JPH0966020A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 それぞれ単レンズを拡散レンズとして用いて
ライトガイドの２分岐の枝毎に異なる配光を行い、管腔
部を観察する場合にも平面部を観察する場合にも最適な
配光特性を実現できる内視鏡装置を提供する。 【解決手段】 ライトガイド３３の入射端の中心部に開
口数ＮＡ１を持つ光ファイバ素線８１の束を配置し、そ
の外側に開口数ＮＡ２（ＮＡ１＜ＮＡ２）を持つ光ファ
イバ素線８２の束を配置する。８１の束３６の出射端か
らは狭角配光が得られ、８２の束３７の出射端からは広
角配光が得られるので、狭角拡散レンズ２１及び広角拡
散レンズ２２は負担が小さく、それぞれ単レンズで構成
可能となる。高輝度部位検出回路６９は、撮影画像の高
輝度部位を検出し、遮光機構４６を制御することによ
り、高輝度部位の照度を低下させ、観察を容易にすると
ともにハレーションを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は照明光を照射し、生
体内を観察する内視鏡装置に係り、特に、光ファイバを
用いて照明光を案内するライトガイドの配光特性を改善
した内視鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内視鏡装置は、被検体の管腔部に挿入さ
れる先端部及び導中部を有し、操作者が手持ちで操作す
る内視鏡スコープ本体と、内視鏡スコープ本体から伸延
するユニバーサルコードに接続される内視鏡プロセッサ
装置とにより構成される。内視鏡装置の機能としては、
被検体の上部気道、消化管等の管腔部の観察を行う観察
系機能と、観察対象から生検試料を採取したり、異物を
除去したり、被検体内部へ送気、送水するための処置系
機能とがある。

【０００３】観察系機能は、内視鏡プロセッサ装置に設
けられた光源からライトガイドを用いて内視鏡スコープ
先端部へ導光し、先端部から被検体の関心領域に向かっ
て照明光を照射し、先端部に設けられた撮像手段によっ
て被検体の画像を撮影することにより実現される。

【０００４】処置系機能は、内視鏡スコープ本体に設け
られた鉗子孔に各種の処置具を挿通し、先端部に設けら
れた鉗子孔開口部から被検体内部に処置具の先端部を突
出させて必要な処置が行われる。また、送気、送水する
処置は、内視鏡プロセッサ装置に設けられた送気、送水
装置を内視鏡スコープ本体の操作部から操作して行われ
る。

【０００５】一般に観察系機能に於ける照明は、内視鏡
先端部の直径を小さくするためと、多様な使用状況にお
いても良好な照明効果を得るために、ライトガイド出射
端では２分されて２灯照明とすることが多い。

【０００６】図５に示すように、従来の内視鏡装置１に
おける照明は、光源装置４のランプ４１の光を集光レン
ズ４４で集光し、光量調整のための絞り機構４５を経て
ユニバーサルコード３０のコネクタ部３１からライトガ
イド９０の一端である入射端に導かれる。ライトガイド
９０は、同一の開口数を持つ多数の光ファイバ素線を束
ねて構成され、内視鏡スコープ本体２の操作部２９で２
分岐され、一方は細径の狭角照明用の枝９１となり、他
方は太径の広角照明用の枝９２となり、それぞれの出射
端から内視鏡スコープの先端部２７に設けられた拡散レ
ンズ９３、９４へ向かって出射し、内視鏡スコープ先端
部前面より発散、放射されて、被検体を照明する。

【０００７】図６は、上記従来の２分岐のライトガイド
を備えた内視鏡スコープの配光特性を内視鏡光軸に直角
な平面の照度として示したものである。図６からも明ら
かなように、２分岐の一方が狭角の配光特性を有し、他
方が広角の配光特性を有し、両者の合成照度としては、
中央部の照度が高く、周辺部の照度は低くなるように配
光されている。これは、食道等の管腔部を観察する場合
には、管腔部奥深くまで照明するため中央部の照度を高
めた配光特性が必要とされ、胃壁等の平面部を観察する
場合には、広く均一な配光特性が必要とされるので、両
者を折衷した配光特性に設定されているためである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の内視鏡スコープの配光特性は、管腔部を観察する場
合と平面部を観察する場合の折衷した特性となっていた
ため、管腔部を観察する際には画面の中央部で照度が不
足し、逆に平面部を観察する際には画面中央部で照度が
過剰となり、被検体の観察が困難となったり、ハレーシ
ョンを起こす恐れがあるという問題点があった。

【０００９】また上記従来のライトガイドは、全て同一
の開口数を有する光ファイバ素線を束として構成されて
いたので、２分岐の枝毎に異なる配光特性を実現するた
め、それぞれの出射端の設けられる拡散レンズは、異な
る焦点距離のレンズを必要としていた。特に広角配光用
の広角レンズは、単レンズでは十分な広角化が得られ
ず、２枚以上の組み合わせレンズ（複合レンズ）の採用
が必要となり、内視鏡スコープ先端部の小形化の妨げと
なったり、製造価格を押し上げる要因となるという問題
点があった。

【００１０】以上の問題点に鑑み本発明の課題は、管腔
部を観察する場合にも平面部を観察する場合にも最適な
配光特性を実現できる内視鏡装置を提供することであ
る。

【００１１】また本発明の別の課題は、それぞれ単レン
ズを拡散レンズとして用いてライトガイドの２分岐の枝
毎に異なる配光特性を実現し、内視鏡スコープ先端部を
小形化し、製造価格を抑制した内視鏡装置を提供するこ
とである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１記載の内視鏡装置は、内視鏡スコープ外部の光
源から入射端に入射した照明光を内視鏡導中部の先端部
に設けられた出射端まで複数の光ファイバ素線を束とし
たライトガイドにより導光する内視鏡装置において、少
なくとも第１の開口数ＮＡ１を有する第１種の光ファイ
バ素線とＮＡ１より大きい第２の開口数ＮＡ２を有する
第２種の光ファイバ素線とを含む複数種の光ファイバ素
線を用いて前記ライトガイドを構成したことを要旨とす
る。

【００１３】ここで光ファイバの開口数ＮＡとは、光フ
ァイバ端面における最大放射角（または最大受光角）の
半分の角度θmax の正弦をとった値であり、次の式
（１）で示される。 ＮＡ＝ｓｉｎ（θmax ） …（１） また、光ファイバ素線を構成するコアの屈折率ｎ₁ 及び
クラッドの屈折率ｎ₂を用いて計算される開口数の理論
値を最大理論ＮＡ（ＮＡmaxth ）と呼び、次の式（２）
によって示される。 ＮＡmaxth ＝√（ｎ₁ ² −ｎ₂ ² ） …（２） 式（２）から明らかなように、コアの屈折率またはクラ
ッドの屈折率を変えることにより、光ファイバ素線の開
口数を変えることができる。

【００１４】この開口数の異なる２種の光ファイバ素線
を用いてライトガイドを構成し、小さい方の開口数ＮＡ
１を有する光ファイバ素線から狭角の配光特性を得て、
大きい方の開口数ＮＡ２を有する光ファイバ素線から広
角の配光特性を得るようにすると、拡散レンズの負担が
軽くなり、単レンズで拡散レンズを構成することができ
る。

【００１５】また請求項２記載の内視鏡装置は、請求項
１において、第１種の光ファイバ素線と第２種の光ファ
イバ素線とがそれぞれ異なる出射端に配置されたことを
要旨とする。

【００１６】また請求項３記載の内視鏡装置は、請求項
１または請求項２において、第１種の光ファイバ素線及
び第２種の光ファイバ素線から出射する照明光を１枚ま
たは２枚の単レンズにより発散させることを要旨とす
る。

【００１７】ライトガイドの出射端を光ファイバ素線の
種類毎に複数に分割しても、第１種の光ファイバ素線か
らは狭角の配光特性が得られ、第２種の光ファイバ素線
からは広角の配光特性が得られることに変わりがなく、
光ファイバ素線を複数に分岐させて、２灯照明または多
灯照明として内視鏡導中部を細径化する場合にも、単レ
ンズを拡散レンズとして使用することが可能となる。

【００１８】また請求項４記載の内視鏡装置は、請求項
１ないし請求項３のいずれかにおいて、前記ライトガイ
ドに光源からの光が入射する入射端を第１の領域と第２
の領域とに分割し、第１の領域に第１種の光ファイバ素
線を配置し、第２の領域に第２種の光ファイバ素線を配
置したことを要旨とする。

【００１９】この入射端における領域分割には、同心円
状の分割、半円状の分割、扇状の分割等がある。光ファ
イバコネクタのオリエンテーションが不要である点から
は、同心円状が好ましい。

【００２０】また請求項５記載の内視鏡装置は、請求項
１ないし請求項４のいずれかにおいて、前記光源からラ
イトガイドへ入射する入射光の一部を任意に遮光する遮
光手段をさらに備えたことを要旨とする。

【００２１】これにより、光の入射端において、第１種
の光ファイバ素線が配置された第１の領域と、第２種の
光ファイバ素線が配置された第２の領域とが分割される
ので、一方の領域の少なくとも一部を遮光するか、又は
一方の領域を他方の領域より多い割合で遮光することに
より、配光特性を変化させることができる。

【００２２】また請求項６記載の内視鏡装置は、内視鏡
スコープ外部の光源から入射端に入射した照明光を内視
鏡導中部の先端部に設けられた出射端まで複数の光ファ
イバ素線を束としたライトガイドにより導光する内視鏡
装置において、前記照明光により照明された被検体の画
像を撮像する撮像手段と、前記光源からライトガイドへ
入射する入射光の一部を任意に遮光する遮光手段と、前
記撮像手段により撮像された画像の高輝度部位を検出す
る高輝度部位検出手段と、高輝度が検出された部位に応
じて遮光手段による入射光の遮光領域を制御する制御手
段と、を備えたことを要旨とする。

【００２３】例えば、撮影画像の中央部で高輝度が検出
された場合には、狭角の配光特性を有する第１種の光フ
ァイバ素線が配置された入射端を遮光して中央部の照度
を重点的に低下させる。これに対して、撮影画像の周辺
部で高輝度が検出された場合には、広角の配光特性を有
する第２種の光ファイバ素線が配置された入射端を遮光
することにより全体の照度を下げる。こうして、撮影対
象が管腔部、平面部いずれの場合にも適切な照度が得ら
れ、被検体の観察が容易となり、検査時間の短縮や的確
な診断が可能となる。

【００２４】高輝度部位検出手段は、水平・垂直同期信
号に同期して生成されたタイミング信号により画面中央
部に対応するアナログ映像信号を積分して、積分値が所
定の値を超えた時画面中央部が高輝度部位であると判定
するような検出手段を用いることができる。画面周辺領
域についても同様の手段を用いて高輝度部位かそうでな
いかを判定することができる。

【００２５】また、ディジタル映像信号を記憶するフレ
ームメモリを備える内視鏡装置においては、フレームメ
モリのアドレスバスとデータバスとを監視し、画面中央
部および画面周辺部にそれぞれ対応するフレームメモリ
のそれぞれの所定のアドレス範囲のデータが所定の輝度
値を超える回数をそれぞれ計数し、この計数値が所定の
値を超えるとき、画面中央部または画面周辺部が高輝度
部位であると判定するような検出手段を用いてもよい。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る内視鏡
装置の第１の実施の形態を示す構成図である。同図にお
いて、内視鏡装置１は、内視鏡スコープ本体２と内視鏡
プロセッサ装置３とからなる。内視鏡プロセッサ装置３
は、光源装置４、送気・送水装置５、ビデオプロセッサ
６及びモニタ装置７を含んで構成されている。

【００２７】内視鏡スコープ本体２は、広角照明用の拡
散レンズ２１、狭角照明用の拡散レンズ２２、対物レン
ズ２３及び撮像素子２４を搭載し、送気孔２５、送水孔
２６を備える先端部２７と、先端部２７に続く長尺で可
撓性の導中部２８と、先端部２７の湾曲方向を操作する
操作ノブ（図示せず）や送気・送水を制御する操作ボタ
ン（図示せず）を備える操作部２９と、操作部２９から
引き出され、操作部を内視鏡プロセッサ装置３に接続す
る長尺のユニバーサルコード３０とからなる。なお、操
作部２９から先端部２７に至る図示されない鉗子孔が処
置用として設けられている。

【００２８】ユニバーサルコード３０の先端部にはコネ
クタ部３１が設けられ、内視鏡プロセッサ装置３のコネ
クタ部３２に着脱可能に接続されている。ユニバーサル
コード３０は、照明用のライトガイド３３、送気・送水
チューブ３４、撮像素子２４の信号ケーブル３５を１本
にまとめたもので、内視鏡プロセッサ装置３のコネクタ
部３２から、それぞれ光源装置４、送気・送水装置５、
ビデオプロセッサ６に接続されている。

【００２９】光源装置４は、キセノンランプ等を用いた
光源４１と、この光源に電力を供給する電源装置４２
と、光源の後方に配設された反射鏡４３と、光源の前方
に配設された集光レンズ４４と、光量を調節する絞り機
構４５と、配光特性を変更するための遮光機構４６及び
図示されない光源冷却ファンとを含んで構成されてい
る。

【００３０】ライトガイド３１は、ユニバーサルコード
３０のコネクタ部３１から内視鏡先端部２７に設けられ
た２つの拡散レンズ２１、２２まで光源装置４からの光
を導光する。光の入射端であるコネクタ部３１では、図
２（ａ）に示すように、内側にＮＡの小さい（例えばＮ
Ａ＝０．５）第１種の光ファイバ素線８１を多数円形の
束にし、その外側にＮＡの大きい（例えばＮＡ＝０．
７）第２種の光ファイバ素線８２を多数同心円状に配列
して、その外側をファイバ保持枠８３で結束している。

【００３１】ライトガイド３３を構成する光ファイバ素
線の束は、入射端からユニバーサルコード３０の内部で
は、上記同心円状の配列であるが、内視鏡操作部２９で
光ファイバ素線の種類毎に２分岐される。そして、ＮＡ
の小さい第１種の光ファイバ素線は円形断面の細径の束
３６となり、ＮＡの大きい第２種の光ファイバ素線は円
形断面の太径の束３７となる。

【００３２】こうしてＮＡ毎に２分岐されて２本の枝と
なったライトガイドは、内視鏡導中部２８を経て、内視
鏡先端部２７において、それぞれの枝の端部からそれぞ
れの拡散レンズ２１、２２へ出射する。ＮＡの小さい第
１種の光ファイバ素線の束３６から狭角配光を行い、Ｎ
Ａの大きい第２種の光ファイバ素線の束３７から広角配
光を行うので、それぞれの拡散レンズ２１、２２の負担
は軽く、単レンズ、例えば平凹レンズを用いて拡散レン
ズを構成することができる。また、第１種の光ファイバ
素線の束３６と、第２種の光ファイバ素線の束３７との
太さを揃える場合には、それぞれの拡散レンズは、同一
形状かつ同一特性のレンズを使用することができる。

【００３３】図３は、内視鏡光軸に直角な面における配
光特性を示すグラフであり、図３（ａ）は管腔部を観察
する場合の配光特性を示し、図３（ｂ）は平面部を観察
する場合の配光特性を示す。いずれの場合にもＮＡの小
さい第１種の光ファイバ素線の束３６からの狭角配光
と、ＮＡの大きい第２種の光ファイバ素線の束３７から
の広角配光との和が総合配光特性となる。図３からも明
らかなように、平面部を観察する場合に、狭角配光の強
度を低下させ、撮像画像の画面中央部にハレーションが
発生することを防止しているので、内視鏡による観察性
が向上する。

【００３４】配光特性を変化させるための遮光機構４６
は、光源４１とライトガイド３３の入射端との間を間欠
的に遮る円形の遮光部を有するチョッパ４７と、チョッ
パ４７を回転させるモータ４８と、チョッパ４７及びモ
ータ４８を光源４１の光軸に沿って前後（Ｚ軸方向）に
動かすラック４９と、ラック４９と噛み合うピニオン５
０を駆動する正逆回転可能なモータ５１とからなる。

【００３５】モータ５１は、ビデオプロセッサ６の内部
に設けられた高輝度部位検出回路６９からの制御信号に
より、正回転、停止及び逆回転が制御される。

【００３６】図４は、ビデオプロセッサ６の構成を示す
ブロック図である。同図において、同期発生回路７２に
より発生されたタイミング信号に基づいてＣＣＤ駆動回
路７１が撮像素子２４であるＣＣＤへ駆動信号を送出す
る。ＣＣＤから読み出された信号は、プリアンプ６１で
増幅され、ＡＧＣ６２によりレベル調整されて、ＡＤＣ
６３によりアナログ・ディジタル変換され、ディジタル
映像信号として出力される。

【００３７】次いで、ディジタル映像信号は、色分離回
路６４により、ＣＣＤ前面のカラーフィルタに応じた色
信号処理が行われ、輝度信号（Ｙ）及び２つの色差信号
（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）がそれぞれフィールドメモリ６５、
６６、６７に格納される。フィールドメモリ６５、６
６、６７から読み出された信号は、エンコーダ６８によ
りＮＴＳＣ信号に変換されてモニタ７へ出力される。

【００３８】高輝度部位検出回路６９は、Ｙフィールド
メモリ６５の読み出しアドレスと読み出しデータとを監
視し、予め設定された画面中央部に対応する読み出しア
ドレス範囲のデータを取り込み、所定の輝度値を超える
データ数をフィールド毎に計数する。そしてこの計数値
が所定の値を超えたとき、画面中央部にハレーション発
生の可能性があると判定し、狭角配光の強度を低下させ
るべく、遮光機構４６にチョッパ４７を−Ｚ方向に移す
制御信号を送る。

【００３９】高輝度部位検出回路６９から制御信号を受
けた遮光機構４６は、モータ５１を回転させて、ピニオ
ン５０を反時計回りに回転させ、ラック４９を−Ｚ方向
へ移動させる。これにより、ライトガイド３３の入射端
中央部に配置された第１種の光ファイバ素線８１の束が
チョッパ４７により遮光される割合が大きくなり、撮像
画像の画面中央部で照度が低下し、ハレーション発生を
防止した観察しやすい画像をモニタ装置７に表示するこ
とができる。

【００４０】次に本発明のその他の実施の形態を説明す
る。図２（ｂ）は、第２の実施の形態におけるライトガ
イド入射端の光ファイバ素線の配置を示し、第１種の光
ファイバ素線８１の束は円形入射端の下半分の半円状の
領域に配置され、第２種の光ファイバ素線８２の束は円
形入射端の上半分の半円状の領域に配置されている。こ
の場合、チョッパによる選択的遮光は、チョッパを垂直
方向に移動させることにより行われる。その他の構成
は、第１の実施の形態と同様であり、その作用効果も第
１の実施の形態と同様である。

【００４１】また、図２（ｃ）は、第３の実施の形態に
おけるライトガイド入射端の光ファイバ素線の配置を示
し、第１種の光ファイバ素線８１と第２種の光ファイバ
素線８２とは混在して、円形入射端に配置されている。
この場合、チョッパによる選択的遮光は不可能である
が、第１種の光ファイバ素線８１からは狭角配光が得ら
れ、第２種の光ファイバ素線８２からは広角配光が得ら
れることに変わりはなく、拡散レンズの負担が軽くな
り、単レンズで拡散レンズを構成することができる。

【００４２】以上好ましい実施の形態を説明したが、こ
れらは本発明の範囲を限定するものではない。実施の形
態では、２種の光ファイバ素線を用いたが、３種以上の
開口数を持つ光ファイバ素線を用いることも、任意のラ
イトガイドの分岐数を選択することも本発明の範囲であ
ることは明らかである。

【００４３】また、以上の実施の形態において、電子的
な撮像手段を備えた電子内視鏡について説明したが、観
察系にもライトガイドを用いる光学的内視鏡装置の照明
用ライトガイドに本発明を適用することも可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
１の開口数ＮＡ１を有する第１種の光ファイバ素線とＮ
Ａ１より大きい第２の開口数ＮＡ２を有する第２種の光
ファイバ素線とを含む複数種の光ファイバ素線を用いて
ライトガイドを構成することにより、第１種の光ファイ
バ素線による狭角の配光特性と、第２種の光ファイバ素
線による広角の配光特性とを両立し、均一な視野内の照
度が得られるため、内視鏡による観察性が向上するとい
う効果がある。

【００４５】またライトガイドの２分岐の枝毎に異なる
特性のレンズや、組み合わせレンズを必要とすることな
く、それぞれ単レンズで拡散レンズを構成することが可
能となり、内視鏡スコープ先端部を小形化し、製造価格
を抑制することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内視鏡装置の第１の実施の形態を
示す構成図である。

【図２】ライトガイド入射端における２種の光ファイバ
素線の配置領域を示す図である。

【図３】本発明に係る内視鏡装置の配光特性を示すグラ
フである。

【図４】本発明に係る内視鏡装置のビデオプロセッサの
構成を示すブロック図である。

【図５】従来の内視鏡装置の構成を示す構成図である。

【図６】従来の内視鏡装置の配光特性を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ 内視鏡装置 ２ 内視鏡スコープ本体 ３ 内
視鏡プロセッサ装置 ４ 光源装置 ５ 送気・送水装置 ６ ビデオプ
ロセッサ ７ モニタ装置 ２１ 狭角配光用拡散
レンズ ２２ 広角配光用拡散レンズ ３３ ライ
トガイド ３６ 第１種の光ファイバ素線の束 ３
７ 第２種の光ファイバ素線の束 ４６ 遮光装置
８１ 第１種の光ファイバ素線 ８２ 第２種の光ファイバ素線

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内視鏡スコープ外部の光源から入射端に
   入射した照明光を内視鏡導中部の先端部に設けられた出
   射端まで複数の光ファイバ素線を束としたライトガイド
   により導光する内視鏡装置において、 少なくとも第１の開口数ＮＡ１を有する第１種の光ファ
   イバ素線とＮＡ１より大きい第２の開口数ＮＡ２を有す
   る第２種の光ファイバ素線とを含む複数種の光ファイバ
   素線を用いて前記ライトガイドを構成したことを特徴と
   する内視鏡装置。
2. 【請求項２】 第１種の光ファイバ素線と第２種の光フ
   ァイバ素線とがそれぞれ異なる出射端に配置されたこと
   を特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。
3. 【請求項３】 第１種の光ファイバ素線及び第２種の光
   ファイバ素線から出射する照明光を１枚または２枚の単
   レンズにより発散させることを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載の内視鏡装置。
4. 【請求項４】 前記ライトガイドに光源からの光が入射
   する入射端を第１の領域と第２の領域とに分割し、第１
   の領域に第１種の光ファイバ素線を配置し、第２の領域
   に第２種の光ファイバ素線を配置したことを特徴とする
   請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内視鏡装
   置。
5. 【請求項５】 前記光源からライトガイドへ入射する入
   射光の一部を任意に遮光する遮光手段をさらに備えたこ
   とを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載の内視鏡装置。
6. 【請求項６】 内視鏡スコープ外部の光源から入射端に
   入射した照明光を内視鏡導中部の先端部に設けられた出
   射端まで複数の光ファイバ素線を束としたライトガイド
   により導光する内視鏡装置において、 前記照明光により照明された被検体の画像を撮像する撮
   像手段と、 前記光源からライトガイドへ入射する入射光の一部を任
   意に遮光する遮光手段と、 前記撮像手段により撮像された画像の高輝度部位を検出
   する高輝度部位検出手段と、 高輝度が検出された部位に応じて遮光手段による入射光
   の遮光領域を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする内視鏡装置。