JPS60123818A - 光伝送装置 - 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】 技術分野 本発明は、内視鏡等の照明光学系として用いら扛るライ
トガイドを具備した光伝送装置の改良に関するものであ
る。

従来技術 との種従米の光伝装置は、例えば第１図に示した如く内
視鏡の照明光学系として用いられており、この場合光源
部ｌのランプ等の光源２から発せられた元はライトガイ
ド３によって伝送されて物体４を照明し、照明された物
体４は対物し・ンズ５゜イメージガイド６及び接眼レン
ズ７から成る観察光学系により観察されるようＫなって
いる。ところで、ランプ等の光源２の中にはその種類に
よって配光特性が、第２図に示した如く（）０で谷とな
り且つ±１０〜２０’＋１近の角度へ〇又は−八〇で山
となるものがらり、このような光源２を用いた場合ライ
トガイド３から出射さ扛る光も同様な配光特性を有する
よってなるため、内視鏡視野の中央部が暗くなり照明ム
ラが出てしまうという問題かあ−った。そこで、この問
題全解決するために、第３１ツＩに示した如くライトガ
イド３の入射端を斜めにＬｌｊることが考えらｆしたが
、ランプ等の光源２のフィラメント像がライトガイド３
０入射端＋Ｎｉ近＜ニ結像して該入射端面３ａが焼けて
しまうという間！＋’【１があった。又、ライトガイド
３では斜めの端面を研摩することはプリズムなどに比べ
て非常に難しいと云う問題もある。

目的 本発明は、照明ムラがなく且つライトガイドの入射端面
の焼けもない光伝送装置を提供せんとするものでろる。

概安 本発明による光伝送装置は、光源とライトガイドの入射
端との間に屈折作用を有する筒状反射光学系を配設した
ことを特徴としている。

実施例 以下第４図に示した一実施例に基づき上記従来例と同一
の部材には同一符号を付して本発明を詳１ｎＩＩに説明
すれば、８は光源２とライトガイド３の入射端との間に
配設さｎ且つその入射端向８ａが光軸と直変する面と角
度Ｂをなすように斜めに形成略ｇた単ファイバ々−であ
って、これは屈折ｉｎのコア９と屈折率ｎｌのクラツド
エ０から構成さｎた一本の光学繊維から成っている。

本発明による光伝送装置は上述の如く構成されているか
ら、下記理由により照明ムラやライトガイドの入射端向
の焼けがなくなる。まず照明ムラがなくなる理由につい
て述べる。今、仮に第５図に示した如く、光源２とライ
トガイド３の入射端との間に頂角がＢで屈折率が１のプ
リズムｌｌ’に配置したとすると、主光線の屈折角Ｃは
、０　＝　（ｎ　−１）　Ｂ　・・・・・・・・・（］
）となるので、その配配光性は第６図に示した如く角度
Ｃだけずれたものとなる。この配光特性を持った光がラ
イトガイド３の入射端に入射すると、ライトガイド３の
出射端からの元の配光特性ｑよ、第７図に示した如く、
第６図の配光を縦軸について左右対称に配置しく破線図
示）、こ扛らを重ね合わせた形（実線図示）となる。こ
こで、となるように頂角Ｂ及び屈折率ｎを選べば、配光
特性の山と谷が相殺されて第８図に示した如く照明ムラ
のない配光となる。従って、第４図に示した本願発明の
光伝送学系のように第５図に示したプリズム１１の代ジ
に入射端面８ａを斜めにした単ファイバぐ−８を用いｔ
′Ｌは同じ効果を得ることが出来る。実際にはライトガ
イド３を通過するうちに配光がぼやけてくるので、式（
２）の条件は緩めらとなる。

次に、ライトガイド３の入射端面３ａの焼けが防上さ几
る理由について述べる。そもそもライトガイド３の入射
端面３ａの焼けは、第９図に示した如く、光源２のフィ
ラメント像りがライトガイド３の入射端面３ａの近くに
結隊し、入射端面３の中心部分ばかりに強い光が集中す
るために起こる。そこで、第１０図に示した如く単ファ
イバ々−８を用い扛ば、光源２からの光はコア９とクラ
ッド１（）との境界面において反射されて均一化さｎる
ので、ライトガイＦ：Ｐ３の入射端向３ａに達する光の
強ｊ（分布は第１１図に示される如くになる。

従って、従来装置における如くライトガイドの入射端向
の中心部はど「焼け」がひどくなると云う現象はなくな
り、而も照明ムラも少なくなる。

次に、単ファイバ々−８に要求される諸条件につき検討
する。今仮に単ファイバー８の入射端面８ａの傾斜を無
視して考えると、第１（）図において、Ｌ　′ｆｆ：光
源ランプの輝点像、Ｓを光軸上における単ファイバー８
の入射端より輝点像■４までの空気換算長（図において
入射端より左万全正、右方を負とする）、−を単ファイ
バー８のコア９の半径、ｄを単ファイバー８の光軸（（
沿う長さ、α全光源２の周辺光線と光軸とのなす角（た
だし、光束が軸対称でない場合には最小のものをとる）
、ｎを・単ファイバー８のコア９の屈折率とした場合、
中ファイバー８への入射光が出射端で均一化きれるため
には、周辺光線が学ファイバー８のコア９とクラッドｌ
　Ｏとの境界面において少なくとも一回は反射しなけれ
ばならないがら、上記ｓ１　ｄ　１　ｊ　１α、ｎ間に
は （−８＋　−−）　ｔａｎα〉丁　・・・・・・・・・
（４）なる関係が成立しなけ扛ばならない。単ファイバ
ー８は長ければ長い程均−光束を得易いが、装置の小型
化全図るためには限度があり、この場合上記式（４）全
満足する限９はぼ均一な強度分布の光束を得ることがで
きる。

次に単ファイバ々−８のコア９の逆子とライトガイド３
の径ａとの関係について検討するに％　ａ〉ｉの場合、
すなわちライトガイド３の径が単ファイバ々−８の径よ
り大きい場合には、ライトガイド３の一部分で光を伝送
することとなり、ライトガイド３の有効利用が図れなく
なるので、；ｊ≦７ であることが必要である。すなわち、単ファイバー８の
径はライトガイド３の径と同一か又はそれ頃」−でなけ
ればならない。ところで、ライトガイド３と単ファイバ
ー８を組み立てる場合、事実上光＋１１１１全児全に一
致させることは困難であり、偏芯が生ずる場合があるが
、この場合においても、単ファイバぐ−８のコア９の端
面がライトガイド３の端面全項っていることが望捷しい
。従って、単ファイバー８とライトガイド３の偏芯量ｆ
ｅとした場合、Ｘｌ−１−ｅ≦了全満さなければならな
い。単ファイバー８の入射端における光強度分布’！ｔ
Ｊ（ｒｌとする（ただＩｙ　＆　’　ｒは単ファイバー
の中心より半径方向の距離）と、単ファイバー８の入射
端を通過する光の総和Ｅ′は、 であり、この光は単フアイバー８内を通過するうちに均
一化でれ、射出端において強度の均一な光面積当りの光
量は、 となり、ライトガイド３に入射する総光量百は、Ｅ　−
倚ｆａ　Ｊ（ｒｌ・　２πｒ・（１ｒπ　ａ となる。これに対し、単ファイバー８が存在しない場合
にライトガイド３に入射する総光量１弓は、Ｅ＝　、／
　”　Ｊ（ｒ）　＠２π「・（ｌ　ｒとなるから　ｇ　
−１（が学ファイバー８を置くことによる光量損失分と
なる。ところで、この光量］ｄ失のほかに、単ファイバ
ー８を用いると、その入射端と出射端において光のフし
・ネル反射をでよルｆｔ量損失も発生するが、その反射
率は（（ｎ−１）／（ｎ＋１））２で表わされ、ｎは１
．５−２．０　程１ｗのイ的を有するから、０．０４〜
０．１１の値を有することになる。この場合１反射は単
ファイバー８の入射端と出射端とで計二回起ることにな
るから、か＼るフし・ネル反射による光量損失は０．０
８〜０．２２とな°る。従って、このフシ・尿ル反射に
よる光量損失全考慮した場合、上記の光量損失Ｂ　−＝
　ｐ、はフし・ネル反射による光量損失と同程度以下で
あることが望まンするから。

Ｅ−百 −（０，３ ■ら の関係を満し得るようにａと丁の関係を定めることが望
ましい。然しなから、実際上、単ファイバぐ−８の出射
端での光強度分布が完全に均一になる程度に幣ファイバ
ー８金長くすることは機械的に不可能であることから、
実用上 Ｅ−百 −’＜　０．５　・・・・・・・・・（５）なる関係が
保持されれば良い。

壕だ、ライトガイド３　Ｖ（より伝送可能な光が。

単ファイツマ−８のコア９とクラッドｌＯとの境界面で
全反射され失われないようにするためには、単ファイバ
々−８のクラッド１０の屈折率ｋ　ｎ　１＋ライトガイ
ド３のコアの屈折率全ｎ２．ライトガイド３のクラッド
の屈折率をｎ３とした場合、Ｖｎ２−ｎ”、＞ｒ　・・
・・・・・・・（６）なる条件を満し得るようにする必
要がある。

更に、光源２からの光が単ファイバ々−８のコア９とク
ラッドｌＯの境界で全反射せずに失われてしまうこと全
防ぐためには。

ｑ≧ｓ゛１ｎ（０＋α）　−・−−−−・−（７）を満
たすことが必要である。なぜなら、第１（）図において
、光源２を出た最大角度の光線ｔは単フアイバ−８全通
過した後光軸に対して空気中でおよそ角度Ｃ＋αを持つ
からである。実際には、光源２の配光において最大角度
の光線ｔは弱くて用をなさないので、式（７）の条件は
緩められ、となる。

第１２図は第二の実施例を示しており、これ（グ単ファ
イノ々−８の出射端面８ｂｅ斜めに形成したものであっ
て、角度Ｂについては上記式（１）　、　（２）　。

（３）が適用される。第１３図は第三の実施例を示して
おり、これは単ファイバー８の両端面８ａ及び８ｂを斜
めに形成したものである。第１４図は第四の実施例を示
しており、単ファイバー８の出射端面８ｂを曲面に形成
１〜たものである。第１５図は第五の実施例を示してお
り、こｎは単ファイバー８の入射端面８ａを曲面に形成
したものである。

そして、単ファイバー８の端面を曲面に形成しても斜面
に形成した場合と同じ効果が得られる。第１６図は第六
の実施例を示しており、と扛は単ファイバー８の代９に
プリズム１１と円面が全反射するように仕上げられた中
空の筒状反射体１２に組合せて用いたものである。

尚、−ｈ述の単ファイバー８は赤外組吸収材料で構成さ
れれば「焼け」防止の点で一層好ましいが、クラッドｉ
　（１、’ｄ　ｌｙｑ　（でも良いし或は接着材によジ
構成されても良い。又、上記実施例では単ファイバー８
や筒状反射体１２’を用いているが、これに限定される
ことなくガラス棒を用いても良い。又、本発明（・士、
内視鏡の照明光学系に限らず、ライトガイドを用いた他
の各種照明装置にも適用し得ることは八う寸でもない。

発明の効果 上述Ｏ如く、本発明による光伝送装置は、照明ムラがな
く且つライトガイドの入射端面の焼けもないという実用
上重要な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の元伝送装酷：とじて内視鏡の１４−＠、
　ｒｕｌ光学系を示す図、第２図はランプ等の光源の配
光特性ケ示す図、第３図は他の従来例を示す図、パじ４
図は本発明による光伝送装置６の一実施例を示す図、第
５図乃至第１１図は上記実施例の作用原哩の６発明図、
第１２図乃至第１６図は夫々第二、第三、第四、第九及
び第六の失Ｍ’１例・セ示す図であλ〕、２・・光源、
３　・ライ　トガイ　ド、８・・・単ファイバー。 ８ａ・・・入射端面、９・・コア、１０・・クラッド。 １　′ 代理人　篠　原　泰　司し、・１２．−１−１壜・１図 名・２図 第３図 ？４図 ？４・５図 」・６図 第１０図 ぢ・１図 １１２図 第１３図 ５１’　１４図 １１５図 ス−ｔｅ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ライトガイドを具備した光伝送装置において、／ｌ、源
   とライトガイドとの間に屈折作用を有する筒状反射光学
   系を配設したこと全特徴とする光伝送装置。