CN109195503B - 内窥镜照明光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够实现插入性的改善和配光不均的降低的内窥镜照明光学系统。照明光学系统(10)具有透明树脂构件(1)和用于射出照明光的照明构件(2)，透明树脂构件(1)具有配置有摄像构件(5)的贯通孔(4)、配置有照明构件(2)的非贯通孔(3)、以及内部光学面(7)，照明光经由内部光学面(7)入射到透明树脂构件(1)，并且从透明树脂构件(1)的外表面(6)朝向物体射出，透明树脂构件(1)的外表面(6)具有供照明光穿过的曲面区域(8)，曲面区域(8)具有与形成在区域内的贯通孔(4)之间的边界，在曲面区域(8)中，向远离物体的方向发生曲面区域(8)的各点自边界的位移，用包含贯通孔(4)的中心轴线的平面定义的截面内的曲面区域(8)的形状成为曲面区域内的各点的倾斜角随着远离中心轴线而连续且单调地增加的形状，满足条件式(1)、(2)。

Description

内窥镜照明光学系统

技术领域

本发明涉及一种内窥镜照明光学系统。

背景技术

例如，作为以泌尿器官系统内脏器官为对象的内窥镜，存在泌尿器官用内窥镜。在泌尿器官用内窥镜中，为了使向尿道内的插入变容易，外径优选为7mm以下。这样，泌尿器官用内窥镜的外径比在胃、大肠诊察等中广为知晓的消化管用内窥镜的外径细。此外，泌尿器官系统内脏器官通常被尿充满。为此，在泌尿器官用内窥镜所使用的对物光学系统中，进行设想水中观察的光学设计。

例如在专利文献1中存在与利用内窥镜进行的水中观察相关的记载。在对泌尿器官系统内脏器官进行内窥镜观察的情况下，充满观察空间的介质是将水作为主要成分的灌流液、尿。在专利文献1中表示了将这些介质的折射率视为与水的折射率相等也不会影响观察的内容。

并且，在专利文献1中列举了水中观察时的视角(以下称作“水中视角”)相对于空气中观察时的视角(以下称作“空气中视角”)窄角化。在专利文献1中，如下地表示空气中视角与水中视角之间的关系。

将水的d线的折射率设为1.333、将内窥镜对物光学系统的最靠物体侧的透镜作为平面来计算上述的空气中视角和水中视角。

作为泌尿器官用内窥镜之一，存在膀胱用内窥镜。在膀胱用内窥镜中，为了探索膀胱内表面整个区域的病变，手术操作者进行内窥镜的顶端弯曲操作、插入部插拔、插入部扭转的组合操作。在水中视角较广时，能够减少该操作频率。

但是，如上所述，即便是空气中视角为120°的膀胱用内窥镜，在实际使用时水中视角也缩窄为81°。在水中视角狭窄时，会增加手术操作者进行的操作的频率。因此，有效率地进行膀胱内表面整个区域的病变探索变困难。

鉴于这样的理由，在进行水中观察的内窥镜中期望水中视角的广角化。在使水中视角广角化时，在照明光学系统中需要确保与其水中视角相对应的配光。

在膀胱用内窥镜中，必须在维持能够经由尿道插入的较细外径的同时确保进行灌流、处置的通道。因此，在膀胱用内窥镜中，必须在狭窄的内窥镜顶端空间安装具有各种功能的结构。并且，为了提高插入性，插入部的顶端形状期望为尖细。

作为以往的内窥镜照明光学系统，已知有专利文献1～专利文献6所公开的内窥镜照明光学系统。在这些内窥镜照明光学系统中，进行设想水中观察的设计、或者插入部的顶端形状具有特征。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2015/015996号

专利文献2：国际公开第2010/113550号

专利文献3：日本特开2013－188375号公报

专利文献4：日本特开2009－207529号公报

专利文献5：日本特开2007－325794号公报

专利文献6：日本特开2006－072098号公报

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1的内窥镜照明光学系统中，易于发生配光不均。此外，由于并不能说插入部的顶端形状变得足够尖细，因此很难说插入性较高。

在专利文献2～专利文献6的内窥镜照明光学系统中，对包含照明透镜的内窥镜顶端形状实施了设计。但是，在这些内窥镜照明光学系统中，很难说水中的配光足够广阔。

本发明即是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够实现插入性的改善和配光不均的降低的内窥镜照明光学系统。

用于解决问题的方案

为了解决上述的问题而到达目的，本发明的至少几个技术方案的内窥镜照明光学系统的特征在于，

该内窥镜照明光学系统具有透明树脂构件和用于射出照明光的照明构件，

透明树脂构件具有配置有摄像构件的贯通孔、配置有照明构件的非贯通孔、以及内部光学面，

内部光学面利用非贯通孔形成在透明树脂构件的内部，

照明光经由内部光学面入射到透明树脂构件，并且从透明树脂构件的外表面朝向物体射出，

照明构件是光导件或发光体，

透明树脂构件的外表面具有供照明光穿过的曲面区域，

曲面区域具有与形成在区域内的贯通孔之间的边界，

在曲面区域中，向远离物体的方向发生曲面区域的各点自边界的位移，

用包含贯通孔的中心轴线的平面定义的截面内的曲面区域的形状成为曲面区域内的各点的倾斜角随着远离中心轴线而连续且单调地增加的形状，

满足以下的条件式(1)、(2)，

0.02＜Ziax/Ds＜0.08 (1)

10°＜Aiax＜35° (2)

在此，

Ziax是将边界作为基准地沿着中心轴线测量到预定的位置为止的距离时的距离，

预定的位置是穿过内部光学面的重心且与中心轴线平行的轴线与曲面区域交叉的位置，

对于距离的正负，将边界位于比预定的位置靠物体侧的位置的情况设为正，

Ds是透明树脂构件的最大外径，

Aiax是用包含中心轴线和预定的位置的平面定义的截面内的曲面区域的形状的、预定的位置的倾斜角，

倾斜角是截面形状的切线和与中心轴线垂直的轴线所成的角。

发明的效果

本发明起到能够提供一种能够实现插入性的改善和配光不均的降低的内窥镜照明光学系统这样的效果。

附图说明

图1是本实施方式的内窥镜照明光学系统的结构概略图。

图2是表示透明树脂构件的截面形状的图。

图3是表示透明树脂构件的图。

图4是实施例1的内窥镜照明光学系统的结构概略图。

图5是表示从光导件射出的光的配光特性的图。

图6是表示实施例1的内窥镜照明光学系统的照明光的图。

图7是表示实施例1的水中的配光特性的图表。

图8是表示实施例2的内窥镜照明光学系统的结构概略图。

图9是表示实施例2的内窥镜照明光学系统的照明光的图。

图10是表示实施例2的水中的配光特性的图表。

图11是实施例3的内窥镜照明光学系统的结构概略图。

图12是表示实施例3的内窥镜照明光学系统的照明光的图。

图13是表示实施例3的水中的配光特性的图表。

图14是实施例4的内窥镜照明光学系统的结构概略图。

图15是表示实施例4的内窥镜照明光学系统的照明光的图。

图16是表示实施例4的水中的配光特性的图表。

图17是比较例的内窥镜照明光学系统的结构概略图。

图18是表示比较例的内窥镜照明光学系统的照明光的图。

图19是表示比较例的水中的配光特性的图表。

图20是比较例的配光图表。

图21是比较例的配光图表。

图22是表示对物光学系统的透镜剖视图和光路的图。

图23是表示摄像范围的图。

具体实施方式

以下，根据附图详细地说明实施方式的内窥镜照明光学系统。另外，本发明并不被该实施方式所限定。

本实施方式的内窥镜照明光学系统的特征在于，该内窥镜照明光学系统具有透明树脂构件和用于射出照明光的照明构件，透明树脂构件具有配置有摄像构件的贯通孔、配置有照明构件的非贯通孔、以及内部光学面，内部光学面利用非贯通孔形成在透明树脂构件的内部，照明光经由内部光学面入射到透明树脂构件，并且从透明树脂构件的外表面朝向物体射出，照明构件是光导件或发光体，透明树脂构件的外表面具有供照明光穿过的曲面区域，曲面区域具有与形成在区域内的贯通孔之间的边界，在曲面区域中，向自远离物体的方向发生了曲面区域的各点自边界的位移，用包含贯通孔的中心轴线的平面定义的截面内的曲面区域的形状成为曲面区域内的各点的倾斜角随着远离中心轴线而连续且单调地增加的形状，满足以下的条件式(1)、(2)。

0.02＜Ziax/Ds＜0.08 (1)

10°＜Aiax＜35° (2)

在此，

Ziax是将边界作为基准地沿着中心轴线测量到预定的位置为止的距离时的距离，

预定的位置是穿过内部光学面的重心且与中心轴线平行的轴线与曲面区域交叉的位置，

对于距离的正负，将边界位于比预定的位置靠物体侧的位置的情况设为正，

Ds是透明树脂构件的最大外径，

Aiax是用包含中心轴线和预定位置的平面定义的截面内的曲面区域的形状的、预定位置的倾斜角，

倾斜角是截面形状的切线和与中心轴线垂直的轴线所成的角。

图1是本实施方式的内窥镜照明光学系统的结构概略图。图1的(a)是俯视图，图1的(b)是主视图，图1的(c)是侧视图。

在图1的(a)中，被摄体(物体)位于透明树脂构件1的下侧，在图1的(c)中，被摄体(物体)位于透明树脂构件1的左侧。因而，在以下的说明中，将被摄体所处的一侧设为“物体侧”，将被摄体的图像所处的一侧设为“图像侧”。此外，将被摄体所处的空间称作“物体空间”。

此外，在以下的说明中使用上下、左右。上下意味着图1的(b)的纸面内的上下，左右意味着图1的(b)的纸面内的左右。

内窥镜照明光学系统10具有透明树脂构件1和照明构件2。内窥镜照明光学系统10例如配置在内窥镜的插入部的顶端。

在透明树脂构件1形成有非贯通孔3和贯通孔4。非贯通孔3是用于配置照明构件2的孔。贯通孔4是用于配置摄像构件5的孔。

在非贯通孔3中，孔并未到达透明树脂构件1的外表面6。在透明树脂构件1的内部，在与照明构件2相对的位置形成有内部光学面7。内部光学面7的形状朝向图像侧凹陷。此外，在外表面6，曲面区域8位于与内部光学面7相对的位置。

照明构件2射出的照明光经由内部光学面7入射到透明树脂构件1的内部。照明光在内部光学面7受到了折射作用或散射作用之后从曲面区域8射出到物体空间，照明被摄体。

照明构件2使用例如光导件。也可以将光导件替换为发光二极管这样的发光体。在发光二极管中，存在具有与完全扩散接近的配光特性的部件。在使用这样的发光二极管的情况下，也可以将内部光学面7的形状设为不是朝向图像侧凹陷、而是朝向图像侧凸起或者平面。这样，在内部光学面7中，只要与同内部光学面7组合的光导件、发光体相配合地改变面形状，使配光特性最佳化即可。

只要内部光学面7的形状是能够用3D－CAD软件建模的形状，内部光学面7就能够进行光学设计。因而，内部光学面7并不限定于用单一的算式定义的面、折射面。此外，也不必拘泥于轴对称性的有无。

出于这些原因，内部光学面7也可以是粗糙面、扩散面、具有周期性的面。作为扩散面，例如有全息照相扩散面。作为具有周期性的面，例如有微型透镜阵列、菲涅尔面等。

即便内部光学面7是上述那样的面，曲面区域8应满足的期望的条件也没有变化。曲面区域8应满足的期望的条件见后述。

在透明树脂构件1形成有两个非贯通孔3和1个贯通孔4。两个非贯通孔3以隔着贯通孔4的方式形成在贯通孔4的左侧和右侧。在该情况下，利用两个照明构件2从左右方向对摄像构件5的摄像区域照射照明光。

在内窥镜照明光学系统10中，使用两组内部光学面7和照明构件2的组合。但是，组合的数量也可以仅是1组或者3组以上。此外，在存在多个内部光学面7的情况下，与各个内部光学面7相对的位置的曲面区域8只要满足后述的期望的条件即可。

外表面6具有曲面区域8。照明光穿过曲面区域8照射到物体。在曲面区域8内形成有贯通孔4。贯通孔4的开口部4a成为平面。这样，曲面区域8包含平面。

对曲面区域8整体的形状的特征进行说明。曲面区域8内的平面是因在曲面区域8形成贯通孔4而产生的。曲面区域8整体的原本的形状、即形成贯通孔4之前的曲面区域8整体的形状如双点划线所示是向物体侧凸出的曲面。

如上所述，在曲面区域8中利用贯通孔4形成有开口部4a。曲面区域8具有与开口部4a之间的边界9。在曲面区域8中，向远离物体的方向发生了曲面区域8的各点自边界的位移。换言之，在将包含边界9的平面作为基准面时，朝向图像侧发生了曲面区域8的各点自基准面的位移。

对曲面区域8的截面形状的特征进行说明。图2是表示透明树脂构件的截面形状的图。图2的(a)表示图1的(b)中的A－A间的截面形状，图2的(b)表示图1的(b)中的B－B间的截面形状。

用包含贯通孔4的中心轴线AXo的平面定义的截面(以下称作“预定的截面”)存在无数个。图2的(a)所示的截面形状是存在无数个的截面中的1个截面的形状。

曲面区域8的形状的特征能够用倾斜角表示。倾斜角是截面形状的切线和与中心轴线AXo垂直的轴线所成的角。截面形状的切线是指表示曲面区域8的截面形状的线上的任意1点的切线。

预定的截面内的曲面区域8的形状如双点划线所示是曲线。根据该曲线可知，在预定的截面内的曲面区域8的形状中，曲面区域8内的各点的倾斜角随着远离中心轴线AXo而连续且单调地增加。

曲面区域8的形状的特征能够用位移表示。如上所述，在整个曲面区域8中，向远离物体的方向发生了曲面区域8的各点自边界9的位移。因而，在预定的截面内的曲面区域8的形状中，也向远离物体的方向发生了表示截面形状的线上的各点自边界的位移。此外，位移量随着表示截面形状的线上的点的位置远离中心轴线AXo而连续且单调地增加。

图2的(b)所示的截面形状是不包含中心轴线AXo的截面的形状。因而，图2的(b)所示的截面形状不是预定的截面的形状。但是，在整个曲面区域8中，向远离物体的方向发生了曲面区域8的各点自边界的位移。如图2的(b)所示，在除预定的截面之外的截面中，曲面区域8内的各点的倾斜角也随着远离中心轴线AXo而连续且单调地增加。此外，位移量也随着表示截面形状的线上的点的位置远离中心轴线AXo而连续且单调地增加。

透明树脂构件1设于内窥镜的插入部顶端。此外，在贯通孔4配置有摄像构件5。因而，能够使用插入部、摄像构件5说明透明树脂构件1的特征。

边界9成为曲面区域8的与摄像构件5之间的边界。此外，在插入部的一端设有透明树脂构件1，在该插入部的另一端设有操作部。将配置有操作部的一侧称作插入部手边侧。

曲面区域整体的特征如下。曲面区域是从与摄像构件之间的边界附近朝向插入部外周而向插入部手边侧位移的形状。

曲面区域的截面形状的特征如下。关于用穿过摄像构件的中心轴线的平面定义的截面内的形状，至少在从中心轴线朝向内部光学面的方位中随着从摄像构件的中心轴线朝向外周行进而位移和倾斜角连续且单调地增加。

曲面区域成为从与摄像构件之间的边界附近朝向插入部外周而向插入部手边侧位移、而且在从摄像构件的中心轴线朝向内部光学面的方位中随着从摄像构件的中心轴线朝向外周行进而位移和倾斜角连续且单调地增加的形状。

如图1的(a)、图1的(c)所示，在从物体空间侧观察到的外径截面中，曲面区域8不仅充分地覆盖内部光学面7，而且占据透明树脂构件1的外表面6侧的非常大的范围。由此，能够将曲面区域8的整个面视为光学有效范围地进行光学设计。此外，曲面区域8是位移和倾斜角连续且单调地增加的形状。因此，在该范围内不易产生折射的不连续性，能够抑制配光不均的发生。

由于曲面区域8称得上是使摄像构件5向物体空间侧突出而成的尖细形状，因此有助于作为内窥镜的插入性改善。例如，在膀胱用内窥镜的情况下，向尿道插入的插入性上升。曲面区域8的形状不仅有助于光学作用，也有助于出于提高插入性的目的实现流畅的尖细形状。

内部光学面7具有使从照明构件2射出的光扩散而扩大角度分布的作用。因而，内部光学面7会大致决定照明系统整体的配光特性。内部光学面7可以使用以往已知的各种形状的光学折射面、散射面。但是，在注射成形用的模具制造、注射成形中，转印性、脱模性等变得较为重要。考虑到转印性、脱模性等，内部光学面7期望是折射面类型。

此外，在折射面是具有正的折射力的凸面形状的情况下，随着折射面的聚光作用、成像作用易于产生各种各样的问题。作为问题，例如存在相对于生物体而言的热安全性、透明树脂安装时的树脂热改性、由光导件端面的网格的投影引起的不均发生等。因而，在内部光学面7中使用折射面具有负的折射力的凹面形状。无论内部光学面7是怎样的面，为了提高折射力和扩散性，都期望透明树脂构件1的折射率较高。

例如，透明树脂构件1的外周附近的形状、摄像构件5附近的形状是根据非光学的制约决定的形状。在透明树脂构件1的外径截面内，照明构件2的位置和内部光学面7的位置期望脱离根据非光学的制约决定的形状。此外，照明构件2的位置和内部光学面7的位置期望相对于摄像构件5保持适度的距离。

曲面区域8越远离摄像构件5则越向插入部手边侧后退。因此，在欲以相同的条件确保内部光学面7的位置的树脂壁厚时，照明构件2和内部光学面7也会向插入部手边侧后退。

若照明构件2和内部光学面7过于向插入部手边侧后退，则到达根据非光学的制约决定的部分、例如摄像构件5、外周部等的光增加。此外，若照明构件2和内部光学面7过于接近摄像构件5，则摄像构件5方向的光会被摄像构件5遮挡。因而，在透明树脂构件1的外径截面内，照明构件2和内部光学面7期望在透明树脂构件1的上下中心附近位于摄像构件5的边界部和外周的中间附近。

关于曲面区域8的形状，并不特别拘泥于算式定义、轴对称性。曲面区域8的形状只要是能够用3D－CAD软件建模的形状、满足与上述的曲面区域8相关的期望的条件即可。

利用曲面区域具有这样的特征性的形状，从而在本实施方式的内窥镜照明光学系统中，即使在配光角广阔的情况下，也能够抑制配光不均的发生。

发生配光不均的原因有两个。作为第一个原因，能够列举出在透明树脂构件的外表面形成有照明光的光线的折射角(以下称作“折射角”)不连续地变化的部分。若透明树脂构件具有这样的部分，则在该部分，折射角不连续地变化。

该部分是因在照明光透过的区域的一部分设置明确的光学有效范围而产生的。该光学有效范围设于与光导件相对的位置。在光学有效范围和除此范围之外的区域(以下称作“非有效范围”)中，面形状、面的法线的朝向大不相同。因此，在光学有效范围和非有效范围内，折射角大不相同。其结果，在光学有效范围和非有效范围之间的边界，折射角不连续地变化。

为了以均匀的亮度照明照明范围，期望的是照明光包含以各种角度朝向物体的光线。但是，在折射角不连续地变化的部分，会缺失特定角度的光线、或者产生大量特定角度的光线。其结果，在照明范围的一部分产生暗部或明部，这会作为配光不均而呈现。

如上所述，本实施方式的内窥镜照明光学系统的特征在于曲面区域8的形状。在曲面区域8中，区域整体具有平滑的形状。即，在曲面区域8中，在与内部光学面7(照明构件2)相对的位置和该位置的附近并未形成明确的光学有效范围。因而，曲面区域8不具有光学有效范围和非有效范围之间的边界。即，在曲面区域8不存在折射角不连续地变化的部分。因此，即使在配光角广阔的情况下，也能够抑制配光不均的发生。

此外，透明树脂构件1的外周附近的形状、摄像构件5附近的形状是根据非光学的制约决定的形状。在不具有该形状的部位，光学的控制、例如折射角的控制困难。在本实施方式的内窥镜照明光学系统中，能够将曲面区域8延长到根据非光学的制约决定的部分。因而，能够使难以确保光学的连续性的这些边界远离非贯通孔3的轴线。

照明构件2以较大的角度射出来的照明光在透明树脂构件1的外表面6侧到达远离非贯通孔3的轴线的部位。到达该部位的照明光朝向照明范围。在此，由于在曲面区域8不包含该部位，因此光线的折射未被最佳化。因此，在该部位，易于缺失特定角度的光线、或者易于产生大量特定角度的光线。

但是，到达该部位的照明光的光强度较弱。因而，即使由到达该部位的照明光引起特定角度的光线的缺失、特定角度的光线大量产生，对于正常的照明光、即穿过了曲面区域8的照明光产生的影响也变得非常小。这样照明构件2以较大的角度射出来的照明光不易导致配光不均。因而，采用本实施方式的内窥镜照明光学系统，能够抑制配光不均发生原因。

配光不均的大小与配光角的宽窄处于折衷关系。越将配光角设为广角，则从照明构件2射出来的光穿过外表面6的部位成为越远离非贯通孔3的轴线的部位。因此，易于受到由根据非光学的制约决定的形状形成的边界部的影响。因而，在实现与空气中相比更加广角的水中的广角配光时，若未对照明光学系统实施曲面区域8的形状这样的特征性的设计，则能够适应水中观察的广阔的配光角的确保和配光不均的抑制的同时成立变困难。

作为第二个原因，能够列举出折射角集中于特定的角度。这是因例如在透明树脂构件的外表面上的广阔范围内形成有折射角恒定的部分而产生的。若特定角度的光线增加，则特定角度的光的强度升高。于是，其他角度的光的强度相对地降低。其结果，在照明范围的一部分产生暗部或明部，这会作为配光不均而呈现。

在本实施方式的内窥镜照明光学系统中，在曲面区域8中使倾斜角连续地变化。通过这样做，从而能够使光的折射角连续地变化。因此，特定角度的光的强度不升高。因而，能够抑制配光不均。

对曲面区域8和内部光学面7的形状定义式进行说明。曲面区域8的形状和内部光学面7的形状既可以是轴对称形状，也可以是非轴对称的形状。

此外，只要光学面的形状是能够用3D－CAD软件建模的形状，就能够在实际的光学设计中进行光学系统的设计。因而，关于曲面区域8和内部光学面7的形状定义式，不必用单一的算式表示定义式。例如也可以利用样条曲线(spline)定义来定义曲面区域8的形状和内部光学面7的形状。

但是，在此，为了简化说明，将曲面区域8和内部光学面7这两者设为轴对称的面形状，而且能够用单一的算式定义面的形状。作为用算式定义的轴对称的面形状，可以是球面和非球面中的任一者。在此，使用能够应用于球面和非球面这两者的定义式。在作为面的本地坐标将光轴方向设为Z轴、将与Z轴垂直的轴设为S轴的情况下，算式(A)表示S－Z截面内的轴对称非球面定义式。

【数1】

在此，

S是距Z轴的距离，

Z’(S)是作为S的函数求出的Z坐标，

R是S－Z截面内的球面项的中心曲率半径，

K是决定S－Z截面内的2次曲面特性的系数。

在算式(A)中，由于在S＝0时为Z’＝0，因此Z’的原点成为用算式定义的面与Z轴的交点。仅利用该算式就能够定义内部光学面7。

关于曲面区域8，Z轴的原点的取得方式需要设计。曲面区域8是在中心轴线AXo上具有曲率中心的球面。在贯通孔4的内侧不存在曲面区域8的物理特性的面。如图2的(a)所示，用双点划线表示的曲面区域8(球面)与Z轴(中心轴线AXo)的交点Pc处于自开口部4a向物体空间侧突出的位置。

交点Pc表示曲面区域8的物体侧端。此外，开口部4a的位置表示摄像构件5的顶端面的位置。以下，使用曲面区域8的物体侧端和摄像构件5的顶端面进行说明。

如上所述，曲面区域8的物体侧端位于比摄像构件5的顶端面靠物体空间侧的位置。因此，将摄像构件5的顶端面和曲面区域8的物体侧端对齐，将摄像构件5的顶端面作为曲面区域8的Z坐标的原点。在上述的条件式(1)、后述的条件式(3)中，使用将摄像构件5的顶端面作为基准的Z坐标。就Z坐标的原点偏移而言，将利用算式(A)将摄像构件5的半径设为S地求出的Z’相减即可。

利用算式(B)能够计算将摄像构件5的顶端面作为基准的Z坐标。

【数2】

Z(S)＝Z′(S)-Z’(Sic) (B)

在此，

Z(S)是作为S的函数求出的以摄像构件的顶端面作为基准的Z坐标，

Sic是摄像构件的顶端面的半径，

Z’(Sic)是摄像构件的半径位置的Z’。

在算式(A)中，通过设为K＝0，从而曲面区域8成为球面。此外，通过设为K≠0，从而作为曲面区域8的面能够定义二次曲面型的非球面。这样，算式(A)能够表现球面和非球面这两者。

在通常的非球面定义式中，使用偶次多项式项。在算式(A)中，为了简化说明，省略了偶次多项式项。但是，即使用包含偶次多项式项的形状来定义也没有问题。

在根据算式(A)设计曲面区域8的情况下，使R和K的参数变动而进行尖细形状和照明光学特性的最佳化。成为曲面区域8的Z轴偏移值的算式(B)的Z’(Sic)随着R的值的变更、K的值的变更而变化。因而，Z’(Sic)与R的值的变更、K的值的变更同步。例如根据中心照度、配光特性来决定照明光学特性。因而，通过使照明光学特性最佳化，从而也能够使配光特性最佳。

在曲面区域8是球面的情况下，R的值越小，则尖细倾向越强，因此插入性上升。但是，随之内部光学面7也向图像侧移动。于是，照明光易于落到摄像构件5。在该情况下，由于对配光特性产生不良影响，因此需要根据R的值的设定针对尖细形状和照明光学特性取得适度的平衡。

在曲面区域8是非球面的情况下，维持着较大的R地设为K＞0(将S轴方向作为长轴的椭圆形状)。通过这样做，从而使内部光学面7不怎么向左侧移动就能够在曲面区域8的外周侧增大位移。由此，针对尖细形状和照明光学特性的最佳化能够提高自由度。

在根据算式(A)设计内部光学面7的情况下，使R和K发生变化而进行照明光学特性的最佳化。在内部光学面7是球面的情况下，R的值越小，则配光上升，但中心照度也下降。因而，需要根据R的值的设定针对照明光学特性的最佳化、例如配光特性和中心照度取得适度的平衡。

在内部光学面7是非球面的情况下，通过维持着中心照度地使K的值发生变化，从而能够控制广角侧的照度分布。通过设为K＜0，从而内部光学面7的周边部的曲率变小。其结果，能够提高广角侧的照度分布。

本实施方式的内窥镜照明光学系统满足上述的条件式(1)、(2)。

使用图3说明条件式(1)的Ziax和Ds。图3是表示透明树脂构件的图。图3的(a)是主视图，图3的(b)是表示图3的(a)中的C－C间的截面形状的图。

在透明树脂构件1形成有非贯通孔3和贯通孔4。在曲面区域8利用贯通孔4形成有开口部4a。由此，在曲面区域8形成有与开口部4a之间的边界9。

Ziax是将曲面区域8的贯通孔4的边界9作为基准地沿着中心轴线AXo测量到预定的位置为止的距离时的距离。预定的位置是穿过内部光学面7的重心且与中心轴线AXo平行的轴线Axi和曲面区域8交叉的位置P1。对于距离的正负，将边界9位于比预定的位置靠物体侧的位置的情况设为正。

如图3的(a)所示，Ds是透明树脂构件1的最大外径。

在贯通孔4配置有摄像构件5。在该情况下，包含边界9的面PLi能够替换为摄像构件5的顶端面。因而，能够将摄像构件5的顶端面作为求出Ziax时的基准。此外，透明树脂构件1设于内窥镜的插入部的顶端。中心轴线AXo、轴线AXi能够替换为插入部的轴线。因而，能够如下地使用摄像构件5、插入部的轴线来定义Ziax。

条件式(1)表示曲面区域的适当的位移。作为表示与内部光学面相对的位置的曲面区域的轴向位移的参数定义Ziax。在内部光学面是圆形的情况下，Ziax的定义中的内部光学面的重心与该内部光学面的中心轴线一致。因而，Ziax是曲面区域的与内部光学面重心相对的位置的插入部轴向位移，且是内部光学面的中心轴线上的摄像构件顶端面基准的位移。

透明树脂构件的最大外径Ds适合作为内窥镜插入部尺寸的基准。由于Ziax具有长度的维度，因此根据透明树脂构件的最大外径Ds进行标准化。

在小于条件式(1)的下限值时，Ziax的值会变得过小。在该情况下，在透明树脂构件中，尖细倾向不足。因此，插入性下降。

照明光的一部分在透射内部光学面之后到达贯通孔的开口部周边、外表面的外周部周边。在该部位难以在光学上控制折射角。在大于条件式(1)的上限值时，Ziax的值会变得过大。在该情况下，内部光学面的位置远离贯通孔的开口部。于是，到达贯通孔的开口部周边、外表面的外周部周边的照明光增加。其结果，配光不均增大。

也能够将内窥镜的插入部作为基准地表示内部光学面的位置的变化。在内窥镜的插入部的一端设有透明树脂构件，在内窥镜的插入部的另一端设有操作部。将配置有操作部的一侧称作插入部手边侧。在大于条件式(1)的上限值时，内部光学面的位置会过于向插入部手边侧后退。

条件式(1)的优选的下限值是0.03。此外，条件式(1)的优选的上限值是0.07。若Ziax/Ds的值在0.03～0.07的范围内，则不会发生尖细倾向的不足、由内部光学面的后退引起的光学的不良影响。

说明条件式(2)的Aiax。倾斜角是截面形状的切线和与中心轴线AXo垂直的轴线所成的角。如图3的(b)所示，面PLi包含与中心轴线AXo垂直的轴线。因而，倾斜角能够称作截面形状的切线和面PLi所成的角。

说明Aiax。Aiax是预定位置的倾斜角。如图3的(a)中C－C所示，该情况下的截面成为包含中心轴线AXo和预定的位置(位置P1)的截面。并且，成为表示曲面区域8的截面形状的点中的、位置P1的倾斜角。

在贯通孔4配置有摄像构件5。在该情况下，中心轴线AXo能够替换为摄像构件5的中心轴线。因而，能够如下地使用摄像构件5的中心轴线来定义Aiax。

条件式(2)表示曲面区域的适当的倾斜角。作为表示与内部光学面相对的位置的曲面区域的轴向位移的参数定义Aiax。与条件式(1)的Ziax同样，在内部光学面是圆形的情况下，内部光学面的重心与该内部光学面的中心轴线一致。因而，Aiax是用穿过摄像构件的中心轴线的平面定义的截面内的形状中的、曲面区域的与内部光学面重心相对的位置的倾斜角，且是内部光学面的中心轴线上的倾斜角。

Aiax是外表面中的、与内部光学面相对的位置的倾斜角。因此，也对光学的折射作用强烈地产生影响，而且也对尖细倾向产生影响。

在小于条件式(2)的下限值时，倾斜角会变得过小。在该情况下，由于透明树脂构件(插入部)的尖细倾向不足，因此插入性恶化。

在透明树脂构件内配置有多个构件。考虑到功能、作用等来决定多个构件各自的位置。根据与其他构件的位置之间的关系，内部光学面位于比透明树脂构件的外径中心接近外周侧的部位。在该情况下，预定的位置成为接近透明树脂构件的外周的位置。

小于条件式(2)的下限值意味着预定位置的切线与中心轴线大致垂直。这意味着在曲面区域中的位于外周附近的区域中，面的法线与中心轴线并行地接近该中心轴线。换言之，该区域成为接近圆柱的端面的面。在圆柱的端面占据曲面区域的比例较多的情况下，很难说透明树脂构件的形状变尖细。因而，在这样的形状下插入性恶化。

在大于条件式(2)的上限值时，由于倾斜角变得过大，因此内部光学面的位置远离贯通孔的开口部。或者，内部光学面的位置会过于向插入部手边侧后退。在该情况下，对于曲面区域的照明光的折射作用变得过大。

在两个非贯通孔形成为隔着贯通孔的情况下，从贯通孔的两侧进行照明。在该情况下，产生从一侧照射来的照明光与从另一侧照射来的照明光重合的区域(以下称作“重复区域”)。若对于曲面区域的照明光的折射作用变得过大，则重复区域减少。其结果，易于发生重复区域的边界附近的配光不均。

条件式(2)的优选的下限值是16°。此外，条件式(2)的优选的上限值是32°。若Aiax的值在16°～32°的范围内，则不会发生尖细倾向的不足、配光不均、配光不足。

像以上那样，采用本实施方式的内窥镜照明光学系统，能够实现插入性的改善和配光不均的降低。

本实施方式的内窥镜照明光学系统期望的是，具有多个非贯通孔，至少两个非贯通孔相对于用包含中心轴线的平面定义的截面中的至少一者形成为镜像对称。

通过这样做，从而获得配光的对称性。在膀胱用内窥镜中，膀胱成为被摄体。膀胱是具有接近左右对称的形状的内脏器官。因而，在膀胱内的广角观察中，设想分别在图像的左端附近和右端附近捕捉到膀胱的左侧的内壁和右侧的内壁这样的观察。为了能够明确地从膀胱的左侧的内壁观察到右侧的内壁，期望均匀地照明摄像范围。

在该广角观察中，摄像范围的纵横比成为横长的纵横比。即，左右方向(水平方向)的宽度大于上下方向(垂直方向)的宽度。能够从1个方向照明该摄像范围。但是，通过从多个方向照明，从而能够进行更均匀的照明。

出于这些原因，本实施方式的内窥镜照明光学系统具有多个非贯通孔。由此，能够在透明树脂构件配置多个照明构件。在该情况下，由于能从多个方向进行照明，因此能够进行更均匀的照明。

此外，至少两个非贯通孔相对于用包含中心轴线的平面定义的截面中的至少一者形成为镜像对称。通过这样做，从而能够从相对于摄像范围大致对称的位置照射照明光。因而，能够进行更均匀的照明。

在非贯通孔的数量是奇数的情况下，例如在非贯通孔是3个的情况下，将两个非贯通孔形成为镜像对称。剩余一个非贯通孔形成在距两个非贯通孔大致等距离的位置即可。例如在图1的(b)中形成在A－A所示的直线上即可。并且，在贯通孔的附近形成非贯通孔即可。

在本实施方式的内窥镜照明光学系统中，期望的是，曲面区域的形状是在中心轴线附近具有对称轴的轴对称的形状，能够用将距对称轴的距离作为变数的函数算式来定义，满足以下的条件式(3)、(4)。

0.15＜Z[L]/Z[Ds/2]＜0.55 (3)

0.4＜A[L]/A[Ds/2]＜0.8 (4)

在此，

Z[r]是表示自对称轴离开距离r的曲面区域上的点的位移的函数，

位移是将边界作为基准地沿着中心轴线测量到曲面区域上的点为止的距离时的距离，

A[r]是表示自对称轴离开距离r的曲面区域上的点的基于Z[r]的微系数的倾斜角的函数，

L是从对称轴到内部光学面的重心的距离，

Ds是透明树脂构件的最大外径。

在本实施方式的内窥镜照明光学系统中，曲面区域的形状是在中心轴线附近具有对称轴的轴对称的形状。因此，能够将距对称轴的距离作为基准地求出曲面区域上的点的位移、倾斜角。

Z[r]是表示位移的函数，将距离作为变数。Z[r]表示自对称轴离开距离r的曲面区域上的点的位移。位移是将边界作为基准地沿着中心轴线测量到曲面区域上的点为止的距离时的距离。

A[r]是表示倾斜角的函数，将距离作为变数。A[r]表示自对称轴离开距离r的曲面区域上的点的基于Z[r]的微系数的倾斜角。

如上所述，能够将摄像构件5的顶端面作为求出位移、倾斜角时的基准。中心轴线AXo能够替换为插入部的轴线。因而，能够如下地使用摄像构件5、插入部的轴线来定义Z[r]、A[r]。

Z[r]是距曲面区域对称轴的距离r的插入部轴向位移，且是摄像构件顶端面基准的位移。A[r]是距曲面区域对称轴的距离r的基于Z[r]的微系数的倾斜角，且是摄像部顶端面基准的倾斜角。

条件式(3)是基于两个位移值来规定用轴对称的函数算式定义曲面区域的情况下的位移倾向。用条件式(1)定义的Ziax是不依赖于是否用算式定义面形状而决定的值。

相对于此，例如在用算式(A)的形式定义面形状的情况下，能够通过将算式(B)的S替换为L或Ds/2来计算条件式(3)中的Z[L]、Z[Ds/2]。此外，在将算式(A)替换为另一个轴对称的函数算式时也能够计算。

Z[L]相当于将条件式(1)的Ziax替换为函数算式而得到的量。Z[L]是将L代入到函数Z[r]的变数r而得到的。L是从对称轴到内部光学面的重心的距离。因而，Z[L]表示曲面区域中的与内部光学面相对的部位的位移、或者其附近的位移。因此，Z[L]的值对光学特性产生的影响较大。

Z[Ds/2]是将Ds/2代入到函数Z[r]的变数r而得到的。Ds/2是透明树脂构件的最大半径。因而，Z[Ds/2]表示曲面区域中的、透明树脂构件的最大半径的位置的位移。

换一种说法，Z[Ds/2]是将透明树脂构件的最大半径作为算式(B)的S输入时的曲面区域的轴向位移。Z[Ds/2]相当于假定使摄像构件的中心轴线和透明树脂构件的外径中心一致的情况下的位移。曲面区域的位移朝向外周侧行进而发生变化。Z[Ds/2]成为表示朝向外周侧行进而形状变化时的位移程度的参数。

条件式(3)的Z[L]/Z[Ds/2]表示根据朝向外周侧的位移进行标准化的、光学的影响较大的位移的比例。因而，Z[L]/Z[Ds/2]成为用于使曲面区域的形状变化的倾向最佳化的一个指南。

在Z[L]/Z[Ds/2]的值相对较小的情况下，曲面区域的形状成为从与内部光学面相对的部位朝向外周侧急剧地位移的形状。因此，尖细倾向减弱。此外，在Z[L]/Z[Ds/2]的值相对较大的情况下，曲面区域的形状成为从与内部光学面相对的部位在摄像构件侧急剧地位移的形状。因此，尖细倾向增强。

在小于条件式(3)的下限值时，在曲面区域中从与内部光学面相对的部位朝向外周侧的位移的变化变得过于急剧。在该情况下，由于尖细倾向不足，因此插入性恶化。并且，若从与内部光学面相对的部位朝向外周侧行进而形状急剧地变化，则其附近的折射力的变化变大。因此，易于发生配光不均。

在大于条件式(3)的上限值时，从与内部光学面相对的部位朝向摄像构件侧行进而形状急剧地变化。在该情况下，其附近的折射力的变化变大。因此，易于发生配光不均。

条件式(3)的优选的下限值是0.25。此外，条件式(3)的优选的上限值是0.4。若Z[L]/Z[Ds/2]的值在0.25～0.4的范围内，则对于从与内部光学面相对的部位到外周侧、或者从与内部光学面相对的部位到摄像构件侧中的任一者而言，都能够进一步抑制形状的急剧变化的发生。其结果，也能够抑制发生配光不均这样的过度的折射力变化的发生。

条件式(4)基于两个倾斜角值来规定用轴对称的函数算式来定义曲面区域的情况下的倾斜角的变化倾向。用条件式(2)定义的Aiax是不依赖于是否用算式定义面形状而决定的值。

相对于此，例如在用算式(A)的形式定义面形状的情况下，通过将算式(A)微分并将S替换为L或Ds/2来计算条件式(4)中的A[L]、A[Ds/2]。此外，在将算式(A)替换为另一个轴对称的函数算式时也能够计算。

A[L]相当于将条件式(2)的Aiax替换为函数算式而得到的量。A[L]是将L代入到函数A[r]的变数r而得到的。因而，A[L]表示曲面区域中的与内部光学面相对的部位的倾斜角、或者其附近的倾斜角。因此，A[L]的值对光学特性产生的影响较大。

A[Ds/2]是将Ds/2代入到函数A[r]的变数r而得到的。Ds/2是透明树脂构件的最大半径。因而，A[Ds/2]表示相当于透明树脂构件的最大半径的位置的曲面区域的倾斜角。A[Ds/2]相当于假定使摄像构件的中心轴线和透明树脂构件的外径中心一致的情况下的倾斜角。曲面区域的倾斜角朝向外周侧行进而发生变化。因而，A[Ds/2]成为表示朝向外周侧行进而倾斜角变化时的倾斜倾向的参数。

条件式(4)的A[L]/A[Ds/2]表示根据朝向外周侧的倾斜角进行标准化的、光学的影响较大的倾斜角的比例。因而，与条件式(3)同样，A[L]/A[Ds/2]成为用于使曲面区域的形状变化的倾向最佳化的一个指南。

与条件式(3)的情况同样，在A[L]/A[Ds/2]的值相对较小的情况下，曲面区域的形状成为从与内部光学面相对的部位朝向外周侧急剧地位移的形状。因此，尖细倾向减弱。此外，在A[L]/A[Ds/2]的值相对较大的情况下，曲面区域的形状成为从与内部光学面相对的部位在摄像构件侧急剧地位移的形状。因此，尖细倾向增强。

在小于条件式(4)的下限值时，在曲面区域中从与内部光学面相对的部位朝向外周侧的倾斜角的变化变得过于急剧。在该情况下，由于尖细倾向不足，因此插入性恶化。

并且，若从内部光学面朝向外周侧行进而倾斜角急剧地变化，则其附近的折射力的变化变大。因此，易于发生配光不均。

在大于条件式(4)的上限值时，从与内部光学面相对的部位朝向摄像构件侧行进而倾斜角急剧地变化。在该情况下，其附近的折射力的变化变大。因此，易于发生配光不均。

条件式(4)的优选的下限值是0.5。此外，条件式(4)的优选的上限值是0.75。若更加期望的A[L]/A[Ds/2]的值在0.5～0.75的范围内，则对于从与内部光学面相对的部位到外周侧、或者从与内部光学面相对的部位到摄像构件侧中的任一者而言，都能够进一步抑制倾斜角的急剧变化的发生。其结果，也能够抑制发生配光不均这样的过度的折射力变化的发生。

在本实施方式的内窥镜照明光学系统中，期望的是，曲面区域是在中心轴线附近具有对称轴的球面或非球面，满足以下的条件式(5)。

0.55＜Roax/Ds＜2 (5)

在此，

Roax是球面中心部的曲率半径绝对值或者非球面中心部的曲率半径绝对值，

Ds是透明树脂构件的最大外径。

期望的是，曲面区域是球面或非球面。期望的是，球面和非球面均在中心轴线附近具有对称轴。条件式(5)规定使用球面或非球面作为曲面区域的形状时的期望的曲率半径绝对值。

由于Roax具有长度的维度，因此与条件式(1)的情况同样根据透明树脂构件的最大外径Ds进行标准化。

关于曲面区域的形状，利用条件式(1)、条件式(2)规定在光学上较为重要的位置的位移和倾斜角的期望的条件。此外，基于曲面区域的形状轴对称且能够进行函数定义这样的前提，利用条件式(3)、条件式(4)规定与曲面区域的位移和倾斜角的变化倾向相关的期望的条件。

条件式(5)是在曲面区域的形状被限定为球面或非球面的情况下优选的条件式。在球面或非球面中，中心曲率半径是成为基本的参数。Roax是最适合统一规定位移、倾斜角以及它们的变化倾向的参数。

在Roax/Ds的值相对较小的情况下，曲面区域成为较强的凸形形状。在该情况下，由于尖细倾向增强，因此插入性上升。但是，由于曲面区域的正的折射力变大，因此产生配光角缩窄这样的光学的不良影响。并且，内部光学面的位置远离贯通孔的开口部。于是，到达贯通孔的开口部周边、外表面的外周部周边的照明光增加。其结果，配光不均增大。

换一种说法，由于照明构件和内部光学面向插入部手边侧后退，因此到达摄像构件、外周部等的光增加。

此外，在Roax/Ds的值相对较大的情况下，尖细倾向减弱。在该情况下，插入性恶化。

在小于条件式(5)的下限值时，产生配光角缩窄这样的光学的不良影响。并且，内部光学面的位置远离贯通孔的开口部。于是，到达贯通孔的开口部周边、外表面的外周部周边的照明光增加。其结果，配光不均增大。

换一种说法，由于照明构件和内部光学面过于向插入部手边侧后退，因此到达摄像构件、外周部等的光增加。在摄像构件、外周部难以在光学上控制折射性。

在大于条件式(5)的上限值时，尖细倾向变得过弱。在该情况下，插入性恶化。

条件式(5)的优选的下限值是0.6。此外，条件式(5)的优选的上限值是1.2。若Roax/Ds的值在0.6～1.2的范围内，则能够使尖细倾向和光学特性良好地平衡。

在此，将本实施方式的内窥镜照明光学系统的期望的结构归纳如下。

本实施方式的内窥镜照明光学系统的结构期望是这样的结构：

在插入部顶端具有透明树脂构件，该透明树脂构件具有保持摄像构件的功能和照明光学功能，

透明树脂构件在其内表面侧具有用于向透明树脂构件入射照明光的内部光学面，

在与内部光学面相对的位置具有用于射出照明光的光导件或发光体，

在透明树脂构件的外表面具有用于向物体空间射出经由内部光学面的照明光的曲面区域，

曲面区域是从与摄像构件之间的边界附近朝向插入部外周行进而向插入部手边侧位移的形状，

关于用穿过摄像构件的中心轴线的平面定义的截面内的形状，在至少从中心轴线朝向内部光学面的方位中随着从摄像构件的中心轴线朝向外周行进而位移和倾斜角连续且单调地增加，满足条件式(1)～(2)。

期望的是，内部光学面、光导件或发光体、以及曲面区域相对于用穿过摄像构件的中心轴线的平面定义的截面中的至少一者为镜像对称。

期望的是，曲面区域的插入部轴向位移是在摄像构件的中心轴线附近具有对称轴的轴对称的形状，能够用将距对称轴的距离作为变数的函数算式来定义，满足条件式(3)～(4)。

还期望的是，在曲面区域是摄像构件的中心轴线附近具有对称轴的球面或非球面的情况下，满足条件式(5)。

以下，根据附图详细地说明内窥镜照明光学系统的实施例。另外，本发明并不被该实施例所限定。

对比说明实施例1的内窥镜照明光学系统和比较例的内窥镜照明光学系统。图4是实施例1的内窥镜照明光学系统的结构概略图。图4的(a)是俯视图，图4的(b)是主视图，图4的(c)是侧视图。图17是比较例的内窥镜照明光学系统的结构概略图。图17的(a)是俯视图，图17的(b)是主视图，图17的(c)是侧视图。对于与上述的内窥镜照明光学系统10相同的结构省略详细的说明。

说明实施例1。内窥镜照明光学系统100配置在内窥镜的插入部的顶端。内窥镜照明光学系统100具有透明树脂构件101和照明构件102。

透明树脂构件101的与中心轴线AXo正交的截面中的形状是大致圆形。在透明树脂构件101形成有非贯通孔103和贯通孔104。非贯通孔103是用于配置照明构件102的孔。贯通孔104是用于配置摄像构件105的孔。

在非贯通孔103中，孔并未到达透明树脂构件101的外表面106。在透明树脂构件101的内部，在与照明构件102相对的位置形成有内部光学面107。内部光学面107的形状朝向图像侧凹起。此外，曲面区域108位于外表面106中的、与内部光学面107相对的位置。

摄像构件105具有观察功能。摄像构件105具有固体摄像元件109和对物光学系统(未图示)。固体摄像元件109具有摄像面。在图4的(b)中用长方形表示摄像面的摄像有效范围110。对物光学系统在摄像面上形成被摄体图像。在图4的(b)中，上下方向(垂直方向)与图像的垂直方向相对应，左右方向(水平方向)与图像的水平方向相对应。固体摄像元件109用于输出在水平方向上具有横长的纵横比的图像的信号。

在透明树脂构件101内形成有通道开口部111。一般来讲，通道作为供处置器具插入的路径而被公知。在泌尿器官用内窥镜中，尿等浑浊的液体成为观察的障碍。为此，需要将浑浊的液体替换为透明性较高的生理食盐水等。将该替换称作灌流，该灌流也使用通道。

由于通道开口部111的直径影响灌流能力和处置能力这两者，因此非常重要。在膀胱用内窥镜中，相对于6.5mm左右的内窥镜外径，需要2mm以上的通道直径(直径)。

在透明树脂构件101的直径内，固体摄像元件109和通道开口部111是截面积较大的构造物。在沿上下方向配置固体摄像元件109和通道开口部111时，能够配置照明构件102的空间会受到左右方向的空间限制。

在使用光导件作为照明构件102的情况下，在透明树脂构件101的内部配置顶端分支为两个的光导件。在透明树脂构件101内，这两根光导件能够相对于连结摄像构件105的轴线和通道开口部111的轴线的线左右对称地配置。

期望的是，在透明树脂构件101的外径截面内，照明构件102的位置和内部光学面107的位置自形状根据非光学的制约而决定的部分、例如通道开口部111、摄像构件105以及外周部分离。还期望的是，照明构件102的位置和内部光学面107的位置相对于摄像构件105保持适度的距离。

若照明构件102和内部光学面107向插入部手边侧过于后退，则到达在光学上难以控制折射性的部分、例如摄像构件105、通道开口部111以及外周部等的光增加。此外，若照明构件102和内部光学面107过于接近摄像构件105，则摄像构件105方向的光会被摄像构件105遮挡。因而，期望的是，在摄像构件105和通道开口部111的外径截面内位置，照明构件102和内部光学面107在透明树脂构件101的上下中心附近位于摄像构件105的边界部和外周的中间附近。

图4的(a)、图4的(c)中的“R5.0”表示曲面区域108是曲率半径为5.0mm的球面。球面在摄像构件105的中心轴线AXo上具有曲率中心。球面以在摄像构件105的外周附近接触的方式决定曲率中心的位置。

曲面区域108成为从与摄像构件105之间的边界附近朝向插入部外周而向插入部手边侧位移、且在从摄像构件105的中心轴线AXo朝向内部光学面107的方位中随着从摄像构件105的中心轴线AXo朝向外周行进而位移和倾斜角连续且单调地增加的形状。

并且，内窥镜照明光学系统100满足条件式(1)、(2)。因而，在内窥镜照明光学系统100中，能够实现插入性的改善和配光不均的降低。

在水中观察中，物体空间被水充满。因此，与透明树脂构件101的折射率和水的折射率之差相应地决定从曲面区域108射出到物体空间的光的折射。作为透明树脂构件101的原材料，使用可见区域的透射率和折射率均较高、且各种耐久性较高的原材料。作为该原材料，存在聚砜系树脂(代表性的折射率1.635)、或者聚苯砜系树脂(代表性的折射率1.675)。

由于这些原材料与水(折射率1.333)相比折射率较高，因此在曲面区域108和水之间发生折射。由于曲面区域108在物体侧具有凸状的球面，因此在水中观察时也具有正的折射力。这样，曲面区域108具有聚光型的折射作用。因而，曲面区域108不具有使照明光扩散而扩展配光的作用。

说明比较例。内窥镜照明光学系统500具有透明树脂构件501和照明构件502。在透明树脂构件501形成有非贯通孔503和贯通孔504。在贯通孔503配置有照明构件502，在贯通孔504配置有摄像构件505。

摄像构件505具有固体摄像元件509。固体摄像元件509具有摄像面。在图17的(b)中用长方形表示摄像面的摄像有效范围510。

在透明树脂构件501的内部形成有内部光学面507。此外，在透明树脂构件501形成有通道开口部511。此外，外表面506具有倾斜平面部512和非光学形状部513。

在比较例中，除了透明树脂构件501的外表面506的形状和依赖于该形状的内部光学面507的插入部轴向位置之外，内窥镜照明光学系统的结构与实施例1相同。由于内部光学面507的形状与照明构件502相同，因此就由外表面折射之前的照明光的配光特性而言，比较例和实施例1～4相同。

如上所述，在实施例1中，透明树脂构件101的外表面106具有曲面区域108。曲面区域108成为从与摄像构件105之间的边界附近朝向插入部外周而向插入部手边侧位移、且在从摄像构件105的中心轴线AXo朝向内部光学面107的方位中随着从摄像构件105的中心轴线AXo朝向外周行进而位移和倾斜角连续且单调地增加的形状。而且，满足条件式(1)、(2)。

此外，曲面区域108是曲率半径为5.0mm的球面。在曲面区域108中，曲率半径为5.0mm的球面大致占据顶端外表面。由于透明树脂构件101的形状是尖细的平滑的形状，因此插入性较佳。

因此，在实施例1中，能够实现插入性的改善和配光不均的降低。

相对于此，在比较例中，透明树脂构件501的外表面506分离为倾斜平面部512和非光学形状部513。倾斜平面部512朝向摄像构件505的中心侧倾斜15°。因而，透明树脂构件501虽很略微但也成为尖细形状。

倾斜平面部512确定在外表面506侧的光学有效范围的位置。通过将该异型有效范围设为倾斜的平面地用光学设计软件建模，从而能够针对异型有效范围进行简单的光学设计。但是，比较例由该外表面506的形状引起具有易于发生配光不均的缺陷。

配光不均的原因在于，在比较接近内部光学面507的位置以不能无视的面积存在非光学形状部513，而且与倾斜平面部512和非光学形状部513的折射相关的不连续性较高。

并且，比较例的透明树脂构件501的形状很难说尖细，而且形状有棱角。因此，与使用实施例1的透明树脂构件101的情况相比插入性较差。

说明物体空间的照明光的情形。在实施例1和比较例中的任一者中，从光导件射出的光的配光特性均相同。图5是表示从光导件射出的光的配光特性的图。

具有图5所示的配光特性的光被用作模拟的光源数据。设想从光导件射出配光角为80°左右的光。在后述的实施例2～4中，也使用具有图5所示的配光特性的光导件。

图6是表示实施例1的内窥镜照明光学系统的照明光的图。图6的(a)是表示水平方向上的光线的扩散的光线图，图6的(b)是表示垂直方向上的光线的扩散的光线图。图7是表示实施例1的水中的配光特性的图表。

图18是表示比较例的内窥镜照明光学系统的照明光的图。图18的(a)是表示水平方向上的光线的扩散的光线图，图18的(b)是表示垂直方向上的光线的扩散的光线图。图19是表示比较例的水中的配光特性的图表。

在实施例1的光线图和比较例的光线图中表示射出到水中的光线的情形。此外，在配光图表中，横轴表示水中的角度，纵轴表示相对强度、实线表示水平方向的配光特性，虚线表示垂直方向的配光特性。此外，配光特性是利用蒙特卡洛法的模求出水中的FarField角度分布而得到的，将0°方向标准化为1。后述的实施例2～4也相同。

根据图6的(a)、图6的(b)的光线图，在实施例1中，光朝向水中的物体空间侧在水平方向和垂直方向上均大致没有遗漏地扩散。图6的(a)、图6的(b)从利用蒙特卡洛法追踪许多个光线的结果中选择了在显示上不发生黑色失调的少数的光线。因而，图6的(a)、图6的(b)的光线密度的疏密并不体现强度分布的强弱、配光不均。

另一方面，关于比较例，即便与实施例1的光线的扩散相比较，也看不到特别的差异。即，仅根据图18的(a)、图18的(b)所示的光线图，比较例与实施例1的差别并不明确。但是，在图19所示的水中的配光图表中，能明显看到非光学形状部513对配光不均产生的不良影响。因此，使用配光图表进行说明。

根据图7的配光图表，在实施例1中，在±90°的范围内，相对强度平缓地进行变化。相对强度在水平方向和垂直方向这两个方向上平缓地进行变化。此外，水平方向上的相对强度与垂直方向上的相对强度之差在各角度下都不大。

另一方面，根据图19的配光图表，在比较例中，在水平方向的+45°附近产生肩。在该肩的部分，从60°到45°平滑地增加的相对强度在从45°到30°的范围内，相对强度的增加微小。这表示有在该角度方向上汇集强度较高的光的倾向。

此外，水平方向上的相对强度与垂直方向上的相对强度之差在±45°附近变大。在±45°附近，水平方向上的相对强度大于垂直方向上的相对强度。

图20也是比较例的配光图表。在图20中，对非光学形状部513遮光，仅在倾斜平面部512进行照明。根据图20所示的配光图表，可明确从倾斜平面部512射出来的光是怎样的角度、何种程度的强度、是否朝向照明范围。在图20所示的配光图表中，在水平方向上的+45°附近未产生肩。此外，水平方向上的相对强度与垂直方向上的相对强度之差在±45°附近未变大。

图21也是比较例的配光图表。在图21中，对倾斜平面部512遮光，仅在非光学形状部513进行照明。根据图21所示的配光图表，可明确从非光学形状部513射出来的光是怎样的角度、何种程度的强度、是否朝向照明范围。

在图21所示的配光图表中，在水平方向的±45°附近相对强度变大。在±45°产生相对强度的峰值。可知该峰值的相对强度是图19所示的配光图表中的0°方向的相对强度的20％。在±45°附近具有相对强度的光在图19所示的配光图表中被认为是在水平方向的±45°附近产生肩的光。

这样，从非光学形状部513射出的光是被视为无用光的光。认为是该光形成了配光不均。

利用实施例1和比较例比较配光图表，在实施例1的配光图表中没有在比较例的配光图表中看到的那样的肩。因而，在实施例1的内窥镜照明光学系统中，不发生成为实际损害的配光不均。

此外，如图20所示，在对非光学形状部513遮光时，能够使配光不均消失。但是，在该情况下，根据配光图表可知，水平方向上的配光角与实施例1相比变窄。这样，在实施例1的内窥镜照明光学系统中，在水平方向上能够确保45°以上的配光角。因而，在这一点上，实施例1的内窥镜照明光学系统优异。其原因在于，曲面区域108是不发生配光不均的平滑的形状，而且能够扩大光学有效范围。

在图7所示的配光图表中，在±40°以内能看到波动。该波动是依赖于蒙特卡洛法的光线条数的误差。因而，该波动不会形成配光不均。

在比较例中，倾斜平面部512相当于光学有效范围。在比较例中，成为倾斜平面部512和非光学形状部513分离的形状。因此，避免不了由该不连续性引起配光不均。

在模拟上可明确只要能够对非光学形状部513遮光就能够抑制配光不均。但是，在内窥镜顶端部所要求的尺寸的范围内，在透明树脂构件中进行添加遮光构件的多阶段的复合成形并不现实。通过透明树脂构件其自身能够由一个透明原材料一体成形，从而即便是复合了框架功能和光学功能的小型且复杂的形状，也能够制造透明树脂构件的价值。

在比较例中，作为不变更透明树脂构件501的外表面506侧的形状而降低配光不均的方法，考虑通过内部光学面507的设计来减少透射非光学形状部513而发生配光不均的无用光的做法。

具体地讲，减弱内部光学面507的发散作用。这样的话，由于透射倾斜平面部512的比例增加，因此透射非光学形状部513的光的比例相对减少。但是，在该方法中，由于配光角变窄，因此无法实现与水中的广角观察相对应的充分的配光角。因而，为了使水中的广角观察所需要的配光的确保和配光不均的避免同时成立，必须如实施例1中曲面区域108所示地设计外表面106的形状。

说明实施例2的内窥镜照明光学系统。图8是实施例2的内窥镜照明光学系统的结构概略图。图8的(a)是俯视图，图8的(b)是主视图，图8的(c)是侧视图。图9是表示实施例2的内窥镜照明光学系统的照明光的图。图9的(a)是表示水平方向上的光线的扩散的光线图，图9的(b)是表示垂直方向上的光线的扩散的光线图。图10是表示实施例2的水中的配光特性的图表。这些所有的图是在与实施例1相同的条件下做成的。

内窥镜照明光学系统200配置在内窥镜的插入部的顶端。内窥镜照明光学系统200具有透明树脂构件201和照明构件202。

在透明树脂构件201形成有非贯通孔203和贯通孔204。非贯通孔203是用于配置照明构件202的孔。贯通孔204是用于配置摄像构件205的孔。

在非贯通孔203中，孔未到达透明树脂构件201的外表面206。在透明树脂构件201的内部，在与照明构件202相对的位置形成有内部光学面207。内部光学面207的形状朝向图像侧凹陷。此外，在外表面206，曲面区域208位于与内部光学面207相对的位置。

摄像构件205具有固体摄像元件209和对物光学系统。在图8的(b)中用长方形表示摄像面的摄像有效范围210。在透明树脂构件201内形成有通道开口部211。

图8的(a)、图8的(c)中的“R7.1”表示曲面区域208是曲率半径为7.1mm的球面。球面在摄像构件205的中心轴线AXo上具有曲率中心。球面以在摄像构件205的外周附近接触的方式决定曲率中心的位置。

曲面区域208成为从与摄像构件205之间的边界附近朝向插入部外周而向插入部手边侧位移、且在从摄像构件205的中心轴线AXo朝向内部光学面207的方位中随着从摄像构件205的中心轴线AXo朝向外周而位移和倾斜角连续且单调地增加的形状。

如图8的(a)、图8的(c)所示，曲率半径为7.1mm的球面占据顶端外表面的大部分。但是，实施例2的球面与实施例1的球面相比较曲率半径较大。因此，曲面区域208在照明光到不了的通道开口部211侧的外周附近与另一个曲面分离。这样，外表面206校正为尖细的平滑的形状。

实施例2的透明树脂构件201与实施例1的透明树脂构件101相比尖细倾向较差。但是，与比较例的透明树脂构件501相比，作为尖细形状较为优异。

根据图9的(a)、图9的(b)的光线图，在实施例2中，光朝向水中的物体空间侧在与水平方向和垂直方向上均大致没有遗漏地扩散。根据图10所示的配光图表，没有在比较例的配光图表中看到的肩。因而，在实施例2的内窥镜照明光学系统中，不发生成为实际损害的配光不均。

此外，与图19所示的比较例的配光图表相比较，在实施例2的内窥镜照明光学系统中，在水平方向上能够确保45°以上的配光角。因而，在这一点上，实施例2的内窥镜照明光学系统优异。

说明实施例3的内窥镜照明光学系统。图11是实施例3的内窥镜照明光学系统的结构概略图。图11的(a)是俯视图，图11的(b)是主视图，图11的(c)是侧视图。图12是表示实施例3的内窥镜照明光学系统的照明光的图。图12的(a)是表示水平方向上的光线的扩散的光线图，图12的(b)是表示垂直方向上的光线的扩散的光线图。图13是表示实施例3的水中的配光特性的图表。这些所有的图是在与其他的实施例相同的条件下做成的。

内窥镜照明光学系统300配置在内窥镜的插入部的顶端。内窥镜照明光学系统300具有透明树脂构件301和照明构件302。

在透明树脂构件301形成有非贯通孔303和贯通孔304。非贯通孔303是用于配置照明构件302的孔。贯通孔304是用于配置摄像构件305的孔。

在非贯通孔303中，孔未到达透明树脂构件301的外表面306。在透明树脂构件301的内部，在与照明构件302相对的位置形成有内部光学面307。内部光学面307的形状朝向图像侧凹陷。此外，在外表面306，曲面区域308位于与内部光学面307相对的位置。

摄像构件305具有固体摄像元件309和对物光学系统。在图11的(b)中用长方形表示摄像面的摄像有效范围310。在透明树脂构件301内形成有通道开口部311。

图11的(a)、图11的(c)中的“R4.35”表示曲面区域308是曲率半径为4.35mm的球面。球面在摄像构件305的中心轴线AXo上具有曲率中心。球面以在摄像构件305的外周附近接触的方式决定曲率中心的位置。

曲面区域308成为从与摄像构件305之间的边界附近朝向插入部外周而向插入部手边侧位移、且在从摄像构件305的中心轴线AXo朝向内部光学面307的方位中随着从摄像构件305的中心轴线AXo朝向外周而位移和倾斜角连续且单调地增加的形状。

如图11的(a)、图11的(c)所示，曲率半径为4.35mm的球面占据顶端外表面的大部分。实施例3的球面与实施例1的球面相比较曲率半径较小。因而，实施例3的透明树脂构件301成为与实施例1的透明树脂构件101相比尖细的平滑的形状。实施例3的透明树脂构件301的插入性优异。

根据图12的(a)、图12的(b)的光线图，在实施例3中，光朝向水中的物体空间侧在水平方向和垂直方向上均大致没有遗漏地扩散。根据图13所示的配光图表，没有在比较例的配光图表中看到的肩。因而，在实施例3的内窥镜照明光学系统中，不发生成为实际损害的配光不均。

此外，与图19所示的比较例的配光图表相比较，在实施例3的内窥镜照明光学系统中，在水平方向上能够确保45°以上的配光角。因而，在这一点上，实施例3的内窥镜照明光学系统优异。

说明实施例4的内窥镜照明光学系统。图14是实施例4的内窥镜照明光学系统的结构概略图。图14的(a)是俯视图，图14的(b)是主视图，图14的(c)是侧视图。图15是表示实施例4的内窥镜照明光学系统的照明光的图。图15的(a)是表示水平方向上的光线的扩散的光线图，图15的(b)是表示垂直方向上的光线的扩散的光线图。图16是表示实施例4的水中的配光特性的图表。这些所有的图是在与他的实施例相同的条件下做成的。

内窥镜照明光学系统400位于内窥镜的插入部的顶端。内窥镜照明光学系统400具有透明树脂构件401和照明构件402。

在透明树脂构件401形成有非贯通孔403和贯通孔404。非贯通孔403是用于配置照明构件402的孔。贯通孔404是用于配置摄像构件405的孔。

在非贯通孔403中，孔未到达透明树脂构件401的外表面406。在透明树脂构件401的内部，在与照明构件402相对的位置形成有内部光学面407。内部光学面407的形状朝向图像侧凹陷。此外，曲面区域408位于外表面406的、与内部光学面407相对的位置。

摄像构件405具有固体摄像元件409和对物光学系统。在图14的(b)中用长方形表示摄像面的摄像有效范围410。在透明树脂构件401内形成有通道开口部411。

在实施例4中，曲面区域408是轴对称非球面。曲面区域408是在算式(A)的参数中以R＝5.0mm、K＝0.37定义的非球面。由于K的值为正，因此曲面区域408成为随着接近外周而与曲率半径为5.0mm的基准球面相比位移增大的形状。

曲面区域408成为从与摄像构件405之间的边界附近朝向插入部外周而向插入部手边侧位移、且在从摄像构件405的中心轴线AXo朝向内部光学面407的方位中随着从摄像构件405的中心轴线AXo朝向外周而位移和倾斜角连续且单调地增加的形状。

如图14的(a)、图14的(b)所示，非球面占据顶端外表面的大部分。实施例4的非球面与实施例1的球面相比较，沿着中心轴线AXo的方向上的位移较大。因而，实施例4的透明树脂构件401成为与相同的中心曲率半径的实施例1的透明树脂构件101相比尖细的平滑的形状。实施例4的透明树脂构件401的插入性优异。

根据图15的(a)、图15的(b)的光线图，在实施例4中，光朝向水中的物体空间侧在水平方向和垂直方向上均大致没有遗漏地扩散。根据图16所示的配光图表，没有在比较例的配光图表中看到的肩。因而，在实施例4的内窥镜照明光学系统中，不发生成为实际损害的配光不均。

此外，与图19所示的比较例的配光图表相比较，在实施例4的内窥镜照明光学系统中，在水平方向上能够确保45°以上的配光角。因而，在这一点上，实施例4的内窥镜照明光学系统优异。

实施例4的配光特性与实施例1～3大致相同。因而，在实施例4中，有效利用非球面的自由度，不产生光学上的弊病而实现插入性改善。

像以上那样，实施例1～4具有各不相同的结构。但是，实施例1～4分别满足条件式(1)、(2)。条件式(1)、(2)适合作为不依赖于曲面区域的形状的定义方法的基本条件。

此外，所有的实施例都满足用轴对称的函数算式定义曲面区域的情况下的条件式(3)、(4)。条件式(3)、(4)适合作为使用轴对称的函数算式进行最佳设计时的条件。

并且，所有的实施例也都满足用球面或轴对称非球面定义曲面区域的情况下的条件式(5)。条件式(5)作为适当地设定曲面区域的曲率半径的条件而实际应用。

以下，揭示各实施例的条件式的值。

以下，揭示各实施例的参数的值。

说明本发明的各实施例。像在比较例的说明中说明的那样，除了透明树脂构件的外表面形状和依赖于该形状的内部光学面的插入部轴向位置之外，各实施例和比较例是相同的结构。此外，由于内部光学面的形状和光导件相同，因此就由外表面折射之前的配光特性而言，各实施例和比较例相同。就曲面区域而言，实施例1～3是球面，实施例4是轴对称非球面。

在所有的实施例中，都设想对物光学系统的视场(水中水平视角为118.7°，水中垂直视角为76.3°)的稍靠内侧的范围作为照明范围。在所有的实施例中，都设计为在水中能获得以下的配光特性。在配光特性中，使用相对于中心的照度而言的照度比。

画面水平方向的水中57°方向上的照度比：20％以上。

画面垂直方向的水中36°方向上的照度比：60％以上。

以下表示各实施例的配光特性和比较例的配光特性。各数值用％表示照度比。将实施例1的中心的照度设为100％。水平方向的值是角度57°方向上的值。垂直方向的值是角度36°方向上的值。

像上述表示的那样，所有的实施例实现了作为目标的较高的配光。此外，中心的照度比在所有实施例中都为约100％。因而，即使在中心，也是照度在所有实施例中都大致相同。这样，照明光学系统所寻求的效率性在各实施例中没有很大的差异。在比较例的配光特性中，也是中心的照度比与各实施例大致相同。但是，如上所述，配光不均在比较例和各实施例中产生了很大的差。

各实施例和比较例是透明树脂构件、通道开口部等的规格共用的部分。表1表示共用规格。XY坐标系如下地定义。将透明树脂构件的最大外径的中心设为XY坐标的原点。将外径截面中的上方向设为Y轴的正，将左方向设为X轴的正。外径截面是从物体空间侧观察透明树脂构件时的截面。

【表1】

*光导件的中心轴线上的凹面和外表面之间的距离

表2针对各实施例和比较例表示与透明树脂构件的光学有效范围相关的规格。R是曲率半径，K是决定二次曲面特性的系数。θ是倾斜角。倾斜是朝向摄像部中心产生的。Φ是直径，YU是上端，YL是下端，XL是左端，XR是右端。

比较例具有两个光学有效范围。两个光学有效范围左右对称地设置。外径尺寸是一个光学有效范围内的尺寸。X1是摄像侧端，XR是外周侧端。

【表2】

说明对物光学系统的实施例。该对物光学系统例如应用于实施例1～4的摄像构件。图22是表示对物光学系统的透镜剖视图和光路的图。图22的(a)表示对物光学系统的水中的透镜剖视图和光路。图22的(b)表示对物光学系统的空气中的透镜剖视图和光路。

对物光学系统从物体侧按顺序具有物体侧是平面的平凹负透镜L1、物体侧是平面的平凹负透镜L2、平行平板F、物体侧是平面的平凸正透镜L3、双凹负透镜L4、双凸正透镜L5、双凸正透镜L6、负弯月透镜L7、以及玻璃盖片CG。在此，双凹负透镜L4和双凸正透镜L5接合。双凸正透镜L6和负弯月透镜L7接合。AX表示光轴。

亮度光圈S配置在平凸正透镜L3的物体侧面。

以下表示对物光学系统的数值数据。记号r是各透镜面的曲率半径，d是各透镜面之间的间隔，nd是各透镜的d线的折射率，vd是各透镜的阿贝数，Fno是光圈值，而且焦点距离是d线上的焦点距离。STO是亮度光圈，IP是图像面。

数值实施例

单位mm

各种数据

水中观察时的像高和视角

图22的(a)中的Iw是水中观察状态下的对角方向的最大像高，Iw的值是0.751mm。该像高是设想与固体摄像元件的有效摄像区域一致的状况而得到的像高。通过这样设定像高，从而在水中观察状态下使用固体摄像元件的整个有效摄像区域。此时的水中视角是129.4°，作为水中观察非常广角，能够使用固体摄像元件的全部有效摄像区域观察处于水中的被摄体。

相对于此，图22的(b)中的Ia是相当于空气中最大像高的像高。由于位于对物光学系统的最靠物体侧的透镜面是平面，因此在空气中观察状态下，只有空气中视角180°的光线能够向透镜入射。与位于最靠物体侧的平面大致平行地入射的主光线在图像面上到达比Iw低的位置。因此，相当于空气中最大像高的Ia的值成为0.5995mm。由此，空气中观察状态下的图像成为局部使用固体摄像元件的有效摄像区域而得到的图像，但在水中观察用途的内窥镜中在实际使用上没有问题。

图23是表示摄像范围的图。图23的(a)是表示水中观察时的摄像范围的图。图23的(b)是表示空气中观察的摄像范围的图。图23的(a)、图23的(b)是表示像上述那样空气中观察状态下的有效摄像区域与水中观察状态相比变窄的状况的图。

图23的(a)表示水中观察状态下的固体摄像元件上的摄像区域。通过使用八边形的电视场掩模，从而全部利用标有斜线的八边掩模MK内的有效摄像区域。八边掩模MK内的最大像高是Iw。

图23的(b)表示空气中观察状态下的固体摄像元件上的摄像区域。标有斜线的半径Ia的圆CRC内成为空气中观察状态下的摄像区域，被八边掩模MK和圆CRC夹着的没有斜线的区域成为不形成被摄体图像的光学的无效区域。

采用该对物光学系统，在最靠物体侧是平面的状态下也能够进行水中状态下的广角观察。并且，在物体侧是平面时，相对于由来自照明光学系统的直接光入射引起的光斑不需要特殊的结构，对照明光学系统的结构不产生多余的制约。为此，优选的是，物体侧是平面。

在对物光学系统内透镜外径变得最大的是物体侧端的透镜。该透镜的外径(直径)为2.2mm。在膀胱用内窥镜中，需要内径为2.2mm的通道。若透镜的外径为2.2mm，则即便与通道、弯曲机构结合，也能够实现顶端部外径

小于7mm的膀胱用内窥镜。

上述的对物光学系统例如能够应用于实施例1的内窥镜照明光学系统。实施例1的内窥镜照明光学系统满足条件式(1)、(2)。在Aiax的值为上限值的35°以上的情况下，能够从该位置以摄像构件方位向物体空间射出的光线相对于摄像构件中心轴线的最大角是55°。在上述的对物光学系统中，水平方向的水中半视角是59.4°。因而，所述最大角度55°的照明光向对物光学系统的水平端附近的视场内侧照射。

以视场的右侧端为例，从右侧的内部光学面射出的照明光没有问题地到达视场的右侧端。另一方面，从左侧的内部光学面射出的照明光不到达视场的右侧端。在该情况下，在比视场的右侧端稍靠内侧的位置形成有照度的边界。在该边界，照度发生变化。该变化作为配光不均而被视觉识别。

根据来自左侧的照明的照明区域和来自右侧的照明的照明区域的重合，有时产生边界部。该边界部进入到水平视场内的状况在物体距离较短的情况下是经常发生的。根据朝向照明区域的照明光的各光线的角度(以下称作“角度特性”)、照明构件的位置、摄像构件的位置等来决定边界部。但是，在仅根据角度特性决定边界部的情况下，在所有的物体距离中都作为配光不均而被视觉识别，因此并不期望。

实施例1具有两个内部光学面和照明构件的组合。在实施例1中，这些内部光学面和照明构件左右对称地配置。但是，在只有一个内部光学面和照明构件的组合的情况下，照明光不能简单地到达图像的指定部分。因此，可以说与仅利用1个组合进行照明相比，优选利用多个组合进行照明的方式。

根据各实施例，能够提供一种能够实现插入性的改善和配光不均的降低的内窥镜照明光学系统。

若插入部的外径变细，则照明构件与摄像构件之间的距离变短。在插入部设有通道开口部的情况下，照明构件与摄像构件之间的距离变得更短。此外，若与水中的观察视角的广角化相对应地使配光角广角化，则照明光会通过摄像构件的附近、通道开口部的附近。

在本实施方式的内窥镜照明光学系统中，外表面的大部分区域被曲面区域所占据。因而，即使在插入部的外径变细的情况、配光角成为广角的情况下，也能够在确保较高的插入性的同时实现配光不均的降低。其结果，也能够容易地安装于广角的细径内窥镜。

产业上的可利用性

像以上那样，本发明适合能够实现插入性的改善和配光不均的降低的内窥镜照明光学系统。

附图标记说明

1、101、201、301、401、501、透明树脂构件；2、102、202、302、402、502、照明构件；3、103、203、303、403、503、非贯通孔；4、104、204、304、404、504、贯通孔；4a、开口部；5、105、205、305、405、505、摄像构件；6、106、206、306、406、506、外表面；7、107、207、307、407、507、内部光学面；8、108、208、308、408、曲面区域；9、边界；10、100、200、300、400、500、内窥镜照明光学系统；109、209、309、409、509、固体摄像元件；110、210、310、410、510、摄像有效范围；111、211、311、411、511、通道开口部；512、倾斜平面部；513、非光学形状部；AXo、中心轴线；AXi、与中心轴线AXo平行的轴线；Pc、曲面区域与Z轴的交点；P1、轴线AXi与曲面区域8交叉的位置；PLi、包含边界9的面；AX、光轴；L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、透镜；F、平行平板；CG、玻璃盖片；Ia、最大像高(空气中)；Iw、最大像高(水中)；MK、八边掩模；CRC、半径Ia的圆。

Claims (5)

1.一种内窥镜照明光学系统，

该内窥镜照明光学系统包括透明树脂构件和用于射出照明光的照明构件，

所述透明树脂构件具有配置有摄像构件的贯通孔、配置有所述照明构件的非贯通孔、利用所述非贯通孔形成在该透明树脂构件的内部的内部光学面、以及使经由所述内部光学面入射到所述透明树脂构件的所述照明光朝向物体射出的外表面，

所述外表面具有供所述照明光穿过的曲面区域，

所述曲面区域具有与所述贯通孔之间的边界，

其中，所述内窥镜照明光学系统的特征在于，

在所述曲面区域中，向远离物体的方向发生所述曲面区域的各点自所述边界的位移，

用包含所述贯通孔的中心轴线的平面定义的截面内的所述曲面区域的形状成为所述曲面区域内的各点的倾斜角随着远离所述中心轴线而连续且单调地增加的形状，

满足以下的条件式(1)、(2)，

0.02＜Ziax/Ds＜0.08 (1)

10°＜Aiax＜35° (2)

在此，

Ziax是将所述边界作为基准地沿着所述中心轴线测量到预定的位置为止的距离时的距离，

所述预定的位置是穿过所述内部光学面的重心且与所述中心轴线平行的轴线与所述曲面区域交叉的位置，

对于距离的正负，将所述边界位于比所述预定的位置靠物体侧的位置的情况设为正，

Ds是所述透明树脂构件的最大外径，

Aiax是用包含所述中心轴线和所述预定的位置的平面定义的截面内的所述曲面区域的形状的、所述预定的位置的倾斜角，

所述倾斜角是截面形状的切线和与所述中心轴线垂直的轴线所成的角。

2.根据权利要求1所述的内窥镜照明光学系统，其特征在于，

该内窥镜照明光学系统具有多个所述非贯通孔，

至少两个所述非贯通孔相对于用包含所述中心轴线的平面定义的截面中的至少一者形成为镜像对称。

3.根据权利要求1所述的内窥镜照明光学系统，其特征在于，

所述曲面区域的形状是在所述中心轴线附近具有对称轴的轴对称的形状，能够用将距所述对称轴的距离作为变数的函数算式来定义，

满足以下的条件式(3)、(4)，

0.15＜Z[L]/Z[Ds/2]＜0.55 (3)

0.4＜A[L]/A[Ds/2]＜0.8 (4)

在此，

Z[r]是表示自所述对称轴离开距离r的所述曲面区域上的点的位移的函数，

所述位移是将所述边界作为基准地沿着所述中心轴线测量到所述曲面区域上的点为止的距离时的距离，

A[r]是表示自所述对称轴离开距离r的所述曲面区域上的点的基于Z[r]的微系数的倾斜角的函数，

L是从所述对称轴到所述内部光学面的重心的距离，

Ds是所述透明树脂构件的最大外径。

4.根据权利要求1所述的内窥镜照明光学系统，其特征在于，

所述曲面区域是在所述中心轴线附近具有对称轴的球面或非球面，

满足以下的条件式(5)，

0.55＜Roax/Ds＜2 (5)

在此，

Roax是球面中心部的曲率半径绝对值或者非球面中心部的曲率半径绝对值，

Ds是所述透明树脂构件的最大外径。

5.根据权利要求1所述的内窥镜照明光学系统，其特征在于，

所述照明构件是光导件或发光体。

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