JP2000010006A

JP2000010006A - 照明光学系及びそれを有する内視鏡装置

Info

Publication number: JP2000010006A
Application number: JP10176132A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Oide; 寿大出; Ichiji Ohashi; 一司大橋
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】白色光源を用いた場合でも赤外光を効果的に
除去することの出来る照明光学系とそれを有する内視鏡
装置を提供する。【解決手段】照明光学系は、白色光を射出する光源１
と、白色光の光束を集光する回折型レンズ３と、回折型
レンズ３より像点側に切り換え可能に配置された夫々開
口６ａを有する複数の遮蔽板６とを有している。各開口
６ａは所定の波長に対する回折型レンズ３の略集光位置
に、所定時間だけ光路内へ挿入されるように構成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可視及び赤外域の
成分を含む白色光を射出する光源を使用して、異なる帯
域光を順次照射するための照明光学系と、該照明光学系
を有する内視鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】白色光で照明した物体を、電荷結像素子
（ＣＣＤ）等の固体撮像素子を用いて撮影する撮像装置
において、カラー画像の撮像方式に、例えば、特開昭６
１−８２７３１号公報に開示されているように、照明光
をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）等に切り換える面順次
方式がある。面順次方式はＲ、Ｇ、Ｂの３色の光を順次
物体に照射して３回撮像した後、１つのカラー画像を合
成するものである。即ち、面順次方式はＲ、Ｇ、Ｂ等に
順次に切り換わる光を必要とする。このような帯域光を
実現するために、照明光学系の光路中に波長分離フィル
ターを順次挿入して、白色光を所望の帯域光毎に分離し
て照明する方法が用いられる。

【０００３】また、内視鏡や顕微鏡などの光学機器の光
源としては、キセノンランプやハロゲンランプ、メタル
ハライドランプなどが用いられている。これらは可視光
の他に紫外光、赤外光も発する。物質が赤外光を吸収す
ると熱をもつことはよく知られている。従って、光源と
して上記のような可視光以外に赤外光も発生する光源を
使用して観察対象物を照射すると、観察対象物が赤外光
を吸収するものであれば発熱してしまう。これを抑える
ために、一般には赤外カットフィルター、即ち赤外吸収
フィルターや赤外反射フィルターを光路中に入れてい
る。例えば、実開平３−５１４１１号公報に開示されて
いるように、キセノンランプから射出した白色光を、赤
外反射フィルターと赤外吸収フィルターに順に入射さ
せ、透過した光束を集光レンズで集光し、集光した光束
をライトガイドで物点まで伝送していた。これは、赤外
反射フィルター及び赤外吸収フィルターで、白色光に含
まれている赤外域の成分を反射及び吸収し、照明光から
赤外光を除去するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】赤外吸収フィルター
は、入射した光のうち赤外域の光を吸収し、それより短
波長域の光は吸収せずに透過することによって赤外光を
除去するものである。従って、このフィルターに赤外光
を含む光を入射すると、赤外光のみ除去され、透過光を
試料に照射しても試料は発熱しない。しかし、フィルタ
ー自身が赤外光を吸収するため発熱し、入射光の強度が
強い場合や長時間光を照射し続けた場合には、発熱量が
多くなり、ひびが入ったり溶けてしまったりすることが
ある。

【０００５】一方、赤外反射フィルターは、一般に多層
膜より成る干渉フィルターとして作られているので高価
である。また、赤外光を反射して除去するため、吸収フ
ィルターに比べて吸収する光のエネルギーは小さいが、
少しではあっても吸収、発熱し、やはり長時間たつうち
にはフィルターが劣化してしまう。また、赤外反射型の
干渉フィルターや赤外線吸収フィルターは、可視域の光
を１００％透過することができないため、両フィルター
を組み合わせて使用すると、透過後の光量の損失は無視
できない値となる。

【０００６】さらに、面順次方式の場合、照明光学系の
光路中に波長分離フィルターが挿入されている。この波
長分離フィルターは白色光をＲ、Ｇ、Ｂの帯域光に分離
して透過させるために用い、かかる波長分離フィルター
が挿入されていない場合に比べると、透過光の明るさは
約１／３となる。このため、面順次方式を用いる場合、
照明光としての明るさが不足するという問題がある。

【０００７】本発明は、従来の技術のこのような問題点
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、発熱することなく効果的に赤外光を除去でき、ま
た、赤外吸収フィルターや赤外反射フィルターの劣化を
大幅に防ぐことができると共に、波長分離フィルターに
よる色分離作用の負担を軽減することのできる、或いは
これらのフィルターの不要な照明光学系と、かかる照明
光学系を有する内視鏡装置を提供しようとするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による照明光学系は、少なくとも可視及び赤
外域の成分を含む白色光を射出する光源と、前記白色光
の光束を集光する回折型レンズを含む集光レンズ系と、
該集光レンズ系より像点側に切り換え可能に配置された
複数の開口とを有し、該複数の開口の各々は、所定の波
長に対する前記集光レンズ系の略集光位置に、所定時間
だけ光路内へ挿入されるようになっている。

【０００９】本発明によれば、前記回折型レンズはブレ
ーズ断面形状を有するレリーフ型であり、その溝の深さ
ｄは、波長λは０．４８μｍ≦λ≦０．５３μｍ、であ
り、ｎ（λ）を前記回折型レンズの回折パターンを形成
する媒質の波長λに対する屈折率、ｍを回折次数とした
とき、ｄ＝ｍλ／（ｎ（λ）−１）であるように選定さ
れている。

【００１０】上記目的を達成するため、本発明による内
視鏡装置は、上記特徴を有する照明光学系を備えてい
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
するに先立ち、本発明の原理及び作用効果について説明
することにする。先ず、本発明における「回折型レン
ズ」は、例えば、後藤顕也：“回折を利用した光学素
子”、「光学」２２：（１９９３）６３５−６４２及び
同７３０−７３７に述べられているように、所定の格子
のパターンを有し、レンズ作用を有する回折光学素子の
ことを指すものとする。

【００１２】本発明においては、光源から出射した白色
光を回折型レンズを含む集光レンズで集光し、光源の発
光部を結像する。回折型レンズは、レリーフ型の場合、
図１に示すように、表面に形成された深さ方向に切り込
まれた例えば同心円状のパターンによって光を回折する
ものであり、レンズ作用を有する。この回折型レンズに
よれば、複数の回折次数光が発生し、０次以外の回折次
数光は集光或いは発散する。但し、回折効率は、レリー
フ形状によって決定され、入射光の波長によって回折効
率が最も高くなる回折次数が異なる。

【００１３】先ず、集光レンズ系として、光源を出射し
た光が通過するレンズ素子として回折型レンズのみを含
む場合を考える。今、集光する方向に曲がる光を回折型
レンズの正の次数光とすると、＋１次光の焦点距離が一
番長く、＋２次光、＋３次光と次数が高くなるに従って
焦点距離が短くなる。回折型レンズに略平行光が入射す
ると、負の次数光は総て発散し、０次光は光束径が変わ
らない。そのため、＋ｍ次光（ｍ＝１，２，３，・・・・）
の結像面上には＋ｍ次光のみが結像し、他の次数光は結
像せずに広がる。

【００１４】ここで、本発明においては、回折型レンズ
の断面形状は、図１に示すようにブレーズ形状とするの
が望ましい。それは、ブレーズ形状の回折光学素子に
は、或る波長において或る回折次数光の回折効率が１０
０％になると云う性質があるためである。ブレーズ形状
の回折光学素子の回折効率は、入射光の波長λに関し
て、ブレーズ形状の山と谷の位相差が２πの整数倍とな
るとき、即ち、溝の深さｄがｄ＝ｍλ／（ｎ（λ）−ｎ₀（λ））（１）となるとき、波長λでの＋ｍ次光の回折効率は１００％
となる。ここで、ｍは整数で回折次数、ｎ（λ）は回折
光学素子の回折パターンを形成する媒質の波長λに対す
る屈折率、ｎ₀（λ）は回折面と接する媒質の波長λに
対する屈折率である。

【００１５】通常回折光学素子は空気中に置かれるた
め、以下回折面と接する媒質が空気の場合を考え、ｎ₀
（λ）≒１とする。従って、回折効率が１００％となる
溝の深さｄは次のようになる。ｄ＝（ｍλ）／（ｎ（λ）−１）（２）例えば、回折型レンズを石英で製作し、波長０．５μｍ
で＋１次光の回折効率が１００％になるように、溝の深
さｄを最適化した場合は、ｄ＝１．０８μｍとなる。こ
のときの０次光と＋１次光の回折効率の波長依存性を、
図２に示す。ただし、ここで回折光学素子は薄型とし、
表面反射は除外している。図２からわかるように、＋１
次光は可視域で回折効率が高く、０次光は赤外域で回折
効率が高い。即ち、＋１次光は可視域の成分を多く含
み、０次光は赤外域の成分を多く含むことになる。さら
に、回折型レンズの回折次数光の焦点距離は、入射光の
波長によって異なる。

【００１６】回折型レンズによる正の回折次数光に注目
すると、一般に入射光が短波長ほど回折角が小さく、長
波長ほど回折角が大きくなる。従って、焦点距離は短波
長ほど短く、長波長ほど長くなり、波長による分散を生
じることになる。回折型レンズに波長λの光が入射した
ときの＋ｍ次の回折次数光の焦点距離ｆｍ（λ）は、以
下の式のように表わすことができる。ｆｍ（λ）＝（λ₀ｆ₀）／（λｍ）（３）ここで、λ₀は任意の波長、ｆ₀はそのときの１次光の
焦点距離である。従って、焦点距離は入射光の波長λに
反比例するため、波長の増加に比例して屈折率が増加す
る負分散の波長依存の特性を有することが分かる。この
とき、回折型レンズの等価アツベ数ν_dを導出するとν
_d＝−３．４５となる。通常の光学ガラスのアツベ数は
２０〜９５であるから、回折型レンズは逆符号の分散性
を示し、さらに分散は極めて大きいことがわかる。従っ
て、図３（ａ）に示すように、反射鏡１ａと発光部１ｂ
から成る光源１から出射した波長幅を有する光束２を回
折型レンズ３を用いて集光し、波長λ₁の＋ｍ次光ｍ１
の集光点ｐ１に＋ｍ次光の光束５がちょうど透過するよ
うな大きさの開口６ａを有する遮蔽板６を置けば、波長
λ₁の＋ｍ次光の光束５は全て該開口６ａを透過するこ
とができる。しかし、波長λ₁の＋ｍ次光以外の０次光
４を含む他の回折次数光は遮蔽板６で遮られ、一部しか
通過することができないことになる。

【００１７】また、回折型レンズ３の分散の特性から、
波長λ₁の近傍の波長域の光の＋ｍ次光は、波長λ₁に
対する集光点位置近傍に集光することになる。しかし、
入射光の波長が波長λ₁から離れるに従い、＋ｍ次光の
光束５は遮蔽板６上で開口６ａの大きさより広がるた
め、殆ど開口６ａを通り抜けられなくなる。従って、遮
蔽板６により波長λ₁を略中心波長とする帯域光の＋ｍ
次光の成分のみを分離することができる。もちろん、波
長λ₁の近傍の波長域の光の＋ｍ次光以外の他の回折次
数光は遮蔽板６で遮られ、殆ど通過することができな
い。さらに、該回折型レンズ３の溝の深さｄを波長λ₁
の＋ｍ次光で回折効率が１００％になるように最適化し
ておくと、入射光に含まれる波長λ₁の成分は全て開口
６ａを透過することになる。また、波長λ₁の近傍の波
長域の光も、図２に示すように、＋ｍ次の回折効率が高
くなるため、入射光に含まれる該波長域の成分は殆ど開
口６ａを通過することになる。

【００１８】一方、図３（ｂ）に示すように、遮蔽板６
の光軸方向の位置を波長λ₁と異なる波長λ₂の＋ｍ次
の回折光ｍ₂の集光点ｐ₂に移動すると、波長λ₂を中
心波長とする帯域光の＋ｍ次光の成分のみを分離するこ
とができる。この帯域光の波長範囲は、前記の波長λ₁
の＋ｍ次光の焦点位置に配置した遮蔽板６によって分離
された帯域光の波長帯域と異なる。但し、回折型レンズ
３の溝の深さｄを波長λ₁の＋ｍ次光で回折効率が１０
０％になるように最適化しておくと、波長λ₂の近傍に
おける＋ｍ次光の回折効率は低下し、＋ｍ次光以外の他
の回折次数光の回折効率が増加する。しかし、例えば、
回折型レンズの断面形状を波長０．５μｍで＋１次光の
回折効率が１００％になるようにすると、該回折型レン
ズによる可視域での＋１次光の回折効率は概ね８０％以
上となる。よって、可視光による照明に使用する為に、
波長λ₁と波長λ₂をそれぞれ可視域の波長とすると、
波長λ₂を中心波長とする帯域光においても、効率よく
入射光に含まれる成分を分離することができる。更に第
３の波長λ₃に対する開口を同様に配置すれば、波長λ
₃近傍の帯域光のみを通過させることができる。

【００１９】以上では、集光レンズ系として光源１を出
射した光が通過するレンズ素子として、回折型レンズ３
のみを含む場合を考えたが、集光レンズ系は、更に屈折
レンズを含んでもよい。上述の通り回折の分散は、一般
レンズ材料よりなる屈折レンズに比べ、はるかに大き
く、回折型レンズの分散が支配的であるから、積極的に
色収差補正をしない限り、上述の作用は、集光レンズ系
に屈折レンズを含んでいても成り立つ。

【００２０】以下、本発明の実施の形態を図示した各実
施例に基づき説明する。実施例１図４は本発明の第１実施例の概略構成図である。図中、
図３に示したのと同一の部材には同一符号が付されてい
る。この実施例では光源１の発光部１ｂから発した光が
反射鏡１ａで反射されて略平行となり、レリーフ型の回
折型レンズ３に垂直入射するように構成されている。反
射鏡１ａと回折型レンズ３は集光レンズを構成し、発光
部１ｂから発した光を集光するようになっている。回折
型レンズ３に入射した光は回折され、複数の回折次数光
に分かれる。この場合、０次光４は回折型レンズ３を通
過して直進し、±ｍ次光は回折して集光あるいは発散す
る。回折次数光の符号は、集光する方向に曲がる場合に
正とし、発散する方向に曲がる場合に負とすると、＋１
次光の焦点距離が一番長く、＋２次光、＋３次光と次数
が高くなるにつれて焦点距離が短くなる。

【００２１】更に、回折型レンズ３より像点側の光軸上
には、好ましくは円形の開口６ａを有する遮蔽板６が複
数配置できるようにされていて、所定の時間毎に１枚ず
つ順次光学系内に挿入されるように構成されている。こ
れにより、異なる帯域光を順次観察対象物Ｏに照射する
ことができ、面順次方式の際に必要な照明光を得ること
ができる。同時に、各開口６ａに対応する波長帯域を可
視光とすれば、光源１に含まれる不要な赤外光を殆ど除
去することが出来ると共に、紫外光も各遮蔽板６上で光
束が大きく広がっているから、殆ど除去され得る。

【００２２】従って、この実施例によれば、光源１が白
色光源の場合、赤外カットフィルターを用いなくても、
効率良く赤外光を除去することができ、赤外光を吸収す
ることによって発生する熱による光学素子などの劣化や
破損を効率良く防ぐことができる。更に、赤外カットフ
ィルターを使用する場合でも、開口６ａより観察対象物
Ｏ側に赤外カットフィルター７を置けば、赤外カットフ
ィルター７に入射する照明光を殆ど含まないため、赤外
カットフィルター７で発生する熱も大幅に減り、フィル
ターの破損や劣化も防ぐことができる。又、複数の遮蔽
板６を光学系内に順次配置するため、各遮蔽板６により
決定される帯域光を順次分離することができ、波長分離
フィルターを用いずに面順次方式に用いるのに必要な帯
域光から成る照明光が得られる。

【００２３】この場合、回折型レンズ３はブレーズ断面
形状を有するレリーフ型であり、任意の波長λに関して
回折光の回折効率を１００％にすることが出来る。波長
λの光の＋ｍ次光の回折効率を１００％にするように回
折型レンズの溝の深さｄを最適化した場合、回折型レン
ズ３の回折パターンを形成した媒質の波長λに対する屈
折率をｎ（λ）、回折次数をｍとすると、溝の深さｄは
ｄ＝ｍλ／（ｎ（λ）−１）で表われる。このとき、波
長λ近傍の光の＋ｍ次光の回折効率は、波長λをピーク
として、波長λから離れるに従い回折効率が減少するよ
うな振る舞いとなる。但し、波長λより短波長側の方が
より回折効率の減少が大きくなる。従って、０．４８μ
ｍ≦λ≦０．５３μｍの範囲で＋ｍ次光の回折効率が１
００％になるように回折型レンズ３の溝の深さを設定す
ると、可視光の全域において＋ｍ次光の回折効率は高く
なる。このように、本実施例によれば、光源１に含まれ
る可視光の成分を効率良く照明光として利用することが
可能で、実用上充分に明るい照明光を得ることができ
る。

【００２４】実施例２図５は本発明の第２実施例の概略構成図である。この実
施例は、可視光域で夫々異なる波長λ₁（例えば０．４
３μｍ），λ₂（例えば０．５３μｍ），λ₃（例えば
０．６２μｍ）の各１次光５ａ，５ｂ，５ｃの集光位置
に夫々後述の如き開口６ａ，６ｂ，６ｃを配置した回転
遮蔽板６Ａ，６Ｂ，６Ｃと、開口６ａ，６ｂ，６ｃを通
過した光をライトガイド９の入射端面９ａへ導びくリレ
ーレンズ系８を設けて、光源１からの光をライトガイド
９を介して観察対象物へ照射させるようにした点で、第
１実施例とは異なる。図中、１０は回転遮蔽板６Ａ，６
Ｂ，６Ｃの共通の回転軸である。図６は上記回転遮蔽板
６Ａ，６Ｂ，６Ｃの詳細構造を示しており、（ａ）は正
面図、（ｂ）は斜視図である。この図から明らかなよう
に、各遮蔽板６Ａ，６Ｂ，６Ｃは夫々円弧状の開口６
ａ，６ｂ，６ｃを有する扇形をなしていて、各開口が波
長λ₁，λ₂，λ₃の各１次光の集光位置に配置される
ように所定の間隔を置いて回転軸１０に取付けられ、正
面から見たとき全体として一枚の円盤を形成するように
配置されている。

【００２５】本実施例は上記のように構成されているか
ら、波長λ₂＝０．５３μｍの＋１次光の焦点距離ｆ₂
を１００mmとすれば、波長λ₁の１次光の焦点距離ｆ₁
は１２３mm、波長λ₃の１次光の焦点距離ｆ₃は８５mm
となる。回転遮蔽板６Ａ，６Ｂ，６Ｃを回転軸１０によ
り一定速度で回転させると、一定時間毎に開口の位置が
切り換わる。例えば、波長λ₂の＋１次光の焦点位置に
開口６ｂがあると、波長λ₂の＋１次光の成分５ｂは殆
と開口６ｂを通過し、波長λ₂近傍の波長域の＋１次光
の一部は開口６ｂを通り抜けることができて、波長λ₂
を略中心波長とする帯域光を分離することができる。こ
の場合、開口の大きさ即ちスリットの幅によって透過す
る帯域光の波長域の幅は異なるが、各スリットの幅は発
光部１ｂの大きさに集光レンズの波長λに対する倍率を
掛けた値若しくはそれ以下とするのが好ましい。スリッ
ト幅を上記値よりも小さくすれば、開口を通過する帯域
光の波長の幅が狭くなるため、透過光量は減るが、白色
光から帯域光を分離する性能は向上することになる。

【００２６】また、回折型レンズ３の溝の深さｄが１．
０８μｍのとき、図２に示すように、可視域では＋１次
光の回折効率が高く、特に波長λ₂近傍の波長域では＋
１次光の回折効率は略１００％となるため、光源１に含
まれる波長λ₂近傍の波長域の成分を効率よく分離し
て、照明光として用いることができる。一方、＋１次光
以外の他の次数光は、入射光の波長によらず、殆ど開口
６ｂで遮られることになる。従って、回折型レンズ３の
溝の深さｄが１．０８μｍのとき、赤外光では０次光の
回折効率が高くなるため、赤外光を赤外カットフィルタ
ー等を使用しなくても、開口６ｂによって光源１に含ま
れる赤外光を効率よく除去することができる。同様に、
波長λ₁やλ₃の焦点位置に開口を配置した場合も各波
長を中心波長とする帯域光に分離することができる。そ
のため、波長λ₁や波長λ₃を夫々略中心波長とする帯
域光に分離することができ、波長分離フィルターを用い
ずに異なる帯域光毎に順次分離することができる。但
し、図２に示すように、波長λ ₁や波長λ₃付近の波長
域では＋１次光の回折効率が、波長λ₁付近における回
折効率に比べて若干下がる。しかし、波長λ₁や波長λ
₃付近の波長域においても回折効率は略８０％程度とな
るため、実質上問題なく使用することができる。

【００２７】尚、回折型レンズ３で回折され、光路から
外れたり遮蔽板６Ａ，６Ｂ．６Ｃで遮られた回折次数
光、特に０次光４は赤外域の成分を多く含むため、これ
らの回折次数光で照射される鏡筒部分や遮蔽板で熱が発
生する。そこで、例えば、鏡筒を空冷或いは水冷しても
よい。また、遮蔽板に放熱板を付けて、発生する熱の発
散を促進させるようにしてもよい。このようにすること
により、鏡筒や遮蔽板が熱を持つのを防ぎ、鏡筒や遮蔽
板自体の劣化や破損、またそこから伝わった熱による光
学素子や他の部品の劣化、破損を防ぐことができる。

【００２８】本実施例は、光源１と回折型レンズ３と遮
蔽板６Ａ，６Ｂ，６Ｃを含む光源ユニットと観察対象物
Ｏとが離れていたり、間に遮光物があって直接照明光を
照射できない場合に好適に使用できる。リレーレンズ系
８は、回折型レンズ３によって発生した色収差等を補正
し、開口６ａ，６ｂ，６ｃを通過した＋１次光５のみを
集光してライトガイド９の入射端面９ａへ導びくため、
他の回折次数光はライトガイド９へ入射することができ
ない。従って、赤外光の強度を一層減少させることが可
能であり、各光学素子の熱による劣化や破損を更に効果
的に防ぐことができるようになる。

【００２９】本実施例において、回折型レンズ３は石英
製であることが望ましい。石英は、約０．２μｍから約
４μｍの範囲において透過率が高い。即ち、波長約４μ
ｍ以下の赤外光を入射しても殆ど吸収せず、透過するこ
とになる。光源としてよく用いられているハロゲンラン
プやキセノンランプ、メタルハライドランプなどは、波
長３μｍ程度より短波長で強度が強く、それより長波長
域ではあまり強くはない。従って、回折型レンズ３が石
英製であれば、光源１から発生する赤外光は殆ど吸収さ
れずに回折型レンズ３を透過し、回折によって光路から
外れることになる。そのため、回折型レンズ３の中で熱
は殆ど発生せず、回折型レンズ３の熱による劣化や破損
を効果的に防ぐことができる。

【００３０】また、回折型レンズ３のレリーフパターン
の溝の深さｄは、＋１次光の回折効率が可視光域で高く
なるような深さであることが望ましい。記述の説明で
は、溝の深さｄを波長λ＝０．５μｍの１次光で最適化
し、λ＝０．５μｍの１次光の回折効率を１００％とな
るようにしたが、最適化する波長λは０．４８μｍ≦λ
≦０．５３μｍであればよい。この場合、石英基板を用
いると、溝の深さｄは１．０４μｍ≦ｄ≦１．１５μｍ
となる。回折型レンズ３の溝の深さｄが、この範囲内で
あれば波長λ₁，λ₂，λ₃における＋１次光の波長に
おける回折効率は８０％以上となり、実用上十分な効果
を得ることが出来る。従って、＋１次光５を用いて、必
要な波長全域で実用上十分に明るい照明光を得ることが
出来る。更に、遮蔽板６Ａ，６Ｂ，６Ｃを配置する際、
波長λ₁，λ₂，λ₃としてλ₁＝０．４３μｍ，λ₂
＝０．５３μｍ，λ₃＝０．６２μｍの各＋１次光の結
像面に開口６ａ，６ｂ，６ｃを配置するようにしたが、
各波長λ₁，λ₂，λ₃は、０．４０μｍ≦λ₁≦０．
４５μｍ，０．４８μｍ≦λ₂≦０．５５μｍ，０．５
９μｍ≦λ₃≦０．６３μｍの範囲にあればよい。各波
長がこの範囲にあれば、実質上の光の３原色の帯域光毎
に分離して照射したものとなる。

【００３１】以上は、光路中に赤外カットフィルターを
置かない場合について説明したが、赤外カットフィルタ
ーを光路中に置いてもよい。このとき、赤外カットフィ
ルターは、遮蔽板と観察対象物の間に置くのが望まし
い。すると、わずかではあるが、開口を透過する赤外域
の成分を赤外カットフィルターで除去できるため、照明
光からさらに効率によく赤外光を除去して、各光学素子
の熱による劣化や破損をさらに効果的に防ぐことが出来
るようになる。尚、遮蔽板６Ａ，６Ｂ，６Ｃの回転に同
期して、各帯域光で照明したときに夫々撮影を行い、後
でこれを合成すればカラー画像を得ることができる。

【００３２】実施例３図７は本発明の第３実施例の概略構成図である。この実
施例は第２実施例と同様に集光レンズ系と開口を用いて
面順次を実現すための照明光学系を構成したもので、光
源１と回折型レンズ３の間に凸パワーを有する屈折レン
ズ１１を集光レンズ系の素子の一つとして配置したもの
である。回折型レンズ３は、一般に図１に示すように、
光軸から離れるに従い、レリーフパターンの間隔が狭く
なる。従って、反射鏡１ａを備えた光源１からの光が、
平行光２として回折型レンズ３に入射する場合に、平行
光２の光束径が大きくなると、回折型レンズ３のレリー
フパターンの間隔は狭くなり、回折型レンズの製作が困
難になる。この場合、回折型レンズ３の焦点距離を長く
すると、レリーフパターンの間隔は広くなるため、回折
型レンズ３の製作は容易になるものの、光学系が大きく
なる。

【００３３】そこで、光源１から照射される平行光２を
凸パワーを有する屈折レンズ１１によって収束光２とし
て回折型レンズ３に入射するように構成すると、必要な
パワーを屈折レンズ１１と回折型レンズ３で分担するこ
とになるので、回折型レンズ３で必要なパワーが小さく
なる。従って、回折型レンズ３のレリーフパターンの間
隔は狭くすることなく、同様の効果を得ることができ
る。

【００３４】尚、この第３実施例は各種の変形、変更が
可能である。例えば、第３実施例では平面にレリーフパ
ターンを形成したが、図８に示すように、凸面基板上に
レリーフパターンを形成してもよい。このように凸面上
にレリーフパターンを形成して回折型レンズ３′として
用いる場合は、回折型レンズとして必要なパワーを屈折
面である球面と回折面であるレリーフパターンとで分担
するようになり、レリーフパターンが分担するパワーが
小さくなり、各レリーフパターンの間隔は大きくなる傾
向となる。従って、凸パワーを有する屈折レンズ１１を
配置したときと同様の効果を得ることができる。

【００３５】実施例４図９は本発明の第４実施例の概略構成図である。この実
施例は第２実施例と同様に集光レンズ系と開口を用いて
面順次を実現するための照明光学系を構成したもので、
光源１からの光が回折型レンズ３に収束波２′として入
射するように形成した反射鏡１ａ′を用いた点で、第２
実施例とは異なる。この実施例によれば、屈折レンズを
用いずに、第３実施例で述べたのと同様の効果を得るこ
とができる。

【００３６】尚、この第４実施例は各種の変形、変更が
可能である。例えば、図１０に示す変形例では、反射鏡
１ａ′により光源１からの光を収束光として出射させ、
更に凹パワーを有する屈折レンズ１２を用いて、所望の
収束角を有する収束光として回折型レンズ３に入射する
ように配置したものである。この場合、一般に凹パワー
を有するレンズによって生じる色収差は、回折型レンズ
３によって生じる色収差と同じ方向となり、波長λ₁，
λ₂，λ₃の１次光の焦点位置の間隔は広がることにな
る。従って、遮蔽板６Ａ，６Ｂ，６Ｃの配置が容易にな
る。

【００３７】実施例５図１１は本発明の第５実施例の概略構成図である。この
実施例は既述の実施例と同様に集光レンズ系と開口を用
いて面順次を実現するための照明光学系を構成したもの
で、開口のさらに射出側に波長分離フィルター１３を配
置したものである。波長分離フィルター１３は、図１２
に示すように、各々透過波長域の異なる３種類のバンド
パスフィルター１３ａ，１３ｂ，１３ｃを夫々照明光の
光束より大きな領域を有し、且つ所定の中心角を持つよ
うな扇形に形成し、それらを同一面に組み合わせること
により形成されている。尚、各バンドパスフィルター１
３ａ，１３ｂ，１３ｃは、例えば、複数の光学薄膜を積
層した干渉フィルターや、より簡単に特定の波長幅で吸
収を有するカラーフィルター等により構成すると共に、
その透過波長範囲は、波長λ₁，波長λ₂，波長λ₃を
夫々略中心波長とし、更に、波長λ₁，λ₂，λ₃の１
次光の集光位置に配置した遮蔽板６Ａ，６Ｂ，６Ｃによ
り分離される帯域光の波長範囲よりも狭くなるように選
定されている。波長分離フィルター１３は、遮蔽板６
Ａ，６Ｂ，６Ｃと同期して回転し、開口６ａ，６ｂ，６
ｃの位置で１次光が集光面となる波長と波長分離フィル
ター１３の中心波長が常に一致するようにされている。
遮蔽板６Ａ，６Ｂ，６Ｃのみで色分離をする場合、遮蔽
板６Ａ，６Ｂ，６Ｃの透過波長範囲は、図１３に示すよ
うに、開口６ａ，６ｂ，６ｃを配置した位置が＋１次光
の焦点となる波長λ₁，λ ₂，λ₃を中心に広く分布す
ることになる。

【００３８】一般に、面順次走査によりカラー画像を合
成する場合、各帯域光の波長分布は図１４に示すように
各帯域光の波長分布を矩形型とし、各帯域光の波長分布
の重なりが殆どないようにする必要がある。このような
場合、開口６ａ，６ｂ，６ｃのみの色分離の作用では不
十分である。従って、開口によって分離した帯域光をさ
らに波長分離フィルターを用いて所望の波長分布として
照明光として用いる。但し、本実施例で示した構成のよ
うに、開口と波長分離フィルターを組み合わせた場合と
では、波長分離フィルターのみで上記の帯域光の波長分
布を実現する場合に比べて、各波長分離フィルターにか
かる性能が異なる。即ち波長分離フィルターと開口を組
み合わせた場合、開口によって波長範囲が制限されてい
るため、波長分離フィルターの作用の負担が軽減され、
容易に所望の矩形の波長分布を有する帯域光を得ること
が出来る。又、波長分離フィルター１３に入射する光
は、開口６ａ，６ｂ，６ｃにより光源１に含まれている
赤外光が殆ど除去されているため、波長分離フィルター
１３の熱による劣化や破損は防止され得る。

【００３９】実施例６図１５は本発明の第６実施例の概略構成図である。この
実施例は、集光レンズと遮蔽板を用いて面順次を実現し
た照明光学系を用いて、面順次方式の内視鏡装置を構成
したものである。第２実施例として示された照明光学系
（図５）を含む光源部１４からライトガイド９に入射し
た照明光は、ライトガイド９内を伝搬し、赤、緑、青の
３色の照明光が順次観察対象物Ｏに投影される。ライト
ガイド９は、内視鏡挿入部１５を経て湾曲部１６まで延
びている。挿入部１５及び湾曲部１６には、ライトガイ
ド９の他にイメージガイドや送吸気用チューブなども通
っている。観察対象物Ｏで反射した光は、対物レンズ１
７によってＣＣＤ等の撮像素子１８上に結像される。各
色の像は、信号線１９によってビデオシステムセンサー
２０に伝送され、ここで画像処理されて１枚のカラー画
像を形成し、モニター画面２１上に表示される。

【００４０】光源部１４内の照明光学系は、すでに説明
したように、赤外域の成分を除去し、可視域の成分のみ
をライトガイド９に入射させて、主に可視域の帯域光成
分からなる照明光を得ることができるものである。従っ
て、赤外光は効果的に除去され、また、赤外吸収フィル
ターや赤外反射フィルターの劣化を大幅に防ぐことがで
き、或いはこれらフィルターを不要とするため、光源部
は安価且つ高い耐久性を有するものとして製作され得
る。また、ライトガイド９やその他の光学素子に赤外光
が入射しないため、ライトガイド９や光学素子で熱が発
生せず、熱による劣化や破損を効果的に抑えることがで
き、安価で耐久性の高い内視鏡システムを容易に得るこ
とができる。

【００４１】以上説明したように、本発明による照明光
学系は、特許請求の範囲に記載した特徴の他に下記の如
き特徴を有する。（１）前記複数の開口は３つであり、各開口の位置
は、夫々波長λ₁（０．３５μｍ≦λ₁≦０．４５μ
ｍ）と波長λ₂（０．４８μｍ≦λ₂≦０．５５μｍ）
と波長λ₃（０．６５μｍ≦λ₃≦０．８μｍ）に対す
る前記集光レンズ系の集光位置であることを特徴とする
請求項１に記載の照明光学系。これによ、カラー画像の
撮像方法である面順次方式の照明光として、必要なＲ、
Ｇ、Ｂの帯域光を容易に得ることが出来る。

【００４２】（２）前記複数の開口の各々は、円形又は
スリット状であり、且つ前記集光レンズ系の光軸に垂直
な少なくとも一方向において、前記光源の発光部の大き
さに前記集光レンズ系の倍率を乗じた値以下の大きさを
有していることを特徴とする請求項１に記載の照明光学
系。これにより、照明の明るさと、不要波長光の除去作
用を共に確保することが出来る。

【００４３】（３）前記複数の開口と同数の波長分離フ
ィルターを更に有し、該複数の開口と波長分離フィルタ
ーが同時に切り換わるようにしたことを特徴とする請求
項１に記載の照明光学系。これにより、不要次数光と、
色分離作用を向上させることができる。

【００４４】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、白色光源を
用いても、不必要な波長域の光例えば赤外光や紫外光の
大半を効率良く除去することができ、赤外カットフィル
ターを用いなくても赤外光を吸収することによって発生
する熱による光学素子などの劣化や破損を効率良く防ぐ
ことの出来る照明光学系を提供することが出来る。又、
本発明によれば、波長分離フィルターを用いずに面順次
方式に用いるのに必要な帯域光から成る照明光が得られ
る照明光学系を提供することが出来る。又、本発明によ
れば、照明光学系から観察対象物までの間にある光学素
子の熱による破損や劣化を防止することができ、耐久性
の高い内視鏡装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回折型レンズの平面形状の断面形
状を示す図である。

【図２】回折型レンズの０次光と＋１次光の回折効率の
波長依存性を示す特性線図である。

【図３】回折型レンズを用いて特定の波長域の光を分離
する状態を示す図で、（ａ）は波長λ₁の＋ｍ次光の光
束のみを分離した状態を、（ｂ）は波長λ₂の＋ｍ次光
の光束のみを分離した状態を夫々示している。

【図４】本発明に係る照明光学系の第１実施例の概略構
成を示す図である。

【図５】本発明に係る照明光学系の第２実施例の概略構
成を示す図である。

【図６】第２実施例に用いられている遮蔽板を示す図
で、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。

【図７】本発明に係る照明光学系の第３実施例の概略構
成を示す図である。

【図８】第３実施例の変形例の概略構成を示す図であ
る。

【図９】本発明に係る照明光学系の第４実施例の概略構
成を示す図である。

【図１０】第４実施例の変形例の概略構成を示す図であ
る。

【図１１】本発明に係る照明光学系の第５実施例の概略
構成を示す図である。

【図１２】第５実施例において用いられる波長分離フィ
ルターの正面図である。

【図１３】各遮蔽板の透過波長範囲を示す線図である。

【図１４】面順次走査によりカラー画像を合成する場合
の各帯域光の波長分布を示す線図である。

【図１５】本発明の第６実施例の概略構成を示す図であ
る。

【符号の説明】１光源１ａ，１ａ′ 反射鏡１ｂ発光部２平行光２′ 収束光３，３′ 回折型レンズ４０次光５＋ｍ次光の光束５ａ，５ｂ，５ｃ１次光６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ遮蔽板６ａ，６ｂ，６ｃ開口７赤外カットフィルター８リレーレンズ系９ライトガイド９ａ入射端面１０回転軸１１，１２屈折レンズ１３波長分離フィルター１３ａ，１３ｂ，１３ｃバンドパスフィルター１４光源部１５内視鏡挿入部１６湾曲部１７対物レンズ１８撮像素子１９信号線２０ビデオシステムセンサー２１モニタ画面Ｏ観察対象物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも可視及び赤外域の成分を含む
白色光を射出する光源と、前記白色光の光束を集光する
回折型レンズを含む集光レンズ系と、該集光レンズ系よ
り像点側に切り換え可能に配置された複数の開口とを有
し、該複数の開口の各々は、所定の波長に対する前記集
光レンズ系の略集光位置に、所定時間だけ光路内へ挿入
されるようにした照明光学系。
【請求項２】前記回折型レンズはブレーズ断面形状を
有するレリーフ型であり、その溝の深さｄは、ｄ＝ｍλ
／（ｎ（λ）−１）である請求項１に記載の照明光学
系。但し、波長λは０．４８μｍ≦λ≦０．５３μｍ、
ｎ（λ）は前記回折型レンズの回折パターンを形成する
媒質の波長λに対する屈折率、ｍは回折次数である。
【請求項３】請求項１に記載の照明光学系を備えた内
視鏡装置。