JPH02148013A - 内視鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内視鏡に関する。

〔従来の技術〕

最近、内視鏡において液晶レンズ（可変焦点レンズ）等
を用いて機械的駆動部分をなくすことが提案されている
。

その一つとして、例えば特開昭６１−１４０９０８号公
報には、液晶レンズを用いて焦点の調節を行うようにし
た内視鏡が記載されている。又、特開昭６１−８８２１
６号公報には、液晶レンズを用いて照明光の配光を可変
にした内視鏡が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、特開昭６１−１４０９０８号公報に記載のも
のは、照明光の配光が固定されていたため、たとえ遠点
側に焦点を調節した時に視野範囲と照明範囲が合ってい
ても、近点側に焦点を調節した時に視野範囲と照明範囲
との間でバララックスが生じてしまい、視野の一部が暗
くなるなど照明状態が不十分になるという問題があった
。又、特開昭６１−８８２１６号公報に記載のものは、
遠点観察と近点観察とで照明光の配光を変えることで上
記パララックスの除去にはある程度有効ではあったが、
それは対物レンズが固定焦点レンズであったからであり
、対物レンズが液晶レンズのようにピント位置１画角等
が大きく変化するものである場合は視野範囲と照明範囲
を常に一致さＵておくことができず、照明状態が不十分
になるという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、観察状態が大きく変化し
ても常に最適な照明状態が得られるようにした内視鏡を
提供することを］」的としている。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明による内
視鏡は、ライトガイドと、該ライトガイドの射出端前方
に設けた照明レンズと、対物レンズと、該対物レンズに
よる像を受けるイメージガイド又は撮像素子とを備えた
内視鏡において、前記対物レンズ及び照明レンズの中に
夫々液晶［／ンズ及び／又は液晶プリズムを設け、両方
の液晶レンズ及び／又は液晶プリズムの制御を連動させ
ることにより前記対物し・ンズの視野方向画角、ピント
位置等の変化に応して前記照明レンズの照明方向、照射
角等を変え得るようにしたことにより、観察状態が大き
く変化しても視野範囲と照明範囲を常に一致さ仕ておく
ことができるようにしたものである。

〔実施例〕

以下、図示した一実施例に基づき本発明の詳細な説明す
る。

第１図は本発明による内視鏡の−・実施例の概略断面間
であって、１は内視鏡先端部である。２は内視鏡先端部
１の端面に配設されたカバーガラスを兼ねた凹レンズ、
３はその後方に配設された液晶レンズ、４は更にその後
方に配置された凸レンズであ、って、これらが対物レン
ズ５を構成している。６は対物レンズ５の後方に配置さ
れたイメジガイドファイハー束である。７は射出端が内
視鏡先端部１に配設されζいて図示しない光源からの光
を導くライトガイドファイバー束である。８はライトガ
イドファイバー束７の射出端の前方に配設された液晶レ
ンズ、９はその前方で内視鏡先端部１の端面に配設され
たカバーガラスであって、これらが照明レンズ１０を構
成している。

ここで、液晶レンズ３は第２図に示した如く液晶セル１
１Ｌその前方に配置された偏光板１２とから成り、液晶
セル１１は、二枚のうち少なくとも−・枚が湾曲したガ
ラス、アクリル等製の透明板１３．１３の互いに対向す
る而に夫々透明電極１４及び配向膜１５を被覆し、この
対向する面によって形成される凸レンズ状の空隙内にネ
マティック液晶１６を封入することにより構成されてい
る。

そして、スイッチＳＷがＯＦＦで電圧が印加されていな
い状態では、液晶１６の分子配列は分子の長軸の配列さ
れた方向くラビング方向）を偏光板１２の振動方向と一
致さセたホモジニアス配列となっている。従って、液晶
１６の屈折率は偏光板１２を透過して来た入射光に対し
て高屈折率の状態となり、液晶レンズ３の焦点距離が短
くなる。

又、スイッチＳＷがＯＮで一定植以上の電圧が印加され
た場合、液晶１６の分子配列がポメオトロビソク配列即
し分子の長軸方向が偏光板１２の振動ｈ゛向と直交する
配列となるので、入射光に対する液晶１６の屈折率が低
くなり、液晶レンズ３の焦点距離が長くなる。

又、液晶レンズ８は液晶レンズ３と基本的に同じ構造を
有している。

１７は内視鏡の手元操作部、１８は手元操作部１７内に
配置されていて液晶レンズ３及び図示しない電源と電気
的に接続されていると共に焦点調節用のシーソースイッ
チ１９からの信号を受ＬＪて液晶レンズ３の焦点距離を
長く　（画角は小さく）又は短く　（画角ば人きく）す
る第１駆動回路、２０は手元操作部１７内に配置されて
い−ζ液晶レンズ８及び［図示しない電源と電気的に接
続されていると共に第１駆動回路１Ｂからの信号を補正
処理回路２１を介して受けて液晶レンズ８の照射角を小
さく　（焦点距離は長く）又は大きく　（焦点距離は短
く）する第２駆動回路である。

本実施例は上述の如く構成されているから、シソ−スイ
ッチ１９を操作して液晶レンズ３の焦点距離を長くして
対物レンズ５のピント位置を遠点にすると、これに連動
して第３図（Ａ）に示した如く液晶レンズ８の画角が小
さくなって照明レンズ１０の照１・ｊ角が小ざくなり、
液晶レンズ３の焦へ距離を短くしてλ・Ｉ物１．・ンズ
５のピント位置を近点にすると、これ？、こ連動して第
３図（Ｂ）に示した如く液晶レンズ８の画角が大きくな
って１（り【明１、・ンズ１０の照射角が大きくなる。

従って、観、察状態が大きく変化しても視野範囲と照明
範囲を常番こ一致さセておくことができ、その結果常乙
：最適な照明状態が得られる。面、照射角を大きくする
と照明は暗くなるが、その時は近点観察時なので光量は
十分である。

又、本実施例の対物レンズ５中に液晶絞りやコーレクＩ
−ロクロミソク絞りをｋＩｌ込んでも良い。

次に、対物レンズ５の各種具体例について説明する。

第４図に示した例は、液晶レンズ３の偏光板１２と液晶
セル１１との間に絞り２２を配置することにより絞り２
２の後側近傍に液晶セル１１が位置するようにしたもの
であって、この場合液晶１７ンズ３の焦点距離を変えて
対物レンズ５のピント位置を変えても画角は殆ど変化し
ない。尚、２３はイメージガイ１”ファイバー束６の代
わり？２こ用いられる固体撮像素子である。

第５図に示した例は、凹Ｉ／ンズ２の代わりに負の液晶
Ｌ・ンズ３′を絞り２２の前側に配置したものであって
、この場合液晶レンズ３′の液晶セル１１′の屈折力を
変えることによりピント位置を殆ど変えずに画角を変え
ることができ、これにより物体像の拡大率を変え目つ視
野範囲を変えることができる。又、絞り２２の近傍に他
の液晶レンズを配置して液晶レンズ３′と連動させれば
、ビン１−位置を全く変えないようにすることもできる
。

尚、２４は凸１／ンズである。又、液晶レンズ３′は球
面レンズでも良いし、第６図に示した如くフレネルレン
ズから構成しても良い。

第７図に示した例は、液晶レンズ３の前側に視野方向変
換用の液晶プリズム２５を配置したものであって、これ
により視野方向を自在に変えることができる。液晶プリ
ズム２５は、一方の透明板２６の内面を第８図に示した
ようにフレネル面にし、液晶層２７の屈折率を変化させ
ることにより該液晶層２７と透明板２６との境界での屈
折角を変化させるようにしたものである。尚、透明板２
６．２６の屈折率ｎｐを液晶の常光線に対する屈折率ｎ
。又は異常光線に対する屈折率ｎｒ、と一致させれば、
液晶プリズム２５の電源のＯＮ又はＯＦＦの時−１−記
境界で全熱屈折し２なくなるのでセツティングが容易で
ある。

尚、液晶Ｉ／ンズを対物レンズ中に設けてこのレンズで
ピント合わせを行う場合には次のようにすると良い。

内視鏡のように被写界深度の深い対物レンズを有する光
学系のピント合わゼは、所謂ゾーンツメ−カス程度で充
分である場合が多い。そこで、遠点側、近点側という２
段階のオー１−フォーカスを考える。

第９図にあるように近点側にフォーカスしたときの被写
界深度と遠点側にフォーカスしたときの被写界深度が重
なるよ・）にして打く。この重なった領域は中間的な物
体距離であって頻繁に使用する距離所謂常用距離である
。ピント合わせの方法は既に知Ｃうれているが、本発明
では第４図に示した電子スコープの場合ｉ、Ｊその固体
撮像素子２３、第５図に示したファイバースコープの場
合はイメージガイドファイバ束６の射出側に設番」た図
示しないイメージセンサよってその撮像面上に形成され
る物体像のボケを検出するタイプが良い。即ち、イメー
ジセンサからの出力信号を隣接する絵素間の出力差等の
適宜のコントラスｌ−検出等乙こ用いられる評価関数を
用いて演算し、例えば近点側において物体像のボケがそ
の被写界深度ではっきり見える限界より大きくボケで来
たら遠点側に切換えるようにする（Ｄ−Ｃ−Ｅ−Ａ’−
・Ａ）。遠点側においても同様な場合逆に近点側に切換
えるようニする（Ａ→Ａ′→Ｂ→Ｃ→Ｄ）。こうすると
、常用距離では常にピントが合った状態となり、良く使
う範囲を観察するのにいちいちビン］−が合うのを待つ
必要がなくなる。

又、この方式は、２段切換えの液晶絞りを用いてオート
絞りを行う場合にも適用できる。即ら、第１０図に示し
た如く、近点側から遠ざかる時は液晶絞りのＦ　ｕ。、
を明る＜ｂ（Ｄ−ｃ−ｒら−Ａ′−Ａ）　、遠点側から
近づく時はＦ　Ｎｏ、　　を暗くする（Ａ−Ａ’→Ｂ−
◆Ｃ−Ｄ）。

次に、照明レンズ１０の各種具体例について説明する。

第１１図に示した例は、液晶Ｉ／ンズ８が負の屈折力を
有し且つ偏光板２８が含んでいるものであって、この場
合液晶レンズ８の画角を変えることにより照明レンズ１
０の照射角を変えるようになっている。尚、対物レンズ
５が偏光板１２を含んでいる場合、偏光板２８は省略し
ても良い。

但し、その場合、液晶レンズ８の液晶の配向方向と対物
レンズ５の偏光板１２の振動方向とを所定の関係にする
ことが必要である。

第１２図に示した例は、全体を正レンズ系として構成し
たものであって、２９はライトガイドファイバー束７の
射出端面に固着された単ファイバ３０は凸レンズである
。尚、液晶レンズ８は正の屈折力を有し且つ偏光板は含
んでいない。

第１３図に示した例は、液晶レンズ８が負の屈折力を有
し月、つ偏光板を含んでいないと共に、液晶層３１の前
側の透明板３２の断面を樹形にして液晶層３１の屈折率
を変化させることにより該液晶層３１と透明板３２との
境界で屈折角を変化させ、これにより照明方向も変化さ
せ得るようにしたものである。

第１４図に示した例は、液晶レンズ８が負の屈折力を有
し目４つ偏光板を含んでいないと共に、液晶層３１の前
側の透明板３２の内面を第８図に示したようなフレネル
面にして第１１図の例と同しく照明方向も変化させ得る
ようにしたものである。

尚、照明レンズ１０内に偏光板を設ければ、全光束の照
明方向を一様に変えることができるが、照射光量が１／
２になってしまう。そこで、対物レンズ５が偏光板を含
んでいる場合は、それを利用し、刊つそれの振動方向と
液晶レンズ８の液晶の配向方向とを所定の関係にするこ
とにより、照明レンズｌＯ内に偏光板を設けずに偏光板
を設けた場合とほぼ同様の効果を得ることができる。又
、全光束の照明方向を変える必要がなく、一部の光束の
みの照明方向を変えるので良ければ、偏光板■ を設けなくとも良い。即ち、その場合液晶レンズ８の液
晶の配向方向により、半分の光束の照明方向が変化し、
他の半分の光束の照明方向が変化しないままとなり、こ
れを近点観察時に対応さセればそれでも光量は十分なの
で問題はない。

ここで、照明レンズ１０における照明方向の変化と液晶
の配向方向との関係を液晶プリズムを用いて説明する。

まず、第１５図（Ａ）に示した如く、液晶プリズＪ、３
３の投影断面を有する透明板３４の喫方向（光軸と直交
し月つ紙面に沿う方向）と液晶３５の配向方向とを一致
させた場合、紙面と垂直な振動方向の偏光成分に対し液
晶３５の屈折率と両側の透明体３４の屈折率との差が小
さいので、該偏光成分は点線図示の如く殆ど屈折しない
。又、光軸と直交し且つ紙面に沿う振動方向の偏光成分
に対し液晶３５の屈折率と両側の透明体３４の屈折率と
の差が大きいので、該偏光成分は実線図示の如く大きく
屈折する。−・方、第１５図（Ｂ）に示した如く、液晶
３５の配向方向を光軸と一致させ１ま た場合、上記何れの偏光成分に対しても液晶３５の屈折
率と両側の透明板３４の屈折率とを一致させているので
、上記何れの偏光成分も屈折せずに光軸と一致した方向
に進む。従って、上述の如く屈折角が大きく変化する偏
光成分の振動方向と一致する振動方向の偏光板を照明レ
ンズ１０内に設ければ、照明方向を大きく変えることが
できる。

又、対物レンズ５内に偏光板を設けて一方の偏光成分の
みを用いる場合には、その偏光板の振動方向を照明レン
ズ１０において屈折角が大きく変化する偏光成分の振動
方向と一致させておけば、偏光板を照明レンズ１０内に
設けなくてもほぼ同様の効果が得られる。但し、物体に
おいて偏光成分の振動方向が全く変わってしまう場合は
、効果が得られない。そして、液晶レンズは上記液晶プ
リズム３３の連続体と見なゼるから上記原理が液晶レン
ズにも適用され、それによって配光を制御することがで
きる。

尚、照明レンズ１０内に偏光板を設ける場合は第１６図
に示した如く、その振動方向を対物レンズ５と照明レン
ズ１０の両光軸と直交する直線とほぼ平行にするのが良
い。それは、その振動力向と直交する振動方向（物体面
と平行な振動方向）の偏光成分の反射率が大きくて輝点
として観察の邪魔になるので、それを減らして物体を見
易くするためである。

以上のように、対物レンズ５及び照明レンズ１０の中に
夫々液晶レンズ及び／又は液晶プリズムを設けているの
で、対物レンズ５の視野方向１画角、ピント位置等や照
明レンズ１０の照明方向照射角を自在に変えることがで
きる。そして、両方の液晶レンズ及び／又は液晶プリズ
ムを連動させることにより対物レンズ５の視野方向１画
角ピント位置等の変化に応して照明レンズの照明方向、
照年１角等を変えることができる。例えば、対物１／ン
ズ５のピント位置を変えずに画角を変えて物体像の拡大
率を変え汀つ視野範囲を変える場合、それに合せて照明
レンズ１０の照射角を変えるようにすれば、照明効率が
最も良くなる。又、対物レンズ５のピント位置が近点側
にある場合は、視野範囲と照明範囲との間のパララック
スを除去すべく照明レンズ１０の照明方向と照射角を連
動して変えるのも良い。又、対物レンズ５の視野方向を
変える場合、それに合せて照明レンズ１０の照明方向の
み又は照射角のみ又は照明方向と照射角を連動して変え
るのも良い。

かくして、観察状態が大きく変化しても視野範囲と照明
範囲を常に一致させておくことができるので、常に最適
な照明状態が得られる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明による内視鏡は、観察状態が大きく
変化しても常に最適な照明状態が得られるという実用上
極めて重要な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による内視鏡の一実施例の概略断面図、
第２図は−に記実施例の液晶レンズの概略断面図、第３
図は上記実施例におけるピント位置の変化と照射角の変
化との関係を示す概略図、第４図乃至第８図は夫々対物
レンズの各種具体例及びその要部構造を示す図、第９図
及び第１０図は夫々対物レンズにおけるオートフォーカ
ス及びオート絞りの方式を示す図、第１１図乃至第１４
１１は夫々照明レンズの各種具体例を示す図、第１５図
は照明レンズにおＪｌる照明方向の変化と液晶の配向方
向との関係を示す図、第１６図は照明レンズ内に偏光板
を設ける場合のその振動方向を示す図である。 １・・・・内視鏡先端部、２・・・・凹レンズ、３．８
・・・・液晶レンズ、４．２４．３０・・・・凸レンズ
、５・・・・対物レンズ、６・・・・イメージガイドフ
ァイバ束、７・・・・ライトガイドファイバー束、９・
・・・カバーガラス、１０・・・・照明レンズ、１１・
・・・液晶セル、１２．２８・・・・偏光板、１３，２
６，３２．３４・・・・透明板、１４・・・・透明電極
、１５・・・・配向膜、１６．３５・・・・液晶、１７
・・・・手元操作部、Ｉ８・・・・第１駆動回路、１９
・・・・シーソースイッチ、２０・・・・第２駆動回路
、２１・・・・補正処理回路、２３・・・・固体撮像素
子、２５．３３・・・・液晶プリズム、２７．３１・・
・・液晶層、２９・・・・争ファイバ。 ― 宵

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ライトガイドと、該ライトガイドの射出端前方に設けた
   照明レンズと、対物レンズと、該対物レンズによる像を
   受けるイメージガイド又は撮像素子とを備えた内視鏡に
   おいて、 前記対物レンズ及び照明レンズの中に夫々液晶レンズ及
   び／又は液晶プリズムを設け、両方の液晶レンズ及び／
   又は液晶プリズムの制御を連動させることにより前記対
   物レンズの視野方向、画角、ピント位置等の変化に応じ
   て前記照明レンズの照明方向、照射角等を変え得るよう
   にしたことを特徴とする内視鏡。