JPH0143929B2 - - Google Patents
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- JPH0143929B2 JPH0143929B2 JP56194020A JP19402081A JPH0143929B2 JP H0143929 B2 JPH0143929 B2 JP H0143929B2 JP 56194020 A JP56194020 A JP 56194020A JP 19402081 A JP19402081 A JP 19402081A JP H0143929 B2 JPH0143929 B2 JP H0143929B2
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- Japan
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- light
- single fiber
- angle
- illumination optical
- optical system
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- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 17
- 238000001839 endoscopy Methods 0.000 claims 1
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
- G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
- G02B23/26—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes using light guides
Description
本発明は、内視鏡用照明光学系に関するもので
ある。 従来の画角が100゜以上の広角内視鏡において、
例えば第１図に示した如く、ライトガイド１と、
後側焦点位置又はその後方が該ライトガイド１の
出射端面１ａと一致するようにして該ライトガイ
ド１の前方に配置された凸レンズ２とから成り、
ライトガイド１の出射端面１ａから広がり角2θ0
（通常60゜程度）で射出された光束が凸レンズ２に
より曲げられて図示しない物体面に結像され、又
ライトガイド１の出射端面１ａの周縁部から出射
した光束の主光線ａは光軸Ｏに対して角度ωを有
しいるので角度2ωの範囲を照明することが出来
るという照明光学系が用いられていたが、この照
明光学系はライトガイド１の出射端面１ａが物体
面に結像する際に該出射端面の網目模様が映つて
しまうという問題があつた。そこで、これを解決
するため、例えば第２図に示した如く、ライトガ
イド１の出射端面１ａに単フアイバー３を密着配
置して単フアイバー３の出射端面３ａが物体面に
結像されるようにして成り、ライトガイド１を出
射した光束が単フアイバー３内を通る間に均一化
されることにより物体面に網目模様が映らないよ
うにした照明光学系が考えられたが、これは下記
如く単フアイバー３の開口数がライトガイド１の
開光数より小さい場合は単フアイバー３への入射
角が大きい時に光が外へ漏れ出てしまい、その結
果光量が低下してしまうという問題があつた。こ
れについて説明すれば、まず単フアイバー３は第
３図に示した如く中心部のコア３ｂ（屈折率nb）
と周辺部のクラツド３ｃ（屈折率nc）より成るが、
この場合nb＞ncであるため、第４図に示した如く
光がコア３ｂとクラツド３ｃとの境界面で全反射
し、これによつて光を伝送することが出来る。こ
の光の伝送能力は単フアイバー３の開口数NA3
で示され、それは NA3＝√b 2−c 2 ……(1) となる。又、ライトガイド１の開口数NA1も同
様の式で与えられる。従つて、NA1≦NA3の場
合、光は全て伝送されるが、NA1＞NA3の場合
第４図における入射角θ1が大きな時コア３ｂとク
ラツド３ｃとの境界面で全反射せずにコア３ｂ外
へ漏れ出てしまうことがあり、その結果光量が低
下してしまう。実用上は単フアイバー３の開口数
NA3がライトガイド１の開口数NA1の半分程度
であつても、ライトガイド１から射出される光の
強度が光の射出される角度が大きくなるに従つて
減少していくことがあるので、十分な光量を伝送
することが出来る。そこで、これを改良したもの
として、例えば第５図に示した如く、単フアイバ
ー３の出射端面３ａに曲率をもたせることにより
周辺光量を上げた照明光学系が考えられたが、こ
れはまだ凸レンズ２の前面中心部にゴミ（胃内の
異物等）が付着すると光量が激減するという問題
があつた。即ち、第６図に示した如く、ライトガ
イド１より出射角0゜（光軸Ｏと平行という意味）
で出射した強度の最も強い光線（以上、主光線と
いう）が集光する点Ｐが凸レンズ２の前面中心部
の近くにあるため、凸レンズ２の前面中心部に比
較的小さなゴミが付着しても光量が激減する。 本発明は、上記問題点に鑑み、凸レンズの前面
にゴミが付着した場合でも光量の減衰が小さくて
済むようにした内視鏡用照明光学系を提供せんと
するものであるが、第７図に示した一実施例に基
づき上記従来例と同一の部材には同一符号を付し
てこれを説明すれば、４は凸レンズ２の前方に配
置されたガラス板である。従つて、ライトガイド
１の出射端面１ａの最周辺より出射角0゜で出射し
その後単フアイバー３の出射端面３ａの周縁部よ
り出射した主光線ａがガラス板４の前面４ａの周
縁部を通過し得るようにガラス板４の外径及び厚
さを選定すれば、ガラス板４の前面４ａでの輝度
が均一になるので、該前面４ａへのゴミの付着に
対して光量の減衰が最も小さくなる。しかし、上
記条件では下側光線ｃがガラス板４の側面でけら
れてしまうことになるので、第７図に示した如く
下側光線ｃがけられずに透過し得るようにガラス
板４の外径及び厚さを選定するのが好ましい。 ところで、上記実施例では、ガラス板４の周面
に光があたつた場合に周面で光が吸収されてしま
うので、ガラス板４の外径にある程度余裕を持た
せておかなければならず、その結果コンパクトな
ものが構成出来ないという問題がある。そこで、
第８図に示した第二の実施例によれば、ガラス板
４の代りに単フアイバー５が凸レンズ２の前方に
配置されている。この場合、単フアイバー３の出
射端面３ａの周縁部より出射した光束の下側光線
ｃは単フアイバー５のコア５ｂとクラツド５ｃと
の境界面で反射した後出射端面５ａの前方に出射
するので、光量を損失せずに外径を小さくするこ
とが出来る。即ちコンパクトに出来る。 第９図は第三の実施例を示しており、これは単
フアイバー５の入射端面５ｄに曲率をもたせたも
のである。この場合、曲率を適当に変えることに
より、周辺光量をより上げるように制御すること
が出来る。尚、単フアイバー５の代りにレンズを
用いても同様の効果を得ることが出来る。 ここで、単フアイバー５の条件について第１０
図に基づき説明する。まず、照明範囲が角度ωで
与えられる照明系では単フアイバー５が角度ωの
光線を少なくとも伝送出来る開口数NA5を持つ
ていなければならない。即ち、次の式 NA5＝√b 2−c 2≧sinω ……(2) を満たさなければ周辺光量が急速に減少する。
又、ライトガイド１の出射端面１ａの周縁部より
角度0゜で出射した光線が、単フアイバー３と凸レ
ンズ２により曲げられた後単フアイバー５に入射
し、光軸Ｏと点Ｑで交わり、単フアイバー５内で
ω1、空気中でωの角度をもつて点Ｐより出射す
るとすれば、角度ωとω1との関係は次式で表わ
される。 sinω＝nb・sinω1 ……(3) 尚、この場合単フアイバー５の前面５ａは平面
であるものとする。又、本発明の要旨とするとこ
ろは、この光線が単フアイバー５の前面５ａにお
いてコア５ｂの周縁部より出射することにあるの
で、次の式 ｌ＝（2m＋１）ｄ／２ １／tanω1 （ｍ＝０，１，２，３…） ……(4) を満たせば、光線は単フアイバー５の径ｄの中で
最良の状態となる。但し、ｌは点Ｑから前面５ａ
までの距離、ｍは反射回数である。尚、単フアイ
バー５の代りにガラス板４を用いた場合は、ｍ＝
０の場合である。又、ゴミの大きさを一定に考え
た時、単フアイバー５の前面５ａの面積が大きけ
れば大きい程ゴミによる光量減少の影響を小さく
することが出来る。実際には、内視鏡の細径化に
より照明光学系の径即ち単フアイバー５の径ｄが
決まり且つ照明光学系の長さも短かい程良い。実
用上は、第１０図において光軸Ｏから点Ｐまでの
距離をｒとした場合、ｄ／２≧ｒ≧ｄ／８の範囲
であれば与えられた径ｄにおいてゴミによる光量
減少に対する顕著な改良が認められる。 従つて、次式を満たすようにｌを決めれば良
い。 但し、単フアイバー５の代りにガラス板４を用
いた場合は次式を満たすようにｌを定める。 上記の範囲にｌを選べば実用的にはさしつかえ
ないが、上式の範囲内であつて、単フアイバー３
の出射端面３ａの周縁部より射出された光束のう
ち下側光線がけられない範囲にｌを選定すれば、
ゴミによる光量減少に対して効果があると共に光
量の損失も少ない。 次に、第１１図に基づき数値例を示す。
ある。 従来の画角が100゜以上の広角内視鏡において、
例えば第１図に示した如く、ライトガイド１と、
後側焦点位置又はその後方が該ライトガイド１の
出射端面１ａと一致するようにして該ライトガイ
ド１の前方に配置された凸レンズ２とから成り、
ライトガイド１の出射端面１ａから広がり角2θ0
（通常60゜程度）で射出された光束が凸レンズ２に
より曲げられて図示しない物体面に結像され、又
ライトガイド１の出射端面１ａの周縁部から出射
した光束の主光線ａは光軸Ｏに対して角度ωを有
しいるので角度2ωの範囲を照明することが出来
るという照明光学系が用いられていたが、この照
明光学系はライトガイド１の出射端面１ａが物体
面に結像する際に該出射端面の網目模様が映つて
しまうという問題があつた。そこで、これを解決
するため、例えば第２図に示した如く、ライトガ
イド１の出射端面１ａに単フアイバー３を密着配
置して単フアイバー３の出射端面３ａが物体面に
結像されるようにして成り、ライトガイド１を出
射した光束が単フアイバー３内を通る間に均一化
されることにより物体面に網目模様が映らないよ
うにした照明光学系が考えられたが、これは下記
如く単フアイバー３の開口数がライトガイド１の
開光数より小さい場合は単フアイバー３への入射
角が大きい時に光が外へ漏れ出てしまい、その結
果光量が低下してしまうという問題があつた。こ
れについて説明すれば、まず単フアイバー３は第
３図に示した如く中心部のコア３ｂ（屈折率nb）
と周辺部のクラツド３ｃ（屈折率nc）より成るが、
この場合nb＞ncであるため、第４図に示した如く
光がコア３ｂとクラツド３ｃとの境界面で全反射
し、これによつて光を伝送することが出来る。こ
の光の伝送能力は単フアイバー３の開口数NA3
で示され、それは NA3＝√b 2−c 2 ……(1) となる。又、ライトガイド１の開口数NA1も同
様の式で与えられる。従つて、NA1≦NA3の場
合、光は全て伝送されるが、NA1＞NA3の場合
第４図における入射角θ1が大きな時コア３ｂとク
ラツド３ｃとの境界面で全反射せずにコア３ｂ外
へ漏れ出てしまうことがあり、その結果光量が低
下してしまう。実用上は単フアイバー３の開口数
NA3がライトガイド１の開口数NA1の半分程度
であつても、ライトガイド１から射出される光の
強度が光の射出される角度が大きくなるに従つて
減少していくことがあるので、十分な光量を伝送
することが出来る。そこで、これを改良したもの
として、例えば第５図に示した如く、単フアイバ
ー３の出射端面３ａに曲率をもたせることにより
周辺光量を上げた照明光学系が考えられたが、こ
れはまだ凸レンズ２の前面中心部にゴミ（胃内の
異物等）が付着すると光量が激減するという問題
があつた。即ち、第６図に示した如く、ライトガ
イド１より出射角0゜（光軸Ｏと平行という意味）
で出射した強度の最も強い光線（以上、主光線と
いう）が集光する点Ｐが凸レンズ２の前面中心部
の近くにあるため、凸レンズ２の前面中心部に比
較的小さなゴミが付着しても光量が激減する。 本発明は、上記問題点に鑑み、凸レンズの前面
にゴミが付着した場合でも光量の減衰が小さくて
済むようにした内視鏡用照明光学系を提供せんと
するものであるが、第７図に示した一実施例に基
づき上記従来例と同一の部材には同一符号を付し
てこれを説明すれば、４は凸レンズ２の前方に配
置されたガラス板である。従つて、ライトガイド
１の出射端面１ａの最周辺より出射角0゜で出射し
その後単フアイバー３の出射端面３ａの周縁部よ
り出射した主光線ａがガラス板４の前面４ａの周
縁部を通過し得るようにガラス板４の外径及び厚
さを選定すれば、ガラス板４の前面４ａでの輝度
が均一になるので、該前面４ａへのゴミの付着に
対して光量の減衰が最も小さくなる。しかし、上
記条件では下側光線ｃがガラス板４の側面でけら
れてしまうことになるので、第７図に示した如く
下側光線ｃがけられずに透過し得るようにガラス
板４の外径及び厚さを選定するのが好ましい。 ところで、上記実施例では、ガラス板４の周面
に光があたつた場合に周面で光が吸収されてしま
うので、ガラス板４の外径にある程度余裕を持た
せておかなければならず、その結果コンパクトな
ものが構成出来ないという問題がある。そこで、
第８図に示した第二の実施例によれば、ガラス板
４の代りに単フアイバー５が凸レンズ２の前方に
配置されている。この場合、単フアイバー３の出
射端面３ａの周縁部より出射した光束の下側光線
ｃは単フアイバー５のコア５ｂとクラツド５ｃと
の境界面で反射した後出射端面５ａの前方に出射
するので、光量を損失せずに外径を小さくするこ
とが出来る。即ちコンパクトに出来る。 第９図は第三の実施例を示しており、これは単
フアイバー５の入射端面５ｄに曲率をもたせたも
のである。この場合、曲率を適当に変えることに
より、周辺光量をより上げるように制御すること
が出来る。尚、単フアイバー５の代りにレンズを
用いても同様の効果を得ることが出来る。 ここで、単フアイバー５の条件について第１０
図に基づき説明する。まず、照明範囲が角度ωで
与えられる照明系では単フアイバー５が角度ωの
光線を少なくとも伝送出来る開口数NA5を持つ
ていなければならない。即ち、次の式 NA5＝√b 2−c 2≧sinω ……(2) を満たさなければ周辺光量が急速に減少する。
又、ライトガイド１の出射端面１ａの周縁部より
角度0゜で出射した光線が、単フアイバー３と凸レ
ンズ２により曲げられた後単フアイバー５に入射
し、光軸Ｏと点Ｑで交わり、単フアイバー５内で
ω1、空気中でωの角度をもつて点Ｐより出射す
るとすれば、角度ωとω1との関係は次式で表わ
される。 sinω＝nb・sinω1 ……(3) 尚、この場合単フアイバー５の前面５ａは平面
であるものとする。又、本発明の要旨とするとこ
ろは、この光線が単フアイバー５の前面５ａにお
いてコア５ｂの周縁部より出射することにあるの
で、次の式 ｌ＝（2m＋１）ｄ／２ １／tanω1 （ｍ＝０，１，２，３…） ……(4) を満たせば、光線は単フアイバー５の径ｄの中で
最良の状態となる。但し、ｌは点Ｑから前面５ａ
までの距離、ｍは反射回数である。尚、単フアイ
バー５の代りにガラス板４を用いた場合は、ｍ＝
０の場合である。又、ゴミの大きさを一定に考え
た時、単フアイバー５の前面５ａの面積が大きけ
れば大きい程ゴミによる光量減少の影響を小さく
することが出来る。実際には、内視鏡の細径化に
より照明光学系の径即ち単フアイバー５の径ｄが
決まり且つ照明光学系の長さも短かい程良い。実
用上は、第１０図において光軸Ｏから点Ｐまでの
距離をｒとした場合、ｄ／２≧ｒ≧ｄ／８の範囲
であれば与えられた径ｄにおいてゴミによる光量
減少に対する顕著な改良が認められる。 従つて、次式を満たすようにｌを決めれば良
い。 但し、単フアイバー５の代りにガラス板４を用
いた場合は次式を満たすようにｌを定める。 上記の範囲にｌを選べば実用的にはさしつかえ
ないが、上式の範囲内であつて、単フアイバー３
の出射端面３ａの周縁部より射出された光束のう
ち下側光線がけられない範囲にｌを選定すれば、
ゴミによる光量減少に対して効果があると共に光
量の損失も少ない。 次に、第１１図に基づき数値例を示す。
【表】
但し、ｎは単フアイバーのコア又はレンズの屈
折率、n′は単フアイバーのクラツドの屈折率であ
る。又、この場合の単フアイバー５及び３の夫々
の開口数NA5及びNA3は、次のようになる。 NA5＝√（1.805）2−（1.51）2＝0.989 ＝sinωc5 ωc5＝81.4゜ NA3＝√（1.620）2−（1.51）2＝0.587 ＝sinωc3 ωc3＝35.9゜ 従つて、照明範囲の角度ωを60゜とすれば、ωc5
＞ωとなり、十分に条件を満たし得るものとな
る。 上述の如く、本発明による内視鏡用照明光学系
は、画角100゜以上の内視鏡において、周辺まで明
るい照明が出来ると共に、照明光学系の前面の光
軸付近にゴミが付着しても光量が激減するような
ことがないという極めて重要な利点を有する。
折率、n′は単フアイバーのクラツドの屈折率であ
る。又、この場合の単フアイバー５及び３の夫々
の開口数NA5及びNA3は、次のようになる。 NA5＝√（1.805）2−（1.51）2＝0.989 ＝sinωc5 ωc5＝81.4゜ NA3＝√（1.620）2−（1.51）2＝0.587 ＝sinωc3 ωc3＝35.9゜ 従つて、照明範囲の角度ωを60゜とすれば、ωc5
＞ωとなり、十分に条件を満たし得るものとな
る。 上述の如く、本発明による内視鏡用照明光学系
は、画角100゜以上の内視鏡において、周辺まで明
るい照明が出来ると共に、照明光学系の前面の光
軸付近にゴミが付着しても光量が激減するような
ことがないという極めて重要な利点を有する。
第１図及び第２図は夫々従来の内視鏡用照明光
学系の断面図、第３図及び第４図は夫々単フアイ
バーの横断面図及び縦断面図、第５図は他の従来
例の断面図、第６図は上記他の従来例における出
射角0゜の光線の集光点を示す図、第７図は本発明
による内視鏡用照明光学系の一実施例の断面図、
第８図及び第９図は夫々第二及び第三の実施例の
断面図、第１０図は単フアイバーの条件を説明す
るための断面図、第１１図は数値例を説明するた
めの断面図である。 １…ライトガイド、２…凸レンズ、３…単フア
イバー、４…ガラス板、５…単フアイバー。
学系の断面図、第３図及び第４図は夫々単フアイ
バーの横断面図及び縦断面図、第５図は他の従来
例の断面図、第６図は上記他の従来例における出
射角0゜の光線の集光点を示す図、第７図は本発明
による内視鏡用照明光学系の一実施例の断面図、
第８図及び第９図は夫々第二及び第三の実施例の
断面図、第１０図は単フアイバーの条件を説明す
るための断面図、第１１図は数値例を説明するた
めの断面図である。 １…ライトガイド、２…凸レンズ、３…単フア
イバー、４…ガラス板、５…単フアイバー。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光源と、該光源の前に置かれた正レンズ系と
を有し、上記光源を発した光が該正レンズ系によ
り一旦集光されるように構成された内視鏡用照明
光学系において、上記正レンズ系の前に光透過性
部材をその出射面が上記正レンズ系による集光点
よりも前方に位置するようにして配設し、該出射
面の径をｄとし且つ該出射面における最大画角主
光線の出射点から光軸までの距離をｒとした場
合、 ｄ／２≧ｒ≧ｄ／８ なる関係を満足するようにしたことを特徴とする
内視鏡用照明光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56194020A JPS5895706A (ja) | 1981-12-02 | 1981-12-02 | 内視鏡用照明光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56194020A JPS5895706A (ja) | 1981-12-02 | 1981-12-02 | 内視鏡用照明光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5895706A JPS5895706A (ja) | 1983-06-07 |
| JPH0143929B2 true JPH0143929B2 (ja) | 1989-09-25 |
Family
ID=16317603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56194020A Granted JPS5895706A (ja) | 1981-12-02 | 1981-12-02 | 内視鏡用照明光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5895706A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6064321A (ja) * | 1983-09-20 | 1985-04-12 | Olympus Optical Co Ltd | 内視鏡の照明光学系 |
| JPS62178207A (ja) * | 1986-01-31 | 1987-08-05 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 照明用の光学系 |
| US5485316A (en) * | 1991-10-25 | 1996-01-16 | Olympus Optical Co., Ltd. | Illumination optical system for endoscopes |
| JP5345171B2 (ja) * | 2011-03-28 | 2013-11-20 | 富士フイルム株式会社 | 内視鏡 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5620428A (en) * | 1979-07-27 | 1981-02-26 | Olympus Optical Co | Lighting optical system for endoscope |
-
1981
- 1981-12-02 JP JP56194020A patent/JPS5895706A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5620428A (en) * | 1979-07-27 | 1981-02-26 | Olympus Optical Co | Lighting optical system for endoscope |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5895706A (ja) | 1983-06-07 |
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