JP2722436B2 - 照明光学装置 - Google Patents
照明光学装置Info
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4298—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with non-coherent light sources and/or radiation detectors, e.g. lamps, incandescent bulbs, scintillation chambers
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、主に内視鏡に用いられる照明光学装置に関
するものである。 〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕 この種従来の照明光学装置は、例えば第12図に示した
如く、ランプ等の光源１から発せられた光のうち直接ラ
イトガイド３に入射するわずかな光以外の大部分の光を
楕円反射鏡２で反射集光させ、焦点位置にあるライトガ
イド３の入射端面3aに入射させている。尚、楕円反射鏡
２の代りに、放物面，球面，円錐面或は高次曲面等から
成る凹面鏡も用いられる。このような光学系の場合、ラ
ンプ等の光源１の背後の楕円反射鏡２で反射した光のう
ち一部が光源１自身でかなり遮ぎられるので、ライトガ
イド３に入射し得る光束は光軸４に対して角度θ１から
θ１′を有するもの即ち略中空円錐状のものとなる。従
って、ライトガイド３への直接入射光を考慮しても、ラ
イトガイド３の出射端面から出射される光の配光特性
は、第13図に示した如く０°で谷となり且つ±10〜20°
付近の角度Ａ°又は−Ａ°で山となる配光特性を持つ
為、内視鏡視野の中央部が暗くなるという照明ムラを生
じる。又、光源１を発した光のうち楕円反射鏡２の開口
縁とライトガイド３の入射端面3aとの間へ拡散して行く
ものが多いので、光量損失が大きいという問題があっ
た。 そこで、この問題を解決すべく、例えば特開昭60−12
3819号公報で開示されている様に、ライトガイドの入射
端面もしくはライトガイドの前に配置してある単ファイ
バーの入射端面を斜めに切り、その屈折作用を利用して
の照明ムラを無くすことが考えられたが、内視鏡本体側
でこの様な対策を設けた場合、もともと照明ムラの少な
い照明光学装置を使用したときに逆に全体の光量損失を
引き起こすという問題が発生していた。また、集光効率
を上げる為に、例えば特開昭61−113012号公報で開示さ
れているように、光源とライトガイドとの間に集光レン
ズを配置するようにした照明光学装置が提案されている
が、光源とライトガイドとの間の集光レンズを中空で固
定する為にレンズ固定枠が必要となり、その結果装置が
大型化してしまうという問題があった。 本発明は、上記問題点に鑑み、この種照明光学装置に
おいて、照明ムラがなく且つ従来のものに較べて明るい
と共に、コンパクトに構成できる照明光学装置を提供す
ることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段及び作用〕 本発明による照明光学装置は、光源と、該光源の背後
に設けられた凹面積と、光伝送用ライトガイドとを備え
た照明光学装置において、前記光源と前記ライトガイド
との間に、上記光源を発し凹面鏡で反射した光線をカバ
ーする大きさを有し、光軸に対する光線の角度をより小
さく変換するための略円錐形状の面を有する光学素子を
配置したものである。 また、前記光学素子が、楔型プリズムの回転体となっ
たものである。 また本発明による他の照明光学装置は、光源と、集光
部材と、この集光部材より大きい入射面及び前記入射面
より小さい射出面を有し、入射面より入射した光を反射
させて射出面から射出させる中実または中空の反射部材
と、前記射出面からの光を受ける光伝送用ライトガイド
とを備え、前記集光部材は前記光源から拡散し前記反射
部材に直接入射する一部の光束の角度を小さくするよう
にしたものである。 〔実施例〕 以下、図示した実施例に基づき上記従来例と同一の部
材に同一符号を付して本発明を詳細に説明する。 第１図は第１実施例に示しており、５はその周縁部が
楕円反射鏡２の開口縁に固着されていると共に中央部に
凸レンズ部5aが一体成形された円形のカバーガラスであ
って、凸レンズ部5aは楕円反射鏡２の第１焦点に配置さ
れたランプ等の光源１と、第２焦点位置に光軸４と端面
が垂直になるように配置されたライトガイド３の入射端
面3aとの間に位置し、楕円反射鏡２で反射しライトガイ
ド３に入射端面3aに集光する光束に対しては影響せず、
直接光源１から楕円反射鏡２の開口縁とライトガイド３
の入射端面3aとの間に向かって拡散する光の一部を集光
するものであり、該光のライトガイド３の入射端面3aへ
の最大入射角θ２と楕円反射鏡２によって反射されてラ
イトガイド３に入射端面3aに集光する光の最小入射角θ
１との関係が θ２≒θ１ となっている。 本発明による照明光学系は上述の如く構成されている
ので照明ムラがなくなる。即ち、従来はライトガイド３
の入射端面3aに集光する光束のうち入射角θ１以下の光
束が光源１自身に遮ぎられるため照明ムラが発生してい
たが、本発明照明光学系では光源１の前方で楕円反射鏡
２の反射面及びライトガイド３の入射端面3aのいずれに
も入射しようとせずに拡散しようとする光の一部を最大
入射角θ２＝θ１でライトガイド３の入射端面3aに集光
するようになっているので、第２図に示した如く、ライ
トガイド３の出射端面から出射される光のうち出射角の
狭い領域の光量が増加し、その結果照明ムラがなくなる
と共に、全体の出射光量も増加する。尚、θ２の大きさ
は 程度が好ましく、 のようにθ２があまり小さくなりすぎると凸レンズ部5a
の径が小さくなりすぎ、その結果ライトガイド３の光軸
４とほぼ平行（なす角が小さい）に入射する光量自体が
非常に少なくなり、所期の効果が得られない。又、凸レ
ンズ部5aがカバーガラス５と一体となっていて楕円反射
鏡２に直接取り付けられるのでレンズ固定枠が不要とな
り、その結果装置全体をコンパクトに構成できるという
利点もある。尚、凸レンズ部5aを非球面レンズに形成し
て集光能力をより高めるようにしても良い。 第３図は第２実施例を示しており、これはカバーガラ
ス６を屈折率分布型の不均質媒質とし、第４図に示した
如く中央部から周辺に向かって屈折率を変化させたもの
を用いて凸レンズ作用を有する光学系を形成したもので
ある。 第５図は第３実施例を示しており、これは凸レンズ作
用を用いるのではなく、直接楕円反射鏡２の開口縁とラ
イトガイド３の入射端面3aとの間に向かって拡散する光
を環状の楕円反射鏡７で反射させて光軸の方へ向け、光
軸上に配置した円錐面鏡８でライトガイド３の入射端面
3aへ集光させるようにしたものである。 第６図は第４実施例を示しており、これは基本的には
第１図（第１実施例）における光源１の近傍にもう一つ
集光レンズ９を配置して集光角αを大にすることによ
り、より集光能力を高めてライトガイド３の入射端面3a
へ入射する光量を増加させると共に、照明ムラをなくし
たものである。10は第１図の凸レンズ部5aと同等の集光
レンズ、11は集光レンズ9,10を同時に楕円反射鏡２に固
定するレンズ固定枠である。 第７図は第５実施例を示しており、これは楕円反射鏡
２で反射された略平行な光線と直接光源１から拡散する
光線を同時に集光できる多重曲面レンズ12を配設して、
集光能力を高め且つ配光ムラをなくしたものである。 第８図は第６実施例を示しており、これは楕円反射鏡
２を有する光源１とライトガイドの入射端面3aとの間に
光軸４を中心とした楔形プリズムの回転体13を配設し
て、該回転体13に対して楕円反射鏡２の周辺部で反射し
た光線は垂直入射し通過後の出射角も入射角と略変わら
ないが、光軸付近の光線は斜め入射となり出射角が入射
角に対してより小さな角度となるようにしたことによ
り、照明ムラをなくしたものである。 第９図は第７実施例を示しており、これは楕円反射鏡
２を有する光源１とライトガイド３の入射端面3aとの間
の光軸上に光源１の外径と略同じ径のテーパー状ガラス
棒14を配設して、光源１を発し楕円反射鏡２の開口縁と
ライトガイド３の入射端面3aとの間に拡散しようとする
光の一部を入射端面3aへ集光するようにしたものであ
る。尚、このガラス棒14は、側面への入射角が臨界角以
内となるようにして全反射を利用するか、又は側面に外
部から金属物質を蒸着して内部を鏡面仕上げにしたもの
である。 第10図は第８実施例を示しており、これは基本的には
第１図（第１実施例）における凸レンズ部5aと同等の集
光レンズ10とライトガイド３の入射端面3aとの間に楕円
反射鏡２の開口部をカバーする大きさの入射端とライト
ガイド３の入射端面3aをカバーする大きさの出射角とを
有する円錐台形のガラスブロック15を配置して、楕円反
射鏡２の開口縁とライトガイド３の入射端面3aとの間に
拡散しようとする光のほとんど全部を漏れなくライトガ
イド３の入射端面3aに入射せしめ、出射光量を一層増加
せしめたものである。尚、ガラスブロック15の代りに第
11図に示した如きつり鐘状のガラスブロック16を用いて
も良く、いずれのガラスブロックも第９図のガラス棒14
と同様な加工が施されているものとする。尚、ガラスブ
ロックの代りに、内部が鏡面になっている円錐台形又は
つり鐘状の筒状反射鏡を用いても良いことは言うまでも
無い。又、第10図における集光レンズ10の代りにコリメ
ーターレンズを用いても良く、その場合拡散光が略平行
光になるので、ライトガイド３の入射端面に直接入射す
る光量が増えると共にガラスブロック15の側面からの漏
れも減少するという効果がある。又、光の漏れを少なく
することだけを目的とすれば、レンズは省略しても良
い。 〔発明の効果〕 上述の如く、本発明による照明光学装置は、照明ムラ
がなく且つ従来のものに比べて明るいと共に、コンパク
トに構成できるという実用上重要な利点を有している。
するものである。 〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕 この種従来の照明光学装置は、例えば第12図に示した
如く、ランプ等の光源１から発せられた光のうち直接ラ
イトガイド３に入射するわずかな光以外の大部分の光を
楕円反射鏡２で反射集光させ、焦点位置にあるライトガ
イド３の入射端面3aに入射させている。尚、楕円反射鏡
２の代りに、放物面，球面，円錐面或は高次曲面等から
成る凹面鏡も用いられる。このような光学系の場合、ラ
ンプ等の光源１の背後の楕円反射鏡２で反射した光のう
ち一部が光源１自身でかなり遮ぎられるので、ライトガ
イド３に入射し得る光束は光軸４に対して角度θ１から
θ１′を有するもの即ち略中空円錐状のものとなる。従
って、ライトガイド３への直接入射光を考慮しても、ラ
イトガイド３の出射端面から出射される光の配光特性
は、第13図に示した如く０°で谷となり且つ±10〜20°
付近の角度Ａ°又は−Ａ°で山となる配光特性を持つ
為、内視鏡視野の中央部が暗くなるという照明ムラを生
じる。又、光源１を発した光のうち楕円反射鏡２の開口
縁とライトガイド３の入射端面3aとの間へ拡散して行く
ものが多いので、光量損失が大きいという問題があっ
た。 そこで、この問題を解決すべく、例えば特開昭60−12
3819号公報で開示されている様に、ライトガイドの入射
端面もしくはライトガイドの前に配置してある単ファイ
バーの入射端面を斜めに切り、その屈折作用を利用して
の照明ムラを無くすことが考えられたが、内視鏡本体側
でこの様な対策を設けた場合、もともと照明ムラの少な
い照明光学装置を使用したときに逆に全体の光量損失を
引き起こすという問題が発生していた。また、集光効率
を上げる為に、例えば特開昭61−113012号公報で開示さ
れているように、光源とライトガイドとの間に集光レン
ズを配置するようにした照明光学装置が提案されている
が、光源とライトガイドとの間の集光レンズを中空で固
定する為にレンズ固定枠が必要となり、その結果装置が
大型化してしまうという問題があった。 本発明は、上記問題点に鑑み、この種照明光学装置に
おいて、照明ムラがなく且つ従来のものに較べて明るい
と共に、コンパクトに構成できる照明光学装置を提供す
ることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段及び作用〕 本発明による照明光学装置は、光源と、該光源の背後
に設けられた凹面積と、光伝送用ライトガイドとを備え
た照明光学装置において、前記光源と前記ライトガイド
との間に、上記光源を発し凹面鏡で反射した光線をカバ
ーする大きさを有し、光軸に対する光線の角度をより小
さく変換するための略円錐形状の面を有する光学素子を
配置したものである。 また、前記光学素子が、楔型プリズムの回転体となっ
たものである。 また本発明による他の照明光学装置は、光源と、集光
部材と、この集光部材より大きい入射面及び前記入射面
より小さい射出面を有し、入射面より入射した光を反射
させて射出面から射出させる中実または中空の反射部材
と、前記射出面からの光を受ける光伝送用ライトガイド
とを備え、前記集光部材は前記光源から拡散し前記反射
部材に直接入射する一部の光束の角度を小さくするよう
にしたものである。 〔実施例〕 以下、図示した実施例に基づき上記従来例と同一の部
材に同一符号を付して本発明を詳細に説明する。 第１図は第１実施例に示しており、５はその周縁部が
楕円反射鏡２の開口縁に固着されていると共に中央部に
凸レンズ部5aが一体成形された円形のカバーガラスであ
って、凸レンズ部5aは楕円反射鏡２の第１焦点に配置さ
れたランプ等の光源１と、第２焦点位置に光軸４と端面
が垂直になるように配置されたライトガイド３の入射端
面3aとの間に位置し、楕円反射鏡２で反射しライトガイ
ド３に入射端面3aに集光する光束に対しては影響せず、
直接光源１から楕円反射鏡２の開口縁とライトガイド３
の入射端面3aとの間に向かって拡散する光の一部を集光
するものであり、該光のライトガイド３の入射端面3aへ
の最大入射角θ２と楕円反射鏡２によって反射されてラ
イトガイド３に入射端面3aに集光する光の最小入射角θ
１との関係が θ２≒θ１ となっている。 本発明による照明光学系は上述の如く構成されている
ので照明ムラがなくなる。即ち、従来はライトガイド３
の入射端面3aに集光する光束のうち入射角θ１以下の光
束が光源１自身に遮ぎられるため照明ムラが発生してい
たが、本発明照明光学系では光源１の前方で楕円反射鏡
２の反射面及びライトガイド３の入射端面3aのいずれに
も入射しようとせずに拡散しようとする光の一部を最大
入射角θ２＝θ１でライトガイド３の入射端面3aに集光
するようになっているので、第２図に示した如く、ライ
トガイド３の出射端面から出射される光のうち出射角の
狭い領域の光量が増加し、その結果照明ムラがなくなる
と共に、全体の出射光量も増加する。尚、θ２の大きさ
は 程度が好ましく、 のようにθ２があまり小さくなりすぎると凸レンズ部5a
の径が小さくなりすぎ、その結果ライトガイド３の光軸
４とほぼ平行（なす角が小さい）に入射する光量自体が
非常に少なくなり、所期の効果が得られない。又、凸レ
ンズ部5aがカバーガラス５と一体となっていて楕円反射
鏡２に直接取り付けられるのでレンズ固定枠が不要とな
り、その結果装置全体をコンパクトに構成できるという
利点もある。尚、凸レンズ部5aを非球面レンズに形成し
て集光能力をより高めるようにしても良い。 第３図は第２実施例を示しており、これはカバーガラ
ス６を屈折率分布型の不均質媒質とし、第４図に示した
如く中央部から周辺に向かって屈折率を変化させたもの
を用いて凸レンズ作用を有する光学系を形成したもので
ある。 第５図は第３実施例を示しており、これは凸レンズ作
用を用いるのではなく、直接楕円反射鏡２の開口縁とラ
イトガイド３の入射端面3aとの間に向かって拡散する光
を環状の楕円反射鏡７で反射させて光軸の方へ向け、光
軸上に配置した円錐面鏡８でライトガイド３の入射端面
3aへ集光させるようにしたものである。 第６図は第４実施例を示しており、これは基本的には
第１図（第１実施例）における光源１の近傍にもう一つ
集光レンズ９を配置して集光角αを大にすることによ
り、より集光能力を高めてライトガイド３の入射端面3a
へ入射する光量を増加させると共に、照明ムラをなくし
たものである。10は第１図の凸レンズ部5aと同等の集光
レンズ、11は集光レンズ9,10を同時に楕円反射鏡２に固
定するレンズ固定枠である。 第７図は第５実施例を示しており、これは楕円反射鏡
２で反射された略平行な光線と直接光源１から拡散する
光線を同時に集光できる多重曲面レンズ12を配設して、
集光能力を高め且つ配光ムラをなくしたものである。 第８図は第６実施例を示しており、これは楕円反射鏡
２を有する光源１とライトガイドの入射端面3aとの間に
光軸４を中心とした楔形プリズムの回転体13を配設し
て、該回転体13に対して楕円反射鏡２の周辺部で反射し
た光線は垂直入射し通過後の出射角も入射角と略変わら
ないが、光軸付近の光線は斜め入射となり出射角が入射
角に対してより小さな角度となるようにしたことによ
り、照明ムラをなくしたものである。 第９図は第７実施例を示しており、これは楕円反射鏡
２を有する光源１とライトガイド３の入射端面3aとの間
の光軸上に光源１の外径と略同じ径のテーパー状ガラス
棒14を配設して、光源１を発し楕円反射鏡２の開口縁と
ライトガイド３の入射端面3aとの間に拡散しようとする
光の一部を入射端面3aへ集光するようにしたものであ
る。尚、このガラス棒14は、側面への入射角が臨界角以
内となるようにして全反射を利用するか、又は側面に外
部から金属物質を蒸着して内部を鏡面仕上げにしたもの
である。 第10図は第８実施例を示しており、これは基本的には
第１図（第１実施例）における凸レンズ部5aと同等の集
光レンズ10とライトガイド３の入射端面3aとの間に楕円
反射鏡２の開口部をカバーする大きさの入射端とライト
ガイド３の入射端面3aをカバーする大きさの出射角とを
有する円錐台形のガラスブロック15を配置して、楕円反
射鏡２の開口縁とライトガイド３の入射端面3aとの間に
拡散しようとする光のほとんど全部を漏れなくライトガ
イド３の入射端面3aに入射せしめ、出射光量を一層増加
せしめたものである。尚、ガラスブロック15の代りに第
11図に示した如きつり鐘状のガラスブロック16を用いて
も良く、いずれのガラスブロックも第９図のガラス棒14
と同様な加工が施されているものとする。尚、ガラスブ
ロックの代りに、内部が鏡面になっている円錐台形又は
つり鐘状の筒状反射鏡を用いても良いことは言うまでも
無い。又、第10図における集光レンズ10の代りにコリメ
ーターレンズを用いても良く、その場合拡散光が略平行
光になるので、ライトガイド３の入射端面に直接入射す
る光量が増えると共にガラスブロック15の側面からの漏
れも減少するという効果がある。又、光の漏れを少なく
することだけを目的とすれば、レンズは省略しても良
い。 〔発明の効果〕 上述の如く、本発明による照明光学装置は、照明ムラ
がなく且つ従来のものに比べて明るいと共に、コンパク
トに構成できるという実用上重要な利点を有している。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による照明光学装置の第１実施例の断面
図、第２図は上記第１実施例の配光分布を示すグラフ、
第３図は第２実施例の断面図、第４図は上記第２実施例
のカバーガラスの屈折率分布を示すグラフ、第５図乃至
第10図は夫々第３乃至第８実施例の断面図、第11図は上
記第８実施例のガラスブロックの変形例を示す図、第12
図は従来例の断面図、第13図は上記従来例の配光分布を
示すグラフである。 １…光源、２…楕円反射鏡、３…ライトガイド、3a…入
射端面、４…光軸、5,6…カバーガラス、5a…凸レンズ
部、７…環状の楕円反射鏡、８…円錐面鏡、9,10…集光
レンズ、11…レンズ固定枠、12…多重曲面レンズ、13…
楔形プリズムの回転体、14…ガラス棒、15,16…ガラス
ブロック。
図、第２図は上記第１実施例の配光分布を示すグラフ、
第３図は第２実施例の断面図、第４図は上記第２実施例
のカバーガラスの屈折率分布を示すグラフ、第５図乃至
第10図は夫々第３乃至第８実施例の断面図、第11図は上
記第８実施例のガラスブロックの変形例を示す図、第12
図は従来例の断面図、第13図は上記従来例の配光分布を
示すグラフである。 １…光源、２…楕円反射鏡、３…ライトガイド、3a…入
射端面、４…光軸、5,6…カバーガラス、5a…凸レンズ
部、７…環状の楕円反射鏡、８…円錐面鏡、9,10…集光
レンズ、11…レンズ固定枠、12…多重曲面レンズ、13…
楔形プリズムの回転体、14…ガラス棒、15,16…ガラス
ブロック。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．光源と、該光源の背後に設けられた凹面鏡と、光伝
送用ライトガイドとを備えた照明光学装置において、 前記光源と前記ライトガイドとの間に、上記光源を発し
凹面鏡で反射した光線をカバーする大きさを有し、光軸
に対する光線の角度をより小さく変換するための略円錐
形状の面を有する光学素子を配置したことを特徴とする
照明光学装置。 ２．前記光学素子が、楔型プリズムの回転体であること
を特徴とする特許請求の範囲（１）に記載の照明光学装
置。 ３．光源と、集光部材と、この集光部材より大きい入射
面及び前記入射面より小さい射出面を有し、入射面より
入射した光を反射させて射出面から射出させる中実また
は中空の反射部材と、前記射出面からの光を受ける光伝
送用ライトガイドとを備え、前記集光部材は前記光源か
ら拡散し前記反射部材に直接入射する一部の光束の角度
を小さくすることを特徴とする照明光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62084308A JP2722436B2 (ja) | 1987-04-06 | 1987-04-06 | 照明光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62084308A JP2722436B2 (ja) | 1987-04-06 | 1987-04-06 | 照明光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63249811A JPS63249811A (ja) | 1988-10-17 |
| JP2722436B2 true JP2722436B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=13826863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62084308A Expired - Fee Related JP2722436B2 (ja) | 1987-04-06 | 1987-04-06 | 照明光学装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2722436B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003075690A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-12 | Matsushita Electric Works Ltd | トランスミッタ及びレシーバ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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