JPH0553063A

JPH0553063A - 管内観察用内視鏡の照明光学系

Info

Publication number: JPH0553063A
Application number: JP3053448A
Authority: JP
Inventors: Takao Mori; 孝夫森; Susumu Takahashi; 進高橋
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1991-02-25
Publication date: 1993-03-05

Abstract

(57)【要約】〔目的〕管内観察等の場合に観察したい部位において均
一で良好な照度が得られる配光を実現できるようにす
る。〔構成〕照明レンズ系が屈折力の異なる部分を有する光
学素子９を備えていて、下記の条件式（１）を満足する
観察視野領域における管内側面への照明配光が下記の条
件式（２）を満足するようにしたことを特徴としてい
る。 ω_i≧０．６ωmax
（１）Ｆmax ／Ｆmin ≦４
（２）但し、ω_iは内視鏡の対物光学系の半画角、ωmax は内
視鏡の対物光学系の最大画角の半画角、Ｆmax は上記観
察視野領域内における相対的な照度分布の最大値、Ｆmi
n は上記観察視野領域内における相対的な照度分布の最
小値である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、医療用又は工業用等の
管内観察用内視鏡に最適な照明光学系に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】内視鏡先端挿入部の光学系の構成は、一
般に図２５に示すようになっており、内視鏡の長手方向
に沿う観察用の対物光学系１と照明光学系２が並設され
ている。この照明光学系２では、図２６に示すように、
照明光伝達用のライトガイド３の射出端面の前方に平凹
の照明レンズ４が配置せしめられていて、この照明レン
ズ４は、物体側に平面４ａを、ライトガイド３の射出端
面側に球面から成る凹面４ｂを夫々有し、ライトガイド
３から射出された光を拡散して被写体Ｘを照明するよう
になっている。

【０００３】この内視鏡は、対物光学系１と照明光学系
２の先端部分がそれぞれ長手方向に沿って配置されてい
て、前方の全視野を観察及び照明できるようになってい
る。そして、被写体Ｘがほぼ平面形状の物体である場合
に、その観察を最適に行えるように照明光学系２は構成
されている。

【０００４】このような従来の内視鏡の照明光学系２を
管空内（例えば医療用であれば食道等、又工業用であれ
ばパイプ等の内部）の照明に使用すると、図２７に示し
た如く、対物光学系１による視野範囲のうち、中央部分
は管の中心で奥に空間が続くため暗くなり、周辺部分が
壁面であるため明るくなってこの部分が主たる観察部分
になる。従って、観察画角を２ωとして、この画角２ω
に対応する照明光学系２による視野範囲の代表的な照度
分布を表わすと、図２８に示したようになる。即ち、中
央部分（ω＝０付近）は奥へ続く管空部であるために暗
く、周辺の壁面部分が明るくなると共に、視野の最外周
部分が又暗くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そのため、図２８にお
ける画角Ａを視野角として観察しようとする場合、管内
の視野範囲の照度分布は図２９のようになる。即ち、視
野中心部分６ａと視野外周部分６ｂは暗くなり（図２８
参照）、最適な照度で観察できる範囲はそれらの中間の
リング状の視野周辺部分６ｃだけになってしまう。

【０００６】又、図２８における画角Ｂを視野角として
観察しようとする場合には、図３０のようになる。即
ち、視野中心部分７ａは上記と同様に暗くなり、又視野
外周部分７ｂは最も照度が高くなるために明るすぎて見
にくくなり（図２８参照）、結局それらのリング状の視
野周辺部分７ｃだけが最適の照度で観察できることにな
る。このように、従来の照明光学系２を管内観察に使用
した場合、視野範囲内で適度な照度で観察し得る部分の
面積が小さく、十分且つ適切な観察が困難であるという
問題があった。

【０００７】一方、管内観察用内視鏡に対しては、画角
を著しく大きく（２ω＝１６０゜程度）して管内を前方
部分だけでなくこれと直交する方向も同時に観察したい
というニーズや、画角をある程度大きく（２ω≧９０゜
程度）して全体を観察したいというニーズがあり、視野
角の広角化が望まれているが、上述の理由により広角な
画角で適度な照度分布を実現することは困難であった。

【０００８】本発明は、このような問題に鑑み、管内観
察等の場合に観察したい部位において均一で良好な照度
が得られる配光を実現できるようにした管内観察用内視
鏡の照明光学系を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による管内観察用
内視鏡の照明光学系は、照明光を射出する照明光供給手
段と、該照明光供給手段から射出された光を拡散させて
被写体に照射する照明レンズ系とを備えた管内観察用内
視鏡の照明光学系において、上記照明レンズ系が屈折力
の異なる部分を有する光学素子を備えていて、下記の条
件式（１）を満足する観察視野領域における管内側面へ
の照明配光が下記の条件式（２）を満足するようにした
ことを特徴とするものである。 ω_i≧０．６ωmax （１）Ｆmax ／Ｆmin ≦４（２）但し、ω_iは内視鏡の対物光学系の半画角、ωmax は内
視鏡の対物光学系の最大画角の半画角、Ｆmax は上記観
察視野領域内における相対的な照度分布の最大値、Ｆmi
n は上記観察視野領域内における相対的な照度分布の最
小値である。

【００１０】

【作用】照明光供給手段を射出した光は、照明レンズ系
の光学素子を通過する際に、光軸からの半径方向への距
離に応じて屈折力の異なる部分を通過するようになり、
それにより視野範囲内の被写体に対して周辺部分への配
光がほぼ均一になるので、適切な照度の下で周辺部分の
被写体像を観察することができる。

【００１１】

【実施例】以下、図示した実施例に基づき本発明を詳細
に説明する。実施例１図１は本実施例の照明レンズ９の概略断面図である。照
明レンズ９は、被写体Ｘ側の面が平面９ａとなり、ライ
トガイド３の射出端面側の面が凹面形状の非球面レンズ
面９ｂとなっている。そしてこの非球面レンズ面９ｂ
は、照明光学系２の光軸Ｏから外側に向かって夫々曲率
の異なる面Ａ₁，Ｂ₁，Ｃ₁，Ｄ₁が順に連続して成る
ものである。面Ａ₁は比較的曲率が大きいので、視野中
心部分への光を周辺方向へ拡散させる割合が大きい。面
Ｂ₁は境界線Ｐ₁を境にして面Ａ₁より曲率が小さいの
で、図２９の視野中心部分６ａと視野周辺部分６ｃとの
境界付近の光量を増大させる。面Ｃ₁は境界線Ｐ₂を境
にして面Ｂ₁より曲率が大きいので、図２９の視野周辺
部分６ｃへの光を拡散させる割合が大きい。面Ｄ₁は境
界線Ｐ₃を境にして面Ｃ₁より曲率が小さいので、視野
外周部分６ｂ付近の光量を増大させる。尚、これらの曲
面Ａ₁，Ｂ₁，Ｃ₁，Ｄ₁は、非球面レンズ面９ｂの光
軸Ｏと反対側の部分にも対称的に形成されているものと
する。

【００１２】ところで、管内観察の際の観察視野範囲の
うち、中央部分は奥へ続く暗部であるので、周辺部分の
壁面等だけが観察できればよく、対物光学系１の最大画
角の半画角をωmax とした場合、観察視野範囲のうち観
察の対象とならない中央部分は、最大画角２ωmax の６
０％程度といえる。従って、観察対象となる半画角ω_i
は残りの４０％に相当し、 ω_i≧０．６ωmax （１）となる。

【００１３】そしてこの画角２ω_iの視野範囲内におい
てほぼ均一な照度で管内を照明する必要がある。従っ
て、Ｆ（ω）を半画角ωにおける管内の照度分布の大き
さを示すものとした場合、上記（１）式を満たす対物光
学系１の半画角ω_iの範囲において、次の条件式を満足
する必要がある。Ｆ（ω₁）max ／Ｆ（ω₂）min ≦４（２）但し、Ｆ（ω₁）max は管内における相対的な照度分布
の最大値、Ｆ（ω₂）min は管内における相対的な照度
分布の最小値であって、ω_{1 ,}ω₂はそれぞれω₁≧
０．６ωmax ，ω₂≧０．６ωmax を満たしている。

【００１４】尚、上述の（１）式のω_i≧０．６ωmax
なる条件を定める対物光学系１は、焦点距離をｆ、像高
をｈ₁、画角をωとした場合、ｈ₁＝ｆωなる関係を満
たすものである。又、上述の（２）式において、照度分
布Ｆ（ω_i）max とＦ（ω_i）min の比が４を越える
と、明るい部分の照度が暗い部分と比較して大きすぎて
しまい、管内の観察対象視野範囲をほぼ均一な照度分布
にして観察することはできなくなってしまう。

【００１５】次に、管内における照明光学系による配光
特性について説明すると、図２は管内観察の際の半画角
ωにおける理想的な配光即ち照度分布と従来の照度分布
とを示すものであり、管内面（壁面）を完全拡散面と
し、照明光は管内面であらゆる方向に拡散されているも
のとし、半画角ωに対応する管内面の照度分布が示され
ている。

【００１６】図中、実線で示された照度分布曲線αは理
想的な配光特性を示すものであって、中央部分（ω＝Ｏ
付近）では照度分布Ｆ（ω）は０であり、周辺部分で高
くしかも均一になっている。又、破線で示された曲線β
は図２８の配光と同様な従来例の照度分布を示す曲線で
ある。

【００１７】因みに、従来例の照明レンズ４即ち球面レ
ンズは、例えば凹面の曲率半径ｒ＝１．０８６，中心肉
厚ｄ＝０．４５，屈折率ｎ＝１．８０５，アッベ数ν＝
２５．４３から成る単ファイバーレンズである。又、こ
の照明レンズ４に光を伝達するライトガイド３は、例え
ば配光角の半分の値が約３０゜の広がりを持ち、太さφ
＝１．７８のファイバーの束を使用しているものとす
る。

【００１８】尚、管内面は完全拡散面としたから、対物
光学系１により観察したときの光の点の輝度は照度に比
例することになる。又、この時、管内における配光（管
内配光）は球面状の配光（球面配光）を利用して次式の
ように表わされる。Ｆ（ω）＝Ｌ（ω）sin³ω （３）但し、Ｌ（ω）は球面上の照度分布（球面配光）であ
る。又、球面配光とは、照明光学系の先端部を球心とし
た球面上（の壁面）での照度分布（配光）をいう。

【００１９】上述の（３）式を用いて図２の二つの曲線
α，βで示す管内面の各照度分布（管内配光）を夫々球
面配光に変換したものを表したものが図３である。管内
観察においては中心付近の明るさは急激に低下するか
ら、この部分を照明する必要はなく、図３に示す球面配
光において視野中心付近の光は任意の配光をとることが
できる。ところが、従来例の曲線βは視野中心付近の配
光量即ち照度が最も高い凸型の配光となり、高い照度の
必要な視野周辺へ行くに従って一様に照度が低下して行
くため、配光のロスが大きい。

【００２０】従って、図３において理想的な曲線αが示
すように、視野中心付近の配光をできる限り小さくする
ことによりその分の光量を視野周辺方向へ導いて、図２
９の視野中心部分６ａと視野周辺部分６ｃとの境界付近
の照度を増大させ、更に視野外周部分６ｂ付近の照度の
低下を抑制する、所謂中抜け配光にすることが望まし
い。このような配光によって、光量のロスを少なくし且
つ視野周辺の絶対光量を全体的に増加させることができ
る。

【００２１】上述のように、曲線αの配光を得るために
は従来例の照明レンズ４の面の形状を球面形状又はその
組み合わせにするだけでは困難であり、画角ω≧０．６
ωmax の領域で均一な明るさの部分を十分に広くするこ
とは不可能であり、又全体の曲率半径を変えたとしても
基本的には凸の位置が移動するだけにすぎない。従っ
て、少なくとも照明レンズの一面を非球面レンズ面とす
る必要がある。

【００２２】ところで、ライトガイド３の射出端面から
射出される光線は、配光角２θが６０゜程度になってい
る（θはライトガイド３の中心軸と射出光線との角
度）。ライトガイド３の球面配光は、中心部分で明る
く、周辺部分で暗いため概略平行光と考えることができ
る。

【００２３】この考え方に基づいて、図４に示した如く
照明光学系２の光軸Ｏの中心からライトガイド３の射出
端面で射出する平行光束の外周までの距離（高さ）をｈ
とし、この平行光束の照明レンズ９からの射出角をω_L
とした場合、図３の曲線αとして示された、管内に最適
な配光を実現させるための照明レンズ９の特性を、ｈと
sin ω_Lとの関係で示したものが、図５に示す曲線であ
る。逆にいえば、図５の曲線は、曲線αの球面配光を実
現するための、図１に示した照明レンズ９の非球面レン
ズ面９ｂの非球面形状と相関のある特性曲線であるとい
うことができる。

【００２４】一方、図３の曲線βの球面配光が実現され
る従来の照明レンズ４の凹面４ｂの球面形状と相関のあ
る、図５の特性曲線に相当する曲線は、図６の単純曲線
として示されることになる。

【００２５】図５の特性曲線は、Ｗ₃／Ｈ₃＞Ｗ₂／Ｈ
₂ ，Ｗ₃／Ｈ₃＞Ｗ₄／Ｈ₄である部分を有してお
り、本実施例はそれにより均一な管内配光を実現してい
る。ここで、Ｈ₁，Ｈ₂，Ｈ₃，Ｈ₄は、それぞれ
Ａ₁，Ｂ₁，Ｃ₁，Ｄ₁に対応するｈ軸上の幅である。
又、Ｗ₁，Ｗ₂，Ｗ₃，Ｗ₄は、それぞれＡ₁，Ｂ₁，
Ｃ₁，Ｄ₁に対応するｓｉｎＷ_L軸上の幅である。

【００２６】本実施例は上述のように構成されているか
ら、対物光学系１と照明レンズ９を備えた照明光学系２
とが並列に配置された内視鏡で管内観察をする場合、ラ
イトガイド３から射出された光束の内、照明レンズ９の
非球面レンズ面９ｂにおいて、曲率の比較的小さい面Ｂ
₁と面Ｄ₁に入射する光束は、面Ａ₁及び面Ｃ₁と比較
して拡散されるものが少なく、曲率の比較的大きい面Ａ
₁と面Ｃ₁に入射する光束は、面Ｂ₁及び面Ｄ₁と比較
して拡散されるものが多いため、球面上の照度分布は図
３の曲線αに示したごとくになる。そして、管内の照度
分布は、図２に示した如くになる。その結果、管の奥に
到る視野中心部分の照度は小さく、この部分に隣接する
管の奥に近い内壁部分から手前の内壁部分にかけて即ち
視野周辺部分から視野外周部分にかけてほぼ均一な照度
が得られることになる。

【００２７】上述のように本実施例によれば、観察光学
系の視野角２ωのうち、視野中心から６０％を越える周
辺の観察視野領域において、ほぼ均一で良好な照度を得
ることができ、観察画角が広角であっても良好な照度を
得ることができる。

【００２８】次に、実施例２乃至実施例６について説明
する。但し、ｒ₁，ｒ₂は各レンズ面の曲率半径を、ｄ
₁はレンズの肉厚を、ｎ₁はレンズの屈折率を、ν₁は
レンズのアッベ数をそれぞれ示している。又、非球面の
非球面係数Ｋ_nは、図７に示した座標系において下記の
式を満足するものである。

【００２９】

【数１】

【００３０】但し、Ｘは光軸方向の座標、Ｙは光軸と垂
直な方向の座標（光軸から測った半径）、Ｋ_nは定数、
ｎは０≦ｎ≦２０の整数である。

【００３１】実施例２図８は本実施例の照明レンズ９の概略断面図である。照
明レンズ９は、被写体Ｘ側の面が平面９ａとなり、ライ
トガイド３の射出端面側の面が凸面形状の非球面レンズ
面９ｃとなっている。そしてこの非球面レンズ面９ｃ
は、照明光学系２の光軸Ｏから外側に向かって夫々曲率
の異なる面Ａ₂，Ｂ₂，Ｃ₂が順に連続して成るもので
ある。面Ａ₂は曲率が小さく、面Ｂ₂は曲率が大きく、
面Ｃ₂は曲率が小さい。

【００３２】本実施例の照明レンズ９のデータは次の通
りである。ｒ₁＝∞（外径φ₁＝２．２２）ｄ₁＝３．２ｎ₁＝１．７８４７２ ν₁＝２５．７１ｒ₂＝非球面（有効径φ₂＝２．２２）非球面係数第２面Ｋ₀＝０，Ｋ₁＝５．０２９９×１０^-3 ，Ｋ₂＝−８．３３２７×１０^-3 ，Ｋ₃＝−１．１８５３，Ｋ₄＝１．２５５４×１０¹ ，Ｋ₅＝−６．４６８６×１０¹ ，Ｋ₆＝１．７１４７×１０² ，Ｋ₇＝−２．６３２７×１０² ，Ｋ₈＝２．３１８９×１０² ，Ｋ₉＝−１．０８２４×１０² ，Ｋ₁₀＝２．０７７０×１０¹ ，１１≦ｎ≦２０の時Ｋ_n＝０ここで、有効径φ₂とは、Ｙの最大値の２倍の値であ
る。

【００３３】図９は本実施例の照明レンズ９の非球面レ
ンズ面９ｃの面形状と相関のある特性曲線であって、２
回微分によって示される曲率

【００３４】

【数２】

【００３５】なる変曲点を一つ有している。そのため、
Ａ₂とＣ₂の部分が比較的傾きの小さな曲線となり、図
８の曲率の比較的小さな面Ａ₂，面Ｃ₂に入射する光束
は比較的曲率の大きな面Ｂ₂に入射する光束に比べて拡
散される光束が少なくなるので、図１０に示した如く、
球面上の照度分布において面Ａ₂，面Ｃ₂に対応する配
光が向上する。

【００３６】図１０に示した球面上の照度分布の中で面
Ａ₂付近に対応する照度分布が図３の曲線βの示す従来
の球面上の照度分布とほぼ相似した形になっているの
で、実施例１の場合よりも光量のロスが大きい。しか
し、ω＝１０°以上（ほぼ面Ｂと面Ｃに対応する）の周
辺部分の照度分布が図３の曲線αのおよそω＝３５°以
上の周辺部分の照度分布とほぼ相似した形になっている
ので、管内において均一で良好な照度分布が得られると
いう実施例１とほぼ同等な効果が得られる。

【００３７】結局、本実施例の照明レンズ９によって得
られる管内面の照度分布は、図１１に示した如くにな
る。従って、本実施例によれば、対物光学系の視野角２
ωがおよそ９５°から１６０°までの範囲で、視野中心
から６０％を越える周辺の観察視野領域において、ほぼ
均一で良好な照度の照明を十分得ることができ、観察画
角が広角であっても良好な照度を得ることができる。

【００３８】実施例３図１２は本実施例の照明レンズ９の概略断面図である。
照明レンズ９は、被写体Ｘ側の面が平面９ａとなり、ラ
イトガイド３の射出端面側の面が凹面形状の非球面レン
ズ面９ｃとなっている。そしてこの非球面レンズ面９ｃ
は、照明光学系２の光軸Ｏから外側に向かって夫々曲率
の異なる面Ａ₃，Ｂ₃，Ｃ₃が順に連続して成るもので
ある。面Ａ₃は曲率が小さく、面Ｂ₃は曲率が大きく、
面Ｃ₃は曲率が小さい。

【００３９】本実施例の照明レンズ９のデータは次の通
りである。ｒ₁＝∞（外径φ₁＝３．２２）ｄ₁＝０．５ｎ₁＝１．６４７６９ ν₁＝３３．８ｒ₂＝非球面（有効径φ₂＝１．９６）非球面係数第２面Ｋ₆＝０．１×１０¹ ，ｎ≠０の時Ｋ_n＝０ここで、有効径φ₂とは、Ｙの最大値の２倍の値であ
る。

【００４０】図１３は本実施例の照明レンズ９の非球面
レンズ面９ｃの面形状と相関のある特性曲線であって、
２回微分によって示される曲率

【００４１】

【数３】

【００４２】なる変曲点を一つ有しており、図９に示さ
れている実施例２の特性曲線にほぼ相似した形となって
いる。そのため、本実施例は実施例２とほぼ同等の効果
が得られる。即ち、Ａ₃とＣ₃の部分が比較的傾きの小
さな曲線となり、図１２の曲率の比較的小さな面Ａ₃，
面Ｃ₃に入射する光束は比較的曲率の大きな面Ｂ₃に入
射する光束に比べて拡散される光束が少なくなるので、
球面上の照度分布は実施例２とほぼ同等のものとなる
（図１０参照）。

【００４３】結局、本実施例の照明レンズ９によって得
られる管内面の照度分布は、図１４に示した如くに成
る。従って、本実施例によれば、対物光学系の視野角２
ωがおよそ８０°から１６０°までの範囲で、視野中心
から６０％を越える周辺の観察視野領域において、ほぼ
均一で良好な照度の照明を十分得ることができ、観察画
角が広角であっても良好な照度を得ることができる。

【００４４】実施例４図１５は本実施例の照明レンズ９の概略断面図である。
照明レンズ９は、実施例３の照明レンズ９の第１面を非
球面形状にしたものである。即ち、照明レンズ９の被写
体Ｘ側の面が非球面９ｄとなり、ライトガイド３の射出
端面側の面が凹面形状の非球面レンズ面９ｃとなってい
る。そしてこの非球面レンズ面９ｃは、照明光学系２の
光軸Ｏから外側に向かって夫々曲率の異なる面Ａ₄，Ｂ
₄，Ｃ₄が順に連続して成るものである。面Ａ₄は曲率
が小さく、面Ｂ₄は曲率が大きく、面Ｃ₄は曲率が小さ
い。

【００４５】本実施例の照明レンズ９のデータは次の通
りである。ｒ₁＝非球面（外径φ₁＝４）ｄ₁＝０．５ｎ₁＝１．６４７６９ ν₁＝３３．８ｒ₂＝非球面（有効径φ₂＝１．８）非球面係数第１面Ｋ₂₀＝０．１９６×１０^-6 ，ｎ≠２０の時Ｋ_n＝０第２面Ｋ₆＝０．１×１０¹ ，ｎ≠６の時Ｋ_n＝０ここで、有効径φ₂とは、Ｙの最大値の２倍の値であ
る。

【００４６】図１６は本実施例の照明レンズ９の面形状
と相関のある特性曲線であって、第１面を非球面にした
ことにより、Ｃ₄の部分の２回微分によって示される曲
率

【００４７】

【数４】

【００４８】の値を図１３のＣ₃の部分の曲率

【００４９】

【数５】

【００５０】の値よりも大きくさせている。即ち、該曲
率の値が大きくなることは、そのω_L付近の配光が上昇
することを意味している。又、第１面を非球面としたこ
とにより、第１面で全反射する光量が少なくなるという
効果もある。

【００５１】結局、本実施例の照明レンズ９によって得
られる管内面の照度分布は、図１７に示した如くにな
り、図１４に示した実施例３の管内面の照度分布よりも
広角部分の照度が高くなる。従って、本実施例によれ
ば、実施例３よりも均一で良好な照度の照明が得られ
る。

【００５２】実施例５図１８は本実施例の照明レンズ９の概略断面図である。
照明レンズ９は、被写体Ｘ側の面が平面９ａとなり、ラ
イトガイド３の射出端面側の面が多面形状の非球面レン
ズ面９ｃとなっている。そしてこの非球面レンズ面９ｃ
は、照明光学系２の光軸Ｏから外側に向かって曲率の小
さい面Ａ₅，曲率の大きい面Ｂ₅，不連続線Ｑ₅，曲率
の小さい面Ｃ₅，曲率の大きい面Ｄ₅，曲率の小さい面
Ｅ₅が順に連続して成るものである。

【００５３】本実施例の照明レンズ９のデータは次の通
りである。ｒ₁＝∞（外径φ₁＝１．９６）ｄ₁＝０．５４０７ｎ₁＝１．６４７６９ ν₁＝３３．８ｒ₂＝非球面（有効径φ₂＝１．９６）非球面係数第２面０≦Ｙ≦０．４４の時Ｋ₀＝０，Ｋ₁＝１．４５８×１０^-2 ，Ｋ₂＝１．２１５×１０^-1 ，Ｋ₃＝５．４×１０^-1 ，Ｋ₄＝１．３５，Ｋ₅＝１．８，Ｋ₆＝１，７≦ｎ≦２０の時Ｋ_n＝００．４４≦Ｙ≦０．８８の時Ｋ₀＝−１．３７６４×１０¹ ，Ｋ₁＝１．３７８９×１０²，Ｋ₂＝−５．２２７×１０² ，Ｋ₃＝９．９６１１×１０²，Ｋ₄＝−１．０３３３×１０³ ，Ｋ₅＝５．５９８８×１０²，Ｋ₆＝−１．２４５１×１０² ，７≦ｎ≦２０の時Ｋ_n＝０ここで、有効径φ₂とは、Ｙの最大値の２倍の値であ
る。

【００５４】図１９は本実施例の照明レンズ９の非球面
レンズ面９ｃの面形状と相関のある特性曲線であって、
不連続線（点）Ｑ₅の両側において、２回微分によって
示される曲率

【００５５】

【数６】

【００５６】なる変曲点を一つずつ有している。不連続
線（点）Ｑ₅の右側の部分即ちＣ₅，Ｄ₅，Ｅ₅の部分
が図９に示した実施例２の特性曲線のＢ₂，Ｃ₂の部分
の縦軸に関して対称な形状とほぼ相似した形になってい
るので、実施例２とほぼ同等な効果が得られる。又、不
連続線（点）Ｑ₅の左側の部分即ちＡ₅，Ｂ₅の部分が
図９に示した実施例２の特性曲線のＡ₂，Ｂ₂の部分と
ほぼ相似した形になっているので、実施例２とほぼ同等
な効果が得られる。従って、本実施例の照明レンズ９
は、不連続線（点）Ｑ₅を挟んだ両側を総合して第９図
に示された実施例２の特性曲線と同等の効果があること
が明らかである。

【００５７】結局、本実施例の照明レンズ９によって得
られる管内面の照度分布は、図２０に示した如くに成
る。従って、本実施例によれば、対物光学系の視野角２
ωがおよそ８５°から１６０°までの範囲で、視野中心
から６０％を越える周辺の観察視野領域において、ほぼ
均一で良好な照度の照明を十分得ることができ、観察画
角が広角であっても良好な照度を得ることができる。

【００５８】実施例６図２１は本実施例の照明レンズ９の概略断面図である。
照明レンズ９は、被写体Ｘ側の面が平面９ａとなり、ラ
イトガイド３の射出端面側の面が多面形状の非球面レン
ズ面９ｃとなっている。そしてこの非球面レンズ面９ｃ
は、照明光学系２の光軸Ｏから外側に向かって不連続線
Ｑ₆を含む曲率の小さい面Ａ₆，曲率の大きい面Ｂ₆が
順に連続して成るものである。

【００５９】本実施例の照明レンズ９のデータは次の通
りである。ｒ₁＝∞（外径φ₁＝１．１６）ｄ₁＝０．２８ｎ₁＝１．６４７６９ ν₁＝３３．８ｒ₂＝非球面（有効径φ₂＝０．６）非球面係数第２面０≦Ｙ≦０．０６の時Ｋ₀＝０，Ｋ₁＝２．６０５１２≦ｎ≦２０の時Ｋ_n＝００．０６≦Ｙ≦０．３の時Ｋ₀＝−１．５７４７×１０^-2 ，Ｋ₁＝３．１２０６，Ｋ₂＝−４．２１７，３≦ｎ≦２０の時Ｋ_n＝０ここで、有効径φ₂とは、Ｙの最大値の２倍の値であ
る。

【００６０】図２２は本実施例の照明レンズ９の非球面
レンズ面９ｃの面形状と相関のある特性曲線であって、
これは変曲点を有していないので、図９に示した実施例
２の特性曲線のＡ₂の部分に相当する効果を持つ曲線部
分が存在しない。従って、視野中心付近の光量が上昇し
ないので、本実施例の球面上の照度分布は図２３に示し
た如く、実施例１の理想的な球面配光の曲線αとほぼ相
似した形となっている（図３参照）。又、このことによ
り、管内観察時に於ける光量ロスが減少する一方、図２
９の視野中心部分６ａと視野周辺部分６ｃの境界付近の
光量は低くなり、実施例１の理想的な管内配光の曲線α
よりも、その部分における配光は低下する。

【００６１】結局、本実施例の照明レンズ９によって得
られる管内面の照度分布は、図２４に示した如くにな
る。従って、本実施例によれば、対物光学系の視野角２
ωがおよそ１００°から１５０°までの範囲で、視野中
心から６０％を越える周辺の観察視野領域において、ほ
ぼ均一で良好な照度の照明を十分得ることができ、観察
画角が広角であっても良好な照度を得ることができる。

【発明の効果】上述の如く本発明による管内観察用内視
鏡の照明光学系は、照明レンズ系が観察視野領域への照
明配光がほぼ均一になるように屈折力の異なる部分を有
する光学素子を備えているから、周辺部分の観察視野領
域において、ほぼ均一で良好な照度が得られるという、
実用上重要な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による管内観察用内視鏡の実施例１の照
明レンズの概略断面図図である。

【図２】実施例１の管内面の照度分布を示す図である。

【図３】実施例１の球面上の照度分布を示す図である。

【図４】実施例１の要部の断面図である。

【図５】実施例１の照明レンズの面形状と相関のある特
性曲線を示す図である。

【図６】従来の球面形状と相関のある特性曲線を示す図
である。

【図７】非球面を定義するための座標系を示す図てあ
る。

【図８】実施例２の照明レンズの概略断面図図である。

【図９】実施例２の照明レンズの面形状と相関のある特
性曲線を示す図である。

【図１０】実施例２の球面上の照度分布を示す図であ
る。

【図１１】実施例２の管内面の照度分布を示す図であ
る。

【図１２】実施例３の照明レンズの概略断面図図であ
る。

【図１３】実施例３の照明レンズの面形状と相関のある
特性曲線を示す図である。

【図１４】実施例３の管内面の照度分布を示す図であ
る。

【図１５】実施例４の照明レンズの概略断面図図であ
る。

【図１６】実施例４の照明レンズの面形状と相関のある
特性曲線を示す図である。

【図１７】実施例４の管内面の照度分布を示す図であ
る。

【図１８】実施例５の照明レンズの概略断面図図であ
る。

【図１９】実施例５の照明レンズの面形状と相関のある
特性曲線を示す図である。

【図２０】実施例５の管内面の照度分布を示す図であ
る。

【図２１】実施例６の照明レンズの概略断面図図であ
る。

【図２２】実施例６の照明レンズの面形状と相関のある
特性曲線を示す図である。

【図２３】実施例６の球面上の照度分布を示す図であ
る。

【図２４】実施例６の管内面の照度分布を示す図であ
る。

【図２５】内視鏡先端挿入部の光学系の構成を示す図で
ある。

【図２６】従来の照明光学系の構成を示す図である。

【図２７】従来の照明光学系による照明状態を示す図で
ある。

【図２８】従来の照明光学系による照度分布を示す図で
ある。

【図２９】図２８の画角Ａを視野角として観察する場合
の管内の視野範囲の照度分布を示す図である。

【図３０】図２８の画角Ｂを視野角として観察する場合
の管内の視野範囲の照度分布を示す図である。

【符号の説明】

１対物光学系２照明光学系３ライトガイド４，９照明レンズ９ａ平面９ｂ，９ｃ，９ｄ非球面レンズ面

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【手続補正書】

【提出日】平成３年７月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】このような従来の内視鏡の照明光学系２
を管空内（例えば医療用であれば食道等、又工業用であ
ればパイプ等の内部）の照明に使用すると、図２７に示
した如く、対物光学系１による視野範囲のうち、中央部
分は管の中心で奥に空間が続くため暗くなり、周辺部分
が壁面であるため明るくなってこの部分が主たる観察部
分になる。従って、観察画角を２ωとして、この画角２
ωに対応する照明光学系２による視野範囲の代表的な照
度分布を表わすと、図２８に示したようになる。即ち、
中央部分（ω＝０°付近）は奥へ続く管空部であるため
に暗く、周辺の壁面部分が明るくなると共に、視野の最
外周部分が又暗くなる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】又、上述の（２）式において、照度分布
Ｆ（ω_ｉ）ｍａｘとＦ（ω_ｉ）ｍｉｎの比が４を越える
と、明るい部分の照度が暗い部分と比較して大きすぎて
しまい、管内の観察対象視野範囲をほぼ均一な照度分布
にして観察することはできなくなってしまう。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】図中、実線で示された照度分布曲線αは
理想的な配光特性を示すものであって、中央部分（ω＝
０°付近）では照度分布Ｆ（ω）は０であり、周辺部分
で高くしかも均一になっている。又、破線で示された曲
線βは図２８の配光と同様な従来例の照度分布を示す曲
線である。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】尚、管内面は完全拡散面としたから、対
物光学系１により観察したときの光の点の輝度は照度に
比例することになる。又、この時、管内における配光
（管内配光）は球面上の配光（球面配光）を利用して次
式のように表わされる。Ｆ（ω）＝Ｌ（ω）ｓｉｎ^３ω （３）但し、Ｌ（ω）は球面上の照度分布（球面配光）であ
る。又、球面配光とは、照明光学系の先端部を球心とし
た球面上（の壁面）での照度分布（配光）をいう。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】一方、図３の曲線βの球面配光が実現さ
れる従来の照明レンズ４の凹面４ｂの球面形状と相関の
ある、図５の特性曲線に相当する曲線は、図６の曲線と
して示されることになる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】本実施例の照明レンズ９のデータは次の通
りである。ｒ_１＝∞（外径φ_１＝３．２２）ｄ_１＝０．５ｎ_１＝１．６４７６９ ν_１＝３３．８ｒ_２＝非球面（有効径φ_２＝１．９６）非球面係数第２面Ｋ_６＝０．１×１０^１，ｎ≠６の時Ｋ_ｎ＝０ここで、有効径φ_２とは、Ｙの最大値の２倍の値であ
る。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】本発明による管内観察用内視鏡の実施例１の
照明レンズの概略断面図である

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】実施例２の照明レンズの概略断面図である。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１２】実施例３の照明レンズの概略断面図であ
る。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１５】実施例４の照明レンズの概略断面図であ
る。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１８】実施例５の照明レンズの概略断面図であ
る。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２１】実施例６の照明レンズの概略断面図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光を射出する照明光供給手段と、該
照明光供給手段から射出された光を拡散させて被写体に
照射する照明レンズ系とを備えた管内観察用内視鏡の照
明光学系において、上記照明レンズ系が屈折力の異なる
部分を有する光学素子を備えていて、下記の条件式
（１）を満足する観察視野領域における管内側面への照
明配光が下記の条件式（２）を満足するようにしたこと
を特徴とする管内観察用内視鏡の照明光学系。 ω_i≧０．６ωmax （１）Ｆmax ／Ｆmin ≦４（２）但し、ω_iは内視鏡の対物光学系の半画角、ωmax は内
視鏡の対物光学系の最大画角の半画角、Ｆmax は上記観
察視野領域内における相対的な照度分布の最大値、Ｆmi
n は上記観察視野領域内における相対的な照度分布の最
小値である。