CN108135461A - 内窥镜 - Google Patents

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Abstract

提供一种在通常观察、近距观察这两方观察中能够获得良好的配光的内窥镜。一种内窥镜(100)，具有能够靠近被摄体进行近距观察的具有放大观察功能的观察光学系统(11)以及至少三个以上的第一照明光学系统(12)、第二照明光学系统(13)及第三照明光学系统(14)，该内窥镜(100)的特征在于，至少三个以上的第一照明光学系统(12)、第二照明光学系统(13)、第三照明光学系统(14)中的距观察光学系统(11)的距离最近的第一照明光学系统(12)的光量相对于第二照明光学系统(13)、第三照明光学系统(14)的光量为二分之一以下，该内窥镜(100)满足以下的条件式(1)、(2)。0.4<rd1/rd3<0.8(1)，0.4<rd1/rd2<0.8(2)。

Description

内窥镜
技术领域
本发明涉及一种具有照明光学系统和观察光学系统的内窥镜。
背景技术
以往，在能够进行近距放大观察的内窥镜中，当被摄体与内窥镜的距离靠近时，对于观察光学系统而言照明光照射的区域集中在周边部，无法充分地确保最想要观察的中心部的明亮度。这是因为，当被摄体与内窥镜的距离靠近时，与照明光学系统的配光性能相比，观察光学系统和照明光学系统的配置的影响成为主要的影响。因此，特别是在能够进行被摄体与内窥镜的距离为2mm以下那样的近距放大观察的内窥镜中，为了确保中心部的明亮度，例如提出了专利文献1、2那样的结构。
专利文献1：日本特开2001-346752号公报
专利文献2：日本特开2000-37345号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1的结构中，无法充分地满足放大观察所需要的配光，从而无法良好地进行放大观察。另外，在通常观察时也未能考虑配光特性。另外，在专利文献2的结构中，通过使观察光学系统与照明光学系统隔开距离而确保了配光。其结果，由于内窥镜的前端直径变大了，因此并不理想。并且，也未能考虑通常观察时的配光特性。
本发明是鉴于上述而完成的，其目的在于提供一种在通常观察、近距观察这两方观察中能够获得良好的配光的内窥镜。
用于解决问题的方案
为了解决上述的问题并达成目的，本发明是一种内窥镜，具有能够靠近被摄体进行近距观察的具有放大观察功能的观察光学系统以及至少三个以上的第一照明光学系统、第二照明光学系统及第三照明光学系统，该内窥镜的特征在于，至少三个以上的第一照明光学系统、第二照明光学系统、第三照明光学系统中的距观察光学系统的距离最近的第一照明光学系统的光量相对于第二照明光学系统和第三照明光学系统的光量为二分之一以下，满足以下的条件式(1)、(2)。
0.4＜rd1/rd3＜0.8 (1)
0.4＜rd1/rd2＜0.8 (2)
其中，
rd1为观察光学系统的配置在最靠物体侧的透镜的中心与第一照明光学系统的配置在最靠物体侧的透镜的中心之间的距离，
rd2为观察光学系统的配置在最靠物体侧的透镜的中心与第二照明光学系统的配置在最靠物体侧的透镜的中心之间的距离，
rd3为观察光学系统的配置在最靠物体侧的透镜的中心与第三照明光学系统的配置在最靠物体侧的透镜的中心之间的距离，
距离rd1为小于距离rd2和rd3的值。
发明的效果
本发明起到如下的效果：能够提供一种在通常观察、近距观察这两方观察中能够获得良好的配光的内窥镜。
附图说明
图1A是表示第一实施方式所涉及的内窥镜的前端部的结构的图。
图1B是表示第一实施方式所涉及的内窥镜的前端部的结构的另一图。
图2A是表示照明光学系统的透镜截面结构的图。
图2B是表示其它的照明光学系统的透镜截面结构的图。
图3是表示第一照明光学系统对相距了距离70mm的平面的配光的图。
图4A是观察光学系统的广角端(wide)状态的透镜截面结构图。
图4B是观察光学系统的远摄端(tele)状态的透镜截面结构图。
图5A是其它的观察光学系统的广角端(wide)状态的透镜截面结构图。
图5B是其它的观察光学系统的远摄端(tele)状态的透镜截面结构图。
图6是表示第二实施方式所涉及的内窥镜200的前端部的结构的图。
具体实施方式
以下，基于附图对实施方式所涉及的内窥镜详细地进行说明。此外，本发明并不限定于本实施例。
(第一实施方式)
图1A、1B是表示第一实施方式所涉及的内窥镜100的前端部的结构的图。
本实施方式是一种内窥镜100，具有能够靠近被摄体进行近距观察的具有放大观察功能的观察光学系统11以及至少三个以上的第一照明光学系统12、第二照明光学系统13及第三照明光学系统14，该内窥镜100的特征在于，至少三个以上的第一照明光学系统12、第二照明光学系统13、第三照明光学系统14中的距观察光学系统11的距离最近的第一照明光学系统12的光量相对于第二照明光学系统13、第三照明光学系统14的光量为二分之一以下，满足以下的条件式(1)、(2)。
0.4＜rd1/rd3＜0.8 (1)
0.4＜rd1/rd2＜0.8 (2)
其中，
rd1为观察光学系统11的配置在最靠物体侧的透镜的中心与第一照明光学系统12的配置在最靠物体侧的透镜的中心之间的距离，
rd2为观察光学系统11的配置在最靠物体侧的透镜的中心与第二照明光学系统13的配置在最靠物体侧的透镜的中心之间的距离，
rd3为观察光学系统11的配置在最靠物体侧的透镜的中心与第三照明光学系统14的配置在最靠物体侧的透镜的中心之间的距离，
距离rd1为小于距离rd2、rd3的值。
另外，从通道15插入和取出处置器具等。喷嘴16射出用于清洗附着于观察光学系统11的最靠物体侧的透镜的脏污等的清洗水。
以下，对在本实施方式中采用这种结构的理由和作用进行说明。在近距观察时，对于观察光学系统11而言，配置有照明光学系统的方向亮。因此，没有配置照明光学系统的区域暗。为了使照明的明亮度均等化，只要均等地配置照明光学系统就能够改善。在此，在内窥镜中，需要配置插入和取出处置器具的通道15、进行用于去除附着于观察光学系统11的透镜表面的脏污的送水的喷嘴16。
当将通道15、喷嘴16的配置纳入考虑时，存在导致内窥镜100的前端直径变大这样的问题。另外，在近距观察时，如果优化照明光学系统的配置，则会导致在通常观察中容易产生杂光、光晕之类的光学上不期望的现象。
另外，不只是照明光学系统的配置，在近距观察时，各个照明光学系统的光量差也对配光特性产生较大的影响。例如，在离观察光学系统11近的距离仅配置了一个照明光学系统的情况下，这一个照明光学系统的照明的影响成为主要的影响，导致其它的方向变暗了。
另外，即使在观察光学系统与多个照明光学系统的距离相同的情况下，在多个照明光学系统各自的光量存在差异时，导致仅更为亮的照明光学系统的方向亮，其它的方向变暗了。
因此，本实施方式为了使近距观察时与通常观察时的明亮度均等，而使用了三个以上的照明光学系统。关于照明光学系统，具有至少三个以上的照明光学系统、即第一照明光学系统12、第二照明光学系统13、第三照明光学系统14。
首先，将第一照明光学系统12的光量相对于其它的照明光学系统即第二照明光学系统13、第三照明光学系统14的光量而设为二分之一以下。由此，能够保持近距观察时所需要的充分的光量，并能够不使内窥镜100大径化而形成最佳的照明配置。
其它两个照明光学系统即第二照明光学系统13、第三照明光学系统14是用于对近距观察时的照明进行辅助并使通常观察时的配光适当的结构。由此，能够降低杂光、光晕之类的问题的产生。
而且，通过满足条件式(1)、(2)，能够起到如下的作用：与第一照明光学系统12的光量相比，使光量小的第二照明光学系统13、第三照明光学系统14专用于使近距观察时的明亮度均一化。
当低于条件式(1)、(2)的下限值时，虽然近距观察时的明亮度变得均一，但是配置于离观察光学系统11近的距离的第一照明光学系统12的光直接入射至观察光学系统11而产生的杂光的产生风险提高。
当超过条件式(1)、(2)的上限值时，在近距观察时其它的照明光学系统13、14的贡献度高，无法确保均一的明亮度。
此外，期望代替条件式(1)、(2)而满足以下的条件式(1’)、(2’)。
0.5＜rd1/rd3＜0.75 (1')
0.5＜rd1/rd2＜0.75 (2')
另外，在靠近观察光学系统11的第一照明光学系统12的光量大的情况下，光直接进入观察光学系统11而产生的杂光的风险高。因此，期望专用于近距观察的第一照明光学系统12的光量小。例如，优选的是，第一照明光学系统12的光量相对于其它的第二照明光学系统13、第三照明光学系统14的光量为三分之一以下。并且，更优选的是，第一照明光学系统12的光量相对于其它的第二照明光学系统13、第三照明光学系统14的光量为四分之一以下。
(第二实施方式)
另外，期望第二实施方式所涉及的内窥镜满足以下的条件式(3)、(4)。
0.3＜(rd22×Ll1)/(rd12×Ll2)＜1.2 (3)
0.3＜(rd32×Ll1)/(rd12×Ll3)＜1.2 (4)
其中，
LI1为第一照明光学系统12的光量，
LI2为第二照明光学系统13的光量，
LI3为第三照明光学系统14的光量。
以下，对在本实施方式中采用这种结构的理由和作用进行说明。
为了良好地进行近距观察，配置在离观察光学系统最近的位置(距离)的第一照明光学系统12以及其它的第二照明光学系统13、第三照明光学系统14的距离与光量的平衡特别重要。特别地，在近距观察中，由于将想要注视的被摄体保持在画面中央的情形多，因此重要的是提高画面的中央部的明亮度。然而，在距离与光量的平衡不好的情况下，导致仅某一个方向变亮。因此，仅该方向变亮，结果画面的中央部不亮。因而，期望满足条件式(3)、(4)。
当低于条件式(3)、(4)的下限值时，导致其它的第二照明光学系统13、第三照明光学系统14的光量的影响过强。因此，无法充分地发挥与观察光学系统11的距离近的第一照明光学系统12的照明效果，从而中央部不亮。
当超过条件式(3)、(4)的上限值时，导致仅与观察光学系统11的距离近的第一照明光学系统12的影响过强。因此，无法充分地发挥其它的第二照明光学系统13、第三照明光学系统14的效果，从而中央部没有足够亮。
此外，期望代替条件式(3)、(4)而满足以下的条件式(3’)、(4’)。
0.5＜(rd22×Ll1)/(rd12×Ll2)＜1.1 (3')
0.5＜(rd32×Ll1)/(rd12×Ll3)＜1.1 (4')
(第三实施方式)
另外，期望第三实施方式所涉及的内窥镜满足以下的条件式(5)。
1.1＜w(wide)/w(tele)＜3 (5)
其中，
w(wide)为观察光学系统11的在通常观察时的视角，
w(tele)为观察光学系统11的在近距放大观察时的视角。
以下，对在本实施方式中采用这种结构的理由和作用进行说明。
特别地，为了使近距观察时的配光特性良好，不只是照明光学系统的影响，观察光学系统11的影响也不能忽视。在近距观察时，观察光学系统11与被摄体的距离近。因此，多个照明光学系统的光在充分地扩散而变得均一之前照射至被摄体。在这样的状况下并且当观察光学系统11的视角广时，导致配置有照明光学系统的一方的画面周边部变得特别亮。结果，导致画面中央部的明亮度变暗，从而观察性能变差。因此，期望满足条件式(5)。
当低于条件式(5)的下限值时，导致近距观察时的视角变得过广，无法进行良好的观察。
当超过条件式(5)的上限值时，虽然画面中央的明亮度提高，但观察范围本身变窄，因此是不期望的。
(第四实施方式)
另外，期望第四实施方式所涉及的内窥镜满足以下的条件式(6)、(7)。
1.05＜θ1/θ2＜1.45 (6)
1.05＜θ1/θ3＜1.45 (7)
其中，
θ1为与第一照明光学系统12的出射配光有关的在将0°方向的出射光量设为1时出射光量成为0.3时的角度，
θ2为与第二照明光学系统13的出射配光有关的在将0°方向的出射光量设为1时出射光量成为0.3时的角度，
θ3为与第三照明光学系统14的出射配光有关的在将0°方向的出射光量设为1时出射光量成为0.3时的角度。
以下，对在本实施方式中采用这种结构的理由和作用进行说明。
如果使离观察光学系统11最近的第一照明光学系统12的周边配光变大，则能够使近距观察时的画面有效地变亮。
然而，如果过度提高第一照明光学系统12的配光性能，则由于第一照明光学系统12靠近观察光学系统11，因此光直接进入观察光学系统11而产生的杂光的风险提高。另外，存在如下问题：在通常观察时，如果照明光学系统的配光过宽，则远处的物体的照明光变暗，从而观察性能变差。
因此，期望取得各个照明光学系统12、13、14的配光性能的平衡，从而期望满足条件式(6)、(7)。
当低于条件式(6)、(7)的下限值时，在近距观察时，导致配置在离观察光学系统11近的距离处的照明光学系统的贡献度降低，导致观察性能下降。
当超过条件式(6)、(7)的上限值时，虽然近距观察时的观察变好，但是杂光的产生风险提高。
此外，期望代替条件式(6)、(7)而满足以下的条件式(6’)、(7’)。
1.1＜θ1/θ2＜1.3 (6')
1.1＜θ1/θ3＜1.3 (7')
接着，对内窥镜的实施例和数值实施例进行说明。
图2A是表示照明光学系统19的透镜截面结构的图。照明光学系统19由从物体侧起依次配置的平凸正透镜L1、双凸正透镜L2、包括芯和包层的玻璃棒L3、光导纤维FB构成。构成为通过利用各个透镜使从光导纤维FB射出的光折射或反射，由此能够获得固定的配光。
图2B是表示其它的照明光学系统20的透镜截面结构的图。照明光学系统20由从物体侧起依次配置的平凹负透镜L1、光导纤维FB构成。
图3是表示第一照明光学系统12对相距了距离70mm的平面的配光特性的图。从第一照明光学系统12射出的光对于平面17而言具有配光分布18。在此，在将图3中纸面上方向设为0°时，将0°位置处的明亮度设为γ(0)＝1。另外，沿顺时针方向测量角度，在该角度中，明亮度成为0.3的角度定义为θ。此外，由于配光分布为对称的形状，因此也可以逆时针地测量θ。
另外，第二照明光学系统13、第三照明光学系统14的配光特性也与第一照明光学系统12的情况同样地考虑即可。并且，将该配光特性的80°至-80°的积分值定义为照明光学系统的光量。
实施例中所使用的光导纤维FB还具有表1所示那样的配光特性γLG。以下在表1中示出配光特性γLG。
[表1]
以下示出上述各实施例的照明光学系统的数值数据。在面数据中，r为各透镜面的曲率半径，d为各透镜面间的间隔，nd为各透镜的针对d线的折射率，νd为各透镜的阿贝数。并且，玻璃棒与光导纤维的面间隔设为0，用S表示光导纤维FB的物体侧端面的面积。
照明光学系统A是如图2A所示那样的包括三片负透镜以及光导纤维FB的结构，以下示出数值数据。
数值实施例1
单位mm
(照明光学系统A)
面数据
照明光学系统B是如图2B所示那样的包括一片负透镜以及光导纤维FB的结构，以下示出数值数据。
数值实施例2
单位mm
(照明光学系统B)
面数据
照明光学系统C是如图2A所示那样的包括三片负透镜以及光导纤维FB的结构，以下示出数值数据。
数值实施例3
单位mm
(照明光学系统C)
面数据
照明光学系统D是如图2A所示那样的包括三片负透镜以及光导纤维FB的结构，以下示出数值数据。
数值实施例4
单位mm
(照明光学系统D)
面数据
照明光学系统E是如图2B所示那样的包括一片负透镜以及光导纤维FB的结构，以下示出数值数据。
数值实施例5
单位mm
(照明光学系统E)
面数据
照明光学系统F是如图2B所示那样的包括一片负透镜以及光导纤维FB的结构，以下示出数值数据。
数值实施例6
单位mm
(照明光学系统F)
面数据
在以下的表2中示出以上述的结构形成的照明光学系统A～F的平面配光特性、光量。在表中，“照明A”表示照明光学系统A。同样地，照明B～F也分别表示照明光学系统B～F。此外，关于配光特性，表述将最亮的照明光学系统C的针对0°的明亮度设为1的数值时的值。关于光量，也是同样的。
[表2]
在上述实施例中，示出了由透镜和光导纤维构成照明光学系统的结构，但是只要是具有如表2所示那样的性能的照明光学系统即可，例如也可以是LED。
接着，对观察光学系统21进行说明。
图4A是观察光学系统21的广角端(wide)状态的透镜截面结构图。图4B是观察光学系统21的远摄端(tele)状态的透镜截面结构图。
观察光学系统21具有从物体侧起依次配置的平凹负透镜L1、平行平板F1、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L2、双凸正透镜L3、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L4、亮度光圈S、平凹负透镜L5、使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L6、双凸正透镜L7、双凸正透镜L8、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L9、平行平板F2、平行平板CG。在此，正透镜L3与负弯月透镜L4被接合。负透镜L5与正弯月透镜L6被接合。正透镜L8与负弯月透镜L9被接合。
平行平板F2是护罩玻璃，平行平板CG是用于密封CCD的玻璃。而且，能够通过移动透镜L5、L6，来将状态从广角端状态改变为远摄端状态。
并且，对观察光学系统22进行说明。
图5A是观察光学系统22的广角端(wide)状态的透镜截面结构图。图5B是观察光学系统22的远摄端(tele)状态的透镜截面结构图。
观察光学系统22具有从物体侧起依次配置的平凹负透镜L1、平行平板F1、双凸正透镜L2、亮度光圈S、使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L3、双凸正透镜L4、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L5、平行平板F2、平行平板CG。在此，双凸正透镜L4与负弯月透镜L5被接合。
平行平板F2是护罩玻璃，平行平板CG是用于密封CCD的玻璃。而且，能够通过移动透镜L4、L5，来将状态从广角端状态改变为远摄端状态。
观察光学系统A是图4A、4B所示的结构，以下示出数值数据。
数值实施例7
单位mm
(观察光学系统A)
面数据
各种数据
观察光学系统B是图5A、5B所示那样的结构，透镜片数少于观察光学系统A的透镜片数。以下示出观察光学系统B的数值数据。
数值实施例8
单位mm
(观察光学系统B)
面数据
各种数据
通过将上述观察光学系统A、B与照明光学系统A～F组合构成了实施例1～5。以下示出其结果。
以下示出实施例1～5中的条件式对应值。
条件式
(1)rd1/rd3
(2)rd1/rd2
(3)(rd22×LI1)/(rd12×LI2)
(4)(rd32×LI1)/(rd12×LI3)
(5)w(wide)/w(tele)
(6)θ1/θ2
(7)θ1/θ3
并且，对其它的实施方式进行说明。
图6是表示其它的实施方式所涉及的内窥镜200的前端部的结构的图。配置两个最靠近观察光学系统11的照明光学系统12a、12b。两个照明光学系统12a、12b对应第一照明光学系统。而且，照明光学系统12a、12b具有相同的结构。因此，rd1＝rd4，LI1＝LI4，θ1＝θ4。
在本实施方式中，以下表示在近距观察时能够达成明亮度的均等化。以下示出的数值是在观察光学系统11与作为平面的被摄体之间的距离为2mm时将观察光学系统11的最靠物体侧的透镜的中心位置取为原点时的角度-明亮度特性。此外，以X方向、Y方向上的最大照度为1的方式进行标准化来进行表述。
(X方向的值)
(Y方向的值)
如以上说明的那样，根据本发明，能够提供一种在通常观察、近距观察这两方观察中能够获得良好的配光的内窥镜。
以上，对本发明的各种实施方式进行了说明，但是本发明并不仅仅限于这些实施方式，在不脱离其宗旨的范围内将这些实施方式的结构适当组合而构成的实施方式也属于本发明的范畴。
产业上的可利用性
如以上那样，本发明所涉及的内窥镜适合于在通常观察、近距观察这两方观察中能够获得良好的配光的内窥镜。
附图标记说明
11：观察光学系统；12、12a、12b：第一照明光学系统；13：第二照明光学系统；14：第三照明光学系统；15：通道；16：喷嘴；17：平面；18：配光分布；19、20：照明光学系统；21、22：观察光学系统；100、200：内窥镜；F1、F2、CG：平行平板；L1、L2、L3：透镜(玻璃棒)；FB：光导纤维。

Claims (4)

1.一种内窥镜，具有能够靠近被摄体进行近距观察的具有放大观察功能的观察光学系统以及至少三个以上的第一照明光学系统、第二照明光学系统及第三照明光学系统，该内窥镜的特征在于，
至少三个以上的所述第一照明光学系统、所述第二照明光学系统、所述第三照明光学系统中的距所述观察光学系统的距离最近的所述第一照明光学系统的光量相对于所述第二照明光学系统和所述第三照明光学系统的光量为二分之一以下，该内窥镜满足以下的条件式(1)、(2)，
0.4＜rd1/rd3＜0.8 (1)
0.4＜rd1/rd2＜0.8 (2)
其中，
rd1为所述观察光学系统的配置在最靠物体侧的透镜的中心与所述第一照明光学系统的配置在最靠物体侧的透镜的中心之间的距离，
rd2为所述观察光学系统的配置在最靠物体侧的透镜的中心与所述第二照明光学系统的配置在最靠物体侧的透镜的中心之间的距离，
rd3为所述观察光学系统的配置在最靠物体侧的透镜的中心与所述第三照明光学系统的配置在最靠物体侧的透镜的中心之间的距离，
所述距离rd1为小于所述距离rd2和rd3的值。
2.根据权利要求1所述的内窥镜，其特征在于，
满足以下的条件式(3)、(4)，
0.3＜(rd22×Ll1)/(rd12×Ll2)＜1.2 (3)
0.3＜(rd32×Ll1)/(rd12×Ll3)＜1.2 (4)
其中，
LI1为所述第一照明光学系统的光量，
LI2为所述第二照明光学系统的光量，
LI3为所述第三照明光学系统的光量。
3.根据权利要求1或2所述的内窥镜，其特征在于，
满足以下的条件式(5)，
1.1＜w(wide)/w(tele)＜3 (5)
其中，
w(wide)为所述观察光学系统的在通常观察时的视角，
w(tele)为所述观察光学系统的在近距放大观察时的视角。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的内窥镜，其特征在于，
满足以下的条件式(6)、(7)，
1.05＜θ1/θ2＜1.45 (6)
1.05＜θ1/θ3＜1.45 (7)
其中，
θ1为与所述第一照明光学系统的出射配光有关的在将0°方向的出射光量设为1时出射光量成为0.3时的角度，
θ2为与所述第二照明光学系统的出射配光有关的在将0°方向的出射光量设为1时出射光量成为0.3时的角度，
θ3为与所述第三照明光学系统的出射配光有关的在将0°方向的出射光量设为1时出射光量成为0.3时的角度。
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