JPWO2013035522A1 - 内視鏡装置 - Google Patents
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Abstract
配光性能を低下させることなくハレーションを抑制し良好な観察を行う。内視鏡装置の挿入部(1)の先端に設けられ、観察対象を観察するための撮像光学系(3)と、前記挿入部(1)の先端に設けられ、光源から出射された照明光を前記観察対象に配光する複数の照明光学系(2)と、を備え、前記挿入部(1)の先端面において、各前記照明光学系(2)と撮像光学系(3)とが次の条件式(1)を満たすように配置されている内視鏡装置を提供する。
1≦φ2/g(ω,R)2≦30 ・・・ (1)
ここで、φは挿入部1の先端面の外径であり、
g(ω,R)は、前記先端面において、前記撮像光学系(3)の中心から当該前記照明光学系(2)の中心を通り前記先端面の外縁までの距離に前記撮像光学系(3)のレンズ面の有効径を除した距離(R)と撮像光学系(3)の画角(ω)とから定まる光軸方向の観察距離である。
1≦φ2/g(ω,R)2≦30 ・・・ (1)
ここで、φは挿入部1の先端面の外径であり、
g(ω,R)は、前記先端面において、前記撮像光学系(3)の中心から当該前記照明光学系(2)の中心を通り前記先端面の外縁までの距離に前記撮像光学系(3)のレンズ面の有効径を除した距離(R)と撮像光学系(3)の画角(ω)とから定まる光軸方向の観察距離である。
Description
本発明は、内視鏡装置、特に、先端の挿入部に複数の照明光学系を備えた内視鏡装置に関するものである。
先端の挿入部に設けられた照明用のレンズと、レンズに照明光を導くライトガイドファイバとを有する照明光学系を複数備えた内視鏡装置が知られている。内視鏡装置によって体腔内を観察する場合には、挿入部を体腔内に挿入し、光源から射出された照明光をライトガイドファイバにより挿入部まで導光し、導光された照明光をレンズにより拡散させることで観察対象部位を照明している。
このような内視鏡装置の例として、特許文献1には2つの照明手段を各照明手段の中心照度に対して周辺部の照度が2倍以下となるように適宜離間させて配置することにより、観察領域の照度のばらつきを抑制するものが開示されている。また、特許文献2には、球面配光分布が所定の条件を満たす照明光学系を設けることで、内視鏡の細径化しつつ配光ムラを抑制するものが開示されている。
しかしながら、このような内視鏡装置において、特に、大腸等の管状構造で入り組んだ構造である被写体を観察する際に、撮像光学系の一部分に照明光の反射光が集中することにより、撮像された画像において当該部分が白飛びするハレーションと称される現象が生じ、観察に支障をきたすという問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、配光性能を低下させることなくハレーションを抑制し、良好な観察を行うことができる内視鏡装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、内視鏡装置の挿入部の先端に設けられ、観察対象を観察するための撮像光学系と、前記挿入部の先端に設けられ、光源から出射された照明光を前記観察対象に配光する複数の照明光学系と、を備え、前記挿入部の先端面において、各前記照明光学系と撮像光学系とが次の条件式(1)を満たすように配置されている内視鏡装置を提供する。
1≦φ2/g(ω,R)2≦30 ・・・ (1)
ここで、φは挿入部の先端面の外径であり、
g(ω,R)は、前記先端面において、前記撮像光学系の中心から当該前記照明光学系の中心を通り前記先端面の外縁までの距離に前記撮像光学系のレンズ面の有効径を除した距離Rと撮像光学系の画角ωとから定まる光軸方向の観察距離である。
本発明の一態様は、内視鏡装置の挿入部の先端に設けられ、観察対象を観察するための撮像光学系と、前記挿入部の先端に設けられ、光源から出射された照明光を前記観察対象に配光する複数の照明光学系と、を備え、前記挿入部の先端面において、各前記照明光学系と撮像光学系とが次の条件式(1)を満たすように配置されている内視鏡装置を提供する。
1≦φ2/g(ω,R)2≦30 ・・・ (1)
ここで、φは挿入部の先端面の外径であり、
g(ω,R)は、前記先端面において、前記撮像光学系の中心から当該前記照明光学系の中心を通り前記先端面の外縁までの距離に前記撮像光学系のレンズ面の有効径を除した距離Rと撮像光学系の画角ωとから定まる光軸方向の観察距離である。
本発明の一態様によれば、条件式(1)を満たすことで、撮像光学系に対して照明光学系が適切に配置される。従って、例えば、スコープが被写体の壁面に接した際にも、照明光学系と被写体の壁面との距離を適切に保つことができると共に、照明光学系を配置した方向の撮像光学系の視野角を低く保つことができる。従って、撮像光学系による強い反射光の観察を抑制し、その結果ハレーションを抑制しつつ、被写体を良好に観察することができる。
条件式(1)の上限を超えると、ハレーションを抑制する効果が低減し、被写体の正確な情報を得られないことがあり、その結果、病変部の観察が困難になる虞がある。一方、条件式(1)の下限を超えると、ハレーションを抑制する効果は向上するが、被写体が、例えば平面であるような場合には、照明光学系による配光性能が低下する虞がある。
本発明の一態様において、各前記照明光学系の球面配光照度関数をf(θ)とした場合に、次の条件式(2)を満たすことが好ましい。
0.9≦φ2/g(ω,R)2×f(θ)≦25 ・・・ (2)
ここで、θはg(ω,R)及び当該前記照明光学系の中心を通る線分と、当該照明光学系の光軸とが成す角度であり、球面配光照度関数f(θ)は、前記照明光学系を基準として球面物体を照らしたときの照度を示す関数であって、前記照明光学系の中心からの射出角が0°のときの照度を1とした場合に、前記照明光学系の射出角の範囲における照度分布を示す関数である。
0.9≦φ2/g(ω,R)2×f(θ)≦25 ・・・ (2)
ここで、θはg(ω,R)及び当該前記照明光学系の中心を通る線分と、当該照明光学系の光軸とが成す角度であり、球面配光照度関数f(θ)は、前記照明光学系を基準として球面物体を照らしたときの照度を示す関数であって、前記照明光学系の中心からの射出角が0°のときの照度を1とした場合に、前記照明光学系の射出角の範囲における照度分布を示す関数である。
このようにすることで、スコープの外周部における配光が狭くなるので、照明光学系の角度特性に起因した被写体への過剰な配光が防止される。従って、被写体の壁面に適切に照明光を配光し、ハレーションを抑制することができる。
条件式(2)の上限を超えると、照明光の被写体からの強い反射光によるハレーションが生じる頻度が高くなる虞がある。一方、条件式(2)の下限を超えると、被写体が例えば、平面であるような場合には、照明光学系による配光性能が低下する虞がある。
条件式(2)の上限を超えると、照明光の被写体からの強い反射光によるハレーションが生じる頻度が高くなる虞がある。一方、条件式(2)の下限を超えると、被写体が例えば、平面であるような場合には、照明光学系による配光性能が低下する虞がある。
本発明の一態様において、撮像範囲が8角である構成が好ましい。
このようにすることで、観察範囲を方向によって異ならせることができる。従って、例えば、撮像光学系を中心として照明を上下左右に配置させるなどすることにより、ハレーションを抑制することができる。
このようにすることで、観察範囲を方向によって異ならせることができる。従って、例えば、撮像光学系を中心として照明を上下左右に配置させるなどすることにより、ハレーションを抑制することができる。
上記構成において、前記撮像光学系の中心を基準とした各前記照明光学系の中心の方位角のうち、少なくとも一つの方位角αが、次の条件式(3)を満たすことが好ましい。
0≦α≦25,55≦α≦90 ・・・ (3)
一般に、撮像光学系の画角が大きくなるとより強い反射光を観察してしまい、ハレーションが生じやすくなる。特に、撮像範囲が8角である場合に、方位角が条件式(3)を満たすようにすることで、対角方向の画角をハレーションが生じにくい範囲内とすることができる。
0≦α≦25,55≦α≦90 ・・・ (3)
一般に、撮像光学系の画角が大きくなるとより強い反射光を観察してしまい、ハレーションが生じやすくなる。特に、撮像範囲が8角である場合に、方位角が条件式(3)を満たすようにすることで、対角方向の画角をハレーションが生じにくい範囲内とすることができる。
本発明の一態様において、複数の前記照明光学系のうち、少なくとも1つが凹レンズからなることが好ましい。
このようにすることで、当該照明光学系の球面配光照度関数f(θ)の値を小さくすることができ、被写体への過剰な配光を防止することができる。これは挿入部の先端面の径が小さい場合に、より有効である。
このようにすることで、当該照明光学系の球面配光照度関数f(θ)の値を小さくすることができ、被写体への過剰な配光を防止することができる。これは挿入部の先端面の径が小さい場合に、より有効である。
本発明の一態様において、各前記照明光学系の球面配光照度関数f(θ)が次の条件式(4)を満たすことが好ましい。
0.30≦f(50°)≦0.60 ・・・ (4)
このようにすることで、照明光学系の配光が広くなり過ぎることを防止するので、周辺部において強い反射光が生じることを防止することができる。条件式(4)の上限を超えるとハレーションが生じやすくなり、下限を超えると十分な配光が得られなくなる。特に、被写体が広い平面部である場合には、照明不足となり良好な観察ができない虞がある。
0.30≦f(50°)≦0.60 ・・・ (4)
このようにすることで、照明光学系の配光が広くなり過ぎることを防止するので、周辺部において強い反射光が生じることを防止することができる。条件式(4)の上限を超えるとハレーションが生じやすくなり、下限を超えると十分な配光が得られなくなる。特に、被写体が広い平面部である場合には、照明不足となり良好な観察ができない虞がある。
本発明の一態様において、前記撮像光学系が、次の条件式(5)を満たすことが好ましい。
3<tanωM<14 ・・・ (5)
ここで、ωMは、前記撮像光学系における最大像高に対する半画角である。
一般に、撮像光学系が広角になるとハレーションが生じやすくなるので、上記した条件式(5)を満たすことでハレーションを抑制することができる。
3<tanωM<14 ・・・ (5)
ここで、ωMは、前記撮像光学系における最大像高に対する半画角である。
一般に、撮像光学系が広角になるとハレーションが生じやすくなるので、上記した条件式(5)を満たすことでハレーションを抑制することができる。
本発明の一態様において、前記挿入部の先端面において、該先端面の外径φと前記撮像光学系と各前記照明光学系との中心間距離rとが次の条件式(6)を満たすことが好ましい。
0.4≦r/φ≦1.0 ・・・ (6)
このようにすることで、より適切にハレーションを抑制することができる。すなわち、条件式(6)の上限を超えるとハレーションが生じやすくなり、下限を超えるとハレーションは抑制するものの、照明光学系による配光性能が低下したり、挿入部先端において構造物の物理的干渉が起こりやすくなる。このため、先端面の外径φと前記撮像光学系と各前記照明光学系との中心間距離rとが条件式(6)を満たすことで、より適切にハレーションを抑制することができる。
0.4≦r/φ≦1.0 ・・・ (6)
このようにすることで、より適切にハレーションを抑制することができる。すなわち、条件式(6)の上限を超えるとハレーションが生じやすくなり、下限を超えるとハレーションは抑制するものの、照明光学系による配光性能が低下したり、挿入部先端において構造物の物理的干渉が起こりやすくなる。このため、先端面の外径φと前記撮像光学系と各前記照明光学系との中心間距離rとが条件式(6)を満たすことで、より適切にハレーションを抑制することができる。
本発明の一態様において、複数の前記照明光学系うち、中心照度が最小である照明光学系と比して中心照度が最大である照明光学系が、前記最小の中心照度の2倍以下の中心照度であることが好ましい。
複数の照明光学系を有する場合において、何れかの照明光学系が他の照明光学系に対してその中心照度が2倍以上となると、特定の方向にハレーションが生じやすくなる傾向がある。また、特に被写体が平面である場合には、近接時に配光が不均一になってしまう。従って、複数の照明光学系を有する場合には、中心照度が最小である照明光学系と比して中心照度が最大である照明光学系が、最小の中心照度の2倍以下の中心照度とすることによりハレーションを抑制することができる。中心照度が最小である照明光学系と比して中心照度が最大である照明光学系が、最小の中心照度の1.6倍以下の中心照度とすることがより好ましい。
複数の照明光学系を有する場合において、何れかの照明光学系が他の照明光学系に対してその中心照度が2倍以上となると、特定の方向にハレーションが生じやすくなる傾向がある。また、特に被写体が平面である場合には、近接時に配光が不均一になってしまう。従って、複数の照明光学系を有する場合には、中心照度が最小である照明光学系と比して中心照度が最大である照明光学系が、最小の中心照度の2倍以下の中心照度とすることによりハレーションを抑制することができる。中心照度が最小である照明光学系と比して中心照度が最大である照明光学系が、最小の中心照度の1.6倍以下の中心照度とすることがより好ましい。
本発明によれば、配光性能を低下させることなくハレーションを抑制し、良好な観察を行うことができるという効果を奏する。
以下に、本発明の実施形態に係る内視鏡装置について図面を参照して説明する。
図1は、内視鏡装置の挿入部1の先端部正面を示しており、図1に示すように、挿入部1には、図示しない光源から出射されライトガイドファイバ11(図3参照)を介して供給された照明光を観察対象に配光する照明光学系2、観察対象の画像を撮像する撮像光学系3、撮像光学系3に対して洗浄用の流体や空気を供給するノズル4及び鉗子やプローブ等の処置用器具を導出させるチャンネル5、及び、挿入部1内の物理的構造物に起因して生じる突出部6が設けられている。
図1は、内視鏡装置の挿入部1の先端部正面を示しており、図1に示すように、挿入部1には、図示しない光源から出射されライトガイドファイバ11(図3参照)を介して供給された照明光を観察対象に配光する照明光学系2、観察対象の画像を撮像する撮像光学系3、撮像光学系3に対して洗浄用の流体や空気を供給するノズル4及び鉗子やプローブ等の処置用器具を導出させるチャンネル5、及び、挿入部1内の物理的構造物に起因して生じる突出部6が設けられている。
図2は、照明光学系2及び撮像光学系3の配置関係を示す説明図であり、図2においては照明光学系2及び撮像光学系3以外の他の構造物の図示を省略している。被写体の壁面を適切に照らしながらハレーションを抑制するには、例えば、挿入部1が当該壁面に接した際に照明光学系2と壁面とがある程度離間していることや、照明光学系2を配置する方向の撮像光学系3の視野角が低くなることなどが必要となる。そこで、挿入部1の先端面において、照明光学系2を撮像光学系3に対して以下の条件を満たすように配置する。
1≦φ2/g(ω,R)2≦30 ・・・ (1)
ここで、φは挿入部の先端面の外径であり、g(ω,R)は、挿入部1の先端面において、撮像光学系3の中心から何れかの照明光学系2の中心を通り挿入部1の先端面の外縁までの距離撮像光学系のレンズ面の有効径を除した距離Rと撮像光学系の画角ωとから定まる光軸方向の観察距離である。
1≦φ2/g(ω,R)2≦30 ・・・ (1)
ここで、φは挿入部の先端面の外径であり、g(ω,R)は、挿入部1の先端面において、撮像光学系3の中心から何れかの照明光学系2の中心を通り挿入部1の先端面の外縁までの距離撮像光学系のレンズ面の有効径を除した距離Rと撮像光学系の画角ωとから定まる光軸方向の観察距離である。
すなわち、Rは、図2(A)に示すように、撮像光学系3と何れかの照明光学系2との中心間距離rと、このrを挿入部の先端面の外周部まで延長した部分r’とを加えた距離に、撮像光学系3のレンズ面の有効径r”を除した距離であり、R=r+r’−r”で表わされる。従って、g(ω,R)は、Rと撮像光学系3の画角ωとから定まる光軸方向の観察距離である。このとき、照明光学系2が被写体の壁面を照らす角度は、tanθ=r’/g(ω,R)を満たす。
図2(B)に示すように、挿入部1の先端面に対して照明光学系2が傾いて配置される場合には、その傾き量ξを考慮してθをθ−ξに置き換える。
条件式(1)を満たすように照明光学系2を配置することで、撮像光学系3に対して照明光学系2が適切に配置される。従って、例えば、挿入部先端が被写体の壁面に接した際にも、照明光学系2と被写体の壁面との距離を適切に保つことができると共に、照明光学系2を配置した方向の撮像光学系3の視野角を低く保つことができるので、撮像光学系3による強い反射光の観察を抑制し、その結果ハレーションを抑制しつつ、被写体を良好に観察することができる。
条件式(1)の上限を超えると、ハレーションを抑制する効果が低減し、被写体の正確な情報を得られないことがある。その結果、病変部の観察が困難になる虞がある。一方、条件式(1)の下限を超えると、ハレーションを抑制する効果は向上するが、被写体が、例えば平面であるような場合には、照明光学系2による配光性能が低下する虞がある。
このため、下記の条件式(2)を満たすことがより好ましく、
1.4≦φ2/g(ω,R)2≦24 ・・・ (2)
また、下記の条件式(3)を満たすことが更に好ましい。
1.8≦φ2/g(ω,R)2≦18 ・・・ (3)
1.4≦φ2/g(ω,R)2≦24 ・・・ (2)
また、下記の条件式(3)を満たすことが更に好ましい。
1.8≦φ2/g(ω,R)2≦18 ・・・ (3)
また、照明光学系の角度特性に起因した被写体への過剰な配光が防止するために、照明光学系2を、その球面配光照度関数をf(θ)とした場合に、次の条件式(4)を満たすように配置する。
0.9≦φ2/g(ω,R)2×f(θ)≦25 ・・・ (4)
ここで、θはg(ω,R)及び照明光学系2の中心を通る線分と、当該照明光学系2の光軸とが成す角度であり(図2(B)のθ参照)、球面配光照度関数f(θ)は、照明光学系2を基準として球面物体を照らしたときの照度を示す関数であって、照明光学系2の中心からの射出角が0°のときの照度を1とした場合に、照明光学系2の射出角の範囲における照度分布を示す関数である。
0.9≦φ2/g(ω,R)2×f(θ)≦25 ・・・ (4)
ここで、θはg(ω,R)及び照明光学系2の中心を通る線分と、当該照明光学系2の光軸とが成す角度であり(図2(B)のθ参照)、球面配光照度関数f(θ)は、照明光学系2を基準として球面物体を照らしたときの照度を示す関数であって、照明光学系2の中心からの射出角が0°のときの照度を1とした場合に、照明光学系2の射出角の範囲における照度分布を示す関数である。
条件式(4)の上限を超えると、照明光の被写体からの強い反射光によるハレーションが生じる頻度が高くなる虞がある。一方、条件式(4)の下限を超えると、被写体が例えば、平面であるような場合には、照明光学系2による配光性能が低下する虞がある。
このため、次の条件式(5)を満たすように照明光学系2を配置することがより好ましく、
1.2≦φ2/g(ω,R)2×f(θ)≦20 ・・・ (5)
次の条件式(6)を満たすように照明光学系2を配置することが更に好ましい。
1.5≦φ2/g(ω,R)2×f(θ)≦15 ・・・ (6)
1.2≦φ2/g(ω,R)2×f(θ)≦20 ・・・ (5)
次の条件式(6)を満たすように照明光学系2を配置することが更に好ましい。
1.5≦φ2/g(ω,R)2×f(θ)≦15 ・・・ (6)
さらに、一般に、撮像光学系の画角が大きくなるとより強い反射光を観察してしまい、ハレーションが生じやすくなる。このため、撮像光学系3の中心を基準として照明光学系2の中心の方位角のうち、少なくとも一つの方位角αが、次の条件式(7)を満たすように配置する。
0≦α≦25,55≦α≦90 ・・・ (7)
特に、本実施形態においては、後述するように撮像光学系3の撮像範囲を8角としているので、方位角が条件式(7)を満たすようにすることで、対角方向の画角をハレーションが生じにくい範囲内とすることができる。
0≦α≦25,55≦α≦90 ・・・ (7)
特に、本実施形態においては、後述するように撮像光学系3の撮像範囲を8角としているので、方位角が条件式(7)を満たすようにすることで、対角方向の画角をハレーションが生じにくい範囲内とすることができる。
また、照明光学系2の配光が広くなり過ぎることを防止して周辺部における強い反射光の発生を防止するために、照明光学系2の球面配光照度関数f(θ)が次の条件式(8)を満たすようにする。
0.30≦f(50°)≦0.60 ・・・ (8)
条件式(8)の上限を超えるとハレーションが生じやすくなり、下限を超えると十分な配光が得られなくなる。特に、被写体が広い平面部である場合には、照明不足となり良好な観察ができない虞がある。このため、より適切な配光を確保してハレーションを抑制するには、次の条件式(9)を満たすことがより好ましい。
0.35≦f(50°)≦0.55 ・・・ (9)
0.30≦f(50°)≦0.60 ・・・ (8)
条件式(8)の上限を超えるとハレーションが生じやすくなり、下限を超えると十分な配光が得られなくなる。特に、被写体が広い平面部である場合には、照明不足となり良好な観察ができない虞がある。このため、より適切な配光を確保してハレーションを抑制するには、次の条件式(9)を満たすことがより好ましい。
0.35≦f(50°)≦0.55 ・・・ (9)
また、照明光学系2と撮像光学系3とは、照明光学系2の配光性能を維持しつつ挿入部先端における他の構造物の物理的干渉を生じさせないために、次の条件式(10)を満たすように配置される。
0.4≦r/φ≦1.0 ・・・ (10)
ここで、φは先端面の外径であり、rは撮像光学系3と各照明光学系2との中心間距離である。
以下の条件式(11)を満たすことがより好ましい。
0.5≦r/φ≦0.9 ・・・ (11)
0.4≦r/φ≦1.0 ・・・ (10)
ここで、φは先端面の外径であり、rは撮像光学系3と各照明光学系2との中心間距離である。
以下の条件式(11)を満たすことがより好ましい。
0.5≦r/φ≦0.9 ・・・ (11)
挿入部1の先端面において複数設けられる照明光学系2は、中心照度が最小である照明光学系と比して中心照度が最大である照明光学系が、最小の中心照度の2倍以下、より好ましくは1.6倍以下の中心照度であるようにする。特定方向のハレーションを抑制すると共に、特に被写体が平面である場合の近接時における配光の不均一を抑制する。
そして、上記した条件を満たすように配置される照明光学系2には、種々の構成を適用することができ、後述する実施例においては、図3(A)〜図3(C)に示す照明光学系2a〜2cを適宜組み合わせて適用する例を示した。図4に、図3(A)〜図3(C)に示す照明光学系2a〜2cの配光テーブルを示した。
照明光学系2aは、図3(A)に示すように、先端部正面側(図3(A)中左側)を平面とし、光源側(図3(A)中右側)凹面とする1枚の平凹レンズ10と、ライトガイドファイバ11とを備えている。本実施形態においては、レンズ半径D=1.7,曲率半径Ra=0.76とし、d線における屈折率nd=1.88の平凹レンズを適用する。
複数の照明光学系2のうち少なくとも1つを照明光学系2aのような凹レンズの照明光学系とすることにより、照明光学系の球面配光照度関数f(θ)の値を小さくすることができるので、被写体への過剰な配光を防止することができて好ましい。これは挿入部1の先端面の径が小さい場合に、より有効である。
照明光学系2bは、図3(B)に示すように、先端部正面側(図3(B)中左側)から光源側(図3(B)中右側)に向かって、光軸を一致させて並列に配置した平凸レンズ12、両凸レンズ13、ガラスロッド14及びライトガイドファイバ11を備えている。
平凸レンズ12は、先端部正面側を平面とし、光源側を凸面となるように配置されている。本実施形態において、平凸レンズ12はその曲率半径Rb1=1.007とし、屈折率がnd=1.88のガラス製のものを適用する。また両凸レンズは所謂対称両凸レンズであり、両面の曲率半径Rb2=2.579とし、屈折率がnd=1.88のガラス製のものを適用する。さらに、ガラスロッド14には、中心部のコアとコアの周囲を覆うクラッドからなる2層構造であり、コアの屈折率nd=1.73、クラッドの屈折率nd=1.52のものを適用する。
照明光学系2cは、図3(C)に示すように、先端部正面側(図3(C)中左側)を平面とし、光源側(図3(C)中右側)凸面とする1枚の非球面平凸レンズ15と、ライトガイドファイバ11とを備えている。本実施形態においては、非球面平凸レンズ15の非球面形状Z(Y)は次式(12)で表わされる。
ここで、Zは光軸の方向、Yは光軸からの高さ、Rはレンズの曲率半径、Pは円錐係数kを用いてP=1+kで示される係数、Eは4次の非球面係数であり、R=−0.675,P=0.375,E=−0.1である。
また、照明光学系2a〜2cを組み合わせて適用する場合、中心照度が最小である照明光学系と比して中心照度が最大である照明光学系が、最小の中心照度の2倍以下の中心照度であるようにする。
複数の照明光学系を有する場合において、何れかの照明光学系が他の照明光学系に対してその中心照度が2倍以上となると、特定の方向にハレーションが生じやすくなる傾向がある。また、特に被写体が平面である場合には、近接時に配光が不均一になってしまう。従って、複数の照明光学系を有する場合には、中心照度が最小である照明光学系と比して中心照度が最大である照明光学系が、最小の中心照度の2倍以下の中心照度とすることによりハレーションを抑制することができる。中心照度が最小である照明光学系と比して中心照度が最大である照明光学系が、最小の中心照度の1.6倍以下の中心照度とすることがより好ましい。
複数の照明光学系を有する場合において、何れかの照明光学系が他の照明光学系に対してその中心照度が2倍以上となると、特定の方向にハレーションが生じやすくなる傾向がある。また、特に被写体が平面である場合には、近接時に配光が不均一になってしまう。従って、複数の照明光学系を有する場合には、中心照度が最小である照明光学系と比して中心照度が最大である照明光学系が、最小の中心照度の2倍以下の中心照度とすることによりハレーションを抑制することができる。中心照度が最小である照明光学系と比して中心照度が最大である照明光学系が、最小の中心照度の1.6倍以下の中心照度とすることがより好ましい。
撮像光学系3が広角になるとハレーションが生じやすくなることから、撮像光学系3としては、撮像範囲が8角のものを適用することができる。その場合には、最大像高に対する半画角ωMが次の条件式(13)を満たすものを適用する。
3<tanωM<14 ・・・ (13)
3<tanωM<14 ・・・ (13)
(実施例1)
図5に、本発明の実施例1に係る挿入部1の先端面を示した。
本実施例は、図3(B)の照明光学系2bを2つ適用した例であり、挿入部1の先端面の半径φ=4.45mm、図5中左側の照明光学系2bLと撮像光学系3aとのgL(ω,R)=gL(65.0,3.58)=1.67、図5中右側の照明光学系2bRと撮像光学系3aとのgR(ω,R)=gR(65.0,4.10)=1.91とした。
図5に、本発明の実施例1に係る挿入部1の先端面を示した。
本実施例は、図3(B)の照明光学系2bを2つ適用した例であり、挿入部1の先端面の半径φ=4.45mm、図5中左側の照明光学系2bLと撮像光学系3aとのgL(ω,R)=gL(65.0,3.58)=1.67、図5中右側の照明光学系2bRと撮像光学系3aとのgR(ω,R)=gR(65.0,4.10)=1.91とした。
また、照明光学系2bL、2bRのf(θ)は、fL(47.8)=0.89、fR(44.3)=0.94である。また、方位角αL=0°、αR=30°であり、照明光学系2bLの(r,r’,r”)=(2.50,1.84,0.76)、照明光学系2bRの(r,r’,r”)=(3.00,1.86,0.76)である。撮像光学系3aの撮像範囲は円形であり、tanωM=2.1である。
(実施例2)
図6に、本発明の実施例2に係る挿入部1の先端面を示した。
本実施例は、図3(B)の照明光学系2bを1つ、図3(C)の照明光学系2cを2つ適用した例である。挿入部1の先端面の半径φ=5.90mm、図6中左側の照明光学系2cLと撮像光学系3bとのgL(ω,R)=gL(74.0,4.46)=1.28、図6中右側の照明光学系2cRと撮像光学系3bとのgR(ω,R)=gR(74.0,4.84)=1.39、図6中下側の照明光学系2bUと撮像光学系3bとのgU(ω,R)=gU(74.0,6.53)=1.87とした。
図6に、本発明の実施例2に係る挿入部1の先端面を示した。
本実施例は、図3(B)の照明光学系2bを1つ、図3(C)の照明光学系2cを2つ適用した例である。挿入部1の先端面の半径φ=5.90mm、図6中左側の照明光学系2cLと撮像光学系3bとのgL(ω,R)=gL(74.0,4.46)=1.28、図6中右側の照明光学系2cRと撮像光学系3bとのgR(ω,R)=gR(74.0,4.84)=1.39、図6中下側の照明光学系2bUと撮像光学系3bとのgU(ω,R)=gU(74.0,6.53)=1.87とした。
また、照明光学系2cL、2cRは、先端面に対して8°外側に傾斜させて配置しており、これを考慮して照明光学系2cL、2cR、2bUのf(θ)は、fL(37.1)=0.71、fR(47.4)=0.55、fU(60.8)=0.59とした。また、照明光学系2cL、2cR、2bUのそれぞれの方位角αL=10°、αR=10°、αU=15°であり、照明光学系2cLの(r,r’,r”)=(4.00,1.2,0.82)、照明光学系2cRの(r,r’,r”)=(3.65,2.01,0.82)、照明光学系2bUの(r,r’,r”)=(4.00,3.35,0.82)である。撮像光学系3bの撮像範囲は円形であり、tanωM=3.5である。
(実施例3)
図7に、本発明の実施例3に係る挿入部1の先端面を示した。
本実施例は、図3(C)の照明光学系2cを2つ適用した例であり、挿入部1の先端面の半径φ=4.95mm、図7中左側の照明光学系2cLと撮像光学系3cとのgL(ω,R)=gL(65.0,3.96)=1.85、図7中右側の照明光学系2cRと撮像光学系3cとのgR(ω,R)=gR(76.0,4.29)=1.07とした。
図7に、本発明の実施例3に係る挿入部1の先端面を示した。
本実施例は、図3(C)の照明光学系2cを2つ適用した例であり、挿入部1の先端面の半径φ=4.95mm、図7中左側の照明光学系2cLと撮像光学系3cとのgL(ω,R)=gL(65.0,3.96)=1.85、図7中右側の照明光学系2cRと撮像光学系3cとのgR(ω,R)=gR(76.0,4.29)=1.07とした。
また、照明光学系2cL、2cRのf(θ)は、fL(37.5)=0.70、fR(56.6)=0.40である。また、照明光学系2cL、2cRのそれぞれの方位角αL=0°、αR=15°であり、照明光学系2cLの(r,r’,r”)=(3.30,1.42,0.76)、照明光学系2cRの(r,r’,r”)=(3.50,1.62,0.83)である。撮像光学系3cは広角の撮像光学系を適用しその撮像範囲は8角であり、tanωM=6.2である。
(実施例4)
図8に、本発明の実施例4に係る挿入部1の先端面を示した。
本実施例は、図3(C)の照明光学系2cを3つ適用した例である。挿入部1の先端面の半径φ=5.85mm、図8中左側の照明光学系2cLと撮像光学系3dとのgL(ω,R)=gL(64.0,4.63)=2.26、図8中右側の照明光学系2cRと撮像光学系3dとのgR(ω,R)=gR(74.1,4.38)=1.25、図8中下側の照明光学系2cUと撮像光学系3dとのgU(ω,R)=gU(56.5,6.65)=4.40とした。
図8に、本発明の実施例4に係る挿入部1の先端面を示した。
本実施例は、図3(C)の照明光学系2cを3つ適用した例である。挿入部1の先端面の半径φ=5.85mm、図8中左側の照明光学系2cLと撮像光学系3dとのgL(ω,R)=gL(64.0,4.63)=2.26、図8中右側の照明光学系2cRと撮像光学系3dとのgR(ω,R)=gR(74.1,4.38)=1.25、図8中下側の照明光学系2cUと撮像光学系3dとのgU(ω,R)=gU(56.5,6.65)=4.40とした。
また、照明光学系2cL、2cR、2cUは全て先端面に対して8°外側に傾斜させて配置しており、これを考慮して照明光学系2cL、2cR、2cUのf(θ)は、fL(30.1)=0.80、fR(31.7)=0.78、fU(25.7)=0.85とした。また、照明光学系2bL、2bR、2cUのそれぞれの方位角αL=0°、αR=45°、αU=30°であり、照明光学系2cLの(r,r’,r”)=(3.61,1.77,0.75)、照明光学系2cRの(r,r’,r”)=(3.71,1.49,0.82)、照明光学系2cUの(r,r’,r”)=(4.40,2.93,0.68)である。撮像光学系3dは広角の撮像光学系を適用しその撮像範囲は8角であり、tanωM=6.2である。
(実施例5)
図9に、本発明の実施例5に係る挿入部1の先端面を示した。
本実施例は、図3(A)の照明光学系2aを2つ、図3(C)の照明光学系2bを1つ適用した例である。挿入部1の先端面の半径φ=6.60mm、図9中左側の照明光学系2aLと撮像光学系3eとのgL(ω,R)=gL(70.4,4.28)=1.52、図9中右側の照明光学系2aRと撮像光学系3eとのgR(ω,R)=gR(73.5,4.44)=1.31、図9中下側の照明光学系2bUと撮像光学系3eとのgU(ω,R)=gU(53.0,7.60)=5.72とした。
図9に、本発明の実施例5に係る挿入部1の先端面を示した。
本実施例は、図3(A)の照明光学系2aを2つ、図3(C)の照明光学系2bを1つ適用した例である。挿入部1の先端面の半径φ=6.60mm、図9中左側の照明光学系2aLと撮像光学系3eとのgL(ω,R)=gL(70.4,4.28)=1.52、図9中右側の照明光学系2aRと撮像光学系3eとのgR(ω,R)=gR(73.5,4.44)=1.31、図9中下側の照明光学系2bUと撮像光学系3eとのgU(ω,R)=gU(53.0,7.60)=5.72とした。
また、照明光学系2aL、2aR、2bUのf(θ)は、fL(51.3)=0.42、fR(56.7)=0.30、fU(28.3)=1.00とした。また、照明光学系2aL、2aR、2bUのそれぞれの方位角αL=13.7°、αR=30°、αU=24.4°であり、照明光学系2aLの(r,r’,r”)=(3.60,1.90,1.22)、照明光学系2aRの(r,r’,r”)=(3.70,2.00,1.25)、照明光学系2bUの(r,r’,r”)=(5.44,3.09,0.93)である。撮像光学系3eは広角の撮像光学系を適用しその撮像範囲は8角であり、tanωM=6.5である。
図10に、上記した実施例1〜実施例5における各データをまとめた図表を示した。
1 挿入部
2 照明光学系
3 撮像光学系
4 ノズル
5 チャンネル
6 突出部
10 平凹レンズ
11 ライトガイドファイバ
12 平凸レンズ
13 両凸レンズ
14 ガラスロッド
15 非球面平凸レンズ
2 照明光学系
3 撮像光学系
4 ノズル
5 チャンネル
6 突出部
10 平凹レンズ
11 ライトガイドファイバ
12 平凸レンズ
13 両凸レンズ
14 ガラスロッド
15 非球面平凸レンズ
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、内視鏡装置の挿入部の先端に設けられ、観察対象を観察するための撮像光学系と、前記挿入部の先端に設けられ、光源から出射された照明光を前記観察対象に配光する複数の照明光学系と、を備え、前記挿入部の先端面において、各前記照明光学系と撮像光学系とが次の条件式(1)を満たすように配置されている内視鏡装置を提供する。
1≦φ2/g(ω,R)2≦30 ・・・ (1)
ここで、φは挿入部の先端面の半径であり、
g(ω,R)は、前記先端面において、前記撮像光学系の中心から当該前記照明光学系の中心を通り前記先端面の外縁までの距離に前記撮像光学系のレンズ面の有効径を除した距離Rと撮像光学系の画角ωとから定まる光軸方向の観察距離である。
本発明の一態様は、内視鏡装置の挿入部の先端に設けられ、観察対象を観察するための撮像光学系と、前記挿入部の先端に設けられ、光源から出射された照明光を前記観察対象に配光する複数の照明光学系と、を備え、前記挿入部の先端面において、各前記照明光学系と撮像光学系とが次の条件式(1)を満たすように配置されている内視鏡装置を提供する。
1≦φ2/g(ω,R)2≦30 ・・・ (1)
ここで、φは挿入部の先端面の半径であり、
g(ω,R)は、前記先端面において、前記撮像光学系の中心から当該前記照明光学系の中心を通り前記先端面の外縁までの距離に前記撮像光学系のレンズ面の有効径を除した距離Rと撮像光学系の画角ωとから定まる光軸方向の観察距離である。
本発明の一態様において、前記挿入部の先端面において、該先端面の半径φと前記撮像光学系と各前記照明光学系との中心間距離rとが次の条件式(6)を満たすことが好ましい。
0.4≦r/φ≦1.0 ・・・ (6)
このようにすることで、より適切にハレーションを抑制することができる。すなわち、条件式(6)の上限を超えるとハレーションが生じやすくなり、下限を超えるとハレーションは抑制するものの、照明光学系による配光性能が低下したり、挿入部先端において構造物の物理的干渉が起こりやすくなる。このため、先端面の半径φと前記撮像光学系と各前記照明光学系との中心間距離rとが条件式(6)を満たすことで、より適切にハレーションを抑制することができる。
0.4≦r/φ≦1.0 ・・・ (6)
このようにすることで、より適切にハレーションを抑制することができる。すなわち、条件式(6)の上限を超えるとハレーションが生じやすくなり、下限を超えるとハレーションは抑制するものの、照明光学系による配光性能が低下したり、挿入部先端において構造物の物理的干渉が起こりやすくなる。このため、先端面の半径φと前記撮像光学系と各前記照明光学系との中心間距離rとが条件式(6)を満たすことで、より適切にハレーションを抑制することができる。
図2は、照明光学系2及び撮像光学系3の配置関係を示す説明図であり、図2においては照明光学系2及び撮像光学系3以外の他の構造物の図示を省略している。被写体の壁面を適切に照らしながらハレーションを抑制するには、例えば、挿入部1が当該壁面に接した際に照明光学系2と壁面とがある程度離間していることや、照明光学系2を配置する方向の撮像光学系3の視野角が低くなることなどが必要となる。そこで、挿入部1の先端面において、照明光学系2を撮像光学系3に対して以下の条件を満たすように配置する。
1≦φ2/g(ω,R)2≦30 ・・・ (1)
ここで、φは挿入部の先端面の半径であり、g(ω,R)は、挿入部1の先端面において、撮像光学系3の中心から何れかの照明光学系2の中心を通り挿入部1の先端面の外縁までの距離撮像光学系のレンズ面の有効径を除した距離Rと撮像光学系の画角ωとから定まる光軸方向の観察距離である。
1≦φ2/g(ω,R)2≦30 ・・・ (1)
ここで、φは挿入部の先端面の半径であり、g(ω,R)は、挿入部1の先端面において、撮像光学系3の中心から何れかの照明光学系2の中心を通り挿入部1の先端面の外縁までの距離撮像光学系のレンズ面の有効径を除した距離Rと撮像光学系の画角ωとから定まる光軸方向の観察距離である。
また、照明光学系2と撮像光学系3とは、照明光学系2の配光性能を維持しつつ挿入部先端における他の構造物の物理的干渉を生じさせないために、次の条件式(10)を満たすように配置される。
0.4≦r/φ≦1.0 ・・・ (10)
ここで、φは先端面の半径であり、rは撮像光学系3と各照明光学系2との中心間距離である。
以下の条件式(11)を満たすことがより好ましい。
0.5≦r/φ≦0.9 ・・・ (11)
0.4≦r/φ≦1.0 ・・・ (10)
ここで、φは先端面の半径であり、rは撮像光学系3と各照明光学系2との中心間距離である。
以下の条件式(11)を満たすことがより好ましい。
0.5≦r/φ≦0.9 ・・・ (11)
Claims (9)
- 内視鏡装置の挿入部の先端に設けられ、観察対象を観察するための撮像光学系と、
前記挿入部の先端に設けられ、光源から出射された照明光を前記観察対象に配光する複数の照明光学系と、を備え、
前記挿入部の先端面において、各前記照明光学系と撮像光学系とが次の条件式(1)を満たすように配置されている内視鏡装置。
1≦φ2/g(ω,R)2≦30 ・・・ (1)
ここで、φは挿入部の先端面の外径であり、
g(ω,R)は、前記先端面において、前記撮像光学系の中心から当該前記照明光学系の中心を通り前記先端面の外縁までの距離に前記撮像光学系のレンズ面の有効径を除した距離Rと撮像光学系の画角ωとから定まる光軸方向の観察距離である。 - 各前記照明光学系の球面配光照度関数をf(θ)とした場合に、次の条件式(2)を満たす請求項1に記載の内視鏡装置。
0.9≦φ2/g(ω,R)2×f(θ)≦25 ・・・ (2)
ここで、θはg(ω,R)及び当該前記照明光学系の中心を通る線分と、当該照明光学系の光軸とが成す角度であり、球面配光照度関数f(θ)は、前記照明光学系を基準として球面物体を照らしたときの照度を示す関数であって、前記照明光学系の中心からの射出角が0°のときの照度を1とした場合に、前記照明光学系の射出角の範囲における照度分布を示す関数である。 - 撮像範囲が8角である請求項1又は請求項2に記載の内視鏡装置。
- 前記撮像光学系の中心を基準とした各前記照明光学系の中心の方位角のうち、少なくとも一つの方位角αが、次の条件式(3)を満たす請求項3に記載の内視鏡装置。
0≦α≦25,55≦α≦90 ・・・ (3) - 複数の前記照明光学系のうち、少なくとも1つが凹レンズからなる請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の内視鏡装置。
- 各前記照明光学系の球面配光照度関数f(θ)が次の条件式(4)を満たす請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の内視鏡装置。
0.30≦f(50°)≦0.60 ・・・ (4) - 前記撮像光学系が、次の条件式(5)を満たす請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の内視鏡装置。
3<tanωM<14 ・・・ (5)
ここで、ωMは、前記撮像光学系における最大像高に対する半画角である。 - 前記挿入部の先端面において、該先端面の外径φと前記撮像光学系と各前記照明光学系との中心間距離rとが次の条件式(6)を満たす請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載の内視鏡装置。
0.4≦r/φ≦1.0 ・・・ (6) - 複数の前記照明光学系うち、中心照度が最小である照明光学系と比して中心照度が最大である照明光学系が、前記最小の中心照度の2倍以下の中心照度である請求項1乃至請求項8の何れか1項に記載の内視鏡装置。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20131217 |