JPH05157967A

JPH05157967A - 内視鏡照明光学系

Info

Publication number: JPH05157967A
Application number: JP30553191A
Authority: JP
Inventors: Takao Mori; 孝夫森; Takayuki Suzuki; 隆之鈴木
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-10-25
Filing date: 1991-10-25
Publication date: 1993-06-25
Anticipated expiration: 2015-04-10
Also published as: JP3030585B2

Abstract

(57)【要約】【目的】広角な内視鏡にも用い得てしかも平面状物
体、球面状物体、管腔状物体にも適性な照度分布を与え
る照明光学系を提供することにある。【構成】少なくとも一つの正レンズを含みこの正レン
ズの少なくとも１面を非球面にしてほぼｈ＝ｆｓｉｎθ
を満足するようにして、上記目的を達成し得るようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内視鏡用の照明光学系
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年内視鏡の光学系が広角化するにつれ
て照明系も広角なものが要求されるようになってきた。
又観察対象物に対して適切な照度分布を与える照明光学
系の要求も高まっている。

【０００３】上記のような要求に対して、広角な内視鏡
用照明光学系の例として特開昭５６−７０４２８号公報
に記載された光学系が知られている。それは図１１図に
示すようにオプチカルファイバーバンドルからなるライ
トガイド１の前に正のレンズ系２を配置し、このレンズ
系２によりライトガイド１よりの光を一度集光させた後
に発散させて広角な照明を可能にしたものである。

【０００４】この従来例は、ライトガイドより光軸に平
行に発した光線がレンズ系への入射高ｈと、この入射光
線高ｈに対する照明光学系からの射出角θとの関係が、
ほぼｈ＝ｆsin θになっている。尚ｆは非球面を近似曲
率で表わした時の照明光学系の焦点距離である。

【０００５】この従来例による平面状物体上における相
対的照度分布は、次のようにして求められる。

【０００６】完全拡散面の平面状物体における中心に対
する周辺の相対的照度分布は、一般に次の式（１）で表
わされる。Ｆ（θ）＝（β／β_M ×β／β_S ）^-1 （１）ただしβは物体面に対する近軸倍率、β_M ，β_S は夫々
物体面に対するメリジオナル方向およびサジタル方向の
倍率である。

【０００７】上記式のβ_M ，β_S は、物体距離がレンズ
系の射出瞳位置より十分離れている時には、夫々次の式
（２），（３）で与えられる。 β_M ＝βcos²θ {dA（θ)/ｄθ} （２） β_S ＝β {A(θ))/tanθ} （３）ただしＡ（θ）＝h/f である。

【０００８】上記の式（２），（３）より、前記の従来
例における完全拡散面の平面状物体を照明した時の相対
的照度分布は、Ｆ（θ）＝cos⁴θとなり、図１４に示す
ような中心から周辺に行くにしたがってcos⁴θに比例し
て暗くなる。

【０００９】またこの従来例により球面状物体又は管空
状物体を照明した時の相対的な照度分布は、以下のよう
にして求められる。

【００１０】一般に完全拡散面の球面状物体の相対的な
照度分布と管空状物体の相対的な照度分布は、夫々下記
式（５），（６）にて与えられる。Ｇ（θ）＝Ｆ（θ）×1/cos³θ （５）Ｈ（θ）＝Ｆ（θ）×tan³θ （６）ただし、Ｇ（θ），Ｈ（θ）は夫々完全拡散面の球面状
物体および管空状物体の相対的な照度分布である。

【００１１】上記の式（５），（６）より、上記従来例
における完全拡散の球面状物体および管空状物体の相対
的な照度分布は、夫々Ｇ（θ）＝cos θ，Ｈ（θ）＝co
sθ・sin³θとなり、図１４に示すようになる。

【００１２】上記の図１４から明らかなように、球面状
物体の場合は、中心から周辺に行くにつれて、cos θに
したがって照度が下るが、実用上は問題のない照度分布
が得られる。また管空状物体の照度分布は、視野周辺で
急激に明るくなることはなく適正な照度分布が得られて
いる。

【００１３】しかし上記従来例のようにほぼｈ＝ｆsin
θの関係を満足する照明光学系は、視野角が１１０°以
上の広角な観察光学系に対し適用した場合、広角化に伴
って物体側から数えて第２面、第３面のパワーが強くな
りすぎてｈとsin θとが比例しなくなり、入射光線高の
高い光線は物体側から数えて第１面または第３面で全反
射し周辺で又視野角が１１０°以上の広角な観察光学系
に適用できる照明光学系の例として、特開昭５８−９５
７０６号公報に記載された光学系がある。それは図１２
に示す構成で、図１１に示す従来例と比べ、レンズ枚数
が多く、コスト高になる欠点がある。

【００１４】更に平面状物体照明時に均一な照度分布と
なる照明光学系として入射高ｈと射出角θとの間に、ｈ
とtan θとがほぼ比例する光学系が知られている。それ
は、図１３に示す特開昭６２−１７８２０７号公報に記
載されたものである。

【００１５】しかし、内視鏡による観察は、対象物体が
平面状物体だけでなく前述のように球面状物体と管腔状
物体等の様々である。

【００１６】例えば、医療用内視鏡の場合、胃の内面は
ほぼ球面状であり、食道や気管岐の内面はほぼ管状であ
る。

【００１７】ｈがtan θに比例する照明光学系により球
面状物体を照明する時、式（１），式（５）より照度分
布は、図１５に示すような中心から周辺に行くにしたが
って1/cos³θに比例して明るくなってしまう。更に周辺
部ではレンズ内を通る光線がレンズ外周部の内面にて乱
反射して消滅したり、全反射したりすることによって、
図１６に示すように急激に暗くなる。そのため球面状物
体を照明した時の照度分布は、リング状となる。

【００１８】この従来例の照明光学系により管状物体を
照明した時、式（１），式（６）によりその照度分布
は、視野周辺に行くにしたがってtan³θに比例して急激
に明るくなり、適正な明るさで観察できる範囲が非常に
狭くなり、観察しにくい照明であり好ましくない。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
従来の照明光学系の欠点を解消したもので、１１０°以
上の広角内視鏡にも使用し得て、かつ球面状物体に対し
てほぼ均一の照度分布を与え、平面状物体や管腔状物体
に対しても良好な照度分布を与え、しかも光量ロスの少
ない安価な内視鏡用照明光学系を提供することを目的と
するものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の内視鏡用照明光
学系は、少なくとも一つの正レンズを含み、この正レン
ズのうちの少なくとも一つの面を非球面としたもので、
この非球面が光軸から光軸に垂直な方向に行くにしたが
って近似曲率よりも曲率が弱くなる曲面で光源から光軸
に対して平行に発した光線の光学系への入射光線高ｈと
その光線高ｈに対する照明光学系からの射出角θとの関
係がほぼｈ＝ｆsin θとなるようにし更に次の条件
（Ａ），（Ｂ）を満足することを特徴とするものであ
る。

【００２１】ただしｆは照明光学系の焦点距離、ｆ₁ は
非球面を有する正レンズの焦点距離、Ｆ(h) は非球面を
表わす関数、ｎは非球面を有する正レンズのｄ線に対す
る屈折率である。

【００２２】本発明の照明光学系は、上記のような構成
を有することによって、視野角が１１０°以上の広角の
内視鏡に対して用いることが出来、かつ球面上物体に対
してはほぼ均一な照度分布を与え、更に平面状物体と管
空上物体の観察対称に対しても良好な照度分布を与え、
しかも光量ロスの少ない安価な内視鏡用照明光学系を得
られるようにした。

【００２３】前述のように、内視鏡等による観察を行な
う場合、観察対象としては、平面状物体だけでなく球面
状物体や管空状物体等さまざまな対象がある。このよう
な様々な物体を照明する場合、平面状物体のみ均一な照
度分布が与えられるようにしたのでは、内視鏡等による
観察の場合不十分である。そこで平面状物体、球面状物
体、管球状物体等のいずれの物体に対しても適正な照度
分布が与えられる照明光学系を得るためには、光学系へ
の入射光線高ｈとこの光線高ｈに対する照明光学系から
の射出角θとの関係がほぼｈ＝ｆsin θになればよい。

【００２４】この時球面状物体に対する相対的な照度分
布と、管空状物体に対する相対的な照度分布はそれぞれ
Ｇ（θ）＝cos θ，Ｈ（θ）＝cosθsin³θとなり、図
１４に示すように球面状の照度分布は中心から周辺に行
くにしたがってcos θにしたがって照度が低下するが、
実用上は問題がない。

【００２５】また管空状物体の照度分布は、視野周辺で
急激に明るくはならず、適正な照度分布が得られる。

【００２６】上記のような特徴を有する少なくとも一つ
の正レンズを含む照明光学系で、１１０°を越える広角
な観察光学系に対応でき、かつレンズ枚数の少ない照明
光学系は、光学系の少なくとも一つの面を非球面にし、
その非球面が、光軸から垂直方向に行くにしたがって、
近似曲率よりも曲率が弱くなる曲面で構成する必要があ
る。

【００２７】例えば、図９に示すように、照明レンズの
物体側の面が平面で入射光線側の面が非球面になってい
る単レンズでも上記の関係を満足し、かつ光量ロスの少
ない照明光学系になし得る。

【００２８】図９に示す照明光学系において、入射光線
高ｈとその入射光線高ｈに対する照明光学系からの射出
高θとの関係が、ｈ＝ｆsin θになる時の非球面の形状
は、次のようにして求められる。

【００２９】上記関係におけるｆは非球面の形状を次の
式（３）で表わした時の近似曲率を有するレンズ系の焦
点距離である。ただしｘ，ｈは、光軸をｘ軸とし物体側を負の方向にと
りｈ軸を面と光軸との交点を原点としてｘ軸に直交する
方向にとった時の座標値、Ｃは光軸近傍で非球面と接す
る円の曲率（近似曲率）半径の逆数、ｐは円錐定数、
Ｅ，Ｆ，Ｇ・・・はそれぞれ４次，６次，８次，・・・
の非球面係数である。

【００３０】図９において、求めようとする面と関数を
Ｆ(h) とおき、座標（ｈ，ｘ）＝（ｈ，Ｆ(h) ）の位置
でのＦ(h) の接線のｈ軸に対する傾き角をω、座標
（ｈ，ｘ）＝（ｈ，Ｆ(h) ）の位置でのＦ(h) の接線の
法線をｌとすると光線がｈで光軸と平行に入射する光線
の法線ｌに対する屈折角をα、その光線の照明レンズの
物体側の面への入射角をβ、その射出角をθ、照明レン
ズの硝材のｄ線に対する屈折率をｎとすると、次の式が
定義できる。ｈ＝ｆsin θ （４） α＋β＝ω （５）ｎsin α＝sin ω （６）ｎsin β＝sin θ （７） tan ω＝ｄＦ(h) ／ｄｈ（８）上記式のうち式（４）〜（７）により次の式（９）が導
かれる。

【００３１】又式（８），（９）から次の式（１０）が
得られる。

【００３２】式（１０）から求めようとする関数Ｆ(h)
は次の式（１１）で表わされる。単レンズで物体側の面が平面の照明光学系の場合、入射
光線高ｈ，射出角θとの関係は、非球面の面の傾きによ
り決まるため式（４）を満足する照明光学系は、式（１
０）を満足するものであればよい。ここで式（１０）
は、図１０に示すように同じ焦点距離の球面レンズの面
の傾きの増加量に比べて少ない値をとっている。尚図中
縦軸は傾き量、横軸はｈ、又カーブ（１４），（１
７），Ｓは夫々式（１４），（１７）球面について示し
ている。

【００３３】以上のことから、条件（Ａ）は少なくとも
１面が非球面である正レンズが、ほぼ式（４）を満足す
るように入射光線高ｈと非球面上の座標（ｈ，Ｆ(h) ）
での面の傾きｄＦ(h) ／ｄｈの関係を規定するものであ
る。

【００３４】上記の非球面を有する正レンズを含んだ照
明光学系において、条件（Ａ）の下限を越えると、非球
面以外のレンズ面にパワーがある場合、その面でのパワ
ーが強くなりすぎて、光量のロスが多くなる。又条件
（Ａ）の上限を越えると、非球面以外のレンズ面にパワ
ーがある場合、非球面の近似曲率が強くなりすぎて、や
はり光量のロスが多くなる。更に非球面レンズをプレス
成形で加工する場合、成形用型の加工性が悪くなる。

【００３５】条件（Ｂ）は、非球面を有するレンズに使
用する硝材を規定するものである。

【００３６】この条件（Ｂ）の下限を越えると、非球面
に入射する光線高の値が大きい領域での非球面の面の傾
きが急速に増大し、レンズの加工性が悪くなる。

【００３７】又条件（Ｂ）は、広い照度分布を得ながら
もレンズの外径を増大させないために比較的屈折率の高
い硝材を使用することを示している。

【００３８】なお、本発明の照明レンズの物体側の面
に、ＭgＦ₂ 、ＳiＯ₂ 等のコーティングを施すことによ
って、照明レンズから射出する光線のフレネル反射を少
なくし、照明レンズからの射出光量を増すこともでき
る。

【００３９】また内視鏡による観察時には、水滴が照明
レンズの物体側の面上に乗り、照度分布を悪化させるこ
とがよく起る。しかし、照明レンズを物体側の面にコー
ティングを施すことによりコーティングの発水性により
水滴を排除しやすくする効果が得られる。

【００４０】また、入射側の光源としてファイバーバン
ドルを用いる場合、ファイバーバンドルの射出端は、す
べての部分が一様に光っているのではなく、各ファイバ
ーのコアーの部分のみが光っているため、正レンズを用
いて照明する場合は、このファイバーバンドルの端面が
そのまま物体面上に投影されるので、コアーの部分だけ
が明るく照明され、丁度物体面上に網をかぶせたように
照明され、非常に観察しにくくなることがある。このよ
うな場合、ファイバーバンドルの中で、各ファイバー１
本、１本を融着させ光ファイバーの密度を高くした融着
ファイバーを用いればよい。又ファイバーバンドルと本
発明の照明光学系との間に筒状反射鏡を挿入しても良
い。又筒状反射鏡の代りに単ファイバーを挿入してもよ
い。

【００４１】上記の網状の照度むらは、ファイバーバン
ドルの端面の像が無限大に結像する時、最も目立つの
で、単ファイバーを挿入した場合、次の条件を満足する
ことが望ましい。Ｆ_B ＜０ここでＦ_B は、非球面を近似曲率で表わした時の照明光
学系全系の後側焦点位置で、全系の最終面（例えば後に
示す実施例２等の場合はｒ₄）から測って光源側をプラ
ス、物体側（面ｒ₁側）をマイナスとする。

【００４２】また、ガラスの非球面レンズは、通常プレ
ス成形により作られるが、その時用いられる成形用型
は、非球面凸レンズの場合凹面型となる。そのため内視
鏡用等の小さなレンズ用の型は、型研磨用の砥石が型の
内面と干渉し研磨出来なかったり、プレス成形時にレン
ズの焼きつきや中心部分のレンズのひけ等をおこすこと
がある。

【００４３】本発明の照明レンズの物体側の面に凸面あ
るいは凹面をもうけて非球面側の面のパワーを小さくし
たり、非球面レンズの硝材の屈折率を高くして面の曲率
を弱くして加工性を向上させてもよい。

【００４４】ところで、図１１に示すような従来例の場
合、物体側の面から順にｒ₁ ，ｒ₂ ，ｒ₃ ，ｒ₄ とする
と面ｒ₂ のパワーと面ｒ₃ のパワーとはほぼ等しくなっ
ている。それは、球面レンズ系で面ｒ₁ および面ｒ₃ で
の光線の全反射の量を少なくし、少しでも広い照度分布
を得ようとするためである。球面レンズの場合、レンズ
周辺に行くにしたがって面のパワーが急激に強くなる。
そのため入射光線高の高い光線の全反射の量を少なくす
るためには、面ｒ₃のパワーをあまり強くすることは出
来ない。また広い照度分布を得るためには、面ｒ₂ のパ
ワーを強くする必要がある。しかし面ｒ₂ のパワーを強
くしすぎると面ｒ₁ での全反射の量が多くなるため、あ
まり面ｒ₂ のパワーを強くすることは出来ない。そのた
め照度分布と光量とのバランスをとるためほぼ面ｒ₂ と
面ｒ₃ のパワーを等しくしている。

【００４５】しかし、本発明においては、非球面を有す
る照明レンズと光源との間に凸レンズを挿入する場合、
物体側の面から順にｒ₁ ，ｒ₂（非球面）、ｒ₃ ，ｒ₄
とすると面ｒ₂ はレンズの周辺に行くにしたがって近似
曲率と比べ面のパワーは、それ程強くならないため、広
い照度分布を得るために面ｒ₂ のパワーを強くしても、
面ｒ₁ での光線の全反射の量はあまり増加しない。その
ため面ｒ₃ のパワーをあまり強くする必要がなくなり、
面ｒ₃ での全反射の量も少なくできる。

【００４６】そこで、本発明においては、非球面を有す
る照明レンズと光源との間に設けた凸レンズの物体側の
面のパワーをφ_３、非球面を有する照明レンズの非球面
の近似曲率における面のパワーをφ₂ とすると次の関係
を満足することが望ましい。 φ₃ ＜φ₂ 本発明において、非球面を有する照明レンズと光源との
間に凸レンズを設けたことによって非球面を有する照明
レンズの加工性が向上するばかりでなく、面ｒ₃ の働き
で面ｒ₂ で有効径外になっていた光線をｒ₂に入射させ
ることが出来、照明レンズから射出する光量を増加させ
ることが出来る。

【００４７】また、その時の非球面の形状は、入射光線
高ｈと、この入射光線高ｈに対する照明光学系からの射
出角θとの関係がほぼ式（４）のｈ＝ｆθを満足させる
ことが可能であり、平面状物体、球面状物体、管腔状物
体に対しても適正な照度分布を与えることが可能であ
る。

【００４８】また、非球面を有する正レンズと、光源と
の間に単ファイバーや凸レンズを挿入する場合、単ファ
イバーまたは凸レンズの物体側の面の像が物体面に結像
するように配置すると、単ファイバーや凸レンズ等の物
体側の面の汚れ等が投影され、配光むらの原因になる。

【００４９】そこで前記の面ｒ₁ ，ｒ₂ （非球面），ｒ
₃ ，ｒ₄ において、面ｒ₂ から面ｒ₃ までの間隔をｙと
した時、次の関係を満足するように単ファイバーまたは
凸レンズを配置することが望ましい。０≦ｙ＜ｆ_B ここで、ｆ_Bは非球面を含むレンズ単体の後側焦点位置
で、ｙ，ｆ_B共その光源側の面ｒ₂から測って光源側（面
ｒ₄側）をプラス、物体側（面ｒ₁側）をマイナスとす
る。

【００５０】また、凸レンズを用いた照明光学系の場
合、光源から射出角０°で射出した最も強度の強い光線
がほぼ１点に集光するところが存在する。例えば医療用
の内視鏡の場合、その集光点が照明レンズの最も物体側
の面よりも外側に存在すると人体を焼いてしまう可能性
がある。また工業用の内視鏡の場合には観察対象周辺に
可燃性のものがあるとそれに引火する可能性があり、そ
のため、本発明の照明光学系の場合は、以下の条件を満
足することが望ましい。Ｆ_F ＞０ここでｆ_F は非球面を近似曲率で表わした時の照明光学
系の前側焦点位置である。

【００５１】また、本発明の工業系において、１１０°
以上の広角な照度分布を得て、かつ光量ロスを少なくす
るためには、光源から光軸に対して平行に発する最も光
線高の高い光線が、照明光学系の最も物体側の面で全反
射したり、照明レンズの外周部に当ったりしないように
することが望ましい。そのため例えば、照明光学の最も
物体側の面に接して単ファイバーを配置したり、物体側
の照明レンズを単ファイバーで構成してもよい。

【００５２】

【実施例】次に本発明の内視鏡照明光学系の照明レンズ
の実施例を示す。実施例１ｒ₁ ＝∞ ＥＲ₁ ＝0.93 ｄ₁ ＝2.3 ｎ₁ ＝1.78472 ν₁ ＝25.71 ｒ₂ ＝-0.7848 （非球面）ＥＲ₂ ＝0.93 非球面係数Ｐ＝0.3637，Ｅ＝-0.27091×10^-1 ｆ＝１，Ｄ＝0.91 ，Ｆ_F ＝0.289 実施例２ｒ₁ ＝∞ ＥＲ₁ ＝1.13 ｄ₁ ＝2.2 ｎ₁ ＝1.78472 ν₁ ＝25.71 ｒ₂ ＝-0.7849 （非球面）ＥＲ₂ ＝1.13 ｄ₂ ＝0 ｒ₃ ＝∞ ＥＲ₃ ＝1 ｄ₃ ＝3.4 ｎ₃ ＝1.72825 ν₃ ＝28.46 （単ファイバー）ｒ₄ ＝∞ ＥＲ₄ ＝1 非球面係数Ｐ＝0.3279，Ｅ＝-0.48352×10^-1，Ｆ＝0.59201 ×10^-1 ｆ＝ｆ₁ ＝１，Ｄ＝0.837 ，ｆ_F ＝0.232 ，ｆ_B ＝-0.9
67 実施例３ｒ₁ ＝∞ ＥＲ₁ ＝1 ｄ₁ ＝2.12 ｎ₁ ＝1.78472 ν₁ ＝25.71 ｒ₂ ＝-1.028（非球面）ＥＲ₂ ＝1 ｄ₂ ＝0.1 ｒ₃ ＝2.8475 ＥＲ₃ ＝0.9 ｄ₃ ＝3.2 ｎ₃ ＝1.72825 ν₃ ＝28.46 （単ファイバー）ｒ₄ ＝∞ ＥＲ₄ ＝0.945 非球面係数Ｐ＝0.65 ，Ｅ＝-0.10254 ，Ｆ＝-0.1439 ，Ｇ＝-0.23 ｆ＝1 ，Ｄ＝0.9 ，Ｆ_F ＝0.219 ，Ｆ_B ＝-0.939 ，φ₂
＝0.763 ， φ₃ ＝0.256 ，ｆ₁ ＝ｆ_B ＝1.310 実施例４ｒ₁ ＝-2.0956 ＥＲ₁ ＝0.9 ｄ₁ ＝2.35 ｎ₁ ＝1.78472 ν₁ ＝25.71 ｒ₂ ＝-0.852（非球面）ＥＲ₂ ＝0.9 非球面係数Ｐ＝0.4577 ，Ｅ＝-0.67478×10^-3，Ｆ＝-0.1018 ×10
^-2 ｆ＝ｆ₁ ＝1 ，Ｄ＝0.79 ，Ｆ_F ＝0.213 ，Ｆ_B ＝1.4
92 ただしｒ₁ ，ｒ₂ ，・・・はレンズ各面の曲率半径、ｄ
₁ ，ｄ₂ ，・・・は各レンズの肉厚およびレンズ間隔、ｎ
₁ ，ｎ₂ ，・・・は各レンズの屈折率、ν₁ ，ν₂ ，・・・
は各レンズのアッベ数である。

【００５３】実施例１は、図１に示す構成で、非球面
（ｒ₂ ）を有する正レンズ１枚よりなる。この実施例の
照明光学系の入射光線高ｈとこの入射光線高ｈに対する
照明光学系からの射出角θとの関係は、図５に示すよう
にほぼｈ＝ｆsin θにしてある。この光学系は、観察視
野角が１５０°程度まで対応することが可能である。実
施例２は、図２に示す通りの構成で、非球面を有する正
レンズとこの正レンズと光源との間に単ファイバーを配
置したものである。この実施例２のｈとθとの関係は、
図６に示す通りである。

【００５４】この実施例２は、単ファイバーを挿入した
ことによって、ファイバーバンドルの網目状のむらが映
りにくくなり、又光源の大きさを変化させてもほとんど
照度分布が変化しない等の利点を有している。光源の大
きさを変化させてもほとんど照度を変化させないために
は、単ファイバーが次の条件を満足することが望まし
い。２ｄ＜Ｌただしｄは単ファイバーのコアーの径、Ｌは単ファイバ
ーの長さである。

【００５５】この実施例の光学系も、視野角が１５０°
程度まで対応することが出来る。実施例３は、図３に示
す通りの構成である。この実施例３は、非球面を有する
正レンズと光源との間に凸レンズの単ファイバーを挿入
したものである。この実施例のｈとθとの関係は図７に
示す通りである。又単ファイバーを挿入したことによ
り、実施例２と同様の効果を有し、更にこの単ファイバ
ーに凸面を設けたことによって、照明光学系から射出さ
れる光の光量を増加させ又非球面を有する正レンズの非
球面の近似曲率を緩くすることが出来るため、非球面レ
ンズの加工性が向上する等の利点も有する。この実施例
の光学系は、観察視野が１５０°程度まで対応すること
が出来る。

【００５６】実施例４は、図４に示すように、非球面を
有する正レンズ１枚で構成し、この正レンズの物体側の
面を凹面にしたものである。

【００５７】この実施例の光学系のｈとθとの関係は、
図８に示す通りである。前記のように正レンズの物体側
の面を凹面にしたことにより、非球面の近似曲率を緩く
して加工性を向上させたものである。

【００５８】この実施例４の光学系は、観察視野角が１
５０°程度まで対応出来る。

【００５９】

【発明の効果】本発明の照明光学系は、視野角が１１０
°以上の広角の内視鏡にも用い得るもので、又平面状物
体、球面状物体、管腔状運体に対しても良好な照度分布
を与えしかも光量のロスの少ない安価なものである。

【００６０】尚図５乃至図８において曲線Ａは実施例、
曲線Ｂはｈ＝ｆｓｉｎθ、曲線Ｃはｈ＝ｆθである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の断面図

【図２】本発明の実施例２の断面図

【図３】本発明の実施例３の断面図

【図４】本発明の実施例４の断面図

【図５】実施例１のｈとθとの関係を示す図

【図６】実施例２のｈとθとの関係を示す図

【図７】実施例３のｈとθとの関係を示す図

【図８】実施例４のｈとθとの関係を示す図

【図９】非球面を有する照明レンズにおける光線の入射
と射出の状況を示す図

【図１０】球面等におけるｈと面の傾きとの関係を示す
図

【図１１】従来の照明光学系の構成を示す図

【図１２】他の従来の照明光学系の構成を示す図

【図１３】更に他の照明系の構成を示す図

【図１４】従来の照明系による各物体に対する照度分布

【図１５】ｔａｎθに比例する照明系の照度分布を示す
図

【図１６】上記の図１５に示す照明光学系で全反射等の
影響を考慮した時の照度分布を示す図

【手続補正書】

【提出日】平成４年１２月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】内視鏡照明光学系

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００３】上記のような要求に対して、広角な内視鏡
用照明光学系の例として特開昭５６−２０４２８号公報
に記載された光学系が知られている。それは図１１図に
示すようにオプチカルファイバーバンドルからなるライ
トガイド１の前に正のレンズ系２を配置し、このレンズ
系２によりライトガイド１よりの光を一度集光させた後
に発散させて広角な照明を可能にしたものである。

【０００４】この従来例は、ライトガイドより光軸に平
行に発した光線がレンズ系への入射高ｈと、この入射光
線高ｈに対する照明光学系からの射出角θとの関係が、
ほぼｈ＝ｆｓｉｎθになっている。尚ｆは照明光学系の
焦点距離である。

【０００６】一般に、光源からの光をレンズ系を用いて
物体に照射した場合、物体表面がレンズの光軸に垂直な
完全拡散面からなる平面であるとすると、レンズの光
軸に対して角度θをなす方向の物体上の相対照度は次の
式（１）で表わされる。Ｆ（θ）＝（β／β_Ｍ×β／β_Ｓ）^−１（１）ただしβは物体面に対する近軸倍率、β_Ｍ，β_Ｓは夫々
物体面に対するメリジオナル方向およびサジタル方向の
倍率である。

【０００７】上記式のβ_Ｍ，β_Ｓは、物体距離がレンズ
系の射出瞳位置より十分離れている時には、夫々次の式
（２），（３）で与えられる。 β_Ｍ＝βｃｏｓ^２θ｛ｄＡ（θ）／ｄθ｝（２） β_Ｓ＝β｛Ａ（θ））／ｔａｎθ｝（３）ただしＡ（θ）＝ｈ／ｆである。

【０００８】上記の式（２），（３）より、前記の従来
例における完全拡散面の平面状物体を照明した時の相対
的照度分布は、Ｆ（θ）＝ｃｏｓ^４θとなり、図１４に
示すような中心から周辺に行くにしたがってｃｏｓ^４θ
に比例して暗くなる。

【０００９】またこの従来例により球面状物体又は管腔
状物体を照明した時の相対的な照度分布は、以下のよう
にして求められる。

【００１０】一般に完全拡散面の球面状物体の相対的な
照度分布と管腔状物体の相対的な照度分布は、夫々下記
式（５），（６）にて与えられる。Ｇ（θ）＝Ｆ（θ）×１／ｃｏｓ^３θ （５）Ｈ（θ）＝Ｆ（θ）×ｔａｎ^３θ （６）ただし、Ｇ（θ），Ｈ（θ）は夫々完全拡散面の球面状
物体および管腔状物体の相対的な照度分布である。

【００１１】上記の式（５），（６）より、上記従来例
における完全拡散の球面状物体および管腔状物体の相対
的な照度分布は、夫々Ｇ（θ）＝ｃｏｓθ，Ｈ（θ）＝
ｃｏｓθ・ｓｉｎ^３θとなり、図１４に示すようにな
る。

【００１２】上記の図１４から明らかなように、球面状
物体の場合は、中心から周辺に行くにつれて、ｃｏｓθ
にしたがって照度が下るが、実用上は問題のない照度分
布が得られる。また管腔状物体の照度分布は、視野周辺
で急激に明るくなることはなく適正な照度分布が得られ
ている。

【００１３】しかし上記従来例のようにほぼｈ＝ｆｓｉ
ｎθの関係を満足する照明光学系は、視野角が１１０°
以上の広角な観察光学系に対し適用した場合、広角化に
伴って物体側から数えて第２面、第３面のパワーが強く
なりすぎてｈとｓｉｎθとが比例しなくなり、入射光線
高の高い光線は物体側から数えて第１面または第３面で
全反射する。また、入射光線高の高い光線ほど全反射を
起こしやすいため、１１０°以上の広画角域での照度は
あまり増加せず、光量だけが急激に減少してしまう。

【００１４】又視野角が１１０°以上の広角な観察光学
系に適用できる照明光学系の例として、特開昭５８−９
５７０６号公報に記載された光学系がある。それは図１
２に示す構成で、図１１に示す従来例と比べ、レンズ枚
数が多く、コスト高になる欠点がある。

【００１５】更に平面状物体照明時に均一な照度分布と
なる照明光学系として入射高ｈと射出角θとの間に、ｈ
とｔａｎθとがほぼ比例する光学系が知られている。そ
れは、図１３に示す特開昭６２−１７８２０７号公報に
記載されたものである。

【００１６】しかし、内視鏡による観察は、対象物体が
平面状物体だけでなく前述のように球面状物体と管腔状
物体等の様々である。

【００１７】例えば、医療用内視鏡の場合、胃の内面は
ほぼ球面状であり、食道や気管岐の内面はほぼ管状であ
る。

【００１８】ｈがｔａｎθに比例する照明光学系により
球面状物体を照明する時、式（１），式（５）より照度
分布は、図１５に示すような中心から周辺に行くにした
がって１／ｃｏｓ^３θに比例して明るくなってしまう。
更に周辺部ではレンズ内を通る光線がレンズ外周部の内
面にて乱反射して消滅したり、全反射したりすることに
よって、図１６に示すように急激に暗くなる。そのため
球面状物体を照明した時の照度分布は、リング状とな
る。

【００１９】この従来例の照明光学系により管状物体を
照明した時、式（１），式（６）によりその照度分布
は、視野周辺に行くにしたがってｔａｎ^３θに比例して
急激に明るくなり、適正な明るさで観察できる範囲が非
常に狭くなり、観察しにくい照明であり好ましくない。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
問題点に鑑み、１１０°以上の広画角の内視鏡にも使用
し得て、しかも平面状物体、球面上物体、管腔状物体の
いずれに対しても適正な照度分布を与え、しかも光量ロ
スの少ない安価な内視鏡用照明光学系を提供することを
目的とするものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の内視鏡用照明光
学系は、少なくとも一つの正レンズを含み、この正レン
ズのうちの少なくとも一つの面を非球面としたもので、
この非球面が光軸から離れるにつれて近似曲率よりも曲
率が弱くなるような形状を持ち光源から光軸に対して平
行に発した光線のこの光学系への入射光線高ｈと、この
光学系から射出する際の射出角θとの関係がほぼｈ＝ｆ
ｓｉｎθとなるようにし、更に次の条件（Ａ），（Ｂ）
を満足することを特徴とするものである。

【００２２】ただしｆは照明光学系の焦点距離、ｆ_１は
非球面を有する正レンズの焦点距離、Ｆ（ｈ）は非球面
を表わす関数、ｎは非球面を有する正レンズのｄ線に対
する屈折率である。

【００２３】本発明の照明光学系は、上記のような構成
を有することによって、視野角が１１０°以上の広角の
内視鏡に対して用いることが出来、かつ球面状物体、平
面状物体、管腔状物体のいずれに対しても適正な照度分
布を与え、しかも光量ロスの少ない安価な内視鏡用照明
光学系を得られるようにした。

【００２４】前述のように、内視鏡等による観察を行な
う場合、観察対象としては、平面状物体だけでなく球面
状物体や管腔状物体等さまざまな対象がある。このよう
な様々な物体を照明する場合、平面状物体のみ均一な照
度分布が与えられるようにしたのでは、内視鏡等による
観察の場合不十分である。そこで平面状物体、球面状物
体、管腔状物体等のいずれの物体に対しても適正な照度
分布が与えられる照明光学系を得るためには、光学系へ
の入射光線高ｈとこの光線高ｈに対する照明光学系から
の射出角θとの関係がほぼｈ＝ｆｓｉｎθになればよ
い。

【００２５】この時球面状物体に対する相対的な照度分
布と、管腔状物体に対する相対的な照度分布はそれぞれ
Ｇ（θ）＝ｃｏｓθ，Ｈ（θ）＝ｃｏｓθｓｉｎ^３θと
なり、図１４に示すように球面状の照度分布は中心から
周辺に行くにしたがってｃｏｓθにしたがって照度が低
下するが、実用上は問題がない。

【００２６】また管腔状物体の照度分布は、視野周辺で
急激に明るくはならず、適正な照度分布が得られる。

【００２７】上記のような特徴を有する少なくとも一つ
の正レンズを含む照明光学系で、１１０°を越える広角
な観察光学系に対応でき、かつレンズ枚数の少ない照明
光学系は、光学系の少なくとも一つの面を非球面にし、
その非球面が、光軸から垂直方向に行くにしたがって、
近似曲率よりも曲率が弱くなる曲面で構成する必要があ
る。

【００２８】例えば、図９に示すように、照明レンズの
物体側の面が平面で入射光線側の面が非球面になってい
る単レンズでも上記の関係を満足し、かつ光量ロスの少
ない照明光学系になし得る。

【００２９】図９に示す照明光学系において、入射光線
高ｈとその入射光線高ｈに対する照明光学系からの射出
高θとの関係が、ｈ＝ｆｓｉｎθになる時の非球面の形
状は、次のようにして求められる。

【００３０】上記関係におけるｆは非球面の形状を次の
式（７）で表わした時の近似曲率を有するレンズ系の焦
点距離である。

【００３１】ただしｘ，ｈは、光軸をｘ軸とし物体側を
負の方向にとりｈ軸を面と光軸との交点を原点としてｘ
軸に直交する方向にとった時の座標値、Ｃは光軸近傍で
非球面と接する円の曲率（近似曲率）半径の逆数、ｐは
円錐定数、Ｅ，Ｆ，Ｇ・・・はそれぞれ４次，６次，８
次，・・・の非球面係数である。

【００３２】図９において、求めようとする面の関数を
Ｆ（ｈ）とおき、座標（ｈ，ｘ）＝（ｈ，Ｆ（ｈ））の
位置でのＦ（ｈ）の接線のｈ軸に対する傾き角をω、座
標（ｈ，ｘ）＝（ｈ，Ｆ（ｈ））の位置でのＦ（ｈ）の
接線の法線を１とすると光線がｈで光軸と平行に入射す
る光線の法線１に対する屈折角をα、その光線の照明レ
ンズの物体側の面への入射角をβ、その射出角をθ、照
明レンズの硝材のｄ線に対する屈折率をｎとすると、次
の式が定義できる。ｈ＝ｆｓｉｎθ （８） α＋β＝ω （９）ｎｓｉｎ α＝ｓｉｎω （１０）ｎｓｉｎ β＝ｓｉｎθ （１１）ｔａｎ ω＝ｄＦ（ｈ）／ｄｈ（１２）上記式のうち式（８）〜（１２）により次の式（１３）
が導かれる。

【００３３】又式（１２），（１３）から次の式（１
４）が得られる。

【００３４】式（１４）から求めようとする関数Ｆ
（ｈ）は次の式（１５）で表わされる。単レンズで物体側の面が平面の照明光学系の場合、入射
光線高ｈ，射出角θとの関係は、非球面の面の傾きによ
り決まるため式（８）を満足する照明光学系は、式（１
４）を満足するものであればよい。ここで式（１４）
は、図１０に示すように同じ焦点距離の球面レンズの面
の傾きの増加量に比べて少ない値をとっている。尚図中
縦軸は傾き量、横軸はｈ、又カーブＳ，ＡＳ１，ＡＳ２
は夫々、ｈ＝ｆｓｉｎθの関係を満足する非球面および
ｈ＝ｆθの関係を満足する非球面について示している。

【００３５】以上のことから、条件（Ａ）は少なくとも
１面が非球面である正レンズが、ほぼ式（８）を満足す
るように入射光線高ｈと非球面上の座標（ｈ，Ｆ
（ｈ））での面の傾きｄＦ（ｈ）／ｄｈの関係を規定す
るものである。

【００３６】上記の非球面を有する正レンズを含んだ照
明光学系において、条件（Ａ）の下限を越えると、非球
面以外のレンズ面にパワーがある場合、その面でのパワ
ーが強くなりすぎて、光量のロスが多くなる。又条件
（Ａ）の上限を越えると、非球面以外のレンズ面にパワ
ーがある場合、非球面の近似曲率が強くなりすぎて、や
はり光量のロスが多くなる。更に非球面レンズをプレス
成形で加工する場合、成形用型の加工性が悪くなる。

【００３７】条件（Ｂ）は、非球面を有するレンズに使
用する硝材を規定するものである。

【００３８】この条件（Ｂ）の下限を越えると、非球面
に入射する光線高の値が大きい領域での非球面の面の傾
きが急速に増大し、レンズの加工性が悪くなる。

【００３９】又条件（Ｂ）は、広い照度分布を得ながら
もレンズの外径を増大させないために比較的屈折率の高
い硝材を使用することを示している。

【００４０】なお、本発明の照明レンズの物体側の面
に、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２等のコーティングを施すこと
によって、照明レンズから射出する光線のフレネル反射
を少なくし、照明レンズからの射出光量を増すこともで
きる。

【００４１】また内視鏡による観察時には、水滴が照明
レンズの物体側の面上に乗り、照度分布を悪化させるこ
とがよく起る。しかし、照明レンズを物体側の面にコー
ティングを施すことによりコーティングの発水性により
水滴を排除しやすくする効果が得られる。

【００４２】また、入射側の光源としてファイバーバン
ドルを用いる場合、ファイバーバンドルの射出端は、す
べての部分が一様に光っているのではなく、各ファイバ
ーのコアーの部分のみが光っているため、正レンズを用
いて照明する場合は、このファイバーバンドルの端面が
そのまま物体面上に投影されるので、コアーの部分だけ
が明るく照明され、丁度物体面上に網をかぶせたように
照明され、非常に観察しにくくなることがある。このよ
うな場合、ファイバーバンドルの中で、各ファイバー１
本、１本を融着させ光ファイバーの密度を高くした融着
ファイバーを用いればよい。又ファイバーバンドルと本
発明の照明光学系との間に筒状反射鏡を挿入しても良
い。又筒状反射鏡の代りに単ファイバーを挿入してもよ
い。

【００４３】上記の網状の照度むらは、ファイバーバン
ドルの端面の像が無限大に結像する時、最も目立つの
で、単ファイバーを挿入した場合、次の条件を満足する
ことが望ましい。Ｆ_Ｂ＜０ここでＦ_Ｂは、非球面を近似曲率で表わした時の照明光
学系全系の後側焦点位置で、全系の最終面（例えば後に
示す実施例２等の場合はｒ_４）から測って光源側をプラ
ス、物体側（面ｒ_１側）をマイナスとする。

【００４４】また、ガラスの非球面レンズは、通常プレ
ス成形により作られるが、その時用いられる成形用型
は、非球面凸レンズの場合凹面型となる。そのため内視
鏡用等の小さなレンズ用の型は、型研磨用の砥石が型の
内面と干渉し研磨出来なかったり、プレス成形時にレン
ズの焼きつきや中心部分のレンズのひけ等をおこすこと
がある。

【００４５】本発明の照明レンズの物体側の面に凸面あ
るいは凹面をもうけて非球面側の面のパワーを小さくし
たり、非球面レンズの硝材の屈折率を高くして面の曲率
を弱くして加工性を向上させてもよい。

【００４６】ところで、図１１に示すような従来例の場
合、物体側の面から順にｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，ｒ_４とする
と面ｒ_２のパワーと面ｒ_３のパワーとはほぼ等しくなっ
ている。それは、球面レンズ系で面ｒ_１および面ｒ_３で
の光線の全反射の量を少なくし、少しでも広い照度分布
を得ようとするためである。球面レンズの場合、レンズ
周辺に行くにしたがって面のパワーが急激に強くなる。
そのため入射光線高の高い光線の全反射の量を少なくす
るためには、面ｒ_３のパワーをあまり強くすることは出
来ない。また広い照度分布を得るためには、面ｒ_２のパ
ワーを強くする必要がある。しかし面ｒ_２のパワーを強
くしすぎると面ｒ_１での全反射の量が多くなるため、あ
まり面ｒ_２のパワーを強くすることは出来ない。そのた
め照度分布と光量とのバランスをとるためほぼ面ｒ_２と
面ｒ_３のパワーを等しくしている。

【００４７】しかし、本発明においては、非球面を有す
る照明レンズと光源との間に凸レンズを挿入する場合、
物体側の面から順にｒ_１，ｒ_２（非球面）、ｒ_３，ｒ_４
とすると面ｒ_２はレンズの周辺に行くにしたがって近似
曲率と比べ面のパワーは、それ程強くならないため、広
い照度分布を得るために面ｒ_２のパワーを強くしても、
面ｒ_１での光線の全反射の量はあまり増加しない。その
ため面ｒ_３のパワーをあまり強くする必要がなくなり、
面ｒ_３での全反射の量も少なくできる。

【００４８】そこで、本発明においては、非球面を有す
る照明レンズと光源との間に設けた凸レンズの物体側の
面のパワーをφ_３、非球面を有する照明レンズの非球面
の近似曲率における面のパワーをφ_２とすると次の関係
を満足することが望ましい。 φ_３＜φ_２本発明において、非球面を有する照明レンズと光源
との間に凸レンズを設けたことによって非球面を有する
照明レンズの加工性が向上するばかりでなく、面ｒ_３の
働きで面ｒ_２で有効径外になっていた光線をｒ_２に入射
させることが出来、照明レンズから射出する光量を増加
させることが出来る。

【００４９】また、その時の非球面の形状は、入射光線
高ｈと、この入射光線高ｈに対する照明光学系からの射
出角θとの関係がほぼ式（４）のｈ＝ｆｓｉｎθを満足
させることが可能であり、平面状物体、球面状物体、管
腔状物体に対しても適正な照度分布を与えることが可能
である。

【００５０】また、非球面を有する正レンズと、光源と
の間に単ファイバーや凸レンズを挿入する場合、単ファ
イバーまたは凸レンズの物体側の面の像が物体面に結像
するように配置すると、単ファイバーや凸レンズ等の物
体側の面の汚れ等が投影され、配光むらの原因になる。

【００５１】そこで前記の面ｒ_１，ｒ_２（非球面），ｒ
_３，ｒ_４において、面ｒ_２から面ｒ_３までの間隔をｙと
した時、次の関係を満足するように単ファイバーまたは
凸レンズを配置することが望ましい。０≦ｙ＜ｆ_Ｂここで、ｆ_Ｂは非球面を含むレンズ単体の後側焦点位
置で、ｙ，ｆ_Ｂ共その光源側の面ｒ_２から測って光源側
（面ｒ_４側）をプラス、物体側（面ｒ_１側）をマイナス
とする。

【００５２】また、凸レンズを用いた照明光学系の場
合、光源から射出角０°で射出した最も強度の強い光線
がほぼ１点に集光するところが存在する。例えば医療用
の内視鏡の場合、その集光点が照明レンズの最も物体側
の面よりも外側に存在すると人体を焼いてしまう可能性
がある。また工業用の内視鏡の場合には観察対象周辺に
可燃性のものがあるとそれに引火する可能性があり、そ
のため、本発明の照明光学系の場合は、以下の条件を満
足することが望ましい。Ｆ_Ｆ＞０ここでＦ_Ｆは非球面を近似曲率で表わした時の照明光学
系の前側焦点位置である。

【００５３】また、本発明の光学系において、１１０°
以上の広角な照度分布を得て、かつ光量ロスを少なくす
るためには、光源から光軸に対して平行に発する最も光
線高の高い光線が、照明光学系の最も物体側の面で全反
射したり、照明レンズの外周部に当ったりしないように
することが望ましい。そのため例えば、照明光学系の最
も物体側の面に接して単ファイバーを配置したり、物体
側の照明レンズを単ファイバーで構成してもよい。

【００５４】

【実施例】次に本発明の内視鏡照明光学系の照明レンズ
の実施例を示す。実施例１ｒ_１＝∞ ＥＲ_１＝０．９３ｄ_１＝２．３ｎ_１＝１．７８４７２ ν_１＝２５．７１ｒ_２＝−０．７８４８（非球面）ＥＲ_２＝０．９３非球面係数Ｐ＝０．３６３７，Ｅ＝−０．２７０９１×１０^−１ｆ＝１，Ｄ＝０．９１，Ｆ_Ｆ＝０．２８９実施例２ｒ_１＝∞ ＥＲ_１＝１．１３ｄ_１＝２．２ｎ_１＝１．７８４７２ ν_１＝２５．７１ｒ_２＝−０．７８４９（非球面）ＥＲ_２＝１．１３ｄ_２＝０ｒ_３＝∞ ＥＲ_３＝１ｄ_３＝３．４ｎ_３＝１．７２８２５ ν_３＝２８．４６（単ファイバー）ｒ_４＝∞ ＥＲ_４＝１非球面係数Ｐ＝０．３２７９，Ｅ＝−０．４８３５２×１０^−１，
Ｆ＝０．５９２０１×１０^−１ｆ＝ｆ_１＝１，Ｄ＝０．８３７，ｆ_Ｆ＝０．２３２，ｆ
_Ｂ＝−０．９６７実施例３ｒ_１＝∞ ＥＲ_１＝１ｄ_１＝２．１２ｎ_１＝１．７８４７２ ν_１＝２５．７１ｒ_２＝−１．０２８（非球面）ＥＲ_２＝１ｄ_２＝０．１ｒ_３＝２．８４７５ＥＲ_３＝０．９ｄ_３＝３．２ｎ_３＝１．７２８２５ ν_３＝２８．４６（単ファイバー）ｒ_４＝∞ ＥＲ_４＝０．９４５非球面係数Ｐ＝０．６５，Ｅ＝−０．１０２５４，Ｆ＝−０．１４
３９，Ｇ＝−０．２３ｆ＝１，Ｄ＝０．９，Ｆ_Ｆ＝０．２１９，Ｆ_Ｂ＝−０．
９３９，φ_２＝０．７６３， φ_３＝０．２５６，ｆ_１＝ｆ_Ｂ＝１．３１０実施例４ｒ_１＝−２．０９５６ＥＲ_１＝０．９ｄ_１＝２．３５ｎ_１＝１．７８４７２ ν_１＝２５．７１ｒ_２＝−０．８５２（非球面）ＥＲ_２＝０．９非球面係数Ｐ＝０．４５７７，Ｅ＝−０．６７４７８×１０^−３，
Ｆ＝−０．１０１８×１０^−２ｆ＝ｆ_１＝１，Ｄ＝０．７９，Ｆ_Ｆ＝０．２１３，Ｆ_Ｂ
＝１．４９２ただしｒ_１，ｒ_２，…はレンズ各面の曲率半径、ｄ_１，
ｄ_２，…は各レンズの肉厚およびレンズ間隔、ｎ_１，ｎ
_２，…は各レンズの屈折率、ν_１，ν_２，…は各レンズ
のアッベ数、φ_２、φ_３は夫々面ｒ_２、ｒ_３のパワー、
ＥＲ１、ＥＲ２、・・・はレンズ各面の有効径、Ｄは光
源から照明光学系に入射する入射光線の最大光線高、
ｆ、Ｆ_Ｆ、Ｆ_Ｂは夫々非球面を近似曲率で表わした時の
照明光学系の焦点距離、前側焦点位置、および後側焦点
位置、ｆ_１、ｆ_Ｂは夫々非球面レンズ単体の焦点距離お
よび後側焦点位置である。

【００５５】実施例１は、図１に示す構成で、非球面
（ｒ_２）を有する正レンズ１枚よりなる。この実施例の
照明光学系の入射光線高ｈとこの入射光線高ｈに対する
照明光学系からの射出角θとの関係は、図５に示すよう
にほぼｈ＝ｆｓｉｎθにしてある。この光学系は、観察
視野角が１５０°程度まで対応することが可能である。
実施例２は、図２に示す通りの構成で、非球面を有する
正レンズとこの正レンズと光源との間に単ファイバーを
配置したものである。この実施例２のｈとθとの関係
は、図６に示す通りである。

【００５６】この実施例２は、単ファイバーを挿入した
ことによって、ファイバーバンドルの網目状のむらが映
りにくくなり、又光源の大きさを変化させてもほとんど
照度分布が変化しない等の利点を有している。光源の大
きさを変化させてもほとんど照度を変化させないために
は、単ファイバーが次の条件を満足することが望まし
い。２ｄ＜Ｌただしｄは単ファイバーのコアー半径、Ｌは単ファイバ
ーの長さである。

【００５７】この実施例の光学系も、視野角が１５０°
程度まで対応することが出来る。実施例３は、図３に示
す通りの構成である。この実施例３は、非球面を有する
正レンズと光源との間に凸レンズの単ファイバーを挿入
したものである。この実施例のｈとθとの関係は図７に
示す通りである。又単ファイバーを挿入したことによ
り、実施例２と同様の効果を有し、更にこの単ファイバ
ーに凸面を設けたことによって、照明光学系から射出さ
れる光の光量を増加させ又非球面を有する正レンズの非
球面の近似曲率を緩くすることが出来るため、非球面レ
ンズの加工性が向上する等の利点も有する。この実施例
の光学系は、観察視野が１５０°程度まで対応すること
が出来る。

【００５８】実施例４は、図４に示すように、非球面を
有する正レンズ１枚で構成し、この正レンズの物体側の
面を凹面にしたものである。

【００５９】この実施例の光学系のｈとθとの関係は、
図８に示す通りである。前記のように正レンズの物体側
の面を凹面にしたことにより、非球面の近似曲率を緩く
して加工性を向上させたものである。

【００６０】この実施例４の光学系は、観察視野角が１
５０°程度まで対応出来る。

【００６１】

【発明の効果】本発明の照明光学系は、視野角が１１０
°以上の広角の内視鏡にも用い得るもので、又平面状物
体、球面状物体、管腔状物体に対しても良好な照度分布
を与えしかも光量のロスの少ない安価なものである。

【００６２】尚図５乃至図８において曲線Ａは実施例、
曲線Ｂはｈ＝ｆｓｉｎθ、曲線Ｃはｈ＝ｆθである。ま
た、図１４における曲線Ｆ（θ）、Ｇ（θ）、Ｈ（θ）
および図１６における曲線ａ，ｂ，ｃは夫々平面状物
体、球面状物体、管腔状物体の相対的照度分布である。