(57)【要約】【課題】光の入射角度に対する制限を除き、可視光領域のいかなる波長成分についても減衰することなく光を伝搬可能なファイバーバンドルを備えた内視鏡を提供する。【解決手段】電子内視鏡ビデオスコープのファイバーバンドルに、コア５２を孔とし、クラッド５４を中空状に形成したフォトニック結晶ファイバ５０を用いる。ファイバーバンドル入射端より入射した光は、コア５２とクラッド５４とのクラッド表面５３においてブラッグ反射しながら、コア５２内をファイバーバンドル出射端へ向けて進む。この時、光は、ファイバーバンドル入射端への入射角αの如何に関わらず減衰されない。【選択図】    図３
2004344209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を照明する光を伝達可能で、フォトニック結晶ファイバを束ねたファイバーバンドルを備えることを特徴とする内視鏡。
【請求項２】
前記フォトニック結晶ファイバが、コアとしての管状空間領域を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項３】
前記フォトニック結晶ファイバが、可視光領域の波長の光を伝搬させないフォトニックバンドギャップを有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項４】
前記ファイバーバンドルが、前記内視鏡の先端部表面まで延びていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項５】
被写体を照明する光を伝達可能で、ホーリーファイバを束ねたファイバーバンドルを備えることを特徴とする内視鏡。
【請求項６】
前記ホーリーファイバが、クラッドとして複数の管状空間領域をコアの周囲に有することを特徴とする請求項５に記載の内視鏡。
【請求項７】
前記ホーリーファイバが、単一の透光性部材により形成されることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡。
【請求項８】
前記ファイバーバンドルが、前記内視鏡の先端部表面まで延びていることを特徴とする請求項５に記載の内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体である患部の観察用に照明光をスコープ先端から放射するために内視鏡（スコープ）に設けられるライトガイドのファイバーバンドルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内視鏡装置のスコープに設けられるライトガイドのファイバーバンドルは、高屈折率ガラスによるコアと低屈折率ガラスによるクラッドとで形成されるファイバが用いられる。このファイバでは、個々のファイバのコア領域とクラッド領域の境界面における光の入射角が、光の全反射に関する臨界角よりも小さい場合にはクラッド領域内へ屈折光が透過してしまい、反射光、すなわち照明光の減衰を招くことから、光源光束をファイバーバンドルの入射端に集光させるための集光レンズが、該入射端との間で所定の距離を隔てるように設置されて、該入射端へのファイバ軸に対する入射角が所定の角度以下となるようにしている。さらに、通常のガラス素材では、クラッド領域の屈折率に対するコア領域の屈折率の大きさは制限されるので、臨界角は所定の大きさ以下に小さくできない。従って、ファイバーバンドルから光が出射する出射角（配光角）も制限されて、所定の角度以上に大きくできないことから、ファイバーバンドルの出射側に配光レンズを設ける必要があった。一方、最近では、照明光の減衰を生じさせない、ナノテクノロジーを利用した特別な光ファイバが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３２１０１号公報（第３、４頁、図１〜３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、内視鏡装置のライトガイドのファイバーバンドルにおいては、照明光の減衰を抑止するため、ファイバーバンドルの入射端への入射角が所定の角度以下となるよう制限されている。このため、光の出射角もまた所定の角度以下となることから、出射側に配光レンズを設ける必要があり、構造が複雑化する。また、ガラス素材の特質により赤色光に比べて青色光が減衰し易いため、色バランスの調整が必要となる。
【０００５】
そこで本発明では、ファイバーバンドルの入射端への照明光の入射角度に制限されず光を広範囲に出射可能であり、また特定の波長領域の光を減衰させることなく可視光を伝搬することができるライトガイドを備えた内視鏡装置のスコープを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の内視鏡は、被写体を照明する光を伝達可能で、フォトニック結晶ファイバを束ねたファイバーバンドルを備えることを特徴とする。フォトニック結晶ファイバを用いたファイバーバンドルは、光源からの光が入射される入射端と、光源からの光を被写体の照明のために出射可能な出射端とを備えている。
【０００７】
ファイバーバンドルに用いられるフォトニック結晶ファイバは、減衰を抑止するために管状の空間領域をコアとして有することが好ましい。また、フォトニック結晶ファイバは、可視光領域の光を被写体照明に使用するために可視光領域の光に対してフォトニックバンドギャップを有することが好ましい。更に、フォトニック結晶ファイバが用いられたファイバーバンドルが、内視鏡の先端部表面まで延びていて、配光レンズが設けられないことが好ましい。
【０００８】
内視鏡において、被写体を照明する光を伝達するファイバーバンドルとして、ホーリーファイバを束ねたものが用いられても良い。ホーリーファイバを用いたファイバーバンドルも、光源からの光が入射される入射端と、光源からの光を被写体の照明のために出射可能な出射端とを備えている。
【０００９】
ファイバーバンドルに用いられるホーリーファイバは、クラッドとして複数の管状空間領域をコアの周囲に有することが好ましい。この場合、簡易な構造を実現するために、クラッド領域における多数の管状孔の周辺領域とコアとは、同一の透光性部材により形成されることが好ましい。更に、ホーリーファイバが用いられたファイバーバンドルが、内視鏡の先端部表面まで延びていて、配光レンズが設けられないことが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態である電子内視鏡装置について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるフォトニックファイバーバンドルを用いた電子内視鏡装置の概略的構成を示した図である。
【００１２】
電子内視鏡装置１０は、患者の体腔内の撮影に用いられるビデオスコープ２０と、ビデオスコープ２０に照明光を供給するとともにビデオスコープ２０から送られてくる画像信号を処理するプロセッサ３０とを備える。ビデオスコープ２０は、プロセッサ３０に着脱自在に接続される。
【００１３】
ビデオスコープ２０には、プロセッサ３０内のランプ３２から放射される照明光をビデオスコープ２０の先端部２２に伝達し、観察部位に向けて放射するためのフォトニックファイバーバンドル６２が設けられている。不図示のランプ点灯スイッチがオペレータにより操作され、プロセッサ３０内のランプ電源３４からランプ３２へ電源供給されると、ランプ３２が点灯する。ランプ３２から放射された白色光は、ＲＧＢ回転フィルタ３６により間欠的に順次Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色の光にされ、集光レンズ３８、光量絞り（図示せず）を介して、ビデオスコープ２０内に設けられたライトガイドとしてのフォトニックファイバーバンドル６２の入射端６２Ａに照射される。フォトニックファイバーバンドル６２は、複数のフォトニック結晶ファイバ（ここでは図示せず）の束によって構成されている。フォトニックファイバーバンドル入射端６２Ａへ入射される光の量は、フォトニックファイバーバンドル入射端６２Ａと集光レンズ３８の間に設けられた光量絞りにより調整される。フォトニックファイバーバンドル入射端６２Ａに入射された光は、フォトニックファイバーバンドル６２を通り、出射端６２Ｂから観察部位に向けて出射される。
【００１４】
観察部位で反射したＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色の光は、対物レンズ２４を通ってＣＣＤ２６の受光面に到達し、これによりＣＣＤ２６においてＲ、Ｇ、Ｂ各色毎の１フレーム分の画像信号が順次発生する。この各色毎に発生した１フレーム毎の画像信号は、ＣＣＤ２６から順次読み出され、プロセッサ３０の信号処理回路４２に送られる。信号処理回路４２において、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色毎の画像信号に対して、ガンマ補正、ホワイトバランス補正処理などが施されて映像信号が生成される。その後、このＲＧＢの映像信号に、タイミングコントロール回路４６から送られる同期信号が付加されるなど更なる処理が施された後、モニタ４４へ出力される。これにより、被写体像がモニタ４４にリアルタイムで表示される。なお、ＲＧＢ回転フィルタ３６の動作は、タイミングコントロール回路４６によりコントロールされる。また、ＣＣＤ２６に対しては、タイミングコントロール回路４６から制御部４０を介して、画像信号を読み出すための駆動信号が送られる。
【００１５】
図２は、第１の実施形態におけるフォトニック結晶ファイバ５０の構造を示した横断面図である。図３は、図２におけるラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿ったフォトニック結晶ファイバ５０の縦断面図である。
【００１６】
フォトニック結晶ファイバ５０は、コア５２、複数のクラッド５４および充填部５６を備えており、コア５２は、フォトニック結晶ファイバ５０の中心部に長手方向に沿って形成される管状の中空の孔である。クラッド５４は、コア５２の周囲に層状となるよう規則的に多数配置される管状部材であり、ファイバ軸５２Ｃに沿って延びるフォトニック結晶により形成される。クラッド５４には、中心部に設けられファイバ軸５２Ｃ方向に形成されるフォトニック結晶孔５８と、フォトニック結晶孔５８の周囲を取り囲むガラス部材６０とが含まれる。また、コア５２およびクラッド５４以外のフォトニック結晶ファイバ５０の領域は、シリカガラスにより形成される充填部５６により構成される。
【００１７】
クラッド５４は可視光領域に対するフォトニックバンドギャップを有するため、可視光領域の波長を有する光は、クラッド５４内を伝搬できない。このため、フォトニック結晶ファイバ５０の入射端に入射された光は、クラッド５４の表面５３におけるブラッグ反射により、孔であるコア５２内をフォトニック結晶ファイバ５０の出射端に向けて進む（図３参照）。なお、図３においてはクラッド５４内のフォトニック結晶孔５８は省略してある。複数のクラッド５４は、コア５２の周囲に層状となるよう一定間隔ごとに規則的に配置されているため、フォトニック結晶ファイバ５０の入射端に入射された光は、フォトニック結晶ファイバ５０の外部表面５１には到達することなく、その全てがクラッド表面５３においてブラッグ反射される。以上のことから、フォトニック結晶ファイバ５０の入射端に入射された光は、コア５２内に閉じ込められながら、該入射端におけるファイバ軸に対する入射角αの如何に関わらずに減衰されず、フォトニック結晶ファイバ５０の出射端へ向けて進む。また、コア５２は管状の中空の孔であるので、空気が充填されており、ガラス素材に比べて特定の波長領域の入射光を減衰させるということがない。
【００１８】
図４は、第１の実施形態におけるフォトニックファイバーバンドル６２の横断面図であり、図５は、第１の実施形態におけるビデオスコープ先端部２２の正面図である。
【００１９】
図４に示すように、複数のフォトニック結晶ファイバ５０が束ねられることにより、フォトニックファイバーバンドル６２が形成される。フォトニックファイバーバンドル６２の入射端６２Ａに入射された光は、各フォトニック結晶ファイバ５０の入射端に入射し、減衰されずにフォトニック結晶ファイバ５０の出射端へ向けて進み、各フォトニック結晶ファイバ５０の出射端、すなわちフォトニックファイバーバンドル６２の出射端６２Ｂから出射する。１本のフォトニックファイバーバンドル６２に用いられるフォトニック結晶ファイバ５０の本数は、用途に応じて被写体観察に必要とされる光量により定められる。また、図５に示すフォトニックファイバーバンドル６２の出射端６２Ｂは、対物レンズ６４、鉗子口６６が設けられたビデオスコープ先端部２２の表面２２Ｓ上にある。すなわち、フォトニックファイバーバンドル６２は、ビデオスコープ先端部表面２２Ｓまで延びており、配光レンズを介さずに光が照射されるように構成されている。
【００２０】
以上のように、本実施形態においては、電子内視鏡装置１０のビデオスコープ２０にフォトニックファイバーバンドル６２が設けられている。フォトニックファイバーバンドル入射端６２Ａより入射した光は、前述の入射角αが従来のファイバーバンドルを使用した場合の角度以上に大きくても減衰されずに、クラッド表面５３においてブラッグ反射しながら、コア５２内をファイバーバンドル出射端へ向けて進む。このため、フォトニックファイバーバンドル入射端６２Ａへ照射される光の入射角αをある角度以下にするという制限は不要となる。従って、開口数ＮＡの大きい集光レンズ３８をファイバーバンドル入射端６２Ａへ近づけて配置しても良い。さらに、入射角αを大きく設定できるため、フォトニックファイバーバンドル出射端６２Ｂから出射される光の出射角も大きくでき、被写体の広い範囲を照明するための配光レンズ設置は不要となる。更に、フォトニックファイバーバンドル６２に用いられるフォトニック結晶ファイバ５０のコア５２が管状の中空の孔であることにより、特定の波長領域の光を減衰させることなく可視光を伝搬することができる。
【００２１】
次に、図６および図７を用いて第２の実施形態について説明する。
【００２２】
図６は、第２の実施形態におけるホーリーファイバの構造を示した横断面図であり、図７は、図６におけるラインＶＩＩ−ＶＩＩに沿ったホーリーファイバの縦断面図である。
【００２３】
第２の実施形態におけるライトガイドのファイバーバンドル（図示せず）は、複数のホーリーファイバ７０を束ねて構成する。ホーリーファイバ７０は、コア７２、複数のクラッド７４を備えており、複数のクラッド７４は、コア７２の周囲に層を成すように一定間隔で配置される複数の管状孔であり、ホーリーファイバ７０の中心方向に沿って形成されている。コア７２は、クラッド７４以外のホーリーファイバ７０の領域を占めており、クラッド７４に取り囲まれたコア中心領域７２Ｓを有する。コア中心領域７２Ｓ内では、後述のように、ホーリーファイバーバンドル入射端に入射された光が進む。なお、ホーリーファイバ７０は、コア７２を形成する単一のガラス素材のみから形成されており、例えばここではシリカガラスにより形成されている。すなわち、ここではコア７２はシリカガラスで形成されている。
【００２４】
ホーリーファイバーバンドル入射端に入射された光は、コア７２とクラッド７４との境界面７３上において全反射されることにより、クラッド７４に取り囲まれたコア中心領域７２Ｓをホーリーファイバーバンドル出射端（図示せず）に向けて進む。本実施形態においてはクラッド７４として屈折率が１である空気が充填された管状孔が用いられることから、シリカガラスであるコア中心領域７２Ｓとクラッド７４の屈折率差が従来のファイバに比べて大きくなる。このため、ホーリーファイバーバンドル入射端に入射された光の入射角αが従来のファイバの場合よりも大きな値であっても、コア中心領域７２Ｓを進む光の減衰は抑止される。なお、クラッド７４は、コア中心領域７２Ｓを取り囲むように設置されているため、光はホーリーファイバの外部表面７１に到達することなく、コア中心領域７２Ｓ内に留められたままでホーリーファイバーバンドル出射端に向けて進むこととなる（図７参照）。
【００２５】
以上のように、本実施形態においては、コア中心領域７２Ｓを進む光の減衰が抑止される。
【００２６】
なお、本発明の第１及び第２の実施形態において、フォトニックファイバーバンドルまたはホーリーファイバーバンドルを電子内視鏡装置のビデオスコープのライトガイドに対して適用したが、光学的内視鏡装置のスコープ（ファイバースコープ）のライトガイドに対して適用しても良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、入射端に入射された可視光領域の光を、いかなる波長成分についても減衰することなく出射可能であり、光の入射角に対する制限が不要である内視鏡装置のライトガイドのファイバーバンドルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である電子内視鏡装置の概略的構成を示した図である。
【図２】第１の実施形態におけるフォトニック結晶ファイバの構造を示した横断面図である。
【図３】フォトニック結晶ファイバの縦断面図である。
【図４】第１の実施形態におけるフォトニックファイバーバンドルの横断面図である。
【図５】第１の実施形態におけるビデオスコープ先端部の正面図である。
【図６】第２の実施形態におけるホーリーファイバの構造を示した横断面図である。
【図７】ホーリーファイバの縦断面図である。
【符号の説明】
１０  電子内視鏡装置
２０  ビデオスコープ
２２  ビデオスコープ先端部
２２Ｓ  ビデオスコープ先端部表面
３０  プロセッサ
３２  ランプ
３８  集光レンズ
５０  フォトニック結晶ファイバ（光ファイバ）
５２、７２  コア
５２Ｃ  ファイバ軸
５４  クラッド
５８  フォトニック結晶孔
６２  フォトニックファイバーバンドル（ファイバーバンドル）
６２Ａ  フォトニックファイバーバンドル入射端
６２Ｂ  フォトニックファイバーバンドル出射端
７０  ホーリーファイバ（光ファイバ）
７２Ｓ  コア中心領域
７４  クラッド（管状孔、管状空間領域）
α  ファイバーバンドル入射端への光の入射角
【図１】
2004344209.tif 000003
【図２】
2004344209.tif 000004
【図３】
2004344209.tif 000005
【図４】
2004344209.tif 000006
【図５】
2004344209.tif 000007
【図６】
2004344209.tif 000008
【図７】
2004344209.tif 000009