JP5307957B1 - 内視鏡用照明光学系 - Google Patents

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Abstract

光源から射出される照明光を効率よく観察対象に配光させ、配光性能を向上させる。
内視鏡装置の挿入部に設けられ、光源から射出された照明光を導光するライトガイドバンドル１０と、該ライトガイドバンドルから射出された照明光を観察対象に配光する照明レンズ１１と、を備え、該照明レンズが、その光軸を含む縦断面において２つの変曲点Ｐを有し、２つの該変曲点の内側に配置される第１の凹面１１ａと、２つの前記変曲点の外側に前記第１の凹面の外周に連続する円環状の第２の凹面１１ｂとを有し、該第２の凹面が、前記ライトガイドバンドルの外周縁に対して光軸方向に対向するように配置されている内視鏡用照明光学系を提供する。

Description

本発明は、内視鏡装置に適用される照明光学系に関するものである。
一般に、内視鏡装置に適用される照明光学系は、複数のライトガイドファイバを束ねたライトガイドバンドルと、このライトガイドバンドルの照明光射出端の前方に配置された照明用の凹レンズとを備えており、内視鏡装置によって体腔内を観察する場合には、光源から射出された照明光をライトガイドバンドルにより導光し、導光された照明光を凹レンズによって拡散して観察対象部位へ配光するようになっている。
このような照明光学系の例として、例えば、特許文献１にはライトガイドバンドルと１枚の凹レンズとを用いたものが開示されている。
特開平１０−２８８７４２号公報
しかしながら、このような照明光学系において、凹レンズと近接して配置されたライトガイドバンドルの周辺部のライトガイドファイバから射出する照明光は、凹レンズ外周部の凹面を透過する際に、光軸から遠ざかる方向に強く屈折されてしまう。すなわち、屈折した照明光は、凹レンズの先端面から射出されることなく側面に当たるので、結果として照明光全体のうち観察対象に到達する照明光の割合が減少し、十分な配光性能が得られない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、光源から射出される照明光を効率よく観察対象に配光させ、配光性能を向上させることのできる内視鏡用照明光学系を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、内視鏡装置の挿入部に設けられ、光源から射出された照明光を導光するライトガイドバンドルと、該ライトガイドバンドルから射出された照明光を観察対象に配光する照明レンズと、を備え、該照明レンズが、その光軸を含む縦断面において２つの変曲点を有し、２つの該変曲点の内側に配置される第１の凹面と、２つの前記変曲点の外側に前記第１の凹面の外周に連続する円環状の第２の凹面とを有し、該第２の凹面が、前記ライトガイドバンドルの外周縁に対して光軸方向に対向するように配置され、前記光軸を含む縦断面における２つの前記変曲点間の距離Ａと、前記ライトガイドバンドルの端面の直径寸法Ｄとが、以下の条件式（１）を満たす内視鏡用照明光学系を提供する。
０．７５≦Ａ／Ｄ≦０．８５ …（１）
本態様によれば、ライトガイドバンドルの中央近傍に配されるライトガイドファイバから射出した照明光は、照明レンズの中央に配置された第１の凹面によって拡散させられる。一方、ライトガイドバンドルの周辺部に配置されるライトガイドファイバから出射した照明光は、光軸方向に対向する第２の凹面によって屈折させられる。第２の凹面は、変曲点を境界として第１の凹面とは湾曲方向が反転しているので、第２の凹面に入射した照明光の光軸から遠ざかる方向への屈折量が減少する。これにより、ライトガイドバンドルの周辺部に配置されるライトガイドファイバから出射された照明光も、照明レンズの先端面から出射されることになり、照明光全体のうち観察対象に到達する照明光の割合が増加し、十分な配光性能を得ることができる。
条件式（１）を満たすことで、より照明光を拡散させることができ、良好な配光性能を得ることができる。
また、本発明の一態様は、内視鏡装置の挿入部に設けられ、光源から射出された照明光を導光するライトガイドバンドルと、該ライトガイドバンドルから射出された照明光を観察対象に配光する照明レンズと、を備え、該照明レンズが、その光軸を含む縦断面において２つの変曲点を有し、２つの該変曲点の内側に配置される第１の凹面と、２つの前記変曲点の外側に前記第１の凹面の外周に連続する円環状の第２の凹面とを有し、該第２の凹面が、前記ライトガイドバンドルの外周縁に対して光軸方向に対向するように配置され、前記第１の凹面の曲率半径Ｒ１と前記第２の凹面の曲率半径Ｒ２とが、以下の条件式（２）を満たす内視鏡用照明光学系を提供する。
０．２５≦｜Ｒ２／Ｒ１｜≦０．３５ …（２）
条件式（２）を満たすことで、照明レンズを小径に維持しながら、ライトガイドバンドルの周辺部のライトガイドファイバから出射する照明光の光軸から遠ざかる方向への屈折を弱くし、配光性能をより向上させることができる。
本発明によれば、光源から射出される照明光を効率よく観察対象に配光させ、配光性能を向上させるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る内視鏡用照明光学系の縦断面を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る内視鏡用照明光学系の配光特性（照度比と角度との関係）を示した図である。 本発明の一実施形態に係る内視鏡用照明光学系の照明効率の比較表を示である。 本発明の一実施形態に係る内視鏡用照明光学系の｜Ｒ２／Ｒ１｜が条件式（４）を下回る０．０５である場合の縦断面を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る内視鏡用照明光学系の｜Ｒ２／Ｒ１｜が条件式（４）を上回る０．５である場合の縦断面を示す概略構成図である。 本発明の実施例１に係る内視鏡用照明光学系の縦断面を示す概略構成図である。 本発明の実施例２に係る内視鏡用照明光学系の縦断面を示す概略構成図である。 本発明の実施例３に係る内視鏡用照明光学系の縦断面を示す概略構成図である。 本発明の実施例４に係る内視鏡用照明光学系の縦断面を示す概略構成図である。 本発明の実施例５に係る内視鏡用照明光学系の縦断面を示す概略構成図である。 本発明の実施例１乃至実施例５の内視鏡用照明光学系におけるＡ／Ｄの値及び｜Ｒ２／Ｒ１｜の値を示す図である。
以下に、本発明の一実施形態に係る内視鏡用照明光学系について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る内視鏡用照明光学系１の光軸を含む縦断面を示している。図１に示すように、内視鏡用照明光学系１は、図示しない光源から出射された照明光を導光する複数のライトガイドファイバ１０ａが束ねられたライトガイドバンドル１０と、ライトガイドバンドル１０の端面から出射された照明光を観察対象に配光するための照明レンズ１１とを備えている。
照明レンズ１１は、その光軸を含む縦断面において２つの変曲点Ｐと、２つの変曲点Ｐの内側に配置される第１の凹面１１ａと、変曲点Ｐの外側に配置され第１の凹面１１ａの外周に連続する円環状の第２の凹面１１ｂとを有している。
照明レンズ１１は、２つの変曲点Ｐ間の距離Ａと、ライトガイドバンドル１０の端面の直径寸法Ｄとが、以下の条件式（３）を満たすようになっている。
０．７５≦Ａ／Ｄ≦０．８５ …（３）
図２に、Ａ／Ｄの値が条件式（３）を満たす０．８及び０．７５の場合、条件式（３）の下限値以下の０．７３及び０．７の場合の配光特性（照度比と角度との関係）を示した。図２に示すように、条件式（３）を満たす０．８及び０．７５の場合は配光特性が良好であり、これに比して、条件式（３）を下回る０．７３及び０．７の場合は配光特性が低下している。通常、配光特性の下限値として、角度６０°における照度を中心照度の５％とすることが目安となる。これは、照明光学系として凹レンズを適用した場合の視野角１２０°（半画角６０°）の対物光学系において、視野周辺の明るさの低下が許容される限界であるためである。図２に、中心照度５％の位置を矢印で示した。図２によれば、Ａ／Ｄの値が条件式（３）の下限である０．７５の場合に中心照度が５％となる。従って、配光特性の観点から、条件式（３）の下限値は０．７５とすることが好ましい。
一方、図３に、Ａ／Ｄの値が条件式（３）を満たす０．８と０．８５の場合、及び条件式（３）の上限値を超える０．９の場合の照明効率の比較表を示した。
図３の表によれば、照明レンズ１１が条件式（３）を超えるものである場合には、照明効率が低下することになる。照明効率が７５％を下回ると、照明レンズ側面に当たる照明光が増え、これが熱となって内視鏡先端部の温度を上げる傾向があるため、照明効率の下限は７５％であることが好ましい。従って、照明効率の観点から条件式（３）の上限値は０．８５とすることが好ましい。
このような理由から、条件式（３）の上限値及び下限値を定めている。
また、照明レンズ１１は、第１の凹面１１ａの曲率半径Ｒ１と前記第２の凹面１１ｂの曲率半径Ｒ２とが、以下の条件式（４）を満たすようになっている。
０．２５≦｜Ｒ２／Ｒ１｜≦０．３５ …（４）
｜Ｒ２／Ｒ１｜が、条件式（４）を下回る場合には、照明レンズ１１の凹面のうち第２の凹面１１ｂの範囲が相対的に小さくなるため、ライトガイドバンドルの周辺部の照明光が光軸から遠ざかる方向に強く屈折してしまい、観察対象に到達せず、照明効率が７５％を下回ることになる。図４に、｜Ｒ２／Ｒ１｜が条件式（４）を下回る０．０５である場合の例を示した。
｜Ｒ２／Ｒ１｜が、条件式（４）を上回る場合には、照明レンズ１１の凹面のうち第２の凹面１１ｂの範囲が相対的に大きくなるため、第１の凹面１１ａにおいて拡散される照明光が減少し、配光特性が低下し、角度６０°における照度が中心照度の５％を下回ることになる。図５に、｜Ｒ２／Ｒ１｜が条件式（４）を上回る０．５である場合の例を示した。
このような理由から、条件式（４）の上限値及び下限値を定めている。
また、照明レンズ１１は、第２の凹面１１ｂがライトガイドバンドル１０の外周縁に対して光軸方向に対向するように配置され、ライトガイドバンドルの周辺部に配置されるライトガイドファイバから出射した照明光を効率的に第２の凹面１１ｂに導光させるようになっている。
本発明によれば、ライトガイドバンドル１０の中央近傍に配されるライトガイドファイバ１０ａから射出した照明光は、照明レンズ１１の中央に配置された第１の凹面によって拡散させられる。一方、ライトガイドバンドル１０の周辺部に配置されるライトガイドファイバ１０ａから出射した照明光は、光軸方向に対向する第２の凹面によって屈折させられる。第２の凹面は、変曲点を境界として第１の凹面とは湾曲方向が反転しているので、第２の凹面に入射した照明光は照明レンズの中央に向かう方向に屈折させられる。
これにより、ライトガイドバンドル１０の周辺部に配置されるライトガイドファイバ２０ａから出射された照明光も、照明レンズの先端面（開口部）１１ｃから出射されることになり、照明光全体のうち観察対象に到達する照明光の割合が増加し、十分な配光性能を得ることができる。
また、照明レンズ１１を、その光軸を含む縦断面において２つの変曲点Ｐと、２つの変曲点Ｐの内側に配置される第１の凹面１１ａと、変曲点Ｐの外側に配置され第１の凹面１１ａの外周に連続する円環状の第２の凹面１１ｂとを有する構成とすることで、例えば、屈折率の低い安価な硝材や、樹脂等の屈折率の低い材質によって成形した場合にも十分な配光性能を得ることができる。
さらに、例えば、内視鏡挿入部の先端部と照明レンズをと２色成形することもでき、この場合には、製造コストを低減させることができる。
以下に、実施例１乃至実施例５として、上記した実施形態に係る内視鏡用照明光学系の具体的な例を示す。
（実施例１）
図６は、実施例１に係る内視鏡用照明光学系の光軸を含む縦断面を示しており、実施例１の内視鏡用照明光学系は、ライトガイドバンドルの端面の直径寸法Ｄを１．０５、第１の凹面１１ａの曲率半径Ｒ１を０．５９、第２の凹面１１ｂの曲率半径Ｒ２を０．１６、変曲点Ｐ間の距離Ａを０．８２３としている。
（実施例２）
図７は、実施例２に係る内視鏡用照明光学系の光軸を含む縦断面を示しており、実施例２の内視鏡用照明光学系は、ライトガイドバンドルの端面の直径寸法Ｄを１．０５、第１の凹面１１ａの曲率半径Ｒ１を０．５９、第２の凹面１１ｂの曲率半径Ｒ２を０．２、変曲点Ｐ間の距離Ａを０．８２３としている。
（実施例３）
図８は、実施例３に係る内視鏡用照明光学系の光軸を含む縦断面を示しており、実施例３の内視鏡用照明光学系は、ライトガイドバンドルの端面の直径寸法Ｄを１．２、第１の凹面１１ａの曲率半径Ｒ１を０．６５、第２の凹面１１ｂの曲率半径Ｒ２を０．２、変曲点Ｐ間の距離Ａを０．９７３としている。
（実施例４）
図９は、実施例４に係る内視鏡用照明光学系の光軸を含む縦断面を示しており、実施例４の内視鏡用照明光学系は、ライトガイドバンドルの端面の直径寸法Ｄを１．２、第１の凹面１１ａの曲率半径Ｒ１を０．６５、第２の凹面１１ｂの曲率半径Ｒ２を０．２２、変曲点Ｐ間の距離Ａを１．００８としている。
（実施例５）
図１０は、実施例５に係る内視鏡用照明光学系の光軸を含む縦断面を示しており、実施例５の内視鏡用照明光学系は、ライトガイドバンドルの端面の直径寸法Ｄを１．２、第１の凹面１１ａの曲率半径Ｒ１を０．６５、第２の凹面１１ｂの曲率半径Ｒ２を０．１６９、変曲点Ｐ間の距離Ａを０．９１２としている。
上記した実施例１乃至実施例５の内視鏡用照明光学系におけるＡ／Ｄの値及び｜Ｒ２／Ｒ１｜の値を図１１に示した。図１１に示すように、実施例１乃至実施例５は何れも上記した条件式（３）及び条件式（４）を満たしている。
１ 内視鏡用照明光学系
１０ ライトガイドバンドル
１０ａ ライトガイドファイバ
１１ 照明レンズ
１１ａ 第１の凹面
１１ｂ 第２の凹面

Claims (2)

  1. 内視鏡装置の挿入部に設けられ、光源から射出された照明光を導光するライトガイドバンドルと、
    該ライトガイドバンドルから射出された照明光を観察対象に配光する照明レンズと、を備え、
    該照明レンズが、その光軸を含む縦断面において２つの変曲点を有し、２つの該変曲点の内側に配置される第１の凹面と、２つの前記変曲点の外側に前記第１の凹面の外周に連続する円環状の第２の凹面とを有し、該第２の凹面が、前記ライトガイドバンドルの外周縁に対して光軸方向に対向するように配置され、
    前記光軸を含む縦断面における２つの前記変曲点間の距離Ａと、前記ライトガイドバンドルの端面の直径寸法Ｄとが、以下の条件式（１）を満たす内視鏡用照明光学系。
    ０．７５≦Ａ／Ｄ≦０．８５ …（１）
  2. 内視鏡装置の挿入部に設けられ、光源から射出された照明光を導光するライトガイドバンドルと、
    該ライトガイドバンドルから射出された照明光を観察対象に配光する照明レンズと、を備え、
    該照明レンズが、その光軸を含む縦断面において２つの変曲点を有し、２つの該変曲点の内側に配置される第１の凹面と、２つの前記変曲点の外側に前記第１の凹面の外周に連続する円環状の第２の凹面とを有し、該第２の凹面が、前記ライトガイドバンドルの外周縁に対して光軸方向に対向するように配置され、
    前記第１の凹面の曲率半径Ｒ１と前記第２の凹面の曲率半径Ｒ２とが、以下の条件式（２）を満たす内視鏡用照明光学系。
    ０．２５≦｜Ｒ２／Ｒ１｜≦０．３５ …（２）
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