JP2009300916A - 光源光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】各観察方法に対応可能であり、光源装置の大型化を防ぎ、かつ、明るさを確保できる内視鏡光源光学系。
【解決手段】光源１から順に、光源からの光を集光する集光光学系２と、瞳倍率を縮小するための倍率変換光学系３と、該倍率変換光学系からの光を集光する正レンズ群４からなる光源光学系において、集光光学系２と倍率変換光学系３の主点間距離ｄと、集光光学系２の後側焦点距離ｆ_2Bと、倍率変換光学系３の前側焦点距離ｆ_3Fが満たす条件式（１）を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源光学系に関し、特に、内視鏡用のライトガイド照明装置に関するものである。

すでによく知られているように、電子スコープのカラー撮像方式には、一般的に「モザイクフィルター方式」と「面順次照明方式」がある。モザイクフィルター方式は、撮像面上に各画素に色フィルターが形成された固体撮像素子を用い、白色照明によってカラー画像を得る方式である。一方、面順次方式は、白黒の固体撮像素子を用い、照明手段である光源装置内にＲ，Ｇ，Ｂ等の色フィルターを設けることで照明光を時分割して照明し、カラー画像を得る方式である。

前者は、制限ある画素数に色を割り当てるため、後者のモノクロの固体撮像素子を用いた場合に比べ、解像度が低下し、また、色フィルターが撮像素子の撮像面上にあるため、色再現をコントロールするのが難しい。後者は、光源装置内に配置する色フィルターの特性を変化させて色再現のコントロールが行え、より良好な色再現を実現することが可能である。

面順次方式の光源装置内に配置する色フィルターとしては、一般的に干渉型が用いられる。この干渉型フィルターでは、光線の入射角によってその透過（反射）率特性が変化する。例えば、入射角０°のときに所望の特性になるように設計されたフィルターでは、入射角が大きくなる程透過波長の短波長側へのシフトやリップルが生じて所望の特性から乖離してしまい、結果として色再現が劣化する。よって、干渉型フィルターで所望の特性を精度良く得るためには、その入射角度の広がりを抑えることが必要であり、光源光学系の設計において重要な課題となる。

光源光学系内に色フィルターを配置した面順次照明方式の光源光学系の例として、特許文献１に記載のものがある。この光源光学系においては、図８に示すように、光源１からの射出光は集光レンズ系２の前群２ａでややゆるく集光し、フィルター５に入射し、さらに集光レンズ系２の後群２ｂで集光されてライトガイド６の入射端面に入射する。

このような構成では、色フィルター面上での光束径を小さくすることが困難であるため、フィルターサイズが大きくなり、結果として光源装置が大きくなってしまい、また、フィルターへの入射角の広がりが大きいため、上記の入射角特性の変化により結果的に色再現が劣るという欠点がある。

一方、面順次照明方式における、干渉型色フィルターへの光線の入射角を考慮した光源光学系として、特許文献２に記載のものがある。この光学系においては、図９（Ａ）に示すように、光源１から射出された平行光束を集光する集光光学系２、集光光学系２を通過後の光束径を縮小する倍率変換光学系３と、その倍率変換光学系３よりライトガイド６の入射端面側に配置され、倍率変換光学系３からの光をライトガイド６の入射端面に集光する正レンズ群４とからなり、色フィルター５は倍率変換光学系３と正レンズ群４との間に配置されている。このような構成の光学系では、光源１からの平行光束を縮小した略平行光束へ倍率変換することで、干渉コート面への光束径も小さくできて装置の小型化が可能となり、また、入射角の広がりを抑えることができるため、良好な色再現を実現することができる。また、モノクロのフルフレームトランスファ型のＣＣＤを用いる場合には、図１０に示すような、Ｒ，Ｇ，Ｂ色フィルター１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと露光・遮光を制御
するための遮光板１２を有するカラーホイール１０を用いられることがあるが、そのホイール位置での光束系が小さい程光の利用効率が高いために、明るくすることが可能である。

近年、一般的なＲＧＢ３色での観察の他に、生体の自家蛍光を観察するＡＦＩ観察や、狭帯域の光を照射して血管像をコントラスト良く観察するＮＢＩ観察等に代表される新たな観察方法が提案され、その有効性も報告されている。このような新観察方法では、色フィルターを組み合わせて各所望の照明光を照射することでその観察像を得る。１台の光源装置で様々な観察方法を提供できれば、各観察方法専用の光源装置を持つ必要がなくなり、ユーザーメリットも大きい。

光源装置１台で対応するためには、各観察方法専用の色フィルターを光源光学系に搭載する必要があるため、色フィルターの配置スペースが広い方が、多くの観察に適した色フィルターが搭載可能となる。

図９（Ａ）の光学系では、色フィルター５を配置している倍率変換光学系３と正レンズ群４との距離をより長く確保することが好ましいが、この距離をより確保しようとすると、図９（Ｂ）に示すように、正レンズ群４での軸外光線の光線高が高くなり、正レンズ群４の大口径化やライトガイド６の光ファイバーへ入射させるための収差補正が困難であるため、入射光量の低下してしまうという課題があった。
特開平７−３０３６０４号公報 特許第２８２６３１５号公報

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、各観察方法に対応可能であり、光源装置の大型化を防ぎ、かつ、明るさを確保できる内視鏡光源光学系を提供することである。

上記問題点を解決するために、本発明による光源光学系では、光源から順に、光源からの光を集光する集光光学系と、瞳倍率を縮小するための倍率変換光学系と、該倍率変換光学系からの光を集光する正レンズ群からなる光源光学系において、下記条件を満足することを特徴とする。

ｄ＜ｆ_2B＋ｆ_3F＜ｄ＋ｆ_3F ・・・（１）
ただし、ｄは前記集光光学系と前記倍率変換光学系の主点間距離、ｆ_2Bは前記集光光学系の後側焦点距離、ｆ_3Fは前記倍率変換光学系の前側焦点距離である。

さらに、前記光源光学系においては、前記倍率変換光学系からの光を集光する前記正レンズ群の焦点距離が下記条件を満足することを特徴とする。

０．５／ｈ₄ ＜１／ｆ₄ ＜１／ｘ＋２／ｈ₄ ・・・（２）
ただし、ｆ₄ は前記正レンズ群の焦点距離、ｈ₄ は前記正レンズ群の主平面での光線高、ｘは前記倍率変換光学系と前記正レンズ群の主点間距離である。

また、前記光源光学系においては、前記倍率変換光学系からの光を集光する前記正レンズ群は少なくとも２枚のレンズからなり、下記条件を満足することを特徴とする。

ｎ_4b≧ｎ_4i ・・・（３）
ただし、ｎ_4bは前記正レンズ群の光源側のレンズの屈折率、ｎ_4iは前記正レンズ群の出射側のレンズの屈折率である。

さらに、本発明の光源光学系は、光源側から順に、光源からの光を集光する集光光学系と、瞳倍率を縮小するための倍率変換光学系と、該倍率変換光学系からの光を集光する正レンズ群からなる光源光学系において、前記光源と前記集光光学系の間に色消しレンズを配置したことを特徴とする。

以下、本発明による上記光源光学系の作用を説明する。

図１は、本発明の内視鏡用光源光学系の基本構成を示す図である。図中の１は、反射鏡１ａと、反射鏡の略焦点位置に設けられた光源ランプ１ｂからなる光源である。２は光源１から射出された光を集光する集光レンズ系（集光光学系）である。３は集光レンズ系２を通過後の光束径を縮小する倍率変換光学系である。４は倍率変換光学系３より物体側に配置され、倍率変換光学系３からの光をライトガイド６に集光する正レンズ群である。５は倍率変換光学系３と正レンズ群４の間に配置された複数の色フィルターからなるカラーホイールである。

この内視鏡光源光学系は、本発明の目的を達成するには、以下の（１）式を満足するよう構成する必要がある。

ｄ＜ｆ_2B＋ｆ_3F＜ｄ＋ｆ_3F ・・・（１）
ただし、ｄは集光レンズ系２と倍率変換光学系３の主点間距離、ｆ_2Bは集光レンズ系２の後側焦点距離、ｆ_3Fは倍率変換光学系３の前側焦点距離である。

上記条件式（１）の下限にあるとき、すなわち、集光レンズ系２の後側焦点距離位置と倍率変換光学系３の前側焦点距離位置が一致するとき、この光学系は理想的なアフォーカル系となる。図２の破線で示すように、集光レンズ系２と倍率変換光学系３の主点間距離ｄが集光レンズ系２後側焦点距離ｆ_2Bと倍率変換光学系３の前側焦点距離ｆ_3Fの和より小であり、条件式（１）の左辺を満たすとき、図２の実線で示す条件式（１）の下限となるような光学系における倍率変換光学系３と正レンズ群４の間の平行光の光束径よりも、光束径の小さい位置に色フィルター５を配置することが可能となり、色フィルター５やカラーホイールが小型にできる。

一方、集光レンズ系２と倍率変換光学系３の焦点距離の合計が条件式（１）の上限（すなわち、集光レンズ系２の後側焦点位置と倍率変換光学系３の前側主点位置が一致する位置）より大きい場合、集光レンズ系２により収束した光は倍率変換光学系３を通ると拡がってしまう。このとき、色フィルター５へ入射する光線の入射角の広がりが大きくなり、色再現の劣化を招く。そのため、集光レンズ系（集光光学系）２と倍率変換光学系３の焦点距離の合計は条件式（１）の上限値より小さい必要がある。

また、光学系が条件式（１）を満たすとき、入射光束を小さくするためには、カラーホイールは倍率変換光学系３に近い位置に配設することが望ましい。このとき、遮光板を色フィルター５より光源側に配置することで、さらに光束径の小さいところで、露光・遮光が行えるため、光の利用効率がさらに上がる。

また、上記条件式（１）を満たす光学系において、倍率変換光学系３を通った光線がライトガイド６へ効率良く入射するための正レンズ群４の焦点距離の範囲を次の条件式（２
）で示す。

０．５／ｈ₄ ＜１／ｆ₄ ＜１／ｘ＋２／ｈ₄ ・・・（２）
ただし、ｆ₄ は正レンズ群４の焦点距離、ｈ₄ は正レンズ群４の主平面での光線高、ｘは倍率変換光学系３と正レンズ群４の主点間距離である。

条件式（２）は、条件式（１）を満たす光学系において、ライトガイド６への光線の入射角の範囲が定まるよう、正レンズ群４の焦点距離を制限したものである。

条件式（１）の下限、すなわち、集光光学系２の後側焦点距離位置と倍率変換光学系３の前側焦点距離位置が一致するとき、ライトガイド６のＮＡ（＝ｓｉｎｕとする。) 以下で光線を入射させるようとすると、正レンズ群４の焦点距離ｆ₄ は、
１／ｆ₄ ＝ｔａｎｕ／ｈ₄
を満たす。ただし、ｈ₄ は正レンズ群４の主平面での光線高である。

一方、条件式（１）の上限を満たす場合、すなわち、集光光学系２の焦点距離位置と倍率変換光学系３の前側主点位置が一致する場合を図３に示す。倍率変換光学系３と正レンズ群４の主点間距離をｘとすると、ライトガイド６のＮＡ（＝ｓｉｎｕとする。) 以下で光線を入射させるようとすると、正レンズ群４の焦点距離ｆ₄ は、
１／ｆ₄ ＝ｔａｎｕ／ｈ₄ ＋１／ｘ
を満たす。ただし、ｈ₄ は正レンズ群４の主平面での光線高である。

集光光学系２及び倍率変換光学系３が条件式（１）を満たす光源光学系において、ライトガイド６のＮＡ以下で光線を入射させるには、正レンズ群４の焦点距離ｆ₄ は、
ｔａｎｕ／ｈ₄ ＜１／ｆ₄ ＜ｔａｎｕ／ｈ₄ ＋１／ｘ
を満たす必要がある。また、ライトガイド６のＮＡは光量の伝達効率と観察面上の配光を考えて、０．５〜０．９の範囲内にあるものを用いるのが好ましい。ゆえに、上式は、
０．５／ｈ₄ ＜１／ｆ₄ ＜１／ｘ＋２／ｈ₄ ・・・（２）
としたとき、この光学系を通る光線はライトガイド６へ効率良く入射することができる。

条件式（１）の下限０．５／ｈ₄ より大きい光学系において、倍率変換光学系３を通った光線は拡がって正レンズ群４に入射するため、正レンズ群４のレンズ構成は１枚ではパワーが弱く、ライトガイド６の端面へ集光するのが難しい。そこで、正レンズ群４には少なくとも２枚のレンズを使うのが望ましい。

図１に示すように、正レンズ群４の光源側のレンズ４ａに入射する光の光線高は、出射側レンズ４ｂに比べ高くなる。このとき、正レンズ群４のより光源側にあるレンズ４ａに低屈折率の硝材を採用した場合、ライトガイド６端面へ光を集光させるにはこのレンズ４ａの曲率半径を小さくしなくてはならない。しかしながら光源側レンズ４ａに入射する光の光線高は高いため、ふち切れレンズとならないようにするためには、このレンズの肉厚を厚くする必要がある。これは全反射等の光学性能の観点以外にコスト的にも望ましくない。よって、正レンズ群４においては、より光源側に配置されたレンズ４ａに、出射側レンズ４ｂよりも高い屈折率を持つ硝材を用いることが望ましい。すなわち、
ｎ_4b≧ｎ_4i ・・・（３）
を満足することが望ましい。

また、図１に示すような光源光学系では、正パワーの大きいレンズを複数有しており、全体として非常に大きな凸パワーを持つため、色収差が大きく出る。本発明の光源光学系においては、光源１と集光光学系２の中の集光レンズ２ｂの間に色消しレンズ２ａを配置することで、色収差を抑え、安定した画質を提供することができる。

このような光源光学系は，光源１から射出する光の角度は小さく、ライトガイド６に入射する光のＮＡは大きいため、色消しレンズ２ａには、球面収差を抑える組み合わせとして高屈折率高分散、低屈折率低分散の硝材を用いることが望ましい。

なお、図１に示すように、色消しレンズ２ａの凸面を光源側に向けて配置すると、色消しレンズ２ａを通過した軸上光線の光線高を下げることで、集光レンズ２ｂの小型化を図ることができる。一方、凸面を出射側に向けて配置した場合、色消しレンズを通過した軸上光線と軸外光線の光線高が、集光レンズ２ｂのレンズ面でよく分離しているため、集光レンズ２ｂに非球面レンズを用いた場合、非球面の設計によって収差の補正が行いやすいというメリットがある。このような特色を生かし、光源の用途や仕様によって、色消しレンズの凸面の向きを決めることが望ましい。

また、色消しレンズの合成焦点距離をｆ_c 、集光光学系の焦点距離をf₂としたとき、
ｆ_c ／f₂≒０
と設定すると、色消しレンズを外しても光学系全体のパワー配分が変わらないため、不要の際に取り外すことができる。

色収差の抑え方としては、光源光学系における像面、すなわちライトガイド入射面上での色収差を抑える方法とは別に、別の面上での色収差を抑える方法もある。内視鏡システムにおける電子スコープの撮像デバイスのダイナミックレンジを確保するため、照明の状態（スコープと被照射体との位置関係等）に応じて、光源光学系に図１１に示すような羽絞り１３を用いて調光（光量制御）を行うが、この羽絞り１３の配設面上における光束の色収差を抑えることで、調光レベルに依らず安定した画質を提供することができる。

さらに、本発明の光源光学系において、図４に示すように、光源１と集光光学系２の間に配置する反射型赤外カットフィルター７は下記条件を満足し、吸収型赤外フィルター８はフィルター面を光軸と垂直な方向に配置することが望ましい。

θ≧ｔａｎ^-1｛Ｄ／（２Ｌ）｝ ・・・（４）
ただし、θは反射型赤外カットフィルター７が光軸に垂直な方向となす角、Ｄは光源を構成する光源ランプの瞳径、Ｌは光源ランプの瞳位置から反射型赤外カットフィルター７の面までの距離である。

反射型赤外カットフィルター７を条件式（４）を満たすように配置することで、光源１から射出する平行光を赤外線カットフィルター７の面で反射しても、光線はほとんど光源１内に入らないため、光源の劣化を防ぐことができる。また、吸収型の赤外カットフィルター８は、赤外線を吸収することで割れることのないよう、予め分割したものを取り付ける。このとき、吸収型の赤外カットフィルター８の側面部は全て砂目状となっており、ここに光が当たると散乱が生じる。このフィルターを傾けて配置すると、この割れ目の側面部に光が当たってしまうため、光軸に垂直に配置する必要がある。

反射型及び分割した吸収型赤外カットフィルターを用いる場合、このように配置することで、大光量を投射する内視鏡光源においても、熱による不具合を起こさず安全に使うことができる。

以上の本発明によると、各観察方法に対応可能であり、光源装置の大型化を防ぎ、かつ、明るさを確保でき、色変化の少ない内視鏡光源光学系を提供することができる。

以下、本発明による内視鏡光源光学系の実施例１、２の光軸を通る断面図をそれぞれ図５、図６に示す。

これらの実施例のレンズ系の数値データは後記するが、光源側から数えた光学面の面番号を“Ｎｏ”で示してあり、曲率半径は“ｒ”で、面間隔又は空気間隔は“ｄ”で、ｅ線の屈折率は“ｎe ”で、アッベ数は“ｖd ”で、有効径は“ＥＤ”でそれぞれ示してある。曲率半径、面間隔及び有効径はｍｍ単位である。

なお、図５、図６では、面番号“Ｎｏ”が０、１、２、３、・・・・の光学面はｒ₀ 、ｒ₁ 、ｒ₂ 、ｒ₃ 、・・・・で示してあり（面番号０は光源）、光源（面番号０）の有効径は光源の入射瞳径で示してある。

また、非球面形状は、光軸方向をＺ軸、光軸と垂直な方向をＹ軸とすると、以下の式にて表せられる。

Ｚ＝ＣＹ² ／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｃ² Ｙ² ｝］
＋Ａ₄ Ｙ⁴ ＋Ａ₆ Ｙ⁶ ＋Ａ₈ Ｙ⁸ ＋Ａ₁₀Ｙ¹⁰＋Ａ₁₂Ｙ¹²＋ ・・・（ａ）
ただし、Ｃは面頂における曲率（＝１／ｒ、ｒは曲率半径）、Ｋは円錐係数、Ａ₄ 、Ａ₆ 、Ａ₈ 、Ａ₁₀、Ａ₁₂はそれぞれ４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数である。

また、後記するデータ中、“E-nm（n,m は整数）”は“×10^-nm ”を意味する。

実施例１及び２は、放物面からなる反射鏡１ａとその略焦点位置に配置された光源ランプ１ｂからなる光源１からの射出光は、色消しレンズ２ａと集光レンズ２ｂからなる集光光学系２で集光され、集光後に倍率変換光学系３を通って瞳を縮小され、回転フィルター５を通り、正レンズ群４により、倍率変換光学系３からの光がライトガイド６（第１９面）に集光される。

光源１と集光光学系２の間には、反射型赤外カットフィルター７と吸収型赤外カットフィルター８が配置されており、反射型赤外カットフィルター７は光軸に垂直な方向から傾いて配置され、吸収型赤外カットフィルター８は光軸と垂直な方向に配置されている。

倍率変換光学系３は正のパワーを持つ１枚の非球面レンズからなり、回転フィルター５の後の正レンズ群４は球面レンズ４ａと非球面レンズ４ｂからなる。

実施例１においては、集光光学系２は凸面を光源１側に向けた色消しレンズ２ａと非球面レンズ２ｂとからなり、色消しレンズ２ａを通過した軸上光線の光線高を下げることで、非球面レンズ２ｂの小型化を図ることができる。

実施例２においては、集光光学系２は凸面をライトガイド６側に向けた色消しレンズ２ａと非球面レンズ２ｂとからなり、色消しレンズ２ａを通過した軸上光線と軸外光線の光線高が、非球面レンズ２ｂのレンズ面でよく分離しているため、非球面の設計によって収差の補正が行いやすいというメリットがある。

なお、実施例１、２においては、後記するデータ中の第１面と第２面は反射型赤外線カットフィルター７であり、光軸に垂直な方向より１５°傾いて配置してある。また、第３面と第４面は吸収型赤外線カットフィルター８であり、光軸に垂直に配置してある。

また、実施例１、２において、集光レンズ２ｂの射出側面（第９面）、倍率変換光学系３の非球面レンズの射出側面（第１２面）、正レンズ群４の非球面レンズ４ｂの入射側面（第１７面）は上記式（ａ）で表される非球面からなる。

また、実施例１の変形例として、実施例３に羽絞り面上での色収差を抑えた場合の光学系のレンズデータを示す。

羽絞りによる光量制御（調光）を図１１（Ａ）、（Ｂ）に、また、図１１に示した羽絞り１３を開閉したときの絞り量と色温度の関係の一例のグラフを図１２に示す。羽絞り面上での光束に色分布（図１１中では、光学系の色収差による光束周辺に色づきが存在し（（Ａ））、羽絞りを絞った状態では、その色が支配的になる様子（（Ｂ））を示している。）が存在すれば、絞り量に応じて色温度が変化してしまうため、例えば、羽絞り１３の面上での光線の色分離量を光束径や羽絞り１３の形状に鑑みて抑えることが望ましい。

羽絞り面上での色収差補正の概念図を図１３に示す。その場合の色毎の光路の概念図（（Ａ））を、ライトガイド面上で色収差を抑えた場合（（Ｂ））と併せて示す。簡単のため集光レンズ２ｂは１枚として図示している。なお、ライトガイド６の入射端には導光ロッド９が配置されている。

上述のように、羽絞り面上の光束の色分布を小さくすれば、絞り量による色変化は小さくなるが、さらに望ましくは、光ファイバーの分光透過率の角度依存性を考慮して、色収差を抑制したい。図１１に示した羽絞り以外の形状の絞りにおいても、基本的に光束をけるタイプの羽絞りでは、絞り量により光ファイバーに入射する光の角度分布が変化することがあり、その結果光ファイバーの分光透過率の角度依存性に起因した色変化が生じる。羽絞り面上での光束の色分布がこの色変化を相殺するようなものとなるよう色収差を補正すると、システムトータルとして色変化が抑制され好適である。

上記光ファイバーの分光透過率の角度依存性や、羽絞り面上の光束の色分布は、特に図示しないので、説明を付記する。例えば、光ファイバーの分光透過率が、入射光の角度が大きい場合が、そうでない場合に比して、赤成分が減ずる（相対的に青みがかる）ものとし、絞り量が大きくなると、光ファイバーへの入射光の角度分布が広い角度が支配的になり青みがかる場合は、絞り量の大きい（光束をける量が大きい）ときにけられない領域の色分布が赤くなるようにすれば、光ファイバーで導光される照明光の色変化は抑えられる。

以下、上記実施例１、２、３の数値データを示す。
（実施例１）
Ｎｏ ｒ ｄ ｎe ｖd ＥＤ
0 ∞ 57.04 25.4
1 ∞ 3 1.5251 58.58 36.3
2 ∞ 27.3 36.3
3 ∞ 3 1.4731 66.5 37
4 ∞ 7.99 37
5 50.682 13 1.48915 70.23 38
6 -43.27 0.01 38
7 -43.27 1.5 1.93429 18.9 38
8 ∞ 20.5 38
9 16.785 18 1.51825 64.06 38
10 -37.545 19.94 38
11 21.764 8 1.51825 64.06 14
12 -5.849 4.16 14
13 ∞ 1.8 1.5251 58.58
14 ∞ 6.04
15 24.03 5.5 1.69661 53.21 18
16 -18.006 0.1 18
17 7.501 6.5 1.51825 64.06 15
18 -19.566 4.72
19 ∞

非球面データ
第９面
Ｋ ＝-1
Ａ₄ ＝-1.26E-06
Ａ₆ ＝-1.60E-08
Ａ₈ ＝-1.00E-10
Ａ₁₀＝ 5.37E-14
Ａ₁₂＝ 1.68E-16
第１２面
Ｋ ＝-1
Ａ₄ ＝ 1.90E-04
Ａ₆ ＝ 1.30E-06
Ａ₈ ＝ 2.54E-08
Ａ₁₀＝-1.78E-09
Ａ₁₂＝-2.44E-11
第１７面
Ｋ ＝-1
Ａ₄ ＝ 9.44E-06
Ａ₆ ＝-3.25E-06
Ａ₈ ＝-1.36E-07
Ａ₁₀＝ 2.88E-10
Ａ₁₂＝ 1.74E-11 。

（実施例２）
Ｎｏ ｒ ｄ ｎe ｖd ＥＤ
0 ∞ 57.04 25.4
1 ∞ 3 1.5251 58.58 36.3
2 ∞ 10 36.3
3 ∞ 3 1.4731 66.5 36.3
4 ∞ 13.29 36.3
5 ∞ 1.5 1.93429 18.9 38
6 42 0.01 38
7 42 13 1.48915 70.23 38
8 -45 35.5 38
9 19.3662 18 1.51825 64.06 40
10 -37.7887 21.94 40
11 21.764 8 1.51825 64.06 14
12 -5.849 4.16 14
13 ∞ 1.8 1.5251 58.58 20
14 ∞ 6.04 20
15 24.03 6 1.69661 53.21 19
16 -18.006 0.1 19
17 7.501 7 1.51825 64.06 16
18 -19.566 3.1062 16
19 ∞

非球面データ
第９面
Ｋ ＝-1
Ａ₄ ＝ 7.70E-07
Ａ₆ ＝-3.03E-08
Ａ₈ ＝-8.89E-12
Ａ₁₀＝-2.92E-13
Ａ₁₂＝ 6.45E-16
第１２面
Ｋ ＝-1
Ａ₄ ＝ 1.90E-04
Ａ₆ ＝ 1.30E-06
Ａ₈ ＝ 2.54E-08
Ａ₁₀＝-1.78E-09
Ａ₁₂＝-2.44E-11
第１７面
Ｋ ＝-1
Ａ₄ ＝ 9.44E-06
Ａ₆ ＝-3.25E-06
Ａ₈ ＝-1.36E-07
Ａ₁₀＝-5.67E-10
Ａ₁₂＝ 2.94E-11 。

（実施例３）
Ｎｏ ｒ ｄ ｎe ｖd ＥＤ
0 ∞ 57.04 25.4
1 ∞ 3 1.5251 58.58 36.3
2 ∞ 27.3 36.3
3 ∞ 3 1.4731 66.5 37
4 ∞ 7.99 37
5 13 1.51825 64.06 38
6 0.01 38
7 1.5 1.76167 27.51 38
8 ∞ 20.5 38
9 16.785 18 1.51825 6.06 38
10 -37.545 19.94 38
11 21.764 8 1.51825 64.06 14
12 -5.849 4.16 14
13 ∞ 1.8 1.5251 58.58
14 ∞ 6.04
15 24.03 5.5 1.69661 53.21 18
16 -18.006 0.1 18
17 7.501 6.5 1.51825 64.06 15
18 -19.566 4.72
19 ∞

非球面データ
第９面
Ｋ ＝-1
Ａ₄ ＝-1.26E-06
Ａ₆ ＝-1.60E-08
Ａ₈ ＝-1.00E-10
Ａ₁₀＝ 5.37E-14
Ａ₁₂＝ 1.68E-16
第１２面
Ｋ ＝-1
Ａ₄ ＝ 1.90E-04
Ａ₆ ＝ 1.30E-06
Ａ₈ ＝ 2.54E-08
Ａ₁₀＝-1.78E-09
Ａ₁₂＝-2.44E-11
第１７面
Ｋ ＝-1
Ａ₄ ＝ 9.44E-06
Ａ₆ ＝-3.25E-06
Ａ₈ ＝-1.36E-07
Ａ₁₀＝ 2.88E-10
Ａ₁₂＝ 1.74E-11 。

図７は、実施例１の光学系において、光源１からの出射光が光軸となす角度が４°のときのコマ収差図である。縦軸は入射瞳上を通過する光線の開口比、横軸は収差量（ｍｍ）である。図７のように、コマ収差は完全に補正せず、やや正の値をとるよう、すなわち入射瞳上での光線高が高い光線が近軸光線の集光位置より光学系側に集光しないように設計することで、軸外光線がライトガイドのＮＡを超えず、より効率良くライトガイド６の端面に入射するようにできる。そのために、非球面レンズは、有効径内ではレンズの外側にいくにつれて曲率が弱くなるよう設計している。

上記、実施例１及び２においては、下記に示すように、本発明の条件式（１）、（２）及び（３）を満たす。

─────────────────────────
実施例１ 実施例２
─────────────────────────
（１）ｄ 36.279 34.266
ｆ_2B＋ｆ_3F 37.436 35.576
ｄ＋ｆ_3F 46.151 44.138
（２）０．５／ｈ₄ 0.104 0.104
１／ｆ₄ 0.136 0.134
１／ｘ＋２／ｈ₄ 0.464 0.462
（３）ｎ_4b 1.697 1.697
ｎ_4i 1.518 1.518
───────────────────────── 。

また、上記実施例１、２においては、本発明の条件式（４）も次のように満たす。

ｔａｎ^-1｛Ｄ／（２Ｌ）｝＝ｔａｎ^-1｛25.4／（２×57.4）｝＝12.6°＜15°

本発明の内視鏡用光源光学系の基本構成を示す図である。 条件式（１）の下限にあるとき及び条件式（１）の左辺を満たすときの光束径を示す図である。 集光光学系の後側焦点位置と倍率変換光学系の前側主点位置が一致する場合を示す図である。 光源と集光光学系の間に配置する反射型赤外カットフィルターが光軸に垂直な方向となす角を示す図である。 本発明による内視鏡光源光学系の実施例１の光軸を通る断面図である。 本発明による内視鏡光源光学系の実施例２の光軸を通る断面図である。 実施例１の光源からの出射光が光軸となす角度が４°のときのコマ収差図である。 従来例を示す図である。 別の従来例とその問題点を示す図である。 カラーホイールを示す図である。 羽絞りによる光量制御を説明するための図である。 羽絞りを開閉したときの絞り量と色温度の関係の一例を示す図である。 羽絞り面上での色収差補正の概念図とライトガイド面上での色収差補正の概念図を示す図である。

符号の説明

１…光源
１ａ…反射鏡
１ｂ…光源ランプ
２…集光光学系（集光レンズ系）
２ａ…集光光学系の前群（色消しレンズ）
２ｂ…集光光学系の後群（集光レンズ）
３…倍率変換光学系
４…正レンズ群
４ａ…正レンズ群の光源側レンズ
４ｂ…正レンズ群の出射側レンズ
５…色フィルター（カラーホイール）
６…ライトガイド
７…反射型赤外カットフィルター
８…吸収型赤外フィルター
９…導光ロッド
１０…カラーホイール
１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ…Ｒ，Ｇ，Ｂ色フィルター
１２…遮光板
１３…羽絞り

Claims (7)

1. 光源から順に、光源からの光を集光する集光光学系と、瞳倍率を縮小するための倍率変換光学系と、該倍率変換光学系からの光を集光する正レンズ群からなる光源光学系において、下記条件を満足することを特徴とする光源光学系。
   ｄ＜ｆ_2B＋ｆ_3F＜ｄ＋ｆ_3F ・・・（１）
   ただし、ｄは前記集光光学系と前記倍率変換光学系の主点間距離、ｆ_2Bは前記集光光学系の後側焦点距離、ｆ_3Fは前記倍率変換光学系の前側焦点距離である。
2. 前記倍率変換光学系からの光を集光する前記正レンズ群の焦点距離が下記条件を満足することを特徴とする請求項１記載の光源光学系。
   ０．５／ｈ₄ ＜１／ｆ₄ ＜１／ｘ＋２／ｈ₄ ・・・（２）
   ただし、ｆ₄ は前記正レンズ群の焦点距離、ｈ₄ は前記正レンズ群の主平面での光線高、ｘは前記倍率変換光学系と前記正レンズ群の主点間距離である。
3. 前記倍率変換光学系からの光を集光する前記正レンズ群は少なくとも２枚のレンズからなり、下記条件を満足することを特徴とする請求項１記載の光源光学系。
   ｎ_4b≧ｎ_4i ・・・（３）
   ただし、ｎ_4bは前記正レンズ群の光源側のレンズの屈折率、ｎ_4iは前記正レンズ群の出射側のレンズの屈折率である。
4. 光源側から順に、光源からの光を集光する集光光学系と、瞳倍率を縮小するための倍率変換光学系と、該倍率変換光学系からの光を集光する正レンズ群からなる光源光学系において、前記光源と前記集光光学系の間に色消しレンズを配置したことを特徴とする光源光学系。
5. 光源側から順に、光源からの光を集光する集光光学系と、瞳倍率を縮小するための倍率変換光学系と、該倍率変換光学系からの光を集光する正レンズ群からなる光源光学系において、前記光源と前記集光光学系の間に反射型赤外カットフィルターと吸収型赤外フィルターを配置し、該反射型赤外カットフィルターは下記条件を満足し、該吸収型赤外フィルターはフィルター面を光軸と垂直な方向に配置することを特徴とする光源光学系。
   θ≧ｔａｎ^-1｛Ｄ／（２Ｌ）｝ ・・・（４）
   ただし、θは前記反射型赤外カットフィルターが光軸に垂直な方向となす角、Ｄは前記光源を構成する光源ランプの瞳径、Ｌは前記光源ランプの瞳位置から前記反射型赤外カットフィルター面までの距離である。
6. 光学的な像面や瞳面又はそれらの共役面以外に配設され、光束をけることによって調光を行う調光手段（羽絞り）が配設されている面上の光束の色付き（色収差）を抑えるための色消しレンズを配したことを特徴とする光源光学系。
7. 調光手段（羽絞り）が配設されている面の色分布が、調光レベルによる配光特性の変化に起因したライトガイド分光透過特性の変化を相殺するような色分布となるように色消しレンズを配したことを特徴とする光源光学系。

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