JP2018194746A - 照明用レンズおよび内視鏡用照明光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】広角の配光特性を有し、低侵襲の照明光を得ることが可能な照明用レンズ、およびこの照明用レンズを備えた内視鏡用照明光学を提供する。【解決手段】照明用レンズ１は、光源側から順に、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２の２枚のレンズからなり、全てのレンズ面が平面形状または凸面の球面形状である。第１レンズＬ１の入射面Ｓ１は凸面であり、第２レンズＬ２の射出面Ｓ４は平面である。第１レンズＬ１の外径を２Ｈとしたとき、光軸Ｚに平行で高さ０．２５×Ｈ、０．５×Ｈで入射した光線の交点Ｐｃは照明用レンズ内部のみに位置する。照明用レンズ１の焦点距離ｆ、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１に関する以下の条件式を満足する。０．６１＜ｆ／ｆ１＜１．５（１）【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡等の照明装置に適用可能な照明用レンズ、およびこの照明用レンズを備えた内視鏡用照明光学系に関する。

従来、内視鏡の照明光学系として、下記特許文献１、２に記載のものが知られている。特許文献１、２には、２枚のレンズからなり、光源からの光を導光するファイババンドルと組み合わせて使用されて対象物に照明光を照射するレンズ系が記載されている。

特許第４１４７０３７号公報 特許第４８７４０３２号公報

内視鏡の観察光学系の広角化が進むに伴い内視鏡の照明光学系にも広角化が求められるようになっている。光源からの光を収束した後に発散光として射出して広角の照明光を得る光学系では、設計仕様によっては光の収束点が高エネルギーとなるため、観察対象物を侵襲しないように注意が必要である。特に医療用内視鏡においては患者の負担を軽減するため低侵襲であることが望まれている。

しかしながら、特許文献１に記載の２枚のレンズからなる集光レンズは平行光が入射した場合に光の収束点が複数形成され、そのうちの１つの収束点は集光レンズ外の観察対象物側に位置するため、低侵襲という点で考慮が必要である。また、特許文献２にはレンズ系に平行光が入射した場合の光の収束点の位置は明示されていないが、仮にレンズ系内部に収束点が位置していたとしても、製造公差によるバラつきによって収束点の位置が設計値から変動することもあるため、この点も含めた考慮が必要である。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、広角の配光特性を有し、低侵襲の照明光を得ることが可能な照明用レンズ、およびこの照明用レンズを備えた内視鏡用照明光学系を提供することを目的とする。

本発明の照明用レンズは、内視鏡用照明光学系に用いられる照明用レンズであって、光源側から対象物側へ向かって順に、第１レンズ、第２レンズの２枚のレンズからなり、全てのレンズ面が平面形状または凸面の球面形状であり、光源からの光が入射する第１レンズの入射面は凸面であり、対象物への光を射出する第２レンズの射出面は平面であり、第１レンズの光軸に垂直な方向の外径を２Ｈとしたとき、入射面へ光軸に平行で光軸からの高さ０．２５×Ｈで入射した光線と、入射面へ光軸に平行で光軸からの高さ０．５×Ｈで入射した光線との交点は、照明用レンズ内部のみに位置し、第２レンズの光軸上の厚みをｔとしたとき、交点の光軸方向の位置は、第２レンズの射出面から光源側に０．４×ｔ離れた位置より光源側であり、照明用レンズの焦点距離をｆとし、第１レンズの焦点距離をｆ１としたとき、
０．６１＜ｆ／ｆ１＜１．５ （１）
で表される条件式（１）を満足する。

本発明の照明用レンズにおいては、下記条件式（１−１）を満足することが好ましい。
０．６２＜ｆ／ｆ１＜１．４９ （１−１）

また、本発明の照明用レンズにおいては、第１レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ１としたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましく、下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
１．８＜Ｎｄ１＜２ （２）
１．８３＜Ｎｄ１＜２ （２−１）

また、本発明の照明用レンズにおいては、照明用レンズの焦点距離をｆとし、第２レンズの焦点距離をｆ２としたとき、下記条件式（３）を満足することが好ましく、下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
０．４＜ｆ／ｆ２＜１．８ （３）
０．４５＜ｆ／ｆ２＜１．７５ （３−１）

また、本発明の照明用レンズにおいては、第２レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ２としたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
１．８＜Ｎｄ２＜２ （４）
１．８３＜Ｎｄ２＜２ （４−１）

本発明の内視鏡用照明光学系は、本発明の照明用レンズを備えている。

なお、本明細書の「〜からなり」は、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞り、フィルタ、カバーガラス等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル等が含まれていてもよいことを意図する。

本発明によれば、広角の配光特性を有し、低侵襲の照明光を得ることが可能な照明用レンズ、およびこの照明用レンズを備えた内視鏡用照明光学を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る照明用レンズの構成を説明するための断面図である。 本発明の実施例１の照明用レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例２の照明用レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る内視鏡用照明光学系の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る照明用レンズ１の構成を示す断面図である。図２は、この照明用レンズ１に光軸Ｚに平行に光線を入射させたときの構成と光路を示す図である。図１および図２に示す構成例は後述の実施例１の照明用レンズ１に対応している。この照明用レンズ１は、内視鏡用照明光学系に用いられ、光源からの光が入射されて観察対象物（以下、対象物という）へ照明光を射出する。図１および図２は、光軸Ｚを含む断面図を示し、紙面左側が光源側、紙面右側が対象物側として図示している。

照明用レンズ１は、光源側から対象物側へ向かって順に、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２の２枚のレンズからなる。図１に示す例では、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２は正の屈折力を有するレンズである。照明用レンズ１は、全てのレンズ面が平面形状または凸面の球面形状となるように構成される。第１レンズＬ１の光源側のレンズ面は、光源からの光が入射する入射面Ｓ１であり、第１レンズＬ１の入射面Ｓ１は凸面となるように構成される。

第２レンズＬ２の対象物側のレンズ面は、対象物への光を射出する射出面Ｓ４であり、第２レンズＬ２の射出面Ｓ４は平面となるように構成される。照明用レンズ１は、挿入型の内視鏡に搭載された際には挿入部先端に配置され、射出面Ｓ４は体液、洗浄液、油脂等にさらされる虞がある。そのため、射出面Ｓ４を平面とした場合は上記液や油脂等が付着しにくく、また付着した場合でも落ち易く、洗浄が容易となる。

照明用レンズ１は、第１レンズＬ１の光軸Ｚに垂直な方向の外径を２Ｈとしたとき、第１レンズＬ１の入射面Ｓ１へ光軸Ｚに平行で光軸Ｚからの高さ０．２５×Ｈで入射した光線と、第１レンズＬ１の入射面Ｓ１へ光軸Ｚに平行で光軸Ｚからの高さ０．５×Ｈで入射した光線との交点Ｐｃは、照明用レンズ１の内部のみに位置するように構成される。図２からわかるように、照明用レンズ１内部で収束した光束は発散光として照明用レンズ１外部へ射出されており、このような光であれば対象物を侵襲する可能性は低いと言える。光軸Ｚに近い領域は光密度が高いため高エネルギーになりやすいが、交点Ｐｃを照明用レンズ１の内部のみに位置させた場合は、光軸Ｚに近い光束を照明用レンズ１の内部で一旦収束させた後に発散させて照明用レンズ１の外へ射出することが容易となる。これによって、レンズ外での光密度を下げることができ、低侵襲化することができる。また、照明用レンズ１の内部で一旦収束させた後に発散光として照明用レンズ１外へ射出することによって、広角、例えば全角で１４０°以上の範囲の照明をすることが可能となる。特に、光軸付近の光量が高くなりやすい光線に角度をつけるのに有効となる。

また、図１に示すように、第２レンズＬ２の光軸上の厚みをｔとしたとき、交点Ｐｃの光軸方向の位置は、第２レンズＬ２の射出面Ｓ４から光源側に０．４×ｔ離れた位置より光源側に位置するように構成される。これにより、製造公差によるバラつきがある場合でも交点Ｐｃを照明用レンズ１内部に存在させることが容易となり、低侵襲化のロバスト性を高めることができる。また、キズ等が射出面Ｓ４にある場合でも、キズによる回折光を比較的抑えることができ、照明光のムラを低減できる。

さらに、照明用レンズ１は、照明用レンズ１の焦点距離をｆとし、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１としたとき、下記条件式（１）を満足するように構成される。条件式（１）の下限以下とならないようにすることによって、光学系外部での光密度を下げることができるので低侵襲化することができ、また、広い射出角度を確保することができる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることによって、光線を曲げる力が強くなりすぎないため、製造公差によるバラつきがある場合でもその影響が大きくなりすぎることがなく、好適な配光および照明光の均一性を維持することが容易となる。なお、下記条件式（１−１）を満足すれば、より良好な特性とすることができる。
０．６１＜ｆ／ｆ１＜１．５ （１）
０．６２＜ｆ／ｆ１＜１．４９ （１−１）

また、照明用レンズ１は、第１レンズＬ１のｄ線に対する屈折率をＮｄ１としたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましい。条件式（２）の下限以下とならないようにすることによって、光学系外部での光密度を下げることができるので低侵襲化することができ、また、広い射出角度を確保することができる。条件式（２）の上限以上とならないようにすることによって、現存の光学材料から好適な材料を選択して、広角な配光においても波長による変化を抑えることができ、良好な照明光を得ることに有利となる。内視鏡では観察方法により用いる光の波長が異なることがあるため、観察方法によっては色による変化、すなわち色ズレが少ないことが求められる。なお、下記条件式（２−１）を満足すれば、より良好な特性とすることができる。
１．８＜Ｎｄ１＜２ （２）
１．８３＜Ｎｄ１＜２ （２−１）

また、照明用レンズ１は、照明用レンズ１の焦点距離をｆとし、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２としたとき、下記条件式（３）を満足することが好ましい。条件式（３）の下限以下とならないようにすることによって、広い射出角度を確保することができる。条件式（３）の上限以上とならないようにすることによって、光線を曲げる力が強くなりすぎないため、製造公差によるバラつきがある場合でもその影響が大きくなりすぎることがなく、好適な配光および照明光の均一性を維持することが容易となる。なお、下記条件式（３−１）を満足すれば、より良好な特性とすることができる。
０．４＜ｆ／ｆ２＜１．８ （３）
０．４５＜ｆ／ｆ２＜１．７５ （３−１）

また、照明用レンズ１は、第２レンズＬ２のｄ線に対する屈折率をＮｄ２としたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）の下限以下とならないようにすることによって、広い射出角度を確保することができる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることによって、現存の光学材料から好適な材料を選択して、広角な配光においても波長による変化を抑えることができ、良好な照明光を得ることに有利となる。なお、下記条件式（４−１）を満足すれば、より良好な特性とすることができる。
１．８＜Ｎｄ２＜２ （４）
１．８３＜Ｎｄ２＜２ （４−１）

上述した好ましい構成および／または可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本実施形態によれば、低侵襲化のロバスト性が高い照明用レンズを実現できる。

次に、本発明の照明用レンズの数値実施例について説明する。
［実施例１］
図２に、実施例１の照明用レンズ１の構成と、このレンズに光軸Ｚに平行な光線を入射させたときの光路を示す。図２では、紙面左側が光源側、紙面右側が対象物側である。照明用レンズ１は、光源側から対象物側へ向かって順に、両凸レンズである第１レンズＬ１、平凸レンズである第２レンズＬ２からなる。

実施例１の照明用レンズ１の基本レンズデータを表１に示す。表１では、面番号の欄には最も光源側の構成要素の面を１番目として対象物側に向かうに従い順次増加する面番号を示し、曲率半径の欄には各面の曲率半径を示し、面間隔の欄には各面とその次の面との光軸Ｚ上の間隔を示す。また、Ｎｄの欄には各光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））に対する屈折率を示し、νｄの欄には各光学要素のｄ線基準のアッベ数を示す。ここで、曲率半径の符号は、面形状が光源側に凸の場合を正、対象物側に凸の場合を負としている。実施例１の照明用レンズ１では、外形２Ｈは１．７である。

表１のデータにおいて、長さの単位としてはｍｍ（ミリメートル）を用いているが、光学系は比例拡大または比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、および記載方法は、以下の実施例２のデータについても同様であるため、以下では重複説明を省略する。

［実施例２］
図３に、実施例２の照明用レンズ１の構成を示す断面図と、このレンズに光軸Ｚに平行な光線を入射させたときの光路を示す。実施例２の照明用レンズ１の基本レンズデータを表２に示す。実施例２の照明用レンズ１では、外形２Ｈは１．７である。

表３に、実施例１〜２の照明用レンズ１について、条件式（１）〜（４）の対応値を示す。実施例１〜２はｄ線を基準波長としており、表３に示す値はこの基準波長におけるものである。

次に、本発明の実施形態に係る内視鏡用照明光学系１０について説明する。図４に、本発明の実施形態に係る内視鏡用照明光学系１０の概略構成図を示す。内視鏡用照明光学系１０は、光源１１と、光結合用レンズ１２と、導光部材１３と、本発明の実施形態に係る照明用レンズ１とを備えている。照明用レンズ１は、第１レンズＬ１、および第２レンズＬ２の２枚のレンズからなる。光源１１は例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、またはレーザを用いることができる。光結合用レンズ１２は、光源１１と導光部材１３を光結合するためのレンズである。導光部材１３は、光源１１からの光を照明用レンズ１へ導光するものであり、例えばファイババンドルからなるライトガイドを用いることができる。内視鏡用照明光学系１０は、本発明の実施形態に係る照明用レンズ１を備えているため、広角の配光特性を有し、低侵襲の照明光を得ることができる。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、およびアッベ数は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。また、本発明の照明用レンズは、内視鏡用照明光学系以外の照明光学系にも適用可能である。

１ 照明用レンズ
１０ 内視鏡用照明光学系
１１ 光源
１２ 光結合用レンズ
１３ 導光部材
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｐｃ 交点
Ｓ１ 入射面
Ｓ４ 射出面
Ｚ 光軸

Claims (9)

1. 内視鏡用照明光学系に用いられる照明用レンズであって、
   光源側から対象物側へ向かって順に、第１レンズ、第２レンズの２枚のレンズからなり、
   全てのレンズ面が平面形状または凸面の球面形状であり、
   光源からの光が入射する前記第１レンズの入射面は凸面であり、
   対象物への光を射出する前記第２レンズの射出面は平面であり、
   前記第１レンズの光軸に垂直な方向の外径を２Ｈとしたとき、前記入射面へ光軸に平行で光軸からの高さ０．２５×Ｈで入射した光線と、前記入射面へ光軸に平行で光軸からの高さ０．５×Ｈで入射した光線との交点は、前記照明用レンズ内部のみに位置し、
   前記第２レンズの光軸上の厚みをｔとしたとき、前記交点の光軸方向の位置は、前記第２レンズの射出面から光源側に０．４×ｔ離れた位置より光源側であり、
   前記照明用レンズの焦点距離をｆとし、前記第１レンズの焦点距離をｆ１としたとき、
   ０．６１＜ｆ／ｆ１＜１．５ （１）
   で表される条件式（１）を満足することを特徴とする照明用レンズ。
2. 前記第１レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ１としたとき、
   １．８＜Ｎｄ１＜２ （２）
   で表される条件式（２）を満足する請求項１記載の照明用レンズ。
3. 前記第２レンズの焦点距離をｆ２としたとき、
   ０．４＜ｆ／ｆ２＜１．８ （３）
   で表される条件式（３）を満足する請求項１または２記載の照明用レンズ。
4. 前記第２レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ２としたとき、
   １．８＜Ｎｄ２＜２ （４）
   で表される条件式（４）を満足する請求項１から３のいずれか１項記載の照明用レンズ。
5. ０．６２＜ｆ／ｆ１＜１．４９ （１−１）
   で表される条件式（１−１）を満足する請求項１記載の照明用レンズ。
6. １．８３＜Ｎｄ１＜２ （２−１）
   で表される条件式（２−１）を満足する請求項２記載の照明用レンズ。
7. ０．４５＜ｆ／ｆ２＜１．７５ （３−１）
   で表される条件式（３−１）を満足する請求項３記載の照明用レンズ。
8. １．８３＜Ｎｄ２＜２ （４−１）
   で表される条件式（４−１）を満足する請求項４記載の照明用レンズ。
9. 請求項１から８のいずれか１項記載の照明用レンズを備えた内視鏡用照明光学系。