JPWO2017094165A1 - 照明装置および内視鏡 - Google Patents

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Abstract

構造物による照明光のケラレを緩和して、対象物における明部と暗部との差が目立ち難い照明を行うことを目的として、本発明に係る照明装置（４）は、照明光を射出する射出端を有する発光部と、所定の軸回りに周方向に沿って配置され、射出端に対向して配置される入射端を備え、入射端から入射された照明光を拡散させながら導光するとともに表面から射出する拡散光学部材（８）と、拡散光学部材（８）の半径方向内方の表面に隣接して配置され、照明光を半径方向外方に反射する反射層とを備え、拡散光学部材（８）における照明光の射出領域（Ａ）の軸回りの角度が、入射端から軸方向に離れるに従って小さくなる。

Description

本発明は、照明装置および内視鏡に関するものである。
内視鏡の画角は通常１８０°以下であり、進行方向の視野（以下、前方視野と言う。）は画角の範囲内で容易に観察できるが、進行方向に対して後方の視野を観察することができない。特に、大腸用の内視鏡においては、大腸内の多数のヒダの裏側に存在する病変や疾患を見落とす可能性がある。ヒダの裏側を観察するためには、内視鏡の先端を後方に湾曲させて観察することになるが、多数のヒダ毎に湾曲させて観察する作業は煩雑である。
そこで、前方視野、側方視野および後方視野を一度に観察できるような広い画角を有する大腸用の内視鏡が望ましい（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１の内視鏡は、前方視野と側方視野とを１つの撮像光学系で撮像して、１８０°以上の広い画角を有する画像を取得することができる。これにより、術者は、内視鏡を曲げることなくヒダの裏側を観察できる。
特開２０１５−１６０２１号公報
特許文献１は、広い視野を有する撮像光学系を細径の内視鏡に搭載するにあたり、広い照野を備えながらコンパクトに配置できる照明光学系を開示している。しかしながら、内視鏡の先端部には撮像レンズや照明レンズ等の光学系以外に、特に、レンズ洗浄に不可欠な送水送気用のノズル等の構造物が配置されており、照明光学系からの照明光が構造物によって部分的に遮られ、被写体に構造物の強い陰影が形成されてしまう不都合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、構造物による照明光のケラレを緩和して、対象物における明部と暗部との差が目立ち難い照明を行うことができる照明装置および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、照明光を射出する射出端を有する発光部と、所定の軸回りに周方向に沿って配置され、前記射出端に対向して配置される入射端を備え、該入射端から入射された前記照明光を拡散させながら導光するとともに表面から射出する拡散光学部材と、該拡散光学部材の半径方向内方の表面に隣接して配置され、前記照明光を半径方向外方に反射する反射層とを備え、前記拡散光学部材における前記照明光の射出領域の前記軸回りの角度が、前記入射端から前記軸方向に離れるに従って小さくなる照明装置である。
本態様によれば、発光部の射出端から射出された照明光は、射出端に対向して配置された拡散光学部材の入射端から拡散光学部材内に入射され、拡散されながら導光されて表面から外部に射出される。拡散光学部材の半径方向内方の表面から外部に射出されようとする照明光はその表面に隣接配置された反射層によって拡散光学部材内に戻され、他の表面から射出される照明光として有効利用される。そして、拡散光学部材における照明光の射出領域が、入射端において最も大きな角度範囲にわたり、入射端から軸方向に離れるに従って小さな角度範囲となるので、軸を挟んで射出領域とは反対側（すなわち、前述の軸から見て光が射出しない領域側）に構造物が存在した場合に、構造物の端縁に照射される照明光量を低減して、構造物による照明光のケラレを緩和することができる。その結果、対象物における明部と暗部との差が目立ち難い照明を行うことができる。
上記態様においては、前記拡散光学部材が、円筒の周方向の一部を前記軸方向の全長にわたって切り欠いた形状の切欠部を備えるとともに、該切欠部側に、前記入射端から前記軸方向に離れるに従って切欠幅を拡大する形状の傾斜面を備えていてもよい。
このようにすることで、入射端から拡散光学部材内に軸方向に入射された照明光の一部を傾斜面において周方向に偏向させることができ、射出領域から射出される照明光の均一性を向上することができる。
また、上記態様においては、前記傾斜面が、前記拡散光学部材内部を導光されてきた前記照明光を前記拡散光学部材の内側に反射する反射手段を備えていてもよい。
このようにすることで、入射端から拡散光学部材内に軸方向に入射された照明光を傾斜面に配置された反射手段によって、より効果的に周方向に偏向することができ、照明光の有効利用を図って照明効率を向上することができる。
また、上記態様においては、前記傾斜面が平面であってもよい。
このようにすることで、拡散光学部材の加工容易性を向上することができる。
また、上記態様においては、前記傾斜面と前記軸とのなす角が２０°以上７０°以下であってもよい。
このようにすることで、照明光の均一性の向上と照明効率の向上とを図ることができる。傾斜面と軸とのなす角が２０°より小さいと傾斜面において周方向に偏向される照明光量が少なく、傾斜面の効果を十分に得られない一方、７０°より大きいと入射端側に戻る照明光量が増加し、照明効率が低下する。
また、上記態様においては、前記傾斜面の前記入射端側に、前記軸とのなす角が前記傾斜面と前記軸とのなす角より小さい面を有していてもよい。
このようにすることで、傾斜面と入射端との間のエッジをなくし、チッピングによる破損を防止することができる。
また、上記態様においては、前記傾斜面と前記周方向に重なる位置の前記入射端に、前記射出端の少なくとも一部が配置されていてもよい。
このようにすることで、傾斜面と周方向に重なる位置の入射端から入射された照明光を傾斜面によって周方向に偏向して有効利用することにより、照明の均一性の向上および照明効率の向上を図ることができる。
また、上記態様においては、前記拡散光学部材の前記入射端から前記軸方向に最も離れた位置において、前記切欠幅が１００°以上２４０°以下であってもよい。
このようにすることで、入射端から軸方向に最も離れた位置における切欠幅を１００°以上とすることにより、照明光量の低い暗部領域を広げ、照明光のケラレを緩和して、ケラレによる明部と暗部との差を目立たなくすることができる。一方切欠幅を２４０°より小さくすることにより、暗部領域の過大化を防ぎ、暗部側の照明光量を確保することができる。
また、上記態様においては、前記拡散光学部材の前記軸に直交する横断面形状が略扇形であってもよい。
このようにすることで、円筒を切り欠いただけの簡易な形状として拡散光学部材の製造容易性を向上することができる。
また、上記態様においては、前記拡散光学部材における前記射出領域の前記軸回りの角度が、前記入射端から前記軸方向に離れるに従って小さくなるように遮光する遮光部材を備えていてもよい。
このようにすることで、拡散光学部材を切欠部あるいは傾斜面を有しない単純な形状とすることができる。
また、本発明の他の態様は、照明光を射出する射出端を有する発光部と、所定の軸回りに周方向に沿って配置され、前記射出端に対向して配置される入射端を備え、該入射端から入射された前記照明光を拡散させながら導光するとともに表面から射出する拡散光学部材と、該拡散光学部材の半径方向内方の表面に隣接して配置され、前記照明光を半径方向外方に反射する反射層と、前記拡散光学部材における前記照明光の射出領域を前記軸回りの前記周方向の一部に限定する遮光領域とを備え、前記拡散光学部材の前記入射端から前記軸方向に最も離れた位置において、前記遮光領域の前記軸回りの角度が１００°以上２４０°以下である照明装置である。
本態様によれば、拡散光学部材を切欠部あるいは傾斜面を有しない単純な形状とすることができる。また、入射端から軸方向に最も離れた位置における遮光領域の軸回りの角度を１００°以上とすることにより、照明光量の低い暗部領域を広げ、照明光のケラレを緩和して、ケラレによる明部と暗部との差を目立たなくすることができる。一方、遮光領域の軸回りの角度を２４０°より小さくすることにより、暗部領域の過大化を防ぎ、暗部側の照明光量を確保することができる。
上記態様においては、前記拡散光学部材が、円筒の周方向の一部を前記軸方向の全長にわたって切り欠いた形状の切欠部を備え、前記拡散光学部材の前記入射端から前記軸方向に最も離れた位置において、前記切欠部の切欠幅の前記軸回りの角度が１００°以上２４０°以下であってもよい。
このようにすることで、切欠部によって遮光領域を構成することができる。
また、上記態様においては、前記拡散光学部材の前記軸に直交する横断面形状が略扇形であってもよい。
また、本発明の他の態様は、上記いずれかの照明装置と、該照明装置の前記軸に沿って配置された撮像光学系と、前記軸を挟んで前記射出領域とは反対側に配置された送気用または送水用のノズルとを備える内視鏡である。
上記態様においては、前記軸が前記撮像光学系の中心軸であってもよい。
本発明によれば、構造物による照明光のケラレを緩和して、対象物における明部と暗部との差が目立ち難い照明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の先端部を示す斜視図である。 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縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る照明装置を説明する部分的な縦断面図である。 図４の照明装置に備えられる拡散光学部材を示す平面図である。 図５Ａの拡散光学部材を示す側面図である。 図５Ａの拡散光学部材の入射端に対するファイババンドルの配置例を示す図である。 図５Ｂの拡散光学部材の変形例を示す側面図である。 図５Ｂの拡散光学部材の他の変形例を示す側面図である。 図５Ａの拡散光学部材の変形例を示す平面図である。 図５Ａの拡散光学部材の変形例と遮光領域とを説明する平面図である。 図９Ａの拡散光学部材と遮光領域の変形例を説明する平面図である。 図９Ａの拡散光学部材と遮光領域の他の変形例を説明する平面図である。 図５Ａの拡散光学部材の変形例を示す縦断面図である。 図５Ａの拡散光学部材の他の変形例を示す縦断面図である。 図５Ａの拡散光学部材の他の変形例を示す縦断面図である。 図５Ａの拡散光学部材の他の変形例を示す縦断面図である。 図６の拡散光学部材の入射端に対するファイババンドルの配置の変形例を示す図である。 図６の拡散光学部材の入射端に対するファイババンドルの配置の他の変形例を示す図である。 図６の拡散光学部材の入射端に対するファイババンドルの配置の他の変形例を示す図である。
以下、本発明の一実施形態に係る照明装置４および内視鏡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および図２に示されるように、挿入部２の先端面２ａに、撮像光学系３と、本実施形態に係る照明装置４と、送気用または送水用のノズル５ａを備えた洗浄部（構造物）５とを備えている。図中、符号６は、処置具等を貫通させる鉗子口である。
撮像光学系３は、内視鏡１の挿入部２の長手軸に対して偏心した位置に、図３に示されるように、長手軸と平行な軸に沿って先端面２ａから突出する円筒状の筐体３ａと、該筐体３ａ内に収容され、筐体３ａの長手軸に沿って配列された複数のレンズ３ｂとを備えている。また、撮像光学系３は前方および側方に、１８０°以上の画角を有している。
本実施形態に係る照明装置４は、図３および図４に示されるように、光源（図示略）から導光してきた照明光を射出する射出端７ａを有するファイババンドル（発光部）７と、該ファイババンドル７の射出端７ａから射出された照明光を入射させ、入射された照明光を拡散させながら導光する拡散光学部材８とを備えている。ファイババンドル７および拡散光学部材８は、撮像光学系３の筐体３ａの長手軸回りに周方向に沿って配置されている。
拡散光学部材８は、図５Ａに示されるように、円環（円筒）形状の周方向の一部を、軸方向の全長にわたって切り欠いた形状の切欠部８ｂによって、略Ｃ字状の横断面（軸に直交する平面で切断した断面）形状を有する部材である。拡散光学部材８は、シクロオレフィンコポリマー等の樹脂材料に酸化チタン等の拡散粒子を混練して上記形状に成形されている。
拡散光学部材８の軸方向の一端面には、ファイババンドル７の射出端７ａに対向して配置され、射出端７ａから射出された照明光を入射させる入射端８ａが備えられている。
また、拡散光学部材８の半径方向内面には、高い反射率を有する反射層９が設けられている。反射層９は、反射シート、反射パイプあるいは反射コーティングにより構成されている。これにより、拡散光学部材８内において拡散され、半径方向内面側に射出されようとする照明光を反射層９によって反射し、拡散光学部材８内を半径方向外方に再び戻すようになっている。
また、拡散光学部材８の切欠部８ｂ側の両端には、平面からなる傾斜面８ｃが設けられている。これらの傾斜面８ｃは、図５Ｂに示されるように、入射端８ａから軸方向に沿って拡散光学部材８の周方向長さが短くなるように傾斜している。言い換えると、これらの傾斜面８ｃの間に形成される切欠部８ｂの切欠幅の角度が、入射端８ａから軸方向に沿って次第に大きくなるように傾斜している。
本実施形態においては、切欠部８ｂの切欠幅の角度θは、図５Ａに示されるように、入射端８ａから軸方向に最も遠い位置において略２４０°に設定されている。また、拡散光学部材８の軸に対する傾斜面８ｃの角度は、略４５°に設定されている。
また、拡散光学部材８の径方向外方の外周面８ｄは、凹凸のない滑らかな曲面により構成されている。そして、図１および図２に示されるように、この径方向外方の外周面８ｄのみが露出するように内視鏡１の挿入部２の先端に固定されている。これにより、露出した外周面８ｄが照明光の射出領域（斜線部）Ａを構成するようになっている。
また、本実施形態においては、図６に示されるように、ファイババンドル７が、拡散光学部材８の入射端８ａに対向して円弧状に２箇所に配置されている。各箇所のファイババンドル７の一部は、傾斜面８ｃと周方向に重なる位置に配置されている。これにより、一部のファイババンドル７の射出端７ａから射出された照明光は、拡散光学部材８内部を軸方向に拡散されながら進み、傾斜面８ｃの内面によって偏向されて周方向に指向されるようになっている。
洗浄部５は、撮像光学系３の筐体３ａの一側の半径方向外方に延びる、挿入部２の先端面２ａから突出する略直方体状のカバー５ｂの先端面および周方向の側面に配置された複数の送水用または送気用のノズル５ａを備えている。洗浄部５は、撮像光学系３の軸を挟んで射出領域Ａとは反対側に配置されている。
このように構成された本実施形態に係る照明装置４および内視鏡１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る照明装置４によれば、光源からファイババンドル７によって導光されてきた照明光が、ファイババンドル７の射出端７ａから射出されると、該射出端７ａに対向して配置されている拡散光学部材８の入射端８ａに入射される。
拡散光学部材８内に入射した照明光は、拡散光学部材８内において拡散されながら導光され、半径方向内方に射出されようとする部分は反射層９により半径方向外方に戻される。また、切欠部８ｂを構成している傾斜面８ｃに到達した照明光は、傾斜面８ｃの内側において偏向されて周方向に指向させられる。
そして、拡散光学部材８内部において拡散を繰り返した照明光は、射出領域Ａを構成している半径方向外方の外周面８ｄから外部に射出され、外部に配置されている被写体を照明することができる。
この場合において、本実施形態に係る照明装置４によれば、射出領域Ａが撮像光学系３の中心軸を挟んで洗浄部５とは反対側に配置されているので、射出領域Ａから射出される照明光が洗浄部５を構成しているカバー５ｂ等によってケラレることを緩和することができる。
さらに、拡散光学部材８の傾斜面８ｃによって、射出領域Ａが挿入部２の先端面２ａ近傍において最も大きく、先端面２ａから前方に離れるに従って小さくなる角度範囲にわたっているので、半径方向内方かつ前方に位置して洗浄部５のカバー５ｂの端縁に近接する射出領域Ａをカバー５ｂから遠ざけることで、射出領域Ａから射出された直後の強度の高い照明光がカバー５ｂによってケラレることを防止して、被写体における照明の明部と暗部との差を目立ち難くすることができる。その一方で、半径方向外方かつ後方に位置して、洗浄部５のカバー５ｂの端縁から比較的遠い射出領域Ａについては可能な限り広げることにより、照明範囲の拡大を図ることができる。
また、拡散光学部材８の傾斜面８ｃによって、ファイババンドル７に対向する入射端８ａを大きく確保しているので、拡散光学部材８に入射される照明光の光量を大きく確保することができるという利点もある。
さらに、拡散光学部材８の傾斜面８ｃによって、照明光が周方向に偏向されるので、入射された照明光を無駄にすることなく、有効利用して、照明光の均一性を向上し、照明効率を向上することができるという利点がある。
なお、本実施形態においては、切欠部８ｂの切欠幅の角度θは、入射端８ａから軸方向に最も遠い位置において略２４０°に設定したが、この角度は１００°以上２４０°以下の任意の値に設定してよい。１００°以上とすることで、被写体における暗部領域を広げることができ、洗浄部５のカバー５ｂでのケラレによる暗部と明部の差を目立たなくすることができる。また、２４０°以下とすることで、被写体における暗部領域の過大化を防止し、暗部側の照明光量を確保することができる。
また、本実施形態においては、拡散光学部材８の軸に対する傾斜面８ｃの角度を略４５°に設定したが、この角度は、２０°以上７０°以下の任意の値に設定してよい。
この角度が２０°より小さいと照明光を周方向に偏向する傾斜面８ｃの効果が低くなり、７０°より大きいと入射端８ａから入射した照明光を入射端８ａ側に戻してしまい、照明効率が低下する問題がある。
また、本実施形態においては、傾斜面８ｃを平面により構成したが、これに代えて、図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、凸曲面８ｅあるいは凹曲面８ｆによって構成してもよい。また、入射端８ａと傾斜面８ｃとの境界部分については、図５Ｂに示されるように、チッピング防止のために、傾斜面８ｃより小さい角度の面（面取り面）８ｇを設けることにしてもよい。
また、傾斜面８ｃには、反射率の高い反射層（反射手段：図示略）を設けることにしてもよい。このようにすることで、傾斜面８ｃにおいて偏向される照明光の光量を増加させて、照明効率を向上することができる。
また、洗浄部５は、図２に示されるように、撮像光学系３に対して非対称な位置に配置されているので、拡散光学部材８は、図８に示されるように、洗浄部５の配置に合わせて非対称な形状に構成してもよい。
また、本実施形態においては、傾斜面８ｃを有する切欠部８ｂによって、該切欠部８ｂの部分から照明光を射出させない遮光領域を構成することとしたが、これに代えて、図９Ａに示されるように、切欠部８ｂを設けることなく、環状の拡散光学部材８の周方向の一部を遮光部材（図示略）によって覆うことにより遮光領域Ｂ（斜線部）を構成することにしてもよい。あるいは、図９Ｂに示されるように、傾斜面８ｃを設けることなく、切欠部８ｂ近傍を遮光部材によって覆うことにより遮光領域Ｂを構成してもよい。
また、図９Ｃに示されるように、傾斜面８ｃを設けることなく、遮光部材によって覆うことにより、入射端８ａ側から軸方向に沿って狭くなるように傾斜する射出領域Ａを構成することにしてもよい。
また、本実施形態においては、拡散光学部材８として、樹脂材料に拡散粒子を混練した単一材料を成形したものを例示したが、図１０Ａから図１０Ｄに示されるように、導光層１０ａと拡散層１０ｂとを備える２層構造のものを採用してもよいし、半径方向内方に配置する反射層９ａとして拡散効果を有するものを採用しその他の部分は導光層１０ａにより構成してもよい。
また、本実施形態においては、発光部をファイババンドル７の射出端７ａにより２箇所に円弧状に配置したが、図１１Ａに示されるように、円弧状の入射端８ａのほぼ全長にわたって配置してもよいし、図１１Ｂに示されるように、３箇所以上に分割して配置してもよい。また、円弧状に配置することなく、図１１Ｃに示されるように、円形の射出端７ａを有するファイババンドル７を入射端８ａの周方向に間隔をあけて配列することにしてもよい。また、ファイババンドル７に代えて、ＬＥＤ等の光源（図示略）を配置することにしてもよい。
１ 内視鏡
３ 撮像光学系
４ 照明装置
５ａ ノズル
７ ファイババンドル（発光部）
７ａ 射出端
８ 拡散光学部材
８ａ 入射端
８ｂ 切欠部
８ｃ 傾斜面
９ 反射層
Ａ 射出領域
Ｂ 遮光領域

Claims (15)

  1. 照明光を射出する射出端を有する発光部と、
    所定の軸回りに周方向に沿って配置され、前記射出端に対向して配置される入射端を備え、該入射端から入射された前記照明光を拡散させながら導光するとともに表面から射出する拡散光学部材と、
    該拡散光学部材の半径方向内方の表面に隣接して配置され、前記照明光を半径方向外方に反射する反射層とを備え、
    前記拡散光学部材における前記照明光の射出領域の前記軸回りの角度が、前記入射端から前記軸方向に離れるに従って小さくなる照明装置。
  2. 前記拡散光学部材が、円筒の周方向の一部を前記軸方向の全長にわたって切り欠いた形状の切欠部を備えるとともに、該切欠部側に、前記入射端から前記軸方向に離れるに従って切欠幅を拡大する形状の傾斜面を備える請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記傾斜面が、前記拡散光学部材内部を導光されてきた前記照明光を前記拡散光学部材の内側に反射する反射手段を備える請求項２に記載の照明装置。
  4. 前記傾斜面が平面である請求項２または請求項３に記載の照明装置。
  5. 前記傾斜面と前記軸とのなす角が２０°以上７０°以下である請求項４に記載の照明装置。
  6. 前記傾斜面の前記入射端側に、前記軸とのなす角が前記傾斜面と前記軸とのなす角より小さい面を有する請求項２から請求項５のいずれかに記載の照明装置。
  7. 前記傾斜面と前記周方向に重なる位置の前記入射端に、前記射出端の少なくとも一部が配置されている請求項２から請求項６のいずれかに記載の照明装置。
  8. 前記拡散光学部材の前記入射端から前記軸方向に最も離れた位置において、前記切欠幅が１００°以上２４０°以下である請求項２から請求項７のいずれかに記載の照明装置。
  9. 前記拡散光学部材の前記軸に直交する横断面形状が略扇形である請求項２から請求項８のいずれかに記載の照明装置。
  10. 前記拡散光学部材における前記射出領域の前記軸回りの角度が、前記入射端から前記軸方向に離れるに従って小さくなるように遮光する遮光部材を備える請求項１に記載の照明装置。
  11. 照明光を射出する射出端を有する発光部と、
    所定の軸回りに周方向に沿って配置され、前記射出端に対向して配置される入射端を備え、該入射端から入射された前記照明光を拡散させながら導光するとともに表面から射出する拡散光学部材と、
    該拡散光学部材の半径方向内方の表面に隣接して配置され、前記照明光を半径方向外方に反射する反射層と、
    前記拡散光学部材における前記照明光の射出領域を前記軸回りの前記周方向の一部に限定する遮光領域とを備え、
    前記拡散光学部材の前記入射端から前記軸方向に最も離れた位置において、前記遮光領域の前記軸回りの角度が１００°以上２４０°以下である照明装置。
  12. 前記拡散光学部材が、円筒の周方向の一部を前記軸方向の全長にわたって切り欠いた形状の切欠部を備え、
    前記拡散光学部材の前記入射端から前記軸方向に最も離れた位置において、前記切欠部の切欠幅の前記軸回りの角度が１００°以上２４０°以下である請求項１１に記載の照明装置。
  13. 前記拡散光学部材の前記軸に直交する横断面形状が略扇形である請求項１２に記載の照明装置。
  14. 請求項１から請求項１３のいずれかに記載の照明装置と、
    該照明装置の前記軸に沿って配置された撮像光学系と、
    前記軸を挟んで前記射出領域とは反対側に配置された送気用または送水用のノズルとを備える内視鏡。
  15. 前記軸が前記撮像光学系の中心軸である請求項１４に記載の内視鏡。
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