JPH027047B2

JPH027047B2 -

Info

Publication number: JPH027047B2
Application number: JP56079921A
Authority: JP
Inventors: Susumu Takahashi
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1981-05-26
Filing date: 1981-05-26
Publication date: 1990-02-15
Also published as: US4500181A; US4671630A; DE3219511A1; JPS5810033A; DE3219511C2

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、特に高倍率の内視鏡に適する照明光
学系に関するものである。

体内の組織をよく観察するためには倍率の高い
内視鏡が用いられる。このために従来は第１図に
示すように観察光学系の傍に照明光学系を付設し
た形式の内視鏡を被観察物体にごく接近させた状
態で使用するのが普通であつた。即ち、第１図に
おいて、A₁はライトガイドフアイバー１から照
明光学系２を通して射出される照明光の被観察物
体表面３上での照明範囲を、又A₂はカバーガラ
ス４と対物レンズ５をイメージガイド６とを含む
観察光学系の被観察物体表面３上での観察範囲を
それぞれ示しているが、かゝる構成では、被観察
物体表面３と内視鏡先端部７とを接近させた場
合、照明範囲A₁と観察範囲A₂とが一致せず、パ
ララツクスにより照明むらを生ずるという欠点が
あつた。また観察光学系の倍率が高い場合には焦
点深度が浅いため、被観察物体表面３と内視鏡先
端面との間の距離が変わるとピントがボケやす
く、又内視鏡先端部７がブレると写真撮影をした
場合像が流れやすいと云う欠点があつた。

かゝる欠点を除去するために、従来より第２図
および第３図に示すような改良がなされている。
先づ第２図に示すものは、照明範囲A₁と観察範
囲A₂との不一致による照明むらをなくするため
に、照明光学系と観察光学系を同軸的に配置した
構造のもので、対物レンズ５内にハーフプリズム
８が挿入されていて、ライトガイドフアイバー１
より射出された光束はハーフプリズム８の側面よ
り入射せしめられた後反射し、観察光学系のカバ
ーガラス４より被観察物体表面３に向けて射出さ
れるようになつている。従つて、この場合は内視
鏡先端部７が被観察物体表面３に接近しても照明
範囲A₁は観察範囲A₂を十分にカバーすることが
できる。然しながら、この方式のものはカバーガ
ラス４の表面等のフレアー光により鮮明な像を得
ることができないと云う欠点がある。次に第３図
に示すものは、被観察物体表面３と内視鏡先端面
との間の距離を一定に保つために内視鏡先端部７
に少なくとも相対向する一対の突起９，９を設け
て、観察時この突起９を被観察物体表面３に密着
せしめるようにしたものであるが、この方法でも
対物レンズ５の倍率が２倍を越える場合には焦点
深度が非常に浅くなり、被観察物体表面までの距
離が変わるとピントがボケやすく不便であつた。

本発明は、かゝる事情に鑑み、高倍率にも拘ら
ず照明むらが生ぜず像のピントのボケない而もフ
レアー光のない立体的な像の得られる、この種照
明光学系を提供せんとするものであるが、以下図
示した各種実施例に基づき、第１図乃至第３図に
示したのと実質上同一の部品および部分には同一
符号を付してこれを説明すれば、先づ第４図乃至
第１０図において、１０は内視鏡先端部７内で対
物レンズ５の前方に設置されていて反射面１０ａ
と、対物レンズ５の光軸と直交し且つ対物レンズ
５と対面する平面（以下対物レンズ側平面と称す
る）１０ｂと、対物レンズ側平面１０ｂと平行で
内視鏡先端部７の前面に露出する平面（以下物体
側平面と称する）１０ｃとを有する透明体として
役立つプリズム、１１は黒塗り１１ａの施された
研摩されていない外周面と、ライトガイドフアイ
バー１に密着または接着された一端面と、プリズ
ム１０の対物レンズ側平面１０ｂに密着または接
着された他端面とを有していてライトガイドフア
イバー１からの光をプリズム１０内へ導びくため
対物レンズ５の周りに配置された複数の筒状の透
明部材、１２は透明部材１１との接合面と観察光
学系の有効径部分とを除いて対物レンズ側平面１
０ｂ上に施された黒塗りである。

次に上記実施例の作用を説明すれば、図示しな
い光源装置からライトガイドフアイバー１によつ
て伝送されて来た光は透明部材１１を透過してプ
リズム１０内へ導びかれるが、この場合、第６図
に明示するように透明部材１１の周面に当つた光
は黒塗り１１ａに吸収されて透過できないため透
明部材１１の内部を乱反射または直進して出る光
束の広がり角φは比較的小さく押えられ得る。従
つて、かゝる透明部材１１を用いれば、第７図に
示す如く電球やストロボ等の光源１３を透明部材
１１の前に直接配置し得る。又この説明から明ら
かな如く、透明部材１１の代わりに内側が拡散面
になつている中空の金属パイプ、例えば内周面に
ねじを切つた中空パイプを用いてもよい。かくし
て、透明部材１１を透過した光束はプリズム１０
の対物レンズ側平面１０ｂより入射して反射面１
０ａにより反射される。こゝで、反射面１０ａの
対物レンズ側平面１０ｂに対する傾き角θ（第８
照参照）は、反射面１０ａより反射された光が対
物レンズ側平面に入射する際には全反射するよう
に選定されているので、反射面１０ａにより反射
された光は、第８図に示された如く、対物レンズ
側平面１０ｂで全反射したのち物体側平面１０ｃ
で全反射し、次に再び対物レンズ側平面１０ｂで
全反射する。この場合、対物レンズ側平面１０ｂ
と物体側平面１０ｃに対する光の入射角は一定に
保たれる。かくして入射した側とは反対側にある
反射面１０ａに達した光は、プリズム１０に入射
した角度と同じ角度で対物レンズ側平面１０ｂよ
り射出されるが、この光線は対物レンズ５の視野
内に射出することはなく、対物レンズ側平面１０
ｂの黒塗り１２の部分から射出する結果となり、
実際にはこゝで吸収される。ところで、この状態
では対物レンズ５にフレアー光が入ることはない
が、物体を照明することもできない。然しなが
ら、一般に高倍率の内視鏡では観察時ピントズレ
が起きないように物体に先端部を押し付けて用い
ることが多いが、かゝる使用法はプリズム１０内
を上述の如く全反射して進む光を物体側へ射出せ
しめることを可能にする。即ち内視鏡の先端を第
９図に示す如く被観察物体の表面３に押し付ける
と、プリズム１０の物体側表面１０ｃと物体との
間に体内の水分が閉じ込められるが、水は空気よ
りも屈折率が高いため、この状態ではプリズム１
０内を進む光は物体側表面１０ｃで全反射せずに
物体側へ射出され、これが物体表面を照らす照明
光となる。この場合、物体側平面１０ｃにおいて
生ずるフレネル反射光は対物レンズ側平面１０ｂ
では全反射するので、対物レンズ側平面１０ｂよ
り光が射出することはなく、従つて対物レンズ５
にフレアー光が入るようなことはない。このよう
にして物体側表面１０ｃから射出する光は、物体
側が空気の場合には全反射する性格のものである
から、物体側に大きな出射角を以て射出される。
これは物体表面を斜めから照らすことになること
を意味し、従つて被観察物体の影は誇張されて立
体的な像を得ることができる結果となる。これ
は、通常の内視鏡の照明方式のように物体面を
ほゞ垂直に近い方向から照明する場合には得られ
ない独特の効果である。上記説明では物体側の媒
質が水で対物レンズ側が空気である場合について
述べたが、プリズム１０の対物レンズ側平面１０
ｂでフレアー光が全反射するためには、プリズム
を構成する材質の屈折率（n₂）＞対物レンズ側の
媒質の屈折率（n₃）なる関係が、又照明光がプリ
ズム１０の物体側表面１０ｃから射出されるため
には、物体側の媒質の屈折率（n₁）＞n₃なる関係
がそれぞれ満たされる必要がある。これを第１０
図を参照しながら更に詳しく説明すると、いま光
線ａの対物レンズ側平面１０ｂへの入射角をα、
光線ｂの同平面への入射角をβ、光線ｃの同平面
への入射角をγ、対物レンズ側平面１０ｂでの臨
界角をθ₁とした場合、α＜θ₁＝sin^-1（n₃／n₂）と
なり、従つて光線ａは対物レンズ側平面１０ｂで
は屈折し、対物レンズ５の側へ抜けてしまう。次
に物体側平面１０ｃでの臨界角をθ₂＝sin^-1（n₁／
n₂）とした時、入射角βはθ₂＞β＞θ₁なる関係を
満しているものとすれば、光線ｂは対物レンズ側
平面１０ｂでは全反射し、物体側平面１０ｃは屈
折して一部は被観察物体の表面３とプリズム１０
の物体側平面１０ｃの間に閉じ込められた水中へ
光線b₁となつて進み、他の一部は物体側平面１０
ｃでフレネル反射し、光線b₂となつて再度対物レ
ンズ側平面１０ｂへ入射する。更に、入射角γは
γ＞θ₂なる関係を満しているものとすれば、光線
ｃは対物レンズ側平面１０ｂと物体側表面１０ｃ
の何れにおいても全反射しながら進み、既に説明
した如く、最後に反射側の反対面１０ａにより反
射されて対物レンズ５の側へ抜ける。そこで、光
線ａ，ｂ，ｃの役割を考えると、先づ光線ａは対
物レンズ側平面１０ｂで対物レンズ５の側へ抜け
てフレアー光となるので好ましくない。従つて光
線ａがないようにプリズム１０の傾き角θと透明
部材１１からの射出光の開きとを選定する必要が
ある。透明部材１１からの射出光の開き角は透明
部材１１の長さと巾（太さ）を変えることにより
容易に制御することができる。次に光線ｂは物体
側平面１０ｃで二つに分れてb₁、b₂となるが、b₁
は被観察物体表面３を斜めから照らして立体観を
呼び起すのに有効な光であり、b₂はフレアー光に
はならないので問題ない。更に光線ｃは物体側へ
は出ないので照明光としては使えないがフレアー
光にもならない。この説明で明らかなように本発
明は光線ｂを利用せんとするものであるから、光
源（ライトガイドフアイバー１の射出端面、電球
１３、ストロボ等を含む）から供給される光線の
対物レンズ側平面１０ｂへの入射角δが、θ₁＜δ
＜θ₂となるように、プリズム（透明体）１０の形
状、透明部材１１の長さおよび巾（太さ）、プリ
ズム１０に対する透明部材１１の取付け角εが選
定される。この意味で、プリズム１０の対物レン
ズ側の面は、必ずしも以上説明して来た如く平面
である必要はなく、球面の一部をなしていても良
いことは云うまでもない。

次に第１０図および第１１図を参照して本照明
光学系の構成要素の具体的寸法を例示する。

n₁＝1.33 θ₁＝33.7゜ n₂＝1.80 θ₂＝47.6゜ n₃＝1.00 透明部材１１の寸法 a₁＝0.3mm a₂＝2.1mm 屈折率：1.52 プリズム１０に対する透明部材１１の取付け角 ε＝0゜透明部材１１から出る光束の空気中での広がり
角 φ＝24.8゜透明部材１１から出る光束のプリズム１０内で
の広がり角 δ₁＝13.6゜プリズム１０の反射面１０ａで反射されて対物
レンズ側平面１０ｂに入射するときの角度 δ₂：37.2゜（最小値）〜50.8゜（最大値）プリズム１０の物体側平面１０ｃで水中に射出
されるときの角度 δ₃：43.7゜（最小値）〜90.0゜（最大値）プリズム１０の寸法 l₁＝3.0mm l₂＝0.6mm l₃＝0.8mm θ＝22゜プリズム１０に対する透明部材１１の取付け位
置 l₄＝1.2mm（但し、この寸法は物体側平面１０ｃ
で反射する位置が対物レンズ５の光軸の近傍に来
るように選ぶのがよい。）以上、代表的一実施例に基づき本発明を詳述し
たが、以下他の各種実施例について説明する。先
づ第１２図には、対物レンズ５の前方に直方体の
透明体（プリズム）１４を配置し、ライトガイド
フアイバー１の先端に透明部材１１を接着して、
これをプリズム１４の側面に密着せしめた実施例
が示されている。この場合、プリズム１４の側面
は、第１３図および１４図に示す如く、透明部材
１１の取付け部分を除いて反射面１５となつてい
て、物体側平面１４ａに水が付いたとき物体側に
光が射出されるようになつている。物体側平面１
４ａで生ずるフレネル反射光はプリズム１４の反
射面１５で反射し、対物レンズ側平面１４ｂで全
反射して、再び物体側平面１４ａより射出される
が、この過程が光線の強度を減衰せしめながら無
限回繰り返される。かゝる意味でこの実施例は照
明光の利用効率が高い方式のものと云える。

第１５図には、ライドガイトフアイバー１より
射出された光束が透明部材１１によりその広がり
角を絞られ、透明体（プリズム）１６により偏角
されてプリズム１４に入射せしめられるようにし
た実施例が示されている。即ち、この実施例は、
透明部材１１からの光束をプリズム１４の側面よ
り直接導入するようにした第１２図の実施例に較
らべて、プリズム１４への光束の導入を容易に実
現し得るようにしたものである。

第１６図には、透明部材１１より透明体（プリ
ズム）１７内へ導入された光束が、物体側が空気
の場合は物体側平面で全反射して黒塗り１２によ
り吸収されるように、プリズム１７の形状と透明
部材１１の長さ、巾およびプリズム１７への取付
け角を選定した実施例が示されている。この実施
例では、物体側の水の場合、透明部材１１よりプ
リズム１７内へ導入された光は物体側平面で物体
側に射出される。この際生じるフレネル反射光は
黒塗り１２に吸収されるので、フレアー光はな
い。即ち、この実施例は、第４図乃至第１１図で
説明した代表的実施例においては、照明光を反射
面１０ａで反射させ、対物レンズ側平面１０ｂで
一回反射させたのち物体側平面１０ｃから射出さ
せているのに対して、物体側平面より直接射出さ
せるようにした方式のものである。

第１７図には、透明体（プリズム）１８の物体
側平面１８ａと対物レンズ側平面１８ｂとが平行
でない場合の実施例が示されている。この実施例
においては、ライトガイドフアイバー１よりの光
束は透明部材１１により絞られてプリズム１８内
に射出され、物体側平面１８ａで全反射またはフ
レネル反射された光が、対物レンズ側平面１８ｂ
では必ず全反射するように、透明部材１１から射
出される光束の広ろがり角、透明部材１１の物体
側平面１８ａとのなす角度および物体側平面１８
ａと対物レンズ側平面１８ｂとのなす角度Ａが選
定されている。プリズム１８には光の吸収面１９
が形成されていて、この吸収面１９により対物レ
ンズ側平面１８ｂで全反射した光は吸収される。
この実施例では、物体側平面１８ａに水が付いて
いない状態でも物体側平面１８ａより光が射出し
得る。即ち、透明部材１１からプリズム１８内に
射出される光線の物体側平面１８ａへの入射角Ｂ
が、空気中での臨界角θ₃から該臨界角θ₃よりも角
度Ａだけ小さい角度までの範囲内にある場合の光
線は空気中でも照明光として利用することがで
き、而もそのフレネル反射光は対物レンズ側平面
１８ｂでは全反射するのでフレアー光にはならな
いと云う利点がある。換言すれば、Ｂ＞θ₃のとき
空気中では物体側平面１８ａより光は射出され
ず、θ₃＞Ｂ＞θ₃−Ａのとき空気中、水中ともに光
は射出されるが、何れの場合もフレアー光はな
い。

上述の如く本発明によれば、内視鏡先端を視観
察物体に密着して用いることができ、高倍率であ
つてもピンボケを生じるようなことはなく、又照
明光が被観察物体の表面に斜めから当るため物体
像を立体的に観察できるばかりか、照明光は対物
レンズ側にフレアー光として入ることがなく而も
視野外を照らす光量が少ないため常に明るく且つ
鮮明な像が得られ、写真撮影に際しても極めて見
易い写真を得ることができる。更に、照明系と観
察系とが同一のカバーガラスを用い得るため、視
野全体をむらなく照明することができるばかり
か、内視鏡先端部を小型且つコンパクトに構成す
ることができる。

なお、第１８図には、本発明による照明原理を
用いた照明光学系を観察光学系とは別の場所に配
置した場合の実施例が示されているが、かゝる構
成によれば、被観察物体を斜めから照らすことが
できるため、立体的な像を得ることができると云
う利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高倍率内視鏡の先端部の構成を
示す説明図、第２図は照明むらをなくするように
工夫された従来の高倍率内視鏡の先端部の構成を
示す説明図、第３図は従来の高倍率内視鏡先端部
にフードを取付けた場合の説明図、第４図は本発
明に係る照明光学系の一実施例を内蔵した高倍率
内視鏡先端部の構成を示す説明図、第５図乃至第
１１図は第４図に示す実施例の作用を説明するた
めの説明図、第１２図乃至第１４図は本発明に係
る照明光学系の他の実施例を内蔵した高倍率内視
鏡先端部の構成と作用を説明するための説明図、
第１５図乃至第１８図はそれぞれ本発明に係る照
明光学系の更に他の各種実施例を内蔵した高倍率
内視鏡先端部の構成を示す説明図である。１……ライトガイドフアイバー、３……被観察
物体表面、５……対物レンズ、７……内視鏡先端
部、１１……透明部材、１３……ランプ、１０，
１４，１７，１９，２０……透明体（プリズム）、
１６……プリズム。

Claims

【特許請求の範囲】

１照明光源と、該照明光源に並置された対物レ
ンズと、上記照明光源の前方に配置され上記対物
レンズの光軸を含む位置まで延在する透明体と、
を備えた内視鏡において、上記透明体の屈折率を
n₂上記透明体の対物レンズ側にある媒質の屈折率
をn₃とするとき、n₂＞n₃なる条件を満足せしめる
と共に上記光源から上記透明体に入射する光線の
うち該透明体の上記対物レンズに対向する面へ入
射する光線の該面への入射角が臨界角θ₁（θ₁＝
sin^-1n₃／n₂）よりも大きくなるように上記透明
体の形状が選定されていることを特徴とする内視
鏡用照明光学系。