(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡先端部に配置され、照明光で照明された被観察体像を捉える対物光学系部材と、
この対物光学系部材の後側で上記先端部内に配置され、入射される光を互いに直交する２つの偏光成分に分離する偏光子機能を備え、一方の偏光成分を透過させる透過光路及び他方の偏光成分を反射させる反射光路を確保する偏光分離光学素子と、
この偏光分離光学素子で設定された透過光路及び反射光路のいずれか一方に光学的に接続され、光源光を上記先端部へ導くためのライトガイドと、
上記光路の他方に光学的に接続された撮像素子と、
上記偏光分離光学素子の前側に配置され、直線偏光と円偏光の変換をする偏光成分変換素子と、を含み、
光源からの光を上記ライトガイドから上記偏光分離光学素子、偏光成分変換素子及び対物光学系部材を介して出力する電子内視鏡先端部の光学系装置。
【請求項２】
上記偏光分離光学素子の偏光子機能を備え、光源光の全てを１つの直線偏光成分へ変換する全変換型偏光成分変換素子を、上記ライトガイドと上記偏光分離光学素子との間に配置したことを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡先端部の光学系装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子内視鏡先端部の光学系装置、特にライトガイドを介して被観察体を照明し、対物光学系を介して撮像素子で撮像された被観察体を観察する内視鏡先端部の光学系部材の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子内視鏡装置は、光ファイバー束からなるライトガイドを介し、スコープ先端部から光を出射することにより被観察体（内）が照明され、この被観察体像は対物光学系を介して捉えられ、撮像素子で撮像される。この種の電子内視鏡装置では、先端部まで例えば２本のライトガイドが設けられ、この２本のライトガイドに挟まれた位置に上記対物光学系が配置されており、これにより被観察体を良好に照明するようになっている。
【０００３】
ところで、上記電子内視鏡装置では、細い体腔内等の観察部位にスコープを挿入することから、その先端部及び挿入部の細径化が求められており、上述したライトガイドにおいても、その径を小さくすることや、配置を工夫すること等が行われる。しかし、良好な観察をするためには、明るい照明光が必要であり、ライトガイドを余り細径化することは得策ではない。
【０００４】
また、このような内視鏡では、対物光学系で捉えられる撮像位置に対し、ムラのない均一の照明を行うことは比較的困難である。即ち、上述のように、ライトガイドが２本設けられる場合は、両方の光が所定位置で重なることから、その周辺部において照明ムラが生じる。また、ライトガイドが１本の場合は、厳密にいえば照射位置に対し光が斜めに当ることから、周辺部では同様に照明ムラが生じることになる。
そこで、本願出願人は、特開平１０−９９２６８号公報に示されるように、被観察体像を捉える対物光学系部材を照明用光路としても利用する装置を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この電子内視鏡の光学系装置では、光源からの光路と撮像素子へ導く光路を確保するための光路結合用光学素子において半透過膜を使用するため、撮像素子へ入射する光が光源光の１／４程度になってしまい、光源の出力光を有効に利用することができないという不都合があった。即ち、光源光は上記半透過膜を通過するとき１／２となり、また被観察体からの光が半透過膜で反射されるときに１／２となる結果、被観察体像光は１／４となる。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、対物光学系を観察光路及び照明光路として用いる構成でも、光源出力光を有効に利用することができる電子内視鏡先端部の光学系装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１請求項記載の発明に係る電子内視鏡先端部の光学系装置は、内視鏡先端部に配置され、照明光で照明された被観察体像を捉える対物光学系部材と、この対物光学系部材の後側で上記先端部内に配置され、入射される光を互いに直交する２つの偏光成分に分離する偏光子機能を備え、一方の偏光成分を透過させる透過光路及び他方の偏光成分を反射させる反射光路を確保する偏光分離光学素子と、この偏光分離光学素子で設定された透過光路及び反射光路のいずれか一方に光学的に接続され、光源光を上記先端部へ導くためのライトガイドと、上記光路の他方に光学的に接続された撮像素子と、上記偏光分離光学素子の前側に配置され、直線偏光と円偏光の変換をする偏光成分変換素子と、を含み、光源からの光を上記ライトガイドから上記偏光分離光学素子、偏光成分変換素子及び対物光学系部材を介して出力することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、上記偏光分離光学素子の偏光子機能を備え、光源光の全てを１つの直線偏光成分へ変換する全変換型偏光成分変換素子を、上記ライトガイドと上記偏光分離光学素子との間に配置したことを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、ライトガイドを介して光源から導かれるランダム光は、偏光分離光学素子の偏光子機能によりｓ偏光とｐ偏光に分離された後、例えばｐ偏光のみが透過され、その後、偏光成分変換素子にて円偏光へ変換される。そして、この円偏光は対物光学系を介して被観察体へ照明光として照射される。一方、被観察体から反射する円偏光反射光が上記対物光学系で捉えられると、この反射円偏光は上記偏光成分変換素子でｓ偏光へ変換されて偏光分離光学素子へ導かれる。この偏光分離光学素子では、ｓ偏光が偏光子機能により反射されて撮像素子へ供給されることになり、このｓ偏光によって被観察体像が撮像面に結像する。
【００１０】
従って、照明領域と観察領域を一致させた均一で効率のよい照明状態が得られると共に、光源からのランダム光量が上記偏光子で１／２になるのみであるから、光量が１／４になる従来の半透過膜と比較すると、光源の出力光を有効に利用できるという利点がある。
また、上記請求項２の構成によれば、光源光の全てを直線偏光成分へ変える全変換型偏光成分変換素子を用いたので、この場合は、光源出力光の全てを撮像に利用することが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１には、実施形態の第１例である電子内視鏡先端部の光学系装置の主要構成が示され、図２及び図３には当該電子内視鏡先端部の構成が示されている。まず、図２及び図３において、先端部１０には、保持部材１１に保持されて対物光学系部材（鏡胴部）１２が設けられており、この対物光学系部材１２には対物レンズだけでなく、絞りやフィルタ等が含まれる。また、先端部１０の先端面に鉗子口１４が設けられ、この鉗子口１４に処置具挿通チャンネル１５が接続され、この処置具挿通チャンネル１５を介して鉗子口１４から鉗子等の各種の処置具が導出できる。
【００１２】
更に、上記対物光学系部材１２の後側に、図１にも示されるが、偏光成分変換素子である１／４波長板１６と、偏光子が組み込まれた偏光分離光学素子である立方体プリズム１７が光学的に接続され、この立方体プリズム１７の下側に、撮像素子であるＣＣＤ（Charge Coupled Device）１８が光学的に接続される。このＣＣＤ１８は、カバーガラス１９で密閉されるＣＣＤパッケージ２０内に収納接続され、このカバーガラス１９が上記プリズム１７の下面へ接着される。なお、上記ＣＣＤパッケージ２０には、配線パターンが形成されており、この配線パターンを介して、外部へ接続するための信号線２１が接続される。
【００１３】
図１において、上記立方体プリズム１７は、２個の直角プリズムを接合させ、その接合面（傾斜面）が偏光分離面１７Ａとなる偏光プリズム（偏光ビームスプリッター）からなり、この接合面に、ｓ偏光（偏光方向が９０度異なるｐ偏光でもよい）を反射させるｓ偏光反射膜（直線偏光反射膜）２７を形成したものである。この立方体プリズム１７によれば、ｓ偏光反射膜２７を施した偏光分離面１７Ａにより、光源光であるランダム光がｓ偏光とｐ偏光に分離され、ｓ偏光を図の上側へ反射させる一方、ｐ偏光を通過させる。また、光源光を対物光学系部材１２へ通過させる透過光路（直進光路）Ｌ１が設定されると共に、対物光学系部材１２から入射する光を偏光分離面１７Ａから下側の直角方向であるＣＣＤ１８へ反射させる反射光路Ｌ２が形成される。
【００１４】
そして、上記立方体プリズム１７の前側の１／４波長板１６は、当該プリズム１７から出力されるｐ偏光を円偏光に変換し、またこの円偏光による被観察体からの反射光をｓ偏光に変換する。従って、この１／４波長板１６から出射されたｓ偏光により被観察体像が上記反射光路Ｌ２を介してＣＣＤ１８に結像することになる。
【００１５】
更に、上記立方体プリズム１７の後側には、集光レンズ２３、拡散板２４を介してライトガイド２５が配置されており、このライトガイド２５は光源装置の光出射端に接続される。上記拡散板２４は、すりガラス状面を形成しており、ライトガイド２５の端面のファイバー束の形状をＣＣＤ１８側へ逆投影させない役目をする。
【００１６】
第１例は以上の構成からなり、以下にその作用を説明する。図１に示されるように、光源装置からライトガイド２５を介して導かれた光は、拡散板２４を通り、集光レンズ２３によって立方体プリズム１７の後面へ入射する。この光源光は、ランダム光であるが、このランダム光は立方体プリズム１７で直線偏光成分（ｓ偏光，ｐ偏光）に分離され、一方の直線偏光成分が透過され、他方の直線偏光成分は偏光分離面１７Ａで上側に反射される。そして、例えばｐ偏光が透過光路Ｌ１を進む（ｓ偏光は反射）とすれば、このｐ偏光は、１／４波長板１６にて円偏光となり、対物光学系部材１２を介し照明光として被観察体へ出射されることになり、この照明光は、被観察体像を捉える対物光学系部材１２の光路を通ることから、撮像に最適な照明パターンとなる。
【００１７】
一方、円偏光により照明された被観察体像は対物光学系部材１２により捉えられ、この被観察体反射の円偏光は対物光学系部材１２内光路を通り、１／４波長板１６により偏光方向が９０度異なるｓ偏光へ変換され、立方体プリズム１７へ供給される。そして、この立方体プリズム１７では、上記ｓ偏光がｓ偏光反射膜２７を有する偏光分離面１７Ａにて直角方向の反射光路Ｌ２へ反射されるので、図１に示されるように、ＣＣＤ１８の撮像面に被観察体の像がｓ偏光によって結像することになる。
【００１８】
このような第１例によれば、光源から出力されるランダム光が立方体プリズム１７でｐ偏光のみとなり、光量が１／２となり、この光量が１／４になる従来の半透過膜に比べると、光源光を有効に利用することができる。そして、基本的には、図２及び図３から理解されるように、先端部１０において対物光学系部材１２とライトガイド２５が並列ではなく直列に配置されるので、従来のライトガイドの配置スペースが不要となり、先端部１０の細径化が図れるという利点があり、また撮像域に最適な照明パターンが得られるので、照明ムラもなくなり、良好な撮影が可能となる。
【００１９】
なお、上記第１例では、立方体プリズム１７の直線偏光反射膜としてｓ偏光反射膜２７を形成したが、この代わりに、ｐ偏光反射膜を形成してもよく、この場合は、立方体（偏光）プリズム１７においてｓ偏光を透過させ、ｐ偏光を反射させるように構成することになる。
【００２０】
図４及び図５には、実施形態の第２例装置の構成が示されており、この第２例は、偏光子機能を備え、光源光の全てを直線偏光へ変換する全変換型偏光成分変換素子を設けたものである。この第２例では、図４に示されるように対物光学系１２からライトガイド２５までの構成は同様となり、立方体プリズム１７と光源との間に、光源光を例えばｐ偏光に変換する全変換型偏光成分変換素子２８を配置する。
【００２１】
図５には、この全変換型偏光成分変換素子２８の構成の一例が示されており、これは特開平５−７２４１７号公報に開示されているものである。図５において、光源光を入射する立方体プリズム（偏光ビームスプリッター）２８ａは、例えばｐ偏光を透過し、ｓ偏光を反射させる偏光分離面２８ｂを有している。また、この立方体プリズム２８ａから出力されるｓ偏光の光路中に、反射板２８ｃが配置され、この反射板２８ｃの反射光路に１／２波長板２８ｄが配置される。
【００２２】
このような構成によれば、光源光であるランダム光が立方体プリズム２８ａでｐ偏光とｓ偏光に分離され、ｐ偏光は真っ直ぐ出力されるが、ｓ偏光は上側に導かれる。このｓ偏光は、反射板２８ｃで直角に反射された後、１／２波長板２８ｄを通ることによりｐ偏光へ変換され、このｐ偏光が出力方向へ導かれる。従って、この全変換型偏光成分変換素子２８によれば、光源光の全てがｐ偏光へ変換されて出力される。
【００２３】
そして、上記全変換型偏光成分変換素子２８から出力されたｐ偏光は、ライトガイド２５等を介して偏光分離光学素子である立方体プリズム１７へ供給され、この立方体プリズム１７では入射されたｐ偏光が全て１／４波長板１６を介して対物光学系部材１２へ導かれる。従って、この第２例では、損失なく光源光の全てを利用してＣＣＤ１８に被観察体像を形成できるという利点がある。
【００２４】
なお、上記実施形態例では、立方体プリズム１７の下側にＣＣＤ１８を設け、後面側にライトガイド２５を配置したが、この関係を逆にし、プリズム１７の下側にライトガイド２５を設け、後面側にＣＣＤ１８を配置してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、対物光学系の観察光路を照明光路としても利用する電子内視鏡先端部の光学系装置において、２つの偏光成分に分離する偏光子機能を備え、透過光路及び反射光路を確保する偏光分離光学素子と、直線偏光と円偏光の変換をする偏光成分変換素子を設けたので、細径化及びムラのない均一な照明を達成する装置で、光源出力光を有効に利用することが可能となる。
【００２６】
また、請求項２の発明によれば、光源出力光の全てを１つの直線偏光成分へ変換する全変換型偏光成分変換素子を設けたので、被観察体の撮像において光源光の全てを利用することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の第１例に係る電子内視鏡先端部の光学系装置の構成を示す説明図である。
【図２】第１例の電子内視鏡先端部の構成を示す側面断面図である。
【図３】図２の先端部を後側から見た図である。
【図４】  実施形態の第２例に係る電子内視鏡先端部の光学系装置の構成を示す説明図である。
【図５】第２例の全変換型偏光成分変換素子の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１０  …  先端部、
１２  …  対物光学系部材、
１６  …  １／４波長板、
１７  …  立方体プリズム（偏光プリズム）、
１８  …  ＣＣＤ、
２５  …  ライトガイド、
２７  …  ｓ偏光反射膜、
２８  …  全変換型偏光成分変換素子。
【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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