内視鏡用照明光学系及び照明装置
【課題】照明光の光強度のばらつきを低減する。
【解決手段】光源部３１とライトガイド２７との間にガラスロッド３７が配される。ガラスロッド３７は、ロッド入射面に集光された照明光が入射され、その内部で照明光を反射しながらロッド射出面に導光することにより、光強度を均一にして射出する。ガラスロッド３７の直径Ｄは、ライトガイド２７のガイド入射面２７ａの直径をｄ、ロッド入射面における照明光の光強度の半値全幅をＦｗ、ロッド入射面に対して想定される径方向での照明光の入射位置の最大ずれ量をＡとしたときに、「Ｄ≒Ｆｗ＋２・Ａ」、及び「Ｄ＞ｄ」を満たすようにされている。
【解決手段】光源部３１とライトガイド２７との間にガラスロッド３７が配される。ガラスロッド３７は、ロッド入射面に集光された照明光が入射され、その内部で照明光を反射しながらロッド射出面に導光することにより、光強度を均一にして射出する。ガラスロッド３７の直径Ｄは、ライトガイド２７のガイド入射面２７ａの直径をｄ、ロッド入射面における照明光の光強度の半値全幅をＦｗ、ロッド入射面に対して想定される径方向での照明光の入射位置の最大ずれ量をＡとしたときに、「Ｄ≒Ｆｗ＋２・Ａ」、及び「Ｄ＞ｄ」を満たすようにされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡用照明光学系及び照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療用の電子内視鏡は、体内に挿入される挿入部の先端部位である内視鏡先端部に、撮影光学系と照明レンズとが内蔵されている。照明レンズからの照明光によって被観察部位を照明し、照明された被観察部位の画像情報を撮影光学系で映像信号として取り出し、モニタ等にその画像を表示する。
【０００３】
挿入部には、多数の光ファイバを束状にしたライトガイドが通されている。このライトガイドは、その一端に光源部から照明光が入射され、その照明光を内視鏡先端部へと導いて他端の射出面から照明レンズに射出する。また、１本にまとめられたライトガイドが内視鏡先端部で左右に分岐され、撮像素子の左右両側に配された照明レンズから照明光を射出する構成も知られている。照明光の光源部は、Ｘｅランプなどの光源と、この光源からの光をライトガイドの入射面に集光して入射する集光光学系などで構成される。集光光学系としては、パラボラミラー，集光レンズなどが用いられる。
【０００４】
ライトガイドの入射面における照明光の光強度が不均一である場合、その不均一さが射出面にも伝搬するため、結果として被観察部位に照射される照明光の光強度も不均一になる。例えば照明光の照射範囲の中央部分の光強度は高いが、周辺の光強度が低くなる。そこで、集光光学系とライトガイドとの間に筒状反射部材、例えばガラスロッドを配し、光強度を均一にした照明光をライトガイドに入射させる照明光学系が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この照明光学系では、集光光学系から入射される照明光をガラスロッドの内部で反射させながら射出面に進めることにより、射出面における照明光の光強度を均一にし、その射出面からライトガイドに照明光を入射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−２６７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、光源や集光光学系、ガラスロッド、ライドガイドなどはそれらが相互に高い精度で組み付けられるが、それでもなおガラスロッドやライトガイドの入射面に対する照明光の入射位置がばらついてしまうことは避けられない。入射位置のばらつきの原因としては、光源、集光光学系、ガラスロッドの相互の組み付け位置のばらつき、集光光学系の偏心や倒れなどのように、各部材の組み付け精度や加工精度によるものがある。また、光源として用いられる電球のフィラメントやＸｅランプのアークの位置のばらつきなども原因となる。
【０００７】
また、集光光学系は、電球のフィラメントやＸｅランプのアークの像を集光位置に結像するが、フィラメントやアークは、有限の大きさを持ち、その輝度が均一ではない。また、集光光学系は種々の収差を有している。このため、フィラメントやアークは、集光光学系によって、厳密には点に集光されず山型に広がった光強度分布するものとなる。
【０００８】
上記のようにガラスロッドを配することによって、被観察部位に照射される照明光の光強度を均一化することができる。また、内視鏡先端部で左右に分岐したライトガイドを用いた構成では、左右の各照明レンズから照射される照明光の光強度が不均一になり、画像の右側と左側とで明るさにムラが生じ、さらには片側の照明レンズに光量が集中することによって内視鏡先端部が高温となって生体ヤケドなどが生じことがあるが、ガラスロッドを配することで、このような問題も解消できる。
【０００９】
しかしながら、照明光が山型に広がった光強度分布を有し、また上記のように照明光の入射位置にばらつきが生じることに起因して、電子内視鏡や光源装置の個体の違い、あるいはそれらの組み合わせの違いにより、均一化された光強度にばらつきが生じるという問題があった。
【００１０】
図８は、照明光の光強度分布の一例を示している。この図８の光強度分布は、電子内視鏡の光源として一般的に採用されているアーク長１．２ｍｍのＸｅランプからの照明光を、パラボラミラー及び集光レンズを用いて集光する構成をモデルにして計算により求めたものである。ガラスロッドでの光強度の均一化は、その入射面に入射する照明光の光強度を平均化するものであるから、例えば、直径が２ｍｍのガラスロッドの入射面が符号Ｇ１に示される範囲である場合には、そのガラスロッドの射出面から射出される光強度は高いが、入射面が符号Ｇ２に示される範囲である場合には射出強度はかなり小さくなる。
【００１１】
上記のような光強度のばらつきは、高品位の電子内視鏡とするための大きな障害となる。また、照明光の光強度にばらつきが発生すると、内視鏡先端部内での光量損失に伴う発熱量にもばらつきが生じることになる。このため、光量損失が最も大きい場合に内視鏡先端部に許容される上限温度を超えないようにしなければならない。したがって、照明光の光量の増大が制限され、あるいは光量を大きくするために光量損失のより小さな照明レンズが求められなど設計上の制約を生じさせるという問題もあった。
【００１２】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、被観察部位に照射される照明光の光強度のばらつきを低減することができる内視鏡用照明光学系及び照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の内視鏡用照明光学系では、照明光が入射される円形のガイド入射面を有し、ガイド入射面に入射される照明光を内視鏡先端部に導くライトガイドと、光源部と前記ライトガイドとの間に配され、光源部からの集光された照明光がロッド入射面に入射され、入射した照明光を反射しながらロッド射出面に導光して射出する円柱形状の透光性ロッドとを備え、前記ガイド入射面の直径をｄ、前記透光性ロッドの直径をＤ、ロッド入射面における照明光の光強度の半値全幅をＦｗ、ロッド入射面に対して想定される径方向での照明光の入射位置の最大ずれ量をＡとしたときに、「Ｄ≒Ｆｗ＋２・Ａ」、及び「Ｄ＞ｄ」を満たすようにしたものである。
【００１４】
前記透光性ロッドは、入射した照明光を全反射させながらロッド射出面に導光するのが好ましい。
【００１５】
また、前記透光性ロッドは、その周面に空気が接し、空気との屈折率の差により、照明光を全反射することが好ましい。
【００１６】
また、前記ロッド射出面に前記ガイド入射面が密着して配されることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の内視鏡用照明装置では、照明光の光源と、前記光源からの照明光を集光する集光光学系と、前記集光光学系で集光された照明光がロッド入射面に入射され、入射した照明光を反射しながらロッド射出面に導光して射出する円柱形状の透光性ロッドと、円形のガイド入射面を有し、前記透光性ロッドからの照明光が前記ガイド入射面に入射されて照明光を内視鏡先端部に導くライトガイドと、内視鏡先端部に配され、前記ライトガイドからの照明光が入射されて被観察部位に照明光を照射する照明レンズとを備え、前記ガイド入射面の直径をｄ、前記透光性ロッドの直径をＤ、ロッド入射面における照明光の光強度の半値全幅をＦｗ、ロッド入射面に対して想定される径方向での照明光の入射位置の最大ずれ量をＡとしたときに、「Ｄ≒Ｆｗ＋２・Ａ」、及び「Ｄ＞ｄ」を満たすようにしたものである。
【００１８】
前記集光光学系は、前記光源からの照明光を略平行光にするパラボラミラーと、パラボラミラーからの照明光を前記ロッド入射面に集光させる集光レンズとから構成することが好ましい。
【００１９】
また、前記光源と前記集光光学系が、光源装置の筐体内に内蔵され、前記透光性ロッドが、前記ロッド射出面に前記ガイド入射面が密着させて前記ライトガイドが連結された状態で前記筐体に装着されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、光源部とライトガイドとの間に配した透光性ロッドのロッド入射面に光源部からの集光された照明光を入射し、透光性ロッドの内部で照明光を反射しながらロッド射出面に導光し、この照明光をライトガイドに入射するようにし、ガイド入射面の直径をｄ、透光性ロッドの直径をＤ、ロッド入射面における照明光の光強度の半値全幅をＦ、ロッド入射面に対して想定される径方向での照明光の入射位置の最大ずれ量をＡとしたときに、「Ｄ≒Ｆｗ＋２・Ａ」、及び「Ｄ＞ｄ」を満たすようにしたから、光量損失を大きくすることなく、光強度のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】内視鏡システムの概略図である。
【図２】照明光学系の概略を示す説明図である。
【図３】ガイド入射面における各ファイバ束の入射領域を示す説明図である。
【図４】カプラーに組み付けたライトガイドとガラスロッドを示す断面図である。
【図５】ガラスロッドの直径と光強度のばらつき度の関係を示すグラフである。
【図６】ガラスロッドの直径と光量の関係を示すグラフである。
【図７】ガラスロッドに入射する光強度及び射出される光強度の分布の一例を示すグラフである。
【図８】Ｘｅランプによる光強度分布の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１において、内視鏡システム１０は、電子内視鏡１１、プロセッサ装置１２、及び光源装置１４からなる。電子内視鏡１１は、被検体内に挿入される可撓性の挿入部１６と、挿入部１６の基端部に設けられ、電子内視鏡１１の把持及び挿入部１６の操作に用いられる操作部１７と、操作部１７をプロセッサ装置１２及び光源装置１４にそれぞれ接続するユニバーサルコード１８とを備えている。挿入部１６の先端部（内視鏡先端部）１６ａには、対物光学系や撮像素子、照明レンズ１９（図２参照）等が内蔵されている。また、先端部１６ａの後端には、湾曲自在な湾曲部１６ｂが設けられている。
【００２３】
操作部１７には、アングルノブ２２、操作ボタン２３、鉗子入口２４が設けられている。アングルノブ２２は、挿入部１６の湾曲方向及び湾曲量を調整する際に回転操作される。操作ボタン２３は、送気・送水や吸引等の各種の操作に用いられる。鉗子入口２４は挿入部１６内に挿通された鉗子チャネルに連通している。ユニバーサルコード１８には、送気・送水チャンネル、信号ケーブル，ライトガイド２７（図２参照）などが通されている。
【００２４】
プロセッサ装置１２は、電子内視鏡１１及び光源装置１４と電気的に接続され、電子内視鏡システム１０の動作を統括的に制御する。このプロセッサ装置１２は、ユニバーサルコード１８や挿入部１６内に挿通された信号ケーブルを介して先端部１６ａの撮像素子の駆動を制御する。また、プロセッサ装置１２は、信号ケーブルを介して撮像素子から出力された撮像信号を取得し、各種画像処理を施してモニタ２８に撮像画像を表示する。
【００２５】
光源装置１４は、プロセッサ装置１２の制御の下で被観察部位に照射される照明光の制御を行うものであり、その筐体１４ａ内に照明光学系３０を構成する光源部３１（いずれも図２参照）や、光源部３１を駆動・制御するための各種回路などが内蔵されている。
【００２６】
図２に示すように、照明光学系３０は、上述のように先端部１６ａに配された照明レンズ１９や光源装置１４内に配された光源部３１の他、ライトガイドユニット３２を有する。光源部３１は、光源としてのＸｅランプ３３，パラボラミラー３４，集光レンズ３５などで構成される。また、ライトガイドユニット３２は、その入射端部３２ａが光源装置１４の筐体１４ａに差し込まれて、その入射端部３２ａが光源装置１４の内部に露呈される。入射端部３２ａには、光源部３１側から順番にカバーガラス３６、ガラスロッド３７、ライトガイド２７のガイド入射面２７ａが配されている。
【００２７】
光源部３１は、Ｘｅランプ３３からの照明光をカバーガラス３６を介してガラスロッド３７に入射する。Ｘｅランプ３３は、周知のように電極間で放電を行って照明光を放出する。なお、光源としては、Ｘｅランプ３３に限らず、各種ランプやＬＥＤ等を利用できる。また、観察内容等に応じて光源の種類や照明光の色や波長を適宜決めることできる。さらには、特定の波長や波長域の照明光を得るためにバンドパスフィルタなどの光学フィルタを設けてもよい。
【００２８】
パラボラミラー３４は、Ｘｅランプ３３からの照明光を反射することによってほぼ平行光として集光レンズ３５に入射する。集光レンズ３５は、照明光を屈折することにより照明光を集光してガラスロッド３７に入射する。なお、光源部３１は、上記の構成に限らない。例えば、Ｘｅランプ３３と凹面鏡から構成し、凹面鏡によって照明光を集光して入射させてもよい。
【００２９】
ガラスロッド３７は、被観察部位に照射される照明光の光強度のバラツキを低減するための透光性ロッドであり、ライトガイド２７と光源部３１との間に配されている。ガイド入射面２７ａには、ガラスロッド３７を介して照明光が入射される。ガイド入射面２７ａからライトガイド２７内に入射した照明光は、このライトガイド２７によって先端部１６ａにまで導かれる。
【００３０】
ライトガイド２７は、一対のファイバ束３８からなる。これら各ファイバ束３８は、いずれも多数の光ファイバ(ファイバー素線)で構成され、光源装置１３側で１本に円柱形状にまとめられ、１つのガイド入射面２７ａを形成している。ガイド入射面２７ａは、図３に示すように、円形にされ、各ファイバ束３８に対応した一対の入射領域３８ａに２分されている。
【００３１】
ライトガイド２７は、１本にまとめられた状態でユニバーサルコード１８及び挿入部１６の内部を通され、先端部１６ａ内でファイバ束ごとに２本に分岐されている。先端部１６ａ内に配された各ファイバ束３８のガイド射出面３８ｂの前面には、照明レンズ１９がそれぞれ配されており、各ガイド射出面３８ｂからの照明光は、それぞれ対応する照明レンズ１９を介して被観察部位に照射される。
【００３２】
図４に示すように、ライトガイド２７とガラスロッド３７とは、カプラー４０によって連結されている。カプラー４０は、略円柱形状のソケット部材４１とプラグ部材４２とからなり、ソケット部材４１の中空部内にカバーガラス３６とガラスロッド３７とが、プラグ部材４２の中空部内にライトガイド２７の入射面２７ａ側の端部がそれぞれ保持されている。
【００３３】
透光性ロッドとしてのガラスロッド３７は、透明なガラスを円柱形にしたものであり、両端に円形のロッド入射面３７ａとロッド射出面３７ｂとを有する。ロッド入射面３７ａ，ロッド射出面３７ｂは、ガラスロッド３７の軸心と直交している。このガラスロッド３７は、ロッドホルダー４３に保持され、このロッドホルダー４３をソケット部材４１の中空部内に固定することで、その中空部内に配される。
【００３４】
上記ガラスロッド３７は、照明光の光強度を均一にする機能を有するとともに、次の式（１），（２）をそれぞれ満すようにされている。
Ｄ≒Ｆｗ＋２・Ａ ・・・（１）
Ｄ＞ｄ ・・・（２）
【００３５】
上記式（１），（２）中の値Ｄは、ガラスロッド３７の直径であり、値ｄは、ライトガイド２７（ガイド入射面２７ａ）の直径である。値Ｆｗは、ロッド入射面３７ａにおける照明光の光強度の半値全幅であって、集光レンズ３５によって集光された照明光の光強度がそのピークの１／２となる位置での光束の直径である。値Ａは、ロッド入射面３７ａに対する光源部３１からの照明光の入射位置精度であって、ロッド入射面３７ａに対して想定されるその径方向での照明光の入射位置の最大ずれ量（誤差）である。このずれ量は、例えばロッド入射面３７ａの中心に対する照明光の光強度のピークが入射する位置のずれとして求めることができる。
【００３６】
この例では、ライトガイド２７の直径ｄは２ｍｍ、半値全幅Ｆｗが２ｍｍ、入射位置精度Ａが±０．５ｍｍであるため、ガラスロッド３７の直径Ｄを３ｍｍとすることにより、式（１），（２）を満たすようにしている。
【００３７】
ガラスロッド３７は、ロッド入射面３７ａから内部に入射した照明光を周面で反射させながらロッド射出面３７ｂに進ませることにより、ロッド射出面３７ｂから射出される照明光の光強度を均一にしている。ロッドホルダー４３は、ガラスロッド３７の両端部の周面だけに接触して保持することによって、ガラスロッド３７のほぼ全周面に空気層を形成する。これにより、ガラスロッド３７内で照明光を全反射させ、反射による照明光の強度の減衰を小さくしている。
【００３８】
ガラスロッド３７は、それを長くするほど光強度を均一にする効果が高くなるが、ロッド射出面３７ｂに達するまでの照明光の反射回数が多くなり照明光の減衰が大きくなる。このため、ガラスロッド３７の長さは直径の５〜１５倍程度とすることが好ましい。この例では、ガラスロッド３７の長さを、２１ｍｍとして直径の７倍としている。
【００３９】
カバーガラス３６は、傷付きや薬液等からガラスロッド３７を保護するために設けられている。このカバーガラス３６は、各面がガラスロッド３７の軸心と直交する平板形状であり、ソケット部材４１の光源部３１側端部に固定され、一方の面がロッド入射面３７ａに密着し、他方の面を光源部３１側に露呈している。
【００４０】
ライトガイド２７は、周面がシース４４に覆われた状態で、その入射端部がプラグ部材４２の中空部内に保持されている。ガイド入射面２７ａは、プラグ部材４２の先端面と面一にされてその先端面から露呈されている。
【００４１】
プラグ部材４２は、その先端部の周囲に雄ねじが形成され、それをソケット部材４１の中空部内周面に形成された雌ねじに螺合することによって、ソケット部材４１に連結される。この連結により、ライトガイド２７とガラスロッド３７とは、それら軸心が互いに平行な状態で、ガイド入射面２７ａがロッド射出面３７ｂに突き当てられて密着した状態に組み付けられる。また、ガイド入射面２７ａがロッド射出面３７ｂからはみ出でることがない状態とされる。なお、符号４６は、ソケット部材４１とプラグ部材４２との隙間から薬液等の侵入を防止するためのＯリングである。
【００４２】
ロッド射出面３７ｂから射出される照明光の光強度（以下、ロッド射出強度という）は、ガラスロッド３７の内部での損失を無視すれば、ロッド入射面３７ａに入射する照明光の光強度（以下、ロッド入射強度という）を平均したものとなる。照明光をガラスロッド３７に入射させる場合、Ｘｅランプ３３のアーク位置のばらつきや、各部の組み付け精度などの各種の要因によって、ロッド入射面３７ａに対する照明光の入射位置（以下、ロッド入射位置という）がずれてしまうことは否めない。また、Ｘｅランプ３３からの照明光は、光束の径方向に山型に広がった光強度分布を有している。このため、ロッド入射位置がずれると、ロッド入射強度をロッド入射面３７ａの面積で積分した入射強度積分値が変化するためロッド射出強度が増減する。
【００４３】
直径Ｄを大きくした場合、ロッド入射面３７ａの径方向にロッド入射位置が多少ずれても入射強度積分値の変化が小さくなるから、ロッド射出強度の増減量も小さくできる。結果としてロッド入射位置のばらつきにともなう被観察部位に照射される照明光の光強度のばらつきを低減することができる。
【００４４】
ところで、ガラスロッド３７の直径Ｄが特定の直径となると、照明光の光強度分布に対して十分な大きさになるため、ロッド射出強度のばらつきの改善効果はほとんど向上しない状態となり、その特定の直径が上記式（１）によって求められるものであることが導き出された。
【００４５】
図５は、ガラスロッド３７の直径Ｄを増大させて場合におけるロッド射出強度のばらつき度Ｂの変化の一例を示している。図５は、本実施例と同じく、照明光の入射位置精度Ａ、すなわちロッド入射位置の最大ずれ量が０．５ｍｍ、照明光の半値全幅Ｆｗが２ｍｍとなる条件の下で、ガラスロッド３７の直径Ｄをライトガイド２７の直径ｄと同じ２ｍｍから増大させたときのばらつき度の変化を表している。ばらつき度Ｂは、下記の式（３）により求めたものである。なお、式（３）中の「Ｌ０ｍａｘ」，「Ｌ０ｍｉｎ」は、ガラスロッド３７の直径が２ｍｍのときの最大のロッド射出強度，最小のロッド射出強度である。また、「Ｌｍａｘ」，「Ｌｍｉｎ」は、任意の直径Ｄにおける最大のロッド射出強度，最小のロッド射出強度である。ガラスロッド３７の直径が２ｍｍのとき、ロッド射出強度（相対光強度）は、最小時が「１．００」、最大時が「１．９６」であった。
Ｂ＝（Ｌｍａｘ／Ｌｍｉｎ）／（Ｌ０ｍａｘ／Ｌ０ｍｉｎ）×１００（％）
・・・・（３）
【００４６】
一方で、ライトガイド２７の直径ｄを一定にしたまま、ガラスロッド３７の直径Ｄを増大していくと、ガイド入射面２７ａに対するロッド射出面３７ｂの面積差が増大する。このため、図６のように、直径Ｄの増大にともない、ガイド射面２７ａに入射しない照明光が多くなり、照明光の光量損失が大きくなる。
【００４７】
なお、図６では、ガラスロッド３７からライトガイド２７に入射する光量を、ガラスロッド３７の直径Ｄをライトガイド２７の直径ｄと同じ２ｍｍとしときのライトガイド２７に入射する光量を１００％として示している。
【００４８】
以上のように、ガラスロッド３７の直径Ｄを特定の直径より大きくしても、照明光の光量失が大きくなるが、ばらつきの低減効果が向上しないことから、ガラスロッド３７の直径Ｄを特定の径とすることにより、必要以上に損失を大きくすることなく、光強度のばらつきを低減する最大の効果を得ることができる。一方、光強度のばらつきを低減するために少なからず光量損失が生じるが、撮像素子の感度調整や光源部３１から光量調整により十分に対応することが可能となる。
【００４９】
また、ライトガイド２７に連結するガラスロッド３７によって、光強度のばらつきを低減するため、光源装置１４の改良等は必要なく、電子内視鏡１１側のライトガイド２７の一端の改良により実施できるので、既存機器の改良の点でも有利な構成となっている。
【００５０】
次に上記構成の作用について説明する。Ｘｅランプ３３が点灯されると、そのＸｅランプ３３からの照明光がロッド入射面３７ａに入射する。このロッド入射面３７ａからガラスロッド３７の内部に入った照明光は、その周面で全反射を繰り返しながらロッド射出面３７ｂに進み、ロッド射出面３７ｂから射出される。
【００５１】
照明光の光強度分布の変化の一例を示す図７において、ロッド入射面３７ａに入射する照明光は、破線で示すように、径方向に対して光強度が不均一であり山型な分布をしているが、前述のように反射を繰り返しながらガラスロッド３７を通ることにより、ロッド射出面３７ｂから射出される照明光は、実線で示すように、その光強度の不均一が改善されている。
【００５２】
ロッド射出面３７ｂのうちガイド入射面２７ａが密着している部分から射出された照明光は、そのガイド入射面２７ａに入射し、他の部分から射出される照明光はライトガイド２７に入射しない。このようにガラスロッド３７から射出される一部の照明光は、ライトガイド２７に入射しないため損失になるが、ガラスロッド３７による光強度のばらつきの低減効果に必要とする以上の損失とはならない。
【００５３】
ロッド射出面３７ｂからガイド入射面２７ａに入射する照明光のうちの半分は、一方の入射領域３８ａに入射し、残りの半分が他方の入射領域３８ａに入射する。各入射領域３８ａに入射した照明光はそれぞれファイバ束３８を通り先端部１６ａに導かれて各ガイド射出面２７ｂから射出される。そして、各ガイド射出面３8ｂから対応する照明レンズ１９を通して被観察部位に照射される。
【００５４】
このように、各々のファイバ束３８には、均一で同じ光強度の照明光が入射され、その照明光がそれぞれファイバ束３８を通って照明レンズ１９を介して照射されるから、いずれの照明レンズ１９からも光強度が均一な照明光で被観察部位が照明され、しかもどちらの照明光の光強度も同じになっている。
【００５５】
ところで、光源装置１４や電子内視鏡１１の個体ごと、あるいはそれらの組み合わせの違いによって、ガラスロッド３７に対する照明光の入射位置が変化し、照明レンズ１９から照射される照明光の光強度の違いになる。しかしながら、ガラスロッド３７の直径Ｄが上記式（１），（２）を満たすようにしているので、ガラスロッド３７に対する照明光の入射位置がばらついても、ガイド入射面２７ａに入射する照明光は、光強度がほぼ均一であると同時に、それにともなう光強度のばらつきは小さい。したがって、光源装置１４や電子内視鏡１１の個体ごと、あるいはそれらの組み合わせの違いがあっても、照明レンズ１９から照射される照明光の光強度に大きな違いは生じることがない。また、照明光の光強度に大きな違いが生じることがないので、先端部１６ａ内での光量損失に伴う発熱量のばらつきも小さい。
【００５６】
上記実施形態では、透光性ロッドをガラス製としたが、透光性ロッドの材質は、これに限るものではなく、アクリル樹脂などのプラスチック製などとしてもよい。また、透光性ロッドとしては、互いに屈折率の異なるコアと、このコアの周囲に形成されたクラッドからなる光ファイバであってもよい。この場合、コアに入射した光をクラッドとの境界面で全反射させるので、周面に接した空気層を形成する必要がなくなる。また、この光ファイバを用いた場合、コアの直径を「Ｄ」として、式（１），（２）を満たすようにする。
【符号の説明】
【００５７】
１１ 電子内視鏡
２７ ライトガイド
３０ 照明光学系
３１ 光源部
３２ 光源部
３３ Ｘｅランプ
３４ パラボラミラー
３５ 集光レンズ
３７ ガラスロッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡用照明光学系及び照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療用の電子内視鏡は、体内に挿入される挿入部の先端部位である内視鏡先端部に、撮影光学系と照明レンズとが内蔵されている。照明レンズからの照明光によって被観察部位を照明し、照明された被観察部位の画像情報を撮影光学系で映像信号として取り出し、モニタ等にその画像を表示する。
【０００３】
挿入部には、多数の光ファイバを束状にしたライトガイドが通されている。このライトガイドは、その一端に光源部から照明光が入射され、その照明光を内視鏡先端部へと導いて他端の射出面から照明レンズに射出する。また、１本にまとめられたライトガイドが内視鏡先端部で左右に分岐され、撮像素子の左右両側に配された照明レンズから照明光を射出する構成も知られている。照明光の光源部は、Ｘｅランプなどの光源と、この光源からの光をライトガイドの入射面に集光して入射する集光光学系などで構成される。集光光学系としては、パラボラミラー，集光レンズなどが用いられる。
【０００４】
ライトガイドの入射面における照明光の光強度が不均一である場合、その不均一さが射出面にも伝搬するため、結果として被観察部位に照射される照明光の光強度も不均一になる。例えば照明光の照射範囲の中央部分の光強度は高いが、周辺の光強度が低くなる。そこで、集光光学系とライトガイドとの間に筒状反射部材、例えばガラスロッドを配し、光強度を均一にした照明光をライトガイドに入射させる照明光学系が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この照明光学系では、集光光学系から入射される照明光をガラスロッドの内部で反射させながら射出面に進めることにより、射出面における照明光の光強度を均一にし、その射出面からライトガイドに照明光を入射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−２６７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、光源や集光光学系、ガラスロッド、ライドガイドなどはそれらが相互に高い精度で組み付けられるが、それでもなおガラスロッドやライトガイドの入射面に対する照明光の入射位置がばらついてしまうことは避けられない。入射位置のばらつきの原因としては、光源、集光光学系、ガラスロッドの相互の組み付け位置のばらつき、集光光学系の偏心や倒れなどのように、各部材の組み付け精度や加工精度によるものがある。また、光源として用いられる電球のフィラメントやＸｅランプのアークの位置のばらつきなども原因となる。
【０００７】
また、集光光学系は、電球のフィラメントやＸｅランプのアークの像を集光位置に結像するが、フィラメントやアークは、有限の大きさを持ち、その輝度が均一ではない。また、集光光学系は種々の収差を有している。このため、フィラメントやアークは、集光光学系によって、厳密には点に集光されず山型に広がった光強度分布するものとなる。
【０００８】
上記のようにガラスロッドを配することによって、被観察部位に照射される照明光の光強度を均一化することができる。また、内視鏡先端部で左右に分岐したライトガイドを用いた構成では、左右の各照明レンズから照射される照明光の光強度が不均一になり、画像の右側と左側とで明るさにムラが生じ、さらには片側の照明レンズに光量が集中することによって内視鏡先端部が高温となって生体ヤケドなどが生じことがあるが、ガラスロッドを配することで、このような問題も解消できる。
【０００９】
しかしながら、照明光が山型に広がった光強度分布を有し、また上記のように照明光の入射位置にばらつきが生じることに起因して、電子内視鏡や光源装置の個体の違い、あるいはそれらの組み合わせの違いにより、均一化された光強度にばらつきが生じるという問題があった。
【００１０】
図８は、照明光の光強度分布の一例を示している。この図８の光強度分布は、電子内視鏡の光源として一般的に採用されているアーク長１．２ｍｍのＸｅランプからの照明光を、パラボラミラー及び集光レンズを用いて集光する構成をモデルにして計算により求めたものである。ガラスロッドでの光強度の均一化は、その入射面に入射する照明光の光強度を平均化するものであるから、例えば、直径が２ｍｍのガラスロッドの入射面が符号Ｇ１に示される範囲である場合には、そのガラスロッドの射出面から射出される光強度は高いが、入射面が符号Ｇ２に示される範囲である場合には射出強度はかなり小さくなる。
【００１１】
上記のような光強度のばらつきは、高品位の電子内視鏡とするための大きな障害となる。また、照明光の光強度にばらつきが発生すると、内視鏡先端部内での光量損失に伴う発熱量にもばらつきが生じることになる。このため、光量損失が最も大きい場合に内視鏡先端部に許容される上限温度を超えないようにしなければならない。したがって、照明光の光量の増大が制限され、あるいは光量を大きくするために光量損失のより小さな照明レンズが求められなど設計上の制約を生じさせるという問題もあった。
【００１２】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、被観察部位に照射される照明光の光強度のばらつきを低減することができる内視鏡用照明光学系及び照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の内視鏡用照明光学系では、照明光が入射される円形のガイド入射面を有し、ガイド入射面に入射される照明光を内視鏡先端部に導くライトガイドと、光源部と前記ライトガイドとの間に配され、光源部からの集光された照明光がロッド入射面に入射され、入射した照明光を反射しながらロッド射出面に導光して射出する円柱形状の透光性ロッドとを備え、前記ガイド入射面の直径をｄ、前記透光性ロッドの直径をＤ、ロッド入射面における照明光の光強度の半値全幅をＦｗ、ロッド入射面に対して想定される径方向での照明光の入射位置の最大ずれ量をＡとしたときに、「Ｄ≒Ｆｗ＋２・Ａ」、及び「Ｄ＞ｄ」を満たすようにしたものである。
【００１４】
前記透光性ロッドは、入射した照明光を全反射させながらロッド射出面に導光するのが好ましい。
【００１５】
また、前記透光性ロッドは、その周面に空気が接し、空気との屈折率の差により、照明光を全反射することが好ましい。
【００１６】
また、前記ロッド射出面に前記ガイド入射面が密着して配されることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の内視鏡用照明装置では、照明光の光源と、前記光源からの照明光を集光する集光光学系と、前記集光光学系で集光された照明光がロッド入射面に入射され、入射した照明光を反射しながらロッド射出面に導光して射出する円柱形状の透光性ロッドと、円形のガイド入射面を有し、前記透光性ロッドからの照明光が前記ガイド入射面に入射されて照明光を内視鏡先端部に導くライトガイドと、内視鏡先端部に配され、前記ライトガイドからの照明光が入射されて被観察部位に照明光を照射する照明レンズとを備え、前記ガイド入射面の直径をｄ、前記透光性ロッドの直径をＤ、ロッド入射面における照明光の光強度の半値全幅をＦｗ、ロッド入射面に対して想定される径方向での照明光の入射位置の最大ずれ量をＡとしたときに、「Ｄ≒Ｆｗ＋２・Ａ」、及び「Ｄ＞ｄ」を満たすようにしたものである。
【００１８】
前記集光光学系は、前記光源からの照明光を略平行光にするパラボラミラーと、パラボラミラーからの照明光を前記ロッド入射面に集光させる集光レンズとから構成することが好ましい。
【００１９】
また、前記光源と前記集光光学系が、光源装置の筐体内に内蔵され、前記透光性ロッドが、前記ロッド射出面に前記ガイド入射面が密着させて前記ライトガイドが連結された状態で前記筐体に装着されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、光源部とライトガイドとの間に配した透光性ロッドのロッド入射面に光源部からの集光された照明光を入射し、透光性ロッドの内部で照明光を反射しながらロッド射出面に導光し、この照明光をライトガイドに入射するようにし、ガイド入射面の直径をｄ、透光性ロッドの直径をＤ、ロッド入射面における照明光の光強度の半値全幅をＦ、ロッド入射面に対して想定される径方向での照明光の入射位置の最大ずれ量をＡとしたときに、「Ｄ≒Ｆｗ＋２・Ａ」、及び「Ｄ＞ｄ」を満たすようにしたから、光量損失を大きくすることなく、光強度のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】内視鏡システムの概略図である。
【図２】照明光学系の概略を示す説明図である。
【図３】ガイド入射面における各ファイバ束の入射領域を示す説明図である。
【図４】カプラーに組み付けたライトガイドとガラスロッドを示す断面図である。
【図５】ガラスロッドの直径と光強度のばらつき度の関係を示すグラフである。
【図６】ガラスロッドの直径と光量の関係を示すグラフである。
【図７】ガラスロッドに入射する光強度及び射出される光強度の分布の一例を示すグラフである。
【図８】Ｘｅランプによる光強度分布の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１において、内視鏡システム１０は、電子内視鏡１１、プロセッサ装置１２、及び光源装置１４からなる。電子内視鏡１１は、被検体内に挿入される可撓性の挿入部１６と、挿入部１６の基端部に設けられ、電子内視鏡１１の把持及び挿入部１６の操作に用いられる操作部１７と、操作部１７をプロセッサ装置１２及び光源装置１４にそれぞれ接続するユニバーサルコード１８とを備えている。挿入部１６の先端部（内視鏡先端部）１６ａには、対物光学系や撮像素子、照明レンズ１９（図２参照）等が内蔵されている。また、先端部１６ａの後端には、湾曲自在な湾曲部１６ｂが設けられている。
【００２３】
操作部１７には、アングルノブ２２、操作ボタン２３、鉗子入口２４が設けられている。アングルノブ２２は、挿入部１６の湾曲方向及び湾曲量を調整する際に回転操作される。操作ボタン２３は、送気・送水や吸引等の各種の操作に用いられる。鉗子入口２４は挿入部１６内に挿通された鉗子チャネルに連通している。ユニバーサルコード１８には、送気・送水チャンネル、信号ケーブル，ライトガイド２７（図２参照）などが通されている。
【００２４】
プロセッサ装置１２は、電子内視鏡１１及び光源装置１４と電気的に接続され、電子内視鏡システム１０の動作を統括的に制御する。このプロセッサ装置１２は、ユニバーサルコード１８や挿入部１６内に挿通された信号ケーブルを介して先端部１６ａの撮像素子の駆動を制御する。また、プロセッサ装置１２は、信号ケーブルを介して撮像素子から出力された撮像信号を取得し、各種画像処理を施してモニタ２８に撮像画像を表示する。
【００２５】
光源装置１４は、プロセッサ装置１２の制御の下で被観察部位に照射される照明光の制御を行うものであり、その筐体１４ａ内に照明光学系３０を構成する光源部３１（いずれも図２参照）や、光源部３１を駆動・制御するための各種回路などが内蔵されている。
【００２６】
図２に示すように、照明光学系３０は、上述のように先端部１６ａに配された照明レンズ１９や光源装置１４内に配された光源部３１の他、ライトガイドユニット３２を有する。光源部３１は、光源としてのＸｅランプ３３，パラボラミラー３４，集光レンズ３５などで構成される。また、ライトガイドユニット３２は、その入射端部３２ａが光源装置１４の筐体１４ａに差し込まれて、その入射端部３２ａが光源装置１４の内部に露呈される。入射端部３２ａには、光源部３１側から順番にカバーガラス３６、ガラスロッド３７、ライトガイド２７のガイド入射面２７ａが配されている。
【００２７】
光源部３１は、Ｘｅランプ３３からの照明光をカバーガラス３６を介してガラスロッド３７に入射する。Ｘｅランプ３３は、周知のように電極間で放電を行って照明光を放出する。なお、光源としては、Ｘｅランプ３３に限らず、各種ランプやＬＥＤ等を利用できる。また、観察内容等に応じて光源の種類や照明光の色や波長を適宜決めることできる。さらには、特定の波長や波長域の照明光を得るためにバンドパスフィルタなどの光学フィルタを設けてもよい。
【００２８】
パラボラミラー３４は、Ｘｅランプ３３からの照明光を反射することによってほぼ平行光として集光レンズ３５に入射する。集光レンズ３５は、照明光を屈折することにより照明光を集光してガラスロッド３７に入射する。なお、光源部３１は、上記の構成に限らない。例えば、Ｘｅランプ３３と凹面鏡から構成し、凹面鏡によって照明光を集光して入射させてもよい。
【００２９】
ガラスロッド３７は、被観察部位に照射される照明光の光強度のバラツキを低減するための透光性ロッドであり、ライトガイド２７と光源部３１との間に配されている。ガイド入射面２７ａには、ガラスロッド３７を介して照明光が入射される。ガイド入射面２７ａからライトガイド２７内に入射した照明光は、このライトガイド２７によって先端部１６ａにまで導かれる。
【００３０】
ライトガイド２７は、一対のファイバ束３８からなる。これら各ファイバ束３８は、いずれも多数の光ファイバ(ファイバー素線)で構成され、光源装置１３側で１本に円柱形状にまとめられ、１つのガイド入射面２７ａを形成している。ガイド入射面２７ａは、図３に示すように、円形にされ、各ファイバ束３８に対応した一対の入射領域３８ａに２分されている。
【００３１】
ライトガイド２７は、１本にまとめられた状態でユニバーサルコード１８及び挿入部１６の内部を通され、先端部１６ａ内でファイバ束ごとに２本に分岐されている。先端部１６ａ内に配された各ファイバ束３８のガイド射出面３８ｂの前面には、照明レンズ１９がそれぞれ配されており、各ガイド射出面３８ｂからの照明光は、それぞれ対応する照明レンズ１９を介して被観察部位に照射される。
【００３２】
図４に示すように、ライトガイド２７とガラスロッド３７とは、カプラー４０によって連結されている。カプラー４０は、略円柱形状のソケット部材４１とプラグ部材４２とからなり、ソケット部材４１の中空部内にカバーガラス３６とガラスロッド３７とが、プラグ部材４２の中空部内にライトガイド２７の入射面２７ａ側の端部がそれぞれ保持されている。
【００３３】
透光性ロッドとしてのガラスロッド３７は、透明なガラスを円柱形にしたものであり、両端に円形のロッド入射面３７ａとロッド射出面３７ｂとを有する。ロッド入射面３７ａ，ロッド射出面３７ｂは、ガラスロッド３７の軸心と直交している。このガラスロッド３７は、ロッドホルダー４３に保持され、このロッドホルダー４３をソケット部材４１の中空部内に固定することで、その中空部内に配される。
【００３４】
上記ガラスロッド３７は、照明光の光強度を均一にする機能を有するとともに、次の式（１），（２）をそれぞれ満すようにされている。
Ｄ≒Ｆｗ＋２・Ａ ・・・（１）
Ｄ＞ｄ ・・・（２）
【００３５】
上記式（１），（２）中の値Ｄは、ガラスロッド３７の直径であり、値ｄは、ライトガイド２７（ガイド入射面２７ａ）の直径である。値Ｆｗは、ロッド入射面３７ａにおける照明光の光強度の半値全幅であって、集光レンズ３５によって集光された照明光の光強度がそのピークの１／２となる位置での光束の直径である。値Ａは、ロッド入射面３７ａに対する光源部３１からの照明光の入射位置精度であって、ロッド入射面３７ａに対して想定されるその径方向での照明光の入射位置の最大ずれ量（誤差）である。このずれ量は、例えばロッド入射面３７ａの中心に対する照明光の光強度のピークが入射する位置のずれとして求めることができる。
【００３６】
この例では、ライトガイド２７の直径ｄは２ｍｍ、半値全幅Ｆｗが２ｍｍ、入射位置精度Ａが±０．５ｍｍであるため、ガラスロッド３７の直径Ｄを３ｍｍとすることにより、式（１），（２）を満たすようにしている。
【００３７】
ガラスロッド３７は、ロッド入射面３７ａから内部に入射した照明光を周面で反射させながらロッド射出面３７ｂに進ませることにより、ロッド射出面３７ｂから射出される照明光の光強度を均一にしている。ロッドホルダー４３は、ガラスロッド３７の両端部の周面だけに接触して保持することによって、ガラスロッド３７のほぼ全周面に空気層を形成する。これにより、ガラスロッド３７内で照明光を全反射させ、反射による照明光の強度の減衰を小さくしている。
【００３８】
ガラスロッド３７は、それを長くするほど光強度を均一にする効果が高くなるが、ロッド射出面３７ｂに達するまでの照明光の反射回数が多くなり照明光の減衰が大きくなる。このため、ガラスロッド３７の長さは直径の５〜１５倍程度とすることが好ましい。この例では、ガラスロッド３７の長さを、２１ｍｍとして直径の７倍としている。
【００３９】
カバーガラス３６は、傷付きや薬液等からガラスロッド３７を保護するために設けられている。このカバーガラス３６は、各面がガラスロッド３７の軸心と直交する平板形状であり、ソケット部材４１の光源部３１側端部に固定され、一方の面がロッド入射面３７ａに密着し、他方の面を光源部３１側に露呈している。
【００４０】
ライトガイド２７は、周面がシース４４に覆われた状態で、その入射端部がプラグ部材４２の中空部内に保持されている。ガイド入射面２７ａは、プラグ部材４２の先端面と面一にされてその先端面から露呈されている。
【００４１】
プラグ部材４２は、その先端部の周囲に雄ねじが形成され、それをソケット部材４１の中空部内周面に形成された雌ねじに螺合することによって、ソケット部材４１に連結される。この連結により、ライトガイド２７とガラスロッド３７とは、それら軸心が互いに平行な状態で、ガイド入射面２７ａがロッド射出面３７ｂに突き当てられて密着した状態に組み付けられる。また、ガイド入射面２７ａがロッド射出面３７ｂからはみ出でることがない状態とされる。なお、符号４６は、ソケット部材４１とプラグ部材４２との隙間から薬液等の侵入を防止するためのＯリングである。
【００４２】
ロッド射出面３７ｂから射出される照明光の光強度（以下、ロッド射出強度という）は、ガラスロッド３７の内部での損失を無視すれば、ロッド入射面３７ａに入射する照明光の光強度（以下、ロッド入射強度という）を平均したものとなる。照明光をガラスロッド３７に入射させる場合、Ｘｅランプ３３のアーク位置のばらつきや、各部の組み付け精度などの各種の要因によって、ロッド入射面３７ａに対する照明光の入射位置（以下、ロッド入射位置という）がずれてしまうことは否めない。また、Ｘｅランプ３３からの照明光は、光束の径方向に山型に広がった光強度分布を有している。このため、ロッド入射位置がずれると、ロッド入射強度をロッド入射面３７ａの面積で積分した入射強度積分値が変化するためロッド射出強度が増減する。
【００４３】
直径Ｄを大きくした場合、ロッド入射面３７ａの径方向にロッド入射位置が多少ずれても入射強度積分値の変化が小さくなるから、ロッド射出強度の増減量も小さくできる。結果としてロッド入射位置のばらつきにともなう被観察部位に照射される照明光の光強度のばらつきを低減することができる。
【００４４】
ところで、ガラスロッド３７の直径Ｄが特定の直径となると、照明光の光強度分布に対して十分な大きさになるため、ロッド射出強度のばらつきの改善効果はほとんど向上しない状態となり、その特定の直径が上記式（１）によって求められるものであることが導き出された。
【００４５】
図５は、ガラスロッド３７の直径Ｄを増大させて場合におけるロッド射出強度のばらつき度Ｂの変化の一例を示している。図５は、本実施例と同じく、照明光の入射位置精度Ａ、すなわちロッド入射位置の最大ずれ量が０．５ｍｍ、照明光の半値全幅Ｆｗが２ｍｍとなる条件の下で、ガラスロッド３７の直径Ｄをライトガイド２７の直径ｄと同じ２ｍｍから増大させたときのばらつき度の変化を表している。ばらつき度Ｂは、下記の式（３）により求めたものである。なお、式（３）中の「Ｌ０ｍａｘ」，「Ｌ０ｍｉｎ」は、ガラスロッド３７の直径が２ｍｍのときの最大のロッド射出強度，最小のロッド射出強度である。また、「Ｌｍａｘ」，「Ｌｍｉｎ」は、任意の直径Ｄにおける最大のロッド射出強度，最小のロッド射出強度である。ガラスロッド３７の直径が２ｍｍのとき、ロッド射出強度（相対光強度）は、最小時が「１．００」、最大時が「１．９６」であった。
Ｂ＝（Ｌｍａｘ／Ｌｍｉｎ）／（Ｌ０ｍａｘ／Ｌ０ｍｉｎ）×１００（％）
・・・・（３）
【００４６】
一方で、ライトガイド２７の直径ｄを一定にしたまま、ガラスロッド３７の直径Ｄを増大していくと、ガイド入射面２７ａに対するロッド射出面３７ｂの面積差が増大する。このため、図６のように、直径Ｄの増大にともない、ガイド射面２７ａに入射しない照明光が多くなり、照明光の光量損失が大きくなる。
【００４７】
なお、図６では、ガラスロッド３７からライトガイド２７に入射する光量を、ガラスロッド３７の直径Ｄをライトガイド２７の直径ｄと同じ２ｍｍとしときのライトガイド２７に入射する光量を１００％として示している。
【００４８】
以上のように、ガラスロッド３７の直径Ｄを特定の直径より大きくしても、照明光の光量失が大きくなるが、ばらつきの低減効果が向上しないことから、ガラスロッド３７の直径Ｄを特定の径とすることにより、必要以上に損失を大きくすることなく、光強度のばらつきを低減する最大の効果を得ることができる。一方、光強度のばらつきを低減するために少なからず光量損失が生じるが、撮像素子の感度調整や光源部３１から光量調整により十分に対応することが可能となる。
【００４９】
また、ライトガイド２７に連結するガラスロッド３７によって、光強度のばらつきを低減するため、光源装置１４の改良等は必要なく、電子内視鏡１１側のライトガイド２７の一端の改良により実施できるので、既存機器の改良の点でも有利な構成となっている。
【００５０】
次に上記構成の作用について説明する。Ｘｅランプ３３が点灯されると、そのＸｅランプ３３からの照明光がロッド入射面３７ａに入射する。このロッド入射面３７ａからガラスロッド３７の内部に入った照明光は、その周面で全反射を繰り返しながらロッド射出面３７ｂに進み、ロッド射出面３７ｂから射出される。
【００５１】
照明光の光強度分布の変化の一例を示す図７において、ロッド入射面３７ａに入射する照明光は、破線で示すように、径方向に対して光強度が不均一であり山型な分布をしているが、前述のように反射を繰り返しながらガラスロッド３７を通ることにより、ロッド射出面３７ｂから射出される照明光は、実線で示すように、その光強度の不均一が改善されている。
【００５２】
ロッド射出面３７ｂのうちガイド入射面２７ａが密着している部分から射出された照明光は、そのガイド入射面２７ａに入射し、他の部分から射出される照明光はライトガイド２７に入射しない。このようにガラスロッド３７から射出される一部の照明光は、ライトガイド２７に入射しないため損失になるが、ガラスロッド３７による光強度のばらつきの低減効果に必要とする以上の損失とはならない。
【００５３】
ロッド射出面３７ｂからガイド入射面２７ａに入射する照明光のうちの半分は、一方の入射領域３８ａに入射し、残りの半分が他方の入射領域３８ａに入射する。各入射領域３８ａに入射した照明光はそれぞれファイバ束３８を通り先端部１６ａに導かれて各ガイド射出面２７ｂから射出される。そして、各ガイド射出面３8ｂから対応する照明レンズ１９を通して被観察部位に照射される。
【００５４】
このように、各々のファイバ束３８には、均一で同じ光強度の照明光が入射され、その照明光がそれぞれファイバ束３８を通って照明レンズ１９を介して照射されるから、いずれの照明レンズ１９からも光強度が均一な照明光で被観察部位が照明され、しかもどちらの照明光の光強度も同じになっている。
【００５５】
ところで、光源装置１４や電子内視鏡１１の個体ごと、あるいはそれらの組み合わせの違いによって、ガラスロッド３７に対する照明光の入射位置が変化し、照明レンズ１９から照射される照明光の光強度の違いになる。しかしながら、ガラスロッド３７の直径Ｄが上記式（１），（２）を満たすようにしているので、ガラスロッド３７に対する照明光の入射位置がばらついても、ガイド入射面２７ａに入射する照明光は、光強度がほぼ均一であると同時に、それにともなう光強度のばらつきは小さい。したがって、光源装置１４や電子内視鏡１１の個体ごと、あるいはそれらの組み合わせの違いがあっても、照明レンズ１９から照射される照明光の光強度に大きな違いは生じることがない。また、照明光の光強度に大きな違いが生じることがないので、先端部１６ａ内での光量損失に伴う発熱量のばらつきも小さい。
【００５６】
上記実施形態では、透光性ロッドをガラス製としたが、透光性ロッドの材質は、これに限るものではなく、アクリル樹脂などのプラスチック製などとしてもよい。また、透光性ロッドとしては、互いに屈折率の異なるコアと、このコアの周囲に形成されたクラッドからなる光ファイバであってもよい。この場合、コアに入射した光をクラッドとの境界面で全反射させるので、周面に接した空気層を形成する必要がなくなる。また、この光ファイバを用いた場合、コアの直径を「Ｄ」として、式（１），（２）を満たすようにする。
【符号の説明】
【００５７】
１１ 電子内視鏡
２７ ライトガイド
３０ 照明光学系
３１ 光源部
３２ 光源部
３３ Ｘｅランプ
３４ パラボラミラー
３５ 集光レンズ
３７ ガラスロッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光が入射される円形のガイド入射面を有し、ガイド入射面に入射される照明光を内視鏡先端部に導くライトガイドと、
光源部と前記ライトガイドとの間に配され、光源部からの集光された照明光がロッド入射面に入射され、入射した照明光を反射しながらロッド射出面に導光して射出する円柱形状の透光性ロッドとを備え、
前記ガイド入射面の直径をｄ、前記透光性ロッドの直径をＤ、ロッド入射面における照明光の光強度の半値全幅をＦｗ、ロッド入射面に対して想定される径方向での照明光の入射位置の最大ずれ量をＡとしたときに、
Ｄ≒Ｆｗ＋２・Ａ
及び、
Ｄ＞ｄ
を満たすことを特徴とする内視鏡用照明光学系。
【請求項２】
前記透光性ロッドは、入射した照明光を全反射させながらロッド射出面に導光することを特徴とする請求項１記載の内視鏡用照明光学系。
【請求項３】
前記透光性ロッドは、その周面に空気が接し、空気との屈折率の差により、照明光を全反射することを特徴とする請求項２記載の内視鏡用照明光学系。
【請求項４】
前記ロッド射出面に前記ガイド入射面が密着して配されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内視鏡用照明光学系。
【請求項５】
照明光の光源と、
前記光源からの照明光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系で集光された照明光がロッド入射面に入射され、入射した照明光を反射しながらロッド射出面に導光して射出する円柱形状の透光性ロッドと、
円形のガイド入射面を有し、前記透光性ロッドからの照明光が前記ガイド入射面に入射されて照明光を内視鏡先端部に導くライトガイドと、
内視鏡先端部に配され、前記ライトガイドからの照明光が入射されて被観察部位に照明光を照射する照明レンズとを備え、
前記ガイド入射面の直径をｄ、前記透光性ロッドの直径をＤ、ロッド入射面における照明光の光強度の半値全幅をＦｗ、ロッド入射面に対して想定される径方向での照明光の入射位置の最大ずれ量をＡとしたときに、
Ｄ≒Ｆｗ＋２・Ａ
及び
Ｄ＞ｄ
を満たすことを特徴とする内視鏡用照明装置。
【請求項６】
前記集光光学系は、前記光源からの照明光を略平行光にするパラボラミラーと、パラボラミラーからの照明光を前記ロッド入射面に集光させる集光レンズとから構成されることを特徴とする請求項５記載の内視鏡用照明装置。
【請求項７】
前記光源と前記集光光学系は、光源装置の筐体内に内蔵され、
前記透光性ロッドは、前記ロッド射出面に前記ガイド入射面が密着させて前記ライトガイドが連結された状態で前記筐体に装着されることを特徴とする請求項５または６記載の内視鏡用照明装置。
【請求項１】
照明光が入射される円形のガイド入射面を有し、ガイド入射面に入射される照明光を内視鏡先端部に導くライトガイドと、
光源部と前記ライトガイドとの間に配され、光源部からの集光された照明光がロッド入射面に入射され、入射した照明光を反射しながらロッド射出面に導光して射出する円柱形状の透光性ロッドとを備え、
前記ガイド入射面の直径をｄ、前記透光性ロッドの直径をＤ、ロッド入射面における照明光の光強度の半値全幅をＦｗ、ロッド入射面に対して想定される径方向での照明光の入射位置の最大ずれ量をＡとしたときに、
Ｄ≒Ｆｗ＋２・Ａ
及び、
Ｄ＞ｄ
を満たすことを特徴とする内視鏡用照明光学系。
【請求項２】
前記透光性ロッドは、入射した照明光を全反射させながらロッド射出面に導光することを特徴とする請求項１記載の内視鏡用照明光学系。
【請求項３】
前記透光性ロッドは、その周面に空気が接し、空気との屈折率の差により、照明光を全反射することを特徴とする請求項２記載の内視鏡用照明光学系。
【請求項４】
前記ロッド射出面に前記ガイド入射面が密着して配されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内視鏡用照明光学系。
【請求項５】
照明光の光源と、
前記光源からの照明光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系で集光された照明光がロッド入射面に入射され、入射した照明光を反射しながらロッド射出面に導光して射出する円柱形状の透光性ロッドと、
円形のガイド入射面を有し、前記透光性ロッドからの照明光が前記ガイド入射面に入射されて照明光を内視鏡先端部に導くライトガイドと、
内視鏡先端部に配され、前記ライトガイドからの照明光が入射されて被観察部位に照明光を照射する照明レンズとを備え、
前記ガイド入射面の直径をｄ、前記透光性ロッドの直径をＤ、ロッド入射面における照明光の光強度の半値全幅をＦｗ、ロッド入射面に対して想定される径方向での照明光の入射位置の最大ずれ量をＡとしたときに、
Ｄ≒Ｆｗ＋２・Ａ
及び
Ｄ＞ｄ
を満たすことを特徴とする内視鏡用照明装置。
【請求項６】
前記集光光学系は、前記光源からの照明光を略平行光にするパラボラミラーと、パラボラミラーからの照明光を前記ロッド入射面に集光させる集光レンズとから構成されることを特徴とする請求項５記載の内視鏡用照明装置。
【請求項７】
前記光源と前記集光光学系は、光源装置の筐体内に内蔵され、
前記透光性ロッドは、前記ロッド射出面に前記ガイド入射面が密着させて前記ライトガイドが連結された状態で前記筐体に装着されることを特徴とする請求項５または６記載の内視鏡用照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−７５０２７（Ｐ２０１３−７５０２７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６６７７（Ｐ２０１１−２１６６７７）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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