JPS62189419A - 視野変換光学系 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内視鏡や硬性鏡等の内部に配設される視野変
ｌ負光学系に関する。

〔従来の技術〕

この種従来の視野変換光学系としては、基本的にプリズ
ムの反射作用を用いるものと、プリズムの屈折作用を用
いるものと、不均質媒質レンズを用いるものとがある。

反射作用を用いるものとして、例えば第１１図に示した
如く、内視鏡の先端部に配設された凹レンズｌとプリズ
ム２と対物レンズ３とイメージガイド４とから成り、プ
リズム２により偏角を行うものがある。又、第１２図に
示した如く、硬性鏡の像伝送部５の中にプリズム６．７
を配設して接眼部８を上方４５°に曲げ使い勝手を良く
したものもある。ところが、これらの反射式の視野変換
光学系は、偏角を比較的大きくし得る反面必要な光学素
子の数が増えて構成が複雑になり易い欠点がある。

屈折作用を用いるものとして、例えば第１３図に示した
如く、内視鏡の先端部に配設された凹レンズ付きプリズ
ム９と対物レンズ３とイメージガイド４とから成り、プ
リズム９により偏角を行うものがあり、偏角が２０°以
下の場合に良く用いられる。又第１４図はその作用を用
いて視野方向を直視から１０”程度傾けるのに用いた例
を示しており、これは水中で使用することを考慮し、凹
レンズ付きプリズム９の前方にカバーガラス１０を光軸
に垂直に配置して水中でも空気と同し視野方向が得られ
るようにしたものである。ところが、これらの屈折式の
視野変換光学系は、屈折作用による歪曲収差や非点収差
の発生の問題がある。

反射作用と屈折作用の両方を用いるものとして、例えば
第１５図に示した如（、側視型内視鏡の先端部にプリズ
ム２と凹レンズ付きプリズム９とを配設して後方斜視と
したものがある。この視野変換光学系は、プリズム９が
模形であるため内視鏡の側面から突出してしまったり、
これをなくすためカバーガラスを設けた場合先端部の径
が太くなってしまうという問題がある。

不均質媒質レンズを用いるものとして、例えば特公昭４
７−２８０５７号公報に記載のものがあり、これは第１
６図（ａｌ及び中）に示した如く、屈折率分布が二乗分
布（第１６図（ｂ））であると共にその中心軸が曲がっ
ている（第１６図（ａ））の不均質媒質レンズ１１から
成るものである。ところが、実際にこのような中心軸の
曲がった分布を作ることは非常に難しい、又、内視鏡先
端部に組み込むためには短い距離で偏角するようにして
小型にする必要があり、これを行うため屈折率分布の変
化の度合を強くすると共に中心軸の曲がりの度合を強く
すると、像中心と分布中心との位置ずれが太き（なり像
が歪むので、それができないという問題がある。勿論、
中心軸が直線的で屈折率分布が二乗分布であ′るものを
模形に形成したものでは、出射面での屈折作用より発生
する収差に加えて、二乗分布による結像作用が中心軸に
関して非対称となることにより結像位置にて光軸と垂直
な方向の収差が大幅に生じて実用とならないという問題
がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記問題点に鑑み、構成が簡単で内視鏡又は
硬性鏡の先端部側面からの突出が生じないと共に、収差
が発生し難い視野変換光学系を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明による
視野変換光学系は、屈折率分布を有する光学素子を光路
内に配設して成る視野変換光学系において、前記光学素
子がその主要部において、前記光路の方向と異なる方向
の直線的変化の屈折率分布を有するように構成して、構
成が簡単で収差が発生し難いようにしたものである。

〔実施例〕

以下、図示した各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の詳細な説明する。

第１図（ａ）及びｆｂｌは夫々第一実施例の構成及びそ
れに用いる視野変換プリズム１２の屈折率分布を示して
いる。不均質媒質から成るプリズム１２に“垂直に入射
した光は内部で曲げられ、その出射端面では該端面に対
し垂直に出射するようになっている。そのため、水中及
び空中での使用時に視野方向が変わらない。又、光軸よ
りも上下方向に出た光線も下方向に夫々曲げられ、画角
は視野変換前とほぼ同じに保たれる。又、第１４図の従
来例において二部品に分かれていた凹レンズ付きプリズ
ム９とカバーガラス１０が、本実施例では凹レンズ１と
プリズム１２から成る一部品として構成し得るので、構
成が簡単になる。

又、プリズム１２の屈折率分布は、第１図ｆｂｌに示し
た如＜、基本的には光軸と平行な方向の厚さが厚い側は
屈折率が低く薄い側は屈折率が高いと共にその間はほぼ
直線的に変化している。屈折率分布が直線状であるのは
、偏角作用が屈折率勾配と光線の通過した距離の積にほ
ぼ比例し、この状態が像を悪化させる各収差の発生が最
も少ないからである。勿論、この際凹レンズ１の前方（
第１図右方）では結像光束がほぼ平行となっていること
が必要である。即ち、平行光束の場合、視野変換の際収
差の発生が最も少ない。

又、視野変換を行う際に光軸と垂直な方向に歪曲収差が
発生したり非点収差が発生する場合には、視野周辺部に
おいて直線からずらした屈折率分布にして補正すること
も可能である。

又、屈折率分布の方向は、該方向が光路の方向と異って
いさえすれば偏角作用が生じるので、特に上記の如く光
路の方向と垂直でなくとも良い。

第２図ｆａｌ及びｆｂｌは夫々第一実施例の変形例とし
て視野変換プリズム１２と凹レンズ１を一体化して凹レ
ンズ付きプリズム１３としたものの構成及びプリズム１
３の屈折率分布を示している。この場合、第２図ｆｂｌ
に示した如く、主要部即ち中央部の屈折率分布は直線状
ではあるが、プリズム１３の光軸と平行な方向の厚さが
厚い側では、光路長が長くて曲り過ぎてしまい正の歪曲
収差が発生し易いのを屈折率勾配を周辺で小さくするこ
とにより補正し、該厚さが薄い側では、光路長が短くて
曲りにくく負の歪曲収差が発生し易いのを屈折率勾配を
周辺で大きくすることにより補正するようになっている
。又、一体化したことによりプリズム１３の凹レンズ部
の空気接触面での不均質媒質レンズとしての補正能力も
加わるので、更に自由度が増し効果的である。

第３図（ａ３及び山）は夫々第二実施例の構成及びその
不均質媒質レンズ１４の屈折率分布を示している。これ
は、平凹レンズｌの上に平行平面の不均質媒質レンズ１
４を貼り付けたものである。不均質媒質レンズ１４は、
第３図＋ｂ）に示した如く、曲げたい方向に屈折率が高
くなっており、該屈折率がほぼ直線状に変化している０
本実施例では、構成が簡単であると共に、レンズ１４の
先端面が平面となっているので内視鏡先端部側面からの
突出が生じず、内視鏡にとって好ましい。又、不均質媒
質レンズ１４で視野方向を変える方が、一箇所の屈折作
用で曲げる従来方向に比べ、海かに収差発生量が少ない
。これは、不均質媒質の場合光線を連続的に曲げること
ができるからである。

第４図Ｆａｌ及びｆｂｌは夫々第二実施例の変形例とし
て平行平面の不均質媒質レンズ１４と凹レンズｌとを一
体化して凹レンズ付き不均質媒質レンズ１５としたもの
の構成及びレンズ１５の屈折率分布を示している。これ
は屈折率分布が直線状部ら一様に変化する場合に周辺部
で発生する収差を補正するために、周辺部での屈折率分
布を変化させているものである。

第５図は第二実施例の他の変形例として平凹不均質媒質
レンズ１６と均質媒質の凹レンズ１７とを接合したもの
の要部を示しており、この場合レンズ１６が一方向に屈
折率が変化していて視野変換を行うようになっている。

第６図は第二実施例の更に他の変形例として凹平不均質
媒質レンズ１８と均質媒質の凹レンズ１とを接合したも
のの要部を示している。

第７図ｉａｌ及び中）は夫々第三実施例の構成及びそれ
に用いる不均質媒質プリズム１９の屈折率分布を示して
おり、これはプリズム１９により視野方向が９０°変換
されるようにしたものである。このプリズム１９は、第
７図ｆｂｌに示す如く、点Ｏを通る紙面に垂直な軸に屈
折率分布の中心を持ち、半径方向の距離に応じて屈折率
分布がほぼ一直線状に変化しているものである。本実施
例では、プリズム１９の切断位置を変えることで視野方
向を９０°に限らず任意に変えることができる。

第８図は第四実施例の構成を示しており、これは硬性鏡
の光伝送部５の中に不均質媒質プリズム２０を配置して
接眼部８を上方４５°に曲げるようにしたものであって
、偏角に必要な光学素子が一個で済むので、第１２図の
従来例に比べて構成が簡単になる。尚、プリズム２０の
屈折率分布が、入射側の光軸に対して垂直な矢印Ａ方向
にほぼ直線的な屈折率勾配を有する場合、又は入射側の
光軸に対して傾斜した矢印Ｂ方向にほぼ直線的な屈折率
勾配を有する場合、何れの場合でも、視野変喚前と後の
光軸方向と屈折率分布の方向が異っていれば、視野変換
を行うことができる。

第９図ｆａ）及び（ｂｌは夫々第五実施例の構成及びそ
の不均質媒質レンズ２１の屈折率分布を示している。こ
の場合、レンズ２１は、第９図（′ｂ）に示した如く、
中心より周辺に向ってほぼ円錐状の屈折率分布を有して
いる。そのため、視野中心部を通る光は、円錐状屈折率
分布のとがった部分により収束作用を受けるが、視野周
辺部を通る光は上記第−及び第二実施例のように偏角作
用のみを受けることになる。何故なら、入射側の明るさ
絞り２２の位置がレンズ２１の後方にあり、視野周辺部
からの光は円錐状屈折率分布のとがった部分を通らない
からである。従って、視野中心部を通る光は使用せず、
視野周辺部を通る光を物体観察のために使用するのが良
い。

第１０図Ｆａ）及び（ｂｌは夫々第五実施例の変形例の
構成及び不均質媒質レンズ２３の屈折率分布を示してい
る。レンズ２３は、凸平レンズであって、その屈折率分
布は第１Ｏ図（ｂｌに示した如く円錐台状である。第五
実施例と同様、入射側の明るさ絞り２２の位置は、レン
ズ２３の後方にあるので、視野周辺部では屈折率分布に
よる収束作用はなく、偏角作用のみが存在する。従って
、視野中心部の像は使用できないが、視野周辺部の像は
偏角作用により高画角の像として見ることができる。又
、レンズ２３の前面の曲率を変えて周辺部の光線と垂直
になるようにすれば、水中、空中で画角が変わらずに観
察できるようになる。

Ｃ発明の効果〕 上述の如く、本発明による視野変換光学系は、構成が簡
単で且つ内視鏡又は硬性鏡の先端部側面からの突出が生
じないと共に、収差が発生し難く、更に収差補正も可能
であるという実用上重要な利点を有している。又、円錐
状の屈折率分布を有するものを内視鏡又は硬性鏡の先端
部に組み込むことにより、収差をあまり発生させないで
画角を変化させることができ、その結果管内観察等に便
利な高画角の内視鏡又は硬性鏡を実現できるという利点
もある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ及びｆｂｌは夫々第一実施例の構成及びそ
れに用いる視野変換プリズムの屈折率分布を示す図、第
２図（δ）及びｆｂｌは夫々第一実施例の変形例の構成
及びプリズムの屈折率分布を示す図、第３図（桐及び［
ｂ）は夫々第二実施例の構成及びその不均質媒質レンズ
の屈折率分布を示す図、第４図ｆａｔ及び（ｂｌは夫々
第二実施例の変形例の構成及びレンズの屈折率分布を示
す図、第５図及び第６図は夫々第二実施例の他の変形例
及び更に他の変形例の要部を示す図、第７図ｆａｔ及び
ｆｂｌは夫々第三実施例の構成及びその不均質媒質レン
ズの屈折率分布を示す図、第８図は第四実施例の構成を
示す図、第９図（ａｌ及びｆｂｌは夫々第五実施例の構
成及びその不均質媒質レンズの屈折率分布を示す図、第
１０図ｆａｔ及び（ｂｌは夫々第五実施例の構成及びレ
ンズの屈折率分布を示す図、第１１図乃至第１５図は夫
々各従来例の構成を示す図、第１６図（ａｌ及びｆｂ）
は夫々他の従来例の構成及びレンズの屈折率分布を示す
図である。 １３０．・凹レンズ、２・・・・プリズム、３・・・・
対物′７′・４°°゛°イメージガイド、１２・・・・
視野変換プリズム、１３・・・・凹レンズ付きプリズム
、１４・・・・不均質媒質レンズ、１５・・・・凹レン
ズ付き不均質媒質レンズ、１６・・・・平凹不均質媒質
レンズ、１７・・・・凹レンズ、１８・・・・凹平不均
質媒質ルンス、１９．２０・・・・不均質媒質プリズム
、２１・・・・不均質媒質レンズ、２２・・・・明るさ
絞り、２３・・・・不均質媒質レンズ。 ５ｊ−３図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第４図 （ａ　）　　　　　　　　　　　　（ｂ）利 （Ｇ） ｈ３．２ （ＣＩ） 図 （ｂ） 図 （ｂ） 第５図　　　　−第６図 ３ＩＰ７図 オ９　図 Ｉ １１図 ３′１５図 ？１６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 屈折率分布を有する光学素子を光路内に配設して成る視
   野変換光学系において、前記光学素子がその主要部にお
   いて、前記光路の方向と異なる方向の直線的変化の屈折
   率分布を有することを特徴とする視野変換光学系。