JP2000193895A - 内視鏡用照明光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い観察範囲に亘って配光特性が良好で且つ
加工性、組み立て性の良い小型の内視鏡用照明光学系を
提供する。 【解決手段】 光源装置からの光を物体側へ導びくライ
トガイド２の射出端に配置された正のパワーを有するレ
ンズ１１と、該レンズ１１よりも物体側に配置されたフ
ライアイレンズ８との組み合わせから成っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に広い観察範囲
を照明し得る内視鏡用照明光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の内視鏡用照明光学系の一例
を示しているが、この例のように内視鏡用照明光学系に
正のパワーを有するレンズ１を用いた場合は、図示しな
い光源装置からライトガイド２を介して導かれた照明光
は一度集束して観察範囲を照射するため、照明光学系の
外径をライトガイド２の外径と同程度に小さくできる。
しかし、この場合、物体面Ｏ上には図６（ａ）に示すよ
うにライトガイド２の射出端面が結像される。通常ライ
トガイド２は複数の光ファイバーを束ねることにより構
成されており、光源装置からの光は各光ファイバーのコ
アー部分のみを透過するので射出端面は図６（ｂ）に示
すように網目状となり、このため図６（ｃ）に示すよう
に物体面Ｏ上に網目状の配光ムラが生じるという問題点
がある。

【０００３】そこで、この問題点を解決するために、従
来図７に示すように照明光学系に単ファイバー３を挿入
したものが提案されている（特開平５−１５７９６７
号、特開平６−１４８５１９号公報参照）。即ち、この
単ファイバー３により、ライトガイド１の射出端面の結
像位置を照明光学系の近傍またはレンズ内部になるよう
にし、また単ファイバー３の側面で反射する光線による
拡散効果により、ライトガイド１の射出端面からの射出
光を均一化させることで、物体面Ｏ上に網目状の配光ム
ラが生じないようにしている。しかし、網目状の配光ム
ラが生じないまでの拡散効果を単ファイバー３により得
るには、単ファイバー３の長さを十分にとる必要があ
る。従って、照明光学系の全長が長くなり、そのため図
８に示すように硬質部長といわれる内視鏡先端部から湾
曲する部分までの長さＬも長くなり、内視鏡の操作性が
悪化してしまうという問題点があった。

【０００４】また、観察範囲が１２０度から１４０度程
度の広角の内視鏡に使用される照明光学系では、配光を
向上させるために少なくとも図７に示したように非球面
レンズ４が１枚、又は図９に示したように球面レンズ
５，６の複数枚が必要となる。また、体内への内視鏡の
挿入性を向上させるために、内視鏡の先端外径を細くす
る必要があるが、同時に照明光学系の外径も細くする必
要がある。例えば、照明レンズの外径を１mm程度にする
場合、図７に示した非球面レンズ４又は図９に示した球
面レンズ５，６の加工が困難になるという問題点があ
る。また、レンズの偏芯等による配光の変化が大きくな
るために、照明系の組み立て性も悪化するという問題点
がある。以下に図９に示した内視鏡用照明光学系のレン
ズデータ（全長３．１３４６mm）を示す。但し、ライト
ガイド１の直径は０．８mmである。 面番 曲率半径 面間隔 屈折率 アツベ数 レンズ外径 １ ∞ 0.7830 1.88300 40.76 0.99 ２ -0.6500 0.0348 空気 ３ 0.8014 0.6000 1.88300 40.76 0.99 ４ ∞ 0.0348 空気 ５ 1.800 1.6820 1.72825 28.46 0.99

【０００５】ところで、前述の網目状の配光ムラを防止
するために、従来、図１０に示すようにライトガイド１
の射出端面の前面にすりガラス等の光拡散体７を用いた
光学系が提案されている（特開平１−１９８７１７号公
報参照。）しかし、このようなすりガラス等の光拡散体
７では、配光を効率的に広角化することは出来ない。即
ち、配光を広角化するには、光拡散面の形状を粗くする
必要があるが、その場合、光拡散面で照明光が全反射す
る等により効率的に照明光を観察範囲に導けないという
問題点がある。また、配光の制御も困難であるという問
題点もある。即ち、観察範囲が１２０度から１４０度程
度の広角の内視鏡に使用される照明光学系では、少なく
とも非球面レンズ１枚と光拡散体７又は複数の球面レン
ズと光拡散体７とを組み合わせなければならない。よっ
て、照明レンズの外径を小さくする場合レンズの加工
性、組み立て性等の問題が残る。

【０００６】ところで、従来、配光を広角化するため
に、図１１に示すようにライトガイド２の射出端面にフ
ライアイレンズ８と平凹レンズ１０を配置することが提
案されている（特開平８−１２２６６１号公報参照）。
しかしながら、この構成では、フライアイレンズ８によ
り広角化した照明光は、メカ枠９の内面で反射・吸収さ
れる割合が大きくなる。メカ枠９で反射した光は、照明
光学系内部で乱反射を繰り返し、効率的に観察範囲を照
明できないという問題点がある。また、メカ枠９の温度
が上昇するといった問題点がある。一方、これらの問題
を回避するために、メカ枠９の内径を大きくすると内視
鏡の先端外径が大きくなるという問題が発生する。な
お、特許第２７７６１０７号に開示された光源光学系で
は、均一な強度分布の光を得るためにフライアイレンズ
を用いているが、この構成では光学系の全長を短縮した
り配光の広角化を図ったりすることは難しく、内視鏡用
照明光学系に適用することは出来ない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
の有する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、広い観察範囲に亘って配
光特性が良好で、且つ加工性組み立て性の良い小型の内
視鏡用照明光学系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、本発明による内視鏡用照明光学系は、光源装置から
の光を物体側へ導びくライトガイドの射出端に配置され
た、正のパワーを有するレンズとフライアイレンズとを
組み合わせて成っている。

【０００９】本発明によれば、フライアイレンズは正の
パワーを有するレンズよりも物体側に配置されている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
した実施例に基づき説明する。実施例１ 図１は本発明による内視鏡用照明光学系の第１実施例を
示す断面図である。図中、従来例で示したのと同様の光
学要素には同一符号が付されている。この実施例では、
照明光学系は、ライトガイド２の射出端面に凸面を向け
た凸レンズ１１と該凸レンズ１１の前側（物体側）に配
置されたフライアイレンズ８とから成っている。以下に
本実施例のレンズデータ（全長１mm）を示す。この場
合、ライトガイド２の外径は０．８mm、両レンズ１及び
８の外径は０．９９mmである。 面番 曲率半径 面間隔 屈折率 アツベ数 １ ∞ 0.3000 1.88300 40.76 ２ ∞ 0.1000 空気 ３ ∞ 0.6000 1.88300 40.76 ４ -0.7000 0.0000 空気 上記第２面は曲率半径−０．０７mm、面間隔０．０２３
３mmのレンズが、ピッチ０．０８mm間隔の正方配列で二
次元状に配列されている。

【００１１】フライアイレンズ８は、図２に明示された
ように微小なレンズを平面上に多数配置したものである
ために、通常の球面レンズと同程度に効率的に配光の広
角化及び制御が可能である。また、フライアイレンズ８
によってライトガイド２の射出端面の微小領域の像が物
体上で重ね合わされるために、網目状の配光ムラを除去
できる。このようにフライアイレンズ８を用いれば、図
９に示した如く単ファイバー３と球面レンズ５，６とを
組み合わせたものと同様の効果を実現することが出来る
ため、光学部材の数を削減することができ、組み立て性
の向上と全長の短縮が可能となる。また、同程度のＮＡ
をもつ球面レンズ５（図９参照）に比べてフライアイレ
ンズ８では中肉厚を薄くできるために、光学系全長の更
なる短縮が可能である。

【００１２】また、フライアイレンズ８は微小な球面レ
ンズを平面上に多数配列したものであるために、フライ
アイレンズ８が偏芯する等の組み立て誤差による配光変
化は殆ど発生しない。また、フライアイレンズ８は平行
平板に近い形状をしているために、凸レンズ１１との接
合も容易である。例えば、接合に使用する接着剤には、
光学的に透明で耐熱性のあるものを用いれば良い。従っ
て、他の光学部材と接合することにより、照明光学系の
組み立て性を更に向上させることも可能である。一般
に、球面レンズや非球面レンズは研摩または成形等によ
って加工されるが、レンズ外径が小さくなるに従いレン
ズの曲率半径も小さくなるために加工性は悪化する。こ
れに対して、フライアイレンズは、フォトリソグラフィ
ー法、イオン交換法等によって大きな平面基板上に作成
され、これを所望の外径に切り取ることにより照明光学
系に使用できるようになるため、加工性は外径によって
影響を受けることはない。以上の説明で明らかなよう
に、本実施例によれば、光学部材の枚数を削減し、且つ
光学系の全長を大幅に短縮できるばかりか、製造段階で
の歩留まりが向上し、原価低減も可能である。

【００１３】また、本実施例では、正のパワーを有する
凸レンズ１１よりも物体側にフライアイレンズ８を配置
したので、正のパワーをもつレンズ１１はライトガイド
２からの照明光を効率的にフライアイレンズ８の中心部
（光軸近傍）に集光する。フライアイレンズ８により、
照明光は更に広角化するが、光軸近傍から照明光が広角
化するため、メカ枠に照明光が入射する割合が低くな
る。従って、効率的に観察範囲に照明光を導くことがで
きる。

【００１４】なお、本実施例では、正のパワーを有する
レンズとして平凸レンズ１１を使用している。しかし、
正のパワーを有するレンズとして両凸レンズ、正のパワ
ーを持つメニスカスレンズ、非球面レンズまたは複数枚
のレンズを組み合わせて使用しても良い。また、本実施
例のフライアイレンズ８の各構成レンズは正のパワーを
有する凸面形状を使用しているが、凹面形状、非球面形
状又はそれらの組み合わせを使用しても良い。例えば負
のパワーを有する凹面形状を使用すると、ライトガイド
２の射出端面の像が結像しないために、網目状の配光ム
ラを更に除去することが出来る。また、非球面形状とし
て、図７に示した非球面レンズの縮小値を用いることに
より良好に配光を広角化することも出来る。

【００１５】実施例２ 図３は本発明の第２実施例を示している。この実施例に
おける照明光学系は、フライアイレンズ８の微小レンズ
が物体側を向くように配置され且つフライアイレンズ８
の物体側にカバーガラス１２が設けられている点で、第
１実施例とは異なる。内視鏡では、胃液等の体液や洗浄
に使われる薬液に対する耐性が必要とされる。そのた
め、照明光学系の第一レンズ即ち内視鏡の先端外面に配
置されるレンズの硝材にも上記の耐性が必要となるため
に、使える硝材は限定される。本実施例では、カバーガ
ラス１２を配置することにより、フライアイレンズ８の
硝材に自由度が増すという利点がある。例えば、カバー
ガラス１１の硝材には、サファイア、Ｓ−ＬＡＨ５８、
Ｓ−ＢＳＬ７（何れも株式会社オハラ製ガラスの商品
名）等の耐薬性のあるものを使用すれば良い。また、本
実施例では、フライアイレンズ８の微小レンズアレイ面
を物体側に向けているために、フライアイレンズによっ
て広角化した照明光が、メカ枠に到達する割合を小さく
することができ、効率的に観察範囲を照明することがで
きる。なお、凸レンズ１１、フライアイレンズ８及びカ
バーガラス１２は接合されても良いので、組み立て性を
向上させることができる。

【００１６】実施例３ 図４は本発明の第３実施例を示している。この実施例に
おける照明光学系は、凸レンズ１１の物体側に微小レン
ズアレイ面が互いに向き合うようにされた二枚のフライ
アイレンズ８，１３が配置されている点で、既述の何れ
の実施例とも異なる。この実施例では、二枚のフライア
イレンズを使用しているため、照明光の更なる広角化が
可能である。この場合、フライアイレンズ１３の各構成
レンズの径（レンズピッチ）はフライアイレンズ８の各
構成レンズの径（レンズピッチ）よりも大きいことが望
ましく、又、フライアイレンズ１３の各構成レンズのＮ
Ａ（開口数）はフライアイレンズ８の各構成レンズのＮ
Ａよりも小さいことが望ましい。フライアイレンズ１３
の各構成レンズのＮＡが大きいと、照明光が大きく曲げ
られてメカ枠で反射・吸収される割合が多くなり、効率
的に観察範囲を照明できなくなる。そのため、例えば、
フライアイレンズ８の各構成レンズのＮＡは０．４以
上、フライアイレンズ１３の各構成レンズのＮＡは０．
４以下とすれば良い。各構成レンズのＮＡは、各構成レ
ンズの焦点距離と径の比で決まる。ＮＡを一定にして各
構成レンズの径を大きくすると、焦点距離が長くなり、
照明光の集光点を物体側に移動させることが出来る。従
って、フライアイレンズ１３で広角化された照明光がメ
カ枠で反射・吸収される割合が小さくなる。例えば、フ
ライアイレンズ１３の各構成レンズの径をフライアイレ
ンズ８の各構成レンズの径の二倍以上に設定すれば良
い。

【００１７】以上説明したように、本発明の内視鏡用照
明光学系は、特許請求の範囲に記載した特徴のほかに、
下記の特徴を有している。 （１）フライアイレンズは二次元的に配置された多数の
レンズから成っている請求項１に記載の内視鏡用照明光
学系。

【００１８】（２）フライアイレンズを構成する前記多
数のレンズは夫々正または負のパワーを有している上記
（１）に記載の内視鏡用照明光学系。

【００１９】（３）フライアイレンズを構成する前記多
数のレンズは夫々非球面形状を有している上記（２）に
記載の内視鏡用照明光学系。

【００２０】（４）正のパワーを有する前記レンズは、
その光軸に平行に入射した光が前記フライアイレンズの
中心部に集光するように配置されている請求項１に記載
の内視鏡用照明光学系。

【００２１】（５）正のパワーを有する前記レンズの集
光位置は前記フライアイレンズのレンズ面よりも物体側
になるように構成されている上記（４）に記載の内視鏡
用照明光学系。

【００２２】（６）正のパワーを有するレンズとフライ
アイレンズとを偏芯調整することなしに接合して照明光
学系を構成する工程と、この照明光学系をライトガイド
の射出端面の前に取り付ける工程とを含む、内視鏡用照
明光学系の組み立て法方法。

【００２３】（７）フライアイレンズは二枚のフライア
イレンズから成っている請求項１に記載の内視鏡用照明
光学系。

【００２４】（８）前記二枚のフライアイレンズは、該
フライアイレンズを構成する多数のレンズが互いに向き
合うように配置されている上記（７）に記載の内視鏡用
照明光学系。

【００２５】（９）前記二枚のフライアイレンズのうち
物体側に配置されたフライアイレンズを構成する多数の
レンズの各々のＮＡは、他方のフライアイレンズを構成
する多数のレンズの各々のＮＡよりも大きい上記（７）
に記載の内視鏡用照明光学系。

【００２６】（１０）照明光学系の物体側にサファイ
ア，Ｓ−ＬＡＨ５８（株式会社オハラ製ガラスの商品
名）またはＳ−ＢＳＬ７（株式会社オハラ製ガラスの商
品名）から成るカバーガラスを配置した請求項１に記載
の内視鏡用照明光学系。

【００２７】（１１）外径が１mm以下である請求項１に
記載の内視鏡用照明光学系。

【００２８】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、広い観察
範囲に亘って配光特性が良好で、且つ加工性、組み立て
性の良い小型の内視鏡用照明光学系を提供することが出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内視鏡用照明光学系の第１実施例
を示す断面図である。

【図２】フライアイレンズの配光状態を示す説明図であ
る。

【図３】本発明による内視鏡用照明光学系の第２実施例
を示す断面図である。

【図４】本発明による内視鏡用照明光学系の第３実施例
を示す断面図である。

【図５】従来の内視鏡用照明光学系の一例を示す断面図
である。

【図６】従来の内視鏡用照明光学系による物体面の照明
状態を示す図で、（ａ）は集光状態を示す図、（ｂ）は
ライトガイドの射出端面を示す図、（ｃ）は物体面上の
配光状態を示す図である。

【図７】従来の内視鏡用照明光学系の他の例を示す断面
図である。

【図８】内視鏡先端部分の斜視図である。

【図９】従来の内視鏡用照明光学系の更に他の例を示す
断面図である。

【図１０】ライトガイドの射出端面の前に配置された光
拡散体による光の拡散状態を示す説明図である。

【図１１】従来の内視鏡用照明光学系の更に他の例を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ 正のパワーを有するレンズ ２ ライトガイド ３ 単ファイバー ４ 非球面レンズ ５，６ 球面レンズ ７ 拡散体 ８，１３ フライアイレンズ ９ メカ枠 １０ 平凹レンズ １１ 平凸レンズ １２ カバーガラス Ｏ 物体面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源装置からの光を物体側へ導びくライ
   トガイドの射出端に配置された、正のパワーを有するレ
   ンズとフライアイレンズとを組み合わせて成る内視鏡用
   照明光学系。
2. 【請求項２】 フライアイレンズは正のパワーを有する
   レンズよりも物体側に配置されている請求項１に記載の
   内視鏡用照明光学系。