特許 7339912 内視鏡用照明光学システム、および、内視鏡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-29

(45)【発行日】2023-09-06

(54)【発明の名称】内視鏡用照明光学システム、および、内視鏡

(51)【国際特許分類】

   A61B 1/07 20060101AFI20230830BHJP

   G02B 23/26 20060101ALI20230830BHJP

【ＦＩ】

A61B1/07 733

A61B1/07 732

G02B23/26 B

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020053024

(22)【出願日】2020-03-24

(65)【公開番号】P2021151388

(43)【公開日】2021-09-30

【審査請求日】2022-07-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000000376

【氏名又は名称】オリンパス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002907

【氏名又は名称】弁理士法人イトーシン国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】本間 博之

【審査官】増渕 俊仁

(56)【参考文献】

【文献】実開昭６１－０８５８０５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５０－１１５０４２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開平２－３０９１４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１３－０４１０２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ １／００－１／３２

Ｇ０２Ｂ ２３／２４－２３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の光ファイバからなり、光を導光するファイバ束と、
前記ファイバ束の先端部が挿入され、前記複数の光ファイバを束ねている口金と、
前記先端部の前記複数の光ファイバの間を充填している樹脂と、
前記ファイバ束の先端面から出射される前記光が入射し、出射面から前記光を出射する照明光学系と、を具備し、
前記口金は、先端の内径が基端の内径よりも小さいことを特徴とする内視鏡用照明光学システム。

【請求項2】

前記口金は、内径が略一定の基端領域と、内径が前記基端領域の前記内径よりも小さく、かつ、略一定の先端領域と、を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用照明光学システム。

【請求項3】

前記口金は、内径が、前記基端領域の前記内径よりも小さく、前記先端領域の前記内径よりも大きく、かつ、略一定の中間領域を、少なくとも１つ有することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡用照明光学システム。

【請求項4】

前記口金は、前記先端から前記基端にむかって内径が連続的に変化していることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用照明光学システム。

【請求項5】

前記先端の前記内径が前記基端の前記内径の９５％以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の内視鏡用照明光学システム。

【請求項6】

前記出射面に、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された反射防止膜が配設されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の内視鏡用照明光学システム。

【請求項7】

前記反射防止膜は、外面に、前記高屈折率層が配設されていることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡用照明光学システム。

【請求項8】

前記基端領域の先端から前記出射面までの距離は、前記先端の前記内径の７倍以上１３倍以下であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内視鏡用照明光学システム。

【請求項9】

前記請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の内視鏡用照明光学システムを含むことを特徴とする内視鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の光ファイバが口金によって束ねられている内視鏡用照明光学システム、および、複数の光ファイバが口金によって束ねられている内視鏡用照明光学システムを含む内視鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

被検体の体腔内に挿入部を挿入して、先端部に配設された撮像装置によって画像を取得したり、先端部から突出させた処置具を用いて処置したりする内視鏡が広く用いられている。外光の届かない体腔内を観察するには、照明光学システムが不可欠である。

【0003】

光源が発生した照明光は、複数の光ファイバを束ねたファイバ束（ファイババンドル）によって導光され、先端部に配設された照明光学系から出射される。照明光学システムは、照明光によってファイバ束および照明光学系が加熱されるために、内視鏡先端の温度が上昇しやすい。近年、イメージセンサーの高密度、高画素化に伴って内視鏡先端の温度上昇（発熱）につながるため、発熱しにくい照明光学システムが求められている。

【0004】

特開２００６－３２３０７７号公報には、複数の光ファイバを束ねたファイバ束を口金で束ねてから、口金を絞り加工により縮径する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００６－３２３０７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の実施形態は、信頼性が高く発熱しにくい内視鏡用照明光学システム、および、信頼性が高く発熱しにくい内視鏡用照明光学システムを含む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】

【0007】

実施形態の内視鏡用照明光学システムは、複数の光ファイバからなり、光を導光するファイバ束と、前記ファイバ束の先端部が挿入され、前記複数の光ファイバを束ねている口金と、前記先端部の前記複数の光ファイバの間を充填している樹脂と、前記ファイバ束の先端面から出射される前記光が入射し、出射面から前記光を出射する照明光学系と、を具備し、前記口金は、先端の内径が基端の内径よりも小さい。

【0008】

また、別の実施形態の内視鏡は、内視鏡用照明光学システムを含み、前記内視鏡用照明光学システムは、複数の光ファイバからなり、光を導光するファイバ束と、前記ファイバ束の先端部が挿入され、前記複数の光ファイバを束ねている口金と、前記先端部の前記複数の光ファイバの間を充填している樹脂と、前記ファイバ束の先端面から出射される前記光が入射し、出射面から前記光を出射する照明光学系と、を具備し、前記口金は、先端の内径が基端の内径よりも小さい。

【発明の効果】

【0009】

本発明の実施形態によれば、信頼性が高く発熱しにくい内視鏡用照明光学システム、および、信頼性が高く発熱しにくい内視鏡用照明光学システムを含む内視鏡を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態の内視鏡を含む内視鏡システムの構成図である。

【図2】第１実施形態の照明光学システムの断面図である。

【図3】第１実施形態の照明光学システムの図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線にそった断面図である。

【図4】第１実施形態の照明光学システムの製造方法を説明するための断面図である。

【図5】第１実施形態の変形例１の照明光学システムの断面図である。

【図6】第１実施形態の変形例２の照明光学システムの断面図である。

【図7】第２実施形態の照明光学システムの断面図である。

【図8】反射防止膜の分光反射率を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜内視鏡＞
図１に示すように、実施形態の内視鏡９は、例えば、撮像信号を処理するプロセッサ９２と、モニタ９３と、使用条件等を設定するための入力装置９４と、光源装置９５と、共に内視鏡システム８を構成する。

【0012】

なお、以下の説明において、実施の形態等に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率および相対角度などは現実のものとは異なる。図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。一部の構成要素の図示は省略する。

【0013】

内視鏡９は、体内に挿入される細長い挿入部６０と、挿入部６０から操作部（不図示）を間にはさんで配設されているユニバーサルコード６１と、を具備する。ユニバーサルコード６１は、プロセッサ９２および光源装置９５と接続されている。挿入部６０は、先端部６０Ａにステンレス鋼等からなる硬性部材６０Ａ１を有する。硬性部材６０Ａ１には貫通孔Ｈ１０、Ｈ６３、Ｈ６５がある。

【0014】

貫通孔Ｈ１０には、内視鏡用照明光学システム（以下、「光学システム」ともいう。）１０が挿入されている。光学システム１０は、複数の光ファイバ２１および樹脂４０を含むファイバ束２０と、口金３０と、照明光学系（以下、「光学系」ともいう。）５０と、を具備する。

【0015】

貫通孔Ｈ６３は、操作部から処置具等が挿入されるチャンネルチューブ６３と挿通している。貫通孔Ｈ６５には撮像装置６５が挿入されている。

【0016】

光学システム１０のファイバ束２０、撮像装置６５と接続されているケーブル６６、および、チャンネルチューブ６３は、挿入部６０を挿通している。挿入部６０の外周面は、樹脂６４によって覆われている。

【0017】

光源装置９５が発生した光は、ファイバ束２０を経由して先端部６０Ａまで導光され、被写体に向けて出射される。照明光が被写体表面で反射し、反射光が撮像装置６５によって撮像信号に変換される。撮像信号はケーブル６６を経由してプロセッサ９２に伝送される。撮像信号はプロセッサ９２で信号処理され、内視鏡画像がモニタ９３に表示される。なお、撮像信号が光信号に変換され光ファイバを経由して導光されてもよい。

【0018】

後述するように、光学システム１０は、信頼性が高く、発熱が抑制されているため、内視鏡９は信頼性が高く、発熱が抑制されている。

【0019】

＜第１実施形態＞
図２に示すように、本実施形態の内視鏡用照明光学システム１０の光学系５０は、３つの凸レンズ５１、５２、５３と、レンズ５１等を保持するレンズ枠５４と、を含む。凸レンズ５１、５２、５３の光学面のうち、出射面５０ＳＡを除く全ての面には反射防止膜がコーティングされている。さらに、凸レンズ５３は、高屈折率ガラス（コア）５３ａが低屈折率ガラス（クラッド）５３ｂで覆われている単ファイバ構成である。光ファイバ２１から出射される光は、凸レンズ５３のコアとクラッドとの境界における全反射も利用して、効率良く凸レンズ５１から照野へ出射される。複数の光ファイバ２１を含むファイバ束２０の先端部は、口金３０によって束ねられている。光学系５０の基端面と、ファイバ束２０の先端面とは対向配置された状態に固定されている。

【0020】

図３に示すように、光ファイバ２１の断面は円形であり、口金３０の中の複数の光ファイバ２１の間には、樹脂４０が充填されている。複数の光ファイバ２１のそれぞれの先端部は、樹脂４０によって互いに強固に接着されている。このため、ファイバ束２０に応力が印加されても口金３０から光ファイバ２１が抜けにくい。光学システム１０は照明光の強度が低下することがなく、信頼性が高い。

【0021】

なお、図３では説明のため、光ファイバ２１の数を少なく図示しているが、ファイバ束２０は、例えば１０００本から４０００本の光ファイバ２１を含んでいる。

【0022】

例えば、エポキシ樹脂である樹脂４０の熱伝導率は高くはない。このため、光ファイバ２１の先端面または光学系５０の基端面等で反射された光が、樹脂４０に吸収されると、樹脂４０は発熱する。樹脂４０の発熱を抑制するためには、口金３０の中における複数の光ファイバ２１の充填率を改善し、口金３０の中の樹脂４０の割合することが有効である。

【0023】

口金３０の内径（直径）をＤ３０、光ファイバ２１の外径（直径）をＤ２１、光ファイバ２１の本数をＮとすると、口金３０の中における樹脂４０の断面積Ｖ３０は、以下の（式１）で示される。

【0024】

Ｖ３０＝（Ｄ３０／２）^２－Ｎ（Ｄ２１／２）^２ （式１）

【0025】

本実施形態の光学システム１０では、口金３０は先端の内径Ｄ３２が基端の内径Ｄ３１よりも小さい。すなわち、内径Ｄ３１が略一定の基端領域３１と、内径Ｄ３２が基端領域３１の内径Ｄ３１よりも小さく、かつ、略一定の先端領域３２と、を有する。口金３０の内径Ｄ３０は、基端領域３１と先端領域３２との間の境界領域においてゆるやかに変化している。

【0026】

なお、内径Ｄ３０が略一定とは、例えば、最小内径および最大内径が、平均内径Ｄ３０の９８％以上１０２％以下である。口金３０の肉厚Ｔ３０は、基端領域３１と先端領域３２とで略同じである。

【0027】

光学システム１０は、最も発熱しやすい、先端領域３２に含まれる樹脂４０が少ない。このため、光学システム１０は、発熱が抑制されている。また、基端領域３１の内径Ｄ３１は大きいため、束ねられた光ファイバ２１の接着強度が高い。

【0028】

なお、先端領域３２の内径Ｄ３２は、効果が顕著であるため、基端領域３１の内径Ｄ３１の９５％以下であること、好ましい。

【0029】

光学システム１０の製造方法では、最初に、束ねられた複数の光ファイバ２１の先端部が、塑性変形しやすい金属（例えば、アルミニウム）からなる中空円筒である口金３０に挿入される。そして、界面張力を利用して、複数の光ファイバ２１の隙間に樹脂４０が注入される。樹脂４０がコーティングされた複数の光ファイバ２１が、口金３０に挿入されてもよい。また、断面がＵ字形の口金部材に複数の光ファイバ２１が配設されてから、口金部材の開口を閉じるように加工してもよい。

【0030】

図４に示すように、口金３０の先端領域３２だけが、例えば、スウェージング装置３９を用いて絞り加工される。樹脂４０が熱硬化された後に、口金３０を含むファイバ束２０の最先端部が切断され、切断面が研磨されることによって、口金３０によって固定されたファイバ束２０が作製される。

【0031】

光学システム１０は、口金３０の基端部は絞り加工されないため光ファイバ２１は、加工時および使用時に破損しにくい。光ファイバ２１の破損を防止するためには、内径Ｄ３２は内径Ｄ３１の９０％以上であることが好ましい。また、口金３０の内径Ｄ３０は境界領域においてゆるやかに変化している。このため、光ファイバ２１が、さらに破損しにくい。なお、先端領域３２の外周面と境界領域の外周面とがなす角度θ（図４参照）は、７５度以下が好ましく、４５度以下が特に好ましい。

【0032】

光学システム１０は、発熱が抑制されており、さらに、照明光の強度が低下することがなく、信頼性が高い。

【0033】

＜第１実施形態の変形例＞
次に、第１実施形態の変形例の内視鏡用照明光学システム１０Ａ、１０Ｂについて説明する。光学システム１０Ａ、１０Ｂは第１実施形態の光学システム１０と類似しているので同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

【0034】

＜第１実施形態の変形例１＞
図５に示すように本変形の内視鏡用照明光学システム１０Ａでは、口金３０Ａは、内径Ｄ３３が、基端領域３１の内径Ｄ３１よりも小さく、先端領域３２の内径Ｄ３２よりも大きく、かつ、略一定の中間領域３３を有する。

【0035】

光学システム１０Ａは、光学システム１０と同じ効果を有し、さらに、最も発熱しやすい先端領域３２の長さが短いために、光学システム１０よりも、発熱が抑制されている、さらに、ゆるやかに口金３０Ｂの内径Ｄ３０が変化するため、照明光の強度が低下することがなく、信頼性が高い。

【0036】

なお、先端領域３２と中間領域３３とがなす角度、および、中間領域３３と基端領域３１とがなす角度は、７５度以下が好ましく、４５度以下が特に好ましい。

【0037】

光学システム１０Ａの光学系５０Ａは、１つの凸レンズ５５とレンズ枠５４と有する。すなわち、光学系は図２等に示した、３つの凸レンズ５１、５２、５３を含む構成に限定されない。なお、光学システム１０Ａは、２つ以上の中間領域を有していてもよい。

【0038】

＜第１実施形態の変形例２＞
図６に示すように本変形の内視鏡用照明光学システム１０Ｂでは、口金３０Ｂは、先端３２Ａから基端３１Ａにむかって内径Ｄ３０が連続的に変化している。先端３２Ａの内径Ｄ３２Ａは、基端３１Ａの内径Ｄ３１Ａの９５％以下であることが好ましい。

【0039】

光学システム１０Ｂは、光学システム１０と同じ効果を有し、さらに、光学システム１０よりも発熱が抑制されており、さらに、口金３０Ｂの内径Ｄ３０がゆるやかに変化するため、光ファイバ２１の破損によって照明光の強度が低下することがなく、信頼性が高い。

【0040】

なお、光学システム１０Ｂの光学系５０Ｂは、１つの凹レンズ５６とレンズ枠５４と有する。

【0041】

＜第２実施形態＞
第２実施形態の内視鏡用照明光学システム１０Ｃは内視鏡用照明光学システム１０と類似し、同じ効果を有しているので同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

【0042】

図７に示すように、光学システム１０Ｃでは、光学系５０の先端の凸レンズ５１の出射面５０ＳＡに反射防止膜５９が配設されている。反射防止膜５９は、複数の低屈折率層および複数の高屈折率層からなる複数の層が交互に積層された多層膜である。

【0043】

反射防止膜５９の例として以下に反射防止膜５９Ａ～５９Ｇの構成を示す。なお、第１層がレンズに最初にコーティングされる層である。屈折率の測定波長は５４６ｎｍである。

【0044】

【表1】

【0045】

【表2】

【0046】

【表3】

【0047】

【表4】

【0048】

【表5】

【0049】

【表6】

【0050】

【表7】

【0051】

図８に、反射防止膜５９Ａ～５９Ｇの分光反射率を示す。

【0052】

低屈折率層の材料は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＬａＡｌＯ_４、または、これらの混合物であることが好ましい。高屈折率層の材料は、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＨｆＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＬａＴｉＯ_３、ＬａＡｌＯ_４、または、これらの混合物であることが好ましい。なお、反射防止膜５９は、２種類以上の低屈折率層を有していてもよいし、２種類以上の高屈折率層を有していてもよい。

【0053】

レンズ５１等は、例えば、光学ガラス、石英、サファイア、安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）からなる。例えば、イオンアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法によって配設される、各層の厚さは、５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。

【0054】

照明光が出射面５０ＳＡにおいてフレネル反射されると、光学系５０を硬性部材６０Ａ１の貫通孔Ｈ１０に固定している接着剤（不図示）が反射光を吸収して発熱する。光学システム１０Ｃは、光学系５０の出射面５０ＳＡに反射防止膜５９が配設されているため、照明光の出射面５０ＳＡにおけるフレネル反射を軽減できる。このため、光学システム１０Ｃは、光学システム１０よりも発熱が抑制されている。

【0055】

なお、反射防止膜５９は、レンズ５１から最も離れている外面に配設されている表面層は、高屈折率層であることが好ましい。高屈折率層は、低屈折率層よりも、密度が高く、内視鏡９の洗浄等に用いられる薬液に対して高い耐性を示すためである。耐薬品性の観点から、表面層は厚さが３ｎｍ以上であることが好ましい。

【0056】

なお、光学システム１０、１０Ａ～１０Ｃにおいては、図７に示すように、基端領域３１の先端から出射面５０ＳＡまでの距離Ｌは、先端の内径Ｄ３２（Ｄ３２Ａ）の７倍以上１３倍以下であることが好ましい。

【0057】

距離Ｌが前記下限以上であれば、出射面５０ＳＡにおいて反射された照明光によって発熱した光学系５０の熱が、ファイバ束２０に伝わりにくく、また、ファイバ束２０の熱が光学系５０に伝わりにくい。前記上限以下であれば、先端部６０Ａが短小であるため低侵襲の内視鏡を提供できる。

【0058】

なお、光学システム１０Ａ～１０Ｃを含む内視鏡９Ａ～９Ｃが、光学システム１０Ａ～１０Ｃの効果を有することは言うまでも無い。なお、内視鏡９等は医療用であるが、その用途は工業用でもよいし、挿入部６０は軟性でも硬性でもよい。内視鏡９等は、挿入部９０が、プロセッサ９２およびモニタ９３等と、一体化されている内視鏡でもよい。また、撮像信号が光信号に変換されて、挿入部６０を伝送されてもよい。

【0059】

本発明は、上述した実施形態等に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

【符号の説明】

【0060】

８…内視鏡システム
９、９Ａ～９Ｃ…内視鏡
１０、１０Ａ～１０Ｃ…内視鏡用照明光学システム（光学システム）
２０…ファイバ束
２１…光ファイバ
３０…口金
３１…基端領域
３２…先端領域
３３…中間領域
３９…スウェージング装置
４０…樹脂
５０…照明光学系（光学系）
５１、５２、５３、５５、５６…レンズ
５４…レンズ枠
５９…反射防止膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】