(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を出射し、複数の光ファイバーで構成されたライトガイドファイバーを有するとともに、前記照明光によって照射された対象物を画像観察することのできる対物光学系を備えた細径スコープであって、
前記ライトガイドファイバーの先端部と前記対物光学系とを有する対物部を備え、
前記対物部の先端部には、先端に向かうにつれて径が細くなるようにテーパーが形成され、
前記テーパーは前記ライトガイドファイバーの光出射端面の少なくとも一部に形成されており、
前記対物部は、前記対物部の軸方向に対して垂直な端面を有し、対物レンズを含む対物光学系と、前記対物光学系に入射した光を伝送するイメージガイドファイバーとをさらに備えており、
前記ライトガイドファイバーは前記対物光学系及び前記イメージガイドファイバーの外側を囲んでおり、
前記ライトガイドファイバーの光出射端面のうち前記対物光学系の端面の近傍領域は前記対物部の軸方向に対して垂直に形成され、前記近傍領域の外側に位置する領域はテーパー状となっており、
前記ライトガイドファイバーは、前記対物部の軸に垂直な光出射端面を有する第一のライトガイドファイバー群と、前記ライトガイドファイバーのうち前記テーパーが形成された光出射端面を有する第二のライトガイドファイバー群とを有し、
前記第一のライトガイドファイバー群の入力側端部が第一の光源に接続されるとともに、前記第二のライトガイドファイバー群の入力側端部が、前記第一の光源とは異なる第二の光源に接続され、且つ前記第一の光源と前記第二の光源とが、別個にオン／オフの制御が可能に構成されている細径スコープ。
【請求項２】
請求項１に記載の細径スコープにおいて、
前記対物部の先端での前記ライトガイドファイバーの径方向の幅Ｗ１と、前記対物光学系の半径Ｒ１との比Ｗ１／Ｒ１は、０．０５以上１．５以下である細径スコープ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の細径スコープにおいて、
前記ライトガイドファイバーを構成する光ファイバーは前記照明光を伝送するコアを有しており、
前記テーパーのテーパー角度をp、前記コアの屈折率をng、観察環境の屈折率をn、前記光ファイバーの開口数をNA、前記コア内を伝送する照明光の最大角度をθg = Arcsin[ (n/ng)×NA ] としたとき、
照明方向 θc= Arcsin[ (ng/n )×sin p ]、
θ＋(p) 〜θ−(p) の照射範囲で照明できる細径スコープ（ただし、θ＋(p) = Arcsin [(ng/n )×sin(p＋θg)]、θ−(p) = Arcsin [(ng/n )×sin(p−θg)]とする）。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の細径スコープにおいて、
前記ライトガイドファイバーを構成する光ファイバーは前記照明光を伝送するコアを有しており、
前記テーパーのテーパー角度をp、前記コアの屈折率をng、観察環境の屈折率をn、前記光ファイバーの開口数をNA、前記コア内を伝送する照明光の最大角度を θg = Arcsin( (n/ng)×NA ) としたとき、テーパー角度pが
【数１９】
0006419618.tif 000020
である細径スコープ。
【請求項５】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の細径スコープにおいて、
前記ライトガイドファイバーを構成する光ファイバーは前記照明光を伝送するコアを有しており、
前記テーパーのテーパー角度をp、前記コアの屈折率をng、観察環境の屈折率をn、前記光ファイバーの開口数をNA、前記コア内を伝送する照明光の最大角度を θg = Arcsin( (n/ng)×NA ) としたとき、
挿入性向上と照明光がすべて出射される条件より、テーパー角度pが
【数２０】
0006419618.tif 000021
である細径スコープ。
【請求項６】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の細径スコープにおいて、
挿入性向上と照明光が出射される条件より空気中で使用する場合の前記テーパーのテーパ角度p が、１０°以上５１．２°以下である細径スコープ。
【請求項７】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の細径スコープにおいて、
前記テーパーのテーパ角度 p が、１０°以上７４．０°以下であり、水中で使用される細径スコープ。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか１つに記載の細径スコープにおいて、
前記対物部は画像伝送用のイメージガイドファイバーを有しており、
前記ライトガイドファイバー及び前記イメージガイドファイバーは耐放射線性材料で構成されており、
高放射線雰囲気下での観察用のファイバースコープである細径スコープ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示された技術は、細径スコープに関する。
【背景技術】
【０００２】
対物光学系及び照明光学系を備えた細径スコープは、特に狭隘部の観察に適用されている。例えば、原子力発電所の原子炉内部等では、細径スコープが核燃料の観察等に用いられている。原子炉内の検査対象は強い放射線を出すので、耐放射線性の高い石英製のファイバーで構成した対物光学系及び照明光学系を用いて、検査対象の画像を当該検査対象から数ｍ〜数十ｍ離れた場所で観察する。
【０００３】
特許文献１には、照明用光学系先端固定部と、観察光学系先端固定部とを有する対物部を備えた細径スコープが開示されている。この内視鏡は耐放射線性を有する石英コンジットで形成された照明用ファイバー及び観察用ファイバーを備えている。
【０００４】
また、特許文献２には、体腔内に挿入して使用される細径スコープ及びこれに用いられるライトガイドが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４９９４４号公報
【特許文献２】特開２０１２−５０６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば原子炉内で細径スコープを使用する場合、光ファイバーで構成された細径スコープの先端部分（すなわち対物部）を遠隔操作で狭い領域に挿入する必要がある。しかしながら、特許文献１、２に記載された細径スコープの対物部の細径化には限界があるため、対物部を非常に狭い領域に速やかに挿入することは困難であり、細径スコープによる観察に多くの時間を要する。
【０００７】
また、細径スコープの対物部を細径化すると、狭隘部を観察する際に遊びが大きくなり、狙った位置を観察しにくくなる。さらに、濁水中で観察を行う場合、照明光が浮遊物によって乱反射する等して鮮明な画像が得られにくくなることがある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みて、狭い領域であっても挿入が容易で、照明光の向きや範囲を観察条件に応じて調節可能な対物部を備えた細径スコープ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】
【０００９】
本明細書に開示された細径スコープは、照明光を出射し、複数の光ファイバーで構成されたライトガイドファイバーを有するとともに、照明光によって照射された対象物を画像観察することのできる対物光学系を備えた細径スコープであって、前記ライトガイドファイバーの先端部と前記対物光学系とを有する対物部を備え、前記対物部の先端部には、先端に向かうにつれて径が細くなるようにテーパーが形成され、前記テーパーは前記ライトガイドファイバーの光出射端面の少なくとも一部に形成されている。
【００１０】
本明細書に開示された対象物の観察方法は、ファイバースコープを用いる方法である。この観察方法において、前記ファイバースコープは複数の光ファイバーで構成されたライトガイドファイバーを有する対物部を備える。また、前記対物部の先端部であって、前記ライトガイドファイバーの光出射端面を含む部分には軸方向に対する垂直部を形成しつつ、先端に向かうにつれて径が細くなるようにテーパーを形成することによって狭隘部への挿入性を向上させると同時に、前記テーパーのテーパー角の変更、及び／又は前記垂直部からの照明光と前記テーパーからの照明光とを使い分けすることにより、前記対象物を観察する際の観察条件を調節する。
【発明の効果】
【００１１】
本明細書に開示された細径スコープによれば、狭い領域であっても挿入が容易であり、照明光の向きや広がり角を調節することも可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に係る細径スコープを示す平面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示す細径スコープの対物部の先端部分を拡大して示す縦断面図であり、（ｂ）は、対物部のIIb-IIb線における断面図である。
【図３】図３は、本開示に係る細径スコープの使用方法の一例を示す概略図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、本開示に係る細径スコープの使用方法の一例を示す平面図及び側面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、空気中において光ファイバーの先端部にテーパーをつけた場合の照明光照射範囲を説明する図である。
【図６】図６は、空気中において光ファイバーの端面が当該光ファイバーの軸方向に対して垂直な場合の照明光照射範囲を説明する図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、水中において光ファイバーの先端部にテーパーをつけた場合の照明光照射範囲を説明する図である。
【図８】図８は、水中において光ファイバーの端面が当該光ファイバーの軸方向に対して垂直な場合の照明光照射範囲を説明する図である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）は、対物部の先端部のテーパー角をそれぞれ４５°及び５５°にした場合の水中における光線追跡結果（計算値）を示す図である。
【図１０】図１０は、本開示に係る細径スコープを用いて水中で観察を行う際に、観察光の照射条件及び水の濁度をそれぞれ変更した場合に得られた観察像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本開示の一実施形態に係る細径スコープを示す平面図である。図２（ａ）は、図１に示す細径スコープの対物部の先端部分を拡大して示す縦断面図であり、（ｂ）は、対物部のIIb-IIb線における断面図である。
【００１５】
図１及び図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係る細径スコープ１は、照明光を出射し、複数の光ファイバーで構成されたライトガイドファイバー１６を有する。また、細径スコープ１は、対象物により反射された照明光を受光し、観察対象物の画像をイメージガイドファイバ３１に結像させる対物光学系２７を備えている。
【００１６】
対物部３は、対物部３の軸方向に対して垂直な端面を有し、ライトガイドファイバー１６の少なくとも先端部と、対物レンズ２９を含む上記の対物光学系２７と、対物光学系２７に入射した光を伝送するイメージガイドファイバー３１と、ライトガイドファイバー１６の外側を覆い、可撓性を有する材料からなるシース７とを有している。対物部３は細長い形状をしており、狭い隙間から差し込んで対象物の内部構造等を観察することが可能になっている。
【００１７】
イメージガイドファイバー３１は、例えば１０００〜１０００００本程度が溶融一体化された光ファイバーで構成されており、その断面は例えば略円形となっている。対物光学系２７は、イメージガイドファイバー３１の対物側に設けられており、対象物の像を結像させて、イメージガイドファイバー３１へと画像を伝送する。図２（ｂ）に示す例では、対物光学系２７の断面は円形となっている。ライトガイドファイバー１６は、対物光学系２７及びイメージガイドファイバー３１の外側を囲んでいる。
【００１８】
ライトガイドファイバー１６は、対物部３のイメージガイドファイバー３１の外側を囲む第一のライトガイドファイバー群１３と、第一のライトガイドファイバー群１３の外側を囲む第二のライトガイドファイバー群１５とを有している。なお、イメージガイドファイバー３１の外側には、ライトガイドファイバー１６以外の光ファイバー、例えば対物部３に並べることのできるファイバー芯線数と組み立て実行可能な芯線数とを調整するためのスペーサの機能を果たす光ファイバーが配置されていてもよい。
【００１９】
ライトガイドファイバー１６及びイメージガイドファイバー３１は公知の材料で構成されていてもよいが、細径スコープ１が高放射線雰囲気下での観察用である場合、ライトガイドファイバー１６及びイメージガイドファイバー３１は耐放射線材料で構成されていることが好ましい。ライトガイドファイバー１６及びイメージガイドファイバー３１のコア及びクラッドの材料としては、例えば高純度石英ガラス等の公知の材料を用いることができる。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の細径スコープ１において、ライトガイドファイバー１６及びイメージガイドファイバー３１は、対物部３から接眼側に向かってさらに延伸されており、イメージガイドファイバー３１の接眼側には接眼レンズ１１を有するアイピース（接眼部）９が設けられている。アイピース９にはカメラ等、撮像用又は観察用の機器が接続可能となっている。
【００２１】
また、細径スコープ１は、挿入部５を有しており、その直径は例えば２ｍｍ〜２０ｍｍ程度になっている。細径スコープ１が原子炉又は使用済燃料プール内で燃料棒の観察に用いられる場合、挿入部５の直径が２ｍｍ〜２５ｍｍ程度であれば好ましく、２ｍｍ〜１０ｍｍであればより好ましい。挿入部５の対物側部分が上述の対物部３となっている。なお、図２（ａ）、（ｂ）に示す例では、対物部３においてライトガイドファイバー１６が対物光学系２７及びイメージガイドファイバー３１の外側を囲んでいるが、挿入部５の全体において対物部３と同様の構成をとっていなくてもよい。。挿入部５は、可撓性を有する樹脂製の管（上述のシース７）内にライトガイドファイバー１６及びイメージガイドファイバー３１が挿通されることで形成されている。
【００２２】
挿入部５の長さは特に限定されないが、原子炉建屋内で使用される場合、例えば数ｍ〜数十ｍ程度である。挿入部５のうち対物部３の長さは、例えば２ｃｍ〜５００ｃｍ程度である。
【００２３】
挿入部５の接眼側には例えば樹脂等で構成された管によって補強された補強部１０が設けられている。ライトガイドファイバー１６とイメージガイドファイバー３１とは補強部１０の接眼側に位置する分岐部１２において分岐する。ライトガイドファイバー１６は、分岐部１４において第一のライトガイドファイバー群１３の束と第二のライトガイドファイバー群１５の束とに分岐する。
【００２４】
この第一のライトガイドファイバー群１３の束の端部（入力側端部）には第一のプラグ１７が設けられており、第一のプラグ１７は第一の光源４に接続可能となっている。第二のライトガイドファイバー群１５の束の端部（入力側端部）には第二のプラグ１９が設けられており、第二のプラグ１９は第二の光源６に接続可能となっている。第一の光源４と第二の光源６とは別個にオン／オフの制御が可能となっている。
【００２５】
本実施形態の細径スコープ１では、第一の光源４及び第二の光源６のうち少なくとも一方から入力された照明光がライトガイドファイバー１６の対物側端面から出射され、対象物に当たって反射された照明光を対物光学系２７で受光する。この反射光がイメージガイドファイバー３１によってアイピース９に伝達されることで、対象物の画像の観察が可能となる。
【００２６】
本実施形態の細径スコープ１において、対物部３の先端部には先端に向かうにつれて径が細くなるようにテーパーが形成されている。このため、細径スコープ１では狭隘部への挿入性が向上しており、観察すべき対象物間の隙間が狭い場合であっても、当該隙間に対物部３を挿入するのが容易となっている。
【００２７】
図３は、本開示に係る細径スコープの使用方法の一例を概略的に示す図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、当該細径スコープの原子炉建屋内での使用方法の一例を示す平面図及び側面図である。本実施形態の細径スコープ１は、原子炉や使用済燃料プール内に縦方向に複数本配置された燃料棒３５の状態を観察するのに好ましく用いられる。
【００２８】
図３及び図４（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば使用済燃料プール２２内に配置された燃料棒３５の観察を行う際に、接眼側がモニタ３８に接続され、スコープ用のラック３４に設置された本実施形態の細径スコープ１が用いられる。使用済燃料プール２２内では、一部がスペーサ２６で囲まれた燃料棒３５が、燃料チャンネル着脱機（FPM）２４によって複数本保持されている。この状態の燃料棒３５を観察する場合、まず細径スコープ１の挿入部５の対物部３を燃料棒３５の上方まで伸ばし、その位置で保持する。次に、機器を用いた遠隔操作、あるいは作業員による手作業によって燃料棒３５の上方から下方に向かって対物部３をまっすぐに伸ばした状態で吊り下げていき、燃料棒３５間の隙間内に対物部３を挿入する。
【００２９】
挿入部５の支持位置から燃料棒３５までの距離が長い場合、対物部３を狙った位置に正確に挿入することが難しい。しかし、対物部３全体の径をより細くすれば対物部３の隙間への挿入は容易になるが、径を細くしすぎると照明光の照射範囲が狭くなるとともに、得られる画像の解像度が落ちるので、対物部３全体の径を所定値以下にするのは困難である。また、対物部３全体の径を細くしすぎると対物部３と燃料棒３５との隙間が大きくなり、狙った箇所を観察しにくくなる場合もある。
【００３０】
ここで、本実施形態の細径スコープ１では、対物部３の先端の径がより細くなっているので、対物部の端面全体が対物部の軸に対して垂直である場合に比べて対物部３の挿入が容易になっており、速やかに観察を行うことが可能となる。また、この構成によれば、対物部３全体の径を細くする必要がないので、良好な観察画像を得ることができる。なお、以下の説明では特に注釈がない場合、対物部３の端面（ライトガイドファイバー１６の端面を含む）が「対物部３の軸に対して垂直」であることを、単に「垂直」と表現するものとする。
【００３１】
対物部３の先端部に形成されたテーパーは、例えばライトガイドファイバー１６の光出射端面の少なくとも一部に形成されていてもよい。後で詳述するように、テーパーが付けられたライトガイドファイバー１６の端面から出射される照明光の角度や範囲は、ライトガイドファイバーの端面が垂直である場合とは異なる。また、ライトガイドファイバー１６からの出射光の角度や範囲はテーパー角によっても変わる。従って、上述の構成をとることにより、対象物の観察条件を調節し、最適な条件で対象物を観察することが可能となる。
【００３２】
また、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、対物部３において、ライトガイドファイバー１６の光出射端面のうち対物光学系２７の端面の近傍領域は対物部３の軸方向に対して垂直に形成された垂直部２０となっており、上述の近傍領域の外側に位置する領域はテーパー状となっていてもよい。
【００３３】
この構成によれば、ライトガイドファイバー１６のテーパー状の端面から出射する照明光と、垂直部２０から出射する照明光とをそれぞれ単独あるいは組み合わせて対象物をより適切な条件で観察しうる。燃料棒３５の周囲の水の濁度によって適切な観察条件は変わりうるが、本実施形態の細径スコープ１によれば、水の濁度に応じた適切な観察条件を選択しうる。
【００３４】
例えば、図１に示す細径スコープ１のように、第一のライトガイドファイバー群１３の入力側端部と、第二のライトガイドファイバー群１５の入力側端部とにそれぞれ異なる光源が接続される場合には、第一のライトガイドファイバー群１３の垂直部２０から出射する照明光と第二のライトガイドファイバー群１５のテーパー状端面から出射する照明光とを使い分けて観察を行うことができる。
【００３５】
また、対物部３の先端でのライトガイドファイバー１６の径方向の幅Ｗ１（図２（ａ）参照）と、対物光学系２７の半径Ｒ１との比Ｗ１／Ｒ１は特に限定されないが、対物部３の直径、対物光学系２７の直径、ライトガイドファイバー１６の芯線数、すなわち伝送できる照明光の光量などの条件に応じて０．０５以上１．５以下の範囲にすれば、より観察に適した範囲で観察条件を調節できるので好ましい。
【００３６】
なお、上述した対物部３の先端部のテーパー形成、第一のライトガイドファイバー群１３の端面及び対物光学系２７の対物側端面の平坦化は、公知の研磨機を用いた研磨により行うことができる。
【００３７】
次に、図５〜図９を用いて対物部３の先端部の好ましいテーパー角の範囲について説明する。
【００３８】
図５（ａ）〜（ｃ）は、空気中において光ファイバーの先端部にテーパーをつけた場合の照明光照射範囲を説明する図である。図６は、空気中において光ファイバーの端面が当該光ファイバーの軸方向に対して垂直な場合の照明光照射範囲を説明する図である。図７（ａ）〜（ｃ）は、水中において光ファイバーの先端部にテーパーをつけた場合の照明光照射範囲を説明する図である。図８は、水中において光ファイバーの端面が当該光ファイバーの軸方向に対して垂直な場合の照明光照射範囲を説明する図である。図９（ａ）、（ｂ）は、対物部の先端部のテーパー角度をそれぞれ４５°、５５°にした場合の水中における光線追跡結果を示す図である。
【００３９】
図５〜図８では、石英ガラスからなるコア３０と、石英ガラスからなり、コア３０の外側を被覆するクラッド３２とを有する光ファイバーを示している。これらの図において、ｎａは空気の屈折率（＝１．０００）、ｎｗは水の屈折率（＝１．３３３）、ｎｇはコア３０の屈折率（例えば１．４５８）、ｎｇｃはクラッド３２の屈折率（例えば１．４４４）をそれぞれ表すものとする。
【００４０】
なお、図５〜図８及び以下の説明において、各物質の屈折率を有効数字４桁で表記し、計算によって算出された臨界角は上から４桁目を四捨五入した３桁の値で表記するものとする。
【００４１】
まず、空気中において、光ファイバーの端面が垂直且つ平坦に研磨されている（研磨角度０°である）場合、図６に示すように、照明光の出射角はθa＝１１．５°である。また、光ファイバーの開口数NAが
【数１】
0006419618.tif 000002
であるとき、コア３０内を伝送する光の臨界角（＝最大角度）をθgとすると、スネルの法則より
【数２】
0006419618.tif 000003
が成り立つことから、
【数３】
0006419618.tif 000004
となる。
【００４２】
次に、テーパー角度がpであるとき、空気中での照明光照射範囲を考える。図５（ａ）に示すように、コア３０内で反射してテーパー端面に入射角（＝p＋θg）で入射する照明光の出射角をθa＋(p)とすると、
【数４】
0006419618.tif 000005
が成り立つ。
【００４３】
また、図５（ｃ）に示すように、コア３０内で反射してテーパー端面に入射角（＝p−θg）で入射する照明光の出射角をθa−(p)とすると、
【数５】
0006419618.tif 000006
が成り立つ。ここで、θgはファイバコア内を伝送する光の伝搬角度の最大値である。
【００４４】
このとき、図５（ｂ）に示すように、照射光の照明方向θac(p)は下記式（３）で表される。
【数６】
0006419618.tif 000007
【００４５】
以上のことから、本実施形態の細径スコープ１を空気中で使用する場合、垂直な端面を有する第一のライトガイドファイバー群１３から出力される照明光は、照明方向０°、２θa（＝２３．０°）の照射範囲で対象物を照明できる。また、テーパー状の端面を有する第二のライトガイドファイバー群１５から出力される照明光は、照明方向θac (p)であり、θa＋(p) 〜θa−(p) の照射範囲で対象物を照明できることが分かる。
【００４６】
ここで、対物部３の先端部のテーパー角度pは特に限定されないものの、テーパー端面から効果的に照射光を出射させるために、ライトガイドファイバーを伝送した照明光がテーパー端面からすべて出射されるためのテーパー角度をpa＋とすると、
【数７】
0006419618.tif 000008
より
【数８】
0006419618.tif 000009
となる。これより、pa＋≦３５．４°を得る。
【００４７】
また、ライトガイドファイバーを伝送した照明光がテーパー端面からわずかでも出射されるためのテーパー角度をpa−とすると、
【数９】
0006419618.tif 000010
より
【数１０】
0006419618.tif 000011
となる。これより、pa−≦５１．２°を得る。
【００４８】
一方、テーパー角度pが１０°以上であれば、対物部３の狭所への挿入性をより向上させることができる。よって、空気中において照明が可能なテーパ角度は１０°以上５１.２°以下、より好ましくは１０°以上３５．４°以下となる。
【００４９】
さらに、観察環境が水である場合の照明光の照射範囲や照射方向も空気中と同様にして求められる。
【００５０】
図７（ａ）に示すように、コア３０内で反射してテーパー端面に入射角（＝p+θg）で入射する照明光の水中における出射角θw＋(p)は、下式（４）で表される。
【数１１】
0006419618.tif 000012
【００５１】
また、図７（ｃ）に示すように、コア３０内で反射してテーパー端面に入射角（＝p−θg）で入射する照明光の出射角をθw−(p)とすると、
【数１２】
0006419618.tif 000013
が成り立つ。
【００５２】
このとき、図７（ｂ）に示すように、照射光の照明方向θwc(p)は下記式（６）で表される。
【数１３】
0006419618.tif 000014
【００５３】
一方、水中において、光ファイバーの端面が垂直且つ平坦に研磨されている（研磨角度０°である）場合、図８に示すように、照明光の出射角をθwとすると、スネルの法則nwsinθw = ng sinθg  より
【数１４】
0006419618.tif 000015
となる。
【００５４】
以上のことから、本実施形態の細径スコープ１を水中で使用する場合、垂直な端面を有する第一のライトガイドファイバー群１３から出力される照明光は、照明方向０°、２θw（＝１７．２４°）の照射範囲で対象物を照明できる。また、テーパー状の端面を有する第二のライトガイドファイバー群１５から出力される照明光は、照明方向θwc (p)であり、θｗ＋(p) 〜θw−(p) の照射範囲で対象物を照明できることが分かる。
【００５５】
ここで、第二のライトガイドファイバー群１５により伝送された照明光が水中でテーパー端面からすべて出射されるためのテーパー角度をpｗ＋とすると、
【数１５】
0006419618.tif 000016
より
【数１６】
0006419618.tif 000017
であることが好ましい。これより、pw＋≦５８．２°を得る。
【００５６】
また、第二のライトガイドファイバー群１５により伝送された照明光がテーパー端面からわずかでも出射されるためのテーパー角度をpw−とすると、
【数１７】
0006419618.tif 000018
より
【数１８】
0006419618.tif 000019
となる。これより、pw−≦７４．０°を得る。
【００５７】
一方、テーパー角度pは先述のように１０°以上であれば、対物部３の狭所への挿入性をより向上させることができる。よって、水中において照明が可能なテーパ角度は１０°以上７４．０°以下、より好ましくは１０°以上５８．２°以下となる。
【００５８】
次に、本願発明者らは、図５〜図８で示す光ファイバーで構成されたイメージガイドファイバー３１及びライトガイドファイバー１６を備えた本実施形態の細径スコープ１の、水中における照射光の広がりを計算した。
【００５９】
図９（ａ）に示すように、第二のライトガイドファイバー群１５の端面のテーパー角度が４５°である場合、第二のライトガイドファイバー群１５から出力された照明光の広がり角は３１．５°となった。これに対し、図９（ｂ）に示すように、第二のライトガイドファイバー群１５の端面のテーパー角度が５５°である場合、第二のライトガイドファイバー群１５から出力された照明光の広がり角は４３．６°となった。
【００６０】
この結果から、ライトガイドファイバー１６の端面に形成するテーパーの角度を変更することで、照射光の照射範囲や照射方向を適切に調整できることが分かる。
【００６１】
なお、以上で説明した本実施形態の細径スコープ１は本発明の実施形態の一例であって、その構成や使用手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００６２】
例えば、アイピース９の接眼側にCharge Coupling Device（ＣＣＤ）を取り付けることで、当該ＣＣＤに対象物の画像を結像させてもよい。また、図２（ａ）、（ｂ）で示す対物光学系２７にＣＣＤを設け、当該ＣＣＤに画像を結像させてもよい。この場合、ＣＣＤから接眼部へと画像信号を伝達する配線をイメージガイドファイバー３１に代えて設けることになる。
【００６３】
また、図２（ａ）、（ｂ）に示す対物部３において、光を伝送しないダミーファイバ群を設けてもよい。例えば、第一のライトガイドファイバー群１３及び／又は第２のライトガイドファイバー群１５の一部を、ダミーファイバ群に置き換えてもよい。
【００６４】
また、本実施形態の細径スコープ１と同様の対物部３の構造は、医療用の内視鏡に適用しうる。本技術が適用された内視鏡を用いれば、術野の観察条件を適切に調節することが可能になるので診断や手術をより行いやすくなるものと期待される。
【実施例】
【００６５】
本願発明者らは、本明細書で開示された細径スコープ１の効果を確認するために、図２（ａ）、（ｂ）に示す構成を有する対物部３を備えた細径スコープ１を作製した。この細径スコープ１を用いて水の濁度と照射光の照射条件を変更して原子炉で使用される模擬燃料棒の観察を行った。
【００６６】
第一のライトガイドファイバー群１３の光出射端面は対物部３の軸に対して垂直に研磨されており、第二のライトガイドファイバー群１５に形成されたテーパーの角度は６０°とした。また、対物部３の直径は５．５ｍｍとし、対物部３の長さは５５０ｍｍ、挿入部５の長さは２０ｍとした。対物部３の先端でのライトガイドファイバー１６の径方向の幅Ｗ１と、対物光学系２７の半径Ｒ１との比Ｗ１／Ｒ１は０．３６８とした。第一のライトガイドファイバー群１３及び第二のライトガイドファイバー群１５の接眼側には、照射光を供給する光源装置（３００Ｗキセノン光源）を接続した。対象物の観察は、水の濁度が濁度３（真水）の場合と濁度２５の場合とでそれぞれ行った。
【００６７】
照明条件としては、第一のライトガイドファイバー群１３からのみ照射光を照射した場合（図１０に示す「垂直研磨の照明」）、第二のライトガイドファイバー群１５からのみ照射光を照射した場合（「テーパー研磨の照明」）、及び第一のライトガイドファイバー群１３と第二のライトガイドファイバー群１５の両方から照射光を照射した場合（「垂直＋テーパー研磨の照明」）とで観察を行った。
【００６８】
図１０は、水の濁度と照射光の照射条件を変更して細径スコープによる観察を行った結果を示す図である。
【００６９】
同図に示すように、濁度３の水中では、第一のライトガイドファイバー群１３からのみ照射光を照射した場合と第二のライトガイドファイバー群１５からのみ照射光を照射した場合とで観察しやすい画像が得られた。一方、第一のライトガイドファイバー群１３と第二のライトガイドファイバー群１５の両方から照射光を照射した場合には画像にハレーションが発生していた。
【００７０】
また、濁度２５の水中では、第一のライトガイドファイバー群１３からのみ照射光を照射した場合に観察しやすい画像が得られた。一方、第一のライトガイドファイバー群１３と第二のライトガイドファイバー群１５の両方から照射光を照射した場合には浮遊物の反射のために画像が白っぽくなっていた。
【００７１】
以上の結果から、本実施形態の細径スコープ１によれば、照明光の照射条件を容易に調節することができるので、観察環境に応じた適切な条件を選択することが可能になることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上説明したように、本開示の一例に係る細径スコープは、種々の対象物の観察に適用される。
【符号の説明】
【００７３】
１      細径スコープ
３      対物部 
４      第一の光源  
５      挿入部  
６      第二の光源  
７      シース 
９      アイピース 
１０      補強部 
１１      接眼レンズ 
１２、１４      分岐部 
１３      ライトガイドファイバー群 
１５      ライトガイドファイバー群 
１６      ライトガイドファイバー
１７      第一のプラグ 
１９      第二のプラグ 
２０      垂直部  
２７      対物光学系 
２９      対物レンズ 
３０      コア  
３１      イメージガイドファイバー 
３２      クラッド 
３５      燃料棒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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