JPH046513A - 内視鏡の照明光学系 - 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、硬性鏡、ファイバースコープ、ビデオスコー
プ等の内視鏡における照明光学系で、照明光を伝送する
ためのライトガイドが二律式である内視鏡の照明光学系
に関するものである。

〔従来の技術〕

内視鏡の照明光学系として長いライトガイドを用い光源
からの光を伝送して照明する一体式のものと、ライトガ
イドを光源側と内視鏡側の二つに分離してこれを結合レ
ンズ系を介して結合した２体式のものが知られている。

そのうち一体式のライトガイドを用いた内視鏡は、例え
ば手術中に数種類の内視鏡を交換して使用する際に長い
ライトガイドを光源部分から取外してライトガイドごと
交換しなければならないので、操作上極めて不便である
。

一方二体式のライトガイドは、交換が簡単なため便利で
ある。

二律式ライトガイドを用いた内視鏡の照明光学系は第２
１図に示すようなものである。つまり対物レンズＩとリ
レーレンズ２と接眼レンズ３とからなる観察光学系と、
内視鏡側ライトガイド（ファイバー束）４からなる照明
光学系とを備えた硬性鏡５と、光源側ライトガイド（フ
ァイバー束）６と結合レンズ系７とを備えたライトガイ
ドコード８と、背後に反射ミラーｌＯを有する光源ラン
プ１）と集光レンズ１２とを備えた光源装置１３とを有
している。そしてライトガイドコード８を光源装置１３
に接続して光源からの光を光源側ライトガイド６で受け
、一方ライトガイドコード８を硬性鏡５に接続して上記
の光を結合レンズ系７を介して硬性鏡５内の内視鏡側ラ
イトガイド４に伝達するようになっている。

ところで、第２１図に示す内視鏡の照明光学系に用いら
れる結合レンズ系７の従来例として、特公昭６１−１５
４０１号公報に記載されたものが知られている。この結
合レンズ系７は第２２図に示すように、互いに凸面を向
合わせた２枚の正レンズから成っており、その前側焦点
位置近傍に光源側ライトガイド６の射出端面が、又後側
焦点位置近傍に内視鏡側ライトガイド４の入射端面が夫
々位置せしめられている。

そして、このような配置をとった場合、結合レンズ系７
の焦点距離をｆ、光源側ライトガイド６の各ファイバー
から出る光が光軸となす角をθ′その光線が内視鏡側ラ
イトガイド４へ入射する時の光軸とのなす角をθ′、夫
々のライトガイド６゜４の端面上のある点におけるライ
トガイドの中心からの距離を夫々ｒ、ｒ’とすると、結
合レンズ系７が正弦条件を満足する場合には、次式の関
係が成立する。

ｆｓｉｎθ’　＝　ｒ　’　　　　　　　　・−−−（
１）ｒ　＝　ｆ　ｓｉｎθ’　　　　　　　　　−・−
・（２）このような結合レンズ系７は、ライトガイド内
部を通ることにより劣化する照明光の配光特性（角度分
布）を均一化する作用をもつため、大きな画角を必要と
する内視鏡の照明光学系として比較的好ましいものであ
る。しかし、この構成は視野周辺での配光特性改善のレ
ベルは十分とはいえず、−層良好な配光特性を有する照
明光学系が望まれていた。

この要求に応え得るものとして、特開平２−５０１０７
号公報に記載のものがある。この照明光学系に用いられ
る結合レンズ系は前述の式（１）、　＋２１の代わりに
、 ｆｔＦＬｎθ’　＝　ｒ　’　　　　　　　　−−−−
（３）ｒ　＝　ｆ　ｔａｎθ’　　　　　　　　　−−
−−（４１という関係を満足するようにしたものである
。

何れにしても、これらの従来例の結合レンズ系を有する
照明光学系においては、内視鏡側ライトガイド４へ入射
する光のＮＡ（開口数）即ち配光角２θ′は、取り付け
られるべき視野角の異なる複数の内視鏡のうちもっと視
野角の広い内視鏡に合わせて設定されており、硬性鏡の
場合、最大視野角は９０°前後であるため、θ′も４５
°程度に設定されることが多い。

又、一般に比較的ＮＡの大きいライトガイドは、素材の
屈折率が高くなるため、着色性が強く、長い距離の照明
光の伝送には適していない。そのため光源側ライトガイ
ド６には着色性の少ない比較的ＮＡの小さいライトガイ
ドを用い、結合レンズ系７を介して内視鏡側ライトガイ
ド４へ入射する光のＮＡを大きく変換して内視鏡側ライ
トガイド４に接続して有効な照明角を得るようにしてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、硬性鏡は膀胱や関節等の診断、処置に使用さ
れることが多く、実際には生理食塩水中で使用されると
いえる。このため、空中での視野角及び配光角２θ′が
共に９０°程度の硬性鏡であっても、実際に生理食塩水
中で使用される時の上記角度は、屈折によって６５°程
度に狭くなってしまう。しかも、硬性鏡は挿入部を自由
に曲げることができないため、使用中に視野方向を変え
ることはできない。

そのため、硬性鏡においては、第２３図に示すように視
野方向θ；　　（ｘ＝Ａ、Ｂ、Ｃ）の異なる数種類の硬
性鏡（例えば５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）が用意されており、使
用中にこれらの硬性鏡を適宜交換して使用するようにな
っているが、使用中にいちいち硬性鏡を交換するのは煩
雑であり、診断や処置等治療行為のスムーズな進行を妨
げるものであった。

従って、硬性鏡の視野角が生理食塩水中においても９０
°程度、即ち空中において１２０°を超えるような広角
のものがあれば、第２４図に示すように異なる視野方向
を有する硬性鏡の種類（５Ｄ、５Ｅ）を減らすことがで
きると同時に、これら硬性鏡を交換する手間を減少させ
ることができ、利点か大きい。又、このような広角の硬
性鏡に用いられる照明光学系についても、当然配光の角
度θ′は空中で６０°以上を達成し、視野範囲の中心か
ら周辺まで均一な配光が得られることが必要である。

特公昭６１−１５４０１号公報の結合レンズ系７から成
る結合光学系は球面レンズを用いているが、配光の角度
θ′が５０’を越えるようにレンズ系の焦点距離を小さ
くすると、球面レンズを構成する球面の曲率半径が小さ
くなって収差の発生量が著しく増大し、配光角の大きい
光の損失が増すため、視野範囲の中心から周辺まで均一
な配光を得られないという問題が生じる。

又、特開平２−５０１０７号公報の結合光学系において
も、配光角２θ′を広げるためにレンズ系の焦点距離を
小さくすると、収差の発生量が増えたり、レンズの周辺
を通るべき光線が全反射を起こす等して、同様に視野範
囲内で均一な配光を得られない。或いは、焦点距離を短
くするために光軸上での曲率半径を小さくすると、レン
ズの練肉が薄くなるか、若しくはレンズの厚さが極端に
大きくなる等して製造不可能な形状になってしまう。

更に上述の従来例による照明光学系では、内視鏡による
様々な視野範囲に対応した配光を得ることができないた
め、挟角の内視鏡を用いた場合、観察視野範囲外を照明
することによる光量の損失は相当な量になってしまうと
いう問題もある。

本発明はこのような課題に鑑みて、広角な配光を得られ
ると共に、観察しようとする視野範囲の中心から周辺ま
で均一な配光特性を得るようにした内視鏡の照明光学系
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による内視鏡の照明光学系は、光源からの光を入
射端面から射出端面へ伝送する光源側ライトガイドと、
光源側ライトガイドの射出端面の後方に配置された結合
光学系と、結合光学系を介して光源側ライトガイドの射
出端面と対向する位置に入射端面が配置された内視鏡側
ライトガイドを備えた内視鏡の照明光学系において、結
合光学系は、光源側に配置されていて正の屈折力を有す
るレンズ系（ホログラムレンズやフレネルレンズを含む
）と、その後方に配置されていて光の入射端面と射出端
面の夫々の面積が異なる結合ライトガイドとから成ると
共に、レンズ系の前側焦点位置近傍に光源側ライトガイ
ドの射出端面を、又後側焦点位置近傍に結合ライトガイ
ドの入射端面を夫々配置したことを特徴とするものであ
る。

又、上述の照明光学系は、観察光学系の視野角２ωの大
きさに応じて、夫々下記の条件式を満足するようにした
ものである。

（Ａ）　２ω≧９０″の時 Ｔ　ｓｓ／　Ｔ　ｓｓ　＞　１　。

（ｒｚ　／ｆ）ｘｖ”丁π７下、、＞０．７゜ＮＡ、≧
０．７ （Ｂ）　２ω≦６０°の時 Ｔ　ｓｓ／　Ｔ　ｓｓ　＜　１　。

（ｒｇ　／ｆ）　Ｘ　　　ｓｓ　　　ｓｓ＜０．５゜但
し、Ｔｓｓ：結合ライトガイドの入射端面の面積。

Ｔ　ｓｓ　　結合ライトガイドの射出端面の面積ｒ２　
、光源側ライトガイドの射出端面の半径。

ｆ　：正の屈折力を有するレンズ系の焦点距離。

ＮＡ、：内視鏡側ライトガイドのＮＡ０又、結合光学系
は、正の屈折力を有するホログラムレンズ又はフレネル
レンズから成っていて、その前側焦点位置近傍に光源側
ライトカイトの射出端面が、又後側焦点位置近傍に内視
鏡側ライトガイドの入射端面が夫々配置され、且つ下記
条件式を満足するようにしたことを特徴とするものであ
る。

ＮＡ、　　≧０．７ 但し、ＮＡ、：内視鏡側ライトガイドのＮＡ（開口数）
。

〔作　用〕

光源側ライトガイドから射出された光は、レンズ系を通
過することによって均一に配光分布され、結合ライトガ
イドを通過するとその入射端面と射出端面の各面積の比
に応じて、内視鏡側ライトガイドの入射端面に入射する
光の配光角が設定され、観察光角糸の視野角に応じた広
角又は挟角の配光角で内視鏡側ライトガイドの射出端面
から光が照射される。

又、ホログラムレンズ又はフレネルレンズのみから成る
結合光学系によっても、同様の配光角が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の好適な実施例を、添付図面に基づいて詳
細に説明するが、上述の従来技術と同様の部分には同一
の符号を用いてその説明を省略する。

第１図（ａ）は本発明による照明光学系の基本構成を示
すものであり、これを第一実施例（第１乃至第３数値例
）として説明する。

図中、光源装置１３からの光を入射端面Ｓ１で受ける光
源側ライトガイド６の射出端面Ｓ２と、射出端面Ｓ、を
有する内視鏡側ライドガイド４の入射端面Ｓ、とが対向
するように配置されていると共に、両端面Ｓ２．Ｓ、の
間に結合光学系１５が配置されている。この結合光学系
１５は、光源側に配置されていて正の屈折力を有するレ
ンズ系１６と、このレンズ系１６と内視鏡側ライトガイ
ド４の入射端面Ｓ、との間に配設されていて光の入射端
面Ｓ、の面積Ｔ＋ｉと射出端面Ｓ６の面積Ｔ　＋ｅの大
きさが互いに異なる結合ライトがイド１７とから構成さ
れている。レンズ系１６は、例えば上述の従来例と同様
に互いに凸面を向合わせた２枚の正レンズ１６ａ、１６
ｂから成っており、配光の強度分布を視野の中心から周
辺まで均一にし得る機能を有している。

そしてこのレンズ系１６の前側焦点位置近傍に光源側ラ
イトガイド６の射出端面Ｓ２が、又後側焦点位置近傍に
結合ライトガイド１７の入射端面Ｓ、が夫々配置されて
いる。

しかも、本実施例は、内視鏡の観察光学系の視野角２ω
の大きさに応じて下記の条件式を満足するようになって
いる。

即ち、　　（Ａ）２ω≧９０６の時、 Ｔｓｉ／Ｔｓｓ＞　１　　　　　・・・・（５−１）（
ｒ　２　　／　ｆ　）　　Ｘ　ｖ’　　ＴＳｉ／”’Ｔ
ＳＩ＞　ｏ、　７・・・・　（６−１） ＮＡ、　　≧０．７　　　　　　　　　　　　　・・・
・（７）又、（Ｂ）　２ω≦６０°の時 Ｔｓｓ／Ｔｓａ＜　１．　　　　”　（５−２）Ｃｒ２
／ｆ）ＸｖＴｓｓ／Ｔｓｓ＜０．５・・・・　（６−２
） 但し、ｒ２　：光源側ライトガイドの射出端面Ｓ２の半
径。

ｆ　：正の屈折力を有するレンズ系１６の焦点距離。

ＮＡ、：内視鏡側ライトガイド４のＮＡ（開口数） である。

ところで、視野角２ωが９０°を越えるような広角の内
視鏡においては、視野の周辺部でも十分に明るい像を得
るために照明光学系も９０°を超える広い配光が必要で
あり、従来例の構成ではこれを得られないことは既に述
べた。又、光源側ライトガイトロは内視鏡側ライトカイ
ト４と比較して長いので、伝送光量を多くするために、
光源側ライトガイド６の入射端面Ｓ１に入射する光源装
置１３の光の配光角は６０°程度にするのか好ましい。

この配光角を結合光学系１５によって９０°を超えるよ
うな広い配光にする必要かある。

ここで、配光を広げる手段としての結合ライトガイド１
７について説明する。

配光を広げる手段として、従来、第２５図（ａ）に示す
ような、光の入射端面Ｓ７と射出端面Ｓ、の夫々の面積
Ｔ１とＴ２が互いに異なるライトガイド１９が知られて
いる。このライトガイド１９は、入射光と射出光の配光
角の半分の値を夫々αＩ、α２とした場合、次式の関係
か成立する特徴を有している。

二の式から理解できるように、ライトガイド１９の光の
入射端面Ｓ、と射出端面ＳＩの面積ＴＴ２を適当に変え
ることによって、射出光の配光角２α２を適当な値に変
化させることができる。

従って、同図（ｂ）及び（ｃ）に示すように、入射光の
配光角２α１に対して射出光の配光角２α２を変更でき
る。但し、配光の強度分布を均一にすることはできない
。

このように、上記（８）式によって条件式（５−１）式
を導くことができるが、Ｔ　ｓ　ｓ　＞　７３５になる
と、射出側において配光角を広げることはできなくなる
。

又、上記条件式（６−１）は、結合ライトガイド１７の
入射端面Ｓ５及び射出端面Ｓ６の各面積Ｔ　ｓｓｌ　Ｔ
ｓａに加えて、これらと光源側ライトガイド６の射出端
面Ｓ２の半径ｒ２と正の屈折力を有するレンズ系１６の
焦点距離ｆとの間の関係を示したものである。いま、レ
ンズ系１６から結合ライトガイド１７に入射する光の配
光角の半分の値をθ、とし、結合ライトガイド１７から
射出する光の配光角の半分の値をθ、とすると、（１）
式より、ｒ２＝ｆｓｉｎθＳ。

又（８）式より、 ｓｉｎ　　θｅ　　−（ｒ２／　ｆ）ｘｒＴＴ５”「π
・・・・（９） となる。

そして、結合光学系１５から射出する光の配光角を９０
°以上にするにはθ６〉４５°であり、これを上記（９
）式に代入すると、上述の条件式（６１）が成立する。

この条件式（６−１）をはずれて、ｆの値又はＴｓｓの
値が大きくなると、この結合光学系１５によって配光角
を９０°以上に広げることはできなくなる。

このように、本実施例は配光の強度分布を視野の中心か
ら周辺まで均一にし得る結合レンズ系１６と、配光角を
変化させ得る結合ライトがイド１７とを組み合わせた結
合光学系１５によって、従来の内視鏡の照明光学系より
広い角度範囲に亘って、均一な配光を得ることができる
。

又、この結合光学系１５から射出する光の配光角を９０
°以上に広げた場合、内視鏡側ライトガイド４の入射端
面Ｓ３から入射するこの光を、射出端面Ｓ４まで損失が
できるだけ少ないように伝送するには、この内視鏡側ラ
イトガイド４のＮＡも９０°以上にする必要がある。即
ち、内視鏡側ライトガイド４のＮＡをＮＡ、とすると、
上述の条件式（７）である、 ＮＡ、≧０．７　　　　　　　　　・・・・（７）を満
足する必要がある。

これをはずれてＮＡ、が小さくなると、配光角の大きい
光が伝送されなくなり、視野の周辺部が暗くなる。

次に、内視鏡の視野角２ωが６０°以下の比較的挟角の
場合の照明光学系について、第２図（第４、第５数値例
）に基づいて説明すると、この場合には、結合ライトガ
イド１７について、上記（８）式に基ついてＴ　ｓ５＜
　Ｔ　Ｓ６に設定すればよく、上記条件式（５−２）　
、即ち Ｔ　ｓｉ／　Ｔ　ｓｓ＜　１　　　　　・・・・（５２
）が導かれる。

又、この場合、θ６〈３０°であるから、上記（９）に
より、上述の、 （ｒ＋　　／　ｆ）ｘｖ”Ｙ’−’１７］７；＜　ｏ、
　５なる条件式か導かれる。

尚、第１図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は光源側ライトガイ
ド６の射出端面Ｓ２＋　　レンズ系１６結合ライトガイ
ド１７の射出端面Ｓ６から出る光の配光を夫々模式的に
示したものである。

本実施例は上述のように構成されているから、視野角２
ω≧９０°の場合について説明すると、光源装置１３か
ら６０°程度の配光角で光源側ライトガイド６へ入射せ
しめられた光は、このライトガイド６の射出端面Ｓ２か
ら第１図（ｂ）に示す配光角（θ）及び配光分布で射出
され、正の屈折力を有するレンズ系１６を通過すると、
入射側の配光角２θ５に応じて同図（Ｃ）に示す均一な
配光分布の光と成って、配光角２θ５て結合ライトガイ
ド１７の入射端面Ｓ５へ入射する。この時、配光の角度
θ５は（９）式のｒ、／ｆによって決定される。

そして、結合ライトがイド１７において、配光の均一な
分布は変化されずに配光角か２θ５から２θ６へ変えら
れる。この時、角度θ６は式（９）のＴ　ｓｓ／　Ｔ　
ｓ＝によって決定される。そして、内視鏡側ライトガイ
ド４での光の損失が抑えられて、９０°以上の配光角（
例えば空中で１２０°）で射出端面Ｓ４から射出され、
観察部を照明する。

又、内視鏡の視野角２ωが端面６０°以下の挟角の場合
には、第２図に示すよ゛うに、光源側ライトガイド６か
ら射出される光は同図（ｂ）に示す配光角２θ５及び配
光分布で得られ、正の屈折力を有するレンズ系１６を通
過することにより、同図（ｃ）に示す均一な配光分布の
光と成って、結合ライトガイド１７の入射端面Ｓ５へ入
射する。

そして結合ライトガイド１７において配光の均一な分布
は変化されずに、配光角が２θ５から２θ６へ減少する
。

このため、配光角が狭くなると同時に視野範囲を照明す
る光量を増やすことができる。

尚、内視鏡の視野角２ωは、内視鏡の使用部位や使用目
的によって、３０°程度の挟角で高倍率のものから、１
２０°程度以上の超高角のものまで様々なものが必要に
なってきており、照明光学系の配光も、その視野角に合
わせて挟角のものから超広角のものまで必要になってく
る。そのため、本発明の照明光学系における結合光学系
を構成する、正の屈折力を有するレンズ系１６及び結合
ライトガイド１７は下記のような構成にすることが実使
用に適している。

即ち、（ｉ）正の屈折力を有するレンズ系１６は、少な
くとも内視鏡側ライトガイド４とは着脱自在になってお
り、光源側ライトガイド６に固定して取付けられる場合
は、その内視鏡の視野角のうちで最も使用頻度の高い視
野角（一般に６０゜〜８０°程度）のものに好適な配光
角２θ、を持つようにｒ　、　／　ｆを設定する。

又、（ｉｉ）結合ライトガイド１７は、少なくとも光源
側ライトガイド６とは着脱自在であり、内視鏡側ライト
ガイド４に設定して取付けられる場合は、その内視鏡の
視野角に好適な配光角２θ。

を持つようにＴＳ、／Ｔ、、を設定する。

尚、０．８＜θ、／θ６　＜　１．２となる場合は、結
合ライトガイド１７による配光角の拡大（又は縮小）の
効果が弱くなるので、結合ライトガイドとしては、θ５
／θ、≦０，８、又は１．２≦θ５／θ６となるような
ものを使用するのが望ましい。

上述のように本実施例によれば、内視鏡側ライトガイド
４の射出端面Ｓ４から射出される光の配光角が９０°以
上の広い視野角に応じて空中で１２０°以上を達成でき
ると共に、視野範囲の中心から周辺まで均一な配光特性
を得ることができる。

しかも、レンズ系１６の曲率半径を小さくすることな（
これを達成できる。文様々な視野角に対応した配光を得
られると共に、視野角が挟角の場合には、これに対応し
た配光角を得られて光量を増大でき、観察視野範囲外を
照明することによる光量の損失を防ぐことができる。

第３図は本発明の第二実施例を示すものであり、同図（
ａ）に示すように正の屈折力を有するレンズ系１６は、
単一の凸レンズによって構成されている。同図（ｂ）、
（ｃ）、　　ｃｄ）は第１図と同様に光源側ライトガイ
トロの射出端面Ｓ０．しンズ系１６及び結合ライトカイ
Ｆ１７の射出端面Ｓ６から出る光の配光を夫々模式的に
示したものである。この例は、レンズ系１６として先に
述へた式（３）、　（４）を満足するものを用いている
。

次に、第４図は本発明の第三実施例を示すものであり、
結合光学系１５として例えば後述の第６数値例に示すよ
うな、正の屈折力を有するフレネルレンズ２１を配置し
たものである。

従って、９０°を超えるような広い配光を得るために、
フレネルレンズ２１から内視鏡側ライトガイド４の入射
端面Ｓ、への光の配光角が９０゜を超え、レンズ２１の
曲率半径が小さくなっても、レンズの練肉厚が小さくな
ることはなく、加工可能で且つ実装可能な結合光学系１
５を実現できる。

従って、フレネルレンズ２１を用いる場合は、結合ライ
トガイド１７を使用しなくても所望の広い配光角を用意
に得易いが、結合ライトガイド１７を組み合わせて用い
る場合でも、通常の結合レンズ１６よりレンズの肉厚が
薄くなるので、各ライトガイドの結合部（結合光学系１
５）の小型化に有利である。

尚、フレネルレンズ２１は、第４図に示すようにレンズ
面２１ａは不連続面を形成するが、照明光学系として用
いるものであるから、機能上支障はない。

尚、第５図は第四実施例を示すものであり、第三実施例
のフレネルレンズ２１に代えて、正の屈折力を有するホ
ログラムレンズ２３が配置されている。

尚、ホログラムレンズについては、ｒＡｐｐｌｉｅｄＯ
ｐｔｉｃｓ　１５　（１９７６）の第５４２頁において
、Ｂｅｎｎｅｔ著による論文で述べられているが、その
製造方法について、第６図に基づいて簡単に説明する。

即ち、点０に一旦集束した後、発散して行くコヒーレン
トな光束Ｒ１゜と、点■に集束して行（コヒーレントな
光束Ｒ１とを、透明基板２４の面上に塗布した写真花材
２５に照射し、上記写真花材２５の面上でお互いに干渉
させたものを現像することによって、写真花材２５はホ
ログラムレンズの作用を持つようになる。この時、ホロ
グラムレンズの焦点距離をｆｈ　とすると、 の関係が成り立つ。但し、Ｓは写真孔材面２５がら物体
位置Ｏまでの距離、ｄ及びｎは夫々透明基板２４の厚み
及び屈折率、ｂは透明基板２４の写真孔材面２５と反対
側の面から結像位置Ｉまでの距離、μはλ、を再生波長
、λ２をホログラムレンズ作成時の波長とした時にμ＝
λ０／λ２で定義される数値である。

この式（１０１かられかるように、ホログラムレンズは
作成時に、二つのコヒーレントな光を写真孔材面２５に
照射する条件を変えることによって正負含めて任意の焦
点距離ｆ、を持っホログラムレンズを作成することがで
きる。又、ホログラムレンズは再生波長λ。を変えるこ
とによって焦点距離が変化するが、本実施例のように照
明系のレンズとして、使用する上ではホログラムレンズ
を単独で用いても機能上問題はない。

又、第三及び第四実施例の場合も、内視鏡側ライトガイ
ド４のＮＡは上述の条件式（７）を満足する必要がある
。

尚、第７図又は第８図に示すように、上述のフレネルレ
ンズ２１又はホログラムレンズ２３を第一　実施例のレ
ンズ系１６として用い、フレネルレンズ２１又はホログ
ラムレンズ２３と内視鏡側ライトガイド４の入射端面Ｓ
、との間に、結合ライトがイド１７を配置するようにし
てもよい。

第９図は第五実施例を示すものであり、図（ａ）は、第
一実施例におけるレンズ系１６を光源側ライトガイド６
の支持体２７に、又結合ライトがイド１７を内視鏡側ラ
イトガイド４を支持する内視鏡本体２８に夫々配置する
ようにしたものである。又図（ｂ）はレンズ系１６と結
合ライトガイド１７の両方を内視鏡本体２８に配置する
ようにしたものである。

尚、レンズ系１６又はレンズ系１６と結合ライトガイド
１７に代えて、上述のフレネルレンズ２１又はホログラ
ムレンズ２３を配置するようにしてもよい。

又、照明光学系において、上述の結合光学系１５に加え
て、視野の周辺部における配光を一層良好にするために
、内視鏡側ライトガイド４の射出端面Ｓ４の部分で配光
を広げることか有効である。

このような工夫を施した内視鏡側ライトガイド４の射出
端面Ｓ４の部分を、第六乃至第十三実施例として以下に
述べる。

第１０図は第六実施例を示すものであり、観察光学系の
対物レンズ３０を囲むように、内視鏡側ライトガイド４
のファイバー束４ａがリング状に配置され、しかもその
射出端面Ｓ４は円錐状に外側へ傾斜するようにカットさ
れて形成されている。

本実施例は、視野方向が内視鏡の長手方向である広角な
内視鏡の照明光学系に関するものであり、射出端面Ｓ４
からの射出光が広げられている。

第１）図は第七実施例を示すものであり、視野方向が内
視鏡の長手方向に対して３０°程度傾いている広角な内
視鏡に関する。図中、内視鏡側ライトガイド４の射出端
面Ｓ、が途中で複数に分割されており、これにより配光
角が広げられている。

尚、図中、観察光学系の先端部分は、観察用光路を変更
するための視野変更プリズム３２と、このプリズム３２
に僅かにスペースをあけて配置された補正プリズム３３
と、ガラス板３４と、このガラス板３４に支持されてい
て視野を広げるためノ負レンズ３５とが順次配設され、
更にその前面にカバーガラス３６が接合されている。

第１２図に示す第八実施例では、内視鏡側ライトガイド
４自体が複数配置されていて、しがも各射出端面Ｓ４は
夫々異なる方向に向けられている。

第１３図に示す第九実施例は、視野方向が内視鏡の長手
方向に対して７０”程度傾いた広角な内視鏡に関するも
のであり、第七実施例と同様に内視鏡側ライトガイド４
の射出端面Ｓ４が複数に分割されている。

尚、観察光学系においては、視野変換プリズム３２′は
正レンズを構成すると共に、その後方にも正レンズ３７
が配置され、負レンズ３５を支持する補正プリズム３３
に遮蔽部材３８が並設されている。

尚、上述の実施例に限定されることなく、内視鏡側ライ
トガイド４の複数の射出端面Ｓ、が異なる方向を向いて
いればよい。

又、別の手段として、内視鏡側ライトガイド４の射出端
面Ｓ４に、これと同一形状の光拡散用の照明レンズを設
けてもよい。

即ち、第１４図に示す策士実施例では、照明レンズとし
て、図（ｂ）に示す複数の凹面４０ａが形成された（図
（ａ）参照）リング状の光学部材４０が用いられ、配光
が広げられている。或いは図（ｃ）に示す負のトーリッ
ク面４１ａが環状に形成されたリング状の光学部材４１
が用いられる（断面は図（ａ）の光学部材４０と同一に
現れる）。

又、第１５図に示す第十三実施例では、照明レンズとし
て、図（ｂ）に示す負又は正のパワーのホログラムレン
ズ４２を用いたものであるが、これに代えて同様なフレ
ネルレンズを用いてもよい。

第１６図に示す第十三実施例では、内視鏡側ライトガイ
ド４の射出端面Ｓ、が例えば三日月状に形成されていて
、照明レンズとして、図（ｂ）に示す複数の凹面４３ａ
が形成された三日月状の光学部材４３、又は負のトーリ
ック面４４ａが形成された同様の光学部材４４が用いら
れている。この場合、光学部材４３及び４４の光軸は、
光学部材４３．４４の外側の平面と直交しないように構
成されている（図（ａ）参照）。

或いは第十三実施例として第１７図に示すように、三日
月状の正又は負のパワーのホログラムレンズ４５又はフ
レネルレンズが用いられてもよい。

次に、第１８図に示す第十三実施例は、光源側ライトガ
イド６として液体ライトガイド４７を使用している。こ
の場合、液体ライトガイド４７はバッキングフラクショ
ン（光の通る面積の、ライトガイド４７の断面積に占め
る割合）が１であるから、光源から射出した光の損失を
最小限に抑えることができる。

又、本発明の照明光学系において、内視鏡側ライトガイ
ド４の射出端面Ｓ４から射出する光量を増大させるため
に、結合ライトカイト１７において、個々のファイバー
に関して光の伝送に寄与するコアの示す面積割合を大き
くすることが考えられる。

これを第十三実施例として第１９図により説明すると、
図（ａ）に示す結合ライトガイド１７の入射端面Ｓ５に
おいて、各ファイバー１７のコアを太くして隣接するフ
ァイバーのコア中心間隔か１００μ程度以上になるよう
に、しかも入射端面Ｓ５のコア１７ｂの端面形状は図（
ｂ）に示すように正六角形に形成されている。

ファイバーにおいて、光を伝送するのに必要なりラッド
の厚みはファイバーの間隔によらず決められており、通
常２〜３μとされている。一方、結合ライトガイド１７
の長さは１　ａｍ程度でよく、しかもフレキシブルであ
る必要はない。従って、結合ライトガイド１７の入射端
面Ｓ５の各ファイバー１７ａのコア間隔を上述のように
太き（設定しても機能上は問題ない。

しかも、入射端面Ｓ５のファイ／”−１７ａの端面形状
を図（Ｃ）に示すようにコア１７ｂを円形に形成するよ
りも、正六角形（図（ｂ））に形成する方が、隣接する
ファイバー間でクラッド１７Ｃを共有でき（コンジット
形状）、入射端面Ｓｓの面積Ｔｓ５におけるコア１７ｂ
の占める面積Ｃ５を大きくすることができる。又、この
ようなコンジットファイバーにおいては、下記条件式を
満足することが射出する光量を増大させる上で好ましい
。

Ｃｓ　／Ｔ　ｓ５≧０．６　　　　　　　　　　−−−
−１００次に、第２０図は第十三実施例を示すものであ
り、第一実施例におけるレンズ系１６を、単フアイバー
レンズ４７ａ、４７ｂによって構成するようにしたもの
である。これによってレンズ外周部へ進む光は全反射さ
れ、この部分からの照明光の損失を防ぐことができる。

次に、本発明の各実施例に適用されるレンズ系１６等の
各数値例を示す。

１土厭１） 第１図（ａ）は本実施例の構成を示す図であって、その
第１のデータを以下に示す。

Ｒ＝■ ｄ、＝１．３ Ｒ２＝■ ｄ　２　　＝２　　　　　ｎ　１＝　１．８８３　　　
　　ｖ　１＝４０．７８Ｒ３＝−５，３０２ ｄ３＝０．２ Ｒ，＝５．３０２ ｄ、＝２．０ Ｒ５＝■ ｄｓ　　＝１．８８ Ｒ６：（Ｘ） ｒ２　＝１．７５　　　θ５−３５°　　　ｆ　＝３．
０５３　７Ｓ５＝９．１７Ｔ、、＝４．５９の場合　θ
ａ”５４．２°ＮＡ、　＝０．８７７５、＝３．０６の
場合　θ、　＝８３．５°ＮＡｔ　＝１．００第２数値
例 第１図（ａ）の第２のデータを以下に示す。

Ｒ＝■ ｄ、＝３．３２ Ｒ＋　　＝美 ｄ　ｒ　　＝２．５　　　ｎ　１＝１．８８３　　　　
シ５＝４０．７８Ｒ３＝−９，３０４ ｄ８＝０．２２ Ｒ，＝９．３０４ ｄ、＝２．５　　　ｎ＋　　＝１．８８３　　　　１／
２　　＝４０．７８Ｒ，＝ｏ。

ｄ　ｓ　　−３，４７ Ｒ，＝■ ｒ２＝２．２５　　θ５＝２５°　　ｆ　＝５．３２４
　　Ｔｓ、＝２２．９Ｔｓｓ”７．６３の場合　θ、＝
４７．１°ＮＡ、　＝０．８７第３数値例 第１図（ａ）の第３のデータを以下に示す。

Ｒ，＝■ ｄ、＝１．７ Ｒ２：ＣＸ１） ｄ　２　＝２．５　　ｎ　１＝　１．８８３　　　ｖ　
１＝４０．７８Ｒｈ　＝　−６，８１２ ｄ＋＝０．２６ Ｒ，＝６．８１２ ｄ４　＝２゜５　　　ｎ＝　　＝１．８８３　　　　　
ν＋　　＝４０．７８Ｒ５−■ ｄ、＝２．２ Ｒ，＝美 ｒ２　＝２．２５　　θ５　＝３５°　ｆ　＝３．９２
３　　ＴＳ、＝１５．１４Ｔ５．＝７．５７の場合　θ
ｇ＝５４．２°ＮＡ、　＝０．８７第４数値例 第２図（ａ）は本実施例の構成を示す図であって、その
第１のデータを以下に示す。

Ｒ，＝■ ｄ、＝０．９ Ｒ２＝ω ｄ２＝１．８　　ｎ、　＝１．８８３　　　ｖ、　＝４
０．７８Ｒ，＝−４，２９５ ａ、＝０．１６ Ｒ，＝４．２９５ ｄ　＊　”　１．８　１２　＝　１．８８３　　　ν２
　＝４０．７８Ｒ５＝■ ａ５＝１．４３ Ｒｅ＝■ ｒ：＝１．７５　　　θ５　＝４５°　ｆ　＝２．４７
３　　７ｓ５＝６．０３７３、＝１２．０６の場合　θ
６−３０°　ＮＡ、＝ｏ、ａ６Ｔ　ｓ＋−２４，１２の
場合　θ、＝２０．７°ＮＡ、　＝０．５６第５数値例 第２図（ａ）の第２のデータを以下に示す。

Ｒ、＝　１７．２７７ ｄ２＝２．０３　　ｎ、　＝１．８８３　　　ｖ、　＝
４０．７８Ｒ，＝−４ ｄ＋＝０．１５ Ｒ，＝４゜ ｄ、　＝２．０３　　ｎ２＝１．８８３　　　ｖ、　＝
４０．７８Ｒ５＝−１７，２７７ ｒ２＝１．７５　　θ、＝５７．３Ｏｆ　＝２．０８　
　Ｔｓｉ＝４．３７ｓ＝＝８．６０の場合　θ、　＝３
６．５°ＮＡ、　＝０．６６Ｔ５．＝１７．２の場合　
θ、　＝２４．９°ＮＡ、＝０．５６第６数値例 第４図は本実施例の構成を示すものであり、フレネルレ
ンズ２１の構成を示す式及びデータを以下に示す。

Ｒ＝ｆ　　・　（ｎ−１） ｔａｎ　　φ＝ｈ／Ｒ ｎ＝１．４９２ ｆ＝２ 但し、ｎ：フレネルレンズ２１に用いられる硝子の屈折
率。

ｈ：フレネル面における任意の点の光軸からの距離。

φ：フレネル面が光軸に垂直な面と成す角である。

尚、上述の第一乃至第５数値例においてＲＲ２・・・・
は各ライトガイドの端面又はレンズ面の曲率半径、ｄ、
、ｄ２・・・・は各ライトガイドの端面とレンズ面の間
隔、ｎ　ｌ　！　　ｎ　ｔは各レンズの屈折率、シ１．
シ２は各レンズのアツベ数である。

〔発明の効果〕

上述のように本発明による内視鏡の照明光学系によれば
、結合光学系は、正の屈折力を有するレンズ系と光の入
射端面及び射出端面の面積が異なる結合ライトガイドと
から構成されているから、９０°を超えるような広角の
配光を得ることができると共に、観察しようとする視野
範囲の中心から周辺まで均一な配光特性を得ることがで
きる。

又、視野範囲が挟角の場合には挟角の配光を得られると
共に、その分視野範囲の照明光量を増やすことができる
。

しかも結合光学系に採用されるレンズ系は、レンズの繰
向が薄くなったり、レンズの厚さが極端に厚くなること
もない。

又、結合光学系は、正の屈折力を有するフレネルレンズ
又はホログラムレンズによって構成されるから、広角で
均一な配光を得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による内視鏡の照明光学系の第一実施例
を示すものであり、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は光源
側ライトガイドから射出する光の配光特性を示す図、（
ｃ）は正の屈折力を有するレンズ系から射出する光の配
光特性を示す図、（ｄ）は結合ライトガイドから射出す
る光の配光特性を示す図、第２図（ａ）は挟角の配光角
を得るための結合ライトガイドを備えた照明光学系の要
部断面図、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は第１図（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）と夫々同様な図、第３図（ａ）、（ｂ）
、（ｃ）、（ｄ）は第二実施例を示す第１図（ａ）、（
ｂ）、（ｃ）、　　（ｄ）と夫々同様な図、第４図、第
５図は結合光学系の第三、第四実施例を示す図、第６図
はホログラムレンズの製造方法を説明するための図、第
７図、第８図は夫々第４図、第５図の変形例を示す図、
第９図（ａ）、（ｂ）は第五実施例を示す要部断面図、
第１０図は第六実施例を示す内視鏡側ライトガイドの先
端部分の要部断面図、第１）図、第１２図、第１３図、
第１４図、第１５図、第１６図。 第１７図は夫々第七、八、九、　十、　十−、十三。 十三実施例を示す第１Ｏ図と同様な図、第１８図は策士
四実施例を示す照明光学系の概略断面図、第１９図は策
士五実施例を示す結合ライトガイドを示す図であって（
ａ）は側面の断面図、（ｂ）。 （ｃ）は入射端面の図、第２０図は策士六実施例を示す
照明光学系の概略断面図、第２１図は従来の内視鏡を示
す要部断面図、第２２図は結合レンズ系の断面図、第２
３図は従来の照明光学系の視野方向を示す説明図、第２
４図は望まれる照明光学系の第２３図と同様な図、第２
５図は結合ライトガイドの説明図である。 ４・・・・内視鏡側ライトガイド、６・・・・光源側ラ
イトガイド、１５・・・・結合光学系、１６・・・・レ
ンズ系、１７・・・・結合ライトガイド、２１・・・・
フレネルレンズ、２３・・・・ホログラムレンズ。 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からの光を入射端面から射出端面へ伝送する
   光源側ライトガイドと、該光源側ライトガイドの射出端
   面の後方に配置された結合光学系と、該結合光学系を介
   して光源側ライトガイドの射出端面と対向する位置に入
   射端面が配置された内視鏡側ライトガイドを備えた内視
   鏡の照明光学系において、前記結合光学系は、光源側に
   配置されていて正の屈折力を有するレンズ系と、その後
   方に配置されていて光の入射端面と射出端面の夫々の面
   積が異なる結合ライトガイドとから成ると共に、前記レ
   ンズ系の前側焦点位置近傍に前記光源側ライトガイドの
   射出端面を、又後側焦点位置近傍に前記結合ライトガイ
   ドの入射端面を夫々配置したことを特徴とする内視鏡の
   照明光学系。
2. （２）前記内視鏡の照明光学系の視野角２ωの大きさに
   応じて、夫々下記の条件式を満足するようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲（１）に記載の内視鏡の照明
   光学系。 （Ａ）２ω≧９０゜の時 Ｔ＿ｓ＿５／Ｔ＿ｓ＿６＞１、 （ｒ＿２／ｆ）×√［Ｔ＿ｓ＿５／Ｔ＿ｓ＿６］＞０．
   ７、ＮＡ＿４≧０．７、 （Ｂ）２ω≦６０゜の時 Ｔ＿ｓ＿５／Ｔ＿ｓ＿６＜１、 （ｒ＿２／ｆ）×√［Ｔ＿ｓ＿５／Ｔ＿ｓ＿６］＜０．
   ５、但し、Ｔ＿ｓ＿５：結合ライトガイドの入射端面の
   面積、Ｔ＿ｓ＿６：結合ライトガイドの射出端面の面積
   、ｒ＿２：光源側ライトガイドの射出端面の半径、 ｆ：正の屈折力を有するレンズ系の焦点距離、 ＮＡ＿４：内視鏡側ライトガイドのＮＡ。
3. （３）光源からの光を入射端面から射出端面へ伝送する
   光源側ライトガイドと、該光源側ライトガイドの射出端
   面の後方に配置された結合光学系と、該結合光学系を介
   して光源側ライトガイドの射出端面と対向する位置に入
   射端面が配置された内視鏡側ライトガイドを備えた内視
   鏡の照明光学系において、前記結合光学系は、正の屈折
   力を有するホログラムレンズ又はフレネルレンズから成
   ると共に、前側焦点位置近傍に前記光源側ライトガイド
   の射出端面を、又後側焦点位置近傍に前記内視鏡側ライ
   トガイドの入射端面を夫々配置し、且つ下記条件式を満
   足するようにしたことを特徴とする内視鏡の照明光学系
   。 ＮＡ＿４≧０．７ 但し、ＮＡ＿４：内視鏡側ライトガイドのＮＡ。