JP5484263B2 - 光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイド - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバから出射した光を拡散させる光拡散素子、および光ファイバとその光拡散素子とを備え、照明光を被観察部まで導光する内視鏡用ライトガイドに関するものである。

従来、体腔内の組織を観察する内視鏡システムが広く知られており、例えば白色光の照射によって体腔内の被観察部を撮像して可視画像を得、この可視画像をモニタ画面上に表示する内視鏡システムが広く実用化されている。

上記内視鏡システムには、体腔内に照明光を導光するための内視鏡用ライトガイドが使用され、照明光を発生する光源としてレーザ光源を使用することが可能である。

レーザ光源から放出されたレーザ光は、たとえ小さな放出量であってもパワー密度が高く、人体に有害となる場合がある。したがって、レーザ光源を照明光源とする場合、術場の安全の観点から、レーザ光の安全基準のクラスを出来る限り低いレベルに下げることが好ましい。この安全基準のクラスのレベルを下げるため、一般的には、光ファイバの出射端の近傍に、光ファイバから出射した光を拡散させる光拡散素子（光発散素子およびホログラフィックディフューザー等とも呼ばれる。）が設けられている。光拡散素子の出射面の発光面は、光を拡散させることにより、発光面積のより大きな２次光源となる。このような場合には、光拡散素子の上記発光面がレーザ光の出力に応じて一定の大きさを有することが、安全基準を満たすための要件となる。

一方、内視鏡用ライトガイドは、操作性、耐久性等の観点から小型化が進んでいる。

そこで、特許文献１には、内視鏡用ライトガイドを小型化する一方で、光拡散素子の大きな発光面を確保するために、光拡散素子の２次元的形状を内視鏡用ライトガイドの先端レイアウトのデッドスペースを有効に活用するような形状にすることが開示されている。

特開２００１−１６６２２３号公報

しかしながら、特許文献１のように、光拡散素子の２次元的形状の大きさを光ファイバの出射端の大きさよりも単に大きくしただけでは、図１２に示すように、光拡散素子９３のうち光ファイバ９４の光軸から離れた部分まで光Ｌを行き渡らせることができないという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、光ファイバから出射した光を拡散させる光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドにおいて、光拡散素子のうち光ファイバの光軸から離れた部分にも光を行き渡らせることを可能とする光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る光拡散素子は、
光ファイバの出射端面から出射し一方の側から入射した光を、他方の側へ拡散させて出射せしめる光拡散素子において、
上記光の一部を反射せしめる半反射面であって、少なくとも光ファイバの光軸と交わる半反射面を備えたことを特徴とするものである。

本明細書において、「半反射面」とは、入射してくる光の一部を反射する面を意味する。

「光の一部」を反射するとは、面に到達した光のうちの一部を反射することを意味する。

そして、本発明に係る光拡散素子において、半反射面は、上記光の一部を後方に反射せしめる面であることが好ましい。

本明細書において、「後方」とは、「前方」に対して反対の方向を意味する。ここで、「前方」とは、光ファイバの光軸に平行な２方向のうち、光ファイバの出射端から出射した光が伝搬する方向を意味する。つまり「後方」とは、光ファイバの光軸に平行な２方向のうち他方の方向を意味する。

「光の一部を後方に反射」せしめるとは、その光の波数ベクトルの成分のうち光ファイバの光軸に平行な成分を後方へ向けるように、入射してくる光の一部を反射することを意味する。

半反射面は、後方に向かって凸形状であることが好ましく、この場合には錐形状であることがより好ましく、さらに複数の面からなる多角錐形状であることが特に好ましい。

そして、半反射面は、上記所定部分の光が出射する拡散出射面上に設けられた半反射膜によって形成されたものとすることができる。或いは、半反射面は、屈折率の異なる材料同士の界面とすることができる。

本発明に係る光拡散素子において、半反射面である第１の反射面によって反射された上記光を前方に反射せしめるように表面にコーティングされた全反射膜を有することが好ましい。

本発明に係る光拡散素子において、半反射面である第１の反射面によって反射された上記光の一部を前方に反射せしめる第２の反射面を有することが好ましい。

本明細書において、「光の一部を前方に反射」せしめるとは、その光の波数ベクトルの成分のうち光ファイバの光軸に平行な成分を前方へ向けるように、入射してくる光の一部を反射することを意味する。

本明細書において、「全反射膜」とは、入射してくる光の大部分を反射する膜を意味する。

さらに、本発明に係る内視鏡用ライトガイドは、光ファイバと、光ファイバの出射端面から出射し一方の側から入射した光を、他方の側へ拡散させて出射せしめる光拡散素子とを備え、照明光を被観察部へ導光する内視鏡用ライトガイドにおいて、
光拡散素子が、上記光の一部を反射せしめる半反射面であって、少なくとも光ファイバの光軸と交わる半反射面を備えたものであることを特徴とするものである。

そして、本発明に係る内視鏡用ライトガイドにおいて、半反射面は、上記光の一部を後方に反射せしめる面であることが好ましい。

半反射面は、後方に向かって凸形状であることが好ましく、この場合には錐形状であることがより好ましく、さらに複数の面からなる多角錐形状であることが特に好ましい。

そして、光拡散素子は、上記半反射面である第１の反射面によって反射された上記光を前方に反射せしめるように表面にコーティングされた全反射膜を有することが好ましい。

本発明に係る内視鏡用ライトガイドにおいて、上記半反射面である第１の反射面によって反射された上記光を前方に反射せしめるように設けられた反射部材を備えることが好ましい。

また、光ファイバは、出射端面近傍に、光ファイバのコアが出射端面まで先細りとなるテーパ形状を有するテーパ部を有するものであることが好ましい。

本発明に係る内視鏡用ライトガイドにおいて、光ファイバと光拡散素子とは、互いに所定距離だけ離間されているものであることが好ましい。

本発明に係る光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドは、特に、光拡散素子が、上記光の一部を反射せしめる半反射面であって、少なくとも光ファイバの光軸と交わる半反射面を備えているから、当該半反射面によって、光拡散素子に入射した光の一部を反射させる過程で、光拡散素子内における光ファイバの光軸から遠ざかる方向への光の伝搬を促進することができる。この結果、光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドにおいて、光拡散素子のうち光ファイバの光軸から離れた部分にも光を行き渡らせることが可能となる。

本発明の内視鏡用ライトガイドを用いた内視鏡システムの構成を示す外観図である。 本発明の内視鏡用ライトガイドを用いた内視鏡システムの内部構成を示す概略図である。 本発明の内視鏡挿入部の先端を正面から見た場合の外観構造を示す概略図である。 本発明の内視鏡ライトガイドの一実施形態を示す概略断面図である。 （ａ）曲面状の半反射面が後方に向かって凸形状となるように設計された内視鏡用ライトガイドの構造を示す概略図である。（ｂ）錐形状の半反射面が後方に向かって凸形状となるように設計された内視鏡用ライトガイドの構造を示す概略図である。 （ａ）図５ｂにおいて錐形状として三角錐とし前方方向から眺めた場合の光拡散素子の構造を示す概略図。（ｂ）錐形状の半反射面が前方に向かって凸形状となるように設計された内視鏡用ライトガイドの構造を示す概略図である。 本発明の内視鏡用ライトガイドの他の実施形態を示す概略断面図である。 本発明の内視鏡用ライトガイドの他の実施形態を示す概略断面図である。 本発明の内視鏡用ライトガイドの他の実施形態を示す概略断面図である。 本発明の内視鏡用ライトガイドの他の実施形態を示す概略断面図である。 本発明の内視鏡用ライトガイドの他の実施形態を示す概略断面図である。 従来の内視鏡用ライトガイドの構造を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。

「光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドの実施形態」
本実施形態の光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドは、図１に示すような内視鏡システムに使用される。図１に示すように、内視鏡システム２は、被検者の体内（体腔内）の被観察部の画像を撮像する電子内視鏡１０と、内視鏡画像を生成するプロセッサ装置１１と、体腔内を照明するための照明光を供給する光源装置１２とから構成されている。また、プロセッサ装置１１には、内視鏡画像を表示するためのモニタ２０が接続されている。

電子内視鏡１０は、体腔内に挿入される挿入部１３と、挿入部１３の基端側に連設された操作部１４と、操作部１４から延設されたユニバーサルコード１５とを備えている。挿入部１３は、細径で長尺の可撓管部１３ａと、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１３ｂと、先端に位置する先端部１３ｃとから構成されている。先端部１３ｃは、硬質な金属材料等で形成され、体腔内の画像を撮像するためのＣＣＤ３０等（図２参照）を内蔵する。

操作部１４は、鉗子口１７やアングルノブ１８等を備えている。鉗子口１７は、先端部１３ｃに形成された鉗子出口２７（図２参照）に連結されており、ここから処置具を挿入して体腔内に突出させる。アングルノブ１８は、挿入部１３内に挿設されたワイヤ（図示なし）を介して、湾曲部１３ｂに接続されている。アングルノブ１８を操作してワイヤを押し引きすることにより、湾曲部１３ｂは上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部１３ｃを体内の所望の方向に向けることができる。

ユニバーサルコード１５は、その延出先端にコネクタ１９を備えている。コネクタ１９は、通信用コネクタ１９ａと光源用コネクタ１９ｂからなる複合タイプのコネクタであり、プロセッサ装置１１及び光源装置１２に着脱自在に接続される。

図２および図３に示すように、電子内視鏡１０の先端部１３ｃの先端面には、被写体の像光を取り入れ結像するための対物レンズ２５と、拡散された照明光を出射する光拡散素子３３と、鉗子出口２７が設けられている。対物レンズ２５の奥には、導光光学系２８とプリズム２９が配置されている。プリズム２９の直下にはＣＣＤ３０が位置しており、ＣＣＤ３０は、回路基板３１に接続されている。導光光学系２８及びプリズム２９を通過した被写体の像光は、ＣＣＤ３０の受光面に入射する。ＣＣＤ３０は、この入射した像光に基づいた撮像信号を出力し、これを回路基板３１に入力する。

回路基板３１は、信号ケーブル３２を介して、プロセッサ装置１１のタイミング／ドライバ回路４２及びデジタル信号処理回路（ＤＳＰ）４３に接続されている。回路基板３１は、アナログ信号処理回路（図示なし）を備えている。アナログ信号処理回路は、ＣＣＤ３０から入力された撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、リセット雑音及びアンプ雑音を取り除く。そして、ノイズが除去された撮像信号を所定のゲイン（増幅率）で増幅した後、所定のビット数のデジタル信号に変換する。このデジタルの撮像信号は、信号ケーブル３２を介してプロセッサ装置１１のＤＳＰ４３に入力される。

光拡散素子３３は、照明光の照明窓として電子内視鏡１０の先端部１３ｃの先端面に設けられている。本実施形態の光拡散素子３３は、図３および図４に示すように、散乱微粒子が分散された透光部材３７と、半反射膜３８と、全反射膜３９とから構成される。また、光拡散素子３３は、図３に示すように、内視鏡用ライトガイドの先端レイアウトのデッドスペースを有効に活用するような形状を有する。これにより、光拡散素子３３は、内視鏡用ライトガイドとしての光ファイバ３４の光軸方向から見た際に、光ファイバの出射端よりも大きな２次元形状となっている。透光部材３７は、例えばガラスや樹脂等の透光材料に、直径０．５〜１０μｍのポリスチレンビーズや微小な気泡を分散させ、成型することにより製造される。

半反射膜３８は、光拡散素子３３に入射した光の一部を反射する半反射面Ｓ_１を光拡散素子の出射面Ｓ_０上に形成する。半反射膜３８は、例えば金属からなる網目状またはドット状の膜とすることができる。半反射膜３８は、図３に示すように透光部材３７の表面に設けてもよいし、透光部材３７の内部に設けてもよい。

全反射膜３９は、上記半反射膜３８により後方に反射された光のほぼすべてを、再度前方に反射する。全反射膜３９は、例えば厚く成膜された金属膜とすることができる。全反射膜３９は、必ずしも必須ではない。しかし、全反射膜３９を設ける方が、後方へ反射された光を効率よく前方へ反射することができる。光拡散素子３３近傍には、ライトガイドとして光ファイバ３４の出射端が光拡散素子に面するようにして配置されている。

光ファイバ３４は、挿入部１３、操作部１４、及びユニバーサルコード１５の内部を貫通し、その入射端が光源用コネクタ１９ｂの端部から露呈している。光源用コネクタ１９ｂを光源装置１２に接続すると、光ファイバ３４の入射端は光源装置１２の内部に挿入される。光源装置１２からの照明光は、この光ファイバ３４によって先端部１３ｃまで導光され、光拡散素子３３から体腔内に照射される。

鉗子出口２７は、鉗子チャンネル３５を介して鉗子口１７に連結されている。鉗子チャンネル３５は、例えば樹脂性の円筒部材である。内視鏡検査下で患部を切開するような場合には、処置具である電気メス（高周波メス）３６が鉗子口１７から鉗子チャンネル３５に挿入される。

プロセッサ装置１１は、ユニバーサルコード１５の通信用コネクタ１９ａと嵌合するソケット４０を備えている。ソケット４０は、プロセッサ装置１１の本体側とコネクタ側を電気的に分離するために、絶縁物（図示なし）を介して筐体４１に組み付けられる。この筐体４１は、大地（アース）に接地されている。通信用コネクタ１９ａをソケット４０に嵌合させると、ＣＣＤ３０は、タイミング／ドライバ回路４２及びＤＳＰ４３に接続される。

タイミング／ドライバ回路４２は、ＣＰＵ４４の指示に応じて制御信号（クロックパルス）を発生し、信号ケーブル３２を介して、これをＣＣＤ３０に入力する。この制御信号により、ＣＣＤ３０から蓄積電荷を読み出すタイミングや、ＣＣＤ３０の電子シャッタのシャッタ速度等が制御される。ＤＳＰ４３は、信号ケーブル３２を介して入力される撮像信号に対し、色分離、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等を行い、画像データを生成する。画像データは、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）４５によってアナログ信号に変換され、内視鏡画像としてモニタ２０に表示される。

光源装置１２は、光源５０と、光源ドライバ５１と、絞り調節機構５２と、アイリスドライバ５３と、これら各部を制御するＣＰＵ５４とを備えている。光源５０は、光源ドライバ５１の制御によって点消灯し、前方に位置する集光レンズ５５に向けて照明光を照射する。光源５０としては、例えばキセノンランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤ（発光ダイオード）、蛍光発光素子、あるいはＬＤ（レーザーダイオード）等を用いることができる。光源５０は、どのような内視鏡画像（可視画像や蛍光画像等）を撮像するのか、つまり使用する波長によって適宜選択される。

絞り調節機構５２は、光源５０と集光レンズ５５の間に配置され、ＣＣＤ３０によって撮像される内視鏡画像が略一定の明るさとなるように、照明光の光量を調節する。絞り調節機構５２は、照明光が通過する絞り開口の直径（絞り径）を変化させる絞り羽根と、この絞り羽根を駆動するモータを備えている。アイリスドライバ５３は、絞り調節機構５２の絞り羽根を開閉することにより、照明光の通過面積を変化させて、光ファイバ３４に入射する照明光の光量を調節する。

挿入部１３の可撓管部１３ａは、可撓性の螺管と、螺管の伸張を防止するネットと、ネットの上に樹脂を被着した外層とから構成されている。この可撓管部１３ａの内部には、複数の信号ケーブル３２と、鉗子チャンネル３５と、光ファイバ３４が近接して並行に遊通されている。

次に、以上のように構成された内視鏡システム２の作用について説明する。電子内視鏡１０をプロセッサ装置１１に接続すると、ＣＣＤ３０がタイミング／ドライバ回路４２及びＤＳＰ４３に接続される。内視鏡システム２の電源を投入すると、プロセッサ装置１１及び光源装置１２が起動する。光源装置１２では、光源５０が点灯し、集光レンズ５５に向けて照明光が照射される。照明光は、集光レンズ５５により光ファイバ３４の入射端に導かれ、電子内視鏡１０の先端部１３ｃまで導光される。

電子内視鏡１０の挿入部１３が体腔内に挿入され、光ファイバ３４に導光された照明光は、光拡散素子３３内を伝搬した後、被観察部へ照明される。図４に示すように、光拡散素子３３を伝搬する照明光Ｌ_０の一部は、半反射膜３８により形成された半反射面Ｓ_１により後方へと反射され、理想的には残りの光は半反射面Ｓ_１を透過する。ここで、前述したように、「後方」とは、「前方」に対して反対の方向を意味する。具体的には、図４において、光ファイバ３４の光軸Ｃに平行な２方向のうち、光ファイバ３４の出射端から出射した光が伝搬する方向（前方）をｘ軸正方向とした場合、「後方」はｘ軸負方向となる。照明光の一部をどの程度の量にするかについては、特に制限されず、半反射面Ｓ_１の構成により適宜設定される。しかし、光拡散素子３３の２次光源としての発光面積を稼ぐという観点から、半反射面Ｓ_１は、その反射率が３５〜８５％（エネルギー換算）となるように設計されることが好ましい。さらに、上記反射率は、より好ましくは４０〜８０％であり、特に好ましくは４５〜７５％である。

半反射面を透過した光は、そのまま比較的光軸Ｃに近い領域を照明する照明光Ｌｔとして利用される。一方、半反射面Ｓ_１によって後方へ反射された光は、光拡散素子３３の入射面側にコーティングされた全反射膜３９により前方へ反射される。このような反射を光拡散３３内で１往復或いは複数回往復した後、光は光拡散素子３３の出射面Ｓ_０から出射される。このようにして出射した光は、比較的光軸Ｃに遠い領域を照明する照明光Ｌｒとして利用される。図４中のＷ_１は、半反射面Ｓ１に反射されずにそのまま透過した光Ｌｔに基づく発光面積の幅（つまり、従来の光拡散素子における発光面積の幅に相当する。）を示し、Ｗ_２は、半反射面Ｓ_１に反射された後に出射した光Ｌｒも含めた場合の発光面積の幅を示す。図４に示すように、光拡散素子３３内における光ファイバ３４の光軸Ｃから遠ざかる方向への光の伝搬が促進されるため、Ｗ_２はＷ_１よりも大きくなり、２次光源としての発光面積が拡大される。

そして、照明光により照明された体腔内の被観察部の画像がＣＣＤ３０で撮像される。ＣＣＤ３０から出力された撮像信号は、回路基板３１のアナログ処理回路で各種処理が施された後、信号ケーブル３２を介してプロセッサ装置１１のＤＳＰ４３に入力される。ＤＳＰ４３は、入力された撮像信号に対して各種信号処理を施し、画像データを生成する。生成された画像データは、Ｄ／Ａ４５を経て、モニタ２０に内視鏡画像として表示される。

内視鏡検査下で患部の処置が必要な場合には、電気メス３６が鉗子口１７から鉗子チャンネル３５に挿入される。そして、高周波の電流を印加した電気メス３６の先端を患部に接触させて、患部の切開や凝固が行なわれる。

以上のように、本発明に係る光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドは、特に、光拡散素子が、上記光の一部を反射せしめる半反射面であって、少なくとも光ファイバの光軸と交わる半反射面を備えているから、当該半反射面によって、光拡散素子に入射した光の一部を反射させる過程で、光拡散素子内における光ファイバの光軸から遠ざかる方向への光の伝搬を促進することができる。この結果、光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドにおいて、光拡散素子のうち光ファイバの光軸から離れた部分にも光を行き渡らせることが可能となる。

「光拡散素子の設計変更」
＜設計変更１＞
上記実施形態での説明では、本発明の光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドにおいて、光拡散素子３３の出射面上に設けられた半反射膜３８に形成された面を半反射面Ｓ_１として説明した。しかしながら、本発明の光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドは、このような構造に限られない。

例えば、図５に示すように、半反射面Ｓ_１は、後方に向かって凸形状となるように設計することができる。このような構造は、例えば、光拡散素子３３の透光部材３７を光軸Ｃと交わる部分が凹むように成形し、当該凹んだ部分７１に半反射膜３８を形成することにより製造することが可能である。

図５ａは、曲面状の半反射面Ｓ_１が後方に向かって凸形状となるように設計された内視鏡用ライトガイドの構造を示す図である。このような構造の光拡散素子３３を用いても、光拡散素子３３を伝搬する照明光Ｌ_０の一部は、半反射膜３８により形成された半反射面Ｓ_１により後方へと反射され、理想的には残りの光は半反射面Ｓ_１を透過する。そして、半反射面を透過した光は、そのまま比較的光軸Ｃに近い領域を照明する照明光Ｌｔとして利用される。一方、半反射面Ｓ_１によって後方へ反射された光は、光拡散素子３３の入射面側にコーティングされた全反射膜３９により前方へ反射され、その後光拡散素子３３から出射する。このように、半反射面Ｓ_１が後方に向かって凸形状となるように設計された場合、半反射面を光軸Ｃに垂直な平面に対して交差させることができる。これは、光軸Ｃを含む平面による断面を考えた場合に、半反射面を光軸Ｃに垂直な平面に対して角度を持たせることができることを意味する。この場合、当該半反射面Ｓ_１によって反射された光は、光軸に垂直な面で反射した場合に比して、上記角度の２倍の角度が加算された方向へ反射される。これにより、図５ａに示すような光拡散素子は、図４に示すような光拡散素子に比べ、より光ファイバの光軸から遠ざかる方向への光の伝搬を促進することができる。さらに上記傾きの作用により、半反射面Ｓ_１を透過した光Ｌｔの拡散角θに対して、半反射面Ｓ_１によって後方へ反射されその後出射した光Ｌｒの拡散角φが大きくなる。これにより、光拡散素子３３から出射する光全体としての拡散角も拡大することができ、より広い領域を容易に照射することが可能となる。

図５ｂは、錐形状の半反射面Ｓ_１が後方に向かって凸形状となるように設計された内視鏡用ライトガイドの構造を示す図である。錐形状としては、例えば円錐状、三角錐等の多角錐状が挙げられる。このように、半反射面Ｓ_１を錐形状にした場合、半反射面を光軸Ｃに垂直な平面に対して角度を持たせる設計が容易であるという利点がある。さらに、錐形状として多角錐状とした場合には、その側面を適宜設定することにより、光拡散素子３３内の所定の方向への光の伝搬をより促進することができる。具体的には、図６ａは、図５ｂにおいて錐形状として三角錐とし前方方向から眺めた場合の光拡散素子３３の構造を示す概略図である。図６ａでは、半反射面Ｓ_１である三角錐の３つの側面のうち２つの側面を、光ファイバの光軸から離れた部分に光を行き渡らせるように向けている。側面の向きは、光を行き渡らせる方向によって適宜設定される。半反射面Ｓ_１の錐形状の軸と光ファイバ３４の光軸は、必ずしも一致している必要はない。例えば、半反射面Ｓ_１の錐形状の軸と光ファイバ３４の光軸をずらすことにより、光のエネルギーの分配を適宜設定することができる。

＜設計変更２＞
上記設計変更１での説明では、本発明の光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドにおいて、半反射面Ｓ_１が後方に向かって凸形状となるように設計された場合について説明した。しかしながら、本発明の光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドは、このような構造に限られない。

例えば、図６ｂに示すように、半反射面Ｓ_１は、前方に向かって凸形状となるように設計することができる。このような構造は、例えば、光拡散素子３３の透光部材３７を光軸Ｃと交わる部分が突出するように成形し、当該突出した部分７２に半反射膜３８を形成することにより製造することが可能である。

＜設計変更３＞
上記実施形態での説明では、本発明の光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドにおいて、半反射膜３８によって形成された面を半反射面Ｓ_１として説明した。しかしながら、本発明の光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドは、このような構造に限られない。

例えば、図７に示すように、半反射面Ｓ_１は、屈折率の異なる材料同士の界面とすることができる。このような構造は、例えば、図７ａに示すように光拡散素子３３の透光部材３７を光軸Ｃと交わる部分が凹むように成形し、当該凹んだ部分に透光部材３７よりも屈折率が小さい材料７３を充填したり、図７ｂに示すようにエアギャップ７４を形成したりすることにより製造することが可能である。これにより、半反射膜形成のプロセスを省略し、低コストで光拡散素子を作製できるという効果が得られる。透光部材３７よりも屈折率が小さい材料としては、ガラスや接着剤を用いることができる。また、図７ｃおよびｄに示すように、屈折率の異なる材料７３やエアギャップ７４を用いて、半反射面Ｓ_１である第１の反射面によって反射された光の一部を前方に反射せしめる第２の反射面Ｓ_２を形成してもよい。

＜設計変更４＞
上記実施形態での説明では、本発明の光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドにおいて、透光部材３７として散乱微粒子が分散された透光部材を用いた場合について説明した。しかしながら、本発明の光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドは、このような構造に限られない。

例えば、図８に示すように、透光部材は、散乱微粒子を包含する領域３７ａと散乱微粒子を包含しない領域３７ｂとに分離して構成してもよい。この場合、散乱微粒子を包含する領域３７ａの配置は、光ファイバ３４から出射した光が少なくとも１回当該領域３７ａを通過するように設計させる。図８ａは、散乱微粒子を包含する領域３７ａを透光部材の光の入射側に設けた場合の光拡散素子の構造を示す図である。このような構造は、例えば散乱微粒子を塗布して散乱面を形成することにより形成することができる。

なお、このように散乱面を表面に形成する場合には、光拡散素子の散乱面は、散乱微粒子を用いた散乱面に限られない。例えば、透光部材の表面を研磨シート（例えば、Ｔｈｏｒｌａｂｓ社製、ＬＦＧ１Ｐ等）によって研磨して散乱面を形成してもよく、マイクロレンズアレーを形成して散乱面を形成してもよい。

図８ｂは、散乱微粒子を包含する領域３７ａを透光部材の光の出射側に設けた場合の光拡散素子の構造を示す図である。例えば、図８ｂのように、光ファイバ３４の出射端と半反射面Ｓ_１との間に散乱微粒子が存在しないため、半反射面Ｓ_１による反射光の光路の制御が容易となる。したがって、光拡散素子３３の出射面Ｓ_０における光の強度の均一化が容易となる。また、図８ｃに示すように、散乱微粒子を包含する領域３７ａを透光部材の光の入射側および出射側のぞれぞれの一部に設けるようにしてもよい。

＜設計変更５＞
本発明の光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドにおいて、図９ａに示すように、光ファイバ３４の光軸に対して距離が離れるに従い、屈折率が増加するような透光部材３７ｃを使用してもよい。図９ｂは、光ファイバ３４の光軸をｙ軸の基準として、ｙ軸方向への透光部材３７ｃの屈折率の分布を示すグラフである。グラフ中のｎ０は光軸上における透光部材３７ｃの屈折率である。

＜設計変更６＞
上記実施形態での説明では、本発明の光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドにおいて、光拡散素子３３と光ファイバ３４とが密着した状態の場合について説明した。しかしながら、本発明の光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドは、このような構造に限られない。

例えば、図１０ａに示すように、光拡散素子３３と光ファイバ３４を互いに離間させてもよい。これにより、光拡散素子上に形成される２次光源のサイズを増大させ、ビームをより均一化させることができるという効果が得られる。

＜設計変更７＞
本発明の光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドにおいて、図１０ｂに示すように、テーパ部３４ａを有する光ファイバ３４を用いてもよい。このテーパ部３４ａは、光ファイバ３４の出射端面近傍に、光ファイバ３４のコアが出射端面まで先細りとなるテーパ形状を有する。これにより、光ファイバ３４の出射端から出射された光の拡散角を拡大することができ、より光拡散素子のうち光ファイバの光軸から離れた部分にも光を行き渡らせることができるという効果が得られる。

＜設計変更８＞
上記実施形態での説明では、本発明の光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドにおいて、半反射面Ｓ_１によって反射された光を前方に反射せしめる面を形成するために、全反射膜３９を用いた場合について説明した。しかしながら、本発明の光拡散素子およびそれを備えた内視鏡用ライトガイドは、このような構造に限られない。

例えば、図１１に示すように、透光部材３７および半反射膜３８からなる光拡散素子３３を反射部材７５に嵌め合わせて、半反射面Ｓ_１によって反射された光を前方に反射せしめるようにしてもよい。反射部材７５は、金属材料から構成することができる。

また、上記のように、光拡散素子３３と光ファイバ３４を互いに離間させ、反射部材７５を適切に設計した場合には、半反射面は光拡散素子３３の光に入射面側の表面に設けることもできる。例えば、半反射膜としての金属膜を入射面側の表面に形成することにより、このような半反射面を形成することができる。

２ 内視鏡システム
１０ 電子内視鏡
１１ プロセッサ装置
１２ 光源装置
１３ 挿入部
１３ａ 可撓管部
１３ｂ 湾曲部
１３ｃ 先端部
１４ 操作部
１７ 鉗子口
１９ａ 通信用コネクタ
１９ｂ 光源用コネクタ
２０ モニタ
２５ 対物レンズ
２７ 鉗子出口
２８ 導光光学系
３１ 回路基板
３２ 信号ケーブル
３３ 光拡散素子
３４ 光ファイバ
３４ａ テーパ部
３５ 鉗子チャンネル
３７、３７ｃ 透光部材
３８ 半反射膜
３９ 全反射膜
５０ 光源
５１ 光源ドライバ
７３ 材料
７４ エアギャップ
７５ 反射部材
Ｃ 光軸
Ｌ_０ 照明光
Ｌｒ 半反射面により反射された照明光
Ｌｔ 半反射面を透過した照明光
Ｓ_０ 光拡散素子の出射面
Ｓ_１ 半反射面

Claims (13)

1. 光ファイバの出射端面から出射し一方の側から入射した光を、他方の側へ拡散させて出射せしめる光拡散素子において、
   前記出射端面のコアに対応する前記光拡散素子の所定部分に、前記光の一部を反射せしめる半反射面であって、少なくとも前記光ファイバの光軸と交わる半反射面と、
   前記半反射面によって反射された前記光を前方に反射せしめるように表面にコーティングされた全反射膜とを備え、
   前記半反射面が、前記光の一部を後方に反射せしめる面であり、かつ、後方に向かって凸形状であることを特徴とする光拡散素子。
2. 光ファイバの出射端面から出射し一方の側から入射した光を、他方の側へ拡散させて出射せしめる光拡散素子において、
   前記出射端面のコアに対応する前記光拡散素子の所定部分に、前記光の一部を反射せしめる半反射面であって、少なくとも前記光ファイバの光軸と交わる半反射面と、
   前記半反射面である第１の反射面によって反射された前記光の一部を前方に反射せしめる第２の反射面とを備え、
   前記半反射面が、前記光の一部を後方に反射せしめる面であり、かつ、後方に向かって凸形状であることを特徴とする光拡散素子。
3. 前記半反射面が、錐形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の光拡散素子。
4. 前記半反射面が、複数の面からなる多角錐形状であることを特徴とする請求項３に記載の光拡散素子。
5. 前記半反射面が、前記所定部分の前記光が出射する拡散出射面上に設けられた半反射膜によって形成されたものであることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の光拡散素子。
6. 前記半反射面が、屈折率の異なる材料同士の界面であることを特徴とする請求項１から５いずれかに記載の光拡散素子。
7. 光ファイバと、該光ファイバの出射端面から出射し一方の側から入射した光を、他方の側へ拡散させて出射せしめる光拡散素子とを備え、照明光を被観察部へ導光する内視鏡用ライトガイドにおいて、
   前記光拡散素子が、前記出射端面のコアに対応する前記光拡散素子の所定部分に、前記光の一部を反射せしめる半反射面であって、少なくとも前記光ファイバの光軸と交わる半反射面と、
   前記半反射面によって反射された前記光を前方に反射せしめるように表面にコーティングされた全反射膜とを備え、
   前記半反射面が、前記光の一部を後方に反射せしめる面であり、かつ、後方に向かって凸形状であることを特徴とする内視鏡用ライトガイド。
8. 光ファイバと、該光ファイバの出射端面から出射し一方の側から入射した光を、他方の側へ拡散させて出射せしめる光拡散素子とを備え、照明光を被観察部へ導光する内視鏡用ライトガイドにおいて、
   前記光拡散素子が、前記出射端面のコアに対応する前記光拡散素子の所定部分に、前記光の一部を反射せしめる半反射面であって、少なくとも前記光ファイバの光軸と交わる半反射面と、
   前記半反射面である第１の反射面によって反射された前記光の一部を前方に反射せしめる第２の反射面とを備え、
   前記半反射面が、前記光の一部を後方に反射せしめる面であり、かつ、後方に向かって凸形状であることを特徴とする内視鏡用ライトガイド。
9. 光ファイバと、該光ファイバの出射端面から出射し一方の側から入射した光を、他方の側へ拡散させて出射せしめる光拡散素子とを備え、照明光を被観察部へ導光する内視鏡用ライトガイドにおいて、
   前記光拡散素子が、前記出射端面のコアに対応する前記光拡散素子の所定部分に、前記光の一部を反射せしめる半反射面であって、少なくとも前記光ファイバの光軸と交わる半反射面を有し、
   前記半反射面が、前記光の一部を後方に反射せしめる面であり、かつ、後方に向かって凸形状であり、
   さらに、前記半反射面によって反射された前記光を前方に反射せしめるように設けられた反射部材を備えることを特徴とする内視鏡用ライトガイド。
10. 前記半反射面が、錐形状であることを特徴とする請求項７から９いずれかに記載の内視鏡用ライトガイド。
11. 前記半反射面が、複数の面からなる多角錐形状であることを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡用ライトガイド。
12. 前記光ファイバが、前記出射端面近傍に、前記光ファイバのコアが前記出射端面まで先細りとなるテーパ形状を有するテーパ部を有するものであることを特徴とする請求項７から１１いずれかに記載の内視鏡用ライトガイド。
13. 前記光ファイバと前記光拡散素子とが、互いに所定距離だけ離間されているものであることを特徴とする請求項７から１２いずれかに記載の内視鏡用ライトガイド。