JP3184151B2 - 携帯式内視鏡システム - Google Patents
携帯式内視鏡システムInfo
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Description
システムである携帯式内視鏡システムに関する。
として体内の診断や治療に用いられている。また、工業
用として、機械や配管内部の検査や修理に利用されてい
る。
照明光学系、処置や送気・送水のためのチューブ等を備
えた細長い挿入部分と、把持したり挿入部の湾曲操作を
するための操作ノブを備えた操作部と、を有する内視鏡
本体と、内視鏡本体に照明光を供給するための光源装置
とからなっており、内視鏡本体と光源装置とは光学的に
接続されていて、光源で作られた光は内視鏡本体の先端
までLGバンドルによって導かれる。
がりに従って、例えば医療用途の場合、病室にて痰がか
らんだ患者の痰の吸引や、手術前後に気道を確保するた
めの気管チューブの位置の確認といった手術室や処置室
での利用や、外来患者の診察等といった日常の医療業務
での利用への期待が高まりつつある。このためには、従
来のような重量が重く寸法が大きい内視鏡システムでは
移動や移動後の光源の位置確保が困難であり、内視鏡シ
ステムに対する携帯性の向上が期待されている。
は、一般に発光手段として50W以上の大型のランプが
使用されている等により、発光手段が占有する光源装置
のスペースが大きく、また電力が大きいため、光源装置
に冷却装置を取り付けなければならない場合がある等、
光源装置の小型化を阻んでいた。
各辺が15cm以上の寸法であり、内視鏡本体と一体に
接続して使用すると、重量が重く寸法が大きいため内視
鏡本体の操作性を阻害し、また、内視鏡本体と別体にし
て使用すると、内視鏡本体と光源本体の置き場の確保が
大変であり、またLGケーブルが操作性の妨げになるな
ど、従来の内視鏡システムは携帯性が不十分であった。
光手段を小型化した場合、発光手段からの出力光量が減
少するので、光量の損失を減少させて被写体を明るく照
明するためには、例えば特開平9−299266号で提
案されているような3個の光学部品(例えば2個のレン
ズ及び1個の凹面鏡)で集光光学系を構成すること等に
より、集光光学系を構成する光学部品の数が多くなった
り、集光光学系を構成する光学部品の寸法が大きくなる
など、集光光学系の寸法が大きくなってしまい、携帯式
内視鏡システムの形態性を阻害していた。
の光学部品で構成した場合、集光光学系により十分に照
明光を集光できず、集光光学系からLGバンドルへ照明
光が入射する際に、LGバンドル外へ照明光が漏れてし
まい、被写体を明るく照明できなくなってしまう。
めに、例えば特開平8−299266号では、集光光学
系から出射される照明光のLGバンドルの入射端におけ
る集光面積を狭くし、照明光の損失を減少させる内視鏡
システムを提案している。
たく無くなる程度に集光面積を狭くしてしまうと、集光
光学系とLGバンドルとの偏心が生じた場合に、逆にL
Gバンドル外への漏れが生じてしまうという問題点があ
る。
に、集光光学系を少ない数のパワーの大きい光学部品で
構成した場合、集光光学系からLGバンドルへ入射する
照明光の入射角が大きくなってしまい、LGバンドル内
での照明光の減衰が増加してしまうという問題がある。
うに、従来の内視鏡システムは、寸法が大きく、重量が
重く、携帯性が不十分であるという問題点があった。
は、上記事情に鑑みてなされたものであり、携帯式内視
鏡システムを小型化及び軽量化し、携帯性を向上するこ
とのできる携帯式内視鏡システムを提供することを課題
としている。
内視鏡システムは、発光手段を小型化した場合、集光光
学系を構成する光学部品の数が多く、集光光学系が占有
するスペースが大きく、携帯式内視鏡システムの小型化
を阻害し、携帯性の向上を阻害しているという問題点が
あった。
は、上記事情に鑑みてなされたものであり、集光光学系
を構成する光学部品の数を減らし、集光光学系が占有す
るスペースを減少させ、携帯式内視鏡システムを小型化
・軽量化し、携帯性を向上させることのできる携帯式内
視鏡システムを提供することを課題としている。
内視鏡システムは、集光光学系を小型化しようとする
と、照明光の集光面積が大きくなってしまい、LGバン
ドルの入射端面外への光量の漏れが発生してしまい、光
量の損失が増加してしまうという問題があった。
内視鏡システムは、LGバンドルの入射端面外への光量
の漏れが発生しない程度に集光光学系による照明光の集
光面積を狭くしてしまうと、集光光学系とLGバンドル
との接続に偏心が生じた場合には、逆にLGバンドルの
入射端面外への光量の漏れが発生してしまうという問題
があった。
内視鏡システムは、集光光学系を小型化しつつ集光面積
を狭くしようとすると、LGバンドルの入射端面への照
明光の入射角が増加し、LGバンドル内での照明光の減
衰が増加してしまうという問題があった。
は、上記事情に鑑みてなされたものであり、LGバンド
ルの入射端面外への照明光の漏れを減少させ、且つ集光
光学系とLGバンドルとの接続に偏心が生じた場合に生
じる照明光の漏れを減少させ、且つ照明光のLGバンド
ル入射角を小さくさせ、被写体を明るく照明することの
できる携帯式内視鏡システムを提供することを課題とし
ている。
携帯式内視鏡システムは、携帯可能な内視鏡システムで
ある携帯式内視鏡システムであって、被写体を観察する
ための観察光学系とライトガイドバンドルを有し被写体
を照明するための照明光学系とを備えた内視鏡本体と、
電池と照明光を発する小型発光素子と前記小型発光素子
から発する照明光を集光して前記ライトガイドバンドル
へ入射させる集光光学系とを備えた小型光源装置を具備
し、前記集光光学系は少なくとも2個の光学部品で構成
され、前記光学部品のうち、前記ライトガイドバンドル
寄りの位置に配置された光学部品はレンズであり、前記
レンズよりも前記小型発光素子側に配置された光学部品
のうち前記レンズ寄りの光学部品の光束射出面と光軸と
が交わる位置において光軸と垂直に交わる光束断面を2
次光源面とするとき、該2次光源面を前記レンズの前側
焦点位置付近に配置すると共に、前記ライトガイドバン
ドルを前記レンズの後側焦点位置に配置し、前記レンズ
の焦点距離をf2、前記ライトガイドバンドルの半径を
r、前記2次光源面から射出する照明光の射出角をαと
するとき、 1.1<(f2×sinα)/r<1.5 であることを特徴とする。
テムは、前記請求項1において、前記少なくとも2個の
光学部品のうち、前記小型発光素子寄りの位置に配置さ
れた光学部品はレンズであり、該レンズの前側焦点距離
をf1とし、該レンズと前記小型発光素子の発光部との
距離をaとしたとき、 0.5<f1/a<3を満足する ことを特徴とする。
テムは、前記請求項1において、前記集光光学系は2つ
のレンズのみからなることを特徴とする。
テムは、前記請求項1において、前記小型発光素子が発
光ダイオードであることを特徴とする。
テムは、前記請求項4において、前記光学部品のうち、
少なくとも一つの光学部品が前記発光ダイオードと一体
的に構成されていることを特徴とする。
テムは、請求項4において、前記集光光学系が2つのレ
ンズのみからなることを特徴とする。
施の形態を説明する。
発明の第1の実施の形態に係り、図1は携帯式内視鏡シ
ステムの構成概要を説明する説明図、図2は携帯式内視
鏡システムの構成を説明する説明図、図3は集光光学系
の構成概要を説明する説明図、図4は集光光学系のLG
バンドル寄りに配置されたレンズの作用を説明する説明
図、図5は集光光学系の小型発光素子寄りに配置された
レンズの作用を説明する説明図である。
成を以下に述べる。
内視鏡システムは、内視鏡本体1、小型光源装置5等か
ら主に構成されている。
の挿入部2、内視鏡本体1を把持したり操作するための
操作部3等から主に構成されている。
を着脱自在に接続するためのLGバンドル接続部4等が
備えられている。これにより、小型光源装置5は、LG
バンドル107に光学的に接続されている。
を観察するための光学系である観察光学系、被写体を照
明するための光学系である照明光学系、挿入部2内に処
置具を挿通させるためのチューブ108、挿入部2の先
端部分の湾曲操作をするための図示しない湾曲用ワイヤ
等が備えられている。
用イメージファイバ104、接眼レンズ105等から構
成されている。
り構成されている。
操作をするためのノブ110等が備えられている。
量であり、各辺の長さがそれぞれ6cm程度以下の寸法
である。
3のLGバンドル接続部4に接続されて使用されるよう
になっている。
光素子としての小型ランプ114、小型ランプ114等
に電流を供給する電池113、小型ランプ114から発
した照明光を集光する集光光学系115を構成する2個
の光学部品としてのレンズ115a、115b、電池1
13と小型ランプ114との間に設けられた照明光のO
N/OFF操作を簡易に行うための図示しないスイッチ
等から構成されている。
的に接着されているなど、小型光源装置5は水密を保つ
構造となっている。
型ランプであり、小型ランプ114のフィラメント11
6の大きさは1mmであり、小型ランプ114のバルブ
の直径は5mmである。
であり、出力電圧は3Vである。電池113は、一般に
カメラや懐中電灯等で使われている既製品である。
型ランプ114寄りの位置に配置されているレンズ11
5aは、小型ランプ114のバルブと一体的に構成され
ている。
焦点位置をPとし、レンズ115aの前側焦点距離をf
1とし、レンズ115aと小型ランプ114のフィラメ
ント116との距離をaとしている。
焦点距離f1を2.5mm、レンズ115aとフィラメ
ント116との距離aを1mmとしている。
レンズ115aとを一体的に構成した小型ランプ114
の、レンズ115aの光束射出面と光軸とが交わる位置
において光軸と垂直に交わる光束断面を2次光源面11
4aとし、2次光源面114aの半径をRとし、2次光
源面114aからの出射角をαとし、LGバンドル10
7への入射角をα’とし、LGバンドル107の半径を
rとし、レンズ115bの焦点距離をf2とし、レンズ
115bのレンズ115a側に面した面の曲率半径をr
1とし、レンズ115bのLGバンドル107に面した
面の曲率半径をr2としている。
らの出射角αを18°とし、レンズ115bの焦点距離
f2を2.3mmとし、LGバンドル107の半径rを
0.6mmとしている。
径r2との間には r1<r2 のが成り立つようにレンズ115bが形成されている。
ける曲がりの量を絶対値で比較すると、レンズ115a
側のレンズ面の曲がりが、LGバンドル107側のレン
ズ面の曲がりよりも強くなるように形成されている。
伝送できる開口数を0.6程度とした。
の作用・効果を以下に述べる。
00g程度以下の重量であり、各辺の長さがそれぞれ6
cm程度以下の寸法である。この小型光源装置5の寸法
及び重量は、操作部3に取り付けても携帯式内視鏡シス
テムを片手で支えて操作することができる程度に小型化
及び軽量化されており、携帯式内視鏡システムの携帯性
が向上する。
2個の光学部品であるレンズ115a、115bから構
成されている。集光光学系を2個の光学部品で構成した
ことにより、集光光学系を小型化でき、この集光光学系
を内蔵する小型光源装置5を小型化でき、携帯式内視鏡
システムの携帯性が向上する。
らの出射角αを18°とし、レンズ115bの焦点距離
f2を2.3mmとし、LGバンドル107の半径rを
0.6mmとした。このことによる作用・効果を以下に
述べる。
bの前側焦点位置付近に配置し、LGバンドル107入
射端面をレンズ115bの後側焦点位置付近に配置した
場合、2次発光面114aの中心から出射する光束がL
Gバンドル107の半径rと等しくなるようなレンズ1
15bの焦点距離をf20とすると、 r=f20×sinα …(5a) R=f20×sinα’ …(5b) が成り立つ。つまり、レンズ115bの焦点距離をf20
とすると、2次発光面114aからのすべての光がLG
バンドル107に入射する。
路等に挿入して使用されるため、挿入部2内を挿通する
LGバンドル107の半径rも細く、 r≪R …(7) となる。このとき、(6)式より sinα≪sinα’ つまり、α≪α’ …(8) となり、2次発光面114aからの出射角αに対して、
LGバンドル107に入射する入射角α’が非常に大き
くなる。
が大きい光線程反射回数が多くなるため、伝送による光
量損失が増加する。従って、LGバンドル107に入射
する光線の入射角α’は小さくすることで、光量損失を
減少させることができる。
くするためには、2次発光面114aの中心から出射す
る光束が、LGバンドル107入射端面でLGバンドル
107端面より大きくすればよい。つまり、(5a)式
を変形し、 r < f2×sinα が成り立つようなレンズ115bの焦点距離f2とすれ
ばよい。
射する照明光は、LGバンドル107入射端面より大き
い範囲を照射しているため、小型光源装置5とLGバン
ドル107との間の光学的或いは機械的接続による偏心
が生じても、LGバンドル107入射端面に入射する照
明光の光量の減少は少なく、被写体に対する照明光の明
るさを維持することができる。
は、(5a)式のf20の値よりも大きな値となるように
構成する。ここで、f20に対するf2の比の値は、(5
a)式を参照すると、 f2/f20 =f2/(r/sinα) =(f2×sinα)/r …(9) となる。つまり、(9)式が1よりも大きい値となるよ
うに構成する。
式の値が1.1より大きければ、LGバンドル107入
射端面への照明光の入射角α’が小さくなることによる
LGバンドル107内での伝送の光量損失の減少、及び
小型光源装置5とLGバンドル107との間の偏心によ
る光量損失の減少の効果が明確に表れてくる。
を越えると、LGバンドル107内での伝送による光量
損失は少ないものの、LGバンドル107入射端面上で
の光束の半径がLGバンドル107の半径rに比べて大
きくなり過ぎ、半分以上の光量がLGバンドル107入
射端面に入射しなくなるため、、LGバンドル107に
入射する時の光量損失が多くなってしまう。
明光の入射角α’が小さくなることによるLGバンドル
107内での伝送の光量損失が減少し、また小型光源装
置5とLGバンドル107との間の偏心による光量損失
が減少し、LGバンドル107入射端面でのLGバンド
ル107外への照明光の漏れが減少する。本実施の形態
では、 α =18° f2 =2.3mm r =0.6mm であるので、 f20=0.6/sin18゜=1.94 f2/f20=2.3/1.94=1.19 となり、(10)式の条件を満たしている。
〜0.6mm程度、材質によって決まる固有の開口数が
0.5〜0.7である一般に使用されるLGバンドル1
07を用いて、2次発光面114aの半径Rが1.5m
m程度、2次発光面114aからの照明光の出射角αが
約20°の場合、レンズ115bの焦点距離f2が、 1.2 <f2/f20 < 1.4 …(10−2) の範囲にあるとき、レンズ115bによる光量損失を最
も減少させることができる。
7の半径rを0.55mmのものに組み替えると、 f20=0.55/sin18゜=1.78 f2/f20=2.3/1.78=1.29 となり、(10−2)式の条件を満たし、前記の効果を
得ることができる。
メント116を有する小型発光素子としての小型ランプ
114を備えている。発光部として、フィラメント11
6或いは発光ダイオードの発光部分といった非放電型の
発光部を用いることにより、アーク放電といった放電型
の発光部を用いる場合よりも、小型発光素子を小型化で
き、小型光源装置5を小型化できる。
としてのフィラメント116の長さは1mmで、小型発
光素子としての小型ランプ114のバルブの直径は5m
mである。小型発光装置5の寸法を考慮すると、小型発
光素子の寸法は、発光部の最大長が5mm以下で、パッ
ケージの最大長が10mm以下程度であれば、小型発光
装置5を小型化できる。
成する光学部品はレンズ115a、115bである。
面鏡を用いた構成に比べて外径を小さくすることがで
き、小型光源装置5を小型化することができ、また、テ
ーパ・ファイバを用いた構成ではテーパ・ファイバの入
射端の径と出射端の径との差によるテーパ・ファイバ内
面での光の反射の損失を減少させるためにはテーパ・フ
ァイバを長くしなければならないことに比べて小型化で
き、小型光源装置5を小型化することができる。
焦点距離f1を2.5mm、レンズ115aとフィラメ
ント116との距離aを1mmとしている。このことに
よる作用・効果を図5を参照して以下に説明する。
Pはレンズ115aの前側焦点を表している。
る。このとき、小型発光素子としての小型ランプ114
の発光部としてのフィラメント116の発光面から出射
角θで出た照明光は、レンズ115aにより屈折する
が、レンズ115bに入射しない光量の漏れが発生して
しまう。この時、集光レンズ115bの外径を大きくす
ることにより、レンズ115bに入射する光量を増加さ
せることは可能であるが、最終的にLGバンドル107
入射端面107aの位置での光線高は大きく、LGバン
ドル107に入射しない光量の漏れが発生してしまう。
またこの時、レンズ115bのパワーを強くし、集光点
を小さくし、LGバンドル107に入射する光量を増加
させることが考えられるが、この場合にはレンズ115
bの曲率半径が小さくなる。そのため、レンズの厚みを
変えないままで曲率半径を小さくしようとすると、レン
ズ115bの外径が小さくなり、レンズ115bに入射
する光量が減少してしまう。また、照明光のレンズ11
5b面への入射角が大きくなるため反射による光量の損
失が発生する。(f1/a)の値が3を超えると集光レ
ンズ8bに入射しない光量が多くなってしまい、光量の
損失及び小型光源装置5の発熱が生じる。
る。この時、フィラメント116の発光面から出射角θ
で出た光線はレンズ115aにより光軸に平行な光線に
なる。レンズ115a,115bの外径(半径)をそれ
ぞれφa,φbとし、 φa≧a×tanθ …(4a) φb≧a×tanθ …(4b) の関係が成り立つように構成されていれば、レンズ11
5a,115bに全ての光線が入射する。
る。この場合、フィラメント116の発光面から射出し
た照明光は、レンズ115aの外径より外側に漏れてし
まう光量が増加してしまい、また、レンズ115aに入
射する光量を増加させるためには、レンズ115aの外
径が大型化し、小型光源装置5が大型化する。(f1/
a)の値が0.5より小さくなってしまうと、発光面か
らの光量の内レンズ115aに入射しない光量が多くな
ってしまい、光量の損失および小型光源装置5の発熱が
生じてしまう。
ンズ115aとの距離aに対するレンズ115aの前側
焦点距離f1の比が、 0.5<f1/a<3 …(1) の条件を満たせば、小型光源装置5を大型化させずに、
光量の損失を減少させることができる。
ラメント116との距離aに対するレンズ115aの前
側焦点距離f1の比(f1/a)は、 f1/a=2.5/1=2.5 であり、(1)式の条件を満たした構成となっている。
であり、且つフィラメント116の発光面からの出射角
θが大きい場合は、フィラメント116の側面及びフィ
ラメント116のレンズ115aと反対側の位置に反射
面を設けてもよい。この反射面により、直接レンズ11
5aに入射しない光の反射光をレンズ115aに入射さ
せることができ、光量の損失を減少させることができ
る。
成する光学部品としてのレンズ115aが小型発光素子
としての小型ランプ114と一体的に構成されている。
小型発光素子と光学部品を一体的に構成することによ
り、小型光源装置5を小型化することができ、また、部
品点数が少なくなるため製造コストを削減することがで
きる。
ラメント116寄り面の曲率半径r1とLGバンドル1
07寄りの面の曲率半径r2との間に r1<r2 の関係が満たされるようにレンズ115bが形成されて
いる。すなわち、レンズ115bのレンズ面における曲
がりの量を絶対値で比較すると、フィラメント116寄
りのレンズ面の曲がりが、LGバンドル107寄りのレ
ンズ面の曲がりよりも強くなるように形成されている。
この関係が満たされることにより、一般に球面収差が少
なくなり、集光効率が高くなる。
圧3Vの乾電池或いはリチウム電池であり、また、小型
ランプ114は、この電源電圧に対応したものである。
電池113や小型ランプ114の既製品の重量や寸法を
考慮すると、電池113の出力電圧を1.5〜6V程度
とし、小型ランプ114をこの電源電圧に対応したもの
にすることにより、小型光源装置5の重量及び寸法を確
保することができる。また、電池113は、一般にカメ
ラや懐中電灯などで使われているアルカリ電池またはリ
チウム電池等の既製品であるため、入手が容易である。
ことにより、電源コードを用いる必要がなくなり、コン
セントの無い場所ででも持ち運んで使用することがで
き、また、小型光源装置5を小型化することができ、携
帯式内視鏡システムの携帯性が向上する。
は、伝送できる開口数が0.6程度である。
と照明光の配光角が狭くなり、また、開口数が大き過ぎ
ると観察視野外への無駄な光量が発生し、また、開口数
が大き過ぎるとLGバンドル107内での伝送の損失が
大きくなるので、一般にLGバンドル107の開口数を
0.4から0.8程度とすることにより、配光角を確保
し、観察視野外への無駄な光量を減少させ、伝送の損失
を減少できる。
小型ランプ114及び集光光学系を内視鏡本体1に内蔵
せずに、小型光源装置5に内蔵する構成とした。これに
より、照明光学系に伝達される光量及びLGバンドルへ
の入射角は小型光源装置5によって決まり、技術進歩に
よりより小型或いは高輝度の小型発光素子を使用できる
ようになった場合に、小型光源装置5のみを新しいもの
に取り替え、内視鏡本体1を流用してもより小型・軽量
にもしくはより明るくすることができる。
照明光学系はLGバンドル107のみで構成されている
が、LGバンドル107への照明光の入射角を小さくし
た場合、内視鏡本体先端でのLGバンドルからの出射角
も小さくなり、配光角が小さくなるので、対物レンズ1
03の視野角が広い場合には、LGバンドル107の先
端部分に配光角を広げるための先端照明レンズを設けて
もよい。特に、内視鏡本体の視野角75゜以上の場合に
は先端照明レンズを設ける方が良い。先端照明レンズを
設けることにより、視野角が広い場合でも、被写体の全
体を明るく照明することができる。
レンズといったレンズ1個により構成すると、構成が最
も簡単で効率が高いが、屈折率分布型の光学部材等で構
成してもよい。
本発明の第2の実施の形態に係り、図6は集光光学系の
構成を説明する説明図、図7は集光光学系の作用を説明
する説明図、図8は小型発光素子からの出射光の大きさ
を説明する説明図、図9(A)はLGバンドルへの入射
光の大きさを説明する説明図、図9(B)はLGバンド
ルの入射端の大きさを説明する説明図、図10は内視鏡
本体の先端部の構成を説明する説明図である。
構成は、第1の実施の形態で述べた構成と同様である。
D(本明細書では発光ダイオードをLEDと略す)であ
る。
201aの上面には発光面を保護する樹脂202が配設
されている。この樹脂202の表面は曲面になってい
て、レンズ作用を持っており、集光光学系205を構成
している。また、LED201と樹脂レンズ202とは
一体的に構成されている。LED201の後方には、図
示しない電池、図示しないスイッチ等が配設されてい
る。
光面201aは、樹脂レンズ202の前側焦点位置(図
7中のfFで表される箇所)に配置されている。このた
め、LED発光面201から樹脂202を通して射出す
る照明光は略平行光になる。
3寄りの箇所には、集光光学系205を構成するもう1
つの光学部材であるレンズ204が配設されている。こ
のレンズ204は凸面をLED201側に向けた平凸レ
ンズである。樹脂レンズ202の後側焦点位置と集光レ
ンズ204の前側焦点位置は一致しており、それぞれに
共通の焦点位置を図7中のFで表してある。
出射光の開口数は小さく、発光面201aに比べてLG
バンドル203が小さい場合でも、LGバンドル203
に入射する光線の開口数が大きくならないようになって
いる。
0.1(片側約6°)であり、集光光学系205の倍率
は0.5であり、図8に示すように発光面201aは正
方形で、一辺の大きさが2Lであり、図9(B)に示す
ようにLGバンドル203の入射端面は半径mの円形で
あるように構成する。
光面201aの像201a’は、図9(A)に示すよう
に一辺の長さが略Lの正方形になる。
光学系205によって縮小された発光面201aの像2
01a’の一辺とLGバンドル203の入射端面の直径
とが等しくなり、光学系の製造誤差による軸ずれを考慮
しなければ、照明系の効率が最も良くなる。この場合、
LGバンドル203に入射する照明光の開口数は0.2
であり、広がり角は片側で11度程度である。
開口数の大きい光線ほど内部での反射回数が多いため、
減衰が大きくなる。従って、本実施の形態のように開口
数の小さい光線をLGバンドル203に入射させること
により、LGバンドル203内部での光量の損失を減少
させることができる。
バンドル203から出射する照明光の開口数も小さくな
るため、図10に示すように、挿入部2の先端部に照明
レンズ206を設ける。この照明レンズ206は、LG
バンドル203の先端に配設され、LGバンドル203
と略同じ径の平凸レンズで構成し、凸面をLGバンドル
203側に向けて配置されている。LGバンドル203
から出射する照明光の開口数が小さいことにより、照明
レンズ206表面での反射光も少なくなり、効率は良く
なる。
ージガイドから構成される207は観察光学系の先端部
分である。
は本発明の第3の実施の形態に係り、図11は小型光源
装置の構成を説明する説明図、図12は円錐集光レンズ
の別構成を説明する説明図である。
構成は、第1の実施の形態で述べた構成と同様である。
ラメント302を有し、集光光学系を構成する光学部品
であるレンズ303がランプ301に一体的に構成され
ている。また、ランプ301はバルブの側面が金属の口
金で覆われている。なお、図11に示したランプ301
は、図面の上側は内部構造、下側は外観を表している。
ランプ301の後方には、図示しない電池およびスイッ
チが配設されている。
成するもう1つの光学部品であり、ランプ301側の面
が凸面に形成され、側面は徐々に直径が小さくなる円錐
状に形成され、LGバンドル305側の面は平面に形成
されている。
ランプ301から出射した光線が円錐集光レンズ304
に入射するとき、入射面と光線が略垂直であるため、入
射面での反射が少なく、光量の損失が少なくなる。
錐集光レンズ304の円錐状の側面で光線が反射して伝
搬され、LGバンドル305に入射するようになってい
る。円錐集光レンズ304の出射側の径とLGバンドル
305の入射端の径とは略等しい大きさに形成されてお
り、接続部分での光量の損失が少なくなっている。な
お、円錐状レンズ304は、図12に示すように円錐部
分306とレンズ部分307を別々に作成して、張り合
わせたものでもよい。このとき、円錐部分306は、中
心の屈折率の高いコア306a、及びコア306aの側
面を取り囲む屈折率の低いクラッド306bから構成さ
れ、照明光はコア306aとクラッド306bの境界面
近傍を全反射しながら伝搬するため、光量の損失が少な
い。
ルブ側面が金属の口金で略覆われているため、側面への
光量損失は生じない。
は本発明の第4の実施の形態に係り、図13は小型光源
装置の構成を説明する説明図、図14は小型光源装置の
別構成を説明する説明図である。
構成は、第1の実施の形態で述べた構成と同様である。
ラメント402の後方には、凹面鏡403がランプ40
1と一体的に構成されている。また、ランプ401の後
方には図示しない電池や図示しないスイッチが配設され
ている。
前方に出る光はそのままレンズ404に入射し、後方に
発する光は凹面鏡403で反射されてレンズ404に入
射するようになっている。
ト402は凹面の焦点に配置されており、凹面鏡403
で反射した光は平行光束となり、レンズ404での光量
の損失が少なく、LGバンドル405に照明光を入射す
ることができる。
である。また、LGバンドル接続部407と光源部分と
の接続はネジ式である。ネジおよびOリングによって、
接続したときの水密を確保する構造になっている。
に、凹面鏡403付きランプ401と一体的に構成して
もよい。この場合、凹面鏡403及びレンズ404から
なる集光光学系とランプ401とが1つの部品で構成さ
れるため、取扱いも簡単であり、組立の手間も少なくな
る。
て、レンズ404のレンズ面における曲がりの量を絶対
値で比較すると、フィラメント402寄りのレンズ面の
曲がりが、LGバンドル405寄りのレンズ面の曲がり
よりも強くなるように形成されている。
は本発明の第5の実施の形態に係り、図15は小型光源
装置の構成を説明する説明図、図16は凹面鏡の作用を
説明する説明図、図17は凹面鏡に対するフィラメント
の位置の違いによるの作用を説明する説明図である。
構成は、第1の実施の形態で述べた構成と同様である。
はLGバンドル502が設けられている。
ランプ505、集光光学系506等から構成されてい
る。
先端に一体的に構成されたレンズ506a、小型ランプ
505とLGバンドル502との間に位置に配置される
レンズ506bからなる。また、小型ランプ505のフ
ィラメント507の集光レンズ506aと反対側には凹
面鏡508が配設されている。
明する。
の内、集光光学系506側に向けて射出される光線はレ
ンズ506a,506bによって集光され、LGバンド
ル502に入射する。このとき、レンズ506bのLG
バンドル502側の面は凹面であるため、LGバンドル
502に入射する光線の入射角は小さくなる。このた
め、LGバンドル502での光量損失は少ない。
側の面の曲率半径をr1,反対側の面の曲率半径をr2と
したとき、 r1<r2 が成り立つようにレンズ506bが形成されている。
側に凸のメニスカスレンズである。そして、レンズ50
6bのレンズ面における曲がりの量を絶対値で比較する
と、小型ランプ505側のレンズ面の曲がりが、LGバ
ンドル502側のレンズ面の曲がりよりも強くなるよう
に形成されている。
光光学系506と反対側に向けて射出された光線は、凹
面鏡508によって反射され、集光レンズ506bに入
射して集光され、LGバンドル502に入射する。
フィラメント507の位置の違いによる作用を説明す
る。なお、図17中において、凹面鏡508の焦点位置
を点Qで表している。
(A)に示すように、フィラメント507が凹面鏡50
8の焦点位置Qより凹面鏡508寄りの位置にある場
合、凹面鏡508で反射した光は、光軸から離れる方向
に進む。このため、集光レンズ506bの外側に漏れる
光量が多くなり、光量の損失が生じる。
507が凹面鏡508の焦点位置Qに位置する場合、凹
面鏡508で反射した光線は光軸に平行な光線となる。
507が凹面鏡の焦点位置Qより凹面鏡508と反対寄
りの位置にある場合、凹面鏡508での反射光は集光
し、集光レンズ506bを通過し、LGバンドル502
に入射する。
507は、凹面鏡508の焦点位置Qより凹面鏡と反対
寄りの位置に配置することにより、光量の損失が少なく
なる。
第5の実施の形態で述べた実施の形態のみに限定される
ものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形
実施可能である。
鏡本体1は、イメージファイバー104を用いて被写体
像を伝送するファイバースコープであるが、先端に撮像
素子を設け、ケーブルを画像処理用コントロールユニッ
トに接続し、モニターに被写体像を表示して観察するビ
デオスコープであっても、同様に小型光源装置5と組み
合わせて携帯式内視鏡システムとすることができる。ま
た、挿入部が金属パイプで構成され、リレーレンズ或い
はイメージファイバーを用いて被写体像を伝送する硬性
鏡であっても、同様に小型光源装置5を取付けて、携帯
式内視鏡システムを構成することができる。
光光学系115a,115bをいずれもレンズで構成し
ているが、これらはレンズに限らず、凹面鏡やテーパ・
ファイバで構成しても本発明の範疇である。
て、レンズ115bを耐性の強い硝材、例えばS−BS
L7(オハラ光学社製の製品名)等で形成してもよい。
これにより、小型光源装置5を滅菌/消毒することがで
きる。
て、レンズ115a、115bの両面もしくは片面に単
層コートを施してもよい。これらのレンズ115a、1
15bは、入射する光線の入射角が大きいため、入射角
の大きい光線に対しても反射率を低く出来る例えばMg
F2等の単層コートを施すことにより、レンズ115
a、115bに入射する光線の反射を防ぐことができ
る。
型ランプ114、レンズ115a、115bのレンズ枠
117の内面を反射面にしてもよい。これにより、レン
ズ枠117の内面に当たる光を有効利用することができ
る。
て、照明レンズ206の両面或いはLGバンドル203
側の面に反射防止コートを施してもよい。例えばMgF
2等の単層コートを施すことにより、照明レンズ206
に入射する照明光の反射を防ぐことができ、光量の損失
を減少させることができる。
ステムにおいて、被写体を観察するための光学系である
観察光学系と、ライトガイドバンドルを有する被写体を
照明するための照明光学系と、を備えた内視鏡本体と、
電池と、照明光を発する小型発光素子と、前記小型発光
素子から発する照明光を集光して前記ライトガイドバン
ドルへ入射させる集光光学系と、を備えた小型光源装置
と、を具備したことを特徴とする携帯式内視鏡システム (2)前記集光光学系は2個の光学部品で構成されたこ
と、を特徴とする付記(1)記載の携帯式内視鏡システ
ム (3)前記2個の光学部品の内前記ライトガイドバンド
ル寄りの位置に配置された光学部品はレンズであり、該
レンズの焦点距離をf2とし、前記ライトガイドバンド
ルの半径をrとし、前記2個の光学部品の内前記小型発
光素子寄りの位置に配置された光学部品と一体的に構成
された前記小型発光素子から出射する照明光の出射角を
αとしたとき 1.1<(f2×sinα)/r<1.5 であること、を特徴とする付記(2)記載の携帯式内視
鏡システム (4)前記小型発光素子の発光部は例えばフィラメント
や発光ダイオードの発光部分等の非放電型の発光部であ
ること、を特徴とする付記(1)記載の携帯式内視鏡シ
ステム (5)前記小型発光素子の発光部の最大長は5mm以下
であること、を特徴とする付記(4)記載の携帯式内視
鏡システム (6)前記光学部品はレンズであること、を特徴とする
付記(2)記載の携帯式内視鏡システム (7)前記2個の光学部品の内前記小型発光素子寄りの
位置に配置された光学部品がレンズであり、該レンズの
前側焦点距離をf1とし、該レンズと前記小型発光素子
の発光部との距離をaとしたとき 0.5<f1/a<3 であること、を特徴とする付記(2)記載の携帯式内視
鏡システム (8)前記2個の光学部品の内少なくとも1個が前記小
型発光素子と一体的に構成されていること、を特徴とす
る付記(2)記載の携帯式内視鏡システム (9)前記2個の光学部品の内前記ライトガイドバンド
ル寄りの位置に配置された光学部品がレンズであり、該
レンズの前記小型発光素子寄りの面の曲率半径をr1と
し、前記ライトガイドファイバ寄りの面の曲率半径をr
2としたとき r1<r2 であること、を特徴とする付記(2)記載の携帯式内視
鏡システム (10)前記観察光学系の被写体に対する視野角が75
゜以上であり、前記照明光学系の出射端部分に照明光の
配光角を広げる光学部材を備えたこと、を特徴とする付
記(1)記載の携帯式内視鏡システム (11)前記光学部材はレンズであること、を特徴とす
る付記(10)記載の携帯式内視鏡システム (12)前記2個の光学部品の内前記ライトガイドバン
ドル寄りの位置に配置された光学部品はレンズであり、
該レンズは、前記小型発光素子と前記2個のレンズの内
前記小型発光素子寄りの位置に配置された光学部品とに
よって作られる2次光源面の像を、前記ライトガイドバ
ンドルの入射端面の寸法よりも大きくなるように、前記
ライトガイドバンドルの入射端面に投影すること、を特
徴とする付記(2)記載の携帯式内視鏡システム (13)前記2個の光学部品の内前記ライトガイドバン
ドル寄りの位置に配置された光学部品はレンズであり、
該レンズの焦点距離をf2とし、前記ライトガイドバン
ドルの半径をrとし、前記2個の光学部品の内小型発光
素子寄りの位置に配置された光学部品と一体的に構成さ
れた小型発光素子から出射する照明光の出射角をαとし
たとき 1.2<(f2×sinα)/r<1.4 であること、を特徴とする付記(2)記載の携帯式内視
鏡システム
内視鏡システムにおいて、被写体を観察するための光学
系である観察光学系と、ライトガイドバンドルを有する
被写体を照明するための照明光学系と、を備えた内視鏡
本体と、電池と、照明光を発する小型発光素子と、前記
小型発光素子から発する照明光を集光して前記ライトガ
イドバンドルへ入射させる集光光学系と、を備えた小型
光源装置と、を具備したことにより、携帯式内視鏡シス
テムを小型化及び軽量化し、携帯性を向上することが可
能である。
れていることにより、集光光学系を構成する光学部品の
数を減らし、集光光学系が占有するスペースを減少さ
せ、携帯式内視鏡システムを小型化し、携帯性を向上さ
せることが可能である。
バンドル寄りの位置に配置された光学部品はレンズであ
り、該レンズの焦点距離をf2とし、前記ライトガイド
バンドルの半径をrとし、前記2個の光学部品の内前記
小型発光素子寄りの位置に配置された光学部品と一体的
に構成された前記小型発光素子から出射する照明光の出
射角をαとしたとき 1.1<(f2×sinα)/r<1.5 としたことにより、LGバンドルの入射端面外への照明
光の漏れを減少させ、且つ集光光学系とLGバンドルと
の接続に偏心が生じた場合に生じる照明光の漏れを減少
させ、且つ照明光のLGバンドル入射角を小さくさせ、
被写体を明るく照明することが可能である。
係り、図1は携帯式内視鏡システムの構成概要を説明す
る説明図
ンズの作用を説明する説明図
ンズの作用を説明する説明図
に係り、図6は集光光学系の構成を説明する説明図
説明図
明する説明図、(B)はLGバンドルの入射端の大きさ
を説明する説明図
形態に係り、図11は小型光源装置の構成を説明する説
明図
形態に係り、図13は小型光源装置の構成を説明する説
明図
形態に係り、図15は小型光源装置の構成を説明する説
明図
よるの作用を説明する説明図
Claims (6)
- 【請求項1】 携帯可能な内視鏡システムである携帯式
内視鏡システムであって、 被写体を観察するための観察光学系と、ライトガイドバ
ンドルを有し、被写体を照明するための照明光学系とを
備えた内視鏡本体と、 電池と、照明光を発する小型発光素子と、前記小型発光
素子から発する照明光を集光して前記ライトガイドバン
ドルへ入射させる集光光学系とを備えた小型光源装置を
具備し、 前記集光光学系は少なくとも2個の光学部品で構成さ
れ、前記光学部品のうち、前記ライトガイドバンドル寄
りの位置に配置された光学部品はレンズであり、前記レ
ンズよりも前記小型発光素子側に配置された光学部品の
うち前記レンズ寄りの光学部品の光束射出面と光軸とが
交わる位置において光軸と垂直に交わる光束断面を2次
光源面とするとき、該2次光源面を前記レンズの前側焦
点位置付近に配置すると共に、前記ライトガイドバンド
ルを前記レンズの後側焦点位置に配置し、前記レンズの
焦点距離をf2、前記ライトガイドバンドルの半径を
r、前記2次光源面から射出する照明光の射出角をαと
するとき、 1.1<(f2×sinα)/r<1.5 であることを特徴とする携帯式内視鏡システム。 - 【請求項2】 前記少なくとも2個の光学部品のうち、
前記小型発光素子寄りの位置に配置された光学部品はレ
ンズであり、該レンズの前側焦点距離をf1とし、該レ
ンズと前記小型発光素子の発光部との距離をaとしたと
き、 0.5<f1/a<3を満足する ことを特徴とする請求項1に記載の携帯式内
視鏡システム。 - 【請求項3】 前記集光光学系は2つのレンズのみから
なることを特徴とする請求項1に記載の携帯式内視鏡シ
ステム。 - 【請求項4】 前記小型発光素子が発光ダイオードであ
ることを特徴とする請求項1に記載の携帯式内視鏡シス
テム。 - 【請求項5】 前記光学部品のうち、少なくとも一つの
光学部品が前記発光ダイオードと一体的に構成されてい
ることを特徴とする請求項4に記載の携帯式内視鏡シス
テム。 - 【請求項6】 前記集光光学系が2つのレンズのみから
なることを特徴とする請求項4に記載の携帯式内視鏡シ
ステム。
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