JPH04315121A - 内視鏡用照明光学系 - 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】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、先端の中心から外れた
輪帯状の領域の少なくとも一部を覆うようにライトガイ
ドの射出端面を配置して成る内視鏡の特に照明光学系に
関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、内視鏡の照明系では、観察物体の
全域を均一に照明することができるように、ライトガイ
ドの射出端面の前に凹レンズや特開昭５８−９５７０６
号公報に開示された如き凸レンズから成る照明レンズが
配置されている。 【０００３】図１６は、横軸を配光角，縦軸を視野中心
を基準とした相対照度として、球面状の物体面を均一に
照明することができる理想的な照明光学系を用いて平面
状の物体を照明した際の配光角と配光照度の関係を示し
ている。θを配光角、ＥＰ　を配光角の位置における平
面物体面の照度、ＥＳ　を配光角θの位置における球面
物体面の照度とした場合、平面物体面に対する配光と球
面物体面に対する配光との間には、 　　　　　　ＥＰ　∽ＥＳ　×　　ｃｏｓ　３　θ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　（１）の関係がある。図１６からも分か
るように、対物光学系の画角が広角になればなる程、平
面物体観察時には周辺部の配光が悪くなる。そのため、
従来、例えば特開昭６４−３６１６号により提案された
如く、照明レンズとして非球面凹レンズを用いて、周辺
部の配光状態を改善することが試みられていた。 【０００４】また、図１７は、球面物体面を均一に照明
することのできる理想的な照明光学系の中心を管の中心
軸と一致するように配置した場合の管状物体面と照度の
関係を示している。ＥＴ　を配光角θの位置における管
状物体面の照度とした場合、球面物体面に対する配光と
管状面に対する配光との間には、 　　　　　　ＥＴ　∽ＥＳ　×　　ｃｏｓ　３　θ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　（２）なる関係がある。 【０００５】上記（１），（２）式から分かることは、
従来の広角の照明系を用いて管腔内の観察を行う場合は
、内視鏡先端に近い管内表面のみが明るくなり過ぎ配光
が均一にならないと言うことである。そこで、従来から
細い管腔内を観察するような場合に、管腔内も均一に照
明されるようにするため、ライトガイドを輪帯状に配置
する方法が採用されている。更に、使用される対物光学
系が広角の場合には、図１８（実開昭６４−５４０１６
号）や図１９（実開平２−１０４３１５号）に示すよう
に、内視鏡本体の外側に向かって光線を曲げるため、輪
帯状の照明レンズを配置したものが知られている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常の
管腔内観察時には、内視鏡の先端が管の中心軸上に位置
することは殆どなく、図２０に示すように管内面に内視
鏡の先端が接した状態にある場合が多い。そのため、管
内面に接触している側の照明光学系による配光は、内視
鏡先端に近付くに従って管内面と照明系との離間距離が
急激に短くなるため、内視鏡先端に近い管内面は明るく
なり過ぎて観察に支障を来たすという問題があった。 【０００７】また、図２１（実開平２−２７１１２）に
示すように、平凸レンズの中心部をくり抜いて作られた
照明レンズの場合には、凸面側の曲率は内視鏡本体の外
径によって制約され、小さな曲率半径を持つレンズは使
用できない。そのため、照明レンズの焦点距離は比較的
長くなって、管腔内では、内視鏡先端に近い管内面部分
まで配光範囲を広げることができず、管内観察には適さ
なかった。 【０００８】本発明は、従来技術の有するこのような問
題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところ
は、特に管内面をほぼ均一に照明することのできる照明
光学系を備えた内視鏡を提供しようとするものである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による内視鏡においては、ライトガイドの射
出端面の前方に、内視鏡先端の中心軸外に曲率中心を持
つ正の屈折力を有する曲面を備えた照明レンズが配置さ
れている。 【００１０】 【作用】本発明の作用を説明するに先立ち、図１及び図
２を参照して本発明による内視鏡の要部構成を説明する
。図中、１は内視鏡本体の中心軸線Ａに沿って配置され
た対物光学系、２は対物光学系１の光軸即ち内視鏡本体
の中心軸線Ａを中心とする円周上に輪帯状に配置された
ライトガイド、３はライトガイド２の射出端面の前にラ
イトガイド２に対応して配置された輪帯状の照明レンズ
である。この場合、照明レンズ３は正の屈折力を有して
いて、ライトガイド２の射出端面に対向する曲面の曲率
中心は内視鏡本体の軸線Ａから外れ、照明レンズの内周
の延長線上に近い位置Ａ’にあるように設計されている
。 【００１１】上記の構成により、照明レンズの入射面の
曲率が強くなり焦点距離が短くなるので、ライトガイド
２から出射した光線は内側へ強く曲げられ内視鏡の先端
部が管内面Ｓに接した状態の場合でも、図３に破線で示
した如く管内面を照明する。この例では、照明レンズ３
を出射した光線が強く屈折されて反対側の管内面を照明
するようになっているので、照明レンズ３から観察視野
に入るべき管内面部分の各点までの差が小さくなり、内
視鏡先端に近い管内面部分のみが異常に明るくなるのが
押さえられ、良好な配光状態が得られる。 【００１２】次に、照明レンズ３の形状についてより詳
細に説明する。図４に示すように、ライトガイド２から
その軸に平行に射出した光線Ｌは、照明レンズ３の第一
面３ａの法線に対してθの角度で照明レンズに入射する
。ここで、照明レンズ３の屈折力をｎとすると、光線Ｌ
はスネルの法則から 　　　　　　θ′＝　ｓｉｎ−１（　ｓｉｎθ／ｎ）　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（３）の角度で、照明レンズ３を通り、第二面
３ｂに対してθ−θ′の角度で入射し、最終的にθ″の
角度で照明レンズ３から出射される。このとき、θ″の
角度は　　　　　　θ″＝　ｓｉｎ−１｛ｎ　ｓｉｎ（
θ−θ′）｝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（４）となる。 【００１３】ここで、ライトガイド２の高さ（幅）をＨ
、照明レンズ３の第一面３ａの曲率半径をＲとすると、
照明レンズ３へのライトガイド２の最も外側からの光線
Ｌの入射角θ０　は 　　　　　　θ０　＝　ｓｉｎ−１（Ｈ／Ｒ）　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（５）であるから、（３）式よりθ′０　は 　　　　　　θ′＝　ｓｉｎ−１（Ｈ／ｎＲ）　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（６）又照明レンズから射出される光線Ｌの最大
射出角θ″０　は 　　　　　　θ″０　＝　ｓｉｎ−１｛ｎ　ｓｉｎ（θ
０　−θ′０　）｝　　　　　　　　　　　　　　　　
（７）となる。 【００１４】従って、照明光学系が対物光学系１の視野
範囲を完全にカバーする配光を得るためには、対物光学
系１の半画角ωよりも最大出射角θ０　″が大きな値を
持てば良いことになる。つまり 　　　　　　ω≦θ０　″　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　（８）であれば良く、この条件を（７
）式によって括めると、　　　　（ｓｉｎ　ω／ｎ）≦
ｓｉｎ　（θ０　−θ０　′）　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　（９）となる。 【００１５】 【実施例】図５は、本発明に係る内視鏡の第１実施例の
要部構成を示している。この場合、ライトガイド２とし
ては図６に示すような輪帯状のものが使用されており、
ライトガイド２から出射した光線は照明レンズ３により
図示のように内側へ曲げられる。ライトガイド２の高さ
Ｈ＝１ｍｍ，外径φｏｕｒ　＝８ｍｍ，内径φＩＮ＝６
ｍｍ，対物光学系の半画角ω＝６０゜とした時の第１実
施例における照明光学系の数値データは下記の通りであ
る。尚、照明レンズ３の径方向の位置は丁度ライトガイ
ド２の射出端面の正面となり、ライトガイド２からその
軸に平行に出射した光が総て照明レンズ３に入射するよ
うになっている。 ｒ１　＝∞ 　　　　ｄ１　＝１．０　　　　　　ｎ１　＝１．５１
６３３　　　　　　ν１　＝６４．１５　　ｒ２　＝−
１．０２０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　ｄ２　＝０　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ＥＲ＝１．０　　　　　　　　θ０　″＝７０．
２゜　　　　（ｓｉｎ　ω）／ｎ＝０．５７１　　　　
ｓｉｎ　（θ０　−θ０　′）＝０．６２１　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　【００１６】図７は本発明に係る
内視鏡の第２実施例の要部構成を示している。対物光学
系１の画角，ライトガイド２の形状及び寸法を第１実施
例と同じにした場合の、第２実施例における照明光学系
の数値データは下記の通りである。 ｒ１　＝１．０ 　　　　ｄ１　＝１．０　　　　　　ｎ１　＝１．８８
３００　　　　　　ν１　＝４０．７８　　ｒ２　＝−
１．２５０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　ｄ２　＝０　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ＥＲ＝１．０　　　　　　　　θ０　″＝６２．
９０゜　　（ｓｉｎ　ω）／ｎ＝０．４６０　　　　ｓ
ｉｎ　（θ０　−θ０　′）＝０．４６９　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　【００１７】図８は夫々本発明に係
る内視鏡の第３実施例の要部構成を示している。この実
施例においては、照明レンズ３の第一面３ａは非球面で
あって、その形状は、対物光学系の光軸Ａをｘ軸に又そ
れに垂直にｙ軸をとり、ｘ軸と面との交点を原点とする
座標系において次式で表わされるものである。 【数１】 但し、Ｐ，Ｅ，Ｆ，Ｇは夫々非球面係数、Ｃは非球面の
光軸上の曲率である。 【００１８】対物光学系１の画角，ライトガイド２の形
状及び寸法を第１実施例と同じにした場合の第３実施例
における照明光学系の数値データは下記の通りである。 ｒ１　＝∞ 　　　　ｄ１　＝１．５　　　　　　ｎ１　＝１．７８
４７２　　　　　　ν１　＝２５．７１　　ｒ２　＝∞
（非球面）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　ｄ０　＝０　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ｒ３　＝∞ （非球面係数） Ｐ＝１　　　　　　　　Ｅ＝０　　　　　　　　　　Ｆ
＝−０．３２０×１０−３　　　　　　　　　　　　　
　　　　　ＥＲ＝４　　　　　　θ０　″＝７６．９゜
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　【００１９】対物光学
系１の画角，ライトガイド２の形状及び寸法を第１実施
例と同じにした場合の第４実施例における照明光学系の
数値データは下記の通りである。 ｒ１　＝∞ 　　　　ｄ１　＝１．２　　　　　　ｎ１　＝１．７８
４７２　　　　　　ν１　＝２５．７１　　ｒ２　＝∞
（非球面）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　ｄ０　＝０　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ｒ３　＝∞ （非球面係数） Ｐ１　＝１　　　　　　　　Ｅ＝Ｆ＝０　　　　　　Ｇ
＝−０．１５×１０−４　　　　　　　　　　　　　　
　　　　ＥＲ＝４　　　　　　　　θ０　″＝７６．９
゜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　【００２０】上記第３実
施例において、照明レンズ３の非球面は、ライトガイド
２から出射された光線が入射する部分において、内側か
ら周辺にかけて曲率半径が除々に大きくなる凸レンズ状
をなしている。このような非球面を用いることにより、
照明レンズ３の周辺部における光線が第二面３ｂで全反
射するのを防ぎ且つ周辺配光を良くすることができる。 更に、照明レンズ３の周辺部近傍でライトガイド２から
の射出光を急激に内側へ曲げることにより、内視鏡の中
心軸線に沿う前方へも多くの照明光を送ることができ且
つ光量ロスを減らすことができる。従って、管腔内をよ
り一層均一に照明することが可能となる。 【００２１】上述の各実施例において、ｒ１　は第二面
３ｂの曲率半径、ｒ２　は第一面３ａの曲率半径、ｒ３
　はライトガイド２の射出端面の曲率半径、ＥＲは第二
面３ｂの高さ（幅）、ｄ１　は照明レンズ３の厚さ、ｄ
２　はライトガイド２の射出端面と照明レンズ３の間の
最小間隔、ｎ１　は照明レンズ３の屈折率、ν１　は照
明レンズ３のアッベ数である。 【００２２】以上の各実施例においては、照明レンズ３
は輪帯状をなしているが、この照明レンズは、管腔内で
の配光が実用上問題にならない範囲内ならば、複数個に
分割して用いることもできる。 【００２３】図９及び図１０は本発明の第４実施例を示
しており、図９は内視鏡先端の要部正面図、図１０は図
９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。この第４実施例では
、ライトガイド及び照明レンズが輪帯状ではなく、それ
らが対物光学系１の周りに四分割して対称に配置されて
いる。各照明レンズ３の断面は図１０に示される如く、
前記の第１乃至第３実施例と同様の形状をなしている。 この実施例による場合は、ライトガイド及び照明レンズ
の加工が輪帯状の場合に較べて容易となるという利点が
ある。尚、分割数は特に限定されるものではなく、又各
照明光学系の位置は必ずしも対物光学系１の中心に対し
て点対称の位置に限定されるものではない。 【００２４】図１１は本発明の第５実施例を示しており
、この図は内視鏡先端部の要部正面図である。この実施
例においては、内視鏡先端中央部に対物光学系１と各種
の器具等を挿通するための穴４，４が配置され、その周
りに照明レンズ３が配置されている。この場合も、照明
レンズは輪帯状であってもよいし、複数個に分割されて
いてもよい。 【００２５】図１２は本発明の第６実施例を示している
。この実施例では、特に管内観察に際して内壁面を重点
的に見るのに適するように照明光学系が構成されている
。即ち、照明レンズ３の断面形状は、曲率中心が対物光
学系１とは反対の側に位置し、正の屈折力を有する形状
になっている。照明レンズのこの形状により、ライトガ
イド２から出射した光線のうち、内視鏡の中心部寄りの
光線Ｌｃ　は照明レンズ３の強い屈折作用により大きく
外側へ曲げられて、内視鏡先端に比較的近い管内面部分
を照明することになる。反対に内視鏡の周辺部寄りの光
線Ｌｏ　は照明レンズ３の屈折作用が殆どないため、管
腔内の比較的遠方を照明することになる。図１３に示す
ように、管腔内の内視鏡先端部近傍の任意の照明範囲Ｄ
に対して、従来の凹レンズ３′による照明では照明レン
ズ３′から物体面Ｓまでの距離Ｌ１　′，Ｌ２　′がＬ
′１　≫Ｌ′２　となり、内視鏡先端から遠い部分は近
い部分に較べて（Ｌ′２　／Ｌ′１　）２　倍で暗くな
る。しかしながら、第７実施例においては、照明レンズ
３から物体面Ｓまでの距離Ｌ１　，Ｌ２　の差が小さく
なり、或る範囲ではＬ１　≒Ｌ２　の関係が成り立つた
め、従来のものに較べて均一な照明が得られる範囲が広
がる。又、内視鏡先端が管内面Ｓに接触した状態でも配
光ムラは殆ど生じない。 尚、本実施例の照明レンズも輪帯状に限定されるもので
はない。又、照明レンズ３の正の屈折作用の強さを調節
することにより、ライトガイド端面の広い範囲からの光
を管内面の所望の範囲内に集束させることもできるので
、照明効率もよい。 【００２６】図１４及び図１５は本発明の第７実施例を
示し、図１４は内視鏡先端部の正面図、図１５は図１４
のＸＶ−ＸＶ線に沿う断面図である。この実施例は、観
察対象となる管の径が非常に大きくて内視鏡の中心を管
の中心に置くことができないような場合に適するように
照明光学系を構成した例を示している。即ち、照明レン
ズ３は図１４に示す如く対物光学系１の光軸に対して非
対称な形状を有しており、一方が他方に比較して面積が
大きい輪帯状をなしている。照明光学系をこのように構
成することによって、図１５に示す如く内視鏡の中心が
管腔の中心に位置しない場合に、管内面Ｓに近い側は小
さな照明系で照明し、管内面Ｓから遠い側は大きな照明
系で照明することができ、管腔内でより均一な配光が得
られるようになる。又、照明光学系を偏心させることに
より、対物光学系１の光軸は相対的に管腔の中心方向へ
寄せられる結果となるため、視野内で片ボケの少ない良
好な物体像が得られるという結果もある。 【００２７】 【発明の効果】上述の如く、本発明によれは、特に管腔
内を観察するのに適する広角の内視鏡を提供することが
でき、而も観察視野の周辺までほぼ均一な配光が得られ
且つ内視鏡先端が管内面に接触した状態でも配光ムラの
少ない良好な配光特性を持つ内視鏡が得られ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内視鏡の要部構成を示す断面図で
ある。

【図２】図１に示した内視鏡の先端正面図である。

【図３】図１に示した内視鏡の照明光学系による配光の
状態を示す図である。

【図４】本発明に係る照明レンズによる光線の屈折状態
を示す図である。

【図５】本発明の第１実施例の要部構成を示す断面図で
ある。

【図６】ライトガイドの出射端面の正面図である。

【図７】本発明の第２実施例の要部構成を示す断面図で
ある。

【図８】本発明の第３実施例の要部構成を示す断面図で
ある。

【図９】本発明の第４実施例の要部構成を示す正面図で
ある。

【図１０】図９のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。

【図１１】本発明の第５実施例の要部構成を示す正面図
である。

【図１２】本発明の第６実施例の要部構成を示す断面図
である。

【図１３】従来の照明レンズと本発明に係る照明レンズ
との配光状態の差異を示す図である。

【図１４】本発明の第７実施例の要部構成を示す正面図
である。

【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う断面図である。

【図１６】配光角と平面物体面での相対照度との関係を
示す特性線図である。

【図１７】配光角と管状物体面での相対照度との関係を
示す特性線図である。

【図１８】従来の内視鏡の要部構成を示す断面図である
。

【図１９】従来の内視鏡の要部構造を示す断面図である
。

【図２０】従来の内視鏡の要部構造を示す断面図である
。

【図２１】従来の内視鏡の要部構造を示す断面図である
。

【符号の説明】

１　　　　対物光学系 ２　　　　ライトガイド ３　　　　照明レンズ ４　　　　穴

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　先端の中心から外れた輪帯状の領域の
   少なくとも一部を覆うようにライトガイドの射出端面を
   配置して成る内視鏡において、ライトガイドの射出端面
   の前方に、内視鏡先端の中心軸外に曲率中心を持つ正の
   屈折力を有する曲面を備えた照明レンズを配置したこと
   を特徴とする照明光学系。