CN103392143B - 内窥镜用照明光学系统 - Google Patents

Abstract

使自光源射出的照明光高效地配光至观察对象，提高配光性能。提供一种内窥镜用照明光学系统，其包括：光导束（10），其设于内窥镜装置的插入部，并用于引导自光源射出的照明光；以及照明透镜（11），其用于将自该光导束射出的照明光配光至观察对象；该照明透镜在包含光轴的纵截面上具有两个拐点（P），并具有：第1凹面（11a），其配置于该两个拐点的内侧；以及圆环状的第2凹面（11b），其在上述两个拐点的外侧与第1凹面的外周相连续；该第2凹面以在光轴方向上与上述光导束的外周缘相对的方式配置。

Description

内窥镜用照明光学系统

技术领域

本发明涉及一种应用于内窥镜装置的照明光学系统。

背景技术

通常，应用于内窥镜装置的照明光学系统包括：光导束，其通过将多根光导纤维集束而成；以及照明用的凹透镜，其配置于该光导束的照明光射出端的前方；在利用内窥镜装置观察体腔内的情况下，利用光导束引导自光源射出的照明光，被引导的照明光利用凹透镜漫射而向观察对象部位配光。

作为这种种照明光学系统的例子，例如在专利文献1中公开了一种使用了光导束和一片凹透镜的照明光学系统。

现行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10—288742号公报

发明内容

但是，在这种照明光学系统中，自靠近凹透镜配置的光导束的周边部的光导纤维射出的照明光在透过凹透镜外周部的凹面时将会向远离光轴的方向强烈地折射。即，折射后的照明光由于没有自凹透镜的顶端面射出而是照射到侧面，因此，结果即是照明光整体中到达观察对象的照明光的比例减少，得不到足够的配光性能。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够使自光源射出的照明光高效地配光于观察对象、从而能够提高配光性能的内窥镜用照明光学系统。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术手段。

本发明的一个技术方案提供一种内窥镜用照明光学系统，其包括：光导束，其设于内窥镜装置的插入部，并用于引导自光源射出的照明光；以及照明透镜，其用于将自该光导纤维射出的照明光配光至观察对象；该照明透镜在包含光轴在内的纵截面上具有两个拐点，并具有：第1凹面，其配置于该两个拐点的内侧；以及圆环状的第2凹面，其在上述两个拐点的外侧与上述第1凹面的外周相连续；该第2凹面以在光轴方向上与上述光导束的外周缘相对的方式配置。

根据本技术方案，利用配置在照明透镜中央的第1凹面使自配置于光导束中央附近的光导纤维射出的照明光漫射。另一方，利用在光轴方向上与光导束的外周缘相对的第2凹面使自配置于光导束的周边部的光导纤维射出的照明光折射。由于第2凹面的弯曲方向以拐点为交界而与第1凹面的弯曲方向相反，因此入射至第2凹面的照明光的向远离光轴的方向的折射量减少。由此，自配置于光导束的周边部的光导纤维射出的照明光也自照明透镜的顶端部射出，照明光整体中到达观察对象的照明光的比例增加，从而能够得到足够的配光特性。

在上述的技术方案中，优选的是，在包含上述光轴在内的纵截面上的上述两个拐点之间的距离A和上述光导束的端面的直径尺寸D满足以下条件式（1）

0.75≤A/D≤0.85   （1）。

如此，能够进一步使照明光漫射，从而能够得到良好的配光特性。

在上述的技术方案中，优选的是，上述第1凹面的曲率半径R1和上述第2凹面的曲率半径R2满足以下条件式（2）

0.25≤|R2/R1|≤0.35   （2）。

如此，能够一边将照明透镜维持为直径较小，一边减弱自光导束的周边部的光导纤维射出的照明光的向远离光轴的方向的折射，从而能够更加提高配光性能。

根据本发明，将起到使自光源射出的照明光高效率地对观察对象进行配光、从而提高配光性能的效果。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的内窥镜用照明光学系统的纵截面的概略结构图。

图2是表示本发明的一实施方式的内窥镜用照明光学系统的配光特性（照度比和角度之间的关系）的图。

图3是表示本发明的一实施方式的内窥镜用照明光学系统的照明效率的比较表。

图4是表示本发明的一实施方式的内窥镜用照明光学系统的|R2/R1|比条件式（4）低0.05的情况下的纵截面的概略结构图。

图5是表示本发明的一实施方式的内窥镜用照明光学系统的|R2/R1|比条件式（4）大0.5情况时的纵截面的概略结构图。

图6是表示本发明的实施例1的内窥镜用照明光学系统的纵截面的概略结构图。

图7是表示本发明的实施例2的内窥镜用照明光学系统的纵截面的概略结构图。

图8是表示本发明的实施例3的内窥镜用照明光学系统的纵截面的概略结构图。

图9是表示本发明的实施例4的内窥镜用照明光学系统的纵截面的概略结构图。

图10是表示本发明的实施例5的内窥镜用照明光学系统的纵截面的概略结构图。

图11是表示本发明的实施例1至实施例5的内窥镜用照明光学系统中的A/D的值及|R2/R1|的值的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式的内窥镜用照明光学系统进行说明。

图1表示包含本实施方式的内窥镜用照明光学系统1的光轴在内的纵截面。如图1所示，内窥镜用照明光学系统1包括：光导束10，其通过将用于引导自未图示的光源射出的照明光的多根光导纤维10a集束而成；以及照明透镜11，其用于将自光导束10的端面射出的照明光配光至观察对象。

照明透镜11具有：在包含光轴在内的纵截面上的两个拐点P、配置于两个拐点P的内侧的第1凹面11a、以及配置于拐点P外侧并与第1凹面11a的外周相连续的圆环状的第2凹面11b。

对于照明透镜11，两个拐点P之间的距离A和光导束10的端面的直径尺寸D满足以下条件式（3）。

0.75≤A/D≤0.85   （3）

图2表示A/D的值是满足条件式（3）的0.8及0.75的情况下的配光特性（照度比和角度之间的关系）、A/D的值是条件式（3）的下限值以下的0.73及0.7的情况下的配光特性（照度比和角度之间的关系）。如图2所示，满足条件式（3）的0.8及0.75的情况下的配光特性良好，与此相对，低于条件式（3）的0.73及0.7的情况下的配光特性下降。通常，作为配光特性的下限值，以将角度为60°时的照度设为中心照度的5%作为标准。这是因为，在应用了凹透镜作为照明光学系统的情况下的视场角120°（半视场角60°）的物镜光学系统中，将角度为60°时的照度设为中心照度的5%是视场周边的明亮度降低所容许的极限。图2中，用箭头标出中心照度5%的位置。根据图2，在A/D的值是作为条件式（3）下限的0.75的情况下，中心照度成为5%。因而，出于配光特性的观点，优选的是将条件式（3）的下限值设为0.75。

另一方面，在图3中表示了A/D的值满足条件式（3）的0.8和0.85的情况下的照明效率、以及A/D的值超过条件式（3）的上限值的0.9的情况下的照明效率的比较表。

根据图3的表，照明透镜11在超过条件式（3）的情况下照明效率下降。若照明效率低于75%，则照射到照明透镜侧面的照明光增加，由此产生了热量而存在内窥镜顶端部的温度上升的趋势，因此优选的是照明效率的下限为75%。因而，出于照明效率的观点，优选的是将条件式（3）的上限值设为0.85。

根据这种理由，确定了条件式（3）的上限值及下限值。

另外，对于照明透镜11，第1凹面11a的曲率半径R1和上述第2凹面11b的曲率半径R2满足以下的条件式（4）。

0.25≤|R2/R1|≤0.35   （4）

在|R2/R1|低于条件式（4）的情况下，由于照明透镜11的凹面中的第2凹面11b的范围相对减小，因此会导致光导束周边部的照明光朝向远离光轴的方向强烈地折射，不能到达观察对象，从而照明效率低于75%。在图4中示出了|R2/R1|比条件式（4）低0.05的情况的例子。

在|R2/R1|超过条件式（4）的情况下，由于照明透镜11的凹面中的第2凹面11b的范围相对增大，因此在第1凹面11a中漫射的照明光减少，配光特性下降，角度为60°时的照度低于中心照度的5%。在图5中示出了|R2/R1|比条件式（4）高0.5的情况的例子。

根据这种理由，确定了条件式（4）的上限值及下限值。

另外，对于照明透镜11，第2凹面11b以在光轴方向上与光导束10的外周缘相对的方式配置，从而高效地将自配置在光导束周边部的光导纤维射出的照明光引导至第2凹面11b。

根据本发明，利用配置在照明透镜11的中央的第1凹面使自配置在光导束10的中央附近的光导纤维10a射出的照明光漫射。另一方面，利用在光轴方向与光导束10的外周缘相对的第2凹面使自配置在光导束10的周边部的光导纤维10a射出的照明光折射。由于第2凹面的弯曲方向以拐点为交界与第1凹面的弯曲方向相反，因此入射至第2凹面的照明光向朝向照明透镜中央的方向折射。

由此，自配置于光导束10的周边部的光导纤维20a射出的照明光也自照明透镜的顶端面（开口部）11c射出，从而照明光整体中到达观察对象的照明光的比例增加，能够得到足够的配光性能。

另外，通过将照明透镜11设为如下结构，即，具有：在包含光轴在内的纵截面上的两个拐点P；第1凹面11a，其配置于两个拐点P的内侧；以及圆环状的第2凹面11b，其配置于拐点P的外侧，并与第1凹面11a的外周相连续，从而例如即使是在利用折射率较低且价格便宜的玻璃材料、树脂等折射率低的材质成形的情况下，也能够得到足够的配光性能。

而且，例如也能够通过双色成形内窥镜插入部的顶端部和照明透镜，这种情况下，能够降低制造成本。

以下，示出上述实施方式的内窥镜用照明光学系统的具体例作为实施例1至实施例5。

（实施例1）

图6表示包含实施例1的内窥镜用照明学系统的光轴在内的纵截面，对于实施例1的内窥镜用照明光学系统，将光导束的端面的直径尺寸D设为1.05，将第1凹面11a的曲率半径R1设为0.59，将第2凹面11b的曲率半径R2设为0.16，将拐点P之间的距离A设为0.823。

（实施例2）

图7表示包含实施例2的内窥镜用照明学系统的光轴在内的纵截面，对于实施例2的内窥镜用照明光学系统，将光导束的端面的直径尺寸D设为1.05，将第1凹面11a的曲率半径R1设为0.59，将第2凹面11b的曲率半径R2设为0.2，将拐点P之间的距离A设为0.823。

（实施例3）

图8表示包含实施例3的内窥镜用照明学系统的光轴在内的纵截面，对于实施例3的内窥镜用照明光学系统，将光导束的端面的直径尺寸D设为1.2，将第1凹面11a的曲率半径R1设为0.65，将第2凹面11b的曲率半径R2设为0.2，将拐点P之间的距离A设为0.973。

（实施例4）

图9表示包含实施例4的内窥镜用照明学系统的光轴在内的纵截面，对于实施例4的内窥镜用照明光学系统，将光导束的端面的直径尺寸D设为1.2，将第1凹面11a的曲率半径R1设为0.65，将第2凹面11b的曲率半径R2设为0.22，将拐点P之间的距离A设为1.008。

（实施例5）

图10表示包含实施例5的内窥镜用照明学系统的光轴在内的纵截面，对于实施例5的内窥镜用照明光学系统，将光导束的端面的直径尺寸D设为1.2，将第1凹面11a的曲率半径R1设为0.65，将第2凹面11b的曲率半径R2设为0.169，将拐点P之间的距离A设为0.912。

在图11中示出上述实施例1至实施例5的内窥镜用照明光学系统中的A/D的值及|R2/R1|的值。如图11所示，实施例1至实施例5中的任意一例均满足上述的条件式（3）及条件式（4）。

附图标记翻译

1 内窥镜用照明光学系统；10 光导束；10a 光导纤维；11 照明透镜；11a 第1凹面；11b 第2凹面。

Claims (2)

1.一种内窥镜用照明光学系统，其包括：

光导束，其设于内窥镜装置的插入部，并用于引导自光源射出的照明光；以及

照明透镜，其用于将自该光导束射出的照明光配光至观察对象；

该照明透镜在包含光轴在内的纵截面上具有两个拐点，并具有：第1凹面，其配置于该两个拐点的内侧；以及圆环状的第2凹面，其在上述两个拐点的外侧与上述第1凹面的外周相连续；该第2凹面以在光轴方向上与上述光导束的外周缘相对的方式配置，

在包含上述光轴在内的纵截面上的上述两个拐点之间的距离A和上述光导束的端面的直径尺寸D满足以下条件式（1）

0.75≤A/D≤0.85   （1）。

2.一种内窥镜用照明光学系统，其包括：

光导束，其设于内窥镜装置的插入部，并用于引导自光源射出的照明光；以及

照明透镜，其用于将自该光导束射出的照明光配光至观察对象；

该照明透镜在包含光轴在内的纵截面上具有两个拐点，并具有：第1凹面，其配置于该两个拐点的内侧；以及圆环状的第2凹面，其在上述两个拐点的外侧与上述第1凹面的外周相连续；该第2凹面以在光轴方向上与上述光导束的外周缘相对的方式配置，

上述第1凹面的曲率半径R1和上述第2凹面的曲率半径R2满足以下条件式（2）

0.25≤|R2/R1|≤0.35   （2）。