JP4242105B2 - 内視鏡配光レンズ及びその成形金型の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、内視鏡の体内挿入部の先端部に設けられる配光レンズに関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
内視鏡の体内挿入部の先端の照明は、一般的に光源の光を、体内挿入部内部に配設された照明用光ファイバ束により挿入部の先端部に導き、該挿入部の先端部に設けた配光レンズにより観察対象に向けて照射することで行われている。配光レンズとしては従来、照明用光ファイバ束の光束出射端面側を凹面とした平凹の単レンズが一般的に用いられているが、平凹の配光レンズは、照明範囲の中心は十分な光強度が得られるものの、周辺部での光量低下が著しい。近年、内視鏡の視野角の広角化の進行に伴い、挿入部の先端の照明は、照明範囲が広角で周辺でも光強度が低下しないものが要求されており、平凹単レンズからなる配光レンズではこの要求に応えることができない。
【０００３】
配光角が大きくなっても周辺部の光強度があまり低下しないようにするために、配光レンズを複数枚のレンズで構成すると、内視鏡の挿入部先端の小型化が困難となり、製造コストも上昇してしまう。
【０００４】
また、配光レンズに非球面レンズを用いる場合、この非球面レンズの形状は、周辺部の光強度を上げるという要求を満たすため、光軸から離れるに従って曲率が大きくなる非球面として設計されるので、正レンズの場合はレンズ厚が大きくなり、また負レンズの場合はコバ厚が大きくなる。このため、内視鏡の挿入部先端が大型化したり、コバ面で散乱される光線が多くなり効率が悪化する。
【０００５】
また、レンズ厚を小さくするためにフレネルレンズやＶ字輪帯レンズを用いることが提案されているが、内視鏡の配光レンズのような微少なレンズをフレネルレンズやＶ字輪帯レンズとして加工するのは容易でない。また、これらのレンズを成形品、特にガラスモールドで成形するには、高強度の金型材料が必要になるが，これをフレネルレンズやＶ字輪帯状に加工するには針先ほどの非常に細い研削砥石が必要になり，金型加工が困難である。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、単レンズからなり、加工が容易で、かつ配光角が大きくなっても周辺部の光強度が大きく低下することのない内視鏡の配光レンズを提供することを目的とする。
【０００７】
【発明の概要】
本発明の内視鏡の配光レンズは、内視鏡の体内挿入部の先端部に位置し、疑似面光源の光を観察対象に向けて照射する単レンズからなる配光レンズであって、疑似面光源との対向面に、略多角錐状の多数のディンプルまたは凸部が配置されていること、一つのディンプルまたは凸部を構成する複数の傾斜面が配光レンズ光軸に対してなす角度は、互いに異なっていること、及び条件式（１）及び（２）を満足することを特徴としている。
（１）α- sin-1｛（1/n）×sin(α-２０)｝＜sin-1(1/n)
（２）Ｐ≦φL ／２
但し、
α：ディンプルまたは凸部の傾斜面の法線と光軸がなす角（゜）、
ｎ：配光レンズの屈折率、
Ｐ：ディンプルまたは凸部の配列ピッチ、
φL：配光レンズの外径、
である。
【０００９】
多角錐状のディンプルを有する配光レンズと多角錐状の凸部を有する配光レンズは、多角錐形状を同一とすれば、光学的な作用もほぼ同一と考えられるが、配光レンズをガラスモールド又は合成樹脂モールドによって形成する場合には、ディンプルとすることが好ましい。すなわち、ディンプルを形成する金型は、ディンプル形成面に対応する成形金型平面に、切削部断面が略Ｖ字状をなす回転刃物で互いに交差する直線溝を多数形成してディンプルに対応する多角錐状凸部を形成することで構成することができ、その成形が容易である。ディンプルまたは凸部の多角錐は、三角錐ないし六角錐とするのが実際的である。あまり傾斜面数を多くすると、金型加工の容易性が失われる。
【００１０】
隣り合うディンプルの間の区画線，または凸部の頂部は、光軸と直交する平面または曲面とすることが好ましい。また、ディンプルを有する配光レンズの成形金型において、一つのディンプルを構成する複数の傾斜面の角度を異ならせるには、回転刃物の切削部断面のＶ字形状を、該回転刃物の回転軸に直交する平面に対して非対称形状とすることで容易に対処できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１と図２は、本発明による内視鏡配光レンズの一般構成を示している。配光レンズ１０の背後には照明用光ファイバ束２０の光束出射端面２０ａが位置しており、プロセッサーに設けた光源からの光は、照明用光ファイバ束２０の光束入射端面から入射して、該光束出射端面２０ａから出射される。この光束出射端面２０ａは、平面（正面）略円形の疑似面光源である。疑似面光源は、照明用光ファイバ束２０の光束出射端面２０ａの他、ＬＥＤ等の発光素子としてもよい。照明用光ファイバ束２０は、周知のように、内視鏡の基部の照明装置と図１に想像線で示す内視鏡の体内挿入部３０先端との間に配置され、体内挿入部３０の先端に配光レンズ１０が臨む。
【００１４】
配光レンズ１０の光束出射端面２０ａとの対向面（第１面）には、截頭多角錐状のディンプル（凹部）１１ｒまたは凸部１１ｐが多数整列させて形成されている。図１と図２では、ディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐの傾斜面１１ｘの断面稜線のみを描いている。截頭とは、ディンプル１１ｒの底面または凸部１１ｐの頂部に、光軸と直交する平面１１ｆを形成した形状をいう。ディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐの反対側の面（第２面）は、光軸と直交する平面１２からなっている。
【００１５】
図３ないし図７は、錐体形状を四角錐としたときのディンプル１１ｒと凸部１１ｐの形状例を示している。図３は、多数のディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐを縦横に（マトリックス状に）並べたときの正面図であり、配光レンズ１０にディンプル１１ｒを形成しても凸部１１ｐを形成してもこの正面形状は同一に表れる。これに対し、図４と図５はディンプル１１ｒの場合の形状を描いており、図６と図７は凸部１１ｐの場合の形状を描いている。両者の差は、ディンプル１１ｒでは隣り合うディンプル１１ｒの間に凸部からなる区画線１１ｙが表れるのに対し、凸部１１ｐでは隣り合う凸部１１ｐの間に凹部からなる区画線１１ｚが表れる点にある。凸区画線１１ｙ、凹区画線１１ｚは、図示例では一定の幅を有するが、エッジ（線）状または曲面断面を有する区画線としてもよい。
【００１６】
一方、ディンプル１１ｒでも凸部１１ｐでも、傾斜面１１ｘの光学的な作用は同じである。図９と図１０は、傾斜面１１ｘによる光束の屈折作用を示すもので、図９は、ディンプル１１ｒの区画線１１ｙまたは凸部１１ｐに平面１１ｆが存在しない場合、図１０は平面１１ｆが存在する場合を示している。区画線１１ｙまたは平面１１ｆが存在しないと、図９のように一つの傾斜面１１ｘで屈折した光束が別の傾斜面１１ｘで全反射する光線が増加するのに対し、区画線１１ｙまたは平面１１ｆが存在すると、図１０のように、傾斜面１１ｘどうしの間隔が広がる（広げることができる）ので、傾斜面１１ｘで屈折した光線が別の傾斜面１１ｘに達して全反射するのを低減できる。勿論、平面１１ｆを形成しない場合でも、ディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐの深さ（高さ）や間隔（傾斜面の角度）を適当に設定することにより、別の傾斜面で全反射する光線数を減らすことが可能である。
【００１７】
本実施形態の配光レンズ１０は、光束出射端面２０ａ側に、以上のようなディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐを多数縦横に整列させることで、光束出射端面２０ａの光を周辺部に広げて配光特性を改善することができる。平面１１ｆを形成するか否か、傾斜面１１ｘの法線が光軸となす角度αの大小、配光レンズ１０の厚さｄ等の要素は、適当な配光特性が得られるように定める。また，傾斜面１１ｘは平面のみでなく曲面でもよい。
【００１８】
図１ないし図７の例では、傾斜面１１ｘの角度αを同一に設定しているが、傾斜面１１ｘの角度を異方向であるいは配光レンズ１１上の平面位置で変化させて、照明方向（位置）により配光特性を変化させることも可能である。例えば、水平方向の傾斜面の傾きを垂直方向の傾斜面の傾きより急にすると、水平方向の配光は垂直方向より広がる。よって、観察画面が略長方形の場合、長辺方向の配光を短辺方向より広げるようにすることができる。また、観察画面が長方形などで円形でない場合、画面中心から対角（最大画角方向）に向かう方向と垂直に傾斜面を設けることにより、この方向へ配光を広げることができる。
【００１９】
上述のように、ディンプル１１ｒでも凸部１１ｐでも、光学的な作用は同様であるが、配光レンズ１０を金型によって成形する場合には、ディンプル１１ｒが好ましい。すなわち、成形金型は、一般的に加工が困難である。しかし、配光レンズ１０にディンプル１１ｒを形成する場合には、研削加工のみで金型加工ができる。図８は研削加工のみで金型を加工する場合の概念図である。金型素材１５の成形金型平面１５ａに、切削部断面が略Ｖ字状をなす回転刃物（ホイル状砥石）１６で直線溝を形成し、これらの直線溝を交差させてディンプル１１ｒに対応する凸部を形成すれば、該Ｖ字状直線溝が配光レンズ１０のディンプル１１ｒの傾斜面１１ｘと凸区画線１１ｙの形成対応面となる。また、回転刃物１６の切削部断面のＶ字形状は、該回転刃物の回転軸１６ｙに直交する平面１６ｘに対して非対称形状とすれば、成形金型１５によって成形される隣り合う傾斜面１１ｘの傾斜角αを異ならせることができる。さらに，回転刃物１６の切削部断面が曲面でもよく、この場合傾斜面１１ｘは曲面が形成される。
このように、金型のディンプル対応面をホイール状の砥石のＶ字状断面の切削部で形成できるので、金型加工が容易で、また、加工時間も短時間ですむ。
【００２０】
ディンプルと金型の関係は、図４ないし図７を用いて簡単に説明することができる。すなわち、図４、図５が配光レンズ１０のディンプル１１ｒの形状であるとすると、図６、図７の配光レンズ１０の凸部１１ｐの形状が金型形状となる。逆も成立する。
【００２１】
条件式（１）は傾斜面の角度を規定する。この条件から外れると、第２面で全反射する光線が増加し、照射される光量が低下する。
【００２２】
条件式（２）はディンプル１１ｒまた凸部１１ｐの大きさを規定する。この条件から外れた場合、ディンプル１１ｒの深さ（凸部１１ｐの高さ）を小さくした場合に光軸と垂直な面の面積が大きくなり（傾斜面の割合が少なくなり）、周辺部の光量が小さくなる。または、光軸と垂直な面を小さくすると、ディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐのピッチが大きくなるとともに深さが大きくなるため、レンズの厚さが大きくなる。
【００２３】
次に本発明による配光レンズ１０の具体的な数値実施例１ないし５と比較例を説明する。すべての実施例と比較例の光源は、φ１．５ｍｍの照明用光ファイバ束２０の光束出射端面２０ａであり、第２面はいずれも光軸と直交する平面である。次の表中、ΦL は配光レンズ１０の外径[ｍｍ]、ｄは最大厚さ[ｍｍ]、ｎは屈折率、νはアッベ数、α（α１、α２）はディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐの傾斜面１１ｘの法線と光軸がなす角（゜）、Ｈはディンプル１１ｒの深さまたは凸部１１ｐの高さ[ｍｍ]、Ｐはディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐの配列ピッチ[ｍｍ]、Ｗｒは実施例１ないし４ではディンプル１１ｒの区画線、実施例５では凸部１１ｐの頂部の平面の幅[ｍｍ]を示している。また、配光特性を示すグラフの縦軸の「強度比」は、比較例の配光角（横軸）が０[゜]のときの光強度を１．０とした場合の各配光角における光強度の比を示し、０゜、４５゜、９０゜は、図１１、図１４、図１７、図２０及び図２１の上下方向を０゜方向（基準方向）とした角度である。
【００２４】
[実施例１]
図１１ないし図１３は、本発明による配光レンズ１０の実施例１を示している。第１面にはディンプル１１ｒが形成されている。図１１、図１２はディンプル形状（すべての傾斜面１１ｘの角度αが同一な整列四角錐）を示し、表１はその数値データである。図１３はその配光特性を示している。
【表１】
φL＝２．０
ｄ＝０．４０
ｎ＝１．５１６３３
α＝３８．０゜
Ｈ＝０．１０
Ｐ＝０．２５６
Ｗｒ＝０
【００２５】
[実施例２]
図１４ないし図１６は、本発明による配光レンズの実施例２を示している。第１面にはディンプル１１ｒが形成されている。図１４、図１５はディンプル形状（変形四角錐）を示し、表２はその数値データである。図１６はその配光特性を示している。この実施例２では、図１４のXV‐XV方向と、これに直交する方向で断面形状は同一だが、レンズの中心部と周辺部で傾斜面１１ｘの角度α及び形状が異なっており、中心部をα１（Ｈ１、Ｐ１、Ｗｒ１）、周辺部をα２（Ｈ２、Ｐ２、Ｗｒ２）として表した。
【表２】
φL＝２．０
ｄ＝０．３７
ｎ＝１．５１６３３
α１＝５０．０゜
Ｈ１＝０．０５
Ｐ１＝０．１２４
Ｗｒ１＝０．０２０
α２＝３８．０゜
Ｈ２＝０．０５
Ｐ２＝０．１６８
Ｗｒ２＝０．０２０
【００２６】
[実施例３]
図１７ないし図１９は、本発明による配光レンズの実施例３を示している。第１面にはディンプル１１ｒが形成されている。図１７、図１８はディンプル形状（すべての傾斜面１１ｘの角度αが同一な整列三角錐）を示し、表３はその数値データである。図１９はその配光特性を示している。
【表３】
φL＝２．０
ｄ＝０．３０
ｎ＝１．５１６３３
α＝５０．０゜
Ｈ＝０．０５
Ｐ＝０．２０８
Ｗｒ＝０．０２０
【００２７】
[実施例４]
図２０ないし図２２は、本発明による配光レンズの実施例４を示している。第１面にはディンプル１１ｒが形成されている。図２０、図２１はディンプル形状（変形三角錐と変形四角錐）を示し、表４はその数値データである。図２２はその配光特性を示している。この実施例４では、図２０のXXI‐XXI方向と、これに５３．１°をなす方向で傾斜面１１ｘの角度α及び形状が異なっており、これをα１（Ｈ１、Ｐ１、Ｗｒ１）とα２（Ｈ２、Ｐ２、Ｗｒ２）として表した。
【表４】
φL＝２．０
ｄ＝０．４０
ｎ＝１．５１６３３
α１＝４０．０゜
Ｈ１＝０．１０
Ｐ１＝０．４００
Ｗｒ１＝０．０４０
α２＝５０．０゜
Ｈ２＝０．１０
Ｐ２＝０．２４０
Ｗｒ２＝０．０４０
【００２８】
[実施例５]
図２３ないし図２５は、本発明による配光レンズの実施例５を示している。第１面には凸部１１ｐが形成されている。図２３、図２４は凸部形状（すべての傾斜面１１ｘの角度αが同一な整列四角錐）を示し、表５はその数値データである。図２５はその配光特性を示している。
【表５】
φL＝２．０
ｄ＝０．３２
ｎ＝１．５１６３３
α＝５０．０゜
Ｈ＝０．０５
Ｐ＝０．１６４
Ｗｒ＝０．０６０
【００２９】
「比較例」
図２６に、比較例として、光束出射端面２０ａとの対向面を凹面とした平凹レンズを示した。この平凹の配光レンズの数値データを表６に示し、その配光特性を図２７に示す。
【表６】
ｒ１＝−０．９００ ｒ２＝∞
ｄ１＝０．４０
ｎ＝１．５１６３３
ν＝６４．１
ｈ0＝０．７５
【００３０】
図２７のグラフから分かるように、従来の平凹の配光レンズは、照明範囲の中心は明るいものの、配光角が大きくなると光強度が大きく低下してしまうため（周囲が暗くなるため）、照明むらが生じてしまうのに対し、実施例１ないし５では配光特性が改善されていることが分かる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、単レンズからなる配光レンズであって、配光角が大きくなっても光強度が大きく低下することのない内視鏡の配光レンズが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内視鏡配光レンズと疑似面光源との一般的関係を示す断面である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】四角錐ディンプルまたは凸部を有する本発明による配光レンズの正面図である。
【図４】図３の正面形状を有する四角錐がディンプルからなる配光レンズの部分斜視図である。
【図５】図４のV‐V線に沿う断面図である。
【図６】図３の正面形状を有する四角錐が凸部からなる配光レンズの部分斜視図である。
【図７】図６のVII‐VII線に沿う断面図である。
【図８】図４、図５のディンプルを有する配光レンズの成形金型の製造方法を示す概念図である。
【図９】ディンプルまたは凸部の各傾斜面による光線の追跡図である。
【図１０】ディンプルの区画線または凸部の頂点に光軸と直交する平面を形成した場合の各傾斜面による光線の追跡図である。
【図１１】本発明による配光レンズの実施例１の正面図である。
【図１２】図１１のXII‐XII線に沿う断面図である。
【図１３】実施例１の配光特性を示すグラフである。
【図１４】本発明による配光レンズの実施例２の正面図である。
【図１５】図１４のXV‐XV線に沿う断面図である。
【図１６】実施例２の配光特性を示すグラフである。
【図１７】本発明による配光レンズの実施例３の正面図である。
【図１８】図１７のXVIII‐XVIII線に沿う断面図である。
【図１９】実施例３の配光特性を示すグラフである。
【図２０】本発明による配光レンズの実施例４の正面図である。
【図２１】図２０のXXI‐XXI線に沿う断面図である。
【図２２】実施例１の配光特性を示すグラフである。
【図２３】本発明による配光レンズの実施例５の正面図である。
【図２４】図２３のXXIV‐XXIV線に沿う断面図である。
【図２５】実施例５の配光特性を示すグラフである。
【図２６】従来の平凹レンズからなる配光レンズの断面図である。
【図２７】従来例の配光レンズの配光特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 配光レンズ
１１ｒ ディンプル（凹部）
１１ｐ 凸部
１１ｆ 平面
１１ｘ 傾斜面
１１ｙ 凸区画線
１１ｚ 凹区画線
１２ 平面
２０ 照明用光ファイバ束
２０ａ 光束出射端面（疑似面光源）
【技術分野】
本発明は、内視鏡の体内挿入部の先端部に設けられる配光レンズに関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
内視鏡の体内挿入部の先端の照明は、一般的に光源の光を、体内挿入部内部に配設された照明用光ファイバ束により挿入部の先端部に導き、該挿入部の先端部に設けた配光レンズにより観察対象に向けて照射することで行われている。配光レンズとしては従来、照明用光ファイバ束の光束出射端面側を凹面とした平凹の単レンズが一般的に用いられているが、平凹の配光レンズは、照明範囲の中心は十分な光強度が得られるものの、周辺部での光量低下が著しい。近年、内視鏡の視野角の広角化の進行に伴い、挿入部の先端の照明は、照明範囲が広角で周辺でも光強度が低下しないものが要求されており、平凹単レンズからなる配光レンズではこの要求に応えることができない。
【０００３】
配光角が大きくなっても周辺部の光強度があまり低下しないようにするために、配光レンズを複数枚のレンズで構成すると、内視鏡の挿入部先端の小型化が困難となり、製造コストも上昇してしまう。
【０００４】
また、配光レンズに非球面レンズを用いる場合、この非球面レンズの形状は、周辺部の光強度を上げるという要求を満たすため、光軸から離れるに従って曲率が大きくなる非球面として設計されるので、正レンズの場合はレンズ厚が大きくなり、また負レンズの場合はコバ厚が大きくなる。このため、内視鏡の挿入部先端が大型化したり、コバ面で散乱される光線が多くなり効率が悪化する。
【０００５】
また、レンズ厚を小さくするためにフレネルレンズやＶ字輪帯レンズを用いることが提案されているが、内視鏡の配光レンズのような微少なレンズをフレネルレンズやＶ字輪帯レンズとして加工するのは容易でない。また、これらのレンズを成形品、特にガラスモールドで成形するには、高強度の金型材料が必要になるが，これをフレネルレンズやＶ字輪帯状に加工するには針先ほどの非常に細い研削砥石が必要になり，金型加工が困難である。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、単レンズからなり、加工が容易で、かつ配光角が大きくなっても周辺部の光強度が大きく低下することのない内視鏡の配光レンズを提供することを目的とする。
【０００７】
【発明の概要】
本発明の内視鏡の配光レンズは、内視鏡の体内挿入部の先端部に位置し、疑似面光源の光を観察対象に向けて照射する単レンズからなる配光レンズであって、疑似面光源との対向面に、略多角錐状の多数のディンプルまたは凸部が配置されていること、一つのディンプルまたは凸部を構成する複数の傾斜面が配光レンズ光軸に対してなす角度は、互いに異なっていること、及び条件式（１）及び（２）を満足することを特徴としている。
（１）α- sin-1｛（1/n）×sin(α-２０)｝＜sin-1(1/n)
（２）Ｐ≦φL ／２
但し、
α：ディンプルまたは凸部の傾斜面の法線と光軸がなす角（゜）、
ｎ：配光レンズの屈折率、
Ｐ：ディンプルまたは凸部の配列ピッチ、
φL：配光レンズの外径、
である。
【０００９】
多角錐状のディンプルを有する配光レンズと多角錐状の凸部を有する配光レンズは、多角錐形状を同一とすれば、光学的な作用もほぼ同一と考えられるが、配光レンズをガラスモールド又は合成樹脂モールドによって形成する場合には、ディンプルとすることが好ましい。すなわち、ディンプルを形成する金型は、ディンプル形成面に対応する成形金型平面に、切削部断面が略Ｖ字状をなす回転刃物で互いに交差する直線溝を多数形成してディンプルに対応する多角錐状凸部を形成することで構成することができ、その成形が容易である。ディンプルまたは凸部の多角錐は、三角錐ないし六角錐とするのが実際的である。あまり傾斜面数を多くすると、金型加工の容易性が失われる。
【００１０】
隣り合うディンプルの間の区画線，または凸部の頂部は、光軸と直交する平面または曲面とすることが好ましい。また、ディンプルを有する配光レンズの成形金型において、一つのディンプルを構成する複数の傾斜面の角度を異ならせるには、回転刃物の切削部断面のＶ字形状を、該回転刃物の回転軸に直交する平面に対して非対称形状とすることで容易に対処できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１と図２は、本発明による内視鏡配光レンズの一般構成を示している。配光レンズ１０の背後には照明用光ファイバ束２０の光束出射端面２０ａが位置しており、プロセッサーに設けた光源からの光は、照明用光ファイバ束２０の光束入射端面から入射して、該光束出射端面２０ａから出射される。この光束出射端面２０ａは、平面（正面）略円形の疑似面光源である。疑似面光源は、照明用光ファイバ束２０の光束出射端面２０ａの他、ＬＥＤ等の発光素子としてもよい。照明用光ファイバ束２０は、周知のように、内視鏡の基部の照明装置と図１に想像線で示す内視鏡の体内挿入部３０先端との間に配置され、体内挿入部３０の先端に配光レンズ１０が臨む。
【００１４】
配光レンズ１０の光束出射端面２０ａとの対向面（第１面）には、截頭多角錐状のディンプル（凹部）１１ｒまたは凸部１１ｐが多数整列させて形成されている。図１と図２では、ディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐの傾斜面１１ｘの断面稜線のみを描いている。截頭とは、ディンプル１１ｒの底面または凸部１１ｐの頂部に、光軸と直交する平面１１ｆを形成した形状をいう。ディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐの反対側の面（第２面）は、光軸と直交する平面１２からなっている。
【００１５】
図３ないし図７は、錐体形状を四角錐としたときのディンプル１１ｒと凸部１１ｐの形状例を示している。図３は、多数のディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐを縦横に（マトリックス状に）並べたときの正面図であり、配光レンズ１０にディンプル１１ｒを形成しても凸部１１ｐを形成してもこの正面形状は同一に表れる。これに対し、図４と図５はディンプル１１ｒの場合の形状を描いており、図６と図７は凸部１１ｐの場合の形状を描いている。両者の差は、ディンプル１１ｒでは隣り合うディンプル１１ｒの間に凸部からなる区画線１１ｙが表れるのに対し、凸部１１ｐでは隣り合う凸部１１ｐの間に凹部からなる区画線１１ｚが表れる点にある。凸区画線１１ｙ、凹区画線１１ｚは、図示例では一定の幅を有するが、エッジ（線）状または曲面断面を有する区画線としてもよい。
【００１６】
一方、ディンプル１１ｒでも凸部１１ｐでも、傾斜面１１ｘの光学的な作用は同じである。図９と図１０は、傾斜面１１ｘによる光束の屈折作用を示すもので、図９は、ディンプル１１ｒの区画線１１ｙまたは凸部１１ｐに平面１１ｆが存在しない場合、図１０は平面１１ｆが存在する場合を示している。区画線１１ｙまたは平面１１ｆが存在しないと、図９のように一つの傾斜面１１ｘで屈折した光束が別の傾斜面１１ｘで全反射する光線が増加するのに対し、区画線１１ｙまたは平面１１ｆが存在すると、図１０のように、傾斜面１１ｘどうしの間隔が広がる（広げることができる）ので、傾斜面１１ｘで屈折した光線が別の傾斜面１１ｘに達して全反射するのを低減できる。勿論、平面１１ｆを形成しない場合でも、ディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐの深さ（高さ）や間隔（傾斜面の角度）を適当に設定することにより、別の傾斜面で全反射する光線数を減らすことが可能である。
【００１７】
本実施形態の配光レンズ１０は、光束出射端面２０ａ側に、以上のようなディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐを多数縦横に整列させることで、光束出射端面２０ａの光を周辺部に広げて配光特性を改善することができる。平面１１ｆを形成するか否か、傾斜面１１ｘの法線が光軸となす角度αの大小、配光レンズ１０の厚さｄ等の要素は、適当な配光特性が得られるように定める。また，傾斜面１１ｘは平面のみでなく曲面でもよい。
【００１８】
図１ないし図７の例では、傾斜面１１ｘの角度αを同一に設定しているが、傾斜面１１ｘの角度を異方向であるいは配光レンズ１１上の平面位置で変化させて、照明方向（位置）により配光特性を変化させることも可能である。例えば、水平方向の傾斜面の傾きを垂直方向の傾斜面の傾きより急にすると、水平方向の配光は垂直方向より広がる。よって、観察画面が略長方形の場合、長辺方向の配光を短辺方向より広げるようにすることができる。また、観察画面が長方形などで円形でない場合、画面中心から対角（最大画角方向）に向かう方向と垂直に傾斜面を設けることにより、この方向へ配光を広げることができる。
【００１９】
上述のように、ディンプル１１ｒでも凸部１１ｐでも、光学的な作用は同様であるが、配光レンズ１０を金型によって成形する場合には、ディンプル１１ｒが好ましい。すなわち、成形金型は、一般的に加工が困難である。しかし、配光レンズ１０にディンプル１１ｒを形成する場合には、研削加工のみで金型加工ができる。図８は研削加工のみで金型を加工する場合の概念図である。金型素材１５の成形金型平面１５ａに、切削部断面が略Ｖ字状をなす回転刃物（ホイル状砥石）１６で直線溝を形成し、これらの直線溝を交差させてディンプル１１ｒに対応する凸部を形成すれば、該Ｖ字状直線溝が配光レンズ１０のディンプル１１ｒの傾斜面１１ｘと凸区画線１１ｙの形成対応面となる。また、回転刃物１６の切削部断面のＶ字形状は、該回転刃物の回転軸１６ｙに直交する平面１６ｘに対して非対称形状とすれば、成形金型１５によって成形される隣り合う傾斜面１１ｘの傾斜角αを異ならせることができる。さらに，回転刃物１６の切削部断面が曲面でもよく、この場合傾斜面１１ｘは曲面が形成される。
このように、金型のディンプル対応面をホイール状の砥石のＶ字状断面の切削部で形成できるので、金型加工が容易で、また、加工時間も短時間ですむ。
【００２０】
ディンプルと金型の関係は、図４ないし図７を用いて簡単に説明することができる。すなわち、図４、図５が配光レンズ１０のディンプル１１ｒの形状であるとすると、図６、図７の配光レンズ１０の凸部１１ｐの形状が金型形状となる。逆も成立する。
【００２１】
条件式（１）は傾斜面の角度を規定する。この条件から外れると、第２面で全反射する光線が増加し、照射される光量が低下する。
【００２２】
条件式（２）はディンプル１１ｒまた凸部１１ｐの大きさを規定する。この条件から外れた場合、ディンプル１１ｒの深さ（凸部１１ｐの高さ）を小さくした場合に光軸と垂直な面の面積が大きくなり（傾斜面の割合が少なくなり）、周辺部の光量が小さくなる。または、光軸と垂直な面を小さくすると、ディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐのピッチが大きくなるとともに深さが大きくなるため、レンズの厚さが大きくなる。
【００２３】
次に本発明による配光レンズ１０の具体的な数値実施例１ないし５と比較例を説明する。すべての実施例と比較例の光源は、φ１．５ｍｍの照明用光ファイバ束２０の光束出射端面２０ａであり、第２面はいずれも光軸と直交する平面である。次の表中、ΦL は配光レンズ１０の外径[ｍｍ]、ｄは最大厚さ[ｍｍ]、ｎは屈折率、νはアッベ数、α（α１、α２）はディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐの傾斜面１１ｘの法線と光軸がなす角（゜）、Ｈはディンプル１１ｒの深さまたは凸部１１ｐの高さ[ｍｍ]、Ｐはディンプル１１ｒまたは凸部１１ｐの配列ピッチ[ｍｍ]、Ｗｒは実施例１ないし４ではディンプル１１ｒの区画線、実施例５では凸部１１ｐの頂部の平面の幅[ｍｍ]を示している。また、配光特性を示すグラフの縦軸の「強度比」は、比較例の配光角（横軸）が０[゜]のときの光強度を１．０とした場合の各配光角における光強度の比を示し、０゜、４５゜、９０゜は、図１１、図１４、図１７、図２０及び図２１の上下方向を０゜方向（基準方向）とした角度である。
【００２４】
[実施例１]
図１１ないし図１３は、本発明による配光レンズ１０の実施例１を示している。第１面にはディンプル１１ｒが形成されている。図１１、図１２はディンプル形状（すべての傾斜面１１ｘの角度αが同一な整列四角錐）を示し、表１はその数値データである。図１３はその配光特性を示している。
【表１】
φL＝２．０
ｄ＝０．４０
ｎ＝１．５１６３３
α＝３８．０゜
Ｈ＝０．１０
Ｐ＝０．２５６
Ｗｒ＝０
【００２５】
[実施例２]
図１４ないし図１６は、本発明による配光レンズの実施例２を示している。第１面にはディンプル１１ｒが形成されている。図１４、図１５はディンプル形状（変形四角錐）を示し、表２はその数値データである。図１６はその配光特性を示している。この実施例２では、図１４のXV‐XV方向と、これに直交する方向で断面形状は同一だが、レンズの中心部と周辺部で傾斜面１１ｘの角度α及び形状が異なっており、中心部をα１（Ｈ１、Ｐ１、Ｗｒ１）、周辺部をα２（Ｈ２、Ｐ２、Ｗｒ２）として表した。
【表２】
φL＝２．０
ｄ＝０．３７
ｎ＝１．５１６３３
α１＝５０．０゜
Ｈ１＝０．０５
Ｐ１＝０．１２４
Ｗｒ１＝０．０２０
α２＝３８．０゜
Ｈ２＝０．０５
Ｐ２＝０．１６８
Ｗｒ２＝０．０２０
【００２６】
[実施例３]
図１７ないし図１９は、本発明による配光レンズの実施例３を示している。第１面にはディンプル１１ｒが形成されている。図１７、図１８はディンプル形状（すべての傾斜面１１ｘの角度αが同一な整列三角錐）を示し、表３はその数値データである。図１９はその配光特性を示している。
【表３】
φL＝２．０
ｄ＝０．３０
ｎ＝１．５１６３３
α＝５０．０゜
Ｈ＝０．０５
Ｐ＝０．２０８
Ｗｒ＝０．０２０
【００２７】
[実施例４]
図２０ないし図２２は、本発明による配光レンズの実施例４を示している。第１面にはディンプル１１ｒが形成されている。図２０、図２１はディンプル形状（変形三角錐と変形四角錐）を示し、表４はその数値データである。図２２はその配光特性を示している。この実施例４では、図２０のXXI‐XXI方向と、これに５３．１°をなす方向で傾斜面１１ｘの角度α及び形状が異なっており、これをα１（Ｈ１、Ｐ１、Ｗｒ１）とα２（Ｈ２、Ｐ２、Ｗｒ２）として表した。
【表４】
φL＝２．０
ｄ＝０．４０
ｎ＝１．５１６３３
α１＝４０．０゜
Ｈ１＝０．１０
Ｐ１＝０．４００
Ｗｒ１＝０．０４０
α２＝５０．０゜
Ｈ２＝０．１０
Ｐ２＝０．２４０
Ｗｒ２＝０．０４０
【００２８】
[実施例５]
図２３ないし図２５は、本発明による配光レンズの実施例５を示している。第１面には凸部１１ｐが形成されている。図２３、図２４は凸部形状（すべての傾斜面１１ｘの角度αが同一な整列四角錐）を示し、表５はその数値データである。図２５はその配光特性を示している。
【表５】
φL＝２．０
ｄ＝０．３２
ｎ＝１．５１６３３
α＝５０．０゜
Ｈ＝０．０５
Ｐ＝０．１６４
Ｗｒ＝０．０６０
【００２９】
「比較例」
図２６に、比較例として、光束出射端面２０ａとの対向面を凹面とした平凹レンズを示した。この平凹の配光レンズの数値データを表６に示し、その配光特性を図２７に示す。
【表６】
ｒ１＝−０．９００ ｒ２＝∞
ｄ１＝０．４０
ｎ＝１．５１６３３
ν＝６４．１
ｈ0＝０．７５
【００３０】
図２７のグラフから分かるように、従来の平凹の配光レンズは、照明範囲の中心は明るいものの、配光角が大きくなると光強度が大きく低下してしまうため（周囲が暗くなるため）、照明むらが生じてしまうのに対し、実施例１ないし５では配光特性が改善されていることが分かる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、単レンズからなる配光レンズであって、配光角が大きくなっても光強度が大きく低下することのない内視鏡の配光レンズが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内視鏡配光レンズと疑似面光源との一般的関係を示す断面である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】四角錐ディンプルまたは凸部を有する本発明による配光レンズの正面図である。
【図４】図３の正面形状を有する四角錐がディンプルからなる配光レンズの部分斜視図である。
【図５】図４のV‐V線に沿う断面図である。
【図６】図３の正面形状を有する四角錐が凸部からなる配光レンズの部分斜視図である。
【図７】図６のVII‐VII線に沿う断面図である。
【図８】図４、図５のディンプルを有する配光レンズの成形金型の製造方法を示す概念図である。
【図９】ディンプルまたは凸部の各傾斜面による光線の追跡図である。
【図１０】ディンプルの区画線または凸部の頂点に光軸と直交する平面を形成した場合の各傾斜面による光線の追跡図である。
【図１１】本発明による配光レンズの実施例１の正面図である。
【図１２】図１１のXII‐XII線に沿う断面図である。
【図１３】実施例１の配光特性を示すグラフである。
【図１４】本発明による配光レンズの実施例２の正面図である。
【図１５】図１４のXV‐XV線に沿う断面図である。
【図１６】実施例２の配光特性を示すグラフである。
【図１７】本発明による配光レンズの実施例３の正面図である。
【図１８】図１７のXVIII‐XVIII線に沿う断面図である。
【図１９】実施例３の配光特性を示すグラフである。
【図２０】本発明による配光レンズの実施例４の正面図である。
【図２１】図２０のXXI‐XXI線に沿う断面図である。
【図２２】実施例１の配光特性を示すグラフである。
【図２３】本発明による配光レンズの実施例５の正面図である。
【図２４】図２３のXXIV‐XXIV線に沿う断面図である。
【図２５】実施例５の配光特性を示すグラフである。
【図２６】従来の平凹レンズからなる配光レンズの断面図である。
【図２７】従来例の配光レンズの配光特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 配光レンズ
１１ｒ ディンプル（凹部）
１１ｐ 凸部
１１ｆ 平面
１１ｘ 傾斜面
１１ｙ 凸区画線
１１ｚ 凹区画線
１２ 平面
２０ 照明用光ファイバ束
２０ａ 光束出射端面（疑似面光源）
Claims (6)
- 内視鏡の体内挿入部の先端部に位置し、疑似面光源の光を観察対象に向けて照射する単レンズからなる配光レンズであって、
上記疑似面光源との対向面に、略多角錐状の多数のディンプルまたは凸部が配置されていること、
一つのディンプルまたは凸部を構成する複数の傾斜面が配光レンズ光軸に対してなす角度は、互いに異なっていること、及び
下記条件式（１）及び（２）を満足すること、
を特徴とする内視鏡配光レンズ。
（１）α-sin-1｛（1/n）×sin(α-２０)｝＜sin-1(1/n)
（２）Ｐ≦φL ／２
但し、
α：ディンプルまたは凸部の傾斜面の法線と光軸がなす角（゜）、
ｎ：配光レンズの屈折率、
Ｐ：ディンプルまたは凸部の配列ピッチ、
φL：配光レンズの外径。 - 請求項１記載の内視鏡配光レンズにおいて、上記ディンプルまたは凸部の底部は、光軸と直交する平面である内視鏡配光レンズ。
- 請求項１または２記載の内視鏡配光レンズにおいて、多角錐は、三角錐ないし六角錐である内視鏡配光レンズ。
- 請求項１ないし３のいずれか１項記載の内視鏡配光レンズを成形する成形金型の製造方法において、上記ディンプル形成面に対応する成形金型平面に、切削部断面が略Ｖ字状をなす回転刃物で互いに交差する直線溝を形成し、上記ディンプルに対応する多角錐状凸部を形成することを特徴とする内視鏡配光レンズの成形金型の製造方法。
- 請求項４記載の成形金型の製造方法において、回転刃物の切削部断面のＶ字形状は、該回転刃物の回転軸に直交する平面に対して非対称形状である内視鏡配光レンズの成形金型の製造方法。
- 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内視鏡配光レンズまたは、請求項４または５の製造方法で製造した内視鏡配光レンズが先端部に配置された内視鏡。
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