JP5711436B1 - 内視鏡 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2には、観察光学系の両側の観察領域の中心部での照度に対して周辺部が2倍以下の照度となる位置に照明手段を設けることにより、近接観察時における観察領域のばらつきを最小限に抑制する内視鏡が開示されている。
すなわち、特許文献1に開示された内視鏡では、照明光学系による配光が十分に広がる距離にベストピント位置を設定する必要があるため、被写体に近接することが難しく、拡大観察には適切でない。
特許文献2に開示された内視鏡では、観察光学系と照明光学系との距離を離すことによって配光を確保しているため、内視鏡の先端径が大きくなってしまう。
本発明の一態様は、複数のレンズからなり被写体に近接して拡大観察を行う機能を有する観察光学系と、複数のレンズからなり被写体に照明光を照射する複数の照明光学系とを備え、挿入部先端面と被写体との距離が1.5mmから2.5mmの間の任意の距離である近接観察時において、観察視野角内における最大明るさをITM、中心明るさをITCとし、挿入部先端面と被写体との距離が50mmである通常観察時において、中心明るさをIWC、最大画角の80%の位置における明るさをIWSとしたとき、以下の条件式を満たす内視鏡である。
0.3<ITC/ITM<0.45 … (1)
0.15<IWS/IWC<0.25 … (2)
0.3<fLfT/φLIH<0.6 … (3)
但し、fLは照明光学系の全系の焦点距離、fTは観察光学系の最大拡大時の全系の焦点距離、φLは照明光学系の最も物体側のレンズの外径、IHは観察光学系の最大像高である。
8<r1 2/fLfT<16 … (4)
8<r2 2/fLfT<16 … (5)
但し、r1,r2は、観察光学系における最も物体側に配置されたレンズの中心と、各照明光学系における最も物体側に配置されたレンズの中心との距離である。
0.8<fTFFT/fWFFW<1.1 … (6)
但し、fWは通常観察状態における全系の焦点距離、FFTは近接拡大観察状態における前側焦点位置、FFWは通常観察状態における前側焦点位置である。
0.3<|1×β/IH|<0.45 … (7)
但し、βは、観察光学系の最大拡大時における近軸倍率である。
0.25<IH/(1000P)<0.5 … (8)
但し、Pは、観察光学系に搭載する撮像素子の画素ピッチである。
1.4<fL1/fL<3.2 … (9)
但し、fL1は照明光学系の最も物体側レンズの焦点距離である。
0.21<γ(50)/γ(25)<0.39 … (10)
0.8<r1/r2<1.2 … (11)
165<|θ1−θ2|≦180 … (12)
0.06<r1r2/φ2<0.15 … (13)
但しθ1、θ2はそれぞれ中心方向に対する方位角、φは内視鏡先端径である。
0.8<min(r1,r2,r3)/Max(r1,r2,r3)≦1.0 …(14)
但し、r1,r2,r3は、観察光学系における最も物体側に配置されたレンズの中心と、各照明光学系における最も物体側に配置されたレンズの中心との距離である。
すなわち、観察光学系、照明光学系だけでなく、処置具を出すためのチャンネルや、レンズを洗浄するためのノズルなどの構造物が配置される。このため、特に3つの照明光学系を配置する場合、観察光学系に対して全ての照明光学系を対称に配置するのが困難な場合がある。この場合は、3つの照明光学系の観察光学系からの距離を同じにすることが好ましく、上記条件式(14)を満たすことが好ましい。
図1は、内視鏡の挿入部の先端部正面を示しており、図1に示すように、挿入部には、観察対象の画像を撮像する観察光学系1、図示しない光源から出射されライトガイドファイバを介して供給された照明光を観察対象に配光する複数の照明光学系2、鉗子やプローブ等の処置用器具を導出させるチャンネル3、及び観察光学系1や照明光学系2に対して洗浄用の流体や空気を供給するノズル4が設けられている。
このため、挿入部先端面と被写体との距離が1.5mmから2.5mmの間の任意の距離である近接観察時において、観察視野角内における最大明るさをITM、中心明るさをITCとしたとき、以下の条件式を満たすように構成されている。
条件式(1)の下限を下回ると、中心部が暗くなり、近接時に良好な観察を行うことができない。一方、上限を超えると、近接観察は良好な観察が可能となるが、照明光学系による配光が広くなるため、通常観察時の奥行き方向の観察性能が悪化してしまう。
条件式(2)の下限を下回ると、通常観察時の周辺部が暗くなり過ぎてしまい、かつ近接観察時の配光も十分に確保できなくなる。一方、条件式(2)の上限を超えると、中心方向の配光が不足するため、通常観察時における奥行き方向の明るさが不足してしまい、良好な観察に支障をきたす。
0.3<fLfT/φLIH<0.6 … (3)
但し、fLは照明光学系の全系の焦点距離、fTは観察光学系の最大拡大時の全系の焦点距離、φLは照明光学系の最も物体側のレンズの外径、IHは観察光学系の最大像高である。
条件式(3)の下限を下回ると、照明光学系の配光が広くなり過ぎ、通常観察時の奥行き方向の観察に支障をきたす、または観察光学系の視野範囲が広くなり、近接観察時所望の倍率を確保できなくなる。
条件式(3)の上限を超えると、照明光学系の配光が狭くなり、近接観察時の中心明るさが不足し、観察に支障をきたす、または観察光学系の視野範囲が狭くなるため、病変部の見落としを招来する。
0.35<fLfT/φLIH<0.55 … (3)’
また、条件式(3)又は(3)’に代えて、条件式(3)”を適用すると更に好ましい。
0.38<fLfT/φLIH<0.52 … (3)”
8<r2 2/fLfT<16 … (5)
但し、r1,r2は、観察光学系における最も物体側に配置されたレンズの中心と、各照明光学系における最も物体側に配置されたレンズの中心との距離である。
10<r1 2/fLfT<14 … (4)’
10<r2 2/fLfT<14 … (5)’
但し、fWは通常観察状態における全系の焦点距離、FFTは近接拡大観察状態における前側焦点位置、FFWは通常観察状態における前側焦点位置である。
0.85<fTFFT/fWFFW<1.05 … (6)’
また、条件式(6)又は(6)’に代えて、条件式(6)”を適用すると更に好ましい。
0.9<fTFFT/fWFFW<1.1 … (6)”
このため、以下の条件式(7)を満たすように構成されることが好ましい。
0.3<|1×β/IH|<0.45 … (7)
但し、βは、観察光学系の最大拡大時における近軸倍率である。
0.25<IH/(1000P)<0.5 … (8)
但し、Pは、観察光学系に搭載する撮像素子の画素ピッチである。
1.4<fL1/fL<3.2 … (9)
但し、fL1は照明光学系の最も物体側レンズの焦点距離である。
1.6<fL1/fL<2.4 … (9)’
また、条件式(9)又は(9)’に代えて、条件式(9)”を適用すると更に好ましい。
1.7<fL1/fL<2.2 … (9)”
0.21<γ(50)/γ(25)<0.39 … (10)
0.23<γ(50)/γ(25)<0.34 … (10)’
対称に配置された2つの照明のうちどちらか一方が観察光学系よりも大きく離れた場合、離れた照明がある側が暗くなり、観察画面上の一方向のみに明るさが集中し、ムラがあるように見えてしまう。このため、複数の照明光学系のうち少なくとも2つの照明光学系において、以下の条件式を満たすように構成されていることが好ましい。
0.8<r1/r2<1.2 … (11)
0.9<r1/r2<1.1 … (11)’
また、条件式(11)又は(11)’に代えて、条件式(11)”を適用すると更に好ましい。
0.94<r1/r2<1.06 … (11)”
165<|θ1−θ2|≦180 … (12)
但しθ1、θ2はそれぞれ中心方向に対する方位角である。
170<|θ1−θ2|≦180 … (12)’
また、条件式(12)又は(12)’に代えて、条件式(12)”を適用すると更に好ましい。
175<|θ1−θ2|≦180 … (12)”
0.06<r1r2/φ2<0.15 … (13)
0.07<r1r2/φ2<0.13 … (13)’
また、条件式(13)又は(13)’に代えて、条件式(13)”を適用すると更に好ましい。
0.08<r1r2/φ2<0.11 … (13)”
0.8<min(r1,r2,r3)/Max(r1,r2,r3)≦1.0…(14)
但し、r1,r2,r3は、観察光学系における最も物体側に配置されたレンズの中心と、各照明光学系における最も物体側に配置されたレンズの中心との距離である。
0.9<min(r1,r2,r3)/Max(r1,r2,r3)≦1.0 … (14)’
また、条件式(14)又は(14)’に代えて、条件式(14)”を適用すると更に好ましい。
0.94<min(r1,r2,r3)/Max(r1,r2,r3)≦1.0 … (14)”
また照明光学系2による配光特性6があり、PQ間で最も明るい箇所の明るさをITM、中心Oにおける明るさがITCである。近接観察時の特徴は、距離D0が1.5mmから2.5mmと小さいため、配光特性6が観察範囲の中心部よりも周辺部の方が大きくなることである。
照明光学系2より距離50mm離れた被写体10に対して、配光分布13を有している。このとき、図5で紙面上方向を0°とした時、0°位置における明るさをγ(0)=1とし、時計周り方向に角度αを取り、その角度での明るさをγ(α)と定義する。なお配光分布は対称であるため、半時計周りにαをとってもよい。
本発明の実施例1に係る内視鏡の挿入部先端の正面図を図6に示す。本実施例1においては、同一の2つの照明光学系2aと照明光学系2bとの計3つの照明光学系を適用している。
なお、本実施例において、r1=3.2,r2=3.2,r3=5.16,θ1=90°,θ2=270°,θ3=8.9°,φ=9.9である。
本実施例に係る内視鏡に適用した観察光学系1のレンズ構成を図7に、本実施例に係る内視鏡に適用した照明光学系2a,2bのレンズ構成を図8に示す。
本発明の実施例1に係る観察光学系のレンズデータを以下に示す。
面番号 r d Nd Vd
物体面 ∞ d0
1 ∞ 0.40 1.883 40.76
2 1.11 0.63
3 ∞ 0.40 1.521 65.13
4 ∞ 0.30
5 −4.49 1.56 1.517 52.43
6 −2.21 0.06
7 ∞ 0.97 1.750 35.33
8 −1.56 0.36 1.923 18.9
9 −2.70 0.03
10(絞り) ∞ d10
11 ∞ 0.40 1.697 55.53
12 1.58 0.71 1.581 40.75
13 7.99 d13
14 8.97 1.00 1.591 61.14
15 −2.98 0.05
16 4.00 1.30 1.488 70.23
17 −2.68 0.30 1.923 18.9
18 ∞ 0.06
19 ∞ 0.36 1.523 58.5
20 ∞ 0.94
21 ∞ 0.84 1.516 64.14
22 ∞ 0.66 1.505 63.26
23(像面) ∞
通常観察時 最大拡大時
d0 50 2
d10 0.3 1.9
d13 1.9 0.3
焦点距離 1.24 1.40
前側焦点位置 0.97 0.85
最大像高 1.2 1.2
近軸倍率 − −0.49
画素ピッチ 0.0042 0.0042
なお、φL=1.3であり、ガラスロッド16のクラッドは屈折率1.520のガラスで構成した。このときのfL=0.54,fL1=1.14である。
面番号 r d Nd
1 ∞ 1.11 1.883
2 −1.01 0.04
3 1.20 0.65 1.883
4 ∞ 0
5 1.26 2.75 1.805
6 ∞
なお、φL=1.7であり、ガラスロッド16のクラッドは屈折率1.520のガラスで構成した。このときのfL=0.72,fL1=2.25である。
面番号 r d Nd
1 ∞ 1.30 1.883
2 −2.00 0.04
3 2.00 0.75 1.883
4 −2.00 0.05
5 1.91 2.90 1.730
6 ∞
本発明の実施例2に係る内視鏡の挿入部先端の正面図を図9に示す。また、本実施例に係る内視鏡に適用した観察光学系1のレンズ構成を図10に示す。
なお、本実施例において、r1=3.99,r2=3.84,r3=3.80,θ1=28.2°,θ2=157.9°,θ3=294.6°,φ=13.2である。
本発明の実施例2に係る観察光学系のレンズデータを以下に示す。
面番号 r d Nd Vd
物体面 ∞ d0
1 ∞ 0.48 1.883 40.76
2 1.39 0.80
3 ∞ 0.40 1.521 65.13
4 ∞ 0.42
5 −2.22 1.41 1.750 35.33
6 −2.54 0.03
7 4.56 1.07 1.773 49.6
8 −2.42 0.37 1.923 18.9
9 −4.67 0.29
10(絞り) ∞ d10
11 ∞ 0.40 1.488 70.23
12 1.63 0.40 1.593 35.31
13 2.10 d13
14 4.51 1.33 1.488 70.23
15 −3.30 0.05
16 6.34 1.92 1.488 70.23
17 −2.19 0.48 1.923 18.9
18 −6.59 0.03
19 ∞ 0.40 1.523 58.5
20 ∞ 0.63
21 ∞ 0.90 1.516 64.14
22 ∞ 0.60 1.505 63.26
23(像面) ∞
通常観察時 最大拡大時
d0 50 2.2
d10 0.29 1.7
d13 1.87 0.46
焦点距離 1.49 1.72
前側焦点位置 1.14 0.95
最大像高 1.6 1.6
近軸倍率 − −0.55
画素ピッチ 0.0034 0.0034
面番号 r d Nd
1 ∞ 1.35 1.883
2 −1.01 0.06
3 2.58 0.59 1.883
4 −2.58 0.06
5 1.90 2.90 1.730
6 ∞
本発明の実施例3に係る内視鏡の挿入部先端の正面図を図11に示す。また、本実施例に係る内視鏡に適用した観察光学系1のレンズ構成を図12に示す。
なお、本実施例において、r1=3.47,r2=3.68,r3=3.47,θ1=28.4°,θ2=155.3°,θ3=303.9°,φ=11.7である。
本発明の実施例3に係る観察光学系のレンズデータを以下に示す。
面番号 r d Nd Vd
物体面 ∞ d0
1 ∞ 0.36 1.883 40.76
2 1.19 0.75
3 ∞ 0.40 1.521 65.13
4 ∞ 0.37
5 −3.55 1.78 1.581 40.75
6 −2.38 0.30
7 6.83 0.83 1.517 52.43
8 −1.38 0.30 1.923 18.9
9 −2.14 0.05
10(絞り) ∞ d10
11 ∞ 0.31 1.773 49.6
12 1.42 0.58 1.728 29.46
13 3.67 d13
14 4.68 1.20 1.816 46.62
15 −6.02 0.03
16 4.91 1.60 1.618 63.33
17 −2.42 0.36 1.923 18.9
18 11.2 0.16
19 ∞ 0.40 1.523 58.5
20 ∞ 0.83
21 ∞ 0.80 1.516 64.14
22 ∞ 0.70 1.505 63.26
23(像面) ∞
通常観察時 最大拡大時
d0 50 2.5
d10 0.32 1.78
d13 1.9 0.44
焦点距離 1.19 1.46
前側焦点位置 0.99 0.78
最大像高 1.2 1.2
近軸倍率 − −0.45
画素ピッチ 0.0028 0.0028
2 照明光学系
3 チャンネル
4 ノズル
Claims (9)
- 挿入部の先端に設けられ、複数のレンズからなり被写体に近接して拡大観察を行う機能を有する観察光学系と、
前記挿入部の先端に設けられ、複数のレンズからなり前記被写体に照明光を照射する複数の照明光学系とを備え、
挿入部先端面と被写体との距離が1.5mmから2.5mmの間の任意の距離である近接観察時において、観察視野角内における最大明るさをITM、中心明るさをITCとし、
挿入部先端面と被写体との距離が50mmである通常観察時において、中心明るさをIWC、最大画角の80%の位置における明るさをIWSとしたとき、以下の条件式を満たす内視鏡。
0.3<ITC/ITM<0.45 … (1)
0.15<IWS/IWC<0.25 … (2)
0.3<fLfT/φLIH<0.6 … (3)
但し、fLは照明光学系の全系の焦点距離、fTは観察光学系の最大拡大時の全系の焦点距離、φLは照明光学系の最も物体側のレンズの外径、IHは観察光学系の最大像高である。 - 複数の前記照明光学系のうち少なくとも2つの照明光学系が、以下の条件式を満たす請求項1に記載の内視鏡。
8<r1 2/fLfT<16 … (4)
8<r2 2/fLfT<16 … (5)
但し、r1,r2は、観察光学系における最も物体側に配置されたレンズの中心と、各照明光学系における最も物体側に配置されたレンズの中心との距離である。 - 前記観察光学系が以下の条件式を満たす請求項1に記載の内視鏡。
0.8<fTFFT/fWFFW<1.1 … (6)
但し、fWは通常観察状態における全系の焦点距離、FFTは近接拡大観察状態における前側焦点位置、FFWは通常観察状態における前側焦点位置である。 - 前記観察光学系が以下の条件式を満たす請求項3に記載の内視鏡。
0.3<|1×β/IH|<0.45 … (7)
但し、βは、観察光学系の最大拡大時における近軸倍率である。 - 前記観察光学系が以下の条件式を満たす請求項3に記載の内視鏡。
0.25<IH/(1000P)<0.5 … (8)
但し、Pは、観察光学系に搭載する撮像素子の画素ピッチである。 - 複数の前記照明光学系のうち少なくとも2つの照明光学系が夫々3枚の凸レンズを備え、以下の条件式を満たす請求項2に記載の内視鏡。
1.4<fL1/fL<3.2 … (9)
但し、fL1は照明光学系の最も物体側レンズの焦点距離である。 - 複数の前記照明光学系のうち少なくとも2つの照明光学系において、距離50mmにおける中心方向の明るさを1としたとき、任意の角度α(°)に対する明るさγ(α)が以下の条件式を満たす請求項2に記載の内視鏡。
0.21<γ(50)/γ(25)<0.39 … (10) - 複数の前記照明光学系のうち少なくとも2つの照明光学系において、以下の条件式を満たす請求項2に記載の内視鏡。
0.8<r1/r2<1.2 … (11)
165<|θ1−θ2|≦180 … (12)
0.06<r1r2/φ2<0.15 … (13)
但しθ1、θ2はそれぞれ中心方向に対する方位角、φは内視鏡先端径である。 - 前記照明光学系が3つ備えられ、該照明光学系が夫々3枚の凸レンズからなる同一の照明光学系であり、以下の条件式を満たす請求項1記載の内視鏡。
0.8<min(r1,r2,r3)/Max(r1,r2,r3)≦1.0
…(14)
但し、r1,r2,r3は、観察光学系における最も物体側に配置されたレンズの中心と、各照明光学系における最も物体側に配置されたレンズの中心との距離である。
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