(57)【要約】内視鏡の先端構造において、照明光学系の照明光出射面から出射し直接的に撮像光学系の像入射面に入射するノイズ光を低減する。例えばイメージングファイバー１とレンズ２とからなる撮像光学系Ｍと、例えばライトガイドファイバー４からなる照明光学系Ｌと、撮像光学系と照明光学系とを光学的に隔絶するとともに照明光学系の照明光出射面ＬＳを外部に露出させる開口Ｋが形成された遮光性材料３，５とを備え、照明光出射面が開口の奥に引き込んだ位置に配置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系と、照明光学系と、前記撮像光学系と前記照明光学系とを光学的に隔絶するとともに前記照明光学系の照明光出射面を外部に露出させる開口が形成された遮光性材料とを備え、前記照明光出射面が前記開口の奥に引き込んだ位置に配置されたことを特徴とする内視鏡の先端構造。
【請求項２】
前記撮像光学系の像入射面は、当該撮像光学系の光軸方向について前記遮光性材料の前記撮像光学系と前記照明光学系との間に介在する部分の先端と同位置に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡の先端構造。
【請求項３】
前記照明光出射面の前記開口からの引き込み距離をＺ、前記照明光出射面における光出射有効径をｄ、前記照明光出射面から出射される照射角をαとしたとき、０＜ｚ＜ｄ／ｔａｎα  が成立することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡の先端構造。
【請求項４】
前記照明光学系が前記撮像光学系の周囲の全部又は一部に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造。
【請求項５】
前記照明光出射面がライトガイドファイバーの出射端面により構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造。
【請求項６】
前記照明光出射面が照射角を拡大するレンズにより構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造。
【請求項７】
前記開口が先端面に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体内に挿入されて生体組織を観察するための内視鏡の先端構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の管腔内等に挿入されて生体組織を観察するために内視鏡が利用されている。内視鏡に関する文献の例として特許文献１−３及び非特許文献１を挙げる。
一般に内視鏡の先端構造としては、観察対象の物体の像を結像するレンズと、その像が入力されるＣＣＤ（Charge Coupled Device、以下同じ）等の撮像素子又はイメージングファイバーを設置した構造が取り得る。撮像素子であれば、撮像素子で電気信号に変換した画像信号を伝送ケーブルにより体外に導き、イメージングファイバーであればそのまま画像をイメージングファイバーで伝送して体外に導き、画像処理装置を介して画像表示装置に表示し観察することができる。
また内視鏡は、生体の管腔内を撮像するために照明が必須である。内視鏡の先端部には、撮像光学系の像入射面と照明光学系の照明光出射面が配置される。撮像光学系の像入射面は対物レンズやカバーガラスなどの撮像光学系の最も先端側（対物側）に配置される透光性部材の外表面などで構成される。照明光学系の照明光出射面は、発光素子の出射面や照明光を導くライトガイドファイバーの出射端面又はそれらの先端側（対物側）に配置される照明用レンズの外表面などで構成される。【０００３】
照明光出射面が照明光学系と撮像光学系との間にも介在する遮光性材料により形成される開口から外部に露出するように、その開口に又はそれより外部に突出した位置に配置されている従来の内視鏡の先端構造がみられる。特許文献１に記載の内視鏡の先端構造における照明光学系の照明光出射面は、透明な樹脂材料で形成された先端カバー（８）により構成され、遮光性材料である先端構成部材（９）により形成される開口より外部に突出した位置に配置される。特許文献２に記載の内視鏡の先端構造における照明光学系の照明光出射面は、照明レンズにより構成され、内視鏡先端部（４）により形成される開口に配置される。特許文献３にあっては、照明光学系と撮像光学系の間に介在する遮光性材料は明示されない。
近時、内視鏡は高画質化の改良に伴い、より強度の高い照明・より感度の高い撮像素子の使用が求められている。また、内視鏡の適用範囲の拡大に伴い、特許文献３に示すような細径の内視鏡が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５２３９０号公報
【特許文献２】特開平１０−２８８７４２号公報
【特許文献３】特開２００３−１９００７７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】http://fujifilm.jp/business/healthcare/endoscope/index.html
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、照明光学系の照明光出射面を、内視鏡の先端部に設けられる遮光性材料により形成される開口から外部に露出させ、その開口に又はそれより外部に突出した位置に配置する構造にあっては、以下のような問題がある。
例えば、イメージングファイバーとライトガイドファイバーを利用した細径の内視鏡の先端構造にあっては、図６に示すように、イメージングファイバー１とレンズ２がレンズ枠３内に保持され、レンズ枠３の外側にライトガイドファイバー４が配置され、これらを外装チューブ５が包囲する構造がとり得る。このような構造を、レンズ２、レンズ枠３、ライトガイドファイバー４及び外装チューブ５の先端が内視鏡の先端面に面一に配置されるように製造する場合を考える。かかる内視鏡の先端構造においては、照明光学系Ｌがライトガイドファイバー４により構成され、撮像光学系Ｍがイメージングファイバー１とレンズ２により構成され、内視鏡の先端部に設けられる遮光性材料により形成される開口は、遮光性材料であるレンズ枠３と外装チューブ５とで形成され、ライトガイドファイバー４の出射端面が照明光学系Ｌの照明光出射面ＬＳに相当し、レンズ２の外表面が撮像光学系Ｍの像入射面ＭＳに相当する。レンズ枠３は照明光学系Ｌと撮像光学系Ｍの間に介在する。【０００７】
内視鏡の高画質化と細径化の改良に伴って顕著になる問題は、図６に示すように照明光学系Ｌの光出射部で発生する想定外の反射や散乱によって、照明光学系Ｌから照射される照明光 Ｌ１が直接的に撮像光学系Ｍに入射することで発生するノイズである。
例えば製造時や使用時に、照明光出射面ＬＳや像入射面ＭＳの構成部（２，４）が僅かに突出したり、変形や損傷が生じたりした場合、レンズ枠３に変形や損傷が生じた場合に、照明光学系Ｌから照射された照明光Ｌ１が想定外の光路を通って、被写体に反射することなく直接的に撮像光学系 Ｍに侵入するおそれが高まる。
撮像光学系 Ｍに入り込んだ照明光 Ｌ１によるノイズが撮像画像に加わることで、画像に露出オーバーしたような現象、いわゆるハレーションが発生して鮮明な画像が得られないという問題が生じ得る。【０００８】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、内視鏡の先端構造において、照明光学系の照明光出射面から出射し直接的に撮像光学系の像入射面に入射するノイズ光を低減して画質向上を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、撮像光学系と、照明光学系と、前記撮像光学系と前記照明光学系とを光学的に隔絶するとともに前記照明光学系の照明光出射面を外部に露出させる開口が形成された遮光性材料とを備え、前記照明光出射面が前記開口の奥に引き込んだ位置に配置されたことを特徴とする内視鏡の先端構造である。【００１０】
請求項２記載の発明は、前記撮像光学系の像入射面は、当該撮像光学系の光軸方向について前記遮光性材料の前記撮像光学系と前記照明光学系との間に介在する部分の先端と同位置に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡の先端構造である。【００１１】
請求項３記載の発明は、前記照明光出射面の前記開口からの引き込み距離をＺ、前記照明光出射面における光出射有効径をｄ、前記照明光出射面から出射される照射角をαとしたとき、０＜ｚ＜ｄ／ｔａｎα  が成立することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡の先端構造である。【００１２】
請求項４記載の発明は、前記照明光学系が前記撮像光学系の周囲の全部又は一部に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造である。【００１３】
請求項５記載の発明は、前記照明光出射面がライトガイドファイバーの出射端面により構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造である。【００１４】
請求項６記載の発明は、前記照明光出射面が照射角を拡大するレンズにより構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造である。【００１５】
請求項７記載の発明は、前記開口が先端面に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の内視鏡の先端構造である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、内視鏡の先端構造において、撮像光学系と照明光学系とを光学的に隔絶するとともに照明光学系の照明光出射面を外部に露出させる開口が形成された遮光性材料を備え、その照明光出射面がその開口の奥に引き込んだ位置に配置されたので、照明光学系から照明光が想定外の方向に出射しても上記遮光性材料により阻まれることで、照明光学系の照明光出射面から出射し直接的に撮像光学系の像入射面に入射するノイズ光を低減することができ、よってハレーションを防ぎ画質向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る内視鏡の先端構造の部分縦断面図である。
【図２Ａ】ハレーション発生時の画像の見え方のイメージを示す。
【図２Ｂ】ハレーションを低減させた時の画像の見え方のイメージを示す。
【図３】本発明の他の一実施形態に係る内視鏡の先端構造の部分縦断面図である。
【図４Ａ】本発明の他の一実施形態に係る内視鏡の先端構造の縦断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示した内視鏡の先端構造の先端面である。
【図５Ａ】本発明の他の一実施形態に係る内視鏡の先端構造の縦断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示した内視鏡の先端構造の先端面である。
【図５Ｃ】図５Ａに示した内視鏡の先端構造の先端面でで、図５Ｂとはライトガイドファイバーの線径が異なる。
【図６】従来の一例に係る内視鏡の先端構造の部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００１９】
まず、図 １を参照して内視鏡の先端構造を実施する基本的な構成の一例につき説明する。
図１に示すように本実施形態の内視鏡の先端構造は、イメージングファイバー１とレンズ２がレンズ枠３内に保持され、レンズ枠３の外側にライトガイドファイバー４が配置され、これらを外装チューブ５が包囲する構造がとられる。レンズ２は、屈折率分布型（GRIN）レンズである。
レンズ２、レンズ枠３及び外装チューブ５の先端が内視鏡の先端面に面一に配置される。かかる内視鏡の先端構造においては、照明光学系Ｌがライトガイドファイバー４により構成され、撮像光学系Ｍがイメージングファイバー１とレンズ２により構成され、内視鏡の先端部に設けられる遮光性材料により形成される開口Ｋは、遮光性材料であるレンズ枠３と外装チューブ５とで形成され、ライトガイドファイバー４の出射端面が照明光学系Ｌの照明光出射面ＬＳに相当し、レンズ２の外表面が撮像光学系Ｍの像入射面ＭＳに相当する。レンズ枠３は照明光学系Ｌと撮像光学系Ｍの間に介在する。開口Ｋが照明光出射面ＬＳを外部に露出させる。また、撮像光学系Ｍと照明光学系Ｌとを光学的に隔絶する部分の遮光性材料には、レンズ枠３が相当する。
なお、ライトガイドファイバー４の基端部がキセノンやハロゲンなどのランプ光源に接続され、ライトガイドファイバー４はランプ光源からの照明光を先端に導き照明光出射面ＬＳから出射する。イメージングファイバー１の基端部は接眼光学系又は電子カメラに接続される。
【００２０】
ＡＸは内視鏡の中心軸を示す。本実施形態では撮像光学系Ｍの光軸方向及び照明光学系Ｌの光軸方向は中心軸ＡＸに平行である。ＴＳは、中心軸ＡＸに沿った内視鏡の先端面の位置を示す。中心軸ＡＸに沿った開口Ｋの位置も位置ＴＳにある。
ライトガイドファイバー４の出射端面、すなわち、照明光学系Ｌの照明光出射面ＬＳは、開口Ｋから外部に露出する。照明光出射面ＬＳは、開口Ｋの奥に引き込んだ位置に配置されている。照明光出射面ＬＳの開口Ｋからの引き込み距離は、開口Ｋの存在面に垂直な方向に沿って開口Ｋから照明光出射面ＬＳまでの距離に相当し、図１に示すようにこの引き込み距離をＺとする。
撮像光学系Ｍの像入射面ＭＳは、撮像光学系Ｍの光軸方向についてレンズ枠３の先端と同位置に配置されている。これにより、撮像光学系Ｍによる撮像視野範囲を大きく確保できる。
【００２１】
照明光出射面ＬＳが開口Ｋからの引き込み距離Ｚを有していることで、照明光出射面ＬＳで反射もしくは散乱する照明光が撮像光学系Ｍに回り込んで入射することを防ぐことができる。
レンズ枠３は金属製の筒枠であれば遮光の機能も備えつつレンズ２とイメージングファイバー１との位置決めが容易に行える。また、金属製の筒枠の代わりに、レンズ２の外周面を墨等の遮光性材料で黒塗りして遮光性材料による遮光層を形成することで実施してもよい。黒塗りによって遮光の機能をもたせつつ、金属の筒枠よりも厚みを薄くできるため、より細径の内視鏡を構成することができる。
【００２２】
図１中に記載したように、照明光出射面ＬＳの開口Ｋからの引き込み距離をＺ、照明光出射面ＬＳにおける光出射有効径をｄ、照明光出射面ＬＳから出射される照射角をαとしたとき、関係式（１）０＜ｚ＜ｄ／ｔａｎα  が成立するように構成することが望ましい。
関係式（１）の最小値よりも引き込み距離Ｚが小さくなる場合、撮像光学系Ｍに照明光学系Ｌから被写体に反射することなく直接的に入射されるノイズ光の光量が増加し、ハレーションの発生度合いが大きくなる。また、関係式（１）の最大値よりも引き込み距離Ｚが大きくなる場合、照明光出射面ＬＳから照射される最大画角分の照明光はレンズ枠３もしくは外装チューブ ５、すなわち、開口Ｋを形成する遮光性材料によって遮られることになり、撮像光学系Ｍで観察される画像の明るさが不十分になる可能性が高くなる。そのため、引き込み距離Ｚは関係式 （１）を満たすことが望ましい。
【００２３】
さらに、関係式（１）を満たす引き込み距離Ｚの具体的な数値例を開示する。
内視鏡の先端構造の外径を１ｍｍ、撮像光学系Ｍの外径を０．５ｍｍとする。ライトガイドファイバー４はレンズ枠３と外装チューブ５との間に位置しているため、レンズ枠３と外装チューブ５の厚みを考慮してライトガイドファイバー４の径は０．１５ｍｍとする。ライトガイドファイバー４は端面ＬＳの全面から照明光を出射する構造であるため、関係式（１）の有効径ｄは０．１５ｍｍとなる。ライトガイドファイバー４から照射される照明光の照射角αを３０度（ＮＡ＝０．５に相当）としたとき、関係式（１）は ０＜Ｚ＜０．２６となる。実際の構造では、距離Ｚが０に近づくほどハレーションの発生度合いは大きくなり、距離Ｚが０．２６ｍｍに近づくほど、照明光の照射範囲中の周縁部の光量が外装チューブ５やレンズ枠３に遮られて減少する。
【００２４】
レンズ枠３とレンズ ２との固定には接着剤を用いるのが一般的であり、組付け時もしくはレンズ枠３とレンズ ２との間に充填した接着剤が硬化する際に、レンズ枠３が内視鏡の基端側へずれる場合がある（その分、レンズ２がレンズ枠３から先端側に突出する）。これによって生じるズレの推定量は最大でも０．０５ｍｍ程度であり、ライトガイドファイバー４の端面ＬＳをその程度引き込まなければハレーションの低減効果は望めない。したがって、関係式（２）として  ０．０５（ｍｍ）＜ｚ＜ｄ／ｔａｎα  が成立するように構成することが望ましい。
さらに、レンズ枠３自体の面取り部やカケ等を介して、予期しない光が撮像光学系 Ｍに入射する可能性もあるため、ライトガイドファイバー４はさらに開口Ｋより内視鏡の基端側へ引き込んでおくのが良い。
【００２５】
レンズ２の外周面を黒塗りして遮光する場合、レンズ２の端面ＭＳに黒塗り部がはみ出ることを防ぐため、外周面の端面ＭＳに隣接する縁部には僅かに余裕をもたせて黒塗りを行う必要がある。したがって、この場合においても、ライトガイドファイバー４からの出射される照明光によるハレーションを防止するために、ライトガイドファイバー４の端面ＬＳはレンズ２の端面ＭＳよりも内視鏡の基端側へ０．０５ｍｍ程度引き込んでおくのが望ましい。
【００２６】
また、引き込み距離Ｚが長すぎる場合、照明光が部品で遮られる度合いが大きくなり、観察対象を観察するのに十分な明るさを得ることができなくなる。
よって、撮像光学系Ｍでのハレーション防止と観察対象に十分な照明光が照射できるバランスの良い配置として、引き込み距離Ｚは寸法上０．０５〜０．２５（ｍｍ）程度にしておくのが望ましく、より望ましくは、引き込み距離Ｚは０．１〜０．２（ｍｍ）程度である。
【００２７】
図２Ａは、ハレーション発生時の画像の見え方のイメージ図、図２Ｂはハレーションを低減させた時の画像の見え方のイメージ図である。図２Ａに示すようにハレーション発生時には、画像全体に照明光によるノイズＮ１が入り込むことで画像のコントラストが低下し、小さい若しくは明るさが低い観察対象Ｔ１はノイズＮ１によって潰されて観察が困難となる。一方、図２Ｂに示すようにハレーションを低減させた場合、画像から照明光によるノイズが取り除かれて、観察対象Ｔ１の観察が容易になる。
【００２８】
ライトガイドファイバー４のみを照明光学系Ｌに用いた場合、照明光の照射角αはライトガイドファイバー４のＮＡ特性で制限され大きくすることが難しい。そこで、図３に示すように、照明光出射面ＬＳにおける照射光Ｌ２の照射角αを大きくするため、ライトガイドファイバー４の出射端面前方に配光レンズ６を配置しても良い。照射角αが大きくなるに従い、照明光Ｌ２の最大画角は撮像光学系Ｍ側に近づくことになり、ハレーションの発生する可能性が高くなる。そのため、引き込み距離Ｚを設けることによるハレーション防止効果は、配光レンズ６を用いた高照射角の照明光学系ＬＡにおいて高い効果が得られる。
【００２９】
図４Ａ及び図４Ｂは、他の一例の照明光学系ＬＢを示したものであり、ライトガイドファイバー４が撮像光学系Ｍの周りに均等に配置されている。この構成によって、撮像光学系Ｍの全周方向に対して照明光Ｌ３を照射するため、観察対象に対してムラの少ない明るさ分布で照明することができ、撮像光学系Ｍにより観察される画像が均一な明るさになる。この構造では撮像光学系Ｍの全周に亘って照明光学系ＬＢが撮像光学系Ｍに近接するため、照明光Ｌ３が直接的に撮像光学系Ｍに入りやすい。そのため、引き込み距離Ｚを設けることによるハレーション防止効果が得られやすい。
【００３０】
図４Ａ及び図４Ｂに示した照明光学系ＬＢは撮像光学系Ｍの周囲の全部に配置された。図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに示す照明光学系ＬＣは撮像光学系Ｍの周囲の一部に配置される。
図５Ｂ又は図５Ｃに示すように、本構造ではレンズ枠３が外装チューブ５の中心、すなわち、内視鏡の先端構造全体の中心に対して一方向に偏在し、レンズ枠３が外装チューブ５に接触又は近接して、その逆側におけるレンズ枠３と外装チューブ５との隙間、すなわち、ライトガイドファイバーの配置空間が大きくされている。
本構造を採用することにより、内視鏡の先端構造全体の小径性を確保しつつも、例えば、図５Ｃに示すように、比較的大径のライトガイドファイバー４の配置が可能となる。
本構造の場合も、撮像光学系Ｍに照明光学系ＬＣが近接するため、照明光Ｌ４が直接的に撮像光学系Ｍ に入りやすい。そのため、引き込み距離Ｚを設けることによるハレーション防止効果が得られやすい。
【００３１】
以上の実施形態でも示したように、引き込み距離Ｚを設けることによるハレーション防止効果を得ながらも十分な照明光を観察対象に照射するために、開口Ｋは、より観察対象に近い内視鏡の先端構造の先端面に像入射面ＭＳとともに配置されていることが好ましい。
なお、上記実施形態においては撮像光学系Ｍをイメージングファイバー１とレンズ２とにより構成したが、撮像光学系ＭをＣＣＤ等の撮像素子とレンズとにより構成し、この撮像素子をレンズとともに内視鏡の先端構造に装備してもよい。また、上記実施形態においては照明光学系Ｌをライトガイドファイバー４により構成したが、照明光学系ＬをＬＥＤ等の発光素子により構成し、この発光素子を単独又は照明用レンズとともに内視鏡の先端構造に装備してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、内視鏡の先端構造として利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１ イメージングファイバー
２ レンズ
３ レンズ枠
４ ライトガイドファイバー
５ 外装チューブ
６ 配光レンズ
ｄ 有効径
Ｋ 開口
Ｌ 照明光学系
ＬＡ 照明光学系
ＬＢ 照明光学系
ＬＣ 照明光学系
ＬＳ 照明光出射面
Ｍ 撮像光学系
ＭＳ 像入射面
Ｚ 引き込み距離
α 照射角
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2014185341.tif 000010
【図５Ｃ】
2014185341.tif 000011
【図６】
2014185341.tif 000012
【国際調査報告】
2014185341.tif 000013
2014185341.tif 000014