JP3721342B2 - 落射照明方法およびその方法を用いる光学装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、観察対象物をほぼレンズに沿って照らす照明（以下、落射証明）方法に関する。
この方法は、用途を限るものではないが、硬性鏡やファイバースコープなどに用いるのが好適であり、本発明はそのような光学装置にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述の種類の光学装置は、一般に、対象物を落射照明しつつ、レンズにより反射光を捕らえて、対象物の像を得る構成である。
【０００３】
落射照明は、典型的には、光学器機の接眼ないし像側の光路の途中に半透明のハーフミラーを設け、光路外からの光をこのハーフミラーで曲げて、レンズを通して対象物を照らす方式で行われる。この様な方式は、例えば朝倉書店発行（１９９９年４月）の「実用光キーワード事典」、８２頁の図９．９に見られる。
また、別の落射照明の方式として、特開平９−２３８８９２号公報は、対物光学系の周りに固定した複数の照明光伝送用ファイバを用いることを示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のハーフミラーを用いる照明方式では、照明光がレンズ面の中央部で反射し、さらに対象物からの反射光の一部がハーフミラーを透過しあるいはハーフミラーで反射して拡散し、対象物の像の明るさや解像度が低下する。
一方、照明光ファイバを対物光学系の周囲に配する方式では、照明光を対象物へ正確に向けるのが難しく、また、装置先端の寸法が大きくなってしまい、微細部位の観察への対応が困難である。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明は、十分な明るさと解像度を得られる、落射照明方法の提供を目的とする。
本発明の別の目的は、構造が小型な、上記方法を行うための光学装置を提供することである。
【０００６】
上記最初の目的達成のため、本発明による、落射照明方法は、対物面が像側面より小さい截頭錐形状のレンズをレンズ系に用い、発光部をレンズの像側面の外側部分に接して設け、レンズの光路の外側部分を通して照明光を対象物へ導き、対象物からの結像光を、レンズの光路の中央部を通すことを特徴とする。
この構成によると、発光部からの光はレンズの光路へ直接入り、その外側部分を通って対象物を照らし、対象物からの結像光はレンズの光路の中央部を通って、発光部に妨げられることがない。その為、発光部からの照明光は損失が少なく、対象物の結像は、十分な明るさと、良好な解像度である。
【０００７】
第２の目的達成のため、本発明による光学装置は、対象物の像をつくるレンズ系と、この対象物を落射照明する少なくとも１つの発光部とを有する。この装置は、レンズ系が、対物面が像側面より小さい截頭錐形状のレンズを含み、発光部が、レンズの光路の外側部分を通して対象物を照らすとともに、このレンズの光路の中央部を通る対象物からの結像光を妨げないように、該レンズの像側面に接して光路の外側部分に配置されることを特徴とする。
この構成によると、前述の通り、発光部からの照明光は損失が少なく、また、対象物からの結像光が発光部に大きく妨げられることがなく、得られる像は十分な明るさと良好な解像度である。さらに、発光部をレンズの像側面に接してその光路内に配するため、装置の全体構造を小型化するとともに、レンズを截頭錐形状にすることによって、特にその対物面を小さくして、微細部位の観察に対応することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面に示す実施形態に基づいて、本発明の落射照明方法と光学装置をさらに詳細に説明する。
図１を参照すると、この実施態様の光学装置は、全体を参照符号１で示し、レンズ系、本実施形態では単一のレンズ２と、レンズ枠３と、そして照明具４とを有する。
【０００９】
レンズ２は、硬性鏡などに従来用いているものと同様な材質、形状、寸法でよい。
本実施形態では、レンズ２は、平坦な対物面２ａを先端に備えたほぼ截頭円錐状の形状で、対物面とは反対側の像側面２ｂは凸状に湾曲している。対物面２ａは直径が１ｍｍ、像側面２ｂは直径６ｍｍ、その湾曲がＲ＝１３．２ｍｍ、対物面から像側面までのレンズの長さは１２ｍｍである。このレンズは、約０．４ｍｍの範囲を観察するようになっている。また、レンズ２の側面には、光の出入りを防ぐ不透明コーティングを施している。
【００１０】
レンズ２は、本実施形態では円錐形状であるが、他の形状、例えば多角錐などに形成してもよい。また、本発明の光学装置におけるレンズ系は、この実施形態のような単一のレンズに限るものではなく、複数のレンズを組み合わせて用い得ることは言うまでもない。
【００１１】
レンズ枠３は、中空の截頭円錐形状で、アルミ材を機械加工して形成している。レンズ枠３の先端部分は、像側のレンズ端部を支承するようになっていて、ここにレンズ２を接着固定する。
【００１２】
照明具４は、レンズ２の光軸周りに等間隔で設けた４つの発光部ないし光ファイバー４ａを有する。本実施形態の光ファイバー４ａは、直径が１ｍｍである。これら発光部はレンズ系の光路の外側部分に配置して、レンズ系の中央部ないし内側部分に、対象物からの反射光用の光路を確保している。
【００１３】
すなわち、本実施形態では、光ファイバー４ａは、レンズの光軸方向に見てレンズ対物面２ａと重ならないように、それらの先端面を像側面２ｂの外側部分に対面させて配置する。レンズ枠３の外周にそれぞれの光ファイバー４ａを受け入れる溝穴を形成し、各光ファイバー４ａは、その先端面をレンズの像側面２ｂの最も外側部分に当てて、溝穴に接着固定している。これら光ファイバーの他端は、照明具４の光源４ｂ（図３）につながっている。
【００１４】
光学装置１を用いて本発明の落射照明方法を実施するには、レンズの対物面２ａが対象物に近接するように装置を位置決めして、照明具４を点灯する。すると、照明光が、光ファイバー４ａの先端からレンズの像側面２ｂに入射し、レンズの外周部分を通って、対物面２ａから対象物を照らす。
対象物からの反射光は、照明光とは逆方向にレンズの中央部を通り、像側面２ｂからでて結像光学系で像をつくる。この時、レンズ２の中央部を通る反射光は照明具４の発光部に妨げられることがなく、十分な明るさと良好な解像度の像が得られる。
【００１５】
なお、上記「外側」とはレンズの光軸から遠い方を、「内側」とは逆に近い方を言う。照明具４の発光部は、一般的には、レンズの光軸から最も遠い外縁部までの距離、本実施形態の場合には像側面２ｂの半径、の外側１／３内に配置することが最も好ましいが、レンズの形状や大きさによっては、外側１／２の範囲内としてもよい。
【００１６】
また、照明具４の発光部は少なくとも１つあれば良いが、一般的には、照明に影をつくらないように、少なくとも１対の発光部を、レンズ光軸を挟んで両側に対称状に設けることが好ましい。発光部は、本実施形態では光源につながった光ファイバーであるが、これに代えて、発光ダイオードと電力供給用ワイヤの組み合わせなどを用いてもよい。
【００１７】
次に、図２および図３を参照して、本発明による光学装置の別の実施形態を説明する。これらの図中、図１の光学装置と同様でよい構成部分には同じ参照符号を付して説明を省略する。
【００１８】
図示の実施形態は、観察対象物を電子映像化する硬性鏡１０である。この硬性鏡は、先端ケース１１、先端ケース継手１２、レンズ２、レンズ枠３、スライド枠１３、ガイド枠１５、フォーカスリング１６、焦点調整筒１７、鏡筒１８、Ｃマウント受け１９、そしてＣＣＤ撮像ユニット２０で構成する。
これら先端ケース、先端ケース継手、スライド枠、ガイド枠、フォーカスリング、焦点調整筒、鏡筒、そしてＣマウント受けは、レンズ枠３と同様にアルミ材を機械加工して形成している。これに代えて、これら構成部品をプラスチック材料で成形してもよい。
【００１９】
先端ケース１１は、レンズ枠３を覆う中空円錐の形状であって、その側部に、光ファイバー４ａを通す穴１１ａを設けている。継手１２は、先端ケース１１の後方開口を閉ざすリング部材である。先端ケース１１と継手１２は、先端ケース１１をレンズ装置のレンズ枠３に被せ、光ファイバー４ａを先端ケース１１の穴１１ａを通して外へ導いた後に、両者の端部に設けた雌雄ネジをかみ合わせて結合する。
【００２０】
ガイド枠１５は円筒形状で、側部に、軸線方向に細長いガイド穴１５ａを穿設している。ガイド枠１５は、その両端に形成した雄ネジを介して、レンズ枠３と鏡筒１８に結合する。ガイド枠１５の端部上に、上述の先端ケース継手１２を、止めネジを用いて固定する。さらに、鏡筒１８の他端には、円筒状のＣマウント受け１９を介して、ＣＣＤ撮像ユニット２０を取り付ける。
このようにして、先端ケース１１、レンズ装置１、ガイド枠１５、鏡筒１８、そしてＣＣＤ撮像ユニット２０を一体状に組み立てて、レンズ２からＣＣＤ撮像ユニット２０へ至る光路を形成している。
【００２１】
スライド枠１３は、ガイド枠１５内を摺動可能な円筒部材である。スライド枠１３の、レンズ装置側の端部にはレンズ枠１３ａを設け、ここに焦点調整用の第２のレンズ系、本実施態様では単一のレンズ１４、を取り付けている。また、スライド枠１３の側部には、ガイド枠の穴１５ａを通るガイドピン１３ｂを立設している。
【００２２】
フォーカスリング１６は、ガイド枠１５上を回転可能な円筒部材である。フォーカスリング１６の側部には、斜め円周方向に延びた細長いガイド穴１６ａを設けている。フォーカスリング１６は、このガイド穴１６ａにスライド枠のガイドピン１３ｂを通して、ガイド枠１５上に装着する。フォーカスリング１６が回転すると、傾斜したガイド穴１６ａが、スライド枠のガイドピン１３ｂを、枠１５のガイド穴１５ａに沿って押したり引いたりして動かすことになる。
【００２３】
焦点調整筒１７は、鏡筒１８上を回転可能な円筒部材で、止めネジを用いてフォーカスリング１６に結合している。従って、焦点調整筒１７を回すことにより、フォーカスリング１６およびガイドピン１３ｂを介して、スライド枠１３がレンズ２に近づくように、或いはレンズから遠ざかるように移動して、対象物の結像の位置を調整することができる。
【００２４】
図３に見られるように、照明具４の光ファイバー４ａは、先端ケース１１の穴１１ａを通して外部へ導いている。これら光ファイバー上には、可撓性の保護カバー４ｃを装着する。
【００２５】
このように構成した硬性鏡１０を用いるには、前述の通りに、レンズ対物面２ａが対象物に近接するように硬性鏡１０を位置決めして、照明具４により対象物を照らす。対象物からの反射光は、レンズ２と１４を通って、ＣＣＤ撮像ユニット２０上に結像する。この時、ＣＣＤ撮像ユニット２０から適正な画像が出力されるように、焦点調整筒１７を回して結像の位置を調整する。かくして得られた画像は、照明具４の発光部に大きく妨げられることがなく、十分な明るさと良好な解像度である。
【００２６】
なお、本発明の光学装置は、説明した硬性鏡の他に、像を受ける手段として、ＣＣＤ撮像ユニットに代えて、可撓性の光ファイバーなどを用いれば、内視鏡とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学装置の実施形態を示す、部分断面の側面図である。
【図２】本発明による光学装置の別の実施形態を示す分解斜視図である。
【図３】図２の光学装置の要部を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１ 光学装置
２ レンズ
２ｂ 像側面
４ａ 光ファイバー（発光部）
１０ 硬性鏡（光学装置）
２０ ＣＣＤ撮像ユニット

Claims (7)

1. 対象物の像をつくるレンズ系にほぼ沿ってこの対象物を照らす落射照明方法において、対物面が像側面より小さい截頭錐形状のレンズをレンズ系に用い、発光部をレンズの像側面の外側部分に接して設け、レンズの光路の外側部分を通して照明光を対象物へ導き、対象物からの結像光を、レンズの光路の中央部を通すことを特徴とする落射照明方法。
2. 対象物の像をつくるレンズ系と、この対象物を落射照明する少なくとも１つの発光部とを有する光学装置において、レンズ系は、対物面が像側面より小さい截頭錐形状のレンズを含み、発光部は、レンズの光路の外側部分を通して対象物を照らすとともに、このレンズの光路の中央部を通る対象物からの結像光を妨げないように、該レンズの像側面に接して光路の外側部分に配置することを特徴とする光学装置。
3. 請求項２に記載の装置において、前記発光部は、前記レンズの光軸から最も離れた外縁部までの距離の半分よりも外側に配置する、光学装置。
4. 請求項２または３に記載の装置において、前記発光部は光源につながった光ファイバーである、光学装置。
5. 請求項２から４のいずれかに記載の装置において、少なくとも２つの発光部を前記レンズの光軸を中心として対称に設ける、光学装置。
6. 請求項２から５のいずれかに記載の装置であって、さらに、前記レンズ系の像側に設けた、対象物の像を受けるための手段とを有する、光学装置。
7. 請求項６に記載の装置において、前記対象物の像を受けるための手段は、電子撮像素子と、この素子と前記レンズ系の間に可動に設けた、対象物の像を該電子撮像素子上に結像させるための第２のレンズ系とを含む、光学装置。

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