電子内視鏡
【課題】照明光としての短波長の光を十分な光量で照射することが可能であり、且つ先端部の細径化を図ることができる。
【解決手段】電子内視鏡に設けられた先端部１６ａは、撮像部３６及び光源部３７が組み込まれている。撮像部３６は、対物光学系ユニット３４、プリズム３８、ＣＣＤ３９を備える。対物光学系ユニット３４の対物光学系２７は、光軸が先端部１６ａの挿入方向と平行に配される。ＣＣＤ３９は挿入方向と平行に配される。プリズム３８は、対物光学系２７によって取り込まれた被検体内の像光をＣＣＤ３９に結像させる。プリズム３８に対して先端部１６ａの挿入方向における基端側に青色光を発する半導体光源４５を配置し、半導体光源４５からの青色光を照明レンズ２８に光ファイバ束３３で導いている。
【解決手段】電子内視鏡に設けられた先端部１６ａは、撮像部３６及び光源部３７が組み込まれている。撮像部３６は、対物光学系ユニット３４、プリズム３８、ＣＣＤ３９を備える。対物光学系ユニット３４の対物光学系２７は、光軸が先端部１６ａの挿入方向と平行に配される。ＣＣＤ３９は挿入方向と平行に配される。プリズム３８は、対物光学系２７によって取り込まれた被検体内の像光をＣＣＤ３９に結像させる。プリズム３８に対して先端部１６ａの挿入方向における基端側に青色光を発する半導体光源４５を配置し、半導体光源４５からの青色光を照明レンズ２８に光ファイバ束３３で導いている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内を観察する電子内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野では、電子内視鏡を用いた診断や治療が数多く行われている。電子内視鏡は、被検体内に挿入される挿入部の先端部に、被検体内の像光を取り込むための対物光学系と、対物光学系により取り込んだ像光が結像される撮像素子と、被検体内へ照明光を照射するための照明光学系とを備えている。
【０００３】
医療用の電子内視鏡では、生体組織内の血管の異常構造などを観察する場合、周辺部位に対して血管を強調した観察画像を取得することが求められる。血液成分であるヘモグロビンは青色光の吸収率が高く、赤色光の吸収率が低い。すなわち、青色光は表層で吸収されるが、赤色光は血管の内部にまで深達して散乱する。よって、血管と周辺部位とのコントラストを大きくして観察するためには、照明光学系からより多くの青色光を被検体に照射することが必要である。
【０００４】
従来の電子内視鏡では、挿入部及び手元操作部などの内部を通って配された光ファイバ束が設けられ、この光ファイバ束が電子内視鏡の外部に配置された光源から発する青色光を導く（例えば、特許文献１）。なお、光ファイバ束としては、ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：開口数）がなるべく大きいものを用いる。ＮＡが大きい光ファイバ束は、光の照射角が大きいため、被検体内を広い範囲で照明することができる。また、特許文献２に記載されている電子内視鏡では、挿入部の先端部に青色光を発する光源としてのＬＥＤなどの半導体光源を設け、このＬＥＤが発する青色光を被検体へ照射する。
【０００５】
一方、電子内視鏡では、挿入時における患者の負担を減らすために、先端部のさらなる細径化が求められている。そこで、特許文献３記載の電子内視鏡のように、対物光学系の光軸を挿入部の軸方向（挿入方向）と平行に配置し、且つ撮像素子を対物光学系の光軸と平行に配置し、対物光学系により取り込まれた像光の光路を屈折させて、撮像素子の受光面へ入射させるプリズムを対物光学系の後端部に設ける。これにより、面積の大きい撮像素子を挿入部の軸方向と平行に配置することができるので、先端部の内部スペースに効率良く部品を配置して小径化に寄与することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１７０００９号公報
【特許文献２】特開２００９−２９７２９０号公報
【特許文献３】特開２００２−１３６４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１記載の電子内視鏡のように、外部の光源から供給された光を光ファイバからなるライトガイドで導くと、伝達損失により光量の減衰が大きく、特に短波長の光は、光ファイバの寸法が長い程減衰率が大きくなる。また、全長の長い光ファイバで十分な光量を得ようとすると、大出力の半導体光源を備えることが必要となり、コスト面及び安全性の面で好ましくない。さらに、ＮＡの大きい光ファイバを用いた場合、光源から先端部まで導く距離が長いと、内部で反射する回数が増加するため、短波長の光の減衰が顕著になる。
【０００８】
また、上記特許文献２のように先端部に光源を設ける電子内視鏡では、先端付近には光源とともに、対物光学系などが配されており、対物光学系と光源とを並べて配置すると、先端部の細径化を妨げることになる。さらにまた、小型且つ十分な光量が得られるＬＥＤは高価であり、電子内視鏡のローコスト化の妨げとなる。なお、特許文献３では、短波長の照明を照射するために電子内視鏡に光源を配置すること、あるいは光ファイバで照明光を導く際の減衰などは考慮されていない。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、挿入部の先端部内において、照明光としての短波長の光を十分な光量で照射することが可能であり、且つ先端部の細径化を図ることを可能とする電子内視鏡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】
【００１０】
本発明の電子内視鏡は、被検体内に挿入される挿入部の先端部に設けられ、前記先端部の内部且つ前記挿入部の挿入方向と平行に配された撮像素子と、前記先端部の先端面から露呈する位置で、且つ前記挿入方向と平行に配設され、被検体内の像光を取り込んで観察を行うための対物光学系と、前記対物光学系が取り込んだ像光を屈折させて前記撮像素子に結像させるための光路変換部材と、前記先端部の内部で、前記光路変換部材に対して前記挿入方向における基端側に配され、短波長の光を発する光源と、前記先端面から被検体内へ照明光を照射するための照明光学系と、前記光源からの光を前記照明光学系に導く光ファイバ束とからなることを特徴とする。
【００１１】
前記光源は、半導体光源であることが好ましい。前記光ファイバ束は、ＮＡが０．５以上であることが好ましい。
【００１２】
前記光源が発する短波長の光は、波長が５５０ｎｍ以下の青色光であることが好ましい。
【００１３】
前記光路変換部材は、プリズムであることが好ましい。前記光路変換部材の基端側、且つ前記光ファイバ束と前記光源との間に、前記光源からの光を前記光ファイバ束に集光させるための集光部材を設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、対物光学系が取り込んだ像光を屈折させて撮像素子に結像させるための光路変換部材の基端側に、短波長の光を発する光源を配し、この光源からの光を光ファイバで照明光学系に導いているので、血管と周辺部位とのコントラストが大きい観察画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電子内視鏡システムの外観斜視図である。
【図２】電子内視鏡の先端部の構成を示す斜視図である。
【図３】対物光学系及び照明光学系に沿って切断した先端部の断面図である。
【図４】ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。
【図５】光ファイバの減衰率を示すグラフである。
【図６】２つの照明光学系に導く光ファイバ束を備えた変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に示すように、電子内視鏡システム１０は、電子内視鏡１１、プロセッサ装置１２、送気・送水装置１３などから構成されている。送気・送水装置１３は、エアーの送気を行う周知の送気装置（ポンプなど）１３ａが内蔵され、外部に設けられた洗浄水タンク１３ｂに洗浄水を貯留する。電子内視鏡１１は、被検体内に挿入される挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に連設された手元操作部１７と、プロセッサ装置１２及び送気・送水装置１３に接続されるコネクタ１８と、手元操作部１７とコネクタ１８との間を繋ぐユニバーサルコード１９とを有する。
【００１７】
挿入部１６は、その先端に設けられ、被検体内撮像用の撮像素子としてのＣＣＤ型イメージセンサ（図３参照。以下、ＣＣＤという）３９等が内蔵された先端部１６ａと、先端部１６ａの基端に連設された湾曲自在な湾曲部１６ｂと、湾曲部１６ｂの基端に連設された可撓性を有する可撓管部１６ｃとからなる。
【００１８】
コネクタ１８は複合タイプのコネクタであり、プロセッサ装置１２、及び送気・送水装置１３がそれぞれ接続される。手元操作部１７には、湾曲部１６ｂを上下左右に湾曲させるためのアングルノブ２１や、送気・送水ノズル３０（図２参照）からエアー、水を噴出させるための送気・送水ボタン２２といった操作部材が設けられている。また、手元操作部１７には、鉗子チャンネル（図示せず）に電気メス等の処置具を挿入するための鉗子入口２３が設けられている。
【００１９】
プロセッサ装置１２は、電子内視鏡システム１０の動作を統括的に制御する。プロセッサ装置１２は、ユニバーサルコード１９や挿入部１６内に挿通された撮像素子用ケーブル４３及び光源用ケーブル５１（図３参照）を介して電子内視鏡１１に給電を行い、ＣＣＤ３９及び半導体光源４５（図３参照）の駆動を制御する。また、プロセッサ装置１２は、撮像素子用ケーブル４３を介してＣＣＤ３９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画像データを生成する。プロセッサ装置１２で生成された画像データは、プロセッサ装置１２にケーブル接続されたモニタ２４に観察画像として表示される。
【００２０】
図２及び図３に示すように、先端部１６ａは、先端部本体２５、この先端部本体２５の先端側に固着される先端保護キャップ２６、対物光学系２７、照明光学系としての照明レンズ２８、鉗子出口２９、及び送気・送水ノズル３０を備える。先端部本体２５には、対物光学系ユニット３４や、光ファイバ束３３などの各部品を保持する貫通孔２５ａ，２５ｂが挿入部１６の軸方向に沿って形成されている。先端部本体２５の後端は、湾曲部１６ｂを構成する先端側の湾曲駒３１に連結されている。
【００２１】
先端保護キャップ２６は、先端部本体２５の先端側を覆う先端板部２６ａと、先端部本体２５の外周面を覆う円筒部２６ｂとからなる。湾曲部１６ｂの外周面を覆う外皮層３２が先端部本体２５まで延在し、外皮層３２の先端と円筒部２６ｂの後端とが突き合わされて端部同士が接着剤などにより固着されている。先端板部２６ａには、挿入部１６の軸方向（挿入方向）と直交する平坦状であり、先端側に位置する先端面２６ｃが形成されている。先端板部２６ａには、貫通孔２６ｄ〜２６ｆ、及び鉗子出口２９が形成されている。
【００２２】
対物光学系２７は、鏡筒３５とともに対物光学系ユニット３４を構成する。鏡筒３５は、対物光学系２７を保持する。対物光学系２７は、固定焦点型であり、挿入部１６の挿入方向と平行な方向に沿って光軸が配されている。対物光学系ユニット３４は、鏡筒３５の外周面が先端部本体２５の貫通孔２５ａに、最先端側のレンズ２７ａの外周面が先端保護キャップ２６の貫通孔２６ｄにそれぞれ嵌合し、鏡筒３５の先端面が先端保護キャップ２６に突き当たって取り付けられている。これにより、対物光学系２７は、レンズ２７ａが、貫通孔２６ｄから露呈する位置に配され、且つ光入射面となる表面が先端面２６ｃと同一面上に位置し、挿入方向と平行な方向からの像光を取り込む。
【００２３】
照明レンズ２８は、貫通孔２６ｅから露呈する位置に取り付けられ、且つ表面が先端面２６ｃと同一面上に位置する。照明レンズ２８の奥には、後述する光ファイバ束３３の出射端が面している。照明レンズ２８は、光ファイバ束３３によって導かれた照明光を対物光学系ユニット３４が像光を取り込む観察範囲に向かって照射する。
【００２４】
また、鉗子出口２９は、鉗子管路（図示せず）を介して手元操作部１７の鉗子入口２３に連通している。鉗子入口２３から挿入された各種処置具は、鉗子管路に導かれ、鉗子出口２９から先端を突出して処置を行うことができる。送気・送水ノズル３０は、貫通孔２６ｆから露呈するように設けられ、送気・送水装置１３から供給されたエアーや洗浄水を対物光学系２７に向けて噴射して、対物光学系２７に付着した汚れなどを洗い流すことができる。
【００２５】
先端部１６ａには、撮像部３６及び光源部３７が組み込まれている。撮像部３６は、対物光学系ユニット３４、プリズム３８（光路変換部材）、ＣＣＤ３９とを備える。ＣＣＤ３９は、先端部１６ａの内部、且つ先端部１６ａの挿入方向と平行、すなわち対物光学系ユニット３４の光軸方向と平行に配されている。このＣＣＤ３９は、先端部本体２５の内部に形成された収納部２５ｃに配されている。収納部２５ｃは、先端部本体２５の後端面から切り欠かれた形状の開口部であり、貫通孔２５ａ，２５ｂと連通する。
【００２６】
鏡筒３５の後端部には、プリズム３８が取り付けられている。プリズム３８は、４５°直角二等辺三角形のプリズムであり、直角と対向する斜面に入射光を反射させるミラー３８ａが形成されている。プリズム３８の出射面３８ｂには、カバーガラス４０が接続されている。
【００２７】
ＣＣＤ３９は、例えばインターライン型のＣＣＤからなり、撮像面（図示せず）が表面に設けられたベアチップが用いられる。ＣＣＤ３９の撮像面には、四角枠状のスペーサ４１を介してカバーガラス４０が取り付けられている。対物光学系２７によって取り込まれた被検体内の像光は、プリズム３８のミラー３８ａによって直角に屈折されてＣＣＤ３９の撮像面に結像され、撮像信号に変換される。
【００２８】
ＣＣＤ３９の基端面には、ＣＣＤ３９と略同等の厚さをもつ回路基板４２が接着されている。ＣＣＤ３９と回路基板４２とは電気的に接続されている。回路基板４２の後端部に形成された端子には、撮像素子用ケーブル４３が接続されている。撮像素子用ケーブル４３は、複数の信号線４３ａを束ね、束ねた信号線４３ａの上をチューブ４４で覆っている。各信号線４３ａは、ハンダ付けなどにより回路基板４２の端子に接続されている。撮像素子用ケーブル４３は、回路基板４２を介してＣＣＤ３９の基端側に配置されるので、プリズム３８の基端側には、スペース的に余裕がある。
【００２９】
プリズム３８に対して挿入方向における基端側であり、プリズム３８と対面する位置には、光源部３７が配置されている。光源部３７は、半導体光源４５が設けられた半導体基板４６と、集光レンズ４７と、レンズ枠４８と、支持片４９とからなる。半導体光源４５としては、ＬＥＤが使用される。
【００３０】
半導体基板４６には、接続端子５０が設けられている。接続端子５０には、ハンダ付けなどにより、光源用ケーブル５１が接続されている。光源用ケーブル５１は、撮像素子用ケーブル４３とともに束ねられる。
【００３１】
半導体光源４５は短波長の光である青色光を発し、具体的には、青色光として５５０ｎｍ以下の波長の光を発する。さらに、半導体光源４５が発する青色光としては、３５０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下の波長であることが好ましく、４００ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下の波長の光であることがさらに好ましい。図４に示すように、血液中のヘモグロビンは、照明光の波長によって吸光係数ｍＭｃｍ−１が変化する。なお、Ｈｂは酸化ヘモグロビンの吸光係数を示し、ＨｂＯ２は還元ヘモグロビンの吸光係数をそれぞれ示す。これらの吸光係数は、の大きさ（吸光度）を示しており、赤色光（７００ｎｍ以上）では吸収率が低く、上述した青色光（５５０ｎｍ以下）では吸収率が高いことが分かる。
【００３２】
集光レンズ４７は、光ファイバ束３３と半導体光源４５との間に配され、半導体光源４５が発する青色光を集光して光ファイバ束３３に導く。レンズ枠４８は、内部に集光レンズ４７を収納するとともに、基端側に半導体基板４６が固着される。
【００３３】
光ファイバ束３３は、多数の光ファイバ（例えば、石英からなる）を束ねており、外周面にチューブを被覆して形成されたものである。この光ファイバ束３３は、先端側が先端部本体２５に、基端部がレンズ枠４８にそれぞれ保持され、半導体光源４５からの青色光を照明レンズ２８に導く。この光ファイバ束３３としては、ＮＡが大きい光ファイバ束、好ましくは、ＮＡが０．５以上の光ファイバ束が使用される。
【００３４】
レンズ枠４８は、支持片４９に固着される。支持片４９は、フレキシブル基板５２により、回路基板４２と連結されている。これにより、回路基板４２と、レンズ枠４８とは、フレキシブル基板５２及び支持片４９を介して連結されており、軸方向の移動が規制される。軸方向の移動が規制されたレンズ枠４８と、レンズ枠４８に保持される集光レンズ４７及び半導体基板４６は、ＣＣＤ３９及び回路基板４２とともに先端部本体２５の収納部２５ｃに収納される。なお、集光レンズ４７及び半導体基板４６の取り付け構造としては、上記の構造に限らず、集光レンズ４７及び半導体基板４６を先端部本体２５の内部に配置できる取り付け構造であればよく、例えば、回路基板４２や、先端部本体２５にレンズ枠４８あるいは半導体基板４６を固定してもよい。
【００３５】
上述したように、ＣＣＤ３９を先端部１６ａの挿入方向と平行に配し、対物光学系２７によって取り込まれた被検体内の像光をＣＣＤ３９に結像させるためのプリズム３８を設け、このプリズム３８に対して先端部１６ａの挿入方向における基端側に青色光を発する半導体光源４５を配置し、半導体光源４５からの青色光を照明レンズ２８へ光ファイバ束３３で導いているので、光ファイバ束３３は、先端部１６ａの内部に収まり、寸法を短くすることができる。よって、半導体光源４５から発する青色光は伝達損失が少なく、電子内視鏡１１を用いて観察を行うとき、十分な青色光を被検体内に照射することができる。また、光ファイバ束３３は、短い寸法で青色光を導くため、０．５以上という大きいＮＡの光ファイバ束を用いることができる。ＮＡが大きい光ファイバ束３３では、十分な照射角を有するため、この光ファイバ束３３で青色光が導かれた照明レンズ２８は被検体に広い範囲で青色光を照射することができる。そして、照明レンズ２８から青色光の照明光が被検体内の観察範囲に照射されたとき、この観察範囲を撮像する撮像部３６では、血管と周辺部位とのコントラストが大きく、血管が強調された観察画像を取得してモニタ２４に表示することができる。
【００３６】
なお、従来の電子内視鏡では、約３ｍの光ファイバ束で外部の光源から挿入部先端部の照明光学系まで光を導いていため、伝達損失が大きかった。図５に示すように、長い光ファイバ束を用いた場合、短波長の光では減衰率が大きくなっている。Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、寸法がそれぞれ１ｍ，５ｍ，１０ｍの光ファイバ束を用いた場合の減衰率を示す。これらの光ファイバ束では、特に５５０ｎｍ以下の短波長の光は、減衰率が大きいことが分かる。本発明では、光ファイバ束３３を短い寸法で形成することができるため、このようなことがない。また、半導体光源４５としては、汎用の部品で十分な光量を得ることができるため、電子内視鏡のローコスト化を図ることができる。
【００３７】
また、先端部１６ａでは、スペースに余裕のあるプリズム３８の基端側に、半導体光源４５及び集光レンズ４７を配置しているので、先端部１６ａの内部スペースに効率良く部品を配置して小径化を図ることができる。また、大きいＮＡの光ファイバ束３３を用いているため、照明レンズ２８としては小径のサイズのものを使用することが可能であり、例えば、対物光学系２７の直径が３ｍｍであれば、光ファイバ束３８は約３０μｍの光ファイバを１０００〜６０００本束ねたもので直径が１．３ｍｍであり、照明レンズ２８は直径が１．５ｍｍのものであればよい。よって、さらなる先端部１６ａの小径化を図ることができる。
【００３８】
上記第１実施形態では、先端部１６ａに設けられた半導体光源４５から、１つの照明レンズ２８へ光を導く光ファイバ束３３を備える構成を上げているが、これに限らず、図６に示す先端部６０のように、半導体光源４５から２つの照明レンズ６１ａ，６１ｂへ向かって、途中で分岐された光ファイバ束６２ａ，６２ｂを用いてもよい。なお、図６においては、上記第１実施形態と同様の部品については、同符号を付して説明を省略する。
【００３９】
この第２実施形態では、先端部６０には、対物光学系２７を間に挟んで２つの照明レンズ６１ａ，６１ｂが設けられている。光ファイバ束６２ａ，６２ｂは、先端側が先端部本体２５に、基端部がレンズ枠４８にそれぞれ保持され、半導体光源４５からの青色光を照明レンズ６１ａ，６１ｂに導く。これにより、上記第１実施形態と同様に、光ファイバ束６２ａ，６２ｂの寸法を短くすることができる。光ファイバ束６２ａ，６２ｂとしては、上記実施形態と動揺に、ＮＡが大きい光ファイバ束、好ましくは、ＮＡが０．５以上の光ファイバ束が使用される。
【００４０】
上記実施形態では、半導体光源としてＬＥＤを用いているが、本発明はこれに限るものではなく、例えばＬＤでもよい。また、上記実施形態では、固定焦点型の対物光学系が先端部に設けられているが、これに限らず、対物光学系の一部を移動させて焦点を切り換える可変焦点型の対物光学系でもよい。また、上記実施形態では、対物光学系２７によって取り込まれた被検体内の像光をＣＣＤ３９に結像させる光路変換部材としてプリズム３８を設けているが、これに限らず、板状のミラーなどでもよい。さらにまた、上記実施形態では、被検体内の像光を撮像する撮像素子としてＣＣＤを用いているが、ＣＣＤに限らず、ＣＭＯＳでもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０ 電子内視鏡システム
１１ 電子内視鏡
１６ 挿入部
１６ａ，６０ 先端部
２８，６１ａ，６１ｂ 照明レンズ
２７ 対物光学系
３３，６２ａ，６２ｂ 光ファイバ束
４５ 半導体光源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内を観察する電子内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野では、電子内視鏡を用いた診断や治療が数多く行われている。電子内視鏡は、被検体内に挿入される挿入部の先端部に、被検体内の像光を取り込むための対物光学系と、対物光学系により取り込んだ像光が結像される撮像素子と、被検体内へ照明光を照射するための照明光学系とを備えている。
【０００３】
医療用の電子内視鏡では、生体組織内の血管の異常構造などを観察する場合、周辺部位に対して血管を強調した観察画像を取得することが求められる。血液成分であるヘモグロビンは青色光の吸収率が高く、赤色光の吸収率が低い。すなわち、青色光は表層で吸収されるが、赤色光は血管の内部にまで深達して散乱する。よって、血管と周辺部位とのコントラストを大きくして観察するためには、照明光学系からより多くの青色光を被検体に照射することが必要である。
【０００４】
従来の電子内視鏡では、挿入部及び手元操作部などの内部を通って配された光ファイバ束が設けられ、この光ファイバ束が電子内視鏡の外部に配置された光源から発する青色光を導く（例えば、特許文献１）。なお、光ファイバ束としては、ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：開口数）がなるべく大きいものを用いる。ＮＡが大きい光ファイバ束は、光の照射角が大きいため、被検体内を広い範囲で照明することができる。また、特許文献２に記載されている電子内視鏡では、挿入部の先端部に青色光を発する光源としてのＬＥＤなどの半導体光源を設け、このＬＥＤが発する青色光を被検体へ照射する。
【０００５】
一方、電子内視鏡では、挿入時における患者の負担を減らすために、先端部のさらなる細径化が求められている。そこで、特許文献３記載の電子内視鏡のように、対物光学系の光軸を挿入部の軸方向（挿入方向）と平行に配置し、且つ撮像素子を対物光学系の光軸と平行に配置し、対物光学系により取り込まれた像光の光路を屈折させて、撮像素子の受光面へ入射させるプリズムを対物光学系の後端部に設ける。これにより、面積の大きい撮像素子を挿入部の軸方向と平行に配置することができるので、先端部の内部スペースに効率良く部品を配置して小径化に寄与することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１７０００９号公報
【特許文献２】特開２００９−２９７２９０号公報
【特許文献３】特開２００２−１３６４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１記載の電子内視鏡のように、外部の光源から供給された光を光ファイバからなるライトガイドで導くと、伝達損失により光量の減衰が大きく、特に短波長の光は、光ファイバの寸法が長い程減衰率が大きくなる。また、全長の長い光ファイバで十分な光量を得ようとすると、大出力の半導体光源を備えることが必要となり、コスト面及び安全性の面で好ましくない。さらに、ＮＡの大きい光ファイバを用いた場合、光源から先端部まで導く距離が長いと、内部で反射する回数が増加するため、短波長の光の減衰が顕著になる。
【０００８】
また、上記特許文献２のように先端部に光源を設ける電子内視鏡では、先端付近には光源とともに、対物光学系などが配されており、対物光学系と光源とを並べて配置すると、先端部の細径化を妨げることになる。さらにまた、小型且つ十分な光量が得られるＬＥＤは高価であり、電子内視鏡のローコスト化の妨げとなる。なお、特許文献３では、短波長の照明を照射するために電子内視鏡に光源を配置すること、あるいは光ファイバで照明光を導く際の減衰などは考慮されていない。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、挿入部の先端部内において、照明光としての短波長の光を十分な光量で照射することが可能であり、且つ先端部の細径化を図ることを可能とする電子内視鏡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】
【００１０】
本発明の電子内視鏡は、被検体内に挿入される挿入部の先端部に設けられ、前記先端部の内部且つ前記挿入部の挿入方向と平行に配された撮像素子と、前記先端部の先端面から露呈する位置で、且つ前記挿入方向と平行に配設され、被検体内の像光を取り込んで観察を行うための対物光学系と、前記対物光学系が取り込んだ像光を屈折させて前記撮像素子に結像させるための光路変換部材と、前記先端部の内部で、前記光路変換部材に対して前記挿入方向における基端側に配され、短波長の光を発する光源と、前記先端面から被検体内へ照明光を照射するための照明光学系と、前記光源からの光を前記照明光学系に導く光ファイバ束とからなることを特徴とする。
【００１１】
前記光源は、半導体光源であることが好ましい。前記光ファイバ束は、ＮＡが０．５以上であることが好ましい。
【００１２】
前記光源が発する短波長の光は、波長が５５０ｎｍ以下の青色光であることが好ましい。
【００１３】
前記光路変換部材は、プリズムであることが好ましい。前記光路変換部材の基端側、且つ前記光ファイバ束と前記光源との間に、前記光源からの光を前記光ファイバ束に集光させるための集光部材を設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、対物光学系が取り込んだ像光を屈折させて撮像素子に結像させるための光路変換部材の基端側に、短波長の光を発する光源を配し、この光源からの光を光ファイバで照明光学系に導いているので、血管と周辺部位とのコントラストが大きい観察画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電子内視鏡システムの外観斜視図である。
【図２】電子内視鏡の先端部の構成を示す斜視図である。
【図３】対物光学系及び照明光学系に沿って切断した先端部の断面図である。
【図４】ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。
【図５】光ファイバの減衰率を示すグラフである。
【図６】２つの照明光学系に導く光ファイバ束を備えた変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に示すように、電子内視鏡システム１０は、電子内視鏡１１、プロセッサ装置１２、送気・送水装置１３などから構成されている。送気・送水装置１３は、エアーの送気を行う周知の送気装置（ポンプなど）１３ａが内蔵され、外部に設けられた洗浄水タンク１３ｂに洗浄水を貯留する。電子内視鏡１１は、被検体内に挿入される挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に連設された手元操作部１７と、プロセッサ装置１２及び送気・送水装置１３に接続されるコネクタ１８と、手元操作部１７とコネクタ１８との間を繋ぐユニバーサルコード１９とを有する。
【００１７】
挿入部１６は、その先端に設けられ、被検体内撮像用の撮像素子としてのＣＣＤ型イメージセンサ（図３参照。以下、ＣＣＤという）３９等が内蔵された先端部１６ａと、先端部１６ａの基端に連設された湾曲自在な湾曲部１６ｂと、湾曲部１６ｂの基端に連設された可撓性を有する可撓管部１６ｃとからなる。
【００１８】
コネクタ１８は複合タイプのコネクタであり、プロセッサ装置１２、及び送気・送水装置１３がそれぞれ接続される。手元操作部１７には、湾曲部１６ｂを上下左右に湾曲させるためのアングルノブ２１や、送気・送水ノズル３０（図２参照）からエアー、水を噴出させるための送気・送水ボタン２２といった操作部材が設けられている。また、手元操作部１７には、鉗子チャンネル（図示せず）に電気メス等の処置具を挿入するための鉗子入口２３が設けられている。
【００１９】
プロセッサ装置１２は、電子内視鏡システム１０の動作を統括的に制御する。プロセッサ装置１２は、ユニバーサルコード１９や挿入部１６内に挿通された撮像素子用ケーブル４３及び光源用ケーブル５１（図３参照）を介して電子内視鏡１１に給電を行い、ＣＣＤ３９及び半導体光源４５（図３参照）の駆動を制御する。また、プロセッサ装置１２は、撮像素子用ケーブル４３を介してＣＣＤ３９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画像データを生成する。プロセッサ装置１２で生成された画像データは、プロセッサ装置１２にケーブル接続されたモニタ２４に観察画像として表示される。
【００２０】
図２及び図３に示すように、先端部１６ａは、先端部本体２５、この先端部本体２５の先端側に固着される先端保護キャップ２６、対物光学系２７、照明光学系としての照明レンズ２８、鉗子出口２９、及び送気・送水ノズル３０を備える。先端部本体２５には、対物光学系ユニット３４や、光ファイバ束３３などの各部品を保持する貫通孔２５ａ，２５ｂが挿入部１６の軸方向に沿って形成されている。先端部本体２５の後端は、湾曲部１６ｂを構成する先端側の湾曲駒３１に連結されている。
【００２１】
先端保護キャップ２６は、先端部本体２５の先端側を覆う先端板部２６ａと、先端部本体２５の外周面を覆う円筒部２６ｂとからなる。湾曲部１６ｂの外周面を覆う外皮層３２が先端部本体２５まで延在し、外皮層３２の先端と円筒部２６ｂの後端とが突き合わされて端部同士が接着剤などにより固着されている。先端板部２６ａには、挿入部１６の軸方向（挿入方向）と直交する平坦状であり、先端側に位置する先端面２６ｃが形成されている。先端板部２６ａには、貫通孔２６ｄ〜２６ｆ、及び鉗子出口２９が形成されている。
【００２２】
対物光学系２７は、鏡筒３５とともに対物光学系ユニット３４を構成する。鏡筒３５は、対物光学系２７を保持する。対物光学系２７は、固定焦点型であり、挿入部１６の挿入方向と平行な方向に沿って光軸が配されている。対物光学系ユニット３４は、鏡筒３５の外周面が先端部本体２５の貫通孔２５ａに、最先端側のレンズ２７ａの外周面が先端保護キャップ２６の貫通孔２６ｄにそれぞれ嵌合し、鏡筒３５の先端面が先端保護キャップ２６に突き当たって取り付けられている。これにより、対物光学系２７は、レンズ２７ａが、貫通孔２６ｄから露呈する位置に配され、且つ光入射面となる表面が先端面２６ｃと同一面上に位置し、挿入方向と平行な方向からの像光を取り込む。
【００２３】
照明レンズ２８は、貫通孔２６ｅから露呈する位置に取り付けられ、且つ表面が先端面２６ｃと同一面上に位置する。照明レンズ２８の奥には、後述する光ファイバ束３３の出射端が面している。照明レンズ２８は、光ファイバ束３３によって導かれた照明光を対物光学系ユニット３４が像光を取り込む観察範囲に向かって照射する。
【００２４】
また、鉗子出口２９は、鉗子管路（図示せず）を介して手元操作部１７の鉗子入口２３に連通している。鉗子入口２３から挿入された各種処置具は、鉗子管路に導かれ、鉗子出口２９から先端を突出して処置を行うことができる。送気・送水ノズル３０は、貫通孔２６ｆから露呈するように設けられ、送気・送水装置１３から供給されたエアーや洗浄水を対物光学系２７に向けて噴射して、対物光学系２７に付着した汚れなどを洗い流すことができる。
【００２５】
先端部１６ａには、撮像部３６及び光源部３７が組み込まれている。撮像部３６は、対物光学系ユニット３４、プリズム３８（光路変換部材）、ＣＣＤ３９とを備える。ＣＣＤ３９は、先端部１６ａの内部、且つ先端部１６ａの挿入方向と平行、すなわち対物光学系ユニット３４の光軸方向と平行に配されている。このＣＣＤ３９は、先端部本体２５の内部に形成された収納部２５ｃに配されている。収納部２５ｃは、先端部本体２５の後端面から切り欠かれた形状の開口部であり、貫通孔２５ａ，２５ｂと連通する。
【００２６】
鏡筒３５の後端部には、プリズム３８が取り付けられている。プリズム３８は、４５°直角二等辺三角形のプリズムであり、直角と対向する斜面に入射光を反射させるミラー３８ａが形成されている。プリズム３８の出射面３８ｂには、カバーガラス４０が接続されている。
【００２７】
ＣＣＤ３９は、例えばインターライン型のＣＣＤからなり、撮像面（図示せず）が表面に設けられたベアチップが用いられる。ＣＣＤ３９の撮像面には、四角枠状のスペーサ４１を介してカバーガラス４０が取り付けられている。対物光学系２７によって取り込まれた被検体内の像光は、プリズム３８のミラー３８ａによって直角に屈折されてＣＣＤ３９の撮像面に結像され、撮像信号に変換される。
【００２８】
ＣＣＤ３９の基端面には、ＣＣＤ３９と略同等の厚さをもつ回路基板４２が接着されている。ＣＣＤ３９と回路基板４２とは電気的に接続されている。回路基板４２の後端部に形成された端子には、撮像素子用ケーブル４３が接続されている。撮像素子用ケーブル４３は、複数の信号線４３ａを束ね、束ねた信号線４３ａの上をチューブ４４で覆っている。各信号線４３ａは、ハンダ付けなどにより回路基板４２の端子に接続されている。撮像素子用ケーブル４３は、回路基板４２を介してＣＣＤ３９の基端側に配置されるので、プリズム３８の基端側には、スペース的に余裕がある。
【００２９】
プリズム３８に対して挿入方向における基端側であり、プリズム３８と対面する位置には、光源部３７が配置されている。光源部３７は、半導体光源４５が設けられた半導体基板４６と、集光レンズ４７と、レンズ枠４８と、支持片４９とからなる。半導体光源４５としては、ＬＥＤが使用される。
【００３０】
半導体基板４６には、接続端子５０が設けられている。接続端子５０には、ハンダ付けなどにより、光源用ケーブル５１が接続されている。光源用ケーブル５１は、撮像素子用ケーブル４３とともに束ねられる。
【００３１】
半導体光源４５は短波長の光である青色光を発し、具体的には、青色光として５５０ｎｍ以下の波長の光を発する。さらに、半導体光源４５が発する青色光としては、３５０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下の波長であることが好ましく、４００ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下の波長の光であることがさらに好ましい。図４に示すように、血液中のヘモグロビンは、照明光の波長によって吸光係数ｍＭｃｍ−１が変化する。なお、Ｈｂは酸化ヘモグロビンの吸光係数を示し、ＨｂＯ２は還元ヘモグロビンの吸光係数をそれぞれ示す。これらの吸光係数は、の大きさ（吸光度）を示しており、赤色光（７００ｎｍ以上）では吸収率が低く、上述した青色光（５５０ｎｍ以下）では吸収率が高いことが分かる。
【００３２】
集光レンズ４７は、光ファイバ束３３と半導体光源４５との間に配され、半導体光源４５が発する青色光を集光して光ファイバ束３３に導く。レンズ枠４８は、内部に集光レンズ４７を収納するとともに、基端側に半導体基板４６が固着される。
【００３３】
光ファイバ束３３は、多数の光ファイバ（例えば、石英からなる）を束ねており、外周面にチューブを被覆して形成されたものである。この光ファイバ束３３は、先端側が先端部本体２５に、基端部がレンズ枠４８にそれぞれ保持され、半導体光源４５からの青色光を照明レンズ２８に導く。この光ファイバ束３３としては、ＮＡが大きい光ファイバ束、好ましくは、ＮＡが０．５以上の光ファイバ束が使用される。
【００３４】
レンズ枠４８は、支持片４９に固着される。支持片４９は、フレキシブル基板５２により、回路基板４２と連結されている。これにより、回路基板４２と、レンズ枠４８とは、フレキシブル基板５２及び支持片４９を介して連結されており、軸方向の移動が規制される。軸方向の移動が規制されたレンズ枠４８と、レンズ枠４８に保持される集光レンズ４７及び半導体基板４６は、ＣＣＤ３９及び回路基板４２とともに先端部本体２５の収納部２５ｃに収納される。なお、集光レンズ４７及び半導体基板４６の取り付け構造としては、上記の構造に限らず、集光レンズ４７及び半導体基板４６を先端部本体２５の内部に配置できる取り付け構造であればよく、例えば、回路基板４２や、先端部本体２５にレンズ枠４８あるいは半導体基板４６を固定してもよい。
【００３５】
上述したように、ＣＣＤ３９を先端部１６ａの挿入方向と平行に配し、対物光学系２７によって取り込まれた被検体内の像光をＣＣＤ３９に結像させるためのプリズム３８を設け、このプリズム３８に対して先端部１６ａの挿入方向における基端側に青色光を発する半導体光源４５を配置し、半導体光源４５からの青色光を照明レンズ２８へ光ファイバ束３３で導いているので、光ファイバ束３３は、先端部１６ａの内部に収まり、寸法を短くすることができる。よって、半導体光源４５から発する青色光は伝達損失が少なく、電子内視鏡１１を用いて観察を行うとき、十分な青色光を被検体内に照射することができる。また、光ファイバ束３３は、短い寸法で青色光を導くため、０．５以上という大きいＮＡの光ファイバ束を用いることができる。ＮＡが大きい光ファイバ束３３では、十分な照射角を有するため、この光ファイバ束３３で青色光が導かれた照明レンズ２８は被検体に広い範囲で青色光を照射することができる。そして、照明レンズ２８から青色光の照明光が被検体内の観察範囲に照射されたとき、この観察範囲を撮像する撮像部３６では、血管と周辺部位とのコントラストが大きく、血管が強調された観察画像を取得してモニタ２４に表示することができる。
【００３６】
なお、従来の電子内視鏡では、約３ｍの光ファイバ束で外部の光源から挿入部先端部の照明光学系まで光を導いていため、伝達損失が大きかった。図５に示すように、長い光ファイバ束を用いた場合、短波長の光では減衰率が大きくなっている。Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、寸法がそれぞれ１ｍ，５ｍ，１０ｍの光ファイバ束を用いた場合の減衰率を示す。これらの光ファイバ束では、特に５５０ｎｍ以下の短波長の光は、減衰率が大きいことが分かる。本発明では、光ファイバ束３３を短い寸法で形成することができるため、このようなことがない。また、半導体光源４５としては、汎用の部品で十分な光量を得ることができるため、電子内視鏡のローコスト化を図ることができる。
【００３７】
また、先端部１６ａでは、スペースに余裕のあるプリズム３８の基端側に、半導体光源４５及び集光レンズ４７を配置しているので、先端部１６ａの内部スペースに効率良く部品を配置して小径化を図ることができる。また、大きいＮＡの光ファイバ束３３を用いているため、照明レンズ２８としては小径のサイズのものを使用することが可能であり、例えば、対物光学系２７の直径が３ｍｍであれば、光ファイバ束３８は約３０μｍの光ファイバを１０００〜６０００本束ねたもので直径が１．３ｍｍであり、照明レンズ２８は直径が１．５ｍｍのものであればよい。よって、さらなる先端部１６ａの小径化を図ることができる。
【００３８】
上記第１実施形態では、先端部１６ａに設けられた半導体光源４５から、１つの照明レンズ２８へ光を導く光ファイバ束３３を備える構成を上げているが、これに限らず、図６に示す先端部６０のように、半導体光源４５から２つの照明レンズ６１ａ，６１ｂへ向かって、途中で分岐された光ファイバ束６２ａ，６２ｂを用いてもよい。なお、図６においては、上記第１実施形態と同様の部品については、同符号を付して説明を省略する。
【００３９】
この第２実施形態では、先端部６０には、対物光学系２７を間に挟んで２つの照明レンズ６１ａ，６１ｂが設けられている。光ファイバ束６２ａ，６２ｂは、先端側が先端部本体２５に、基端部がレンズ枠４８にそれぞれ保持され、半導体光源４５からの青色光を照明レンズ６１ａ，６１ｂに導く。これにより、上記第１実施形態と同様に、光ファイバ束６２ａ，６２ｂの寸法を短くすることができる。光ファイバ束６２ａ，６２ｂとしては、上記実施形態と動揺に、ＮＡが大きい光ファイバ束、好ましくは、ＮＡが０．５以上の光ファイバ束が使用される。
【００４０】
上記実施形態では、半導体光源としてＬＥＤを用いているが、本発明はこれに限るものではなく、例えばＬＤでもよい。また、上記実施形態では、固定焦点型の対物光学系が先端部に設けられているが、これに限らず、対物光学系の一部を移動させて焦点を切り換える可変焦点型の対物光学系でもよい。また、上記実施形態では、対物光学系２７によって取り込まれた被検体内の像光をＣＣＤ３９に結像させる光路変換部材としてプリズム３８を設けているが、これに限らず、板状のミラーなどでもよい。さらにまた、上記実施形態では、被検体内の像光を撮像する撮像素子としてＣＣＤを用いているが、ＣＣＤに限らず、ＣＭＯＳでもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０ 電子内視鏡システム
１１ 電子内視鏡
１６ 挿入部
１６ａ，６０ 先端部
２８，６１ａ，６１ｂ 照明レンズ
２７ 対物光学系
３３，６２ａ，６２ｂ 光ファイバ束
４５ 半導体光源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内に挿入される挿入部の先端部に設けられ、前記先端部の内部且つ前記挿入部の挿入方向と平行に配された撮像素子と、
前記先端部の先端面から露呈する位置で、且つ前記挿入方向と平行に配設され、被検体内の像光を取り込んで観察を行うための対物光学系と、
前記対物光学系が取り込んだ像光を屈折させて前記撮像素子に結像させるための光路変換部材と、
前記先端部の内部で、前記光路変換部材に対して前記挿入方向における基端側に配され、短波長の光を発する光源と、
前記先端面から被検体内へ照明光を照射するための照明光学系と、
前記光源からの光を前記照明光学系に導く光ファイバ束とからなることを特徴とする電子内視鏡。
【請求項２】
前記光源は、半導体光源であることを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡。
【請求項３】
前記光ファイバ束は、ＮＡが０．５以上であることを特徴とする請求項２記載の電子内視鏡。
【請求項４】
前記光源が発する短波長の光は、波長が５５０ｎｍ以下の青色光であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の電子内視鏡。
【請求項５】
前記光路変換部材は、プリズムであることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の電子内視鏡。
【請求項６】
前記光路変換部材の基端側、且つ前記光ファイバ束と前記光源との間に、前記光源からの光を前記光ファイバ束に集光させるための集光部材を設けたことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の電子内視鏡。
【請求項１】
被検体内に挿入される挿入部の先端部に設けられ、前記先端部の内部且つ前記挿入部の挿入方向と平行に配された撮像素子と、
前記先端部の先端面から露呈する位置で、且つ前記挿入方向と平行に配設され、被検体内の像光を取り込んで観察を行うための対物光学系と、
前記対物光学系が取り込んだ像光を屈折させて前記撮像素子に結像させるための光路変換部材と、
前記先端部の内部で、前記光路変換部材に対して前記挿入方向における基端側に配され、短波長の光を発する光源と、
前記先端面から被検体内へ照明光を照射するための照明光学系と、
前記光源からの光を前記照明光学系に導く光ファイバ束とからなることを特徴とする電子内視鏡。
【請求項２】
前記光源は、半導体光源であることを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡。
【請求項３】
前記光ファイバ束は、ＮＡが０．５以上であることを特徴とする請求項２記載の電子内視鏡。
【請求項４】
前記光源が発する短波長の光は、波長が５５０ｎｍ以下の青色光であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の電子内視鏡。
【請求項５】
前記光路変換部材は、プリズムであることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の電子内視鏡。
【請求項６】
前記光路変換部材の基端側、且つ前記光ファイバ束と前記光源との間に、前記光源からの光を前記光ファイバ束に集光させるための集光部材を設けたことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の電子内視鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２０５８４９（Ｐ２０１２−２０５８４９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７５６６８（Ｐ２０１１−７５６６８）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【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２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【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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