JP3376089B2 - 内視鏡用光源光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内視鏡の光源光学系に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の内視鏡は、構造上二つに大別でき
る。その一つは、イメージガイドを像伝送手段として用
い、内視鏡の先端部に設けた結像光学系による被写体像
をイメージガイドの先端面に結像し、手元の操作部側ま
で挿通された前記イメージガイドの後端の像を接眼光学
系により観察できるように構成された所謂「ファイバス
コープ」と呼ばれるものである。もう一つには、内視鏡
の先端部に結像光学系と共に組込まれ、その結像光学系
による被写体像を撮像する固体撮像素子と、この固体撮
像素子から伝送される画像信号をカラー再生画像として
ＴＶモニタ上に表示する画像処理システムとからなる
「電子スコープ」がある。更に、一般に用いられている
電子スコープの撮像方式は、「モザイクフィルタ方式」
と「面順次照明方式」とに大別される。モザイクフィル
タ方式は、撮像面上に各画素毎に色フィルタが形成され
た固体撮像素子を用い、白色照明によってカラー画像が
得られるようにしたものである。一方、面順次照明方式
は、白黒の固体撮像素子を用い、照明手段側に色分離フ
ィルタを設けて照明光を二色以上に時分割して照明し、
カラー画像が得られるようにしたものである。

【０００３】上記各内視鏡の照明手段としては、光源装
置とこの光源装置から供給された光を内視鏡の先端部ま
で伝送するライトガイドと、内視鏡の先端部に組込まれ
ライトガイドから射出される光を更に拡開して被写体へ
照射する照明レンズとにより構成されているのが一般的
である。従って、内視鏡に用いられる光源装置の光学系
は、上述した数種類の内視鏡に対応した構成、即ち、フ
ァイバスコープやモザイクフィルタ方式の電子スコープ
に対しては白色光を供給し得る構成をなし、面順次照明
方式の電子スコープに対しては二色以上に時分割された
照明光を供給し得る構成をなしている。具体的な内視鏡
の光源光学系の構成要素としては、白色光を射出する照
明光源、その照明光源から射出される白色光中の赤外線
や紫外線等の特定の波長を有する光を選択的に遮断する
フィルタ、自動調光用の透過光量調節手段としての絞り
機構、面順次照明用の回転カラーフィルタ、照明光源か
ら射出された光をライトガイドの端面に集光させる集光
レンズ等がある。

【０００４】照明光源には、キセノンランプやハロゲン
ランプが用いられることが多く、これらの光源ランプは
通常反射鏡を併有して一体化されており、かかる光源ラ
ンプの輝点が反射鏡の焦点位置に配置されて、その反射
光が概ね平行光束になっている。上記照明光源から射出
された可視光以外の光は、光路中に配置されているフィ
ルタにより遮断される。例えば、照明光源から射出され
る赤外線によって上記ライトガイドの端面が焼けてしま
うのを防止する等のために、その光路中には赤外線を遮
断する赤外線遮断フィルタが配置されている。又、上記
ライトガイドのファイバ束を接着する接着剤には、紫外
線を吸収するタイプのものがあり、このような接着剤を
使用しているライトガイドにおいては、上記の場合と同
様に、光源ランプから射出される紫外線によって上記ラ
イトガイドの入射端面が焼けてしまうのを防止する等の
ために、光路中に紫外線を遮断するフィルタを配置する
こともある。赤外線遮断フィルタとしては、透明な基板
に多層干渉膜からなるコーティングが施され、その被覆
面は赤外線を反射し、それ以外の光を透過する特性を有
する赤外線反射型フィルタや赤外線を吸収する素材から
なる赤外線吸収型フィルタがある。

【０００５】又、内視鏡による観察において、内視鏡の
先端部が被写体に近すぎて照明強度が強すぎたり、被写
体に反射強度の大きいハイライト部が存在している場合
等、照明強度が大きすぎて被写体像が全体的に白っぽく
なってしまい、十分なコントラストが得られなくなる場
合がある。特に、電子スコープにおいては、ブルーミン
グが生じたりすることを防止するために、上記光路中に
は自動調光用の透過光量調整手段としての絞り機構が設
けられている。面順次照明用の回転カラーフィルタは、
特定の色の波長域に属する光のみを透過し、それ以外の
波長の光を反射する特性を有する干渉型の色分離フィル
タが二種類以上同一円板の円周上に配設されて用いられ
る。又、その回転カラーフィルタは、円板の回転軸が光
源光学系の光軸に平行になるように配置され、円板の回
転と共に上記色分離フィルタが光路を順次横切るように
して時分割照明を行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の内視鏡用光
源光学系の構成要素は、照明光源からライトガイドまで
の光路中に集光レンズ系と共に配置されている。かかる
光源光学系のコンパクト化や製造工程でのコスト低減を
図るためには、集光レンズ系を単レンズにより構成する
ことが好ましい。この場合、照明光源からの射出光束を
上記集光レンズ系によってライトガイドの入射端面に効
率よく集光させるために、かかるレンズのレンズ面の少
なくとも一面を非球面にして収差を補正できるように構
成するのが一般的である。このように、単レンズの集光
レンズ系により構成された光源光学系に、例えば、面順
次照明用の回転カラーフィルタを配置する場合、図７に
示すような位置に配置することになる。図７（ａ）は、
照明光源２１の射出端面と集光レンズ２２との間の略平
行光束中に回転カラーフィルタ２４を配置した状態を示
している。この場合、光束径が大きいために回転カラー
フィルタ２４の形状も大型化するため、該回転カラーフ
ィルタには機械的に強度の強いものが要求され、且つ、
かかるフィルタを駆動するためのモータも大型のものが
要求されることになり、当該光学系の製造工程でのコス
ト高につながると共に装置全体の重量も大きいものにな
ってしまう。

【０００７】一方、図７（ｂ）は、回転カラーフィルタ
２４を集光レンズ２２とライトガイド２３の入射端面と
の間の光束の断面積の小さい部分に挿入した状態を示し
ている。このようにすることで、回転カラーフィルタ２
４に照射される光束の断面積は小さくなるため、回転カ
ラーフィルタ２４の形状は小さいもので足り、従って、
このフィルタの駆動用モータも小さなトルクのものでも
適用可能である。しかし、この場合、回転カラーフィル
タ２４への光束の入射角が大きくなるため、回転カラー
フィルタ２４の透過特性が劣化してしまって、照明光量
の低下や色再現性の劣化が生じ、被写体を忠実にカラー
表示できなくなり、診断の際非常に大きな障害となる。

【０００８】回転カラーフィルタとして一般に用いられ
る干渉型の色分離フィルタは、特定の色の波長領域に属
する光のみを透過し、それ以外の波長の光を反射する特
性を有し、干渉コート面に入射する光線の入射角の大き
さに対応して透過特性が変化する。この透過特性は、光
の入射角が０°のとき最良で入射角が大きくなる程劣化
する。このため干渉コート面に入射する光線の入射角が
過大であると、図８に示すように、透過波長が全体的に
短波長側にずれてしまい、電子スコープの画像において
色再現の劣化を招くことになる。図８（ａ）〜（ｅ）
は、グリーンの波長域に属する光線のみを透過し、それ
以外の波長の光線を反射する特性を有するグリーンフィ
ルタに対して同フィルタの干渉コート面に入射する光線
の入射角の大きさを変化させたときの透過特性の変化を
示した図である。上記グリーンフィルタで設定されるグ
リーンの中心波長領域は５１０〜５６０ｎｍであるが、
図８の（ａ）〜（ｅ）を見れば、光の入射角が２０°を
越えると中心波長領域に対する透過特性か著しく劣化す
ることが分かる。

【０００９】回転カラーフィルタへの光の入射角を考慮
した光源光学系としては、特開昭６１−４１１１４号公
報に開示されたものがある。この光源装置の光学系にお
いては、図９に示すように、光源２１からの射出光をま
ず焦点距離が長い第一の凸レンズ系２５で緩く集光し、
この凸レンズ系２５の焦点位置近傍に回転カラーフィル
タ２４を配置している。このように、焦点距離の長い凸
レンズ系２５によって回転カラーフィルタ２４に入射さ
れる光線の入射角の最大角度を波長シフトが十分小さく
なるような範囲に設定することにより、色分離フィルタ
の中心波長領域に対する透過特性が殆ど変化しないよう
に構成されている。更に、回転カラーフィルタ２４を透
過した後、光束は凹レンズ系２６でその径を拡開され、
集光用の凸レンズ系２７で集光されてライトガイド２３
の入射端面に入射する。

【００１０】このような構成によれば、電子スコープの
画像において、良好な色再現を実現できると共に、回転
カラーフィルタを第一の凸レンズの焦点位置或いはその
近傍に配置することによって、非常に小さな面積の色分
離フィルタを用いることができ、かかる回転カラーフィ
ルタを小型化できる。しかし、第一の凸レンズ系の焦点
距離を長くとり、且つ、回転カラーフィルタを第一の凸
レンズ系の焦点位置或いはその近傍に配置したことで、
光学系の全長が非常に長くなってしまうという欠点があ
り、光源装置全体のコンパクト化を実現することはでき
ない。又、上記第一の凸レンズ系の焦点位置は、ランプ
の輝点の像位置であって、光学系全系を通して光エネル
ギー密度が最も高くなる位置の一つにあり、このような
位置にフィルタ類を配置すると干渉コート面やフィルタ
基板の熱的破損を招く危険性を常に有することになっ
て、製品の信頼性を低下せしめることになる。

【００１１】回転カラーフィルタへの光の入射角を考慮
した光源光学系の別の例としては、特開平１−１４４０
０９号公報に開示されたものがある。この光源装置の光
学系の構成を図１０に示す。図のように、この光学系
は、照明光源２１から射出された平行光束の径の大きさ
を縮小する倍率変換光学系２８と、その倍率変換光学系
２８よりライトガイド２３の入射端面側に配置され、倍
率変換光学系２８からの光をライトガイド２３の入射端
面に集光する正レンズ系２９とからなり、回転カラーフ
ィルタ２４は倍率変換光学系２８と正レンズ系２９との
間の径の縮小された略平行光束中に配置されている。こ
のように構成されている光学系では、軸上光束の干渉コ
ート面への入射角をほぼ０°とすることができるので、
上記回転カラーフィルタは干渉コートの透過特性が最良
の状態で使用可能となる。又、この光学系は回転カラー
フィルタへ入射する軸外主光線のフィルタ上での傾きに
よる色再現に及ぼす影響についても考慮されており、電
子スコープの画像に対して良好な色再現を実現すること
ができる。

【００１２】しかし、図１０に示した光源光学系は倍率
変換光学系として二枚のレンズを使用し、集光レンズ系
として更に二枚のレンズを使用しており、上記単レンズ
により構成した光学系と比較して、レンズの使用枚数が
かなり多くなっている。レンズは、空気層との境界面
（レンズ面）でレンズに入射（若しくはレンズから射
出）する光線をフレネルの法則に従って透過及び反射す
る。レンズ面で反射される光線の割合は、かかるレンズ
を形成している硝材の屈折率で決まるが、レンズ面での
反射による光量の損失はレンズ面の数が多ければ無視で
きないくらい大きいものとなる。そこで、一般には、レ
ンズ面にＭｇＦ₂ 等による反射防止コートを施すが、こ
のような反射防止コートを施しても完全に反射が抑えら
れるわけではなく、光学系中のレンズ面の数に比例して
光量損失の量は増加していく。従って、ライトガイドの
入射端面により多くの光を導くためには、レンズ面の数
が多い（即ち、レンズの数が多い）のは好ましくない。
又、照明光源から射出される光線をライトガイドの入射
端面に損失なく導くためには、照明光源の光軸と各レン
ズの光軸とを一致させる必要がある。よって、レンズの
枚数が多いと光学系の組立て作業の際、照明光源とレン
ズ毎の光軸調整に多くの時間を要することになり、且
つ、レンズの枚数が少ない場合と比べて光軸調整の作業
手順が複雑になり、光学系の組立て作業性が悪化する。
更には、レンズの枚数が多くなると、光学系の製造コス
トにも跳ね返ることになる。

【００１３】以上、従来の内視鏡用光源光学系におい
て、面順次照明用の回転カラーフィルタを集光レンズ系
と共に照明光源とライトガイドとの間の光路中に配置す
る場合の問題点をいくつか指摘したが、これらをまとめ
ると以下のようになる。即ち、光源光学系のコンパクト
化を図るために集光レンズ系を単レンズにより構成する
と、電子スコープのカラー画像による診断には不可欠な
色再現性を害してしまうことになる。又、回転カラーフ
ィルタの性能を優先させて、電子スコープのカラー画像
の色再現性を良好にし、更に回転カラーフィルタの形状
を小型化しようとすると、集光レンズ系の構成が大がか
りなものになって、光源光学系のコンパクト化をなし得
ず、光学系の製造コストが高くなったり、レンズの枚数
が増えることによりレンズ面でのフレネル反射による光
量損失が積算されて、光量低下の大きな原因になったり
してしまう。

【００１４】尚、上記の問題点は、回転カラーフィルタ
以外のフィルタ類を集光レンズ系と共に照明光源とライ
トガイドとの間の光路中に配置する場合にもほぼ該当す
る。例えば、赤外線遮断フィルタを上記光路中に配置す
る場合、照明光源とライトガイドとの間の光束径の大き
い光路中に配置すると、上記回転カラーフィルタの場合
と同様に、赤外線遮断フィルタの形状を大きくしなけれ
ばならず、このフィルタの保持部材等も大型化し、コン
パクト性を欠いたり製造コストの増加を招いたりする。
又、光束の集光位置の近傍に赤外線反射型フィルタを配
置すると、コーティング面やフィルタ基板が熱によって
破損する危険性もある。赤外線反射型のフィルタの場合
には、前述したように干渉フィルタであるため、干渉コ
ート面への光の入射角の大きさが過大になると、赤外線
を遮断する能力が著しく劣化してしまう。そのため、赤
外線遮断フィルタは回転カラーフィルタと同様に、フィ
ルタ面に入射する光の入射角の大きさがこのフィルタの
透過特性を劣化させないような適切なものであって、而
もフィルタとその保持部材の小型化を図るために、でき
るだけ光束径の小さい位置に配置されるのが好ましい。

【００１５】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みな
されたもので、回転カラーフィルタ，赤外線フィルタ等
の内視鏡光源装置において使用される透過波長選択フィ
ルタがその性能を損なうことなく小型化され、且つ、集
光レンズ系がコンパクトで光量損失を低減し得る光源光
学系を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明による内視鏡用光源光学系は、白色光を射
出する照明光源と、該照明光源から発した光の透過光量
を調節する透過光量調節手段と、透過波長を選択するフ
ィルタと、前記照明光源からの光を集光する２枚構成の
集光レンズ系と、該集光レンズ系で集光された光束を入
射端面に受け入れて射出端面に伝送するライトガイドと
が備えられた内視鏡用光源光学系において、前記フィル
タが、前記集光レンズ系を構成する２枚のレンズの間に
配置され、前記集光レンズ系が、以下に示す条件を満足
することを特徴としている。 ｜ｆ₁／Ｄ｜＞１．４６２ （１） ０．５５６＜｜Ｆ／Ｄ｜＜１．４６２ （２） 但し、ｆ₁は前記集光レンズ系を構成する２枚のレンズ
のうち前記照明光源に近い方のレンズの焦点距離、Ｄは
前記照明光源から射出される軸上光束の径の大きさ、Ｆ
は前記集光レンズ全系の焦点距離である。又、本発明の
光源光学系は、前記集光レンズ系を構成する２枚のレン
ズの間に、少なくとも一枚以上のフィルタと、光を透過
させる開口の大きさを変化させることにより透過光量を
制御し得る透過光量調節手段としての絞り機構とを配置
するようにしたことを特徴としている。又、本発明の光
源光学系は、前記集光レンズ系を構成する２枚のレンズ
の間に、少なくとも一枚以上のフィルタと、光の透過率
を変化させることにより透過光量を制御し得る透過光量
調節手段としての絞り機構とを配置するようにしたこと
を特徴としている。

【００１７】

【作用】以下、本発明による内視鏡用光源光学系の作用
を説明する。図１は、本発明の内視鏡用光源光学系の基
本構成を示す図である。図中、１は反射鏡１ａと反射鏡
１ａのほぼ焦点位置に設けられた光源ランプ１ｂとから
なる照明光源である。２は照明光源１から射出された光
を集光する集光レンズ系であり、２ａ，２ｂは夫々集光
レンズ系２の前群及び後群である。３は回転カラーフィ
ルタ若しくは赤外線遮断フィルタ等の透過波長選択フィ
ルタ、４は集光された光を伝達するライトガイドであ
る。尚、図１では図示されていないが、本発明の光源光
学系には、光源１から射出された光の透過光量を調節す
る透過光量調節手段としての絞り機構が光路中に配置さ
れている。

【００１８】本発明の内視鏡用光源光学系は、上記のよ
うに構成されているので、照明光源１から射出された光
は集光レンズ系２の前群２ａで緩く集光される。集光レ
ンズ系２の前群２ａにより集光された光はフィルタ３に
入射するが、このときフィルタ３に入射する光の入射角
の大きさはかかるフィルタの透過特性を劣化させないよ
うな大きさに設定されており、而もその光束径の大きさ
も十分小さく縮小されている。フィルタ３を透過した光
は、集光レンズ系２の後群２ｂによって更に集光され、
ライトガイド４の入射端面に入射する。このように、集
光レンズ系２を前群２ａと後群２ｂとに分け、照明光源
１から射出される光束を、まず前群２ａによって、この
すぐ後に配置されている透過波長選択フィルタ３への入
射角が少なくとも２０°以下になるように収束し、更
に、フィルタ３を透過した光を後群２ｂによってライト
ガイド４の入射端面に集光させるようにしたことで、集
光レンズ系２がコンパクトに構成でき、而も透過波長選
択フィルタ３の性能を損なわず、フィルタ３自体も小型
化できるので、光源光学系全系のコンパクト化と低コス
ト化が実現できる。又、集光レンズ系２のみで透過波長
選択フィルタ３の性能を良好に保ち、而もかかるフィル
タ自体の小型化も達成できるため、従来の光源光学系の
ようなレンズの数が多いためレンズ面でのフレネル反射
が積算されて大きな光量の損失が発生するという不具合
を解消することができる。

【００１９】尚、本発明の目的を達成するためには、照
明光学系が以下に示す条件を満足するように構成される
ことが好ましい。 ｜ｆ₁ ／Ｄ｜＞１．４６２ ・・・・（１） ０．５５６＜｜Ｆ／Ｄ｜＜１．４６２ ・・・・（２） 但し、ｆ₁ は集光レンズ系の前群の焦点距離、Ｄは照明
光源から射出される軸上光束の径の大きさ、Ｆは集光レ
ンズ全系の焦点距離である。

【００２０】上記条件式（１）は、透過波長選択フィル
タの性能を良好に保持するための軸上光束の透過波長選
択フィルタへの許容入射角の大きさの範囲を定めた式で
ある。本発明の光源光学系では、集光レンズ系の前群を
通過した軸上光束は透過波長選択フィルタに対して角度
を有して入射するが、前述したように、上記フィルタへ
の光線の入射角は２０°以下が好ましい。従って、集光
レンズ系の前群のＦナンバーの絶対値は、１／（２sin
２０°）＝１．４６２以上、即ち上記条件式（１）を満
足することが必要とされる。上記条件式（２）は、ライ
トガイド入射端面への光線の入射角の大きさの範囲を定
めた式である。ライトガイド入射端面への光線の入射角
の大きさは、内視鏡の照明系による観察面上の配光の向
上を考慮すると、少なくとも２０°以上は必要である。
一方、一般に、ライトガイドの開口数は０．６〜０．８
程度であり、スキュー光線による光の伝達を考慮して
も、ライトガイドの入射端面に開口数が０．９以上の光
線を入射させるのは光量の利用効率上好ましくない。従
って、集光レンズ系全系Ｆナンバーの絶対値は、１／
（２sin ２０°）＝１．４６２よりも小さく、且つ、１
／（２×０．９）＝０．５５６よりも大きいこと、即ち
上記条件式（２）によって示した範囲を満足することが
必要になる。

【００２１】

【実施例】以下、図示した実施例に基づき本発明を詳細
に説明する。第一実施例 図２は、本実施例にかかる光源光学系の構成を示す光軸
に沿う断面図である。図のように、集光レンズ系２は凸
作用を有した前群２ａと後群２ｂとの二枚のレンズによ
り構成されている。集光レンズ系２の前群２ａは光源１
側に凸形状，ライトガイド４側に凹形状をなし、レンズ
系全体では凸作用を有し、その凸面は非球面になってい
る。又、集光レンズ系２の後群２ｂは、光源１側及びラ
イトガイド４側双方に凸形状をなし、レンズ全体として
は凸作用を有し、光源１側の凸面は非球面に形成されて
いる。上記非球面の形状は、二面ともレンズの光軸Ｌ_C
付近で曲率が強く、且つ、光軸Ｌ_C から離れるに従って
曲率が弱くなる凸形状をなし、球面収差，コマ収差を良
好に補正している。更に、集光レンズ系２の前群２ａと
後群２ｂとの間には、透過波長選択フィルタとしての回
転カラーフィルタ５と、透過光量調節手段としての絞り
機構６とが配置されている。

【００２２】絞り機構６を光学系内の光路中に配置する
場合には、照明光源１と集光レンズ系２との間の光束径
が大きい光路中に配置すると絞り機構６が大型化してし
まって、光学系のコンパクト化を害してしまう。図７
（ｂ）に示したような集光レンズ系とライトガイドとの
間の光路中に配置する場合には、従来、図６に示すよう
に、円板の該当側部の一部を切欠部として中心部に向
け、略扇形状に切欠いて用い、光路中を下方に平行移動
或いは回転移動させることで、その移動量に対応して光
束３０の一部を遮光してライトガイドの端面への入射光
量を可変にし得る構成をなす絞り機構３１が周知であ
る。この場合、絞りを絞り込んでいくと、光束が周辺部
から遮光されることになり、ライトガイドの入射端面に
入射される光束の配光強度分布が変化し、この結果、ラ
イトガイドの射出端面から被写体に向けて射出される照
明光の配光特性も変化してしまう。又、上記ライトガイ
ドは、通常、伝達可能となる光の最大入射角の大きさは
波長に依存している。即ち、開口数が波長によって異な
るために、前述のように、絞りを絞りこんでいくと波長
依存性の大きい光束の周辺部側から次第に遮光されてそ
の照明光の分光特性も絞り量によって変化することにな
るという問題が生じる。

【００２３】そこで、上記問題を解消した絞り機構、例
えば光路中に移動自在に設けた遮光板にその移動に伴っ
て異なる所定の開口率を有した多数の透孔を分散して設
けその遮光板を移動させることにより光量調節を行うも
のや、かかる遮光板の代わりに反射率が移動方向に沿っ
て異なるＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタを用
いてこれを移動させることにより光量調節を行うもの等
が用いられる。しかし、この絞り機構は、上記従来の絞
り機構よりも構造が複雑化するため、集光レンズ系とラ
イトガイドとの間のスペースに配置することは困難にな
る。従って、このような絞り機構は、かかる絞り機構を
配置するのに十分なスペースを有し、且つ、光束径ので
きるだけ小さい位置に配置されるのが好ましい。

【００２４】このような理由から本実施例の光源光学系
にでは、図３に示すように、遮光板６ａに異なる所定の
開口率を有した多数の透孔｛図の（ａ）〜（Ｄ）｝が分
散して設けられたタイプの透過光量調節手段６を集光レ
ンズ系２の前群２ａと後群２ｂとの間の光路中に移動自
在に配置した。このようにしたことで、光量を絞ったと
きでも照明光の配光特性や分光特性が変化することな
く、且つ、比較的コンパクトな絞り機構が実現できる。
尚、本実施例において使用した透過光量調節手段の他に
も、光を透過させる開口の大きさを変化させることによ
り、透過光量を制御し、且つ、照明光の配光特性や分光
特性を変化させることのない透過光量調節手段は多数あ
るが、それらの機構が複雑なものであっても、本実施例
に示した光学系では、余裕をもって配置可能なスペース
を確保できる。

【００２５】本実施例の光学系では、軸上光線の回転カ
ラーフィルタへの入射角度は１３°である。又、本実施
例では、回転カラーフィルタは、赤，青，緑の三色につ
いて夫々の色の波長域に属する光線のみを透過し、それ
以外の波長の光を反射する特性を有する干渉型の色分離
フィルタを同一円板の円周上に配置して用いている。こ
の回転カラーフィルタは、光路中に着脱自在に配置され
ている。従来の色分離フィルタの分光透過率特性では、
赤外線を十分に遮断しきれないため、回転カラーフィル
タの他に赤外線遮断フィルタが別途光路中に配置されて
いるが、かかる色分離フィルタの照明光源側の面に赤外
線反射コートを施し、ライトガイド側の面に色分離特性
を有するコーティングを施すようにすれば、上記赤外線
遮断フィルタを省略することも可能になり、光源光学系
を更にコンパクトに構成できる。又、本実施例の光源光
学系は、集光レンズ系を二枚のレンズにより構成したこ
とで、従来の透過波長選択フィルタの性能を良好に保持
するように考慮された光源光学系のレンズ構成枚数に比
べて、十分にレンズの枚数を削減できるため、従来の光
源光学系が有する問題点であるフレネル反射による光量
の損失を低減でき、而も光学系全系をコンパクトに構成
することが可能になる。

【００２６】以下、本実施例の光源光学系にかかるレン
ズの数値データを示す。 Ｄ＝１．１７２，フィルタへの入射角＝１３．１° ｒ₁ ＝0.9028 (非球面) ｄ₁ ＝0.69 Ｒ₁ ＝0.86 ｎ₁ ＝1.52307 ν₁ ＝
58.49 ｒ₂ ＝1.3326 ｄ₂ ＝0.99 Ｒ₂ ＝0.67 ｒ₃ ＝∞ (非球面) ｄ₃ ＝0.43 Ｒ₃ ＝0.41 ｎ₃ ＝1.52307 ν₃ ＝
58.49 ｒ₄ ＝-1.3898 ｄ₄ ＝0.19 Ｒ₄ ＝0.41 ｒ₅ ＝∞ (ライトガイドの入射端面) ｄ₅ ＝0.000 Ｒ₅ ＝0.07

【００２７】非球面係数 第１面 Ｐ＝1.0000 Ｈ＝-0.39680 第３面 Ｐ＝1.0000 Ｂ＝1.351910, Ｅ＝1.39600, Ｆ＝-7.82090, Ｇ＝-17.9990

【００２８】本実施例における上記条件式（１）の値は ｜ｆ₁ ／Ｄ｜＝２．９４２ であり、又、上記条件式（２）の値は ｜Ｆ／Ｄ｜＝０．８５３ である。

【００２９】第二実施例 図４は、本実施例にかかる光源光学系の構成を示す光軸
に沿う断面図である。図のように、本実施例の光源光学
系も、第一実施例において示した光学系と同様に、集光
レンズ系２は凸作用を有した前群２ａと後群２ｂとの二
枚のレンズにより構成されている。集光レンズ系２の前
群２ａは光源１側に凸形状，ライトガイド４側に凹形状
をなし、レンズ系全体では凸作用を有している。又、集
光レンズ系２の後群２ｂは、光源１側及びライトガイド
４側双方に凸形状をなし、レンズ全体としては凸作用を
有し、光源１側の凸面は非球面に形成されている。上記
非球面の形状は、レンズの光軸Ｌ_C 付近で曲率が強く、
且つ、光軸Ｌ_C から離れるに従って曲率が弱くなる凸形
状をなし、球面収差，コマ収差を良好に補正している。
更に、集光レンズ系２の前群２ａと後群２ｂとの間に
は、透過波長選択フィルタとしての赤外線遮断フィルタ
７と、透過光量調節手段としての絞り機構８とが配置さ
れており、ファイバスコープやモザイクフィルタ方式の
電子スコープ用の照明光源装置として白色光を供給し得
るように構成されている。

【００３０】本実施例の光源光学系に備えられた透過光
量調節手段としての絞り機構８には、反射率が移動方向
に沿って異なる反射型のＮＤフィルタが用いられてお
り、これを移動させることにより光量の調節を行ってい
る。上記ＮＤフィルタ方式の絞り機構８は、光の透過率
を変化させることにより透過光量を制御し得る透過光量
調節手段の一つであるが、このような態様の絞り機構で
も、第一実施例において示した絞り機構と同様に、光量
を絞ったときでも照明光の配光特性や分光特性が変化す
ることなく、且つ、比較的コンパクトに構成できる。
又、本実施例の光源光学系においても、第一実施例にお
いて示したものと同様に、光の透過率を変化させること
によって透過光量を制御し、且つ、照明光の配光特性や
分光特性を変化させることのない複雑な機構の透過光量
調節手段であっても、余裕をもって配置できるスペース
を確保できる。

【００３１】本実施例の光源光学系においては、軸上光
線の赤外線遮断フィルタへの入射角は１１°である。
又、本実施例の光源光学系では、赤外線反射型フィルタ
或いは赤外線吸収型フィルタを単独で用いても、又、こ
れら赤外線反射型フィルタと赤外線吸収型フィルタとを
併用してもよい。このように、反射型と吸収型のフィル
タを併用する場合には、夫々のフィルタを単独で用いる
場合に比べて、より効果的に赤外線を遮断することがで
きる。又、上記赤外線反射型フィルタとして、赤外線を
反射する特性の他に紫外線を反射し得る特性も合わせ持
たせるようにすれば、紫外線遮断フィルタを別途光路中
に設ける必要がなくなるため、更なる光学系のコンパク
ト化が推進される。

【００３２】以下、本実施例の光源光学系にかかるレン
ズの数値データを示す。 Ｄ＝１．４２，フィルタへの入射角＝１１° ｒ₁ ＝1.1551 ｄ₁ ＝0.78 Ｒ₁ ＝1.04 ｎ₁ ＝1.52307 ν₁ ＝
58.49 ｒ₂ ＝1.6172 ｄ₂ ＝1.08 Ｒ₂ ＝0.81 ｒ₃ ＝∞ (非球面) ｄ₃ ＝0.46 Ｒ₃ ＝0.49 ｎ₃ ＝1.52307 ν₃ ＝
58.49 ｒ₄ ＝-2.0215 ｄ₄ ＝0.32 Ｒ₄ ＝0.49 ｒ₅ ＝∞ (ライトガイドの入射端面) ｄ₅ ＝0.000 Ｒ₅ ＝0.09

【００３３】非球面係数 第３面 Ｐ＝1.0000 Ｂ＝1.26950, Ｅ＝0.13954, Ｆ＝-2.99020, Ｇ＝-4.66430

【００３４】本実施例における上記条件式（１）の値は ｜ｆ₁ ／Ｄ｜＝３．４４６ であり、又、上記条件式（２）の値は ｜Ｆ／Ｄ｜＝０．７０４ である。

【００３５】第三実施例 図５は本実施例にかかる光源光学系の構成を示す光軸に
沿う断面図である。本実施例の光源光学系も、第一実施
例において示した光学系と同様のレンズ構成を有してお
り、集光レンズ系２の前群２ａと後群２ｂとの間には、
赤外線遮断フィルタ９と回転カラーフィルタ１０とが配
置されている。この赤外線遮断フィルタ９及び回転カラ
ーフィルタ１０への軸上光線の入射角は１１°である。
本実施例の光源光学系は、上記のように構成されている
ため、かかる赤外線遮断フィルタ９と回転カラーフィル
タ１０とは、夫々有する性能を良好に保持しながら、小
型に構成されることが可能であり、従って、光学系全系
のコンパクト化及び低コスト化が容易に実現できる。

【００３６】以下、本実施例の光源光学系にかかるレン
ズの数値データを示す。 Ｄ＝１．１７２，フィルタへの入射角＝１１° ｒ₁ ＝0.8763 (非球面) ｄ₁ ＝0.69 Ｒ₁ ＝0.86 ｎ₁ ＝1.52307 ν₁ ＝
58.49 ｒ₂ ＝1.4602 ｄ₂ ＝0.99 Ｒ₂ ＝0.67 ｒ₃ ＝∞ (非球面) ｄ₃ ＝0.38 Ｒ₃ ＝0.41 ｎ₃ ＝1.52307 ν₃ ＝
58.49 ｒ₄ ＝-1.2839 ｄ₄ ＝0.2 Ｒ₄ ＝0.41 ｒ₅ ＝∞ (ライトガイドの入射端面) ｄ₅ ＝0.000 Ｒ₅ ＝0.07

【００３７】非球面係数 第１面 Ｅ＝0.10934, Ｆ＝-0.26626×10^-1,
Ｇ＝0.124500×10^-1 第３面 Ｐ＝1.0000 Ｂ＝1.43180, Ｅ＝1.68400, Ｆ＝-7.81730, Ｇ＝-18.0110

【００３８】本実施例における上記条件式（１）の値は ｜ｆ₁ ／Ｄ｜＝２．５４３ であり、又、上記条件式（２）の値は ｜Ｆ／Ｄ｜＝０．８５３ である。

【００３９】但し、上記各実施例中のｒ₁ ，ｒ₂ ，・・
・・は各レンズ面の曲率半径（非球面の場合には光軸近
傍の近似曲率半径）、ｄ₁ ，ｄ₂ ，・・・・は各レンズ
面の肉厚又は空気間隔、Ｒ₁ ，Ｒ₂ ，・・・・は各レン
ズ面の有効半径、ｎ₁ ，ｎ₂，・・・・は各レンズの屈
折率、ν₁ ，ν₂ ，・・・・は各レンズのアッベ数であ
る。更に、上記各実施例中の非球面形状は、上記非球面
係数を用いて以下の式により表される。但し、Ｘは光軸
方向、Ｙは光軸と垂直な方向、Ｐは円錐定数、Ｂ，Ｅ，
Ｆ，Ｇ，Ｈは夫々非球面係数である。

【００４０】尚、上記各実施例において説明した内視鏡
用光源光学系の構成要素は、各実施例のみに限定される
わけではない。例えば、第二実施例において示した光源
光学系に用いた赤外線遮断フィルタを、第三実施例にお
いて示した光学系に用いても差し支えない。又、本発明
の光源光学系に用いられる集光レンズ系では、その後群
として光の集光作用の差を設定するための数種類のレン
ズユニットを予め用意し、これらを光路中に着脱自在に
換挿できるようにすることで、ライトガイド入射端面へ
の光の入射角を選択可能にすることができる。このよう
にすることで、異なる開口数を有する数種類のライトガ
イドに対して一つの光源装置で対応できるようになる。

【００４１】以上説明したように、本発明による内視鏡
用光源光学系では、以下に示すような構成を有すること
も特徴としている。 （１）集光レンズ系の前群の焦点距離をｆ₁ 、照明光源
から射出される軸上光束の径の大きさをＤ、集光レンズ
系全系の焦点距離をＦとするとき、以下に示す条件式を
満足す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用光源光学系。 ｜ｆ₁ ／Ｄ｜＞１．４６２ ０．５５６＜｜Ｆ／Ｄ｜＜１．４６２ （２）上記光源光学系の光路中に配置されるフィルタは
赤外線遮断フィルタである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用光源光学系。 （３）上記光源光学系の光路中に配置されるフィルタは
色分離フィルタである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用光源光学系。 （４）上記光源光学系の光路中に配置されるフィルタは
赤外線遮断フィルタ及び色分離フィルタであることを特
徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の内視鏡用光源
光学系。

【００４２】（５）上記集光レンズは、前群，後群が夫
々凸作用を有する一枚のレンズで構成され、全体として
二枚のレンズにより構成されている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用光源光学系。 （６）上記赤外線遮断フィルタには紫外線遮断特性が付
加されていることを特徴とする上記（２）又は（３）に
記載の内視鏡用光源光学系。 （７）上記色分離フィルタには赤外線遮断特性が付加さ
れていること特徴とする上記（３）又は（４）に記載の
内視鏡用光源光学系。 （８）上記赤外線遮断フィルタは赤外線反射型フィルタ
であることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載の
内視鏡用光源光学系。 （９）上記赤外線遮断フィルタは赤外線吸収型フィルタ
であることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載の
内視鏡用光源光学系。 （１０）上記赤外線遮断フィルタは赤外線反射型フィル
タと赤外線吸収型とが組合わされて構成されていること
を特徴とする上記（２）又は（３）に記載の内視鏡用光
源光学系。 （１１）上記集光レンズ系の前群は、光源側に凸面を，
ライトガイド側に凹面を夫々有し、全体として正のパワ
ーを有する一枚のレンズにより形成されていることを特
徴とする上記（９）に記載の内視鏡用光源光学系。

【００４３】

【発明の効果】上述したように、本発明の内視鏡用光源
光学系は、二群で構成された集光レンズ系の前群と後群
との間に、回転カラーフィルタ，赤外線遮断フィルタ等
の透過波長選択フィルタを配置することにより、その透
過波長選択フィルタの性能を損なうことなくかかるフィ
ルタの小型化を図ることができると共に、集光レンズ系
がコンパクトで光量損失の低減された光源光学系を実現
できるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内視鏡用光源光学系の基本構成図
である。

【図２】本発明の第一実施例にかかる光源光学系の構成
を示す光軸に沿う断面図である。

【図３】第一実施例の光源光学系において用いられる絞
り機構の構成図である。

【図４】本発明の第二実施例にかかる光源光学系の構成
を示す光軸に沿う断面図である。

【図５】本発明の第三実施例にかかる光源光学系の構成
を示す光軸に沿う断面図である。

【図６】従来の絞り機構の構成図である。

【図７】従来の光源光学系の構成を示す光軸に沿う断面
図であり、（ａ）は照明光源と集光レンズとの間に回転
カラーフィルタが配置されている状態を示す図，（ｂ）
は集光レンズとライトガイドとの間に回転カラーフィル
タが配置されている状態を示す図である。

【図８】干渉フィルタへの光線の入射角の変化と干渉フ
ィルタの分光透過率特性の変化との関係を示すグラフで
あり、（ａ）〜（ｅ）は夫々干渉フィルタへの光線の入
射角が０°〜４０°までの状態を１０°毎に示したグラ
フである。

【図９】従来の光源光学系の構成を示す光軸に沿う断面
図である。

【図１０】従来の光源光学系の構成を示す光軸に沿う断
面図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 集光レンズ系 ２ａ 前群 ２ｂ 後群 ３ 透過波長選択フィルタ ４ ライトガイド ５，１０ 回転カラーフィルタ ６，８ 絞り機構 ７，９ 赤外線遮断フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−130713（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−118509（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−11216（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−53921（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−41114（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−144009（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−295213（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−51411（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 1/00 - 1/32

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 白色光を射出する照明光源と、 該照明光源から発した光の透過光量を調節する透過光量
   調節手段と、 透過波長を選択するフィルタと、 前記照明光源からの光を集光する２枚構成の集光レンズ
   系と、 該集光レンズ系で集光された光束を入射端面に受け入れ
   て射出端面に伝送するライトガイドとが備えられた内視
   鏡用光源光学系において、前記フィルタが、前記集光レンズ系を構成する２枚のレ
   ンズの間に配置され、 前記集光レンズ系が、以下に示す
   条件を満足することを特徴とする内視鏡用光源光学系。 ｜ｆ₁／Ｄ｜＞１．４６２ （１） ０．５５６＜｜Ｆ／Ｄ｜＜１．４６２ （２） 但し、ｆ₁は前記集光レンズ系を構成する２枚のレンズ
   のうち前記照明光源に近い方のレンズの焦点距離、Ｄは
   前記照明光源から射出される軸上光束の径の大きさ、Ｆ
   は前記集光レンズ全系の焦点距離である。
2. 【請求項２】 前記集光レンズ系を構成する２枚のレン
   ズの間に、 少なくとも一枚以上のフィルタと、光を透過させる開口
   の大きさを変化させることにより透過光量を制御し得る
   透過光量調節手段としての絞り機構とを配置するように
   したことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光源光
   学系。
3. 【請求項３】 前記集光レンズ系を構成する２枚のレン
   ズの間に、 少なくとも一枚以上のフィルタと、光の透過率を変化さ
   せることにより透過光量を制御し得る透過光量調節手段
   としての絞り機構とを配置するようにしたことを特徴と
   する請求項１に記載の内視鏡用光源光学系。