專利名稱：內(nèi)窺鏡光導(dǎo)和具有該內(nèi)窺鏡光導(dǎo)的內(nèi)窺鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將插入體腔中以引導(dǎo)并將照明光照射在觀察目標(biāo)上的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)。本發(fā)明還涉及具有該內(nèi)窺鏡光導(dǎo)的內(nèi)窺鏡。
背景技術(shù)：
用于觀察體腔的組織的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)是已經(jīng)廣泛熟知的，并且例如通過將白光照亮在體腔的觀察目標(biāo)上并對(duì)觀察目標(biāo)進(jìn)行成像而獲得可見圖像并將可見圖像顯示在監(jiān)視屏上的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)已經(jīng)廣泛用于實(shí)際應(yīng)用。通常，上述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)采用用于將來自燈光源的白光作為照明光引導(dǎo)至體腔的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)。此外，為了實(shí)現(xiàn)更多功能性照明(如，通過具體波長(zhǎng)的照明照亮顯示染病區(qū)域)并且為了高強(qiáng)度白光照明、發(fā)熱的抑制以及較小的直徑，連接至作為用于產(chǎn)生照明光的光源的激光源的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)的發(fā)展已經(jīng)在進(jìn)行，例如，如在日本未審查專利公開 No. 2005-328921中描述的那樣。日本未審查專利公開No. 2005-328921中描述的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)包括位于光導(dǎo)的遠(yuǎn)端部處的熒光體，并通過用被引導(dǎo)通過光導(dǎo)的激勵(lì)激光激勵(lì)熒光體而產(chǎn)生白光。在該情況中， 熒光體的尺寸為4 μ m(約激勵(lì)波長(zhǎng)的10倍)至20 μ m,并且除了白光產(chǎn)生功能之外，該光導(dǎo)還具有通過主動(dòng)引起向前散射并在空間中均勻地混合熒光而降低熒光的不均勻性的功能。 也就是說，熒光體還用作基于散射的擴(kuò)散板。通常，從激光源發(fā)射的激光有時(shí)可能由于大功率密度而對(duì)人體是有害的，即使它是小的發(fā)射量。因此，當(dāng)激光源用作照明光源時(shí)，從用于操作部位的安全觀點(diǎn)來看，優(yōu)選盡可能地降低激光安全標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。同時(shí)，考慮到可操作性、耐用性和小型化，用于內(nèi)窺鏡光導(dǎo)的光線的直徑的減小正在發(fā)展。在該情況中，從激光安全標(biāo)準(zhǔn)的觀點(diǎn)來看，直接使用直徑減小的光線是有利的。因此，要求輸出光的發(fā)射面積和擴(kuò)展角盡可能地大。如上所述，在采用激光作為照明光的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)中，要求照明空間分布盡可能均勻，并且輸出光的發(fā)射面積和擴(kuò)展角盡可能地大。然而，日本未審查專利公開No. 2005-328921中描述的方法帶來了一個(gè)問題，即發(fā)射面積的擴(kuò)展范圍受限，雖然它可以將發(fā)射面積增加到某種程度。更具體地，基于照明光的擴(kuò)展角和光纖的輸出面處的發(fā)射面積的積守恒的集光率守恒定律，照明光的擴(kuò)展角和發(fā)射面積處于平衡關(guān)系，導(dǎo)致不能任意增加擴(kuò)展角。同時(shí)，由于要求減小內(nèi)窺鏡光導(dǎo)，光纖(主光源)的輸出面和擴(kuò)散板之間的距離不能被任意設(shè)置。因此，輔助光源形成在擴(kuò)散板上的發(fā)射面積的擴(kuò)大不可避免地受到限制。在這種情況中，僅擴(kuò)散板的小部分被使用，因此，照明區(qū)域的大小也受到限制。已經(jīng)考慮到上述情況發(fā)展了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目標(biāo)是提供能夠降低激光安全標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)和具有該內(nèi)窺鏡光導(dǎo)的內(nèi)窺鏡。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)，本發(fā)明的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)是用于將照明光引導(dǎo)至觀察目標(biāo)的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)，包括光纖；和輻射模式誘導(dǎo)裝置，用于引起傳播通過光纖的傳播模式光在傳播模式光從中引出的光纖的輸出面附近進(jìn)行側(cè)面輻射，從而將傳播模式光轉(zhuǎn)換為輻射模式光，使得輻射模式光能夠用作照明光。在本發(fā)明的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)中，輻射模式誘導(dǎo)裝置可以為形成在光纖的在輸出面附近的預(yù)定部分處的錐形部，并且錐形部的芯體具有向著輸出面逐漸變細(xì)的形狀。在該情況中，優(yōu)選的是，如果錐形部上的傳播模式光的入射角取為θ ^且光纖的臨界角取為θ。，則錐形部構(gòu)造為引起具有滿足以下給出的公式(1)的入射角θ ^的傳播模式光進(jìn)行側(cè)面輻射，從而將傳播模式光轉(zhuǎn)換成輻射模式光。θ 0/ θ c > 0. 2(1)如在本文中使用的傳播模式光在錐形部上的術(shù)語“入射角”涉及形成在傳播模式光的前進(jìn)方向和錐形部的輸入面的法線之間的銳角，其可以被認(rèn)為是傳播模式光在輸入面的傳播角。在這里，術(shù)語“錐形部的輸入面”涉及光纖的垂直于光軸的在光纖的芯徑開始逐漸變細(xì)的點(diǎn)(芯徑開始降低的點(diǎn))處的橫截面。優(yōu)選地，如果錐形部沿光軸的方向的長(zhǎng)度取為L(zhǎng)，且傳播模式光沿光軸的方向從傳播模式光進(jìn)入錐形部的點(diǎn)到傳播模式光進(jìn)行側(cè)面輻射的傳播距離取為L(zhǎng)p，則錐形部構(gòu)造為滿足以下給出的公式O)。Lp < L/2(2)如在本文中使用的術(shù)語“錐形部沿光軸的方向的長(zhǎng)度”涉及從錐形部的輸入面到錐形部的輸出面(即，光纖的輸出面)的距離。如在本文中使用的術(shù)語“傳播模式光沿光軸的方向從傳播模式光進(jìn)入錐形部的點(diǎn)到傳播模式光進(jìn)行側(cè)面輻射的傳播距離”涉及從錐形部的輸入面到光纖的垂直于光軸的在傳播模式光被轉(zhuǎn)換成輻射模式光的點(diǎn)(芯體-覆層界面上的不再滿足全反射條件的點(diǎn))處的虛橫截面的距離。優(yōu)選地，錐形部沿光軸的方向的長(zhǎng)度在從Imm到20mm的范圍內(nèi)，并且錐形部的錐角在從0.5度到5度的范圍內(nèi)。如在本文中使用的術(shù)語“錐角”涉及形成在錐形部的側(cè)面的母線和光纖的光軸之間的角度。同時(shí)，輻射模式誘導(dǎo)裝置可以為擠壓構(gòu)件，該擠壓構(gòu)架具有擠壓光纖的位于輸出面附近的側(cè)面以產(chǎn)生微彎曲的至少一個(gè)擠壓終端。在該情況中，優(yōu)選的是，擠壓構(gòu)件具有多個(gè)擠壓終端，并且擠壓終端設(shè)置為，當(dāng)從垂直于光纖的光軸的方向觀看時(shí)，擠壓沿著光軸的方向移動(dòng)的不同位置，并且當(dāng)從光軸的方向觀看時(shí)，擠壓在光纖中內(nèi)切的規(guī)則的奇數(shù)多邊形的頂點(diǎn)處的位置。此外，優(yōu)選的是，輻射模式誘導(dǎo)裝置裝配有反射構(gòu)件，該反射構(gòu)件沿傳播模式光的前進(jìn)方向引導(dǎo)輻射模式光。在該情況中，優(yōu)選的是，反射構(gòu)件具有反射表面，該反射表面具有圓筒形形狀或向著該反射表面的遠(yuǎn)端反向地逐漸變細(xì)的截頭圓錐體形狀并覆蓋錐形部的周圍，其中在反射表面具有截頭圓錐體形狀的情況中，反射表面覆蓋錐形部的周圍使得所述遠(yuǎn)端位于光纖的輸出面?zhèn)?。此外，?yōu)選的是，輻射模式誘導(dǎo)裝置裝配有涂覆構(gòu)件，該涂覆構(gòu)件覆蓋錐形部的側(cè)面并由與構(gòu)成錐形部的最外部分的材料的折射率可比較的折射率的材料制成。如在本文中使用的術(shù)語與構(gòu)成錐形部的最外部分的材料的折射率“可比較”涉及涂覆構(gòu)件的折射率等于或接近構(gòu)成錐形部的最外部分的材料的折射率，使得從芯體泄漏的光的反射在涂覆構(gòu)件和構(gòu)成錐形部的最外部分的材料之間的界面處減少。本發(fā)明的內(nèi)窺鏡為包括下述特征的內(nèi)窺鏡上述內(nèi)窺鏡光導(dǎo)；光源，連接至內(nèi)窺鏡光導(dǎo)的輸入側(cè)并產(chǎn)生照明光；和成像單元，接收在觀察目標(biāo)中產(chǎn)生的作為由內(nèi)窺鏡光導(dǎo)引導(dǎo)的照明光在觀察目標(biāo)上的照明的結(jié)果的光，并捕獲觀察目標(biāo)的圖像。如在本文中使用的術(shù)語“在觀察目標(biāo)中產(chǎn)生的作為照明光的照明的結(jié)果的光”在例如白光用作照明光以獲得可見光的情況中涉及白光的反射光，在激勵(lì)光用作照明光以獲得可見光的情況中涉及對(duì)應(yīng)于激勵(lì)光的熒光。根據(jù)本發(fā)明的用于將照明光引導(dǎo)至觀察目標(biāo)的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)和具有該內(nèi)窺鏡光導(dǎo)的內(nèi)窺鏡具體地包括輻射模式誘導(dǎo)裝置，該輻射模式誘導(dǎo)裝置用于引起傳播通過光纖的傳播模式光在傳播模式光從中引出的光纖的輸出面附近進(jìn)行側(cè)面輻射，從而將傳播模式光轉(zhuǎn)換為輻射模式光，使得輻射模式光可以用作照明光。這允許從光纖的除輸出面之外的部分引出激光，從而允許采用薄光纖形成具有大發(fā)射面積的輔助光源。即使采用薄光纖，這也可以為內(nèi)窺鏡光導(dǎo)和具有該內(nèi)窺鏡光導(dǎo)的內(nèi)窺鏡降低激光安全標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。


圖1為具有根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的外視圖，圖示了其示意性結(jié)構(gòu)。圖2為剛性插入段的示意圖，圖示了其組成。圖3為剛性插入段的示意性剖視圖，圖示了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖4A為非錐形光纖的示意性剖視圖，圖示了其中從該光纖的輸出面輸出光束的方位。圖4B為典型的錐形光纖的示意性剖視圖，圖示了其中從該光纖的輸出面輸出光束的方位。圖4C為本發(fā)明的光導(dǎo)的錐形光纖的示意性剖視圖，圖示了其中從鄰近該光纖的輸出面的部分輸出光束的方位。圖5圖示了具有預(yù)定錐角的錐形部的示意性剖視圖，圖示了其中傳播模式光在錐形部中傳播的方位。圖6A以透視圖示意性地圖示反射構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示例。圖6B以透視圖示意性地圖示反射構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示例。圖6C以透視圖示意性地圖示反射構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示例。
圖7A為圖示其中輻射模式光由反射構(gòu)件的反射表面反射并在前方聚焦的方位的概念視圖。圖7B為圖示其中輻射模式光由反射構(gòu)件的反射表面反射并在前方聚焦的方位的概念視圖。圖8A為輻射模式誘導(dǎo)裝置的示意圖，圖示了其結(jié)構(gòu)，通過將錐形部插入圖6A中示出的反射構(gòu)件并填充樹脂形成該輻射模式誘導(dǎo)裝置。圖8B為輻射模式誘導(dǎo)裝置的示意圖，圖示了其結(jié)構(gòu)，通過將錐形部插入圖6C中示出的反射構(gòu)件并填充樹脂形成該輻射模式誘導(dǎo)裝置。圖9為成像單元的示意圖，圖示了其結(jié)構(gòu)。圖10為圖像處理裝置和光源裝置的示意圖，圖示了其結(jié)構(gòu)。圖IlA為從垂直于光軸的方向觀看的光纖的示意圖，圖示出擠壓構(gòu)件安裝在該光纖上。圖IlB為從光軸的方向觀看的光纖的示意圖，圖示出擠壓構(gòu)件安裝在該光纖上。
具體實(shí)施例方式以下，將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于此。注意到， 附圖中的每個(gè)部件沒有必要按比例繪制，以便于直觀識(shí)別。[內(nèi)窺鏡光導(dǎo)和具有該內(nèi)窺鏡光導(dǎo)的內(nèi)窺鏡的第一實(shí)施方式]根據(jù)第一實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)或具有該內(nèi)窺鏡光導(dǎo)的內(nèi)窺鏡用于圖1中示出的內(nèi)窺鏡。圖1為內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(剛性內(nèi)窺鏡)的外視圖，該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)包括內(nèi)窺鏡光導(dǎo)(以下，簡(jiǎn)單地稱為“光導(dǎo)”)或具有根據(jù)本實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)的內(nèi)窺鏡(剛性內(nèi)窺鏡)。(剛性內(nèi)窺鏡系統(tǒng))如圖1圖示，本實(shí)施方式的剛性內(nèi)窺鏡系統(tǒng)1包括光源裝置2、剛性內(nèi)窺鏡10、圖像處理裝置3和監(jiān)視器4，光源裝置2用于發(fā)射白色照明光和/或激勵(lì)光，剛性內(nèi)窺鏡10用于將從光源裝置2發(fā)射的照明光和/或激勵(lì)光引導(dǎo)并照明至觀察區(qū)域，并通過白光的照明基于從觀察區(qū)域反射的反射光捕獲可見圖像，和/或通過激勵(lì)光的照明基于從觀察區(qū)域發(fā)射的熒光捕獲熒光圖像，圖像處理裝置3用于在由剛性內(nèi)窺鏡10捕獲的可見圖像和/或熒光圖像上進(jìn)行預(yù)定的處理，并產(chǎn)生可見圖像和/或熒光圖像，監(jiān)視器4用于基于在圖像處理裝置3中產(chǎn)生的顯示控制信號(hào)顯示觀察區(qū)域的可見圖像和熒光圖像。(剛性內(nèi)窺鏡)如圖1所示，剛性內(nèi)窺鏡10包括將插入腹腔的剛性插入段30和被引導(dǎo)通過剛性插入段30的用于捕獲觀察目標(biāo)的可見圖像和熒光圖像的成像單元20。如圖2所示，剛性插入段30和成像單元20可分離地連接。剛性插入段30包括連接構(gòu)件30a、插入構(gòu)件30b和電纜連接端口 30c。(剛性插入段)剛性插入段30包括用于容納光導(dǎo)和成像光學(xué)系統(tǒng)的插入構(gòu)件30b、用于連接成像單元20的連接構(gòu)件30a以及用于連接用于引導(dǎo)在光源2中產(chǎn)生的光的光纖LC的電纜連接端口 30c。連接構(gòu)件30a設(shè)置在剛性插入段30 (插入構(gòu)件30b)的近端30X處，通過將連接構(gòu)件30a例如裝配在形成在成像單元20中的孔20a中，成像單元20和剛性插入段30可分離地連接。電纜連接端口 30c設(shè)置在插入構(gòu)件30b的側(cè)面，光導(dǎo)電纜LC機(jī)械地連接至該端口。這使得光源裝置2和剛性插入段30通過光導(dǎo)電纜LC在光學(xué)上連接在一起。插入構(gòu)件30b為在腹腔中進(jìn)行成像時(shí)將插入腹腔的構(gòu)件。插入構(gòu)件30b由剛性材料形成，并且具有例如直徑為約IOmm的圓柱形形狀。圖3為插入構(gòu)件30b的示意性剖視圖， 圖示了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即剛性插入段30的整體結(jié)構(gòu)。如圖3所示，插入構(gòu)件30b在其內(nèi)部包括具有用于將從光源2發(fā)射的照明光和/或激勵(lì)光引導(dǎo)并照明在觀察目標(biāo)上的多模光纖的光導(dǎo)LG、用于形成可見圖像和熒光圖像的物鏡12、用于引導(dǎo)由物鏡12形成的可見圖像和/ 或熒光圖像的透鏡組13。這使得觀察目標(biāo)的從遠(yuǎn)端30Y(圖幻輸入的可見圖像和熒光圖像通過物鏡12和透鏡組13被引導(dǎo)至近端側(cè)30X的成像單元20。(光導(dǎo))現(xiàn)在將詳細(xì)描述設(shè)置在插入構(gòu)件30b的內(nèi)部的光導(dǎo)LG的機(jī)構(gòu)。如圖3所示，光導(dǎo) LG包括光纖11a，具有在光纖的輸出面附近圍繞光纖的反射表面的圓筒形反射構(gòu)件lib、設(shè)置為填充在光纖Ila的輸出面和反射構(gòu)件lib之間的涂覆構(gòu)件Ilc以及用于固定光纖Ila 的固定構(gòu)件lid。(光纖)光纖Ila由芯體C和形成在芯體周圍的覆層K構(gòu)成。從光源裝置2發(fā)射的照明光和/或激勵(lì)光被從光纖Ila的一端輸入，引導(dǎo)通過光纖11a，并從另一側(cè)輸出，從而被引導(dǎo)至觀察目標(biāo)。對(duì)光纖的類型和材料沒有任何特定限制，并且多模光纖優(yōu)選用作半導(dǎo)體激光，通常，當(dāng)其輸出功率大且為了獲得高耦合效率時(shí)，其以多模式在空間中振蕩。光纖Ila的輸出面附近的預(yù)定部分形成錐形形狀，以向著該輸出面逐漸變細(xì)。光纖Ila的具有錐形形狀的所述預(yù)定部分用作光纖的錐形部T，并構(gòu)成本發(fā)明的輻射模式誘導(dǎo)裝置。通過加熱光纖Ila的一部分并拉伸被加熱部分，將錐形部T形成錐形形狀。也就是說，光纖Ila的錐形部T形成為使得錐形部T中的芯體和覆層之間的比率等于光纖Ila 的非錐形部中的比率。優(yōu)選地，在本發(fā)明的光導(dǎo)中，錐形部T沿光軸的長(zhǎng)度(錐形長(zhǎng)度)為 l-20mm，且更優(yōu)選地為2_5mm。在這里，下限“ 1mm”基于可以制造的錐形部的最小長(zhǎng)度約為 Imm的事實(shí)確定，雖然短錐形部，S卩，具有大的錐角的錐形部可以減小引起側(cè)面輻射的傳播距離。上限“20mm”基于下述事實(shí)確定，即在長(zhǎng)錐形部的情況中，通過維持全反射而通過錐形部的光分量增加，并且錐形部的實(shí)際上可以允許這種分量的最大長(zhǎng)度約20mm。優(yōu)選地，考慮到制造上的限制，錐形部的錐角為0. 5-5度，且更優(yōu)選地為1-4度。在其中通過拉伸工藝形成錐形部T的情況中，錐形長(zhǎng)度和錐角基本上由拉伸工藝中錐形部T的錐度比確定。因此，通過在恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置錐度比的同時(shí)進(jìn)行拉伸工藝可以獲得在期望范圍內(nèi)的錐形長(zhǎng)度和錐角。本文中使用的術(shù)語“錐度比”涉及K錐形部的輸入面處的芯徑)/(錐形部的輸出面的芯徑)} X 100%。優(yōu)選地，錐度比小于50%。(錐形光纖的操作)現(xiàn)在通過與非錐形光纖的操作進(jìn)行比較而描述典型的錐形光纖的操作。隨后，將通過比較典型的錐形光纖和非錐形光纖的操作而描述用于本發(fā)明的光導(dǎo)LG的錐形光纖的操作。
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圖4A示意性地圖示非錐形光纖的操作，圖4B圖示典型的錐形光纖的操作，圖4C 圖示用于本發(fā)明的光導(dǎo)LG的光纖的操作。通常，光纖的輸出面的數(shù)值孔徑由下文給出的公式(3)表示。下文給出的公式(3) 中的θ為圖4Α中示出的θ，其為從光纖輸出的光的半擴(kuò)展角。分別為芯體和覆層的折射率。NA = sin θ = -Jη{ - nl......(3)同時(shí)，在光纖中，通常，輸出面處的芯徑和傳播模式光的半擴(kuò)展角θ的乘積為常數(shù)。因此，下文給出的公式(4)適用于錐形部的其中如圖4Β所示芯徑向著錐形光纖的輸出面連續(xù)減小的任何橫截面。光束芯徑(ζ) X θ (ζ)=常數(shù)(4)其中，ζ為表示錐形部T的任意橫截面的位置的變量。因此，圖4B中示出的光纖的錐形部的輸出面處的半擴(kuò)展角θ ’比圖4A中示出的光纖的錐形部的輸出面處的半擴(kuò)展角θ大對(duì)應(yīng)于圖4Α和4Β中的芯徑之間的差的量。接下來，將描述用于本發(fā)明的光導(dǎo)LG的錐形光纖的操作。本發(fā)明的錐形光纖Ila 與圖4Β中的光纖相同之處在于，它在輸出面附近具有錐形部Τ，但錐形部T的錐角相差很大。在圖4Β的情況中，采用上述公式的關(guān)系，僅增加從輸出面的芯體輸出的傳播模式光的擴(kuò)展角。也就是說，在圖4Β的情況中，假設(shè)傳播模式光從錐形部T的輸出面(光纖的輸出面)輻射。相反，本發(fā)明的錐形光纖Ila構(gòu)造為使得進(jìn)入錐形部的傳播模式光從錐形部的側(cè)面輻射，并通過進(jìn)一步增加錐角而被轉(zhuǎn)換成輻射模式光。這允許從光纖的一部分而不是從輸出面引出激光，如圖4C所示。為什么會(huì)出現(xiàn)這種側(cè)面輻射的原因如下。進(jìn)入錐形部的傳播模式光通過在錐形部 T的芯體-覆層界面處重復(fù)全反射而在錐形部T的芯體C中傳播。在傳播過程中，在每次發(fā)生全反射時(shí)光的傳播角增加錐角的量，因此該界面上的入射角也增加錐角的量。結(jié)果，入射在該界面上的傳播模式光Ll盡管具有大于臨界角的入射角，而變得不能在界面位置處進(jìn)行全反射，并被轉(zhuǎn)換成輻射模式光L2。注意到，與典型的錐形光纖的錐角不同的錐角的簡(jiǎn)單增加并不總是引入上述側(cè)面輻射。傳播模式光Ll是否進(jìn)行側(cè)面輻射取決于，特別地，錐形長(zhǎng)度、所采用的光的波長(zhǎng)、傳播模式光Ll的傳播角等等，而不是取決于錐角。因此，在光纖的錐形部T用作輻射模式誘導(dǎo)裝置的情況中，與在本實(shí)施方式中一樣，需要考慮所采用的光的波長(zhǎng)、傳播模式光Ll的傳播角等設(shè)計(jì)錐形部Τ。在設(shè)計(jì)錐形部T時(shí)，優(yōu)選的是，錐形部T被構(gòu)造為，如果傳播模式光在錐形部上的入射角取θ ^，且光纖的臨界角取θ。，則引起具有滿足上述公式(1)的入射角的傳播模式光進(jìn)行側(cè)面輻射，從而將傳播光轉(zhuǎn)換成輻射模式光。這可以引起穿過通過光纖的光的能量的大部分(考慮錐形部上的典型入射角θ ^，近似為不小于70%)進(jìn)行側(cè)面輻射。(側(cè)面輻射判斷方法)具體判斷傳播模式光Ll是否進(jìn)行側(cè)面輻射由是否滿足下文給出的公式(5)進(jìn)行， 如果錐形長(zhǎng)度取L，沿光軸的方向從具有某個(gè)傳播角θ ^的傳播模式光Ll進(jìn)入錐形部T的點(diǎn)到傳播模式光Ll進(jìn)行側(cè)面輻射的點(diǎn)的傳播長(zhǎng)度取Lp。在滿足公式( 的情況中，傳播模式光Ll進(jìn)行側(cè)面輻射，且傳播模式光Ll被轉(zhuǎn)換成輻射模式光L2。Lp < L(5)
以下，將詳細(xì)描述公式(5)。圖5為具有錐角α的錐形部T的示意性剖視圖，圖示了其中傳播模式光L在錐形部中傳播的方位。注意到，為方便起見，圖5僅示出芯體，未示出覆層。錐形部的芯體是坐標(biāo) P1(0，a)、P2(L，b)、P3(L，-b)和 P4(0，_a)限定的部分。當(dāng)具有某個(gè)傳播角θ ^的傳播模式光Ll從錐形部T的輸入面的點(diǎn)％(0，1)進(jìn)入錐形部T時(shí)，傳播模式光Ll通過在芯體的側(cè)面處重復(fù)全反射而向著錐形部T的輸出面?zhèn)鞑ァ?可以由下文給出的公式(6)獲得傳播模式光Ll在Ql (XI，Yl)處被全反射一次之后的傳播角θ 1，因?yàn)槿肷浣亲優(yōu)榈扔趥鞑ソ羌渝F角，反射后的傳播角等于反射表面處的反射角加錐I Q1I = Ie01 +2 α(6)可以由下文給出的公式(7)獲得被全反射η次之后的傳播角θ η，因?yàn)樾倔w的其上出現(xiàn)反射的側(cè)面交替變化。θη= (-1)η. (I θ0|+2αη)(7)因此，可以由下文給出的公式(8)獲得其中傳播角不大于芯體側(cè)處的臨界角θ c 的最大可能的反射總次數(shù)N。在這里，INT為用于舍入圓括號(hào)中的計(jì)算結(jié)果的小數(shù)位以獲得整數(shù)的算子。N = INT (( θ c- θ ) /2 α )(8)如果錐形部T的芯體的折射率取Ii1，且覆層的折射率取η2，則臨界角θ c可以由全反射中的斯內(nèi)爾定律定義為下文給出的公式(9)。θ c = cos-1 ( / )(9)此外，沿X方向從芯體的其中傳播模式光Ll被反射的側(cè)面至芯體的其中傳播模式光Ll被第二次反射的側(cè)面向著錐形部T的輸出面行進(jìn)的傳播模式光Ll的傳播距離，即該距離的X分量Lp1, j在其中可能發(fā)生全反射的點(diǎn)Qp1 (反射點(diǎn)Q)和下一個(gè)反射點(diǎn)％之間的長(zhǎng)度，由下文給出的公式(10)表示。其中，j表示到達(dá)反射點(diǎn)Q的次數(shù)且為0或更大的整數(shù)。j的最大值等于最大可能的總反射次數(shù)N+l。j = 0表示錐形部T的輸入面取X軸的原點(diǎn)的位置(Xtl = 0)。在嚴(yán)格意義上，反射點(diǎn)Qn+1不是其中出現(xiàn)全反射的點(diǎn)，為方便起見其被稱為反射點(diǎn)。Loa = X1-X0 = X1Llj2 = X2-X1------
_] Lj^1, j = Xj-V1
------V1,N = XN-XN^1LN,N+1 = XN+1_XN (10)在該情況中，通過錐形部的芯體的傳播模式光Ll到反射點(diǎn)QN+1，即第(N+1)個(gè)反射點(diǎn)的傳播距離的X方向分量的長(zhǎng)度LP(N+1)由下文給出的公式(11)表示。其中，Lp(J)表示通過錐形部的芯體的傳播模式光Ll到第j個(gè)反射點(diǎn)的傳播距離的X方向分量的長(zhǎng)度，Zj 表示錐形部T在第j個(gè)反射點(diǎn)％處的寬度(沿Y方向的長(zhǎng)度)。Lp (A·' + = Ltu + Ll2 十 + …+ 十…+1,.叫
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權(quán)利要求
1.一種用于將照明光引導(dǎo)至觀察目標(biāo)的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)，包括光纖；和輻射模式誘導(dǎo)裝置，用于使得傳播通過光纖的傳播模式光在傳播模式光從中引出的光纖的輸出面附近進(jìn)行側(cè)面輻射，從而將傳播模式光轉(zhuǎn)換為輻射模式光，使得輻射模式光能夠用作照明光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)，其中輻射模式誘導(dǎo)裝置為形成在光纖的在輸出面附近的預(yù)定部分處的錐形部，并且錐形部的芯體具有向著輸出面逐漸變細(xì)的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)，其中在錐形部上的傳播模式光的入射角取為 θ C1且光纖的臨界角取為θ。的情況下，則錐形部構(gòu)造為使得具有滿足以下給出的公式(1) 的入射角θ ^的傳播模式光進(jìn)行側(cè)面輻射，從而將傳播模式光轉(zhuǎn)換成輻射模式光θ ο/ θ C > 0. 2(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)，其中在錐形部沿光軸的方向的長(zhǎng)度取為L(zhǎng)，且傳播模式光沿光軸的方向從傳播模式光進(jìn)入錐形部的點(diǎn)到傳播模式光進(jìn)行側(cè)面輻射的點(diǎn)的傳播距離取為L(zhǎng)p的情況下，錐形部構(gòu)造為滿足以下給出的公式O)Lp < L/2(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)，其中在錐形部沿光軸的方向的長(zhǎng)度取為L(zhǎng)，且傳播模式光沿光軸的方向從傳播模式光進(jìn)入錐形部的點(diǎn)到傳播模式光進(jìn)行側(cè)面輻射的點(diǎn)的傳播距離取為L(zhǎng)p的情況下，錐形部構(gòu)造為滿足以下給出的公式O)Lp < L/2(2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)，其中錐形部沿光軸的方向的長(zhǎng)度在從Imm到20mm的范圍內(nèi)；和錐形部的錐角在從0. 5度到5度的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)，其中輻射模式誘導(dǎo)裝置為擠壓構(gòu)件，該擠壓構(gòu)架具有擠壓光纖的位于輸出面附近的側(cè)面以產(chǎn)生微彎曲的至少一個(gè)擠壓終端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)，其中擠壓構(gòu)件具有多個(gè)擠壓終端；和所述多個(gè)擠壓終端被設(shè)置成當(dāng)從垂直于光軸的方向觀看時(shí)擠壓沿著光纖的光軸的方向移動(dòng)的不同位置，并且當(dāng)從光軸的方向觀看時(shí)擠壓在光纖中內(nèi)切的規(guī)則的奇數(shù)多邊形的頂點(diǎn)處的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)，其中輻射模式誘導(dǎo)裝置裝配有反射構(gòu)件，該反射構(gòu)件沿傳播模式光的前進(jìn)方向弓I導(dǎo)輻射模式光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)，其中反射構(gòu)件具有反射表面，該反射表面具有圓筒形形狀或向著該反射表面的遠(yuǎn)端反向地逐漸變細(xì)的截頭圓錐體形狀并覆蓋錐形部的周圍，其中在反射表面具有截頭圓錐體形狀的情況中，反射表面覆蓋錐形部的周圍使得所述遠(yuǎn)端位于光纖的輸出面?zhèn)取?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)，其中輻射模式誘導(dǎo)裝置裝配有涂覆構(gòu)件，該涂覆構(gòu)件覆蓋錐形部的側(cè)面并由具有與構(gòu)成錐形部的最外部分的材料的折射率可比較的折射率的材料制成。
12.一種內(nèi)窺鏡，包括根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)； 光源，連接至內(nèi)窺鏡光導(dǎo)的輸入側(cè)并且產(chǎn)生照明光；和成像單元，接收在觀察目標(biāo)中產(chǎn)生的作為由內(nèi)窺鏡光導(dǎo)引導(dǎo)的照明光在觀察目標(biāo)上的照明的結(jié)果的光，并捕獲觀察目標(biāo)的圖像。
全文摘要
在內(nèi)窺鏡光導(dǎo)和具有該內(nèi)窺鏡光導(dǎo)的內(nèi)窺鏡中，允許甚至采用薄光纖也能形成具有大的發(fā)射面積的輔助光源，并允許降低其激光安全標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。用于將照明光引導(dǎo)至觀察目標(biāo)的內(nèi)窺鏡光導(dǎo)裝配有光纖(11a)和輻射模式誘導(dǎo)裝置(T，64)，該輻射模式誘導(dǎo)裝置用于引起傳播模式光(L1)在光纖(11a)的輸出面附近進(jìn)行側(cè)面輻射，從而將傳播模式光(L1)轉(zhuǎn)換成輻射模式光(L2)，以便可以將輻射模式光(L2)用作照明光。
文檔編號(hào)A61B1/07GK102379676SQ20111025017
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者吉田光治, 笠松直史 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社