JPH06347699A - 光学素子および光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、単体のブロック体で、たとえば直交
する２方向の観察を可能として、構成の単純化と、小型
化を図れる光学素子を提供する。 【構成】単体のブロック体の互いに直交する方向に第１
の光軸Ｍと第２の光軸Ｎ形成し、第１の光軸の入光部に
光を屈折して平行光とする第１の屈折面４を設け、この
第１の屈折面から第１の光軸に沿って導かれる平行光
を、そのまま平行光として第２の入光部方向へ反射する
内部反射面７を設け、第２の入光部に内部反射面が反射
した光を、第２の光軸方向に沿って反射収束する屈折反
射面６を設け、この屈折反射面の中心部に第２の入光部
に入光した光を屈折収束する第２の屈折面５を開口し、
内部反射面に屈折反射面で屈折収束した光および第２の
屈折面で屈折収束した光を透過する光透過部８を開口
し、この光透過部を透過した光を屈折集光し、ブロック
体外部で結像させる最終屈折面９を具備した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば管体周壁の観
察と、管体軸方向である進行方向の観察を併用する、複
数の異方向の観察を可能にした光学素子および光学装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、比較的直径の細い管体（φ１
０mm程度）内に挿入され、この管体の内周壁状態を観察
するための光学素子およびこの光学素子を備えた光学装
置である工業用内視鏡が知られている。

【０００３】この種の工業用内視鏡における対物光学系
としては、２枚から６枚程度からなるレンズを組み合わ
せて構成される。そして、焦点距離が１〜３mm程度の極
く短い、固定焦点式をなしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来は、
複数枚のレンズを組み合わせた固定焦点式を構成してお
り、被写深度をより大きくとるために、光学素子自体の
焦点距離を可能な限り小さくしている。

【０００５】しかしながら、たとえば１０mm程度の至近
距離を観測するには、結像倍率が十分に大きくならない
という欠点がある。また、至近距離での結像性能を重視
した場合、逆に遠方での結像性能が低下して、バックフ
ォーカス（レンズの最終面から像空間焦点までの距離）
が大きくなり、装置の大型化を招く。

【０００６】特に、管体の内周壁を観察するこの種の装
置では、周方向に回転しながら軸方向に進行しなければ
ならず、管体内周壁観察用と、進行方向にある障害物の
有無の確認用として、互いに直交する２方向の観察を行
わなければならない。

【０００７】そのためには、複数枚のレンズとともに複
数枚のミラーもしくはプリズムが必要であり、装置の複
雑化が避けられない。本発明は、上述した事情に鑑みな
されたものであり、その目的とするところは、単体のブ
ロック体で、たとえば直交する２方向の観察を可能とし
て、構成の単純化と、小型化を図れる光学素子および光
学装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、第１の発明の光学素子は、少なくとも２つの入光
部を備えた単体のブロック体であり、一方の入光部から
入光した光を、他方の入光部へ向かって反射する内部反
射面と、他方の入光部に設けられ、上記内部反射面で反
射した光を再び反射収束する屈折反射面および、この屈
折反射面に開口され、他方の入光部から入光した光を屈
折収束する屈折面と、上記内部反射面に開口され、上記
屈折反射面および屈折面を介して導かれる光を透過する
光透過部と、この光透過部を透過した光を屈折集光し、
ブロック体外部で結像させる最終屈折面とを具備した。

【０００９】第２の発明の光学素子は、単体のブロック
体であり、このブロック体の互いに直交する方向に形成
される、第１の光軸および第２の光軸と、上記第１の光
軸の入光部に設けられ、入光した光を屈折して平行光と
する第１の屈折面と、この第１の屈折面から第１の光軸
に沿って導かれる平行光を、そのまま平行光として第２
の入光部方向へ反射する、第１の光軸と第２の光軸の交
差位置に４５°傾斜して設けられる内部反射面と、上記
第２の入光部に設けられ、内部反射面が反射した光を第
２の光軸方向に沿って反射収束する屈折反射面と、この
屈折反射面の中心部に開口され、第２の入光部に入光し
た光を屈折収束する第２の屈折面と、上記内部反射面に
開口され、上記屈折反射面で屈折収束した光および第２
の屈折面で屈折収束した光を透過する光透過部と、この
光透過部を透過した光を屈折集光し、ブロック体外部で
結像させる最終屈折面とを具備した。

【００１０】第３の発明の光学装置は、少なくとも２つ
の入光部を備えた単体のブロック体であり、一方の入光
部から入光した光を反射する内部反射面、他方の入光部
に設けられた屈折反射面および屈折面、上記内部反射面
に設けらた光透過部、ブロック体外部で結像させる最終
屈折面を具備した光学素子と、この光学素子の第１の入
光部と第２の入光部のそれぞれ直前部に設けられ、各入
光部へ選択して光を導く第１のシャッタ機構および第２
のシャッタ機構と、上記最終屈折面の結像位置に設けら
れ、像を可視化する撮像素子とを具備した。

【００１１】

【作用】本発明の光学素子によれば、方向の異なる、少
なくとも２方向からの入光させ、同一位置で結像をな
す。本発明の光学装置によれば、少なくとも２方向から
の光を選択して入光させ、同一位置で観察ができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照して説明する。図１ないし図３は、光学素子Ａを示
す。これは、たとえばガラス材、もしくは合成樹脂材か
ら構成される、単体のブロック体からなる。

【００１３】このブロック体には、互いに直交する方
向、すなわち９０°交差する第１の光軸Ｍおよび第２の
光軸Ｎが形成される。ここで、上記第１の光軸Ｍは、図
において水平方向に延出され、第２の光軸Ｎは垂直方向
に延出される。

【００１４】上記ブロック体Ａは、図２に示す正面視で
直角三角状をなし、図３で示す側面視で矩形状をなす、
角柱を対角線に沿って裁断した形状のブロック本体１
と、このブロック本体１の一側面に一体に突設される円
柱状の第１の入光部２と、ここでは上面に一体に突設さ
れる円柱状の第２の入光部３とから構成される。

【００１５】上記第１の入光部２は、その中心軸が上記
第１の光軸Ｍと合致している。その端面は、所定の曲率
をもった曲面であって、第１の屈折面４を形成してい
る。この第１の屈折面４は、第１の入光部２対向側から
入光する光を屈折し、平行光としてブロック本体１内に
導く作用をなす。

【００１６】上記第２の入光部３は、その中心軸が上記
第２の光軸Ｎと合致している。その端面は、所定の曲率
をもった曲面であって、中心部側に第２の屈折面５が、
かつこの屈折面５を囲繞するように外周側に屈折反射面
６が形成される。

【００１７】なお説明すれば、上記第２の屈折面５は、
第２の光軸Ｎに沿って形成されていて、第２の入光部３
から入光した光を第２の光軸Ｎに沿って導き、かつ屈折
収束する曲率を有する。

【００１８】上記屈折反射面６は、第２の屈折面５周部
をコーティングしてなり、その被膜をもって外部から内
部への光を遮断し、かつ内部を導かれた光は反射して屈
折収束する。換言すれば、屈折反射面６の中心部に屈折
面５が開口される。この反射方向は、第２の屈折面５と
同様、第２の光軸Ｎに沿う方向である。

【００１９】上記ブロック本体１の傾斜面７は、その中
心位置が第１の光軸Ｍと第２の光軸Ｎとが交差する位置
と一致する。そして、各光軸Ｍ，Ｎに対して、それぞれ
４５°の角度をもって傾斜する。

【００２０】この傾斜面７は外部側からコーティングさ
れていて、その被膜をもって外部から内部への光を遮断
する一方、ブロック本体１内を導かれる光は、９０°屈
折して反射する、内部反射面である。

【００２１】この内部反射面７は、特に第２の光軸Ｎに
沿う部分のみ開口され、ここで同光軸Ｎに沿って導かれ
る光を透過する光透過部８が形成される。実際には、第
２の光軸Ｎに沿って導かれる光束の直径よりも、充分余
裕をもった大きな直径の突部が、内部傾斜面７から外部
側へ一体に突設される。

【００２２】上記光透過部８の突出端面は、所定の曲率
をもった曲面である最終屈折面９が形成されている。こ
の最終屈折面９に導かれた光は、ここで屈折され、かつ
ブロック本体１外部で結像させる曲率を有する。

【００２３】そして、最終屈折面９による結像位置に、
撮像素子１０が配置される。しかして、第１の入光部２
の対向部位から入光した光は、第１の屈折面４において
屈折されて平行光となり、第１の光軸Ｍに沿ってブロッ
ク本体１内を導かれる。

【００２４】平行光はそのまま直進して、第１の屈折面
４の対向部位に形成される内部反射面７に導かれ、ここ
で反射される。反射光は、平行光として第２の光軸Ｎ方
向に沿って導かれ、かつ第２の入光部３に向かう。

【００２５】この入光部３端部に到達した光は、ここに
設けられる屈折反射面６で反射され、再び第２の光軸Ｎ
方向に沿って導かれて収束する。さらに、この反射方向
に設けられる光透過部８を透過し、ついには、光透過部
８端面に形成される最終屈折面９において導かれた光が
屈折集光され、ブロック本体１外部に配置される撮像素
子１０にて結像される。

【００２６】結局、光学素子Ａの一側方部位の観察が可
能となり、光線の折り返しによってバックフォーカスを
小さくすることができる。一方、第２の入光部３の対向
部位から入光した光は、第２の屈折面５において屈折さ
れ、第２の光軸Ｎに沿って導かれて収束する。

【００２７】この光は、同光軸Ｎに設けられる光透過部
８を透過し、この端面に形成される最終屈折面９におい
て屈折集光され、ブロック本体１外部に配置される撮像
素子１０にて結像される。すなわち、光学素子Ａの他側
方部位に対する観察が可能となる。

【００２８】結局、このような構成の光学素子Ａであれ
ば、単体のブロック体に反射面、屈折面を構成し、かつ
４５°の反射面で光路を屈曲反射し、曲面反射面で収束
させることにより、側方の観察が可能となる。

【００２９】しかも、至近距離で高倍率に光学系を設定
しても、バックフォーカスが大きくならずにすむ。ま
た、上記内部反射面７には、屈折反射面６および第２の
屈折面５からの収束光を取出す開口部が必要であって、
ここでは上記光透過部８がその作用をなす。したがっ
て、側方観察とは直交する方向における観察が可能とな
る。

【００３０】図４は、上記光学素子Ａを備えた光学装置
を示す。上記光学素子Ａは、先に説明したものと全く同
一の構成であって、何らの変更も必要でない。したがっ
て、同一部位には同一番号を付して、新たな説明を省略
する。

【００３１】１１は密閉構造の筐体であって、断面Ｌ字
状に屈折した形状をなす。それぞれの屈曲部の中心軸
は、先に説明した第１の光軸Ｍと第２の光軸Ｎに一致す
る。そして、筐体１１の屈曲端部には、第１の入光部２
と対向して第１のシャッタ機構１２が設けられ、第２の
入光部３と対向して第２のシャッタ機構１３が設けられ
る。第１，第２のシャッタ機構１２，１３の相互間位置
には、照明用の光源体１４が配置される。

【００３２】光学素子Ａに設けられる最終屈折面９の結
像位置ある上記撮像素子１０は、適宜な手段を介して筐
体１１に取付け固定される。このようにして構成される
光学装置を、たとえば管体Ｐ内に挿入し、漸次、管軸方
向に沿って進行させるとともに、光学装置自体を中心軸
Ｏを枢支軸として周方向に回転駆動する。当然、光源体
１４は周囲を照明する。

【００３３】この状態で、第１のシャッタ機構１２と第
２のシャッタ機構１３を交互に開閉して、第１の入光部
２と第２の入光部３から交互に光を取入れる。第１のシ
ャッタ機構１２が開放し、第２のシャッタ機構１３が閉
成した状態で、第１の入光部２から導かれる光は、第１
の屈折面４において屈折され平行光としてブロック本体
１内を導かれ、内部反射面７で反射される。さらに、第
２の入光部３に設けられる屈折反射面６で反射収束され
る。

【００３４】そして、第２の光軸Ｎに沿って導かれ、内
部反射面７に開口する光透過部８を透過して最終屈折面
９で屈折され、撮像素子１０に結像する。したがって、
管体Ｐ周壁の状態を観察できる。

【００３５】第１のシャッタ機構１２が閉成され、第２
のシャッタ機構１３が開放した状態で、第２の入光部３
に導かれる光は、第２の屈折面５において屈折集光さ
れ、光透過部８を透過して最終屈折面９で屈折され、撮
像素子１０で結像する。したがって、光学装置の進行方
向にある障害物有無の観察をなす。

【００３６】なお上記実施例においては、光学素子とし
て、直交する２方向の光を導き反射して結像する構成と
したが、これに限定されるものではなく、２方向の角度
を種々設定できるとともに、より多くの方向の光を入光
し結像させることも可能である。すなわち、本発明の要
旨を越えない範囲内で、種々変形実施可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の光学素子
は、少なくとも２つの入光部を備えた単体のブロック体
で、内部反射面、屈折反射面および屈折面、光透過部、
最終屈折面を具備したから、単体のブロック体で、たと
えば直交する２方向の観察を可能として、構成の単純化
と、小型化を図れるという効果を奏する。

【００３８】また、本発明の光学装置は、少なくとも２
つの入光部を備えた単体のブロック体で、内部反射面、
屈折反射面および屈折面、光透過部、最終屈折面を備え
た光学素子と、この光学素子の第１の入光部と第２の入
光部のそれぞれ直前部に第１のシャッタ機構および第２
のシャッタ機構を設け、上記最終屈折面の結像位置に像
を可視化する撮像素子を具備したから、少なくとも２方
向からの光を選択して入光させ、同一位置で観察を可能
として、装置構成の単純化と、小型化を図れるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、光学素子の縦断面
図。

【図２】同実施例の、光学素子の正面図。

【図３】同実施例の、光学素子の側面図。

【図４】他の実施例の、光学装置の概略構成図。

【符号の説明】

１…ブロック本体、Ｍ…第１の光軸、Ｎ…第２の光軸、
２…第１の入光部、３…第２の入光部、４…第１の屈折
面、７…内部反射面、５…第２の屈折面、６…屈折反射
面、７…光透過部、９…最終屈折面、１２…第１のシャ
ッタ機構、１３…第２のシャッタ機構、１０…撮像素
子、１４…光源体。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも２つの入光部を備えた単体のブ
   ロック体であり、 一方の入光部から入光した光を、他方の入光部へ向かっ
   て反射する内部反射面と、 他方の入光部に設けられ、上記内部反射面で反射した光
   を再び反射収束する屈折反射面および、この屈折反射面
   に開口され、他方の入光部から入光した光を屈折収束す
   る屈折面と、 上記内部反射面に開口され、上記屈折反射面および屈折
   面を介して導かれる光を透過する光透過部と、 この光透過部を透過した光を屈折集光し、ブロック体外
   部で結像させる最終屈折面とを具備したことを特徴とす
   る光学素子。
2. 【請求項２】単体のブロック体であり、 このブロック体の互いに直交する方向に形成される、第
   １の光軸および第２の光軸と、 上記第１の光軸の入光部に設けられ、入光した光を屈折
   して平行光とする第１の屈折面と、 この第１の屈折面から第１の光軸に沿って導かれる平行
   光を、そのまま平行光として第２の入光部方向へ反射す
   る、第１の光軸と第２の光軸の交差位置に４５°傾斜し
   て設けられる内部反射面と、 上記第２の入光部に設けられ、内部反射面が反射した光
   を第２の光軸方向に沿って反射収束する屈折反射面と、 この屈折反射面の中心部に開口され、第２の入光部に入
   光した光を屈折収束する第２の屈折面と、 上記内部反射面に開口され、上記屈折反射面で屈折収束
   した光および第２の屈折面で屈折収束した光を透過する
   光透過部と、 この光透過部を透過した光を屈折集光し、ブロック体外
   部で結像させる最終屈折面とを具備したことを特徴とす
   る光学素子。
3. 【請求項３】少なくとも２つの入光部を備えた単体のブ
   ロック体であり、一方の入光部から入光した光を反射す
   る内部反射面、他方の入光部に設けられた屈折反射面お
   よび屈折面、上記内部反射面に設けらた光透過部、ブロ
   ック体外部で結像させる最終屈折面を具備した光学素子
   と、 この光学素子の第１の入光部と第２の入光部のそれぞれ
   直前部に設けられ、各入光部へ選択して光を導く第１の
   シャッタ機構および第２のシャッタ機構と、 上記最終屈折面の結像位置に設けられ、像を可視化する
   撮像素子とを具備したことを特徴とする光学装置。
4. 【請求項４】上記各入光部の近傍に、照明用の光源体を
   備えたことを特徴とする請求項３記載の光学装置。
5. 【請求項５】上記各入光部は、互いに直交する方向に形
   成されることを特徴とする請求項３記載の光学装置。