JP2022182974A - Endoscope illumination optical system, optical adapter and endoscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内視鏡用照明光学系、光学アダプタ及び内視鏡に関し、特に、被検体に挿入される挿入部を有する内視鏡用の照明光学系、光学アダプタ及び、その照明光学系を有する内視鏡に関する。 The present invention relates to an endoscope illumination optical system, an optical adapter, and an endoscope, and more particularly to an endoscope illumination optical system, an optical adapter, and an illumination optical system for an endoscope having an insertion section to be inserted into a subject. endoscope.
内視鏡が工業分野及び医療分野で広く用いられている。内視鏡は、挿入部を有し、挿入部の先端部から照明光が出射される。被写体からの照明光の反射光は観察窓で受光されて、被写体像を取得することによって、被検体内の被写体像が内視鏡画像として得られる。 Endoscopes are widely used in industrial and medical fields. The endoscope has an insertion section, and illumination light is emitted from the distal end of the insertion section. Reflected light of the illumination light from the object is received by the observation window, and the image of the object inside the object is obtained as an endoscope image by acquiring the image of the object.
照明光が所望の配光角を有するように、光を拡散させる光学素子を有する照明光学系が、挿入部の先端部に装着される光学アダプタ内、又は挿入部の先端部内に設けられる。 An illumination optical system having an optical element for diffusing light is provided in the optical adapter attached to the distal end of the insertion section or in the distal end of the insertion section so that the illumination light has a desired light distribution angle.
光学素子の入射面には、複数の傾斜面が形成され、その複数の傾斜面が光を拡散する。その拡散により、所望の配光角の照明光が光学素子の出射面から出射する。例えば、日本国特開2015-226712号に開示の光学素子では、光学素子の入射面に、複数の傾斜面を有するプリズムが複数、規則的に形成されたプリズム面が設けられている。 A plurality of inclined surfaces are formed on the incident surface of the optical element, and the plurality of inclined surfaces diffuse the light. Due to the diffusion, illumination light with a desired light distribution angle is emitted from the exit surface of the optical element. For example, in the optical element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-226712, a prism surface in which a plurality of prisms having a plurality of inclined surfaces are regularly formed is provided on the incident surface of the optical element.
しかし、光学素子に入射する光もある程度の広がりを持って光学素子の入射面に入射する。そのため、光学素子の光軸に直交する平面に対する傾斜面の角度を大きくして配光角度を広げるようとすると、光学素子内で全反射する光量が増えてしまう。光学素子内で全反射が起きると、出射面から出射される照明光の光量が減少してしまう。逆に、照明光の出射光量が減らないようにするためには、傾斜面の角度を小さくしなければならないが、傾斜面の角度を小さくすると、配光角を大きくすることができない。 However, the light incident on the optical element also spreads to some extent and enters the incident surface of the optical element. Therefore, if an attempt is made to widen the light distribution angle by increasing the angle of the inclined surface with respect to the plane orthogonal to the optical axis of the optical element, the amount of light totally reflected within the optical element increases. When total reflection occurs within the optical element, the amount of illumination light emitted from the emission surface is reduced. Conversely, the angle of the inclined surface must be made small in order to prevent the emitted light amount of the illumination light from decreasing, but if the angle of the inclined surface is made small, the light distribution angle cannot be increased.
そこで、本発明は、出射光量の減少量を少なくしつつ、配光を広げることができる内視鏡用照明光学系、光学アダプタ及び内視鏡を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an illumination optical system for an endoscope, an optical adapter, and an endoscope that can widen the light distribution while reducing the amount of decrease in the amount of emitted light.
本発明の一態様の内視鏡用照明光学系は、被検体に挿入される挿入部を有する内視鏡用の照明光学系であって、入射光として光が入射する入射面と、照明光として前記光を出射する出射面とを有する光学素子を有し、前記出射面は、前記出射光を拡散させる拡散領域を有し、前記拡散領域は、前記出射面上に配列された、複数の凹部と、複数の周辺領域を有し、各凹部は、前記出射面に対して傾斜した、前記入射光を全反射させる複数の全反射面を有し、前記複数の全反射面の内の少なくとも1つは、前記出射面に対して第1の角度を有して傾斜し、各周辺領域は、前記複数の全反射面を囲むように形成され、I:前記入射面を通過した後、前記全反射面で全反射された反射光、及びII:前記入射面を通過した後、前記全反射面で全反射しなかった前記入射光を透過して出射させる透過面を有する。 An illumination optical system for an endoscope according to one aspect of the present invention is an illumination optical system for an endoscope having an insertion portion to be inserted into a subject, the illumination optical system for an endoscope having an incident surface on which light is incident as incident light; and an output surface for outputting the light, the output surface having a diffusion area for diffusing the output light, and the diffusion area having a plurality of diffusion areas arranged on the output surface. a concave portion and a plurality of peripheral regions, each concave portion having a plurality of total reflection surfaces inclined with respect to the emission surface for totally reflecting the incident light, and at least one of the plurality of total reflection surfaces one is inclined at a first angle with respect to the exit surface, each peripheral region is formed to surround the plurality of total reflection surfaces, and I: after passing through the entrance surface, the Reflected light that has been totally reflected by the total reflection surface, and II: It has a transmission surface that transmits and emits the incident light that has not been totally reflected by the total reflection surface after passing through the incident surface.
本発明の一態様の光学アダプタは、被検体に挿入される挿入部の先端部に装着可能な光学アダプタであって、入射光として光が入射する入射面と、照明光として前記光を出射する出射面とを有する光学素子を有し、前記出射面は、前記出射光を拡散させる拡散領域を有し、前記拡散領域は、前記出射面上に配列された、複数の凹部と、複数の周辺領域を有し、各凹部は、前記出射面に対して傾斜した、前記入射光を全反射させる複数の全反射面を有し、前記複数の全反射面の内の少なくとも1つは、前記出射面に対して第1の角度を有して傾斜し、各周辺領域は、前記複数の全反射面を囲むように形成され、I:前記入射面を通過した後、前記全反射面で全反射された反射光、及びII:前記入射面を通過した後、前記全反射面で全反射しなかった前記入射光を透過して出射させる透過面を有する。 An optical adapter according to one aspect of the present invention is an optical adapter that can be attached to a distal end portion of an insertion section that is inserted into a subject, and has an incident surface on which light as incident light is incident and the light as illumination light is emitted. and an output surface, the output surface having a diffusion region for diffusing the output light, the diffusion region including a plurality of concave portions and a plurality of peripheral portions arranged on the output surface. each concave portion has a plurality of total reflection surfaces tilted with respect to the exit surface for totally reflecting the incident light, at least one of the plurality of total reflection surfaces inclined at a first angle with respect to the surface, each peripheral region being formed to surround the plurality of total reflection surfaces, and I: being totally reflected at the total reflection surface after passing through the incident surface; and II: a transmission surface that transmits and emits the incident light that has not been totally reflected by the total reflection surface after passing through the incident surface.
本発明の一態様の内視鏡は、入射光として光が入射する入射面と、照明光として前記光を出射する出射面とを有する光学素子を有し、前記出射面は、前記出射光を拡散させる拡散領域を有し、前記拡散領域は、前記出射面上に配列された、複数の凹部と、複数の周辺領域を有し、各凹部は、前記出射面に対して傾斜した、前記入射光を全反射させる複数の全反射面を有し、前記複数の全反射面の内の少なくとも1つは、前記出射面に対して第1の角度を有して傾斜し、各周辺領域は、前記複数の全反射面を囲むように形成され、I:前記入射面を通過した後、前記全反射面で全反射された反射光、及びII:前記入射面を通過した後、前記全反射面で全反射しなかった前記入射光を透過して出射させる透過面を有する、内視鏡用照明光学系と、被検体に挿入される挿入部と、を有する。 An endoscope of one aspect of the present invention includes an optical element having an incident surface on which light is incident as incident light and an exit surface from which the light is emitted as illumination light, and the exit surface emits the exit light. a diffusion region for diffusing, the diffusion region having a plurality of recesses and a plurality of peripheral regions arranged on the exit surface, each recess sloping with respect to the exit surface; having a plurality of total reflection surfaces for totally reflecting incident light, at least one of the plurality of total reflection surfaces being inclined at a first angle with respect to the exit surface, each peripheral region comprising: I: Reflected light totally reflected by the total reflection surface after passing through the incident surface; and II: Light reflected by the total reflection surface after passing through the incident surface. an illumination optical system for an endoscope having a transmission surface for transmitting and emitting the incident light that has not been totally reflected at the endoscope; and an insertion section that is inserted into the subject.
本発明によれば、出射光量の減少量を少なくしつつ、配光を広げることができる内視鏡用照明光学系、光学アダプタ及び内視鏡を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the illumination optical system for endoscopes, an optical adapter, and an endoscope which can widen light distribution can be provided, reducing the reduction amount of emitted light quantity.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。
(内視鏡装置の構成)
In each drawing used for the following explanation, the scale of each component is changed in order to make each component recognizable on the drawing. is not limited only to the quantity of components, shapes of components, size ratios of components, and relative positional relationships of components described in .
(Configuration of endoscope device)
図1は、本実施の形態に係わる内視鏡装置の構成を示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of an endoscope apparatus according to this embodiment.
図1に示すように、内視鏡装置1は、ビデオプロセッサ等の機能を備えた装置本体2と、装置本体2に接続される内視鏡3とを有して構成されている。装置本体2は、内視鏡画像、操作メニュー等が表示される、例えば液晶パネル(LCD)等の表示部4を有する。この表示部4には、タッチパネルが設けられていてもよい。
As shown in FIG. 1, an endoscope apparatus 1 includes an apparatus
内視鏡3は、被検体内に挿入される内視鏡挿入部としての挿入部5と、挿入部5の基端に連設された操作部6と、操作部6から延出したユニバーサルコード7とを有して構成されている。内視鏡3は、ユニバーサルコード7を介して装置本体2と着脱可能になっている。
The endoscope 3 includes an insertion section 5 as an endoscope insertion section to be inserted into a subject, an
挿入部5は、先端側から順に、先端部11と、湾曲部12と、長尺な可撓部13とを有して構成されている。湾曲部12は、先端部11の基端に連設され、例えば上下左右方向に湾曲自在に構成されている。可撓部13は、湾曲部12に基端に連設され、可撓性を有する。
The insertion portion 5 includes, in order from the distal end side, a
先端部11には、矢印で示すように、直視用の光学アダプタ10が着脱自在に装着可能となっている。例えば、直視用の光学アダプタ10を先端部11に装着することによって、内視鏡3は直視用内視鏡となる。すなわち、光学アダプタ10は、内視鏡3の挿入部5の先端部11に装着可能となっている。光学アダプタ10は、検査対象、検査用途などに応じて装着される。よって、内視鏡装置1は、光学アダプタ10を先端部11に装着しないで使用することもできる。なお光学アダプタ10は、直視用に限らず、側視用や斜視用などのものでも良い。
An
操作部6には、湾曲部12を上下左右方向に湾曲させる湾曲ジョイスティック6aが設けられている。ユーザは、湾曲ジョイスティック6aを傾倒操作することで、湾曲部12を所望の方向に湾曲させることができる。また、操作部6には、湾曲ジョイスティック6aの他に、内視鏡機能を指示するボタン類、例えば、フリーズボタン、湾曲ロックボタン、記録指示ボタン等の各種操作ボタンが設けられている。
The
なお、表示部4にタッチパネルが設けられている構成の場合、ユーザは、タッチパネルを操作して、内視鏡装置1の種々の操作を指示してもよい。 In addition, in the case where the display unit 4 is provided with a touch panel, the user may operate the touch panel to instruct various operations of the endoscope apparatus 1 .
装置本体2の表示部4には、先端部11内に設けられた撮像ユニットの撮像素子23(図3,図5)によって撮像された内視鏡画像が表示される。また、装置本体2の内部には、画像処理や各種制御を行う制御部(図示せず)、処理画像をメモリ(図示せず)に記録する記録装置、等々の各種回路が設けられている。
The display unit 4 of the apparatus
図2は、光学アダプタ10が装着された先端部11の斜視図である。図3は、光学アダプタ10が装着された先端部11の断面図である。図3は、挿入部5の長手軸Oに沿った先端部11の断面を示す。図3において、点線の左側が光学アダプタ10であり、点線の右側が先端部11である。
FIG. 2 is a perspective view of the
光学アダプタ10は、円筒形状を有する。光学アダプタ10の先端面10aには、観察窓21と照明窓22が設けられている。観察窓21と照明窓22は、光学アダプタ10を先端側から見たときに、部分円形状を有している。特に、照明窓22は、細長の半円形状を有している。
The
観察窓21は、カバーガラス21aにより構成されている。カバーガラス21aは、観察窓の凹レンズとしての役割も果たしている。カバーガラス21aの後ろ側には、光学アダプタ10のハウジング10b内に、観察光学系を構成するレンズ群21bを構成するレンズが設けられている。
The
挿入部5の先端部11は、図示しない先端硬質部材を有し、その先端硬質部材内に、観察光学系を構成するレンズ21cと、撮像素子23と、が内蔵されている。撮像素子23は、例えばCCDイメージセンサやCMOSイメージセンサである。光学アダプタ10が挿入部5の先端部11に装着されると、光学アダプタ10内のレンズと先端部11内のレンズが、撮像素子23のための撮像光学系すなわち観察光学系を形成する。よって、カバーガラス21a、レンズ群21b、およびレンズ21cは、観察光学系を構成する。撮像素子23からは、信号線23aが延出している。信号線23aは、装置本体2内の回路基板に接続されている。
The
照明窓22は、照明光を出射する。被写体からの反射光が、観察窓21に入射する。被写体からの光は、観察光学系を介して撮像素子23の撮像面に被写体像を形成する。
The
照明窓22は、カバーガラス22aにより構成されている。カバーガラス22aは、2枚のガラス22a1、22a2を有する。2枚のガラス22a1、22a2は、接着剤により貼り合わされている。
The
例えば、ガラス22a1の基端面が、砂目面(点線で示す)である。ガラス22a1の先端面は、平面である。ガラス22a2の基端面と先端面は、共に平面である。2枚のガラス22a1、22a2は、砂目面を挟むようにして接着剤で接着されて固定される。砂目面によりランダムに光を拡散し、後述する拡散構造を有する拡散素子の配光規則性に伴う配光ムラを解消する。例えば、ガラス22a1、22a2の屈折率は、共に1.52で、接着剤の屈折率は、1.56である。ガラス22a1、22a2と接着剤を、屈折率が互いにわずかに異なる部材を用いることにより、散乱されすぎるのを防ぎつつ、配光ムラが解消される。なお、配光ムラの解消よりも光量の確保を優先する場合は、ガラス22a1の基端面に砂目面を設けなくてもよい。 For example, the base end surface of the glass 22a1 is a grained surface (indicated by dotted lines). The tip surface of the glass 22a1 is flat. Both the base end surface and the tip end surface of the glass 22a2 are flat. The two glasses 22a1 and 22a2 are fixed by bonding with an adhesive so as to sandwich the grained surface. Light is randomly diffused by the grained surface, and uneven light distribution caused by the regularity of light distribution of a diffusion element having a diffusion structure, which will be described later, is eliminated. For example, the refractive indices of the glasses 22a1 and 22a2 are both 1.52, and the refractive index of the adhesive is 1.56. By using members having slightly different refractive indices for the glasses 22a1 and 22a2 and the adhesive, uneven light distribution is eliminated while preventing excessive scattering. If priority is given to securing the amount of light over elimination of light distribution unevenness, the base end surface of the glass 22a1 does not need to be grained.
ガラス22a2の基端面に入射した光は、ガラス22a1の先端面から出射する。 The light incident on the base end face of the glass 22a2 is emitted from the tip end face of the glass 22a1.
なお、カバーガラス22aは、基端側からガラス22a1、ガラス22a2の順に並ぶように配置してもよい。その場合、先端面側のガラス22a2と基端側のガラス22a1との間には空気層が形成されるように離れて、ガラス22a1、22a2は、配置される。
Note that the
カバーガラス22aの後ろ側の、光学アダプタ10のハウジング10b内に、部分円柱形状のロッドレンズ24が配設されている。ロッドレンズ24は、透明なガラス製あるいはプラスチック製である。挿入部5内には、光ファイバ束であるライトガイド25が配設されている。ライトガイド25の先端面が、先端部11に配置される。光学アダプタ10が先端部11に装着されたとき、ライトガイド25の先端面は、ロッドレンズ24の基端面24bと対向する。
A partially
ライトガイド25の基端面には、装置本体2内の光源からの光が入射される。ライトガイド25の先端面から出射した光は、ロッドレンズ24の基端面24bに入射する。ロッドレンズ24の基端面24bに入射した光は、ロッドレンズ24内を通り、ロッドレンズ24の先端面24aから出射するが、ロッドレンズ24の先端面24aは、出射する光を拡散する拡散構造を有する。
Light from the light source in the apparatus
すなわち、ロッドレンズ24は、入射光として光が入射する入射面としての基端面24bと、照明光として光を出射する出射面としての先端面24aとを有する光学素子である。
That is, the
内視鏡3は、ここでは直視内視鏡であり、ロッドレンズ24の光の入射面である基端面24bと、光の出射面である先端面24aとは平行である。
The endoscope 3 is a direct-view endoscope here, and the
ロッドレンズ24の先端面24aからの拡散光は、カバーガラス22aに入射して、照明窓22から出射する。
Diffused light from the
図2と図3に示す内視鏡3は、細長の半円形状の照明窓22を有するが、照明窓22は、リング形状を有していてもよい。
Although the endoscope 3 shown in FIGS. 2 and 3 has an elongated
図4は、照明窓22の形状がリング状である、光学アダプタ10Aが装着された先端部11Aの斜視図である。図5は、照明窓22の形状がリング状である、光学アダプタ10Aが装着された先端部11Aの断面図である。図5は、挿入部5の長手軸Oに沿った先端部11の断面を示す。図5において、点線の左側が光学アダプタ10Aであり、点線の右側が先端部11Aである。
FIG. 4 is a perspective view of the
図4及び図5の光学アダプタ10Aは、円筒形状を有する。光学アダプタ10Aの先端面10aには、観察窓21Aと照明窓22Aが設けられている。観察窓21Aは、光学アダプタ10Aを先端側から見たときに、円形状を有している。照明窓22Aは、光学アダプタ10Aを先端側から見たときに、リング状を有している。
The
観察窓21Aは、カバーガラス21Aaにより構成されている。カバーガラス21Aaの後ろ側には、光学アダプタ10のハウジング10b内に、レンズ群21bを構成するレンズが設けられている。
The
挿入部5の先端部11Aは、図示しない先端硬質部材を有し、その先端硬質部材内に、観察光学系を構成するレンズ21cと、撮像素子23と、が内蔵されている。つまり光学アダプタ10を挿入部5に装着すると、カバーガラス21a、レンズ群21b、及びレンズ21cで観察光学系が構成される。
A
照明窓22Aは、リング状のカバーガラス22Aaにより構成されている。カバーガラス22Aaは、リング状の2枚のガラス22Aa1、22Aa2を有する。 22 A of illumination windows are comprised by ring-shaped cover glass 22Aa. The cover glass 22Aa has two ring-shaped glasses 22Aa1 and 22Aa2.
例えば、ガラス22Aa1の基端面が、砂目面(点線で示す)である。ガラス22Aa1の先端面は、平面である。ガラス22Aa2の基端面と先端面は、共に平面である。2枚のガラス22Aa1、22Aa2は、砂目面を挟むようにして接着剤で接着されて固定される。例えば、ガラス22Aa1、22Aa2の屈折率は、共に1.88で、接着剤の屈折率は、1.56である。ガラス22Aa1、22Aa2と接着剤を、屈折率が互いにわずかに異なる部材を用いることにより、散乱されすぎるのを防ぎつつ、配光ムラが解消される。 For example, the base end surface of the glass 22Aa1 is a grained surface (indicated by dotted lines). The tip surface of the glass 22Aa1 is flat. Both the base end face and the tip end face of the glass 22Aa2 are flat. The two glasses 22Aa1 and 22Aa2 are fixed by bonding with an adhesive so as to sandwich the grained surfaces. For example, the refractive indices of the glasses 22Aa1 and 22Aa2 are both 1.88, and the refractive index of the adhesive is 1.56. By using members with slightly different refractive indices for the glasses 22Aa1 and 22Aa2 and the adhesive, uneven light distribution is eliminated while preventing excessive scattering.
カバーガラス22Aaにおいて、ガラス22Aa2の基端面に入射した光は、ガラス22Aa1の先端面から出射する。 In the cover glass 22Aa, light incident on the base end face of the glass 22Aa2 is emitted from the tip end face of the glass 22Aa1.
なお、カバーガラス22Aaは、基端側からガラス22Aa1、ガラス22Aa2の順に並ぶように配置してもよい。その場合、先端面側のガラス22Aa2と基端側のガラス22Aa1との間に空気層が形成されるように、ガラス22Aa1とガラス22Aa2とは、離れて配置される。 Note that the cover glass 22Aa may be arranged so that the glass 22Aa1 and the glass 22Aa2 are arranged in this order from the base end side. In that case, the glass 22Aa1 and the glass 22Aa2 are arranged apart so that an air layer is formed between the glass 22Aa2 on the distal side and the glass 22Aa1 on the proximal side.
カバーガラス22Aaの後ろ側には、光学アダプタ10Aのハウジング10b内に、円筒形状のロッドレンズ24Aが配設されている。挿入部5内には、光ファイバ束であるライトガイド25Aが配設されている。ライトガイド25Aの先端部分は、先端面がリング状に形成され、先端部11Aに配置される。光学アダプタ10Aが先端部11Aに装着されたとき、ライトガイド25Aの先端面は、ロッドレンズ24Aの基端面24Abと対向する。
A
ライトガイド25Aの基端面には、装置本体2内の光源からの光が入射される。ライトガイド25Aの先端面から出射した光は、ロッドレンズ24Aの基端面24Abに入射する。ロッドレンズ24Aの基端面24Abに入射した光は、ロッドレンズ24A内を通り、ロッドレンズ24Aの先端面24Aaから出射する。ロッドレンズ24Aの先端面24Aaは、出射する光を拡散する拡散構造を有する。
Light from the light source in the apparatus
すなわち、ロッドレンズ24Aは、入射光として光が入射する入射面としての基端面24Abと、照明光として光を出射する出射面としての先端面24Aaとを有する光学素子である。
That is, the
ロッドレンズ24Aの先端面24Aaからの拡散光は、カバーガラス22Aaに入射して、照明窓22から出射する。
Diffused light from the tip surface 24Aa of the
以上のように、ロッドレンズ24あるいは24Aは、先端面24aあるいは24Aaに、拡散構造を有する。次に、その拡散構造を説明する。
As described above, the
なお、上述した例では、先端面24a、24Aaに拡散構造を有するロッドレンズ24,24Aが、光学アダプタ10、10A内に設けられている。ただしこれに限らず、光学アダプタ10,10A無しで被写体を観察可能な内視鏡3の挿入部5の先端部11,11A内に、ロッドレンズ24,24Aが設けられるようにしてもよい。すなわち、先端部11,11Aの照明窓22,22Aの後ろ側(直視用内視鏡の場合は、基端側)に、拡散構造を有するロッドレンズ24,24Aを設けるようにしてもよい。
In the above example, the
次に、ロッドレンズ24の拡散構造について説明する。
Next, the diffusion structure of the
図6は、先端側から見たロッドレンズ24の図である。図7は、斜め先端側から見たロッドレンズ24の先端部分の斜視図である。
FIG. 6 is a diagram of the
ロッドレンズ24の先端面24aには、複数の凹部31が形成されている。各凹部31は、多角錐形状を有している。ここでは、各凹部31の開口は、正三角形を有しており、各凹部31は、正三角錐形状を有している。先端面24a上の各凹部31の開口周りには、二点鎖線で示す周辺領域saが設けられている。
A plurality of
すなわち、出射面である先端面24aは、出射光を拡散させる拡散領域DSを有している。拡散領域DSは、先端面24a上に配列された、複数の凹部31と複数の周辺領域saを有している。
That is, the
図8は、円筒状のロッドレンズ24Aの先端側から見た図である。ロッドレンズ24Aの先端面24Aaにも、図6及び図7と同じ形状を有する複数の凹部31が形成され、各凹部31の開口周りには、二点鎖線で示す周辺領域saが設けられている。
FIG. 8 is a view of the
次に、凹部31の形状について説明する。
Next, the shape of the
図9は、凹部31の形状を説明するための図である。凹部31は、正三角錐形状の物体OBが嵌合する形状を有する。物体OBは、底面BPに平行な断面の形状が正三角形を有する正三角錐形状を有する。物体OBの底面BPは、正三角形の形状を有している。底面BPは、3つの頂点BPaと、3つの辺BPa1を有している。物体OBは、第4の頂点BPbと、3つの頂点BPaと頂点BPbを繋ぐ3つの辺BPb1と、を有する。
FIG. 9 is a diagram for explaining the shape of the
物体OBを逆さまにして、凹部31に嵌合させると、正三角形の底面BPは、ロッドレンズ24,24Aの先端面24a,24Aaと面一となる(以下、ロッドレンズ24を例に挙げて説明するが、ロッドレンズ24Aについても同様である)。
When the object OB is turned upside down and fitted into the
すなわち、図9に示すように、各凹部31は、正三角錐の物体OBを逆さまにして凹部31に嵌めたときに、底面BPがロッドレンズ24の先端面24aと平行となるような形状を有している。
That is, as shown in FIG. 9, each
よって、凹部31は、3つの傾斜面31a、31b、31cを有する。各傾斜面31a、31b、31cは、各傾斜面31a、31b、31cに対して直角方向からみたときに、二等辺三角形(あるいは正三角形)を有している。隣り合う2つの傾斜面の境界線32a、32b、32cが合わさった点33が、凹部31の最深部となる。
Accordingly, the
各凹部31は、頂点を最深部として、正多角形(ここでは正三角形)の底面BPが開口となる多角錐形状(正三角錐)を有し、先端面24aを先端面24aに対して直角な方向からみたとき、頂点である点33は、正多角形(ここでは正三角形)の重心位置にある。
Each
境界線32aは、傾斜面31aに対向し、境界線32bは、傾斜面31bに対向し、境界線32cは、傾斜面31c対向する。先端面24aに対する各傾斜面31a、31b、31cの角度は、等しい。
The
なお、ここでは、凹部31の最深部は、点33であるが、先端面24aと平行な平面部であってもよい。その場合、凹部31は、三角錐台形状を有する。
Here, the deepest part of the
凹部31の開口を囲むように、周辺領域saが設けられている。周辺領域saは、出射面である先端面24aの一部である。
A peripheral region sa is provided so as to surround the opening of the
図10は、凹部31の断面形状を示す断面図である。図10の下側は、境界線32aを含みかつ先端面24aに直交する平面LLに沿った、凹部31の断面を示す。ロッドレンズ24の材質がガラスで、屈折率nが1.4から2.0の範囲内にある場合、平面LLにおける先端面24aに直交する方向に対する傾斜面31aの傾斜角αは、5度以上で20度未満の範囲内の角度である。他の傾斜面31b、31cの傾斜角も、傾斜面31aの傾斜角αと同じであり、5度以上で20度未満の範囲内の角度である。言い換えれば、先端面24aに対する各傾斜面31a、31b、・・・の角度(第1の角度)は、85度以下で70度より大きい範囲の間の角度、すなわち、70°<(90-α)≦85°である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the cross-sectional shape of the
各傾斜面31a、31b、31cにおいて、ロッドレンズ24の基端面24bから先端面24aに向かう光の一部は、全反射する。全反射した光L1は、透過領域である凹部31の周辺領域saから出射する。すなわち、各凹部31は、入射光を全反射させる全反射面である複数(ここでは3つ)の傾斜面31a、31b、31cを有する。各傾斜面31a、31b、31cは、出射面である先端面24aに対して角度(90-α)を有して傾斜した全反射面である。
Part of the light traveling from the
各凹部31の開口は、正三角形を有する。開口は、3つの辺ELを有する。各凹部31の開口の3つの辺ELを囲むように、周辺領域saが設けられている。各周辺領域saは、複数(ここでは3つ)の傾斜面31a、31b、31cを囲むように形成され、各傾斜面31a、31b、31cにおいて全反射された反射光、及び基端面24bから傾斜面31a、31b、31cで全反射しなかった光を透過して出射させる透過面である。
The opening of each
図9に示すような1つの凹部31とその凹部31を囲む周辺領域saとが、図6~図8に示すように、出射面である先端面24a上に複数設けられることにより、拡散領域DSが形成される。
As shown in FIGS. 6 to 8, a plurality of
すなわち、各凹部31は、頂点BPbを最深部として、正三角形の底面BPが開口となる三角錐形状を有し、複数の全反射面は、三角錐形状の底面BPを除く3つの平面(傾斜面31a、31b、31c)である。
That is, each
図6の場合、複数の凹部31は、3つの辺ELのうちの1つが、部分円形の先端面24aの直線部24cと平行になるように、ロッドレンズ24の先端面24a上に等間隔で形成されている。さらに、隣り合う2つの凹部31の隣り合う2つの辺EL同士が平行で、かつ隣り合う2つの凹部31の隣り合う2つの辺ELの全ての間隔が等しくなるように、複数の凹部31は、先端面24a上に配置されている。
In the case of FIG. 6, the plurality of
図11は、各凹部31の光の透過領域を説明するための図である。図11は、先端面24aに対して直角方向から先端面24aをみたときの、凹部31の平面図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining the light transmission region of each
上述したように、隣り合う2つの凹部31の隣り合う2つの辺ELが平行になるように、1つの凹部31(実線で示す)に対して、3つの凹部31(二点鎖線で示す)が周囲に形成されている。先端面24aにおいて、複数の凹部31以外の領域が、複数の周辺領域saである。
As described above, three recesses 31 (indicated by chain double-dashed lines) are provided for one recess 31 (indicated by solid lines) such that two adjacent sides EL of two
図12は、全反射した光が出射される周辺領域saを説明するための図である。1つの凹部31の1つの傾斜面31aにおいて全反射した光は、幅(d/2)を有する周辺領域sa(斜線で示す)から出射される。傾斜面31a(又は31b又は31c)において全反射しないで基端面24bから周辺領域saへ直接到達した光も、周辺領域sa(斜線で示す)から出射される。
FIG. 12 is a diagram for explaining the peripheral area sa where the totally reflected light is emitted. Light totally reflected by one
なお、各傾斜面31a、31b、31cを囲む周辺領域saは、ロッドレンズ24の先端面24aに平行な面であるが、傾斜部を有していてもよい。
The peripheral area sa surrounding each
図13は、傾斜面を有する周辺領域sa1を説明するための図である。周辺領域sa1は、各凹部31の開口を囲むように設けられた傾斜面である。よって、隣り合う2つの凹部31の平行な2つの辺ELの間に、2つの傾斜面34を有している。各凹部31の開口を囲むように設けられた傾斜面が、周辺領域sa1である。
FIG. 13 is a diagram for explaining the peripheral area sa1 having an inclined surface. The peripheral region sa1 is an inclined surface provided so as to surround the opening of each
2つの傾斜面34は、隣り合う2つの辺ELから距離(d/2)だけ離れた線CLを含みかつ先端面24aに直交する平面に対して面対称に形成されている。先端面24aに対する傾斜面34の角度βは、0°<β≦25°である。すなわち、傾斜面34の角度βは、ロッドレンズ24の仮想上の先端面24aに対して0度より大きくかつ25度以下の範囲の角度である。言い換えれば、各周辺領域sa1は、先端面24aに対して、0度より大きくかつ角度(90-α)よりも小さい、角度β(第2の角度)を有している。周辺領域sa1に2つの傾斜面34を設けることにより、光量の減少を抑えつつ、より配光角を広げることが出来る。
The two
光の透過領域である周辺領域saからの出射される照明光の配光は、全体として均一であることが好ましい。 It is preferable that the light distribution of the illumination light emitted from the peripheral area sa, which is the light transmission area, be uniform as a whole.
図11において、先端面24aに直交する方向から先端面24aをみたとき、傾斜面31aの先端面24aへの投影面積(第2面積)をAとし、傾斜面31bの先端面24aへの投影面積(第2面積)をBとし、傾斜面31cの先端面24aへの投影面積(第2面積)をCとし、図11に示すように、先端面24a上において各辺ELから距離(d/2)の範囲の周辺領域saの面積(第1面積)をDとする。周辺領域saは、三角形を有し、3つの傾斜面31a、31b、31cの投影部分である中央部の無い形状を有している。
In FIG. 11, when the
すなわち、隣り合う2つの凹部31の平行な2つの辺EL間の距離をdとしたとき、各辺ELから距離(d/2)だけ離れた仮想線L2により囲まれた領域が、周辺領域sa(斜線で示す)である。
That is, when the distance between the two parallel sides EL of the two
図11に示すように、凹部31の一辺ELの長さをaとし、周辺領域saの一辺の長さをbとする。
As shown in FIG. 11, the length of one side EL of the
先端面24aから出射された照明光の二次元配光を均一化するには、A(又はB又はC)に対するDの比rが1であることが好ましい。A(又はB又はC)に対するDの比が1であれば、各傾斜面31a、31b、31cで全反射して周辺領域saから出射した光の光量と、各傾斜面31a、31b、31cで全反射しないでそのまま周辺領域saから出射した光の光量とが等しくなり、均一な照明を得られる。
The ratio r of D to A (or B or C) is preferably 1 in order to make the two-dimensional light distribution of the illumination light emitted from the
しかし、実用上は、比rは、1でなくても、(1/3)~3の範囲にあればよい。すなわち、(1/3)<r<3であるのが好ましい。比rがこの範囲を外れた値となった場合、各傾斜面31a、31b、31cで全反射して周辺領域saから出射した光の光量と、各傾斜面31a、31b、31cで全反射しないでそのまま周辺領域saから出射した光の光量との間に偏りが生じ、二次元配光が均一でなくなり照明ムラにつながってしまう。
However, practically, the ratio r may be in the range of (1/3) to 3, even if it is not 1. That is, it is preferable that (1/3)<r<3. If the ratio r is out of this range, the amount of light emitted from the peripheral area sa after being totally reflected by each of the
すなわち、先端面24aに対して直角方向から先端面24aをみたときの、各周辺領域sa及び傾斜面31a(あるいは31bあるいは31c)の先端面24aへの投影面積をそれぞれD及びA)とするとき、Aに対するDの比は、(1/3)より大きくかつ3より小さい範囲の値であることが好ましい。
That is, when the projected area of each peripheral region sa and the
A,B,C,Dは、次の式(1)、(2)で表現される。
A, B, C, and D are expressed by the following formulas (1) and (2).
式(1)、(2)から、次の式(3)が成り立つ。
The following equation (3) holds from equations (1) and (2).
例えば、A=Dとするには、次の式(4)から、(b/a)は、式(5)となる。
For example, to set A=D, (b/a) is given by the following equation (5) from the following equation (4).
よって、例えば、(1/3)<(D/A)<3とするには、次の式(6)、(7)から
式(8)が得られる。
Therefore, for example, to satisfy (1/3)<(D/A)<3, Equation (8) is obtained from Equations (6) and (7) below.
また、例えば、ロッドレンズ24の先端面が、図8のようなリング状の先端面24Aaであるとき、各凹部31のピッチEpは、次の式(9)が成り立つ範囲であることが好ましい。Φinは、円筒形状のロッドレンズ24Aの内径であり、Φoutは、円筒形状のロッドレンズ24Aの外径である。
Further, for example, when the tip end surface of the
以上のような複数の凹部31が、ロッドレンズ24の先端面24aに形成され、各凹部31の周囲には、周辺領域saが設けられているので、ライトガイド25からの光は、ロッドレンズ24の先端面24aの各凹部31と、各凹部31を囲む周辺領域saにより拡散される。特に、各凹部31の斜面である3つの傾斜面31a、31b、31cに当たった光は、全反射した後、透過領域である周辺領域saから出射されるので、光量の減少が極めて少ない。また、ロッドレンズ24の基端面24bから光の一部は、凹部31で全反射されることなく、周辺領域saからそのまま出射される。
A plurality of
特に、隣り合う2つの凹部31によれば、周辺領域saからは6つの方向に光りが拡散する。図14は、光の出射方向を説明するための図である。
In particular, two
図14に示すように、隣り合う2つの凹部31において、各傾斜面31a、31b、31cで反射した光は、周辺領域saから6つの方向D1,D2,D3,D4,D5,D6に向かって出射するので、配光ムラが少ない。
As shown in FIG. 14, in two adjacent
さらになお、凹部31の開口の形状を、正三角形に代えて、二等辺三角形、直角三角形などにしてもよい。
Furthermore, the shape of the opening of the
上述したように、本実施の形態では、各傾斜面31a、31b、31cで反射した光は全反射し、周辺領域saから出射する。従来技術では全反射した光は戻り光となり出射面から出射することはなく光量の損失に繋がっていたが、上述した構成によれば、全反射した光を漏らすことなく出射させることができ、出射光量の損失を減らすことが出来る。また全反射光を周辺領域saから透過させる構成であるので、戻り光を減らすために傾斜面31a、31b、31cの角度を小さくしなくてもよく、配光角の広さを維持することが出来る。
As described above, in the present embodiment, light reflected by each of the
よって、上述した実施の形態によれば、出射光量の減少量を少なくしつつ、配光を広げることができる内視鏡用照明光学系を提供することができる。 Therefore, according to the embodiment described above, it is possible to provide an illumination optical system for an endoscope that can widen the light distribution while reducing the amount of decrease in the amount of emitted light.
次に、上述した実施の形態の変形例について説明する。
(変形例1)
Next, a modification of the embodiment described above will be described.
(Modification 1)
上述した実施の形態では、各凹部31は、底面を上にして頂点を下にした正三角錐形状を有しているので、最深部の点33は、先端面24aに対して直交する方向から先端面24aをみたときに、正三角形の重心の位置に位置しているが、各凹部は、先端面24aに対して直交する方向から先端面24aをみたときに、最深部がその重心からずれた位置に有っても良い。
In the above-described embodiment, each
図15は、変形例1に係わる、凹部31Aの最深部の位置を説明するための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining the position of the deepest part of the
図15に示すように、凹部31Aの最深部は、重心位置であるP点からずれたQ点の位置にある。
As shown in FIG. 15, the deepest part of the
そのため、図15に示す、隣り合う2つの凹部31Aの隣り合う2つの平面の傾斜角α1、α2は、3度を越えて20度未満の範囲内の角度である。言い換えれば、70°<(90-α1)<97°、70°<(90-α2)<97°である。傾斜角α1とα2は、同じでもよいし、異なっていてもよい。
Therefore, the inclination angles α1 and α2 of the two adjacent planes of the two
凹部31Aの最深部の位置を変更することにより、配光を調整することができる。あるいは、凹部31Aの各傾斜面31a、31b、31cの傾斜角を変更することにより、配光を調整することができる。
Light distribution can be adjusted by changing the position of the deepest part of the
以上より、変形例1によっても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
(変形例2)
As described above, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained by the first modification.
(Modification 2)
上述した実施の形態及び変形例1では、凹部31、31Aは、三角錐形状を有しているが、凹部は、四角錐形状を有していてもよい。
Although the
図16は、変形例2に係わる、凹部31Bを説明するための図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining a
図16に示すように、各凹部31Bは、正四角錐の物体OB(図示せず)の底面を上にして凹部31Bに嵌めたときに、四角形の底面が、ロッドレンズ24の先端面24aと平行となるような形状を有する。
As shown in FIG. 16, each
よって、凹部31Bは、4つの傾斜面31Ba、31Bb、31Bc、31Bdを有する。4つの傾斜面31Ba、31Bb、31Bc、31Bdは、先端面24aに直交する方向から先端面24aをみたときに、正方形を有している。隣り合う2つの傾斜面の境界線が4本合わさった点33Bが、凹部31Bの最深部となる。先端面24aに対する各傾斜面31Ba、31Bb、31Bc、31Bdの角度は、等しい。
Therefore, the
すなわち、各凹部31Bは、頂点を最深部として、正方形の底面が開口となる四角錐形状を有し、複数の全反射面は、四角錐形状の底面を除く4つの平面(傾斜面31Ba、31Bb、31Bc、31Bd)である。
That is, each
各凹部31Bの開口は、正方形を有する。開口は、4つの辺ELを有する。各凹部31Bの開口を囲むように、周辺領域sa(斜線で示す)が設けられている。隣り合う2つの凹部31Bの平行な隣り合う2つの辺EL間には、幅d1を有する透過領域を有する。隣り合う2つの凹部31Bの2つの周辺領域saが、隣り合う2つの凹部31Bの間の透過領域を構成する。
The opening of each
図16において、先端面24aに直交する方向から先端面24aをみたとき、傾斜面31Baの先端面24aへの投影面積をAとし、傾斜面31Bbの先端面24aへの投影面積をBとし、傾斜面31Bcの先端面24aへの投影面積をCとし、傾斜面31Bdの先端面24aへの投影面積をDとし、図16に示すように、先端面24a上において各辺ELから距離(d1/2)の範囲の周辺領域saの面積をEとする。周辺領域saは、四角形を有し、4つの傾斜面31Ba、31Bb、31Bc、31Bdの投影部分である中央部の無い形状を有している。
In FIG. 16, when the
すなわち、隣り合う2つの凹部31Bの平行な2つの辺EL間の距離をd1としたとき、各辺ELから距離(d1/2)だけ離れた仮想線により囲まれた領域が、周辺領域sa(斜線で示す)である。
That is, when the distance between the two parallel sides EL of the two
先端面24aに対する各傾斜面31Ba、31Bb、31Bc、31Bdの傾斜角α3は、5°から25°の範囲の角度である。言い換えれば、先端面24aに対する各全反射面の角度(90-α3)は、85度未満で65度より大きい範囲の間の角度であり、すなわち65°<(90-α3)<85°である。
The inclination angle α3 of each of the inclined surfaces 31Ba, 31Bb, 31Bc, and 31Bd with respect to the
図16に示すように、凹部31Bの辺ELの長さをa1とし、周辺領域saの一辺の長さをb1としている。
As shown in FIG. 16, the length of the side EL of the
先端面24aから出射された照明光の二次元配光を均一化するには、上述したように、A(又はB又はC又はD)に対するEの比が、(1/3)~3の範囲にあるのが好ましい。
In order to homogenize the two-dimensional light distribution of the illumination light emitted from the
例えば、AとEについては、次の式(11)が成り立つ。
For example, for A and E, the following equation (11) holds.
式(11)から、次の式(12)が成り立つ。
From equation (11), the following equation (12) holds.
よって、(1/3)<(E/A)<3とすることは、次の式(13)の関係が成り立つことである。
Therefore, setting (1/3)<(E/A)<3 means that the following equation (13) holds.
式(13)から、式(14)が得られる。
Equation (14) is obtained from equation (13).
式(14)から、次の式(15)が成り立つ。
From equation (14), the following equation (15) holds.
よって、凹部が四角錐形状の場合、透過領域は、上記の式(15)の関係を満たすことが好ましい。 Therefore, when the concave portion has a quadrangular pyramid shape, the transmissive region preferably satisfies the relationship of the above formula (15).
以上より、変形例2によっても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained by the second modification.
なお、本変形例2においても、変形例1のように、最深部がその重心からずれた位置に有っても良い。すなわち、四角錐形状の凹部の最深部の点33Cが正方形の重心からずれた位置に有っても良い。
It should be noted that, even in the present modified example 2, the deepest part may be located at a position shifted from the center of gravity as in the modified example 1. FIG. That is, the
図17は、凹部の最深部が正方形の重心からずれた凹部31Cの最深部の位置を説明するための図である。図17に示すように、凹部31Cの最深部の点33Cは、重心位置からずれた位置にある。図17の下部の図は、上部の二点鎖線LL線に沿った先端面24aの断面を示す。
FIG. 17 is a diagram for explaining the position of the deepest part of the
そのため、図17に示す、隣り合う2つの凹部31Cの隣り合う2つの傾斜面の傾斜角α4、α5は、3度から20度の範囲内の角度である。言い換えれば、80°<(90-α4)<97°、80°<(90-α5)<97°である。傾斜角α4とα5は、同じでもよいし、異なっていてもよい。
Therefore, the inclination angles α4 and α5 of the two adjacent inclined surfaces of the two
図17の場合、先端面24aに直交する方向から先端面24aをみたとき、傾斜面31Ba、31Bb、31Bc、31Bdの先端面24aへの投影面積をそれぞれA、B、C、Dとした場合、次の式(16)、(17)が成り立つ。
In the case of FIG. 17, when the
凹部31Cの最深部の位置を変更することにより、4方向への配光を調整することができる。あるいは、凹部31Cの各傾斜面31Ba、31Bb、31Bc、31Bdの傾斜角を変更することにより、配光を調整することができる。
Light distribution in four directions can be adjusted by changing the position of the deepest part of the
さらになお、凹部31Cの開口の形状を、正方形に代えて、長方形にしてもよい。凹部31Cの開口の形状を長方形にすることによって、さらに4方向への配光を調整することができる。また、長方形の最深部の位置を重心からずらしてもよい。
Furthermore, the shape of the opening of the
以上より、変形例2によっても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
(変形例3)
As described above, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained by the second modification.
(Modification 3)
上述した実施の形態及び変形例1では、凹部31、31Aは、三角錐形状を有し、変形例2では、凹部31Bは、四角錐形状を有しているが、凹部は、六角錐形状を有していてもよい。
In the above-described embodiment and Modification 1, the
図18および図19は、変形例3に係わる、凹部31Dを説明するための図である。
18 and 19 are diagrams for explaining the
図18に示すように、各凹部31Dは、正六角錐の物体OB(図示せず)の底面を上にして凹部31Dに嵌めたときに、六角形の底面が、ロッドレンズ24の先端面24aと平行となるような形状を有する。
As shown in FIG. 18, each
よって、各凹部31Dは、6つの傾斜面31Da、31Db、31Dc、31Dd、31De、31Dfを有する。6つの傾斜面31Da、31Db、31Dc、31Dd、31De、31Dfは、先端面24aを先端面24aに直交する方向からみたときに、正六角形を有している。隣り合う2つの傾斜面の境界線が6本合わさった点33Dが、各凹部31Dの最深部となる。先端面24aに対する各傾斜面31Da、31Db、31Dc、31Dd、31De、31Dfの角度は、等しい。
Therefore, each
すなわち、各凹部31Dは、頂点を最深部として、正六角形の底面が開口となる六角錐形状を有し、複数の全反射面は、六角錐形状の前記底面を除く6つの平面(傾斜面31Da、31Db、31Dc、31Dd、31De、31Df)である。
That is, each
各凹部31Dの開口は、正六角形を有する。開口は、6つの辺ELを有する。各凹部31Dの開口を囲むように、先端面24a上には、周辺領域saが設けられている。
The opening of each
図19に示すように、隣り合う2つの凹部31Dの平行な2つの辺EL間には、幅d2を有する透過領域を有する。図19の右側の図は、左側の二点鎖線LL1線に沿った先端面24aの断面を示す。
As shown in FIG. 19, there is a transmissive region having a width d2 between two parallel sides EL of two
図18及び図19において、先端面24aを先端面24aに直交する方向からみたとき、傾斜面31Daの先端面24aへの投影面積をAとし、傾斜面31Dbの先端面24aへの投影面積をBとし、傾斜面31Dcの先端面24aへの投影面積をCとし、傾斜面31Ddの先端面24aへの投影面積をDとし、傾斜面31Deの先端面24aへの投影面積をEとし、傾斜面31Dfの先端面24aへの投影面積をFとし、図19に示すように、先端面24a上において各辺ELから距離(d2/2)の範囲の周辺領域saの面積をGとする。周辺領域saは、六角形を有し、6つの傾斜面31Da、31Db、31Dc、31Dd、31De、31Dfの投影部分である中央部の無い形状を有している。
18 and 19, when the
すなわち、隣り合う2つの凹部31Dの平行な2つの辺EL間の距離をd2としたとき、各辺ELから距離(d2/2)だけ離れた仮想線により囲まれた領域が、周辺領域sa(斜線で示す)である。
That is, when the distance between the two parallel sides EL of the two
先端面24aに対する各傾斜面31Da、31Db、31Dc、31Dd、31De、31Dfの傾斜角α6は、3°から20°の範囲の角度である。言い換えれば、先端面24aに対する各全反射面の角度(90-α6)は、87度未満で70度より大きい範囲の間の角度であり、すなわち70°<(90-α6)<87°である。
The inclination angle α6 of each of the inclined surfaces 31Da, 31Db, 31Dc, 31Dd, 31De, and 31Df with respect to the
図20は、傾斜面31Dcと周辺領域saの一部の平面図である。凹部31Dの1つの辺ELの長さをa2とし、周辺領域saの一辺の長さをb2としている。
FIG. 20 is a plan view of part of the inclined surface 31Dc and the peripheral area sa. The length of one side EL of the
例えば、傾斜面31Dcの先端面24aへの投影面の面積Cと、傾斜面31Dcの近傍の周辺領域saの一部の面積G1は、それぞれ次の式(21)、(22)となる。
For example, the area C of the projected surface of the inclined surface 31Dc onto the
そして、式(21)と式(22)から、傾斜面31Dcの先端面24aへの投影面の面積Cに対する、周辺領域saの面積Gの比率は、次の式(23)で示される。
Then, from the equations (21) and (22), the ratio of the area G of the peripheral region sa to the area C of the projected surface of the inclined surface 31Dc onto the
先端面24aから出射された照明光の二次元配光を均一化するには、上述したように、C(又はA又はB又はD又はE又はF)に対するGの比が、(1/3)~3の範囲にあるのが好ましい。
In order to homogenize the two-dimensional light distribution of the illumination light emitted from the
式(23)から、式(24)、(25)、(26)が得られる。
Equations (24), (25) and (26) are obtained from Equation (23).
よって、凹部が六角錐形状の場合、周辺領域saは、上記の式(26)の関係を満たすことが好ましい。 Therefore, when the concave portion has a hexagonal pyramid shape, the peripheral area sa preferably satisfies the relationship of formula (26) above.
以上より、変形例3によっても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained by the modification 3 as well.
なお、本変形例3においても、変形例1のように、最深部がその重心からずれた位置に有っても良い。すなわち、六角錐形状の凹部の最深部の点33Dが正方形の重心からずれた位置に有っても良い。
(変形例4)
It should be noted that, even in this modified example 3, the deepest part may be located at a position deviated from the center of gravity as in the modified example 1. FIG. That is, the
(Modification 4)
上述した実施の形態及び変形例1では、凹部31、31Aは、三角錐形状を有し、変形例2では、凹部31B、31Cは、四角錐形状を有し、変形例3では、凹部31Dは、六角錐形状を有しているが、凹部は、円錐形状、あるいは円錐形状に近い多角錐形状を有していてもよい。
In the above-described embodiment and modification 1, the
変形例4によっても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
(変形例5)
Modification 4 can also provide the same effects as those of the above-described embodiment.
(Modification 5)
上述した実施の形態及び各変形例では、各凹部の複数の傾斜面31a等と周辺領域saは、凹部の開口の3つ以上の辺ELにより区分けされているが、各傾斜面31a等と周辺領域saの間に、各傾斜面31a等と周辺領域saとを繋ぐ平面部あるいは曲面部が設けられていてもよい。
In the embodiment and each modified example described above, the plurality of
例えば、辺ELの部分を面取りしたように形成された平面部が、各傾斜面と周辺領域saとの間にあってもよい。さらに、複数の平面部が、各傾斜面と周辺領域saとの間にあってもよい。 For example, a flat portion formed by chamfering the side EL portion may be provided between each inclined surface and the peripheral area sa. Furthermore, a plurality of flat portions may be present between each inclined surface and the peripheral area sa.
あるいは、各傾斜面31a等と周辺領域saとを繋ぐ緩やかなカーブを持った曲面部が、各傾斜面と周辺領域saとの間にあってもよい。
Alternatively, a curved surface portion having a gentle curve connecting each
変形例5によっても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
(変形例6)
Modification 5 can also provide the same effects as those of the above-described embodiment.
(Modification 6)
上述した実施の形態及び各変形例では、先端面24aに形成される複数の凹部の形状は、同じである。しかし、これに限定されず、異なる形状の凹部が混在して先端面24aに形成されるようにしてもよい。例えば、出射面である先端面24aに、拡散領域DSとして三角錐形状の複数の凹部31が形成された領域と、拡散領域DSとして四角錐形状の複数の凹部31Bが形成された領域の2つの凹部領域を設けるなどして、先端面24a上に、凹部の形状が異なる複数の凹部領域が混在するようにしてもよい。
In the embodiment and each modified example described above, the shapes of the plurality of recesses formed in the
変形例6によっても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
(変形例7)
According to
(Modification 7)
上述した実施の形態及び各変形例1~6では、ロッドレンズ24,24Aの先端面24a,24Aaに拡散構造(出射光を拡散させる拡散領域DS)を設けているが、ロッドレンズ24,24Aとは別体の部材に拡散構造を設けてもよい。
In the above-described embodiment and modifications 1 to 6, the tip surfaces 24a and 24Aa of the
図21は、変形例7に係わる、光学アダプタ10内における照明光の光路上の構成を説明するための図である。以下ではカバーガラス22aとロッドレンズ24を有する構成を例に挙げて説明するが、カバーガラス22Aaとロッドレンズ24Aを有する構成の場合も同様である。
FIG. 21 is a diagram for explaining the configuration on the optical path of the illumination light within the
例えば、カバーガラス22aとロッドレンズ24との間に、プレート部材26を配置する。なお、図21ではプレート部材26がロッドレンズ24と離間した位置に配設されているが、接着剤等を用いてプレート部材26をロッドレンズ24に接合しても構わない。
For example, the
プレート部材26は、例えば、透明なガラス、または透明なプラスチックにより成形されている。プレート部材26の先端面26aには、出射光を拡散する拡散構造が形成されている。拡散構造は、上述したように、複数の凹部31(または凹部31A,31B,31C,31Dなど)と複数の周辺領域sa(または周辺領域sa1)とを備える拡散領域DSとして構成されている。プレート部材26は、拡散構造が形成された大判の素材から切り出すことで、複数のプレート部材26を同時に製造するようにしてもよい。
The
ライトガイド25からロッドレンズ24の基端面24bに入射した光は、ロッドレンズ24内を通過して、ロッドレンズ24の先端面24aから出射され、プレート部材26の基端面26bに入射する。プレート部材26を通過した光は、拡散領域DSにより拡散されて先端面26aから出射され、カバーガラス22aに入射する。
The light incident on the
なお、変形例7においても、配光ムラを解消するためにカバーガラス22aに砂目面(点線で示す)を設けてもよいし、配光ムラの解消よりも光量の確保を優先する場合に砂目面を設けなくても構わない。
Also in Modification 7, the
変形例7によっても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、ロッドレンズ24の先端面24aに拡散領域DSを設ける加工をする必要がなく、既存のロッドレンズ24を使用できる。
(変形例8)
According to Modification 7, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained, and the existing
(Modification 8)
上述した実施の形態及び各変形例1~7では、図2に示したような細長の半円形状の照明窓22、または図4に示したようなリング形状の照明窓22Aが設けられている。しかし、照明窓の形状はこれらに限定されない。照明窓として、円形、多角形、あるいは複数の図形の組み合わせなどの様々な形状の照明窓を採用してもよい。また、照明窓の数も1つに限定されず、複数設けても構わない。一例を挙げれば、円形の照明窓を2つ設けるなどしてもよい。
In the above-described embodiment and modifications 1 to 7, the elongated
変形例8によっても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、照明窓のレイアウトの自由度が高まる。 According to Modification 8 as well, effects similar to those of the above-described embodiment can be obtained, and the degree of freedom in layout of the lighting windows is increased.
上述した実施の形態及び各変形例1~8では、内視鏡は直視内視鏡であるが、上述した実施の形態及び各変形例は、側視あるいは斜視の内視鏡にも適用可能である。 In the above-described embodiment and modifications 1 to 8, the endoscope is a direct-view endoscope, but the above-described embodiment and modifications can also be applied to side-view or oblique-view endoscopes. be.
以上のように、上述した実施の形態及び各変形例によれば、出射光量の減少量を少なくしつつ、配光を広げることができる内視鏡用照明光学系、光学アダプタ及び内視鏡を実現することができる。 As described above, according to the above-described embodiments and modifications, an illumination optical system for an endoscope, an optical adapter, and an endoscope that can widen the light distribution while reducing the amount of decrease in the amount of emitted light are provided. can be realized.
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and alterations are possible without departing from the gist of the present invention.
1 内視鏡装置、2 装置本体、3 内視鏡、4 表示部、5 挿入部、6 操作部、6a 湾曲ジョイスティック、7 ユニバーサルコード、10、10A 光学アダプタ、10a 先端面、10b ハウジング、11,11A 先端部、12 湾曲部、13 可撓部、21,21A 観察窓、21Aa、21a カバーガラス、21b レンズ群、22,22A 照明窓、22a,22Aa カバーガラス、22a1、22a2、22Aa1、22Aa2 ガラス、23 撮像素子、23a 信号線、24,24A ロッドレンズ、24a、24Aa 先端面、24b、24Ab 基端面、24c 直線部、25、25A ライトガイド、26 プレート部材、31、31A、31B、31C、31D 凹部、31Ba、31Bb、31Bc、31Bd 傾斜面、31Da、31Db、31Dc、31Dd、31De、31Df 傾斜面、31a、31b、31c 傾斜面、32a、32b、32c 境界線、33、33B、33C、33D 最深部の点、34 傾斜面、sa、sa1 周辺領域。
Reference Signs List 1
Claims (15)
入射光として光が入射する入射面と、照明光として前記光を出射する出射面とを有する光学素子を有し、
前記出射面は、前記出射光を拡散させる拡散領域を有し、
前記拡散領域は、前記出射面上に配列された、複数の凹部と、複数の周辺領域を有し、
各凹部は、前記出射面に対して傾斜した、前記入射光を全反射させる複数の全反射面を有し、
前記複数の全反射面の内の少なくとも1つは、前記出射面に対して第1の角度を有して傾斜し、
各周辺領域は、前記複数の全反射面を囲むように形成され、
I:前記入射面を通過した後、前記全反射面で全反射された反射光、
及び
II:前記入射面を通過した後、前記全反射面で全反射しなかった前記入射光
を透過して出射させる透過面を有する、
内視鏡用照明光学系。 An illumination optical system for an endoscope having an insertion section to be inserted into a subject,
An optical element having an incident surface on which light is incident as incident light and an exit surface from which the light is emitted as illumination light,
the emission surface has a diffusion area for diffusing the emission light,
the diffusion region has a plurality of recesses and a plurality of peripheral regions arranged on the exit surface;
each recess has a plurality of total reflection surfaces that are inclined with respect to the exit surface and that totally reflect the incident light;
at least one of the plurality of total internal reflection surfaces is inclined at a first angle with respect to the exit surface;
each peripheral region is formed to surround the plurality of total reflection surfaces;
I: Reflected light totally reflected by the total reflection surface after passing through the incident surface;
and II: having a transmission surface that transmits and emits the incident light that has not been totally reflected by the total reflection surface after passing through the incident surface;
Illumination optical system for endoscopes.
前記複数の全反射面は、前記三角錐形状の前記底面を除く3つの平面である、
請求項1に記載の内視鏡用照明光学系。 Each recess has a triangular pyramid shape with an apex as the deepest portion and an equilateral triangle bottom as an opening,
The plurality of total reflection surfaces are three planes excluding the bottom surface of the triangular pyramid,
The illumination optical system for an endoscope according to claim 1.
請求項2に記載の内視鏡用照明光学系。 The angle of each total reflection surface with respect to the exit surface is an angle between 85 degrees or less and greater than 70 degrees.
The illumination optical system for an endoscope according to claim 2.
請求項1に記載の内視鏡用照明光学系。 each of the peripheral regions is parallel to the exit surface;
The illumination optical system for an endoscope according to claim 1.
請求項1に記載の内視鏡用照明光学系。 each peripheral region has a second angle greater than 0 degrees and less than the first angle with respect to the exit surface;
The illumination optical system for an endoscope according to claim 1.
請求項1に記載の内視鏡用照明光学系。 The plurality of recesses are arranged on the exit surface such that two adjacent sides of two adjacent recesses are parallel to each other.
The illumination optical system for an endoscope according to claim 1.
請求項1に記載の内視鏡用照明光学系。 When the projected areas of the peripheral regions and the total reflection surfaces on the exit surface when the exit surface is viewed from a direction perpendicular to the exit surface are defined as a first area and a second area, respectively, The ratio of the first area to the two areas is a value in the range of greater than (1/3) and less than 3.
The illumination optical system for an endoscope according to claim 1.
前記複数の全反射面は、前記四角錐形状の前記底面を除く4つの平面である、
請求項1に記載の内視鏡用照明光学系。 Each of the recesses has a quadrangular pyramid shape with an apex as the deepest portion and a square or rectangular bottom surface as an opening,
The plurality of total reflection surfaces are four planes excluding the bottom surface of the quadrangular pyramid,
The illumination optical system for an endoscope according to claim 1.
請求項8に記載の内視鏡用照明光学系。 The angle of each total reflection surface with respect to the exit surface is an angle between less than 85 degrees and greater than 65 degrees.
The illumination optical system for an endoscope according to claim 8.
前記複数の全反射面は、前記六角錐形状の前記底面を除く6つの平面である、
請求項1に記載の内視鏡用照明光学系。 Each recess has a hexagonal pyramid shape with an apex as the deepest part and a regular hexagonal bottom as an opening,
The plurality of total reflection surfaces are six planes excluding the bottom surface of the hexagonal pyramid,
The illumination optical system for an endoscope according to claim 1.
請求項10に記載の内視鏡用照明光学系。 The angle of each total reflection surface with respect to the exit surface is an angle between less than 87 degrees and greater than 70 degrees.
The illumination optical system for an endoscope according to claim 10.
前記出射面に対して直角な方向から前記出射面をみたとき、前記頂点は、前記正多角形の重心位置にある、
請求項1に記載の内視鏡用照明光学系。 Each of the recesses has a polygonal pyramid shape with the apex as the deepest portion and a regular polygonal bottom surface as an opening,
When the exit surface is viewed from a direction perpendicular to the exit surface, the vertex is located at the center of gravity of the regular polygon.
The illumination optical system for an endoscope according to claim 1.
前記光学素子において前記入射面と前記出射面とは平行である、
請求項1に記載の内視鏡用照明光学系。 The endoscope is a direct viewing endoscope,
The incident surface and the exit surface of the optical element are parallel,
The illumination optical system for an endoscope according to claim 1.
入射光として光が入射する入射面と、照明光として前記光を出射する出射面とを有する光学素子を有し、
前記出射面は、前記出射光を拡散させる拡散領域を有し、
前記拡散領域は、前記出射面上に配列された、複数の凹部と、複数の周辺領域を有し、
各凹部は、前記出射面に対して傾斜した、前記入射光を全反射させる複数の全反射面を有し、
前記複数の全反射面の内の少なくとも1つは、前記出射面に対して第1の角度を有して傾斜し、
各周辺領域は、前記複数の全反射面を囲むように形成され、
I:前記入射面を通過した後、前記全反射面で全反射された反射光、
及び
II:前記入射面を通過した後、前記全反射面で全反射しなかった前記入射光
を透過して出射させる透過面を有する、
光学アダプタ。 An optical adapter that can be attached to the distal end of an insertion section that is inserted into a subject,
An optical element having an incident surface on which light is incident as incident light and an exit surface from which the light is emitted as illumination light,
the emission surface has a diffusion area for diffusing the emission light,
the diffusion region has a plurality of recesses and a plurality of peripheral regions arranged on the exit surface;
each recess has a plurality of total reflection surfaces that are inclined with respect to the exit surface and that totally reflect the incident light;
at least one of the plurality of total internal reflection surfaces is inclined at a first angle with respect to the exit surface;
each peripheral region is formed to surround the plurality of total reflection surfaces;
I: Reflected light totally reflected by the total reflection surface after passing through the incident surface;
and II: having a transmission surface that transmits and emits the incident light that has not been totally reflected by the total reflection surface after passing through the incident surface;
optical adapter.
前記出射面は、前記出射光を拡散させる拡散領域を有し、
前記拡散領域は、前記出射面上に配列された、複数の凹部と、複数の周辺領域を有し、
各凹部は、前記出射面に対して傾斜した、前記入射光を全反射させる複数の全反射面を有し、
前記複数の全反射面の内の少なくとも1つは、前記出射面に対して第1の角度を有して傾斜し、
各周辺領域は、前記複数の全反射面を囲むように形成され、
I:前記入射面を通過した後、前記全反射面で全反射された反射光、
及び
II:前記入射面を通過した後、前記全反射面で全反射しなかった前記入射光
を透過して出射させる透過面を有する、
内視鏡用照明光学系と、
被検体に挿入される挿入部と、
を有する、内視鏡。 An optical element having an incident surface on which light is incident as incident light and an exit surface from which the light is emitted as illumination light,
the emission surface has a diffusion area for diffusing the emission light,
the diffusion region has a plurality of recesses and a plurality of peripheral regions arranged on the exit surface;
each recess has a plurality of total reflection surfaces that are inclined with respect to the exit surface and that totally reflect the incident light;
at least one of the plurality of total internal reflection surfaces is inclined at a first angle with respect to the exit surface;
each peripheral region is formed to surround the plurality of total reflection surfaces;
I: Reflected light totally reflected by the total reflection surface after passing through the incident surface;
and II: having a transmission surface that transmits and emits the incident light that has not been totally reflected by the total reflection surface after passing through the incident surface;
an illumination optical system for an endoscope;
an insertion section inserted into a subject;
an endoscope.
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