JP2013188375A

JP2013188375A - 内視鏡用照明光学系

Info

Publication number: JP2013188375A
Application number: JP2012057453A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Igarashi; 勉五十嵐
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-26

Abstract

【課題】配光性能を低下させることなく挿入部の挿入性を向上させる。
【解決手段】内視鏡の挿入部先端に設けられ、該挿入部に配置されるライトガイドからの照明光を透過する透明部材からなる筒状の先枠部１と、該先枠部の前記挿入部先端から前記挿入部基端に向かって順に設けられた先端面７及びレンズ面３を備え、前記先端面が、前記挿入部先端から前記挿入部基端に向かい前記ライトガイドの有効断面積の少なくとも一部に対して傾斜し、その最大傾斜角が前記ライトガイドの中心軸に垂直な面に対して１０°以上である傾斜面８を有し、前記レンズ面が、前記ライトガイドの中心軸を含む断面を前記中心軸で分割した二つの分割断面の各々において、前記中心軸の垂線に対して＋１０°以上傾斜する面と−１０°以下傾斜する面とを含む内視鏡用照明光学系を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内視鏡装置に適用される照明光学系に関するものである。

内視鏡装置の挿入部は、生体内に挿入して対象部位の観察や各種処置を行うものであるため、患者の負担軽減や挿入部の挿入可能部位の拡大という観点から、優れた挿入性が要求されており、特に、対象部位が尿道や尿管等の細い管腔臓器等である場合には、更に挿入性の向上が要求される。
例えば、特許文献１には、透明部材で形成された挿入部の先端部の内周面にライトガイドから照射された光を拡散させるレンズ系を一体的に形成して細径化を図り、かつ、該先端部の外周の周縁に面取り部を形成してライトガイドから照射された光をレンズ系により拡散させつつ、この光を面取り部によって挿入部の挿入方向に偏向させることで良好な配光を得る内視鏡装置が開示されている。また、特許文献２には、先端部をライトガイドと共に斜めに切断研磨して、ライトガイドからの光の照射窓を観察面に対して傾斜させた内視鏡装置が開示されている。

特開２００９−２０７５２９号公報実開昭５５−４３００４号公報

しかしながら、上記した特許文献１に開示された内視鏡装置は、先端部の外周の周縁に面取り部を形成するのみであるため、挿入部の挿入性が向上するとは言い難い。また、特許文献２に開示された内視鏡装置は、ライトガイドからの光の照射窓を観察面に対して傾斜させていることから、挿入部の先端側が基端側に比して細いため挿入性は向上するものの、傾斜させた照射窓により照明光が観察光軸方向に対して大きくずれてしまい、特に遠景における配光性能が悪化するという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、配光性能を低下させることなく挿入部の挿入性を向上させた内視鏡用照明光学系を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
内視鏡の挿入部先端に設けられ、該挿入部に配置されるライトガイドからの照明光を透過する透明部材からなる筒状の先枠部と、該先枠部の前記挿入部先端から前記挿入部基端に向かって順に設けられた先端面及びレンズ面を備え、前記先端面が、前記挿入部先端から前記挿入部基端に向かい前記ライトガイドの有効断面積の少なくとも一部に対して傾斜し、その最大傾斜角が前記ライトガイドの中心軸に垂直な面に対して１０°以上である傾斜面を有し、前記レンズ面が、前記ライトガイドの中心軸を含む断面を前記中心軸で分割した二つの分割断面において、各々の前記分割断面内で前記中心軸の垂線に対して＋１０°以上傾斜する部分と−１０°以下傾斜する部分とを含む内視鏡用照明光学系を提供する。

本発明によれば、先枠部の先端面に挿入部先端から挿入部基端にかけてライトガイドの有効断面積の少なくとも一部に対して傾斜する傾斜部が設けられているので、先枠部はその挿入部先端から挿入部基端にかけて滑らかな形状となり、挿入部を生体内に挿入する際に傾斜面によりスムーズに生体内に挿入部を挿入することができる。また、先端面に傾斜部を設けることで先端面が挿入部の軸方向に対して非軸対称面となり、中遠景で配光が所定の方向に偏り易くなるが、レンズ面をライトガイド中心軸で分割した二つの分割断面の夫々に正負の屈折作用を持たせて拡散性を向上させることにより、中遠景での配光方向の偏りを低減することができる。なお、先端面とレンズ面とを備えた先枠部を一体的に形成することで、容易に配光性能を低下させることなく挿入部の挿入性を向上させた内視鏡用照明光学系を提供することができる。

上記した発明において、前記レンズ面が、前記ライトガイドの有効断面内に対して屈折力が正の球面を複数有し、該球面の前記ライトガイドの有効断面積に対する面積比率が６０％以上であり、端部の傾斜角が１０°以上６０°以下である前記球面の前記レンズ面における個数比率が６０％以上であることが好ましい。

このようにすることで、ライトガイドから導かれた照明光を屈折させる方向を分散させることができるので、先枠部の先端面が非軸対称であることに起因する配光の偏りも分散させることができ、照明光を拡散させて配光性能を向上させることができる。

上記した発明において、前記レンズ面が、前記ライトガイドの有効断面内に対して前記挿入部基端側に突出する円錐状凸部を複数有し、該円錐状凸部の前記ライトガイドの有効断面積に対する面積比率が６０％以上であり、傾斜角が１０°以上６０°以下である前記円錐状凸部の前記レンズ面における個数比率が６０％以上であることが好ましい。

上記した発明において、前記レンズ面が、前記ライトガイドの有効断面内に対して前記挿入部基端側に突出する輪状凸面を有し、該輪状凸面の前記ライトガイドの有効断面積に対する面積比率が６０％以上であり、端部の傾斜角が１０°以上６０°以下であることが好ましい。

上記した発明において、前記レンズ面が、前記ライトガイドの有効断面内に対して前記挿入部基端側に突出するハニカム状凸部を複数有し、該ハニカム状凸部の前記ライトガイドの有効断面積に対する面積比率が６０％以上であり、傾斜角が１０°以上６０°以下である前記円錐状凸部の前記レンズ面における個数比率が６０％以上であることが好ましい。

本発明によれば、配光性能を低下させることなく挿入部の挿入性を向上させることができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る内視鏡用照明光学系を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る内視鏡用照明光学系を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る内視鏡用照明光学系を示す正面図である。本発明の実施形態に係る内視鏡用照明光学系を示す側面図である。図３の内視鏡用照明光学系におけるＡ−Ａ断面図である。本発明の実施例１に係る照明光学系を示す斜視図である。本発明の実施例１に係るレンズ面を示す説明図である。本発明の実施例１に係るレンズ面と傾斜面の関係を示す説明図である。本発明の実施例２に係るレンズ面を示す説明図である。本発明の実施例２に係るレンズ面と傾斜面の関係を示す説明図である。本発明の実施例３に係るレンズ面を示す説明図である。本発明の実施例３に係るレンズ面と傾斜面の関係を示す説明図である。本発明の実施例４に係るレンズ面を示す説明図である。本発明の実施例４に係るレンズ面と傾斜面の関係を示す説明図である。本発明の実施例５に係るレンズ面を示す説明図である。本発明の実施例５に係るレンズ面と傾斜面の関係を示す説明図である。各実施例のシミュレーションに用いたライトガイド配光を示す図である。各実施例における水中配光をシミュレーションした画像である。各実施例における空気中配光をシミュレーションした画像である。各実施例における空気中配光をシミュレーションした画像である。各実施例における空気中配光をシミュレーションした画像である。比較例１に係る照明光学系を示す斜視図である。比較例２に係る照明光学系を示す斜視図である。内視鏡システム全系の照明システム構成の例１を示す概略構成図である。内視鏡システム全系の照明システム構成の例２を示す概略構成図である。内視鏡システム全系の照明システム構成の例３を示す概略構成図である。

以下に、本発明の実施形態に係る内視鏡用照明光学系について図面を参照して説明する。
図１〜図５は、内視鏡装置の挿入部の先端に設けられる先枠部１を示しており、図１〜図５に示すように、先枠部１には、図示しない光源から出射された照明光を導光するライトガイドファイバを保持するライトガイド保持部２と、ライトガイド保持部２よりも挿入部先端側に配置されライトガイドから供給された照明光を観察対象に配光するレンズ面３と、観察対象を撮影する撮像光学系用開口部４と、鉗子やプローブ等の処置用器具を導出させるチャンネル用開口部５とが設けられている。

先枠部１は、挿入部に配置されるライトガイドからの照明光を透過する透明部材からなる筒状に形成されている。先枠部１は、挿入部基端から挿入部先端に向かってやや先細りとなっており、先枠部１の先端面７の周縁は面取りされている。また、先枠部１のチャンネル５側には、ライトガイド保持部２にライトガイドが保持された場合に、挿入部先端から挿入部基端に向かいライトガイドの有効断面積の少なくとも一部に対して傾斜する傾斜面８が形成されている。この傾斜面８の最大傾斜角はライトガイドの中心軸に垂直な面に対して１０°以上となっている。

レンズ面３は、先枠部１の挿入部先端からみて先端面よりも挿入部基端側に設けられ、ライトガイド保持部２に保持されたライトガイドから射出された照明光を拡散させて観察対象に配光する。レンズ面３は、ライトガイドの中心軸を含む断面を前記中心軸で分割した二つの分割断面の各々において、該中心軸の垂線に対して＋１０°以上傾斜する面と−１０°以下傾斜する面とを含んでいる。レンズ面３としては、例えば、挿入部基端側に突出し、端面の傾斜角が１０°以上である凸面を複数形成したものを用いることができる。

このように先枠部１に設けられたレンズ面３と傾斜面８とで照明光を観察対象に配光するための照明光学系を構成することができ、先枠部１の先端面７から外周面に亘って設けられ、ライトガイドの有効断面積の少なくとも一部に対して傾斜する傾斜面８により、先枠部１はその挿入部先端から挿入部基端にかけて滑らかな形状となる。このため、挿入部を生体内に挿入する際に傾斜面によりスムーズに生体内に挿入部を挿入することができる。

また、レンズ面３が、ライトガイドの中心軸を含む断面を前記中心軸で分割した二つの分割断面の各々において、該中心軸の垂線に対して＋１０°以上傾斜する面と−１０°以下傾斜する面とを含んでいるので、ライトガイドから導光された照明光を屈折させる作用が分散され、照明光をより拡散させることができ、配光性能を向上させることができる。さらに、先枠部１に傾斜面８とレンズ面３とを一体的に形成することで、容易に配光性能を低下させることなく挿入部の挿入性を向上させた内視鏡用照明光学系を提供することができる。
以下、より具体的に、本発明の内視鏡用光学系の実施例について説明する。

（実施例１）
図６に本発明の実施例１を示す。図６に示す例では、先枠部１は、Ｙ方向マイナス側楕円面１１、Ｙ方向プラス側楕円面１２、Ｘ方向マイナス側傾斜面１３、外周部Ｒ面取り１４を含む複合面としている。Ｙ方向マイナス側楕円面１１の一部は、ライトガイドの光軸と直交する方向においてライトガイド有効断面内に入り、すなわち、ライトガイドの有効断面に対して傾斜しており、このＹ方向マイナス側楕円面１１が傾斜面８となる。また、先枠部１には、傾斜面８の挿入部基端側にレンズ面３が設けられている。

図７に、レンズ面３の例を示した。図７に示すレンズ面３は凸レンズアレーとなっている。すなわち、レンズ面３には、レンズ面３のライトガイドの中心軸を含む断面を前記中心軸で分割した二つの分割断面の各々において、該中心軸の垂線に対して＋１０°以上傾斜する面及び−１０°以下傾斜する面として、ライトガイドの有効断面内に対して屈折力が正の球面２０が複数設けられている。そして、レンズ面３に設けられた複数の球面２０のうち、その端部の傾斜角が１０°以上６０°以下である球面の個数比率が６０％以上であり、レンズ面３におけるこの球面２０のライトガイドの有効断面積に対する面積比率が６０％以上とされている。

図７の例では、球面１０は挿入部基端側に突出する凸球面であり、レンズ面３に、このように形成された球面１０が７個ハニカム状に配置されている。なお、各球面１０間の隙間は平面となっている。

なお、先枠部１に適用した透明部材の屈折率を１．６３５とし、ライトガイドの有効断面径φ＝０．５４ｍｍ、先枠部１の先端面有効径φ＝２．７ｍｍ、外周部面取りＲ＝０．１ｍｍとしている。
また、先枠部１の先端面有効径中心をＸＹ座標の原点とした場合において、先枠部の形状は以下のようになっている。
撮像光学系用開口部直径＝０．９ｍｍ
撮像光学系用開口部中心座標（Ｘ，Ｙ）＝(０．７５，０．１５)
チャンネル用開口部直径＝Φ１．２８
チャンネル用開口部中心座標（Ｘ，Ｙ）＝(−０．４７，０．０４)
Ｙ方向マイナス側楕円面（傾斜面８）及びＹ方向プラス側楕円面：
長軸（Ｚ軸方向）＝２．４ｍｍ、短軸（Ｙ軸方向）＝１．９ｍｍ
楕円面頂のＹ座標：マイナス側Ｙ＝−０．３６、プラス側Ｙ＝０．３６
Ｘ方向マイナス側傾斜面：傾き＝３０°
Ｘ方向マイナス側傾斜面開始Ｘ座標＝０．２４
ライトガイド有効断面内最大傾斜角：４１．９°
ライトガイド中心軸上での傾斜角：２１．３°
ライトガイド中心軸座標（Ｘ，Ｙ）＝(０．５７，−０．６４)
なお、上記した座標の単位は〔ｍｍ〕とする。

本実施形態におけるレンズ面３の形状は以下の通りである。
ライトガイド中心軸上での先端面とレンズ面の面間隔Ｔ１＝０．７ｍｍ
ライトガイド中心軸上でのレンズ面とライトガイドの面間隔Ｔ２＝０ｍｍ
凸球面のＲ＝−０．１５ｍｍ
凸球面の中心間隔＝０．１８ｍｍ
凸球面の有効径＝Φ０．１８ｍｍ
凸球面内の最大傾き角＝３６．９°
ライトガイド有効断面内で凸球面が占める面積比率＝７８％
球面端での傾角が１０°〜６０°を有する球面の個数比率＝１００％

図８に示すように、ライトガイドの下側から出射した代表主光線群Ｌは傾斜面８の作用で全般的に上側に偏向されるが、ライトガイドの上側から出射した代表主光線群Ｌは傾斜面８内の傾斜の小さい部分を通るため、傾斜面８による上側偏向の影響を受けづらい。よって、ライトガイドの上側から出射して凸レンズアレーとして構成されたレンズ面３で下側に屈折される代表主光線群Ｌは被写体空間側でもほぼそのまま下側に射出することとなる。レンズ面３を凸レンズアレーとして、代表主光線群ＬをＹ方向の正負両方向に屈折させる作用を位置的に分散させることにより、代表主光線群Ｌが受ける先枠部の先端面が非軸対称であることに起因する偏向作用も分散され、照明光の拡散性を改善することができる。

本実施例においては、球面２０を挿入部基端側に突出する凸球面としたが、これに代えて挿入部先端側に突出する凹球面とすることもできる。ただし、この場合には、レンズ面に凹球面を成形するために先枠部の射出成形用金型に凸球面を形成する必要があるが、射出成形金型においては凹球面を成形する方が加工が容易であるので、本実施形態では凸球面を適用した例を示した。

（実施例２）
レンズ面３として、図９に示すような凸コーンアレーとすることもできる。レンズ面３は図示しないライトガイドの有効断面内において７ケの円錐状凸部２１をハニカム状に配置したもので、各円錐状凸部間の隙間は平面であり、各円錐状凸部２１は挿入部基端側に突出している。図１０中、レンズ面３の下方側から出射した代表主光線群Ｌは先枠部１のＹ方向マイナス側楕円面１１（傾斜面８）の作用で全般的に上側に偏向されるが、レンズ面３の上方側から出射した代表主光線群３は傾斜面８内で傾斜の小さい部分を通るため、傾斜面８による上側偏向の影響を受けづらい。よって、レンズ面３の円錐状凸部２１において下側に屈折される代表主光線群Ｌは被写体空間側でもほぼそのまま下側に射出することとなる。

凸コーンアレーとして構成されたレンズ面３により代表主光線群ＬをＹ方向の正負両方向に屈折させる作用を位置的に分散した構成では、代表主光線群Ｌが受ける先枠部１の非対称性による偏向作用も分散され、照明光の拡散性を改善することができる。なお、凸状の円錐面に代えて凹状の円錐面でも同様の作用を得ることができるが、射出成形用金型に複数の円錐面加工を行う際に金型側に対して凹状の加工を行う方が容易であるため、本実施例では凸状の円錐面を採用した。

本実施形態におけるレンズ面３の形状は以下の通りである。
ライトガイド中心軸上での先端面とレンズ面の面間隔Ｔ１＝０．７ｍｍ
ライトガイド中心軸上でのレンズ面とライトガイドの面間隔Ｔ２＝０ｍｍ
各円錐状凸部の傾き角＝２７°
各円錐状凸部の中心間隔＝０．１８ｍｍ
各円錐状凸部の有効径＝Φ０．１８ｍｍ
ライトガイド有効断面内で円錐状凸部が占める面積比率＝７８％
傾斜角が１０°〜６０°を有する円錐状凸部の個数比率＝１００％

（実施例３）
レンズ面３として、図１１に示すハニカム型凸部２２を並べたレンズアレーとすることもできる。レンズ面３は図示しないライトガイドの有効断面内において７ケのハニカム型凸部２２をハニカム状に配置したもので、各ハニカム型凸部間の隙間は平面であり、各ハニカム型凸部２２は挿入部基端側に突出している。図１２中、レンズ面３の下方側から出射した代表主光線群３は先枠部１のＹ方向マイナス側楕円面１１（傾斜面８）の作用で全般的に上側に偏向されるが、レンズ面３の上方側から出射した代表主光線群Ｌは傾斜面８内で傾斜の小さい部分を通るため、傾斜面８による上側偏向の影響を受けづらい。よって、レンズ面３のハニカム型凸部２３において下側に屈折される代表主光線群Ｌは被写体空間側でもほぼそのまま下側に射出することとなる。

ハニカム型凸部によるレンズアレーとして構成されたレンズ面３により代表主光線群ＬをＹ方向の正負両方向に屈折させる作用を位置的に分散した構成では、代表主光線群Ｌが受ける先枠部１の非対称性による偏向作用も分散され、照明光の拡散性を改善することができる。なお、凸状のハニカム型凸面に代えて凹状のハニカム型面でも同様の作用を得ることができるが、射出成形用金型に複数のハニカム面加工を行う際に金型側に対して凹状の加工を行う方が容易であるため、本実施例では凸状のハニカム面を採用した。

（実施例４）
レンズ面３として、図１３に示す挿入部基端側に突出する輪状凸面、すなわち、ドーナツ型面２３とすることができる。レンズ面３は図示しないライトガイドの断面内においてライトガイド中心軸から偏心した円をライトガイド中心軸に対して回転させた形状である。図１４に示すように、ドーナツ型面２３の下側から出射した代表主光線群Ｌは先枠部１のＹ方向マイナス側楕円面１１（傾斜面８）の作用で全般的に上側に偏向されるが、ドーナツ型面２３の上側から出射した代表主光線群３は傾斜面８内で傾斜の小さい部分を通るため、傾斜面８による上側偏向の影響を受けづらい。よって、ライトガイドの上側から出射して凸ドーナツ型面２３下側に屈折される代表主光線群３は被写体空間側でもほぼそのまま下側に射出することとなる。

凸ドーナツ型面２３のようにレンズ面３にて代表主光線群ＬをＹ方向の正負両方向に屈折させる作用を位置的に分散できる構成の一種であり、代表主光線群Ｌが受ける先枠部１の非対称性による偏向作用も分散され、照明光の拡散性を改善し得る。凸状でなく凹状のドーナツ型面でも同様の作用が得られるが、射出成形用金型加工の際に金型側で凹状のドーナツ型面とする方が加工し易いため、本実施例では凸状のドーナツ型面を採用した。

本実施形態におけるレンズ面３の形状は以下の通りである。
ライトガイド中心軸上での先端面とレンズ面の面間隔Ｔ１＝０．６ｍｍ
ライトガイド中心軸上でのレンズ面とライトガイドの面間隔Ｔ２＝０ｍｍ
凸ドーナツ型面の断面Ｒ＝−０．２１ｍｍ
凸ドーナツ型面の面頂円の半径＝０．１４ｍｍ
凸ドーナツ型面の有効径＝Φ０．５６ｍｍ
凸ドーナツ型面の最大傾き角＝４１．８°
ライトガイド有効断面内で輪帯が占める面積比率＝１００％

（実施例５）
本実施例におけるレンズ面３は、図１５に示す凸ドーナツ型面２４と中心部凸球面２５の複合面からなる。レンズ面３は図示しないライトガイドの断面内において上記した実施例４に類似の凸ドーナツ型面を外側に配置し、内側に凸球面を配置している。実施例４と同様に、代表主光線群ＬをＹ方向の正負両方向に屈折させる作用を位置的に分散することができる例である。凸ドーナツ型面２４と中心部凸球面２５が共に凸状である理由は射出成形用金型加工の際に金型側を凹状とする方が望ましいためである（図１６参照）。凹ドーナツ型面や中心部凹球面との組み合わせでも照明光の拡散性に関しては同様の効果が得られる。

本実施形態におけるレンズ面３の形状は以下の通りである。
ライトガイド中心軸上での先端面とレンズ面の面間隔Ｔ１＝０．６ｍｍ
ライトガイド中心軸上でのレンズ面とライトガイドの面間隔Ｔ２＝０ｍｍ
凸ドーナツ型面の断面Ｒ＝−０．１４５ｍｍ
凸ドーナツ型面の面頂円の半径＝０．１８ｍｍ
凸ドーナツ型面の有効径＝Φ０．５４ｍｍ
凸ドーナツ型面の最大傾き角＝３８．４°
中心凸球面のＲ＝−０．１４５ｍｍ
中心凸球面の有効径＝０．１８ｍｍ
ライトガイド有効断面内で凸ドーナツ型面が占める面積比率＝８９％

以下、各実施例の被写体平面上照度分布のシミュレーション結果について説明する。
図１７はシミュレーションに用いたライトガイド配光を示す図である。図１７（ａ）は広角の配光分布を有するもので、内視鏡光源装置側で一般的に光量調整に用いられる機械絞りが開いた状態を想定したものであり、実用上はこの状態での被写体面配光が重要である。図１７（ｂ）は狭角の配光分布を有するもので、内視鏡光源装置側からの入射する光束の開口角が極端に狭められた状態を想定したものであり、この状態での実用性を考慮する必要はないが、図１７（ａ）との対比において光源装置側開口状態に対する敏感度を判断するために有用である。

図１８は比較例・実施例の水中配光をシミュレーションした画像であり、図１７（ａ）の広いライトガイド配光を組み合わせた際のものである。製品としては空気中画角９０°で丸視野を有する腎盂尿管用内視鏡を想定しており、画像の水平・垂直範囲は空気中換算で９０°となる状態に設定し、画像正方形に内接する円形の視野マスクを有することを想定している。腎盂尿管用内視鏡の実使用時は水中観察となるため、図１８では被写体空間が屈折率１．３３３の水で満たされた状態をシミュレーションしている。

ここで、比較例１のレンズ面３は図２２に示す単一の凹球面からなり、比較例２のレンズ面３は図２３に示すに挿入部基端側に突出する単一の凸球面を適用している。
比較例１におけるレンズ面３の形状は以下の通りである。
ライトガイド中心軸上での先端面とレンズ面の面間隔Ｔ１＝０．５ｍｍ
ライトガイド中心軸上でのレンズ面とライトガイドの面間隔Ｔ２＝０．０９ｍｍ
凹球面Ｒ＝０．４４ｍｍ
比較例２におけるレンズ面３の形状は以下の通りである。
ライトガイド中心軸上での先端面とレンズ面の面間隔Ｔ１＝１．２ｍｍ
ライトガイド中心軸上でのレンズ面とライトガイドの面間隔Ｔ２＝０ｍｍ
凸球面Ｒ＝−０．４５ｍｍ

以下にシミュレーション条件の詳細を以下に記す。
被写体面形状：平面
被写体までの距離：１００ｍｍ
被写体空間の媒質：水
画像正方形に相当する被写体面上の範囲：水平１２５ｍｍ＊垂直１２５ｍｍ

各例における第２面の面形状を定めるパラメータはこの条件で被写体面中心照度が同一となるように設定した。尚、画像作成においては比較しやすくするために被写体面での最大照度が同一となるように規格化しており、図１９〜図２１でも同様である。画像を比較すると、実施例１、２、４、５の配光はほぼ同等であり、内接円内ではわずかに画像下端が暗くなる程度であり、実用上問題ないレベルである。

これら実施例と比較して、比較例１〜２では、画像下端と画像上端右寄りの陰りが強まり望ましい傾向ではない。尚、画像上端右寄りの陰りは対物用開口部１が照明光路に近接しており、そこに到達した光が消失する影響によるものである。さらに、比較例２は比較例１と比べて対角４隅の陰りが強く、実用性に実施例比較においてのみならず、比較例１に対しても実用性が劣ると判断される。

図１９は比較例・実施例の空気中配光をシミュレーションした画像であり、図１７（ａ）の広いライトガイド配光を組み合わせた際のものである。図１８との条件違いは被写体空間の媒質が空気である点のみであり、被写体面上の範囲は媒質に合わせて以下の如く変更している。
被写体空間の媒質：空気
画像正方形に相当する被写体面上の範囲：水平２００ｍｍ＊垂直２００ｍｍ

図１９の空気中比較においては、全体的に画像上側に光が強く偏向される傾向が見られる。但し、比較例と実施例を比較すると、比較例の方がより強く画像上側に偏向されていることがわかり、本発明のレンズ面形状による偏向緩和効果が見られる。尚、各実施例の画像下端は黒く陰っているが、想定する腎盂尿管用内視鏡としては空気中での観察を考慮する必要はなく、この画像に対し実用性判断をする必要はない。

図２０は図１８と同様に比較例・実施例の水中配光をシミュレーションした画像であるが、図１８の条件と異なる点は図１７（ｂ）の狭いライトガイド配光を組み合わせたことである。図２０では比較例１のみ配光が明らかに劣り、それ以外はほぼ同等である。図１８と図２０での変化が大きいことはライトガイド配光の変化に対して敏感であると解釈できる。ライトガイド配光の変化に対して敏感であることは内視鏡使用時の光源装置自動調光に対する配光変動が大きく望ましくないことを意味し、比較例１はライトガイド配光の変化に対して敏感あるため望ましくない。

図２１は図１９と同様に比較例・実施例の空気中配光をシミュレーションした画像であるが、図１９の条件と異なる点は図１７（ｂ）の狭いライトガイド配光を組み合わせたことである。図２０の場合と同様に、図２１と図１９比較でも比較例１が劣ることがわかる。

以上の図１８〜２１の説明をまとめると、実施例と比較して、比較例２は図１８の実用配光において劣り、比較例１は図１８の実用配光だけでなく、ライトガイド配光に対する敏感性でも劣ることが明らかである。

実施例１では、レンズ面３として凸レンズアレーを適用し、全て同一の凸球面形状としたが、これに限られるものではなく、各凸球面のＲや有効径は異なってもよい。各凸球面間の形状を加工性は良いが拡散性が低い平面とすることを考慮すると、ライトガイド有効断面内で球面が占める面積比率を６０％以上とするのが望ましく、これを満足しないとレンズ面の拡散比率が下がり、先枠部の先端面（傾斜面）での偏向影響を受けやすくなるため望ましくない。また、各凸球面での拡散性が低いと同様の課題が生じるため、凸球面端で傾角１０°〜６０°を有する凸球面の個数比率が６０％以上であることが望ましく、これを満足しないとレンズ面の拡散比率が下がり、先枠部の先端面（傾斜面）での偏向影響を受けやすくなるため望ましくない。

実施例２では、レンズ面３として凸コーンアレーを適用し、全て同一の凸円錐面形状としたが、これに限られるものではなく、各円錐状凸部の傾き角や有効径は異なってもよい。各円錐状凸部間の形状を平面とすることを考慮すると、ライトガイド有効断面内で円錐状凸部が占める面積比率を６０％以上とするのが望ましく、これを満足しないとレンズ面の拡散比率が下がり、先枠部の先端面（傾斜面）での偏向影響を受けやすくなるため望ましくない。また、各円錐状凸部での拡散性が低いと同様の課題が生じるため、傾角１０°〜６０°を有する円錐状凸部の個数比率が６０％以上であることが望ましく、これを満足しないと第２面の拡散比率が下がり、先枠部の先端面（傾斜面）での偏向影響を受けやすくなるため望ましくない。

実施例４と実施例５のレンズ面はそれぞれ凸ドーナツ型面を一つ有するが、凸ドーナツ型面は複数であってもよく、その場合複数の輪帯のＲや幅は異なってもよい。また、その場合にも実施例５のように中心部を空けてそこに輪帯以外の形状を組み合わせてもよい。ライトガイド有効断面内で全ての輪帯が占める面積比率が６０％以上であり、各々の輪帯は最大傾角が１０°〜６０°であることが望ましく、これを満足しないとレンズ面の拡散比率が下がり、先枠部の先端面（傾斜面）での偏向影響を受けやすくなるため望ましくない。

上述したように、本発明のレンズ面の形状は様々なものが考えられる。これらに共通する特性として、ライトガイド中心軸を含む２つの分割断面において、各々の分割断面内でライトガイド中心軸の垂線に対してプラス側とマイナスの両方に傾きを有するようなレンズ面形状であることが挙げられる。各実施例においてライトガイド中心軸を含むＹ−Ｚ断面で見ると、レンズ面はライトガイド中心軸の上側断面でも下側断面でもプラスとマイナスの両方の傾角を有しており、上側断面でも下側断面でも代表主光線群Ｌに対する正負両方の屈折作用が得られる。尚、傾斜角の大きさに関しては、＋１０°以上傾いた部分と−１０°以下傾いた部分の両方を含む形状にしないと傾斜角が小さすぎ、各実施例で示したような作用・効果が得られず望ましくない。

以下、本発明の内視鏡用照明光学系を含む内視鏡システム全系の照明システム構成例を示す。
（例１）
図２４は内視鏡３０と光源装置４０の２体構成からなり、内視鏡３０内に光源側カバーガラス３３、光源側単ファイバーロッド３２、ライトガイド３１、先枠部１を有する。光源装置４０からの光は光源側カバーガラス３３と単一コアとクラッドを有する光源側単ファイバーロッド３２で光量の位置分布を均一化した後にライトガイド３１を伝播し、先枠部１より被写体空間に出射する。この構成は内視鏡システムの照明システムとして最も標準的であり、照明システムの機器接続が１箇所しかなく使用前の準備が容易である。

（例２）
図２５は内視鏡３０と光源装置４０の間に着脱式の外付けライトガイドケーブル５０を接続する３体構成からなり、内視鏡３０内には単ファイバーロッド３４、ライトガイド３１、先枠部１を有する。光源装置４０からの光は外付けライトガイドケーブル５０で伝送され、単一コアとクラッドを有する単ファイバーロッド３４で光量の位置分布を均一化した後にライトガイド３１を伝播し、先枠部１より被写体空間に出射する。この３体構成は主に硬性鏡システムに多く見られるもので、機器接続が２箇所となるが、内視鏡３０から照明光を長距離伝送する機能が外付けライトガイドケーブル５０に分離されることにより、内視鏡３０を小型化・短尺化でき、使用後の洗浄・消毒・滅菌等での取り回しや保管に有利である。

（例３）
図２６は図２５と同様に３体構成からなるが、内視鏡３０内の構成は異なっており、ファイバーコーン３５、ライトガイド３１、先枠部１を有する。ファイバーコーン３５は複数の光ファイバーからバンドルを溶融等により入射径と出射径が異なるよう構成したものであり、光学的には投影面積と開口数を変換する役割を有する。内視鏡においては入射径に対して出射径を小さくする方向で使用し、ファイバーコーン３５の出射側で投影面積縮小し開口数を増加させ、ライトガイドに入射する単位面積当りのエネルギー密度増加とその角度特性を広げる目的で使用する。光源装置４０からの光は外付けライトガイドケーブル５０で伝送され、ファイバーコーン３５によりエネルギー密度増加と広角化された光束がライトガイド３１を伝播し、先枠部１より被写体空間に出射する。図２５の単ファイバーロッド３４を用いた構成と比較して、明るさと配光に優れる特徴がある。

本発明に係る内視鏡用照明光学系は例えば図２４〜図２６に示したような、各種照明システム構成に対応可能であり、かつ、これらの接続構成に限定されたものではない。

１先枠部
２ライトガイド保持部
３レンズ面
４撮像光学系用開口部
５チャンネル用開口部
７先端面
８傾斜面
１１Ｙ方向マイナス側楕円面１１
１２Ｙ方向プラス側楕円面
１３Ｘ方向マイナス側傾斜面
１４外周部Ｒ面取り
２０球面
２１円錐状凸部２１
２２ハニカム型凸部
２３ドーナツ型面
２４凸ドーナツ型面
２５中心部凸球面
３０内視鏡
３１ライトガイド
３２光源側単ファイバーロッド
３３光源側カバーガラス
３４単ファイバーロッド
３５ファイバーコーン
４０光源装置
５０外付けライトガイドケーブル

Claims

内視鏡の挿入部先端に設けられ、該挿入部に配置されるライトガイドからの照明光を透過する透明部材からなる筒状の先枠部と、
該先枠部の前記挿入部先端から前記挿入部基端に向かって順に設けられた先端面及びレンズ面を備え、
前記先端面が、前記挿入部先端から前記挿入部基端に向かい前記ライトガイドの有効断面積の少なくとも一部に対して傾斜し、その最大傾斜角が前記ライトガイドの中心軸に垂直な面に対して１０°以上である傾斜面を有し、
前記レンズ面が、前記ライトガイドの中心軸を含む断面を前記中心軸で分割した二つの分割断面の各々において、前記中心軸の垂線に対して＋１０°以上傾斜する面と−１０°以下傾斜する面とを含む内視鏡用照明光学系。
前記レンズ面が、前記ライトガイドの有効断面内に対して屈折力が正の球面を複数有し、
該球面の前記ライトガイドの有効断面積に対する面積比率が６０％以上であり、端部の傾斜角が１０°以上６０°以下である前記球面の前記レンズ面における個数比率が６０％以上である請求項１記載の内視鏡用照明光学系。
前記レンズ面が、前記ライトガイドの有効断面内に対して前記挿入部基端側に突出する円錐状凸部を複数有し、
該円錐状凸部の前記ライトガイドの有効断面積に対する面積比率が６０％以上であり、傾斜角が１０°以上６０°以下である前記円錐状凸部の前記レンズ面における個数比率が６０％以上である請求項１記載の内視鏡用照明光学系。
前記レンズ面が、前記ライトガイドの有効断面内に対して前記挿入部基端側に突出する輪状凸面を有し、
該輪状凸面の前記ライトガイドの有効断面積に対する面積比率が６０％以上であり、端部の傾斜角が１０°以上６０°以下である請求項１記載の内視鏡用照明光学系。
前記レンズ面が、前記ライトガイドの有効断面内に対して前記挿入部基端側に突出するハニカム状凸部を複数有し、
該ハニカム状凸部の前記ライトガイドの有効断面積に対する面積比率が６０％以上であり、傾斜角が１０°以上６０°以下である前記円錐状凸部の前記レンズ面における個数比率が６０％以上である請求項１記載の内視鏡用照明光学系。