも1本のグラスファイバ、特に多成分ケイ酸塩ガラスを含むグラスファイバまたは多成分ケイ酸塩ガラスから成るグラスファイバを有しているか、または好適にはグラスファイババンドルとして、特に多成分ケイ酸塩ガラスを含むかまたは多成分ケイ酸塩ガラスから成るグラスファイバを有するかまたは多成分ケイ酸塩ガラス製のグラスファイバから成るグラスファイババンドルとして形成されている1つの実施形態が、特に有利である。それというのも、このようなグラスファイバにより、これらのグラスファイバを有するグラスファイババンドルひいてはライトガイドもしくは内視鏡の光学特性を特にフレキシブルに調整することができるからである。さらに、このようなグラスファイバを基礎としたライトガイドは、ポリマ光ファイバ(POF)よりも大幅に高い耐熱性を有している。このことは、特に良好な入射結合効率を実現しようとする場合、例えば複数本のグラスファイバから成るまたはこれらを有する細いファイババンドルがLEDチップに直接に接触接続させられるかまたはこのようなチップの極めて近傍に近づけられる場合に、特に重要である。ただし、ポリマ光ファイバもしくはポリマ光ファイバから成るまたはこれらを有するファイババンドルは、このような熱負荷に耐えられず、ファイバの溶融を招く恐れがある。
1つの実施形態では、1本のライトガイドファイバまたは複数本のライトガイドファイバが、近位端部において1つの入射スリーブ内に嵌め込まれており、入射スリーブは、レーザ光源に対する機械的なインタフェースとして形成されておりひいては光源に対する焦点距離およびセンタリングに関して所定の光入射を可能にする。1本の個別ファイバまたは複数本の個別ファイバ、理想的には3本または7本の個別ファイバの場合には、例えば特にレーザ光源に対する所定の向きを可能にしかつ特にレーザ用途用に使用される、いわゆるSMAコネクタが入射スリーブとして設けられていてよい。これについては同様に、いわゆるFCコネクタも考えられる。この場合も特にやはり、7本の個別ファイバから成る配置が特に有利である。それというのも、この場合、一方では実質的に円形の横断面が可能になりかつ他方では各個別ファイバ間の最小化されたマチ面積が可能になるからである。このことは、入射効率に関して利点を有している。マチとは、複数本の円形ファイバから成るバンドルにおける中間スペースを意味する。別の最適なファイバ配置は、19本の個別ファイバにおいて得られ、この場合、各個別ファイバは1本の中心ファイバを中心として2つのシェル内に最適に密封されて配置されている。この場合、個別ファイバの位置固定は、一般に接着剤、例えば高温架橋型の2成分エポキシ接着剤を用いて、またはUV硬化型接着剤を用いて行われる。
入射効率を高めるためにはさらに、ライトガイドファイバが近位端部において高温溶融されて配置されている、ということが想定されていてよい。この場合、一方では、マチ面積が最小化されてよい。それというのも、高温変形プロセスにより、それ自体は円形の個別ファイバが少なくともほぼ六角形の横断面に変形されひいてはほぼ隙間なく配置され得るからである。さらに、予め設定された入射横断面もしくは焦点直径では、より多くのファイバを収納することができひいてはより高い光束を伝達することができる。
このような、高温溶融されたファイバは、例えば近位端部において入射スリーブ内に配置されていることが可能である。ただし同様に、高温溶融されたファイバがスリーブなしで近位端部に設けられていることも可能である。このことは特に、効率的な空間利用が必要とされている構成、つまり例えば近位端部等における断面積が特に小さな場合に関して有利である。
1つの別の実施形態では、遠位端部における少なくとも1本のライトガイドファイバおよび/または複数本のライトガイドファイバおよびまたはライトガイドが、近位端部に比べて変形されている。つまり1つの実施形態では、少なくとも1本のライトガイドファイバおよび/または複数本のライトガイドファイバおよび/またはそれどころかライトガイド自体が、遠位端部において近位端部における形状とは異なる形状を有する横断面を有していてよい。例えば、1本のファイバおよび/または複数本のファイバおよび/またはライトガイドの横断面は、近位端部では実質的に、つまり測定精度の枠内で、円形に形成されていてよいが、遠位端部では例えば楕円形または腎臓形に形成されているかまたは実質的にD字形の横断面を備えて設けられていることが可能である。異なるライトガイドファイバがそれぞれ異なる横断面を有しているということも可能であり、この場合、特に近位端部において横断面は円形であってよいが、遠位端部では1本または複数本のファイバが楕円形であってよく、その他のファイバは腎臓形であってよい。別の横断面、例えば特に遠位端部における矩形またはほぼ矩形の横断面、または多角形全般の横断面も考えられる。さらに、1本のファイバおよび/または複数本のファイバおよび/またはライトガイドが、近位端部および/または遠位端部において、互いに異なる曲率半径を有する少なくとも2本の線により画定された形状および/または互いに部分的にのみオーバラップし合う2つの円および/または楕円の差分面として形成されている形状を有していることも可能である。特に、横断面は円セグメントとして形成されていてよく、円セグメントの場合、曲率半径は無限大である、つまり測定精度の枠内で直線である。円セグメントとして形成されたこのような横断面もやはり、D字形の横断面または実質的にD字形の横断面と呼ぶことができる。
特にこの場合、ほぼD字形の横断面は、供与されたキャビティの高度な利用をもたらしひいては内視鏡の遠位端部における光束を高めるもしくは照明強度を高める。実質的にD字形の横断面または実質的にD字形の横断面積とは、本開示の枠内で、特に円セグメントとして形成された面を意味する。
このような構成は特に、カメラチップに対する1本のファイバおよび/または複数本のファイバおよび/またはライトガイドの特に有利な空間配置を保証するために有利であってよい。
一般に、少なくとも1本のライトガイドファイバおよび/または複数本のライトガイドファイバが、少なくとも部分的に、少なくとも測定精度の枠内で円形とは異なる形状を有する横断面を有していることが可能である。このことは、内視鏡の2つの構成部材内で個々の部材の特に効率的な、例えば省スペース式の配置を可能にするために有利であってよい。
このことは、ライトガイドのまさに遠位端部において有利であってよい。
よって1つの実施形態では、少なくとも1本のライトガイドファイバおよび/または複数本のライトガイドファイバは、ライトガイドの遠位端部に、少なくとも1.5:1のアスペクト比を有する扁平化された形状を備えた横断面および/または楕円形の横断面および/または腎臓形の横断面、および/または互いに異なる曲率半径を有する少なくとも2本の線により画定された横断面、および/または互いに部分的にのみオーバラップし合う2つの円および/または楕円の差分面として形成されている横断面を有している。
1つの別の実施形態では、1本または複数本のライトガイドファイバの開口数は、少なくとも0.7、好適には少なくとも0.8、特に好適には少なくとも0.85である。好適には、1本または複数本のライトガイドファイバのコアは、ガラス材料を含んでおり、ガラス材料の組成は、上述したコアガラス用のガラス組成およびガラス組成範囲から選択されている。特にガラスファイバのコアは主に、つまり少なくとも50重量%が、または実質的に、つまり少なくとも90重量%が、またはそれどころか全体が、前記のようなガラス材料から成っていてよい。
1本または複数本のライトガイドファイバのコアが前記のようなガラス材料を含む1つの実施形態は、このようにしてカメラ(ここでは特に、例えば面積が1×1mmの、いわゆるCMOSカメラ用)の視野の極めて良好な照明が実現され得るため、有利である。
1つの別の実施形態では、1本のライトガイドファイバまたは複数本のライトガイドファイバは、1本のライトガイドファイバまたは複数本のライトガイドファイバのコアガラスおよび/またはクラッドガラスが不可避の微量は別として鉛および/またはその他の重金属を含まず、アンチモンおよび/またはヒ素および/またはCr(VI)等のその他の危機的な元素を含まないように形成されている。
本発明の1つの別の態様は、第1の構成部材と個別に無菌包装された第2の構成部材とを備えた使い捨て内視鏡システムであって、第2の構成部材は、好適には軸部として形成されているかまたは形成されていてよく、無菌包装から取り出された後に第1の構成部材に取外し可能に連結可能であり、これにより、内視鏡、特に本開示の実施形態による内視鏡が得られるようになっている、使い捨て内視鏡システムに関する。
軸部とは、本開示の枠内では、その長さに比べて極小さな横断面を有しているだけに過ぎない、内視鏡の第2の構成部材を意味する。つまり換言すると、軸部は長さに比べて細く形成されている。軸部としての第2の構成部材のこのような構成は、まさに極めて接近し難い範囲を内視鏡を用いて検査する場合および/または医療技術において使用する場合に有利である。
本開示に基づく内視鏡システムの1つの利点は、短時間のうちに連続する複数回の検査用に、既に無菌包装された複数の第2の構成部材、特に軸部を有しているという点にあり、これにより、複数の範囲を迅速に検査することができるかまたは医学的な検査において、異なる患者の複数回の検査を、十分な衛生を保証しつつ短時間で連続して実施することができる。よって本開示に基づく内視鏡システムにとってはまさに、第2の構成部材を第1の構成部材に取外し可能に結合することができるということが有利であり、このようにして使い捨て内視鏡の利点を可能にしており、この場合は同時に、例えば医学的な検査またはその他の医学的な用途において必ずしも殺菌される必要のない内視鏡システムの部品は、複数回使用可能な第1の構成部材内に収納されている。つまりこのようにして、例えば使い捨て内視鏡に対してもレーザ光による照明を可能にすることができる。
1つの実施形態では、第2の構成部材は、少なくとも部分的にフレキシブルな軸部として設けられており、軸部は、チューブまたは編上げチューブまたは収縮性チューブによるフレキシブルなジャケットを有しており、ジャケットは、少なくとも1本のライトガイドファイバを備えたライトガイドならびにカメラチップへの電気供給用の供給線路および好適には特に第1の構成部材に設けられていてよいデータ後処理ユニットおよび/または画像後処理ユニットに通じる少なくとも1つの帰還信号線路を、少なくとも部分的に包囲している。特にフレキシブルな軸部を備えたこのような構成は、特に医療用途用に適している。
1つの別の実施形態では、第2の構成部材は、少なくとも部分的に剛性の軸部として設けられており、軸部は、スリーブによる剛性のジャケットを有しており、ジャケットは、少なくとも1本のライトガイドファイバを備えたライトガイドならびにカメラチップへの電気供給用の供給線路および好適には特に第1の構成部材に設けられていてよいデータ後処理ユニットおよび/または画像後処理ユニットに通じる好適には帰還信号線路を包囲している。このような構成は、このようにしてこの場合は剛性に形成された軸部として設けられている第2の構成部材に含まれる部材を、機械的な荷重に対してより良好に保護することができるため、特に有利であってよい。
本開示のさらに別の態様は、内視鏡用の光源、特に本開示の実施形態による内視鏡用の光源に関する。内視鏡用、特に本開示の実施形態による内視鏡用の光源は、一次光を放出するため、好適には青色光および/または紫外光を放出するためのレーザ、ならびにレーザに対応して配置された少なくとも1つの変換器および1本または複数本のライトガイドファイバを備えたライトガイドを有しており、この場合、レーザは、レーザの光が変換器の面を少なくとも部分的に照射しかつ少なくとも1本のライトガイドファイバを備えたライトガイドの近位端部が、変換されかつ散乱させられたもしくは送出された変換器の光を受け入れるように配置されている。
光源のこのような構成は、改良された結合効率を可能にする。つまりそれというのも、例えば空気に対して高い開口数を有する1本のライトガイドファイバまたは複数本のライトガイドファイバを使用することが可能だからである。またこのようにして、励起レーザを内視鏡のその他の部材から空間的に分離することができ、これにより例えば、レーザによるこれらの部材の大幅な加熱も防止され得る。
上述した例に限定することなしに、一般にはさらに、光源は別の構成部品もしくは構成部材を有していてよい、ということが可能である。特に光源は、例えばレーザ光を導きかつ/または変更することができる、特にレーザ光を視準する光学素子を有していてよい。例えばこのような構成部材は、回折光学素子(DOE)として設けられているかまたは形成されていてよい。このような構成は、例えば変換器の少なくとも所定の面が完全に照射されるように、またはレーザの光が異なる複数の変換器もしくは変換器部材に導かれるように、DOEが形成されている場合に有利であってよい。しかしまた、一次光を視準しかつ/または導きかつ/または変更する光学素子が設けられているのではなく、二次光、つまり変換されかつ/または散乱させられた光を導きかつ/または変更しかつ/または視準する光学素子が設けられている、ということも可能である。
特に、遠位に配置された拡散体が設けられていてよく、拡散体は、ファイバにより案内された光をより広い空間角度に放出しひいてはより大きな組織範囲が照明され得る。
1つの別の実施形態では、光源は、変換器にレーザ光を供給するライトガイドファイバを有しており、この場合、ライトガイドファイバの出射端部とライトガイドの入射端部とは、変換器の同じ面に向けられており、これにより変換器は、拡散反射式に作動させられるようになっており、レーザ光を案内するライトガイドファイバにおける光の案内方向は、変換器からライトガイドに入射する光の案内方向とは反対の方向である。このようにして、直接的なレーザ光が内視鏡のライトガイド内に入射させられることが防止され得、このことは安全の観点のもとで有利である。特に変換器の機能不全において、このような配置により、レーザ光源の極めて強いレーザ光または一次光線が患者の組織に直接に到達することを防止することができる。一般に、変換器はこの配置では伝熱技術的に、例えばパッシブ構成部材としてのまたは能動的な冷却手段を備えた冷却体の形態のヒートシンクと結合されている、ということに留意されたい。さらに変換器は追加的に、変換器が損傷させられた場合またはそれどころか完全に破壊された場合の、いわゆるビームトラップとして形成されている。
1つの別の実施形態では、変換器は2つの変換器部材を有しており、この場合、変換器部材は各1つのセラミック変換器材料を含んでおり、この場合、好適には変換器部材は、それぞれ異なる変換器材料を含んでおり、これにより、変換器部材はレーザ光を、それぞれ異なるスペクトル組成の光に変換するようになっており、この場合、2つの変換器部材をそれぞれレーザ光線でもって照射する少なくとも1つのレーザが設けられている。
それぞれ異なる波長の光を放出する2つの変換器材料の混合物から成る個別の変換器も考えられる。
このような構成は、特に良好なCRIを得ること、つまり色を特に良好に再現することができるということを可能にする。
好適には、ライトガイドは2つの入射端部を有しており、この場合、各変換器部材は、各変換器部材から放出された光が入射端部のそれぞれに入射させられるように配置されている。
一般に、光源は、多数の変換器部材を有しているように形成されていてよく、この場合、ライトガイドは、多数の入射端部を有しているように形成されており、この場合、各変換器部材は、各変換器部材から放出された光が各入射端部のそれぞれに入射させられるように配置されており、この場合、各変換器部材の数は、各入射端部の数に対応しており、好適には各変換器部材に対応して、1つの専用の入射端部が配置されている。
このような構成により、特に高いCRI値を得ることができる。それというのも、複数本のライトガイドファイバを用いて行われた色混合は、実際には加色されているからである。
ライトガイドに入射させられる光束の比率が調節可能であると、特に有利であってよい。このようにして、生ぜしめられた光源の光の色度座標が特に簡単に適合され得る。よって1つの実施形態では、光源は、2つの変換器部材もしくは光源に含まれる全ての変換器部材からライトガイドに入射させられる光束の比率を調節する装置を有している。
以下に、本発明を図面に基づきさらに説明する。この場合、同一符号は同一のまたは互いに対応する部材を表す。
1つの実施形態による内視鏡の、縮尺通りではない概略図である。 内視鏡の遠位端部の、縮尺通りではない概略図である。 実施形態による光源の部分の、縮尺通りではない概略図である。 実施形態による光源の部分の、縮尺通りではない概略図である。
図1は、1つの実施形態による内視鏡1の、縮尺通りではない概略図である。内視鏡1は、第1の構成部材7と第2の構成部材5とを有しており、図中、第1の構成部材7は右側に配置されており、第2の構成部材5は左側に配置されている。第2の構成部材5は、第1の構成部材7に結合された近位端部50を有している。第2の構成部材5の、第1の構成部材7に結合された近位端部50は、取外し可能であるように構成されている、ということが想定されていてよい。つまり特に2つの構成部材5および7は、解離可能な結合部を介して設けられるように構成されていてよい。このことは特に、一方の構成部材が単回使用のみを想定したものであり、他方の構成部材、ここでは例えば第1の構成部材7は、複数回使用用に定められた、特に高価値かつ/または高価なコンポーネントを有している場合に有利であり得る。このことは特に、例えば少なくとも1つのレーザを有する光源等の特別な光源が、一方の構成部材、ここでは例えば第1の構成部材7により包囲されている場合に当てはまる可能性がある。
第2の構成部材5はさらに遠位端部51を有しており、この場合、遠位端部51内には画像撮影用のカメラチップ15が配置されている。第2の構成部材5内にはさらに、少なくとも1本のライトガイドファイバ11を有するライトガイド9が延在している。ライトガイドファイバ11は、光源3の光をライトガイド9の近位端部50から遠位端部51まで案内し、遠位端部51において放出するように形成されている。さらに第2の構成部材5内には、カメラチップ15への電気供給用の供給線路(図示せず)が延在している。
光源3は、一次光を放出するように設計された少なくとも1つのレーザ10ならびにレーザ10の光を少なくとも部分的に別の波長の光に変換して放出する変換器17を有している。変換器17は、変換器17により変換され放出された光がライトガイド9内へ入射させられるように、第2の構成部材5の、第1の構成部材7に結合された近位端部50に連結されている。
変換器17は、好適にはセラミック変換器材料を有している。
この場合、変換器17は、レーザ10の光(またはレーザ光)をそれぞれ異なるスペクトル組成の光に変換する、少なくとも2つのセラミック変換器材料を有しているように構成されていてよい。
一般に、例示的に図1に示す内視鏡1もしくは図1に示す例示的な内視鏡1に含まれる、レーザ10を有する光源3に限定することなしに、変換器17は、変換器材料を有する変換器部材(ここには図示せず)を含むものであると解されてよい。特にこの変換器部材は、例えばここでは特に好適にはセラミック材料であってよいかまたはセラミック材料を含んでいてよい変換器材料を有しているように構成されていてよく、変換器材料は、例えば薄い材料層の形態で基台に被着されており、基台は、一次光の変換時に生じる熱エネルギ用の導出体として働くことができる。このような構成は特に、光源もしくは変換器が拡散反射式に作動させられる場合に好適である。
内視鏡の1つの実施形態では、変換器17は、変換器17により拡散反射された光がライトガイド9内へ入射させられているかつ/または入射させられるかつ/または少なくとも入射可能であるように、ライトガイド9に光学的に連結されている。好適には、レーザ10は、専ら変換器17のみにより変換されかつ/または散乱させられた光がライトガイド9内へ入射させられているかつ/または入射させられるかつ/または入射可能であるように配置されかつ変換器17に向けられていてよい。このような構成は、特に安全の観点のもとでは、高エネルギのレーザ光が、例えばここでは図1に例示的に左側に示す組織表面80に到達するということが防止されるべき場合に有意である。
この場合、有利には、レーザ10は、レーザ10の光が、変換器17により変換されてライトガイド9内へ入射する光の光放射方向とは反対の方向で変換器17に向けられるかつ/または向けられているかつ/または変換器17に向くことができるように配置されている、ということが想定されていてよい。
特に組立の観点のもとでは、まさに第2の構成部材5が単回使用のみを想定されている場合に、ライトガイド9が最大10本のライトガイドファイバ11を有していると有利であってよい。しかし一般に、ライトガイド9内には最大数百本の個別ファイバ11が存在することが可能であり、このことは相応するファイバ直径および結果的に生じるもしくは目標とするファイババンドルひいてはライトガイド9の太さに依存しており、これに相応してファイバ11の数が選択され得る。
ライトガイドファイバ11の典型的なファイバ直径(またはファイバ太さ)は、好適には100μm〜1000μm、好適には最大600μmの範囲内にあってよく、この場合、最大ファイバ直径は、特に好適には150μm〜400μmの範囲内にある。しかしまた、30μm、50μmまたは70μmの直径を有する、より細いファイバも考えられる。
1つの実施形態では、1本のライトガイドファイバ11または複数本のライトガイドファイバ11が、ステップインデックス型グラスファイバとして形成されている。
好適には、1本のライトガイドファイバ11および/または複数本のライトガイドファイバ11は、少なくとも1本のファイバ11および/または複数本のライトガイドファイバ11の、空気に対する開口数(NA)が、少なくとも0.7、好適には少なくとも0.8、特に好適には少なくとも0.85であるように形成されていてよい。このことは、高いCRI(演色評価数)を得るために特に有利である。
特に組立の観点のもとでは、少なくとも1本のライトガイドファイバ11または複数本のライトガイドファイバ11が、図1にも略示したように、ライトガイド9の近位端部50において入射スリーブ55内に配置されていると有利であってよい。
第2の構成部材5は、例えば少なくとも部分的にフレキシブルな軸部として設けられていてよいか、または少なくとも部分的に剛性の軸部として設けられていてもよい。第2の構成部材は、例えば図1に例示的に示したようなジャケット53を有していてよい。第2の構成部材5が少なくとも部分的にフレキシブルな軸部として形成されている場合には、ジャケット53は、特にチューブまたは編上げチューブまたは収縮性チューブによりフレキシブルに構成されている。第2の構成部材5が少なくとも部分的に剛性の軸部として形成されている場合には、ジャケット53は、好適には剛性に形成されておりかつスリーブを有している。ここに例示的に示す例に限定されることなしに、一般にジャケット53は、少なくとも1本のファイバ11を備えたライトガイド9、カメラチップ15への電気供給用の供給線路および好適には少なくとも1つの帰還信号線路12、好適には特に第1の構成部材7に設けられていてよいデータ後処理ユニットおよび/または画像後処理ユニット18に通じる線路を、少なくとも部分的に包囲している。
1つの特に好適な実施例であると判っているのは、NAが0.85を上回る、いわゆる広角ファイバとして形成された、約200μmの太さのライトガイドファイバ11を7本備えたユニットであり、この場合、7本のライトガイドファイバ11は、カメラチップ15の周りに配置されており、近位端部において1つの共通の入射スリーブ55内で接着されている。択一的に、これら7本のライトガイドファイバ11は、入射スリーブ55内で熱融着されていてもよい。ただし一般に、熱融着されたファイバがスリーブなしで近位端部に存在する場合も可能であり、それどころか好適であってよい。
図2には、図2a〜図2eに、内視鏡1の第2の構成部材5の遠位端部51の、縮尺通りではない概略図が示されている。遠位端部51はそれぞれ、ここではそれぞれ複数本のファイバ11ならびに各1つのカメラチップ15を有するライトガイド9を含んでいる。
図2aでは、測定精度の枠内で円形横断面を有する4本のファイバ11が配置されている。これらのファイバ11は、ここでは例示的にほぼ正方形を有するカメラチップ15の周りに、カメラチップ15の各側に1本のファイバ11が設けられているように配置されている。これに対して図2dでは、カメラチップ15の3つの側にのみ、ファイバ11が配置されている。
図2bでは、2本のファイバ11のみがカメラチップ15の2つの側に配置されているに過ぎない。この場合、ライトガイドファイバ11の横断面は円形ではなく、むしろ楕円形もしくは長円形に形成されている。この場合特に、ライトガイドファイバ11は近位端部50−ここには図示せず−に比べ、遠位端部51においてこの場合と同様に変形されているように形成されていてよい。特に、ライトガイドファイバ11は近位端部50に円形横断面を有しているが、遠位端部ではこの場合と同様に変形されて設けられている、ということが可能である。このことは、カメラチップを取り囲むようにファイバ11を配置するために有利であってよい。
好適には、複数本のライトガイドファイバ11および/または少なくとも1本のライトガイドファイバ11は、少なくとも遠位端部51に、ここで例示的に示すように、扁平な形状、特に少なくとも1.5:1のアスペクト比を有する横断面および/または楕円形横断面および/または腎臓形横断面を有していてよい。別の横断面形状、例えば多角形も考えられるが、カメラチップ15を取り囲むようなライトガイドファイバ11の配置に関して特に有利なのはまさに、扁平な形状である。図2cに示す配置では、実質的にD字形の横断面を遠位端部に有する4本のファイバが、カメラチップ15を取り囲むように配置されている。
図2bにも図2cにも示したファイバ11の遠位端部は、例えば熱間変形プロセスにより図示のように、図2a〜図2dに示す相応の横断面もしくは横断部が形成されるように変形され得る。この場合、ファイバ11はその処理熱により型内で加熱され、次いで加圧され変形させられる。ファイバ材料の粘性に基づき、当然完璧な幾何学形状は複製され得ない。よって実質的にD字形の横断面は、先の尖った角隅部に比較的小さな丸みを有することになる。基本的にこのような賦形は、グラスファイバ、石英ファイバまたはプラスチックファイバにも適用され得、この場合、変形温度は各材料に適合され得る。変形温度は、プラスチックファイバ(POF)の場合は典型的には150℃〜300℃であり、グラスファイバの場合は、ガラスの形式に応じて典型的には500℃〜800℃であり、石英ファイバの場合は最高2000℃である。
図2eには既に上述したような12本配置が示されている。この場合、4本のより太いファイバ11が、8本のより細いファイバと共にグループ分けされており、1つのキャビティ(セグメント)につき、太いファイバ11はキャビティの中央に、2本のより細いファイバ11はそれぞれ太いファイバ11の左右に配置されている。これにより、比較的少数のファイバ11にもかかわらず、キャビティの既に良好な面積利用ひいては比較的高い光束が達成され得る。このような例は、例えば個別のファイバ11を20本備えた、すなわち1つのキャビティにつきファイバ11を5本備えた20本配置にも発展させることができ、20本配置の場合、理想的には3つの直径段階がファイバ11に存在する。
最後に図3および図4には、光源3の一部または部分の縮尺通りではない2つの概略図が示されている。
内視鏡1用、特に本開示に基づく内視鏡用の光源3は、一次光を放出するため、好適には青色光および/または紫外光を放出するためのレーザ10(図示せず)、ならびにレーザに対応して配置された少なくとも1つの変換器17およびライトガイド90を有している。この場合、変換器17は、セラミック変換器材料173を有する第1の変換器部材170を有するように形成されている。この場合、変換器部材170は、セラミック変換器材料173が材料層として、やはり変換器部材に含まれる基台または例えばレーザ光の変換に基づく熱エネルギを導出するように形成されていてよい熱シンク(またはヒートシンク)172に設けられているように形成されている。さらに、1本または複数本のライトガイドファイバ11を有するライトガイド90が設けられている。この場合、レーザ10(図示せず)は、レーザ10の光が変換器17の面、つまり特に少なくとも部分的に変換器材料173から形成される面175を少なくとも部分的に照射し、少なくとも1本のライトガイドファイバ11を備えたライトガイドの近位端部が、変換器17の、変換されかつ/または散乱させられかつ/または送出された光を受け入れるように配置されている。
この場合、図3に示す図では、1本のライトガイドファイバ100がレーザ光を変換器17に供給する、ということが想定されていてよい。この場合、ライトガイドファイバ100の出射端部とライトガイド90の入射端部91とは、図3に例示的に示すように、好適には変換器17の同じ面175に向けられており、変換器は拡散反射式に作動させられる。この場合、ライトガイドファイバ100内の光の案内方向は、変換器によりライトガイド90内へ入射させられる光の案内方向とは反対の方向である。有利には、ライトガイド90は遠位端部93に、内視鏡の第2の構成部材5のライトガイド9に対するインタフェースを有している、ということが想定されていてよい。ここではレンズ96の形態で示すように、光源3はさらに、例えば光線形成用、集束用および/または視準用の光学素子、特にいわゆる回折光学素子を有していてよい。
図4には、レーザ10(ここには図示せず)を有する光源3の一部または部分の別の図面が示されている。この場合、変換器17は2つの変換器部材170,171を有している。この場合、変換器部材170は第1の変換器材料173、特にセラミック変換器材料173を有しており、変換器部材171は第2の変換器材料174、特にセラミック変換器材料174を有しており、この場合、変換器材料173および174は、それぞれ異なるように形成されており、これにより、変換器部材170および171は、レーザ光をそれぞれ異なるスペクトル組成の光に変換するようになっている。例えば変換器材料173はいわゆる「赤リン」として、変換器材料174はいわゆる「黄リン」として設けられていてよい。このような構成は、特にいわゆるCRIを最適化するため、特に80超のCRIを達成するために有利である。
一般に、光源3は複数の変換器部材170,171を有していてよく、この場合、ライトガイド90の入射端部91,92の数は、好適には変換器部材の数に相応する。
特に、レーザ10の光を変換器部材170,171の面175に向ける少なくとも1本のライトガイドファイバ100が設けられている。この場合も、好適にはライトガイドファイバ100の数は、ここでは例示的に2つの変換器部材について示すように、変換器部材170,171の数に相応する。さらに、ライトガイド90の遠位端部93が示されており、この場合、ここには好適には第2の構成部材5のライトガイド9に対するインタフェースが設けられていてよい。
1 内視鏡
3 光源
5 内視鏡の第2の構成部材、例えば軸部
50 第2の構成部材の近位端部
51 第2の構成部材の遠位端部
53 ジャケット
55 入射スリーブ
7 内視鏡の第1の構成部材
9,90 ライトガイド
91,92 ライトガイド90の入射端部
93 ライトガイド90の遠位端部、インタフェース
96 光学素子、例えばレンズ
10 レーザ
11,100 ライトガイドファイバ
12 帰還信号線路
15 カメラチップ
17 変換器
170,171 変換器部材
172 ヒートシンク、熱シンク
173,174 変換器材料
175 変換器の面
18 データ処理ユニットおよび/または画像処理ユニット

Claims (23)

  1. 第1の構成部材(7)と第2の構成部材(5)とを有する内視鏡(1)であって、
    前記第1の構成部材(7)には光源(3)が組み込まれており、前記第2の構成部材(5)は、前記第1の構成部材(7)に結合された近位端部(50)、好適には取外し可能に結合された近位端部(50)および遠位端部(51)を有しており、前記遠位端部(51)には、カメラチップ(15)またはファイバ光学素子等の、画像撮影用の部材が配置されており、前記第2の構成部材(5)内には、前記光源(3)の光を前記近位端部(50)から前記遠位端部(51)まで案内し、前記遠位端部(51)において放出するように、少なくとも1本のライトガイドファイバ(11)を備えたライトガイド(9)、ならびに好適には前記カメラチップ(15)に電気を供給する供給線路が延在しており、前記光源(3)は、一次光を放出する少なくとも1つのレーザ(10)、ならびに前記レーザ(10)の光を少なくとも部分的に別の波長の光に変換して放出する変換器(17)を有しており、前記変換器(17)は、前記変換器(17)により変換され放出された光が前記ライトガイド(9)内へ入射させられるように、前記第2の構成部材(5)の、前記第1の構成部材(7)に結合された前記近位端部(50)に連結されている、
    内視鏡(1)。
  2. 前記変換器(17)は、セラミック変換器材料(173,174)を有している、
    請求項1記載の内視鏡(1)。
  3. 前記変換器(17)は、前記レーザ光をそれぞれ異なるスペクトル組成の光に変換する、少なくとも2つのセラミック変換器材料(173,174)を有している、
    請求項2記載の内視鏡(1)。
  4. 前記変換器(17)は、2つの変換器部材(170,171)を有しており、これらの変換器部材(170,171)は、各1つの前記セラミック変換器材料(173,174)を含んでおり、これにより前記変換器部材(170,171)は、前記レーザ光をそれぞれ異なるスペクトル組成の光に変換するようになっている、
    請求項3記載の内視鏡(1)。
  5. 前記変換器(17)は、前記変換器(17)により拡散反射された、つまり変換されかつ/または散乱させられかつ/または反射された光が前記ライトガイド(9)内へ入射させられているかつ/または入射させられるかつ/または少なくとも入射可能であるように、前記ライトガイド(9)に光学的に連結されている、
    請求項1から4までのいずれか1項記載の内視鏡(1)。
  6. 前記レーザ(10)は、専ら前記変換器(17)により変換されかつ/または散乱させられかつ/または反射された光だけが前記ライトガイド(9)内へ入射させられているかつ/または入射させられるかつ/または少なくとも入射可能であるように配置されかつ前記変換器(17)に向けられている、
    請求項1から5までのいずれか1項記載の内視鏡(1)。
  7. 前記レーザ(10)は、前記レーザ(10)の光が、前記変換器(17)により変換されて前記ライトガイド内へ入射する光の光放射方向とは実質的に反対の方向で前記変換器(17)に向けられるかつ/または向けられているかつ/または前記変換器(17)に向くことができるように配置されている、
    請求項1から6までのいずれか1項記載の内視鏡(1)。
  8. 前記ライトガイド(9)は、最大20本、好適には最大10本のライトガイドファイバ(11)を有しており、好適には1本の前記ライトガイドファイバ(11)または複数本の前記ライトガイドファイバ(11)は、100μm〜1000μmの範囲内、好適には100μm〜600μmの範囲内、特に好適には150μm〜400μmの範囲内の直径を有しており、個別の前記ライトガイドファイバ(11)は、それぞれ異なる直径を有していてもよい、
    請求項1から7までのいずれか1項記載の内視鏡(1)。
  9. 1本の前記ライトガイドファイバ(11)または複数本の前記ライトガイドファイバ(11)は、ステップインデックス型グラスファイバであり、好適には、1本の前記ライトガイドファイバ(11)または複数本の前記ライトガイドファイバ(11)は、不可避の微量は別として鉛および/またはその他の重金属を含まず、アンチモンおよび/またはヒ素および/またはCr(VI)等のその他の危機的な元素を含まないガラス組成を有する、ステップインデックス型グラスファイバである、
    請求項1から8までのいずれか1項記載の内視鏡(1)。
  10. 1本の前記ライトガイドファイバ(11)または複数本の前記ライトガイドファイバ(11)の空気に対する開口数(NA)は、少なくとも0.7、好適には少なくとも0.8、特に好適には少なくとも0.85であり、
    好適には、1本または複数本の前記ライトガイドファイバ(11)は、それらの外周面に、ポリマを基礎としたコーティングまたはポリマを基礎としたチューブ材料から成る保護カバーを有しており、
    好適には、前記コーティングは、アクリレートコポリマ、ポリアミドコポリマ、ポリウレタンコポリマ、ポリイミドコポリマ、エポキシコポリマ、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマ、またはポリキシロールを基礎とした化合物またはこれらの化合物の混合物から成り、
    かつ/または
    前記コーティングは、前記ライトガイドファイバ(11)の引出し直後に浸漬、噴霧、押出または成膜により低圧で1本または複数本の前記ライトガイドファイバ(11)に被着可能であるかまたは被着されており、
    かつ/または
    前記コーティングは、10μm〜100μm、好適には20μm〜50μmの層厚さを有している、
    請求項1から9までのいずれか1項記載の内視鏡(1)。
  11. 前記コーティングは、少なくとも1つの別の外側コーティングを有しており、前記外側コーティングは、PMMA、ポリアミド、ポリイミドまたはエチレン−テトラフルオロエチレンコポリマ等のフッ素化されたポリマ、またはこれらの混合物から成っていてよい、
    請求項10記載の内視鏡(1)。
  12. 1本の前記ライトガイドファイバ(11)または複数本の前記ライトガイドファイバ(11)は、前記近位端部(50)において1つの入射スリーブ(55)内に配置されている、
    請求項1から11までのいずれか1項記載の内視鏡(1)。
  13. 前記ライトガイドファイバ(11)は、前記近位端部(50)において高温溶融されて配置されている、
    請求項1から12までのいずれか1項記載の内視鏡(1)。
  14. 前記遠位端部(51)における少なくとも1本の前記ライトガイドファイバ(11)および/または複数本の前記ライトガイドファイバ(11)およびまたは前記ライトガイド(9)は、前記近位端部(50)に比べて変形されている、
    請求項1から13までのいずれか1項記載の内視鏡(1)。
  15. 少なくとも1本の前記ライトガイドファイバ(11)および/または複数本の前記ライトガイドファイバ(11)は、少なくとも前記ライトガイド(9)の前記遠位端部(51)に、少なくとも1.5:1のアスペクト比を有する扁平化された形状を備え、横断面の形状が前記カメラチップと前記遠位端部の外側輪郭との間に残る面に適合させられた横断面、特に楕円形の横断面および/または腎臓形の横断面および/または円セグメントの形状の横断面を有している、
    請求項1から14までのいずれか1項記載の内視鏡(1)。
  16. 第1の構成部材(7)と個別に無菌包装された第2の構成部材(5)とを備えた使い捨て内視鏡システムであって、
    前記第2の構成部材(5)は、好適には軸部として形成されているかまたは形成されていてよく、無菌包装(20)から取り出された後に前記第1の構成部材(7)に取外し可能に連結可能であり、これにより、請求項1から15までのいずれか1項記載の内視鏡(1)が得られるようになっている、
    使い捨て内視鏡システム。
  17. 前記第2の構成部材(5)は、少なくとも部分的にフレキシブルな軸部として設けられており、前記軸部は、チューブまたは編上げチューブまたは収縮性チューブによるフレキシブルなジャケット(53)を有しており、前記ジャケット(53)は、少なくとも1本の前記ライトガイドファイバ(11)を備えた前記ライトガイド(9)ならびに前記カメラチップ(15)への電気供給用の供給線路および好適には特に前記第1の構成部材(7)に構成部材として設けられていてよいデータおよび/または画像後処理ユニット(18)に通じる好適には少なくとも1つの帰還信号線路(12)を、少なくとも部分的に包囲している、
    請求項16記載の使い捨て内視鏡システム。
  18. 前記第2の構成部材(5)は、少なくとも部分的に剛性の軸部として設けられており、前記軸部は、スリーブによる剛性のジャケット(53)を有しており、前記ジャケット(53)は、少なくとも1本の前記ライトガイドファイバ(11)を備えた前記ライトガイド(9)ならびに前記カメラチップ(15)への電気供給用の供給線路および好適には前記第1の構成部材(7)に構成部材として設けられていてよいデータ後処理ユニットおよび/または画像後処理ユニット(18)に通じる好適には少なくとも1つの帰還信号線路(12)を包囲している、
    請求項16または17記載の使い捨て内視鏡システム。
  19. 内視鏡(1)用、特に請求項1から15までのいずれか1項記載の内視鏡(1)用の光源(3)であって、
    前記光源(3)は、一次光を放出するため、好適には青色光および/または紫外光を放出するためのレーザ(10)、ならびに前記レーザに対応して配置された少なくとも1つの変換器(17)および1本または複数本のライトガイドファイバ(11)を備えたライトガイド(90)を有しており、前記レーザ(10)は、前記レーザ(10)の光が前記変換器(17)の面(175)を少なくとも部分的に照射しかつ少なくとも1本の前記ライトガイドファイバ(11)を備えた前記ライトガイド(90)の近位端部が、変換されかつ/または散乱させられかつ/または反射された前記変換器(17)の光を受け入れるように配置されている、
    光源(3)。
  20. 前記光源(3)は、前記変換器(17)に前記レーザ光を供給するライトガイドファイバ(100)を有しており、前記ライトガイドファイバ(100)の出射端部と前記ライトガイド(90)の入射端部とは、前記変換器(17)の同じ前記面(175)に向けられており、これにより前記変換器(17)は、拡散反射式に作動させられるようになっており、前記レーザ光を案内する前記ライトガイドファイバ(100)における光の案内方向は、前記変換器(17)から前記ライトガイド(90)に入射する光の案内方向とは反対の方向である、
    請求項19記載の光源(3)。
  21. 前記変換器(17)は、2つの変換器部材(170,171)を有しており、これらの変換器部材(170,171)は、各1つのセラミック変換器材料(173,174)を含んでおり、好適には前記変換器部材(170,171)は、それぞれ異なる変換器材料(173,174)を含んでおり、これにより、前記変換器部材(170,171)は、前記レーザ光を、それぞれ異なるスペクトル組成の光に変換するようになっており、2つの前記変換器部材をそれぞれレーザ光線でもって照射する少なくとも1つのレーザ(10)が設けられている、
    請求項19または20記載の光源(3)。
  22. 前記ライトガイド(90)は、2つの入射端部(91,92)を有しており、各前記変換器部材(170,171)は、これらの各前記変換器部材(170,171)から放出された光が前記入射端部(91,92)のそれぞれに入射させられるように配置されている、
    請求項21記載の光源(3)。
  23. 前記光源(3)は、2つの前記変換器部材(170,171)から前記ライトガイドに入射させられる光束の比率を調節する装置を有している、
    請求項21または22記載の光源(3)。
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