JP3186161B2 - 内視鏡の照明光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、硬性鏡，ファイバース
コープ，ビデオスコープ等の内視鏡における照明光学系
で、照明光を伝送するためのライトガイドが二体式であ
る内視鏡の照明光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内視鏡の照明光学系として、長いライト
ガイドを用い光源からの光を伝送して照明する一体式の
ものと、ライトガイドを光源側と内視鏡側の二つに分離
してこれを結合レンズ系を介して結合した２体式のもの
が知られている。そのうち一体式のライトガイドを用い
た内視鏡は、例えば手術中に数種類の内視鏡を交換して
使用する際に長いライトガイドを光源部分から取外して
ライトガイドごと交換しなければならないので、操作上
極めて不便である。一方、二体式のライトガイドは、交
換が簡単なため便利である。

【０００３】二体式ライトガイドを用いた内視鏡の照明
光学系は、例えば図２５に示すようなものである。つま
り対物レンズ１とリレーレンズ２と接眼レンズ３とから
なる観察光学系と、内視鏡側ライトガイド（ファイバー
束）４からなる照明光学系とを備えた硬性鏡５と、光源
側ライトガイド（ファイバー束）６と結合レンズ系７と
を備えたライトガイドコード８と、背後に反射ミラー１
０を有する光源ランプ１１と集光レンズ１２とを備えた
光源装置１３とを有している。そしてライトガイドコー
ド８を光源装置１３に接続して光源からの光を光源側ラ
イトガイド６で受け、一方ライトガイドコード８を硬性
鏡５に接続して上記の光を結合レンズ系７を介して硬性
鏡５内の内視鏡側ライトガイド４に伝達するようになっ
ている。

【０００４】ところで、第２５図に示す内視鏡の照明光
学系に用いられる結合レンズ系７の従来例として、特公
昭６１−１５４０１号公報に記載されたものが知られて
いる。この結合レンズ系７は図２６に示すように、互い
に凸面を向合わせた２枚の正レンズから成っており、そ
の前側焦点位置近傍に光源側ライトガイド６の射出端面
が、又後側焦点位置近傍に内視鏡側ライトガイド４の入
射端面が夫々位置している。そして、このような配置を
とった場合、結合レンズ系７の焦点距離をｆ，光源側ラ
イトガイド６の各ファイバーから出る光が光軸となす角
をθ′，その光線が内視鏡側ライトガイド４へ入射する
時の光軸とのなす角をθ″，夫々のライトガイド６，４
の端面上のある点におけるライトガイドの中心からの距
離を夫々ｒ，ｒ′とすると、結合レンズ系７が正弦条件
を満足する場合には、次式の関係が成立する。 ｆsin θ′＝ｒ′ （１） ｒ＝ｆsin θ″ （２）

【０００５】このような結合レンズ系７は、ライトガイ
ド内部を通ることにより劣化する照明光の配光特性（角
度分布）を均一化する作用をもつため、大きな画角を必
要とする内視鏡の照明光学系として比較的好ましいもの
である。しかし、この構成では、視野周辺での配光特性
改善のレベルは十分とはいえず、一層良好な配光特性を
有する照明光学系が望まれていた。この要求に応え得る
ものとして、特開平２−５０１０７号公報に記載のもの
がある。この照明光学系に用いられる結合レンズ系は前
述の式（１），（２）の代わりに、 ｆtan θ′＝ｒ′ （３） ｒ＝ｆtan θ″ （４） という関係を満足するようにしたものである。

【０００６】何れにしても、これらの従来例の結合レン
ズ系７を有する照明光学系においては、内視鏡側ライト
ガイド４へ入射する光のＮＡ（開口数）即ち配光角２
θ″は、取り付けられるべき視野角の異なる複数の内視
鏡のうちもっとも視野角の広い内視鏡に合わせて設定さ
れており、硬性鏡の場合、最大視野角は９０゜前後であ
るため、θ″も４５゜程度に設定されることが多い。
又、一般に比較的ＮＡの大きいライトガイドは、素材の
屈折率が高くなるため、着色性が強く、長い距離の照明
光の伝送には適していない。そのため光源側ライトガイ
ド６には着色性の少ない比較的ＮＡの小さいライトガイ
ドを用い、結合レンズ系７を介して内視鏡側ライトガイ
ド４へ入射する光のＮＡを大きく変換して内視鏡側ライ
トガイド４に接続することで、有効な照明角が得られる
ようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、硬性鏡は膀
胱や関節等の診断，処置に使用されることが多く、実際
には生理食塩水中で使用されるといえる。このため、空
中での視野角及び配光角２θ″が共に９０゜程度の硬性
鏡であっても、実際に生理食塩水中で使用される時の上
記角度は、屈折によって６５゜程度に狭くなってしま
う。しかも、硬性鏡は挿入部を自由に曲げることができ
ないため、使用中に視野方向を変えることはできない。
そのため、硬性鏡においては、図２７に示すように視野
方向θ_x （ｘ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）の異なる数種類の硬性鏡
（例えば５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）が用意されており、使用中
にこれらの硬性鏡を適宜交換して使用するようになって
いるが、使用中にいちいち硬性鏡を交換するのは煩雑で
あり、診断や処置等治療行為のスムーズな進行を妨げる
ものであった。

【０００８】従って、硬性鏡の視野角が生理食塩水中に
おいても９０゜程度、即ち空中において１２０゜を超え
るような広角のものがあれば、図２８に示すように異な
る視野方向を有する硬性鏡の種類（５Ｄ，５Ｅ）を減ら
すことができると同時に、これら硬性鏡を交換する手間
を減少させることができ、利点が大きい。又、このよう
な広角の硬性鏡に用いられる照明光学系についても、当
然配光の角度θ″は空中で６０゜以上を達成し、視野範
囲の中心から周辺まで均一な配光が得られることが必要
である。特公昭６１−１５４０１号公報の結合レンズ系
７から成る結合光学系は球面レンズを用いているが、配
光の角度θ″が５０゜を越えるようにレンズ系の焦点距
離を小さくすると、球面レンズを構成する球面の曲率半
径が小さくなって収差の発生量が著しく増大し、配光角
の大きい光の損失が増すため、視野範囲の中心から周辺
まで均一な配光を得られないという問題が生じる。又、
特開平２−５０１０７号公報の結合光学系においても、
配光角２θ″を広げるためにレンズ系の焦点距離を小さ
くすると、収差の発生量が増えたり、レンズの周辺を通
るべき光線が全反射を起こす等して、同様に視野範囲内
で均一な配光を得られない。或いは、焦点距離を短くす
るために光軸上での曲率半径を小さくすると、レンズの
縁肉が薄くなるか、若しくはレンズの厚さが極端に大き
くなる等して製造不可能な形状になってしまう。更に上
述の従来例による照明光学系では、内視鏡による様々な
視野範囲に対応した配光を得ることができないため、狭
角の内視鏡を用いた場合、観察視野範囲外を照明するこ
とによる光量の損失は相当な量になってしまうという問
題もある。

【０００９】本発明はこのような課題に鑑みて、広角な
配光を得られると共に、観察しようとする視野範囲の中
心から周辺まで均一な配光特性を得るようにした内視鏡
の照明光学系を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】通常、内視鏡の照明用光
源には、キセノンランプＸｅとコンデンサーレンズｃを
有するキセノン光源１５が使用される（図２９（Ａ）参
照）。キセノン光源１５から出射される光線の光量の角
度特性は、キセノン光源１５の光軸Ｏに対する光線の角
度をθとすると、図２９（Ｂ）のような配光特性として
得られ、角度θが０°で出射される中心付近の光線が最
も光強度が強いことがわかる。 本発明は、この配光特
性から、角度θがほぼ０°の光線つまり光ファイバーの
（ファイバー軸に直角な）入射端面に垂直に入射する光
線を、内視鏡視野周辺に分散照射させるように工夫した
ものである。

【００１１】即ち、本発明による内視鏡の照明光学系
は、光源からの光を入射端面で受けて射出端面まで伝送
する光源側ライトガイドと、光源側ライトガイドの射出
側に配置された結合光学系と、結合光学系を介して光源
側ライトガイドの射出端面と対向する位置に入射端面が
配置されると共に射出端面が内視鏡の先端部に配置され
た内視鏡側ライトガイドと、を備えた内視鏡の照明光学
系において、内視鏡側ライトガイドは、各射出端面が斜
めに形成された複数の光ファイバーを各射出端面が互い
に任意の方向に向くように束ねて構成したことを特徴と
するものである。又、本発明による内視鏡の照明光学系
は、光源からの光を入射端面で受けて射出端面まで伝送
する光源側ライトガイドと、該光源側ライトガイドの射
出側に配置された結合光学系と、該結合光学系を介して
光源側ライトガイドの射出端面と対向する位置に入射端
面が配置されると共に射出端面が内視鏡の先端部に配置
された内視鏡側ライトガイドと、を備えた内視鏡の照明
光学系において、前記内視鏡側ライトガイドは、複数の
光ファイバーを束ねて構成され、各光ファイバーの射出
端面が各々の光ファイバーの軸に関して略対称な曲面に
形成されていることを特徴とするものである。又、内視
鏡側ライトガイドの射出側に、コニカルファイバーを配
置したことを特徴とするものである。更に、本発明によ
る内視鏡の照明光学系は、前記結合光学系が、光源側ラ
イトガイドの側から見て、いずれも正のパワーを持つ第
１レンズ、第２レンズ、第３レンズを備え、第１レンズ
は前記光源側ライトガイドを含むライトガイドコードに
設けられ、前記第３レンズは内視鏡側ライトガイドを含
む内視鏡に設けられ、前記第１レンズと第２レンズとに
より、前記第３レンズの前側焦点付近に前記光源側ライ
トガイドの射出端面の像が形成されるようにしたことを
特徴としている。又、本発明による内視鏡の照明光学系
は、前記第２レンズが異なる焦点距離のレンズと交換可
能であることを特徴としている。又、本発明による内視
鏡の照明光学系は、前記第２レンズが変倍光学系である
ことを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】光源から出射して光源側ライトガイドと結合光
学系を通過した光線は、内視鏡側ライトガイドを通過し
て、内視鏡で観察しようとする視野範囲を照射するが、
内視鏡側ライトガイドから出射される際、各光ファイバ
ー射出端面の傾斜方向に応じて夫々屈折するため、視野
中心部を照射する光量が減少すると同時に周辺部を照射
する光量が増大し、視野範囲の中心から周辺まで広角の
範囲に亘ってより均一な配光が得られる。又、内視鏡側
ライトガイドが複数の光ファイバーを束ねて構成され、
各光ファイバーの射出端面が各々の光ファイバーの軸に
関して略対称な曲面に形成されている場合も、同様に視
野範囲全体に亘ってより均一な配光が得られる。又、照
射光がコニカルファイバーを通過する際に反射して射出
するため、コニカルファイバー通過後に周辺方向へ向か
う照射光が増大する。又、結合光学系は、その焦点距離
を調整してリレー倍率を変更することにより、照明光学
系の配光特性を変更することが可能である。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の各実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１乃至図４は、本発明の第一実施例に関
するものである。図１は内視鏡先端部の構成図、図２
（Ａ）は１つの光ファイバーの拡大断面図、（Ｂ）は光
ファイバー束の射出端面の部分拡大図、図３は図２
（Ａ）の光ファイバーの配光特性を示す図、図４は本実
施例による照明光学系の配光特性を示す図である。図１
において、内視鏡例えば硬性鏡１７の先端に対物レンズ
１８が設けられており、対物レンズ１８を含む観察光学
系の周囲には内視鏡側ライトガイド１９を構成する複数
の光ファイバー２０が束ねて配列されている。

【００１４】各光ファイバー２０は、図２（Ａ）に示す
ように、その射出端面２０ａが光ファイバー２０のファ
イバー軸Ｏ′に対して斜めにカットされて形成され、し
かも各光ファイバー２０は傾斜した射出端面２０ａが任
意の異なる方向を向くようにランダムに束ね合わされて
（同図（Ｂ）参照）、内視鏡側ライトガイド１９を構成
している。ここで、図２（Ａ）において、ファイバー２
０中を軸Ｏ′に沿って伝送された光線Ｌの射出端面２０
ａでの出射方向について説明する。光ファイバー２０の
コアの屈折率をｎ₁ ，媒質中の屈折率をｎ₀ ，ファイバ
ー２０のカット角をα，射出端面２０ａで出射される光
線Ｌのファイバー軸Ｏ′に対する傾斜角をθ_p とする
と、スネルの法則により、 ｎ₁ ・ｓｉｎα＝ｎ₀ ・ｓｉｎ（α＋θ_p ） （５） という関係が成立する。この（５）式を展開することに
より、 θ_p ＝ｓｉｎ^-1〔（ｎ₁ ／ｎ₀ ）・ｓｉｎα〕−α （６） が得られる。

【００１５】従って、光ファイバー２０から出射される
光線Ｌの配光特性は、図３に示すように、射出端面２０
ａを軸と直交する平面とした従来例の場合には破線で示
すような配光特性を示すが、本実施例の場合には実線で
示す配光特性となり、光強度のピークが角度θ_p だけ傾
くことになる。そのため、硬性鏡１７の画角に応じて光
ファイバー２０のカット角度αを適宜選定することで、
光線Ｌの出射角度即ち配光方向を決定することができ
る。

【００１６】本実施例は上述のように構成されているか
ら、内視鏡による観察時に、照明光は、キセノン光源か
ら射出されて、光源側ライトガイド及び結合光学系を介
して内視鏡側ライトガイド１９を通過し、その各光ファ
イバー２０の射出端面２０ａから出射される。その際、
各光線は射出端面２０ａのカット角度αに応じてファイ
バーの軸に対して角度θ_p だけ屈折され、図３で実線で
示す配光特性が得られる。そのため、照明光学系全体の
配光特性は、中央付近の光量が小さくなると共に周辺領
域の光量が増大して、図４の実線で示すようになり、破
線で示す従来の照明光学系の配光特性と比較して、より
なだらかで均一な配光が得られることになる。尚、各光
ファイバー２０の射出端面２０ａのカット角度は互いに
同一でもよいし、異なる角度でもよい。

【００１７】上述のように、本実施例は、従来の照明光
学系と比較して、観察しようとする視野範囲において、
中心から周辺までより均一な配光特性が得られる。しか
も、生理食塩水中で、角度９０°を越えるような広角の
配光を実現できる。

【００１８】次に、本発明の第二実施例を図５乃至図７
により説明する。図５は内視鏡先端部の構成図、図６
（Ａ）は１つの光ファイバーの射出端面の拡大断面図、
（Ｂ）は光ファイバー束の射出端面の拡大図、（Ｃ）は
従来の光ファイバー射出端面の拡大図、図７は本実施例
による照明光学系の配光特性を示す図である。本実施例
においては、内視鏡側ライトガイド１９は、光ファイバ
ー２２の射出端面２２ａが球面形状に加工されたものを
複数本束ね合わせている（図５，図６（Ａ），（Ｂ）参
照）。

【００１９】本実施例の場合、各光ファイバー２２内で
射出端面２２ａへ伝送される軸Ｏ′に平行な光線Ｌは、
球面形状の射出端面２２ａへの入射角度に応じた角度で
屈折されて出射することになる（図６（Ａ）参照）か
ら、視野範囲の中心に向かう光量は減少し、周辺に照射
される光量は増大することになる。これに対し、図６
（Ｃ）に示す従来の光ファイバー４では、軸Ｏ′に平行
な光線Ｌは（軸Ｏ′に直角な）ファイバー端面に対して
ほぼ垂直に出射される。従って、図７に示す照明光学系
の配光特性の図において、破線で示す従来のものの配光
特性と比較して、本実施例の配光特性は実線で示すよう
になり、広角に亘ってより均一で良好な配光が得られ
る。

【００２０】次に、本発明の第三実施例を図８乃至図１
０により説明する。図８（Ａ）は内視鏡先端部の構成
図、（Ｂ）は対物レンズ１８と内視鏡側ライトガイド１
９先端部との関係を示す図、図９は本実施例の照明光学
系の配光特性を示す図、図１０は本実施例の変形例を示
す図８（Ｂ）と同様な図である。本実施例においては、
内視鏡側ライトガイド１９の各光ファイバー２３の（少
なくとも）先端部分は、対物レンズ１８等硬性鏡の観察
光学系の外周面に沿って螺旋状にねじられて配設されて
いる。そのため、各光ファイバー２３はそのファイバー
軸Ｏ′が、対物レンズ１８を含む観察光学系の光軸（視
軸）Ｏに対して所定の角度θ_q を形成することになる。
又、各光ファイバー２３の射出端面２３ａは、ファイバ
ー軸Ｏ′に対して垂直にカットされて形成されている。
そのため、内視鏡側ライトガイド１９の射出端面は略鋸
歯状に形成されることになる（図８（Ｂ）参照）。

【００２１】本実施例は上述のように構成されているか
ら、照明光学系においては、各光ファイバー２３の先端
部が対物レンズ１８等の光軸Ｏに対して角度θ_q を成し
ているから、その射出端面２３ａから射出される光線Ｌ
は、θ_q の角度で視野周辺方向に向けて照射されること
になり、視野範囲周辺での光量が増し且つ中心での光量
が減少する（図９参照）ため、広い角度に亘って良好な
配光を得ることができる。

【００２２】又、図１０は、本実施例の変形例を示すも
のであり、各光ファイバー２３の射出端面２３ｂは、内
視鏡先端面と同一平面上に配列されるようにカットした
ものである。そのために、射出端面２３ｂは角度αだけ
斜めにカットされている。各光ファイバー２３の射出端
面２３ｂをこのように構成することにより、射出端面２
３ｂを出射する光線Ｌは、上述の第一実施例と同一の角
度θ_p だけ屈折することになる。この場合にも、図９の
実線で示すような配光特性を得ることができる。

【００２３】図１１は、本発明の第四実施例を示すもの
であり、図１１（Ａ）は内視鏡先端部の構成図、（Ｂ）
はカバーガラスの平面図である。図中、観察光学系先端
の対物レンズ１８の外周には、内視鏡側ライトガイド１
９が配列され、各光ファイバー２４の射出端面２４ａの
前面にはリング状のカバーガラス２５が取り付けられて
いる。このカバーガラス２５の一方（又は両方）の面に
は、各ファイバー２４の直径と同程度の径を有する微小
な凹凸２５ａが全面（又は一部の面だけでもよい）に形
成されている。この凹凸２５ａは夫々各光ファイバー２
４の射出端面２４ａと対応する位置にあることが好まし
い。このような構成により、各光ファイバー２４から射
出された光線Ｌは、微小な凹凸２５ａを通過する際凹凸
２５ａのレンズ作用により屈折される。これにより、光
が散乱して視野周辺の光量が増すと共に中心の光量が減
少し、広い配光角に亘って良好な配光が得られる。

【００２４】図１２は、本発明の第五実施例を示すもの
である。図１２（Ａ）は内視鏡先端部の要部構成図、
（Ｂ）は内視鏡側ライトガイド先端部の一部拡大断面
図、（Ｃ）はボールレンズと光ファイバーの射出端面を
含む光学系の図である。図中、各光ファイバー２４の射
出端面２４ａと、その前面に位置する平行平板から成る
リング状のカバーガラス２６との間に、例えば各ファイ
バー２４の直径と同程度の径を有する複数のボールレン
ズ２７が全領域又は一部領域に亘って固定配設されてい
る。このボールレンズ２７は、夫々各光ファイバー２４
の射出端面２４ａと対応する位置にあってもよいし、な
くてもよい。

【００２５】本実施例は上述のような構成を備えている
から、内視鏡側ライトガイド１９の各光ファイバー２４
から射出されたファイバー軸Ｏ′に平行な光線Ｌは、ボ
ールレンズ２７を通過することでそのレンズ作用により
屈折され、曲げられる（図１２（Ｃ）参照）。これによ
って、視野周辺での光量が増大し且つ中心での光量が減
少して、広角に亘って良好な配光が得られる。

【００２６】次に、本発明の第六実施例を図１３乃至図
１５により説明する。図１３（Ａ）は内視鏡先端部の構
成図、（Ｂ）はコニカルファイバー束の配置形状を示す
正面図、図１４及び図１５は夫々図１３（Ｂ）に示すコ
ニカルファイバー束の配置形状とは別の配置形状を示す
図である。図１３（Ａ）において、内視鏡側ライトガイ
ド１９の射出端面とその先端のカバーガラス２６との間
には、コニカルファイバー２８の束２９が配列されてリ
ング状に形成されている。各コニカルファイバー２８
は、夫々光ファイバー２４の射出端面２４ａ側に位置す
る入射端２８ａと、入射端２８ａより径が小さくカバー
ガラス２６に対面する射出端２８ｂとを有し、両端間内
部は略円錐状にくり抜かれている。尚、コニカルファイ
バー２８の入射端２８ａの径は光ファイバー２４の径と
ほぼ同一で、互いに対応して配置されることが好まし
い。

【００２７】本実施例は上述のように構成されているか
ら、内視鏡側ライトガイド１９の各光ファイバー射出端
面２４ａから出射された光線は、夫々コニカルファイバ
ー２８に入射端２８ａから入射され、内壁で反射して射
出端２８ｂから出射される。そのため、コニカルファイ
バー２８を通過することで、光線は入射角より大きい角
度を以て出射されることになる。このようにして、内視
鏡の視野周辺の光量を増大させ、広角に亘って良好な配
光を得ることができる。又、コニカルファイバー２８を
採用することにより、コニカルファイバー２８の入射端
２８ａと射出端２８ｂとの径の差の長さだけ内視鏡先端
を細くすることが可能になり、内視鏡の挿入がより容易
になるという利点もある。

【００２８】図１４は第六実施例の変形例を示すもので
あり、ここではコニカルファイバー２８の束２９′を円
弧状に一対形成し、対物レンズ１８の上下位置に対向配
置させている。又、図１５は、他の変形例であり、コニ
カルファイバー２８の束２９″を円形に形成し、対物レ
ンズ１８の上下左右位置に夫々対向配置させている。こ
のように、本実施例では、内視鏡側ライトガイド１９の
射出端面に、任意の形状にコニカルファイバー２８の束
を加工して配置することができ、いずれの場合も広角に
亘って良好な配光を得ることができる。しかも、コニカ
ルファイバー束の形状についても、レンズのように制約
を受けないから、先端をより細くすることができる。
又、本実施例では、内視鏡の体内挿入等の際に、オート
クレーブによる集光レンズやコニカルファイバーの劣化
を防ぐために、先端カバーガラス２６の素材としてサフ
ァイヤ等を用いることが有効である。

【００２９】次に、本発明の第七乃至第十実施例は、内
視鏡側ライトガイド１９の入射端面を非平面形状に形成
したものである。これらについて、以下に説明する。ま
ず、内視鏡側ライトガイド１９の入射端面１９ａを軸
Ｏ′方向に対して垂直な面でない形状に加工した例とし
て、図１６（Ａ），（Ｂ）に示すような内視鏡側ライト
ガイド１９の入射端面１９ａを斜めの平面にカットした
ものがある。このような内視鏡側ライトガイド１９の入
射端面１９ａについての光の入射効率について考えてみ
る。この入射端面１９ａに対して結合光学系を介して入
射する光線Ｌの角度をθ₁ ，θ₂ ，θ₃ とする時、角度
θ₁ 及びθ₂ から入射する光線Ｌは各光ファイバー３０
に効率よく入射させることができる。しかし、角度θ₃
方向の光線Ｌは入射端面１９ａとの角度が小さいため、
入射端面１９ａから外れてしまう光線が多く、ロスが生
じてしまう。そのため、図１６に示すような形状の入射
端面１９ａでは、配光特性としては良好な特性が得られ
るが、入射効率にロスがあるため、視野内の絶対光量は
不足ぎみになってしまい、像が暗くなるという難点があ
った。

【００３０】これに対し、図１７に示す本発明の第七実
施例は、内視鏡側ライトガイド１９の入射端面１９ｂを
構成する光ファイバー束の入射端面が、断面Ｖ字型に形
成されている。このように構成することにより、角度θ
₃ の光線Ｌも効率良く入射端面１９ｂに入射させること
ができ（図１８参照）、十分な光量が得られる。又、こ
の場合、各１本の光ファイバー３０に入射する光線につ
いて考えてみる。本実施例におけるファイバー束のＶ字
型端面は、各光ファイバー３０の入射端面３０ａが、図
１９（Ａ）に示すように夫々軸方向に対して斜めの面
（カット面の角度をθ₀ とする）として形成されること
になる。

【００３１】ここで、ファイバー軸Ｏ′方向の光線Ｌ₁
について考えると、図１９（Ｂ）のように入射端面が軸
Ｏ′に垂直な従来の光ファイバー４においては、この光
線Ｌ ₁ はそのまま直進してファイバー内を伝送するた
め、出射される光線も（軸方向に垂直な）射出端面と垂
直な方向に出射され、視野周辺部の光量が少ないことに
なる。一方、図１９（Ａ）に示す本実施例においては、
この光線Ｌ₁ は入射端面３０ａに対して角度θ₀ で入射
するため、スネルの法則により、次の関係式が成り立
つ。 ｎ₀ ・ｓｉｎθ₀ ＝ｎ₁ ・ｓｉｎθ₁ （７） （７）式を展開することにより、 θ₁ ＝ｓｉｎ^-1〔（ｎ₀ ／ｎ₁ ）・ｓｉｎθ₀ 〕 （８） となる。従って、この光線Ｌ₁ はファイバー中を｛θ₀
−ｓｉｎ^-1〔（ｎ₀ ／ｎ₁ ）・ｓｉｎθ₀ 〕｝の角度を
以て伝送される。そして、射出端面においても、同一の
角度で出射されるため、光は視野内の広い範囲に亘って
照射されることになる。このように、本実施例によれ
ば、（その射出端面が斜めの面として形成されていなく
ても）視野内の周辺の光量が増大して良好な配光が得ら
れる。

【００３２】図２０は本発明の第八実施例を示すもので
あり、ファイバー束から成る内視鏡側ライトガイド１９
の入射端面１９ｃは円錐状の凹面として形成されてい
る。この構成によれば、入射端面１９ｃはいずれの角度
の縦断面であってもＶ字型形状を呈するため、入射光の
光量ロスが第七実施例のものよりも小さい。よって、射
出端面から出射される光量も一層増大するという利点が
ある。

【００３３】又、図２１は同じく第九実施例を示すもの
であり、内視鏡側ライトガイド１９の入射端面１９ｄは
凸の球面形状として形成されている。図２２は第十実施
例を示すものであり、内視鏡側ライトガイド１９の入射
端面１９ｅは凹の球面形状として形成されている。第九
及び第十実施例においては、各入射端面１９ｄ，１９ｅ
は曲面形状であり、厳密にはゆるい曲率を有するが、半
径Ｒが非常に大きいため、個々の光ファイバー３０の入
射端面３０ａは、近似的に図１９（Ａ）に示す斜めの平
面と同一と考えることができる。そのため、上述した第
七及び第八実施例と同様に良好な配光特性が得られる。
上述のように、第七乃至第十実施例では、入射端面が平
面状のものより大きな角度を以てファイバー内を光が伝
送され、光量のロスも少ないから、視野内の中央だけで
なく周辺まで明るく且つ絶対光量が大きいという利点を
有する。

【００３４】又、上述の各実施例は、内視鏡側ライトガ
イド１９の射出端面又は入射端面、先端カバーガラス、
或いは射出端面の前側に位置するボールレンズやコニカ
ルファイバーに関するものであるから、内視鏡側ライト
ガイド１９を構成する光ファイバー束の射出端面のカッ
ト角は、各内視鏡の視野角毎に視野角に応じて決定でき
る。そのため、視野範囲が狭角の場合には、狭角の配光
角度が得られるようにカット角を設定すればよく、その
場合には視野範囲の照明光量を増大させることができ
る。

【００３５】ところで、図２３に示すように、ライトガ
イドコード８側に備えられていた結合レンズ７を、内視
鏡側のライトガイドコード接続部３２に固定配置して結
合レンズ７ａとすれば、視野角の異なる内視鏡を交換す
る毎に結合レンズ７ａも交換することになり、視野角の
異なる内視鏡毎に最適な配光角を得ることが可能にな
る。しかしながら、この場合、図２５に示す結合レンズ
系７が備えられたライトガイドコード８と、結合レンズ
７ａが備えられた硬性鏡１７を（使用者が誤って）接続
すると、ライトガイドコード８側の光源側ライトガイド
６の射出端面を、内視鏡側ライトガイド１９の入射端面
に投影することになり、所望の配光特性を得ることがで
きない（特公昭６１−１５４０１号公報の第３図参
照）。

【００３６】このような場合には、図２４に示すよう
に、光源側ライトガイド６側の結合レンズ７と内視鏡側
ライトガイド１９側の結合レンズ７ａとの間の光路中
に、光源側ライトガイド６側の結合レンズ７と同一の焦
点距離を有する仲介結合レンズ７ｂを挿入することで、
所望の配光特性を得ることができる。即ち、結合レンズ
７の後側焦点位置と仲介結合レンズ７ｂの前側焦点位置
とがほぼ一致するように、仲介結合レンズ７ｂを配置
し、しかもこの仲介結合レンズ７ｂはその後側焦点位置
が、内視鏡側ライトガイド１９の結合レンズ７ａの前側
焦点位置と一致するように配置する。これにより、光源
側ライトガイド６の射出端面の投影像が、仲介結合レン
ズ７ｂを介して内視鏡側ライトガイド１９の前側焦点位
置近傍に等倍リレーされることになる。そのため、光源
側ライトガイド６の射出端面が内視鏡側ライトガイド１
９の前側焦点位置近傍に配置された場合と等価になる。

【００３７】又、仲介結合レンズ７ｂの焦点距離を調整
してリレー倍率を変更することで、照明光学系の配光特
性を変更することも可能である。これについて、図２４
に基づいて説明する。図中、光源側ライトガイド６の射
出端の半径をｈｏ，光源側ライトガイド６側の結合レン
ズ７の焦点距離をｆａ，光源側ライトガイド６の射出端
面周縁上の位置ｈｏから出射された光線が結合レンズ７
を通過した後で光軸Ｏとなす角度をθａ，仲介結合レン
ズ７ｂによって１回リレーされた光源側ライトガイド射
出端の実像高をｈｒ，仲介結合レンズ７ｂの焦点距離を
ｆｂ，内視鏡側ライトガイド１９側の結合レンズ７ａの
焦点距離をｆｃ，内視鏡側ライトガイド１９の入射端面
に入射する光線角度をθｃとすると、下記の式が成り立
つ。 ｈｏ＝ｆａ×ｓｉｎθａ （９） ｈｒ＝ｆｂ×ｓｉｎθａ＝ｆｃ×ｓｉｎθｃ （１０）

【００３８】（９）式と（１０）式を変形すると、 ｆｂ×ｓｉｎ^-1（ｈｏ／ｆａ）＝ｆｃ×ｓｉｎθｃ （１１） となる。（１１）式からｆｂを変化させることで、角度
θｃ即ち内視鏡側ライトガイド１９入射端面への入射角
度を調整することができる。焦点距離ｆｂを変化させる
手段としては、仲介結合レンズ７ｂの着脱交換式、仲介
結合レンズ７ｂを変倍光学系にする等の方法をとること
が可能である。

【００３９】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る内視鏡の照
明光学系は、９０°を越えるような広角の配光を実現で
きると共に、視野範囲内の中心から周辺まで従来の照明
光学系より均一で良好な配光特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例による内視鏡側ライトガイ
ドの射出端面を含む内視鏡の先端部の構成図である。

【図２】（Ａ）は図１の光ファイバーの射出端面の略断
面図、（Ｂ）は（Ａ）の光ファイバーを束ねた内視鏡側
ライトガイド射出端面の部分側面図である。

【図３】光ファイバーから射出される光の射出角度に対
する配光特性を示す図である。

【図４】内視鏡側ライトガイドの配光特性を示す図であ
る。

【図５】本発明の第二実施例による内視鏡側ライトガイ
ドの射出端面を含む内視鏡の先端部の構成図である。

【図６】（Ａ）は図５の光ファイバーの射出端面の略断
面図、（Ｂ）は（Ａ）の光ファイバーを束ねた内視鏡側
ライトガイド射出端面の部分側面図、（Ｃ）は従来形状
による光ファイバーの射出端面の側面図である。

【図７】内視鏡側ライトガイドの配光特性を示す図であ
る。

【図８】（Ａ）は本発明の第三実施例による内視鏡側ラ
イトガイドの射出端面を含む内視鏡の先端部の説明図、
（Ｂ）は対物レンズの光軸Ｏに対するファイバー軸Ｏ′
の角度を示す図である。

【図９】内視鏡側ライトガイドの配光特性を示す図であ
る。

【図１０】第三実施例の変形例を示す図８（Ｂ）と同様
な図である。

【図１１】（Ａ）は本発明の第四実施例による内視鏡側
ライトガイドの射出端面を含む内視鏡の先端部の構成
図、（Ｂ）はカバーガラスの正面図である。

【図１２】（Ａ）は本発明の第五実施例による内視鏡側
ライトガイドの射出端面を含む内視鏡の先端部の構成
図、（Ｂ）は（Ａ）の内視鏡側ライトガイド射出端面の
部分拡大図、（Ｃ）は内視鏡側ライトガイド射出端面と
ボールレンズを示す（Ｂ）の要部拡大図である。

【図１３】（Ａ）は本発明の第六実施例による内視鏡側
ライトガイドの射出端面を含む内視鏡の先端部の構成
図、（Ｂ）はコニカルファイバー束の正面図である。

【図１４】コニカルファイバー束の他の例を示す図１３
（Ｂ）と同様な図である。

【図１５】コニカルファイバー束の更に他の例を示す図
１３（Ｂ）と同様な図である。

【図１６】（Ａ）は従来の内視鏡側ライトガイドの入射
端面の概略斜視図、（Ｂ）は同じく入射端面に対する光
線の入射方向を示す側面図である。

【図１７】本発明の第七実施例による内視鏡側ライトガ
イドの入射端面部分の斜視図である。

【図１８】図１７の入射端面に対する光線の入射方向を
示す側面図である。

【図１９】（Ａ）は図１７の光ファイバーの入射端面に
対する光線の入射方向を示す図、（Ｂ）は従来例につい
ての（Ａ）と同様な図である。

【図２０】本発明の第八実施例による内視鏡側ライトガ
イドの入射端面部分の斜視図である。

【図２１】本発明の第九実施例による内視鏡側ライトガ
イドの入射端面部分の側面図である。

【図２２】本発明の第十実施例による内視鏡側ライトガ
イドの入射端面部分の側面図である。

【図２３】内視鏡側ライトガイドに結合レンズが接続さ
れた内視鏡を一部破断して示す図である。

【図２４】内視鏡側ライトガイド及び光源側ライトガイ
ド間に位置する結合レンズの構成を示す図である。

【図２５】従来の内視鏡の概略構成図である。

【図２６】図２５における結合レンズ系の拡大図であ
る。

【図２７】従来の照明光学系の視野方向を示す説明図で
ある。

【図２８】図２７の照明光学系の視野角を大きくした場
合の説明図である。

【図２９】（Ａ）はキセノン光源の概略構成図、（Ｂ）
はキセノン光源からの光量の射出角度による配光特性を
示す図である。

【符号の説明】

５，１７ 硬性鏡 ６ 光源側ライトガイド ７，７ａ，７ｂ 結合レンズ ８ ライトガイドコード １９ 内視鏡側ライトガイ
ド １９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ 入射端面 ２０，２２，２３，２４，３０ 光ファイバー ２０ａ，２２ａ 射出端面 ２５ カバーガラス ２５ａ 凹凸 ２７ ボールレンズ ２８ コニカルファイバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊地 彰 東京都渋谷区幡ケ谷２の43の２ オリン パス光学工業株式会社内 (72)発明者 金森 厳 東京都渋谷区幡ケ谷２の43の２ オリン パス光学工業株式会社内 (72)発明者 高橋 進 東京都渋谷区幡ケ谷２の43の２ オリン パス光学工業株式会社内 (72)発明者 楠 博幸 東京都渋谷区幡ケ谷２の43の２ オリン パス光学工業株式会社内 (72)発明者 高山 敏一 東京都渋谷区幡ケ谷２の43の２ オリン パス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−262119（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−80747（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−22601（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−151305（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭61−15401（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭46−27904（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 23/26

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光を入射端面で受けて射出端面
   まで伝送する光源側ライトガイドと、該光源側ライトガ
   イドの射出側に配置された結合光学系と、該結合光学系
   を介して光源側ライトガイドの射出端面と対向する位置
   に入射端面が配置されると共に射出端面が内視鏡の先端
   部に配置された内視鏡側ライトガイドと、を備えた内視
   鏡の照明光学系において、 前記内視鏡側ライトガイドは、各射出端面が斜めに形成
   された複数の光ファイバーを該各射出端面が互いに任意
   の方向に向くように束ねて構成したことを特徴とする内
   視鏡の照明光学系。
2. 【請求項２】光源からの光を入射端面で受けて射出端面
   まで伝送する光源側ライトガイドと、該光源側ライトガ
   イドの射出側に配置された結合光学系と、該結合光学系
   を介して光源側ライトガイドの射出端面と対向する位置
   に入射端面が配置されると共に射出端面が内視鏡の先端
   部に配置された内視鏡側ライトガイドと、を備えた内視
   鏡の照明光学系において、 前記内視鏡側ライトガイドは、複数の光ファイバーを束
   ねて構成され、各光ファイバーの射出端面が各々の光フ
   ァイバーの軸に関して略対称な曲面に形成されているこ
   とを特徴とする内視鏡の照明光学系。
3. 【請求項３】光源からの光を入射端面で受けて射出端面
   まで伝送する光源側ライトガイドと、該光源側ライトガ
   イドの射出側に配置された結合光学系と、該結合光学系
   を介して光源側ライトガイドの射出端面と対向する位置
   に入射端面が配置されると共に射出端面が内視鏡の先端
   部に配置された内視鏡側ライトガイドと、を備えた内視
   鏡の照明光学系において、 前記内視鏡側ライトガイドの射出側に、コニカルファイ
   バーを配置 したことを特徴とする内視鏡の照明光学系。
4. 【請求項４】前記結合光学系が、光源側ライトガイドの
   側から見て、いずれも正のパワーを持つ第１レンズ、第
   ２レンズ、第３レンズを備え、 第１レンズは前記光源側ライトガイドを含むライトガイ
   ドコードに設けられ、前記第３レンズは内視鏡側ライト
   ガイドを含む内視鏡に設けられ、 前記第１レンズと第２レンズとにより、前記第３レンズ
   の前側焦点付近に前記 光源側ライトガイドの射出端面の
   像が形成されるように したことを特徴とする、請求項１
   乃至３の何れかに記載の内視鏡の照明光学系。
5. 【請求項５】前記第２レンズが異なる焦点距離のレンズ
   と交換可能であることを特徴とする、請求項４に記載の
   内視鏡の照明光学系。
6. 【請求項６】前記第２レンズが変倍光学系であることを
   特徴とする、請求項４に記載の内視鏡の照明光学系。