JP2588833Y2 - 内視鏡照明用光学系 - Google Patents
内視鏡照明用光学系Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本考案は、照明用ライトガイドか
らの出射光を発散させ、被写体の観察領域を広範囲に亘
って照明する内視鏡照明用光学系に関するものである。
らの出射光を発散させ、被写体の観察領域を広範囲に亘
って照明する内視鏡照明用光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】内視鏡は屈曲自在の長尺筒状ケーシング
内に撮像用のイメージファイバとライトガイドファイバ
等を配設してなり、その先端を被写体部分に近接させ、
ライトガイドファイバ端面から出射された光線によりこ
の被写体部分を照明しながら撮像用のイメージファイバ
を用いてこの被写体部分を撮像する。
内に撮像用のイメージファイバとライトガイドファイバ
等を配設してなり、その先端を被写体部分に近接させ、
ライトガイドファイバ端面から出射された光線によりこ
の被写体部分を照明しながら撮像用のイメージファイバ
を用いてこの被写体部分を撮像する。
【０００３】近年、患者の苦痛を少なくするため内視鏡
の外径を極力小さくすることが要求されており、これに
応じて撮像用のイメージファイバの外径を細く構成する
ことが必要となるが、他方操作性や観察性を容易とする
ため対物レンズの観察視野角も広角なものとする努力が
なされている。
の外径を極力小さくすることが要求されており、これに
応じて撮像用のイメージファイバの外径を細く構成する
ことが必要となるが、他方操作性や観察性を容易とする
ため対物レンズの観察視野角も広角なものとする努力が
なされている。
【０００４】また、この撮像用のイメージファイバと同
様にライトガイドファイバの外径を小さくする努力もな
されており、観察視野角の広角化に伴なってこの観察領
域を広く照明する必要があることから照明用光学系の光
照射角を広角なものとする努力がなされている。
様にライトガイドファイバの外径を小さくする努力もな
されており、観察視野角の広角化に伴なってこの観察領
域を広く照明する必要があることから照明用光学系の光
照射角を広角なものとする努力がなされている。
【０００５】このような内視鏡照明用光学系の光照射角
の広角化を図る技術としては、例えば図２に示す如く、
ライトガイド11の出射端から出射された照明光14を複数
枚の凸レンズ12Ａ，Ｂからなる集束レンズ系で絞りこ
み、この後、凹レンズ13からなる発散レンズ系で発散さ
せるような光学系が知られている（例えば実開平2-1405
19号公報等参照）。
の広角化を図る技術としては、例えば図２に示す如く、
ライトガイド11の出射端から出射された照明光14を複数
枚の凸レンズ12Ａ，Ｂからなる集束レンズ系で絞りこ
み、この後、凹レンズ13からなる発散レンズ系で発散さ
せるような光学系が知られている（例えば実開平2-1405
19号公報等参照）。
【０００６】
【考案が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来技術によっては光照射角を広角なものとすることは
できるものの集束レンズ系が複数枚の凸レンズから構成
されており、光学部品点数が多くなり、これに伴なって
製造工程における工数も多くなるという問題がある。
従来技術によっては光照射角を広角なものとすることは
できるものの集束レンズ系が複数枚の凸レンズから構成
されており、光学部品点数が多くなり、これに伴なって
製造工程における工数も多くなるという問題がある。
【０００７】本考案は、光照射角度を広角に維持しつつ
照明用光学系の部品点数の減少を図り得る内視鏡照明用
光学系を提供することを目的とするものである。
照明用光学系の部品点数の減少を図り得る内視鏡照明用
光学系を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願考案の第１の内視鏡
照明用光学系は、照明用ライトガイドの出射端に対向し
て配した１個の球状の透明部材により集束レンズ系を構
成し、照明用ライトガイドから出射された平行光を球状
の透明部材の出射側表面付近に集束させ、その後発散し
た光を被写体の観察領域に照射させるようにし、さら
に、上記ライトガイドの光軸付近に上記球状の透明部材
の中心が位置するように配し、上記球状の透明部材の半
径をＲ、屈折率をｎ，上記ライトガイドの出射端面の半
径をｒとしたとき下記条件式を満足するように構成して
なることを特徴とするものである。 １．８cos（θ／２）＜ｎ＜２．２cos（θ／２） ただし、 sinθ＝ｒ／Ｒ、ｒ＜Ｒ
照明用光学系は、照明用ライトガイドの出射端に対向し
て配した１個の球状の透明部材により集束レンズ系を構
成し、照明用ライトガイドから出射された平行光を球状
の透明部材の出射側表面付近に集束させ、その後発散し
た光を被写体の観察領域に照射させるようにし、さら
に、上記ライトガイドの光軸付近に上記球状の透明部材
の中心が位置するように配し、上記球状の透明部材の半
径をＲ、屈折率をｎ，上記ライトガイドの出射端面の半
径をｒとしたとき下記条件式を満足するように構成して
なることを特徴とするものである。 １．８cos（θ／２）＜ｎ＜２．２cos（θ／２） ただし、 sinθ＝ｒ／Ｒ、ｒ＜Ｒ
【０００９】また、本願考案の第２の内視鏡照明用光学
系は、上記第１の内視鏡照明用光学系において球状の透
明部材の後段に、一旦集束させ、この後発散させた光を
さらに拡散せしめる拡散部材を配設したことを特徴とす
るものである。
系は、上記第１の内視鏡照明用光学系において球状の透
明部材の後段に、一旦集束させ、この後発散させた光を
さらに拡散せしめる拡散部材を配設したことを特徴とす
るものである。
【００１０】なお、上記拡散部材とは、例えば凹レンズ
等、発散してきた光を光照射角がさらに広がるように拡
散させる部材をいう。
等、発散してきた光を光照射角がさらに広がるように拡
散させる部材をいう。
【００１１】
【００１２】
【作用】本願考案の第１の内視鏡照明用光学系によれ
ば、ライトガイドの出射端の後段に配した集束レンズ系
を１個の球状の透明部材により構成しているので、この
集束レンズ系を複数枚の凸レンズにより構成していた従
来技術に比べて部品点数が少なくなり、製造工程の工数
の減少を図ることができる。さらに、ライトガイドの光
軸付近に球状の透明部材の中心が位置するようにし、こ
の透明部材の屈折率ｎを２cos（θ／２）付近の値に設
定している。これにより、ライトガイドからその光軸と
平行に出射された光線が球状の透明部材を透過した後、
このライトガイドの光軸と球状の透明部材の表面の交点
付近に集束することとなり、この透明部材から出射され
た光線を効率的に拡散させることができる。なお、屈折
率ｎを１．８cos（θ／２）より小さい値に設定すれば
光照射角が小さくなって広い領域を照明することが困難
となり、一方屈折率ｎを２．２cos（θ／２）より大き
い値に設定すれば光照射角が大きくなり過ぎて光を被照
射体方向に導くことが難しく、また被照射体の単位面積
あたりの照射光量が小さくなり過ぎるという問題もあ
る。
ば、ライトガイドの出射端の後段に配した集束レンズ系
を１個の球状の透明部材により構成しているので、この
集束レンズ系を複数枚の凸レンズにより構成していた従
来技術に比べて部品点数が少なくなり、製造工程の工数
の減少を図ることができる。さらに、ライトガイドの光
軸付近に球状の透明部材の中心が位置するようにし、こ
の透明部材の屈折率ｎを２cos（θ／２）付近の値に設
定している。これにより、ライトガイドからその光軸と
平行に出射された光線が球状の透明部材を透過した後、
このライトガイドの光軸と球状の透明部材の表面の交点
付近に集束することとなり、この透明部材から出射され
た光線を効率的に拡散させることができる。なお、屈折
率ｎを１．８cos（θ／２）より小さい値に設定すれば
光照射角が小さくなって広い領域を照明することが困難
となり、一方屈折率ｎを２．２cos（θ／２）より大き
い値に設定すれば光照射角が大きくなり過ぎて光を被照
射体方向に導くことが難しく、また被照射体の単位面積
あたりの照射光量が小さくなり過ぎるという問題もあ
る。
【００１３】また、本願考案の第２の内視鏡照明用光学
系では、球状の透明部材の後段に拡散部材を配設してい
るので発散光の光束をさらに広げることができ、広い領
域に亘って照明することができる。
系では、球状の透明部材の後段に拡散部材を配設してい
るので発散光の光束をさらに広げることができ、広い領
域に亘って照明することができる。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【実施例】以下、本考案の実施例について説明する。
【００１８】図１は本考案の実施例に係る内視鏡照明用
光学系を示すレンズ構成図である。すなわち、この光学
系は断面円形の照明用光学繊維束１の出射端面１Ａと対
向する位置に球形の均一材質からなるガラス球２を配設
し、さらにその前方に拡散部材として機能する凹レンズ
３を配設してなる。
光学系を示すレンズ構成図である。すなわち、この光学
系は断面円形の照明用光学繊維束１の出射端面１Ａと対
向する位置に球形の均一材質からなるガラス球２を配設
し、さらにその前方に拡散部材として機能する凹レンズ
３を配設してなる。
【００１９】光学繊維束１、ガラス球２および凹レンズ
３の中心軸は一致しており（これらの中心軸を軸Ｘ、ま
たこの軸Ｘとガラス球２の中心で直角に交わる軸を軸Ｙ
で表わす）、またガラス球２はこの光学繊維束１の平面
状の出射端面１Ａと外接している。
３の中心軸は一致しており（これらの中心軸を軸Ｘ、ま
たこの軸Ｘとガラス球２の中心で直角に交わる軸を軸Ｙ
で表わす）、またガラス球２はこの光学繊維束１の平面
状の出射端面１Ａと外接している。
【００２０】また、凹レンズ３はガラス球２側に凹面を
向け、被照射体側に平面を向けたレンズであって、この
光学系の保護カバーとしての機能も果たしている。
向け、被照射体側に平面を向けたレンズであって、この
光学系の保護カバーとしての機能も果たしている。
【００２１】ところで、本実施例の光学系は照明光の拡
散の効率化を図るためこの照明光を一旦集束させ、この
後発散させる集束レンズ系として上述した１個のガラス
球２を用いている。
散の効率化を図るためこの照明光を一旦集束させ、この
後発散させる集束レンズ系として上述した１個のガラス
球２を用いている。
【００２２】このガラス球２の屈折率ｎは下式(1) で表
わされる値に設定されている。
わされる値に設定されている。
【００２３】 ｎ＝２ cos（θ／２） …… (1) ただし、 sinθ＝ｒ／Ｒ，ｒ＜Ｒ，ｒは出射端面１Ａの
半径、Ｒはガラス球２の半径である。
半径、Ｒはガラス球２の半径である。
【００２４】上記条件式(1) は光学繊維束１の出射端面
１Ａから出射された平行光がガラス球２に入射してガラ
ス球２の出射側表面と軸Ｘの交点Ｑに集束するための条
件である。
１Ａから出射された平行光がガラス球２に入射してガラ
ス球２の出射側表面と軸Ｘの交点Ｑに集束するための条
件である。
【００２５】すなわち、図１に示すように軸Ｘ上に配さ
れたガラス球２の中心をＯとし、出射端面１Ａの最上部
Ａから軸Ｘとは平行に出射された光線Ｌがガラス球２に
入射する位置をＰとすると点Ｐと点Ｏを結ぶ直線が軸Ｘ
となす角度θは下式(2) で表わされる。 θ＝ sin-1（ｒ／Ｒ） …… (2) ところで、光学繊維束１の出射端面１Ａから出射された
平行光が点Ｑに集束するためには、上記点Ｐからガラス
球２に入射した光線Ｌは点Ｑに到達する必要がある。
れたガラス球２の中心をＯとし、出射端面１Ａの最上部
Ａから軸Ｘとは平行に出射された光線Ｌがガラス球２に
入射する位置をＰとすると点Ｐと点Ｏを結ぶ直線が軸Ｘ
となす角度θは下式(2) で表わされる。 θ＝ sin-1（ｒ／Ｒ） …… (2) ところで、光学繊維束１の出射端面１Ａから出射された
平行光が点Ｑに集束するためには、上記点Ｐからガラス
球２に入射した光線Ｌは点Ｑに到達する必要がある。
【００２６】すると、ΔＯＰＱが２等辺３角形であるこ
とから角ＯＰＱ＝角ＯＱＰ＝θ／２となる。
とから角ＯＰＱ＝角ＯＱＰ＝θ／２となる。
【００２７】また、直線ＯＰと直線ＡＰのなす角度はθ
であるから、屈折の法則により下式(3) が成立する。 sinθ＝ｎ sin（θ／２） …… (3) この式(3) を変形すると、 ｎ＝ sinθ／ sin（θ／２） …… (4) 一方、 sinθ＝ sin２（θ／２）＝２ sin（θ／２） cos（θ／２） …(5) となるから、式(5) を式(4) に代入すると、 ｎ＝２ cos（θ／２） …… (6) が得られる。
であるから、屈折の法則により下式(3) が成立する。 sinθ＝ｎ sin（θ／２） …… (3) この式(3) を変形すると、 ｎ＝ sinθ／ sin（θ／２） …… (4) 一方、 sinθ＝ sin２（θ／２）＝２ sin（θ／２） cos（θ／２） …(5) となるから、式(5) を式(4) に代入すると、 ｎ＝２ cos（θ／２） …… (6) が得られる。
【００２８】また、光学繊維束１の出射端面１Ａの最下
端Ａ′から出射された光線が点Ｐ′からガラス球２の内
部に入射し、この後点Ｑに到達するための条件も上記と
同様にして上式(6) により得られる。
端Ａ′から出射された光線が点Ｐ′からガラス球２の内
部に入射し、この後点Ｑに到達するための条件も上記と
同様にして上式(6) により得られる。
【００２９】さらに、光学繊維束１の出射端面１Ａのそ
の他の点から軸Ｘに平行に出射された光線も上式(6) を
満足する条件で点Ｑに到達する。
の他の点から軸Ｘに平行に出射された光線も上式(6) を
満足する条件で点Ｑに到達する。
【００３０】したがってガラス球２の全体が上式(6) を
満足することにより、光学繊維束１の出射端面１Ａから
軸Ｘに平行に出射された光は点Ｑに集束することとな
る。
満足することにより、光学繊維束１の出射端面１Ａから
軸Ｘに平行に出射された光は点Ｑに集束することとな
る。
【００３１】もっとも、ガラス球２の屈折率ｎの値は厳
密に２ cos（θ／２）に一致することは必要なく、２ c
os（θ／２）付近の値であれば照明用の光学系としては
十分である。
密に２ cos（θ／２）に一致することは必要なく、２ c
os（θ／２）付近の値であれば照明用の光学系としては
十分である。
【００３２】ただし、ｎの値が小さ過ぎると集束すべき
点が点Ｑよりかなり遠くになり光照射角が小さくなって
広い範囲を照明することが困難となり、一方、ｎの値が
大き過ぎると集束点が点Ｑよりかなり近くになり光照射
角は大きくなり過ぎて全ての光が被照射体方向に導かれ
ず、また被照射体の単位面積あたりの光量が低下してし
まう。
点が点Ｑよりかなり遠くになり光照射角が小さくなって
広い範囲を照明することが困難となり、一方、ｎの値が
大き過ぎると集束点が点Ｑよりかなり近くになり光照射
角は大きくなり過ぎて全ての光が被照射体方向に導かれ
ず、また被照射体の単位面積あたりの光量が低下してし
まう。
【００３３】したがって屈折率ｎは下式（７）で表わさ
れる程度の範囲に設定する。
れる程度の範囲に設定する。
【００３４】 １．８ cos（θ／２）＜ｎ＜２．２ cos（θ／２） …… (7) 上述したようにして点Ｑからガラス球２の外部に出射さ
れた照射光は点Ｂから点Ｂ′に亘る領域から凹レンズ３
に入射し、点Ｃから点Ｃ′に亘る領域から出射されてさ
らに拡散されることとなる。なお、凹レンズ３の出射側
を平面としているのは、この面が外部に露出するため
（例えば胃の内容物と直接接触するため）汚れが付着す
ることが多く、この付着した汚れを洗浄する際にその操
作を容易とするためである。
れた照射光は点Ｂから点Ｂ′に亘る領域から凹レンズ３
に入射し、点Ｃから点Ｃ′に亘る領域から出射されてさ
らに拡散されることとなる。なお、凹レンズ３の出射側
を平面としているのは、この面が外部に露出するため
（例えば胃の内容物と直接接触するため）汚れが付着す
ることが多く、この付着した汚れを洗浄する際にその操
作を容易とするためである。
【００３５】なお、本考案の内視鏡照明用光学系として
は必ずしも上記実施例のものに限られるものではなく、
その他種々の態様の変更が可能である。
は必ずしも上記実施例のものに限られるものではなく、
その他種々の態様の変更が可能である。
【００３６】例えば、球状の透明部材の材質としては必
ずしもガラスに限られるものではなくプラスチック等の
他の透明材料によって構成することも可能である。
ずしもガラスに限られるものではなくプラスチック等の
他の透明材料によって構成することも可能である。
【００３７】また、拡散部材としては上記形状の凹レン
ズに限られるものではなく、その他光を均一に拡散させ
得るフレネルレンズ等を用いることも可能である。
ズに限られるものではなく、その他光を均一に拡散させ
得るフレネルレンズ等を用いることも可能である。
【００３８】
【考案の効果】以上詳細に説明した如く本考案の内視鏡
照明用光学系によれば、集光レンズ系を１個の球状の透
明部材により構成しているので、従来技術よりも少ない
部品点数で良好な照明効果を得ることができる。また、
ライトガイドからその光軸と平行に出射された光線が球
状の透明部材を透過した後、このライトガイドの光軸と
球状の透明部材の表面の交点付近に集束することとな
り、この透明部材から出射された光線を効率的に拡散さ
せることができる。
照明用光学系によれば、集光レンズ系を１個の球状の透
明部材により構成しているので、従来技術よりも少ない
部品点数で良好な照明効果を得ることができる。また、
ライトガイドからその光軸と平行に出射された光線が球
状の透明部材を透過した後、このライトガイドの光軸と
球状の透明部材の表面の交点付近に集束することとな
り、この透明部材から出射された光線を効率的に拡散さ
せることができる。
【図１】本考案の実施例に係る内視鏡照明用光学系を示
すレンズ構成図
すレンズ構成図
【図２】従来技術に係る内視鏡照明用光学系を示すレン
ズ構成図
ズ構成図
１ 照明用光学繊維束 １Ａ 出射端面 ２ ガラス球 ３，13 凹レンズ 11 ライトガイド 12Ａ，Ｂ 凸レンズ
Claims (2)
- 【請求項１】 内視鏡照明用ライトガイドの出射端に対
向して１個の球状の透明部材が配設され、前記出射端か
ら平行に出射された光線が前記球状の透明部材を透過し
て、該透明部材の前記出射端対向側とは反対側の表面付
近に一旦集束するように構成されてなり、前記ライトガ
イドの光軸付近に前記球状の透明部材の中心が位置する
ように配され、前記球状の透明部材の半径をＲ、屈折率
をｎ、前記ライトガイドの出射端面の半径をｒとしたと
き下記条件式を満足するように構成されてなることを特
徴とする内視鏡照明用光学系。１．８cos（θ／２）＜ｎ＜２．２cos（θ／２） ただし、 sinθ＝ｒ／Ｒ、ｒ＜Ｒ - 【請求項２】 前記球状の透明部材の後段に、前記一旦
集束し、その後発散した光線をさらに拡散せしめる拡散
部材が配設されてなることを特徴とする請求項１記載の
内視鏡照明用光学系。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1992001245U JP2588833Y2 (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | 内視鏡照明用光学系 |
| US08/002,872 US5354322A (en) | 1992-01-17 | 1993-01-19 | Optical illumination system for endoscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1992001245U JP2588833Y2 (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | 内視鏡照明用光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0594835U JPH0594835U (ja) | 1993-12-24 |
| JP2588833Y2 true JP2588833Y2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=11496068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1992001245U Expired - Fee Related JP2588833Y2 (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | 内視鏡照明用光学系 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5354322A (ja) |
| JP (1) | JP2588833Y2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5673147A (en) * | 1995-04-18 | 1997-09-30 | Mckinley Optics, Inc. | Stereo video endoscope objective lens systems |
| JPH1152257A (ja) * | 1997-08-01 | 1999-02-26 | Olympus Optical Co Ltd | 照明光学系 |
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