JPS623406B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は照明光を無駄なく利用し得るようにし
た広角な内視鏡用照明光学系に関するものであ
る。 近年内視鏡の観察系が広角化するに伴い照明系
も広角なものが要求されるようになつて来た。こ
の要求に基づきなされた広角な照明系の例として
第１図に示すようなものが知られている。この照
明系はオプチカルフアイバーバンドルよりなるラ
イトガイド１の前に正レンズ系２を配置したもの
である。そしてライトガイド１よりの照明光を正
レンズ系２によつていつたん集光した後に発散し
て行く光を利用し、これによつて広角な照明が出
来るようにしたものである。しかしこの照明系に
よる照明は視野の周辺が暗くなる欠点がある。そ
れはこのような照明系の場合、配光特性が第２図
に示すようになり、画角が大になるにつれて強度
が減少し、次第に零になつて行く。このためこの
ような照明系では実質的な照野は照明光の届く範
囲より狭くなる。またこの暗くなつた部分は照明
光が届いていても照明光が当つていないのと同じ
となるために、この部分の光は実際上無駄にな
る。このような欠点を除くための方法としてライ
トガイドの出射端面を投影する照明方法（以後投
影式と云う）が考えられる。つまり第３図に示す
ようにレンズ３によつてライトガイド１の出射端
面１ａの像を物体面４上に形成する方法である。
この例ではライトガイド端面の像の大きさが観察
視野の大きさになるようにレンズ３を選び、且つ
パララツクス（周知のように内視鏡ではイメージ
ガイドとライトガイドを並べ配置してあるのでパ
ララツクがある）を除去するようにすれば観察視
野は完全に照明されしかも観察視野以外は照明光
が全く届かないので、無駄な光が生ずることはな
い。またライトガイドの出射端面を投影するので
あるから、照明光の配光特性は第４図に示すよう
になり、最大画角においてもある程度の強度を有
する。従つて、照明光の当たる範囲は全て観察が
可能であつて、照野と視野とは一致することにな
る。又視野以外の部分に照明光が届かないことは
照明光が無駄にならないだけでなく、視野外での
反射光が観察系に入つてゴースト等になり観察の
妨げになることがない点からも好ましいことであ
る。しかしながらこの方法には次のような欠点が
ある。フアイバーバンドルの出射端面はすべての
部分が一様に光つているのではなく各フアイバー
のコアーの部分のみが光つている。このフアイバ
ー端面がそのまま物体面上に投影されるので、物
体面は第５図に模式的に示したようにコアーａの
部分だけが明るく照明され、丁度物体面上に網を
かぶせたような具合いに照明され、非常に観察し
にくいものになる。実際にはレンズの収差その他
の影響によつて網目は多少ぼけるが観察に適した
状態ではない。 本発明の目的はライトガイドとレンズ系との間
に筒状反射鏡を配置することによつて配光特性が
良好で照明光を有効に利用し得て、しかも物体面
上にライトガイド端面の像が形成されることがな
く従つて物体面上で一様な照明が可能な内視鏡用
照明光学系を提供することにある。 本発明の目的の一つである一様な照明を行なう
ためには前述の投影式の照明方式において物体面
上でライトガイド端面の像をぼかせば良い。しか
し像をぼかせば配光特性は第２図に示す形に近づ
きそのため照明光に無駄が生じ、また視野周辺が
暗くなる。又、像をぼかすためには第３図におい
てライトガイド１をずらして第６図の状態にすれ
ば良いが、この場合外側の光線l′はレンズから外
れてしまつて照明光として使用出来なくなる。ま
た光線l″のようにレンズの外周面３ａで遮られて
しまう光が出て来る。これを防ぐにはレンズの外
径を大きくすれば良いが、細いことが要求される
内視鏡の照明系としては不適当である。このよう
に像をぼかすことによつて網目を消す方法は像の
ぼけの程度が大きければ大きい程投影式の利点が
損なわれることになり好ましくない。 本発明の内視鏡用照明光学系は第７図に示すよ
うにライトガイド１の出射側端面１ａをレンズ系
３に関して物体面と共役な面５からずらして配置
すると共に、レンズ系とライトガイドの端面との
間に内面が反射面になつたライトガイドの径と等
しい径の筒状反射鏡６を配置したものである。こ
のようにライトガイドの端面を物体面に対する共
役な位置からずらしたことによつて、物体面上の
照明光はライトガイドの端面の像が形成されず網
目がぼけて消えるので一様な照明となる。又第６
図に示したようなライトガイドの端面を共役面か
らずらすことによつて生ずるレンズ系よりはずれ
る光l′，l″等は筒状反射鏡６の反射面にて反射さ
れて照明光となる。従つて光の損失を防ぐことも
出来る。更に筒状反射鏡の内面が視野絞りとして
作用するので配光特性は第２図のようなものでは
なく、第４図のような良好なものになる。 以上のような本発明照明光学系においてライト
ガイドの端面の共役面よりのずれの量は物体距離
がほぼ一定の場合には僅かで良い。しかし観察物
体が遠点から近点までの場合にはずれの量を大き
くしなければならない。もしもずらした量が少な
い場合、ライトガイドの端面の像が遠点と近点と
の中間に出来ることになる。従つて物体距離が像
位置と一致すると像の網目が物体と一緒に見え観
察の邪魔になる。そのため観察可能な距離範囲の
外にライトガイドの像が出来るようにする必要が
ある。 以上のように本発明の照明光学系は投影式光学
系の優れた特徴、つまり配光特性が良く光の損失
がないという点はそのまま残ししかも網目状の照
明になる欠点を除去し得て、一様な照明を可能に
したものである。 次に本発明照明光学系の筒状反射鏡の長さにつ
いて述べる。ライトガイド端面の網目状の構成が
そのままあらわれるのを消すためには、ライトガ
イドを構成する各フアイバーのコアーから出た光
がライトガイド端面よりはなれるにつれ次第に広
がつて来るが、この広がつた光の断面の直径Ｃが
フアイバーの直径φ（クラツドの部分も含め）の
２倍以上になる所が上記の視野絞りの位置に来る
ようにすることが望ましい。そのためにはライト
ガイド端面より出射する光の開口数をNA′とし、
ライトガイド端面の視野絞りとの空気換算距離を
ｌとすると次の関係が成立つ必要がある。 Ｃ＝2NA′・ｌ Ｃ≧２φ これより ｌ＝φ／ＮＡ′ 従つてｌはφ／ＮＡ′以上にする必要がありｌがφ／
ＮＡ′ より視野絞りに近づくと物体上にライトガイドの
網目が生ずる。又筒の内部の屈折率をｎとすると
筒の長さＬは次の通りである。 Ｌ＝ｌ・ｎ≧ｎφ／ＮＡ′ 無限遠の物体を照明するときには物体面と共役
な位置がレンズ系の後側焦点となる。従つて物体
は無限遠よりは近くにあるのでライトガイドの出
射側端面は少なくともレンズ系の後側焦点よりは
距離Ｌだけレンズ系より離れた位置に来るように
する必要がある。そしてレンズ系とライトガイド
の間の空間のすべてを筒状反射鏡で埋める必要は
ないが少なくとも長さＬ以上の筒状反射鏡を配置
する必要がある。また近距離の物体の観察も可能
な対物レンズを備えた観察系と共に本発明の照明
系を使用する場合は、対物レンズで観察可能な最
も近い物体面と共役な面から少なくとも距離Ｌだ
け後方にライトガイドの端面が来るようにした方
が望ましい。また筒状反射鏡とライトガイドの端
面との間に空気間隔を設けても良い。しかし空気
間隔を設けた場合そこからもれる光が生ずること
がないように筒状反射鏡を太くする必要がある。
一方筒状反射鏡の太さがレンズの径より大になる
と内視鏡の先端が太くなる等から好ましくないの
で、上記の空気間隔も筒状反射鏡の許される太さ
の範囲内で光もれのない間隔にすべきである。こ
のように筒状反射鏡の太さが変わると視野絞りの
大きさが変わるが、照野の大きさは視野の大きさ
との関係で決まりまたレンズの倍率と筒の太さの
組合わせで任意の大きさにすることが出来るの
で、筒の太さは前述のような実用上の問題以外で
は特に制限はない。更に筒の前端がレンズの後側
焦点より前に来るのは差支えない。 次に以上説明した本発明照明系の実施例を述べ
る。 第８図は第７図に示す本発明原理図と実質的同
じ構成のもので、レンズ３とライトガイド１との
間に筒状反射鏡として単フアイバー７（コアー７
ａとクラツド７ｂとよりなる一本の太いフアイバ
ー）を挿入したもので単フアイバー７とライトガ
イド１の端面とを接合したものである。筒状反射
鏡は筒の内周面を鏡面としたものやガラス棒の側
面にメツキしたもの等が考えられるがこのような
鏡面を利用したものに比較して単フアイバーの方
が反射率が高いので有利である。 第９図はレンズ３とライトガイド１との間にそ
の一方の端面を球面８ａに研摩した単フアイバー
８をその他端をライトガイド１の端面とを接合し
たものである。これによつて単フアイバー８の球
面８ａに屈折力をもたせてレンズの構成を簡単に
した実施例である。このようにこの実施例はレン
ズ系を簡単にすると共にこれによつて金枠なども
簡略化出来、内視鏡を細くすることが出来る。 第１０図は第９図に示す実施例の変形例で第９
図のレンズ３を単フアイバーを研摩して形成した
レンズ９に代えた例である。これによつてレンズ
９の外周面９ａに当る光ｌが吸収されることな
く反射されるので照明光を一層有効に使用し得
る。 次に本発明照明光学系の具体的な数値例を示
す。

【表】

【表】 以上の数値例のうち数値例１は第１１図に示す
ような構成の光学系で二枚の凸レンズよりなるレ
ンズ系と、ライトガイドとの間に単フアイバーの
筒状反射鏡を配置したものである。 又数値例２は第１２図に示す構成のもので、一
枚の正レンズとライトガイドの間にその端面を球
面に研摩した単フアイバーを配置したものであ
る。 数値例３は第１３図に示す構成のもので凹レン
ズと凸レンズとよりなるレンズ系とライトガイド
の間に単フアイバーを配置したものである。 尚第１１図乃至第１３図におけるＦは後側焦点
面を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の内視鏡用広角照明光学系の構成
を示す図、第２図は上記光学系の配光特性を示す
図、第３図は投影式照明光学系の構成を示す図、
第４図は第３図の光学系の配光特性を示す図、第
５図は第３図の光学系による物体面上の照明光を
模式的に示した図、第６図は第３図の光学系にお
いてライトガイドの端面をずらせて配置した場合
の光学系の構成を示す図、第７図は本発明の原理
を示す光学系の図、第８図乃至第１０図は本発明
の各実施例を示す図、第１１図乃至１３図は本発
明の各数値例に相当する光学系の図である。 １……ライトガイド、３……レンズ系、４……
物体面、５……筒状反射鏡。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光学繊維束から成るライトガイドと、 該ライトガイドの射出端面の前方に配置された
   照明用の正レンズ系と、 該正レンズ系と上記ライトガイドの射出端面と
   の間に配置され、その射出端面が少なくとも上記
   正レンズ系の後側焦点位置まで延在しており、且
   つその入射端面から上記正レンズ系の後側焦点位
   置までの長さＬが、 Ｌ≧ｎφ／NA′ なる関係を満足する如き筒状反射鏡と、 から構成されていることを特徴とする内視鏡用照
   明光学系。 但し、NA′はライトガイドからの射出光の開口
   数、φはライトガイドを構成する光学繊維の径、
   ｎは筒状反射鏡の筒内の媒質の屈折率である。 ２ 筒状反射鏡として単フアイバーを用いた特許
   請求の範囲１に記載の内視鏡用照明光学系。