CN108957600A - 照明用透镜及内窥镜用照明光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有广角的配光特性，并能够得到低侵入的照明光的照明用透镜及具备该照明用透镜的内窥镜用照明光学系统。本发明的照明用透镜(1)从光源侧依次由第1透镜(L1)、第2透镜(L2)这两片透镜构成，所有的透镜面是平面形状或凸面的球面形状。第1透镜(L1)的入射面(S1)是凸面，第2透镜(L2)的射出面(S4)是平面。将第1透镜(L1)的外径设为2H时，与光轴(Z)平行而以高度0.25×H、0.5×H入射的光线的交点(Pc)仅位于照明用透镜内部。满足与照明用透镜(1)的焦点距离f、第1透镜(L1)的焦点距离f1有关的规定的条件式。

Description

照明用透镜及内窥镜用照明光学系统

技术领域

本发明涉及一种能够在内窥镜等照明装置中应用的照明用透镜及具备该照明用透镜的内窥镜用照明光学系统。

背景技术

以往，作为内窥镜的照明光学系统，已知有在下述专利文献1、2中记载的内容。在专利文献1、2中记载有如下透镜系统：由两片透镜构成，与引导来自光源的光的纤维束组合使用，并向对象物照射照明光。

专利文献1：日本专利第4147037号公报

专利文献2：日本专利第4874032号公报

随着内窥镜的观察光学系统的广角化的推进，对内窥镜的照明光学系统也要求广角化。在将来自光源的光收敛之后作为散发光射出而得到广角的照明光的光学系统中，根据设计规格，光的收敛点成为高能，因此需要注意避免侵入观察对象物。尤其，在医辽用内窥镜中，为了减轻患者的负担，希望低侵入。

然而，在专利文献1中记载的由两片透镜构成的聚光透镜中，在平行光入射的情况下形成有多个光的收敛点，其中一个收敛点位于聚光透镜外的观察对象物侧，因此需要考虑低侵入这一点。并且，在专利文献2中虽未明示平行光向透镜系统入射时的光的收敛点的位置，但即便假设收敛点位于透镜系统内部，有时收敛点的位置也因基于制造公差的偏差而从设计值变动，因此也需要考虑包括这一点。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种具有广角的配光特性，并能够得到低侵入的照明光的照明用透镜及具备该照明用透镜的内窥镜用照明光学系统。

本发明的照明用透镜用于内窥镜用照明光学系统，所述照明用透镜中，从光源侧朝向对象物侧依次由第1透镜、第2透镜这两片透镜构成，所有的透镜面是平面形状或凸面的球面形状，来自光源的光入射的第1透镜的入射面是凸面，向对象物射出光的第2透镜的射出面是平面，将第1透镜的与光轴垂直的方向的外径设为2H时，与光轴平行而以自光轴的高度0.25×H朝向入射面入射的光线和与光轴平行而以自光轴的高度0.5×H朝向入射面入射的光线的交点仅位于照明用透镜内部，将第2透镜的光轴上的厚度设为t时，交点的光轴方向的位置比从第2透镜的射出面向光源侧偏离0.4×t的位置更靠光源侧，将照明用透镜的焦点距离设为f，将第1透镜的焦点距离设为f1时，满足由如下表示的条件式(1)：

0.61＜f/f1＜1.5 (1)

在本发明的照明用透镜中，优选满足下述条件式(1-1)。

0.62＜f/f1＜1.49 (1-1)

并且，在本发明的照明用透镜中，将第1透镜的相对于d线的折射率设为Nd1时，优选满足下述条件式(2)，更优选满足下述条件式(2-1)。

1.8＜Nd1＜2 (2)

1.83＜Nd1＜2 (2-1)

并且，在本发明的照明用透镜中，将照明用透镜的焦点距离设为f，将第2透镜的焦点距离设为f2时，优选满足下述条件式(3)，更优选满足下述条件式(3-1)。

0.4＜f/f2＜1.8 (3)

0.45＜f/f2＜1.75 (3-1)

并且，在本发明的照明用透镜中，将第2透镜的相对于d线的折射率设为Nd2时，满足下述条件式(4)，更优选满足下述条件式(4-1)。

1.8＜Nd2＜2 (4)

1.83＜Nd2＜2 (4-1)

本发明的内窥镜用照明光学系统具备本发明的照明用透镜。

另外，本说明书的“由～构成”表示除了包括作为构成要件所举出的构件以外，还可以包括实质上不具有光焦度的透镜、光圈、滤光片、盖玻璃等透镜以外的光学要件、物镜法兰盘、镜筒等。

发明效果

根据本发明，能够提供一种具有广角的配光特性，并能够得到低侵入的照明光的照明用透镜及具备该照明用透镜的内窥镜用照明光学系统。

附图说明

图1是用于说明本发明的一实施方式所涉及的照明用透镜的结构的剖视图。

图2是表示本发明的实施例1的照明用透镜的结构与光路的剖视图。

图3是表示本发明的实施例2的照明用透镜的结构与光路的剖视图。

图4是本发明的一实施方式所涉及的内窥镜用照明光学系统的概略结构图。

符号说明

1-照明用透镜，10-内窥镜用照明光学系统，11-光源，12-光耦合用透镜，13-导光部件，L1-第1透镜，L2-第2透镜，Pc-交点，S1-入射面，S4-射出面，Z-光轴。

具体实施方式

以下，参考附图，对本发明的实施方式进行详细说明。图1是表示本发明的一实施方式所涉及的照明用透镜1的结构的剖视图。图2是表示与光轴Z平行地使光线入射至该照明用透镜1时的结构与光路的图。图1及图2中示出的结构例与后述的实施例1的照明用透镜1对应。该照明用透镜1用于内窥镜用照明光学系统，入射来自光源的光并向观察对象物(以下，称为对象物)射出照明光。图1及图2表示包括光轴Z的剖视图，纸面左侧图示为光源侧，纸面右侧图示为对象物侧。

照明用透镜1从光源侧朝向对象物侧依次由第1透镜L1、第2透镜L2这两片透镜构成。图1中示出的例子中，第1透镜L1及第2透镜L2是具有正的屈光力的透镜。照明用透镜1构成为，所有的透镜面成为平面形状或凸面的球面形状。第1透镜L1的光源侧的透镜面是来自光源的光入射的入射面S1，第1透镜L1的入射面S1构成为凸面。

第2透镜L2的对象物侧的透镜面是向对象物射出光的射出面S4，第2透镜L2的射出面S4构成为平面。在照明用透镜1搭载于插入型的内窥镜时配置于插入部前端，射出面S4有可能会被体液、清洗液、油脂等暴晒。因此，将射出面S4设为平面的情况下，上述液体或油脂等难以附着，并且即便在附着的情况下也容易掉落，且清洗变得容易。

照明用透镜1构成为，将第1透镜L1的与光轴Z垂直的方向的外径设为2H时，与光轴Z平行而以自光轴Z的高度0.25×H朝向第1透镜L1的入射面S1入射的光线和与光轴Z平行而以自光轴Z的高度0.5×H朝向第1透镜L1的入射面S1入射的光线的交点Pc仅位于照明用透镜1的内部。由图2可知，在照明用透镜1内部收敛的光束作为散发光而向照明用透镜1外部射出，若为这种光，可以说侵入对象物的可能性低。接近光轴Z的区域的光密度高，因此容易变成高能，但在使交点Pc仅位于照明用透镜1的内部的情况下，一旦使接近光轴Z的光束在照明用透镜1的内部收敛之后，容易使其散发而向照明用透镜1的外部射出。由此，能够降低透镜外部的光密度，并能够低侵入化。并且，使其一旦在照明用透镜1的内部收敛之后作为散发光向照明用透镜1外射出，由此能够进行广角，例如以全角140°以上的范围的照明。尤其，对在光轴附近的光量容易变高的光线调整角度有效。

并且，如图1所示，将第2透镜L2的光轴上的厚度设为t时，构成为交点Pc的光轴方向的位置位于比从第2透镜L2的射出面S4向光源侧偏离0.4×t的位置更靠光源侧的位置。由此，即便存在基于制造公差的偏差的情况下也能够轻松地使交点Pc存在于照明用透镜1内部，并能够提高低侵入化的耐用性。并且，在射出面S4存在瑕疵等的情况下，能够相对抑制基于瑕疵的衍射光，并能够降低照明光的不均匀。

而且，照明用透镜1构成为，将照明用透镜1的焦点距离设为f，将第1透镜L1的焦点距离设为f1时，满足下述条件式(1)。通过设成不成为条件式(1)的下限以下，能够降低光学系统外部的光密度，因此能够低侵入化，并且能够确保广的射出角度。通过设成不成为条件式(1)的上限以上，弯曲光线的力不太强，因此即便存在基于制造公差的偏差的情况下其影响也不会变得过大，维持合适的配光及照明光的均匀性变得容易。另外，若满足下述条件式(1-1)，则能够设成更良好的特性。

0.61＜f/f1＜1.5 (1)

0.62＜f/f1＜1.49 (1-1)

并且，照明用透镜1将第1透镜L1的相对于d线的折射率设为Nd1时，优选满足下述条件式(2)。通过设成不成为条件式(2)的下限以下，能够降低光学系统外部的光密度，因此能够低侵入化，并且能够确保广的射出角度。通过设成不成为条件式(2)的上限以上，能够从现有的光学材料选择合适的材料，即便在广角的配光下也能够抑制基于波长的变化，而有利于得到良好的照明光。内窥镜中，有时通过观察方法而使用的光的波长不同，因此根据观察方法，要求基于颜色的变化即颜色偏差少。另外，若满足下述条件式(2-1)，则能够设成更良好的特性。

1.8＜Nd1＜2 (2)

1.83＜Nd1＜2 (2-1)

并且，照明用透镜1将照明用透镜1的焦点距离设为f，将第2透镜L2的焦点距离设为f2时，优选满足下述条件式(3)。通过设成不成为条件式(3)的下限以下，能够确保广的射出角度。通过设成不成为条件式(3)的上限以上，弯曲光线的力不太强，因此即便存在基于制造公差的偏差的情况下其影响也不会变得过大，维持合适的配光及照明光的均匀性变得容易。另外，若满足下述条件式(3-1)，则能够设成更良好的特性。

0.4＜f/f2＜1.8 (3)

0.45＜f/f2＜1.75 (3-1)

并且，照明用透镜1将第2透镜L2的相对于d线的折射率设为Nd2时，优选满足下述条件式(4)。通过设成不成为条件式(4)的下限以下，能够确保广的射出角度。通过设成不成为条件式(4)的上限以上，能够从现有的光学材料选择合适的材料，即便在广角的配光下也能够抑制基于波长的变化，而有利于得到良好的照明光。另外，若满足下述条件式(4-1)，则能够设成更良好的特性。

1.8＜Nd2＜2 (4)

1.83＜Nd2＜2 (4-1)

关于上述的优选结构和/或可能的结构，能够进行任意的组合，优选根据所要求的规格适当选择性地采用。根据本实施方式，能够实现低侵入化的耐用性高的照明用透镜。

接着，对本发明的照明用透镜的数值实施例进行说明。

[实施例1]

图2中示出实施例1的照明用透镜1的结构及使与光轴Z平行的光线入射至该透镜时的光路。图2中，纸面左侧为光源侧，纸面右侧为对象物侧。照明用透镜1从光源侧朝向对象物侧依次由双凹透镜即第1透镜L1以及平凸透镜即第2透镜L2构成。

将实施例1的照明用透镜1的基本透镜数据示于表1中。表1中，在面编号的栏中，示出将最靠光源侧的构成要件的面设为第1面而随着朝向对象物侧依次增加的面编号，在曲率半径的栏中示出各面的曲率半径，在面间隔的栏中示出各面与其下一面的光轴Z上的间隔。并且，在Nd的栏中示出各光学要件的相对于d线(波长587.6nm(纳米))的折射率，在vd的栏中示出各光学要件的d线基准的色散系数。其中，关于曲率半径的符号，将面形状朝向光源侧为凸的情况设为正，将朝向对象物侧为凸的情况设为负。实施例1的照明用透镜1中，外形2H是1.7。

在表1的数据中，作为长度的单位使用mm(毫米)，但光学系统既能够放大比例也能够缩小比例来使用，因此也能够使用其他适当的单位。并且，在以下示出的各表中记载有以规定位数舍入的数值。关于在上述实施例1的说明中叙述的各数据的符号、含义及记载方法，与以下实施例2的数据的符号也相同，因此以下省略重复说明。

[表1]

实施例１

面编号	曲率半径	面间隔	Nd	vd
					1	1.8180	0.7000	1.88299	40.78
2	-1.8180	0.1200
					3	1.1750	1.4500	1.88299	40.78
4	∞

[实施例2]

图3中，示出表示实施例2的照明用透镜1的结构的剖视图及使与光轴Z平行的光线入射至该透镜时的光路。将实施例2的照明用透镜1的基本透镜数据示于表2中。实施例2的照明用透镜1中，外形2H是1.7。

[表2]

实施例2

面编号	曲率半径	面间隔	Nd	vd
					1	1.3089	2.9654	1.90043	37.37
2	-1.1446	0.1287
					3	1.0433	1.9018	1.88299	40.78
4	∞

对于实施例1～2的照明用透镜1，在表3中示出条件式(1)～(4)的对应值。实施例1～2以d线为基准波长，表3中示出的值是该基准波长中的值。

[表3]

式编号		实施例1	实施例2
				(1)	f/f1	0.62	1.26
(2)	Nd1	1.88299	1.90043
				(3)	f/f2	0.53	1.69
(4)	Nd2	1.88299	1.88299

接着，对本发明的实施方式所涉及的内窥镜用照明光学系统10进行说明。图4中示出本发明的实施方式所涉及的内窥镜用照明光学系统10的概略结构图。内窥镜用照明光学系统10具备：光源11、光耦合用透镜12、导光部件13及本发明的实施方式所涉及的照明用透镜1。照明用透镜1由第1透镜L1及第2透镜L2这两片透镜构成。光源11例如能够使用LED(发光二极管，L ight Emitting Diode)或激光。光耦合用透镜12是用于使光源11和导光部件13进行光耦合的透镜。导光部件13将来自光源11的光向照明用透镜1引导，例如能够使用由纤维束构成的光导件。内窥镜用照明光学系统10具备本发明的实施方式所涉及的照明用透镜1，因此具有广角的配光特性，并能够得到低侵入的照明光。

以上，举出实施方式及实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式及实施例，能够进行各种变形。例如，各透镜的曲率半径、面间隔、折射率及色散系数并不限定于上述各数值实施例中示出的值，可采用其他值。并且，本发明的照明用透镜也能够应用于内窥镜用照明光学系统以外的照明光学系统。

Claims (9)

1.一种照明用透镜，其用于内窥镜用照明光学系统，所述照明用透镜的特征在于，

从光源侧朝向对象物侧依次由第1透镜、第2透镜这两片透镜构成，

所有的透镜面是平面形状或凸面的球面形状，

所述第1透镜的供来自光源的光入射的入射面是凸面，

所述第2透镜的向对象物射出光的射出面是平面，

将所述第1透镜的与光轴垂直的方向的外径设为2H时，同光轴平行地以自光轴的高度0.25×H朝向所述入射面入射的光线与同光轴平行地以自光轴的高度0.5×H朝向所述入射面入射的光线的交点仅位于所述照明用透镜内部，

将所述第2透镜的光轴上的厚度设为t时，所述交点的光轴方向的位置比从所述第2透镜的射出面向光源侧偏离0.4×t的位置更靠光源侧，

将所述照明用透镜的焦点距离设为f，将所述第1透镜的焦点距离设为f1时，满足由如下表示的条件式(1)：

0.61＜f/f1＜1.5 (1)。

2.根据权利要求1所述的照明用透镜，其中，

将所述第1透镜的相对于d线的折射率设为Nd1时，满足由如下表示的条件式(2)：

1.8＜Nd1＜2 (2)。

3.根据权利要求1或2所述的照明用透镜，其中，

将所述第2透镜的焦点距离设为f2时，满足由如下表示的条件式(3)：

0.4＜f/f2＜1.8 (3)。

4.根据权利要求1或2所述的照明用透镜，其中，

将所述第2透镜的相对于d线的折射率设为Nd2时，满足由如下表示的条件式(4)：

1.8＜Nd2＜2 (4)。

5.根据权利要求1所述的照明用透镜，其中，

满足由如下表示的条件式(1-1)：

0.62＜f/f1＜1.49 (1-1)。

6.根据权利要求2所述的照明用透镜，其中，

满足由如下表示的条件式(2-1)：

1.83＜Nd1＜2 (2-1)。

7.根据权利要求3所述的照明用透镜，其中，

满足由如下表示的条件式(3-1)：

0.45＜f/f2＜1.75 (3-1)。

8.根据权利要求4所述的照明用透镜，其中，

满足由如下表示的条件式(4-1)：

1.83＜Nd2＜2 (4-1)。

9.一种内窥镜用照明光学系统，其中，

所述内窥镜用照明光学系统具备权利要求1至8中任一项所述的照明用透镜。