JPS5810033A - 内視鏡用照明光学系 - 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】 系に関するものである。

体内の組織をよく観察するためには倍率の高い内視鏡６
用いられる。このために従来は第１図に示すように観察
光学系の傍に照明光学系を付設した形式の内視鏡を被観
察物体にごく接近させた状態で使用するのが普通であっ
た。即ち、第１図において、ＡＩはライトガイドファイ
バー１から照明光学系２を通して射出される照明光の被
観察物体表面３上での照明範囲を、又Ａ２はカバーガラ
ス４と対物レンズ５とイメージガイド６とを含む観察光
学系の被観察物体表面３上での観察範囲をｑ↓ それぞれ示している４；′、かｌ構成では、被観察物体
表面３と内視鏡先端部７とを接近させた場合、照明範囲
Ａｌ　と観察範囲Ａ２とが一致せず、パララックスによ
り照明むらを生ずるという欠点−があった。また観察光
学系の倍率が°高い場合には焦点深度が浅いため、被観
察物体表面３と内視鏡先端面との間の距離が変わるとピ
ン）　７％ボケやすく、又内視鏡先端部７が′ブレると
写真撮影をした場合像が流れやすいと云う欠点があった
。

か＼る欠点を除去するために、従来より第２図および第
３図に示すような改良がなされている。

先づ第２図に示すものは、照明範囲Ａｌと観察範囲Ａ２
との不一致による照明むらをなくするため１（、照明光
学系と観察光学系を同軸的に配置した構造のもので、対
物レンズ５内にハーフプリズム８が挿入されていて、ラ
イトガイドファイバー１より射出された光束はハーフプ
リズム８の側面より入射せしめられた径皮射し、観察光
学系のカバーガラス４より被観察物体表面３に向けて射
出されるようになっている。従って、この場合は内視鏡
先端部７が被観察物体表面３に接近しても照明範囲Ａ１
は観察範囲Ａ２を十分にカバーすることができる。然し
なから、この方式のものはカバーガラス４の表面等のフ
レアー光により鮮明な像を得ることができないと云う欠
点がある。次に第３図に゛示すものは、被観察物体表面
３と内視鏡先端面との間の距離を一定に保つために内視
鏡先端部７に少なくとも相対向する一対の突起９．９を
設けて、観察時この突起９を被観察物体表面３に密着せ
しめるようにしたものであるが、この方法でも対物レン
ズ５の倍率が２倍を越える場合には焦点深度が非常に浅
くなり、被観察物体表面までの距離が変わるとピントが
ボケやすく不便であった。

ず照明むらが生ぜす、像のピントのボケない而もフレア
ー光のない立体的な像の得られる、この種照明光学系を
提供せんとするものであるが、以下図示した各種実施例
に基づき、第１図乃至第３図に示したのと実質上同一の
部品および部分には同一符号を付してこれを説明す力、
ば、先づ第４図乃至π１０図において、１ｏは内視鏡先
端部７内で対物レンズ５の前方に設置されていて反射面
１０ａと、対物レンズ５の光軸と直交し且つ対物レンズ
５と対面する平面（以下対物レンズ側平面と称する）１
０ｂと、物体側平面］Ｏｂと平行で内視鏡先端部７の前
面に露出する平面Ｃ以下物体側平面と称する）１０ｃと
を有する透明体として役立つプリズム、１１は黒塗りｌ
ｌａの施された研摩されていない外周面と、ライトがイ
ドファイバー１に密着または接着された一端面と、プリ
ズム１０の対物側平面１０ｂに密着捷たは接着された他
端面とを有していてライトガイドファイバー１からの光
をプリズム１０内へ導ひくため対物レンズ５の周りに配
置された複数の筒状の透明部材、１２は透明部材１１と
の接合面と観察光学系の有効径部分とを除いて対物レン
ズ側平面１０ｂ上に施された黒塗りである。

次に上記実施例の作用を説明すれば、図示しない光源装
置からライトガイドファイバー１によって伝送されて来
た光は透明部材１１を透過してプリズム１０内へ導びか
れるが、この場合、第６図に明示するように透明部材１
１０周面に当った光は黒塗りＩｌａに吸収されて透過で
きないため透明部材１１の内部を乱反射または直進して
出る光束の広がり角φは比較的小さく押えられ得る。従
って、か＼る透明部材１１を用いれば、第７図に示す如
く電球やストロボ等の光源１３を透明部材１１の前に直
接配置し得る。又この説明から明らかな如く、透明部材
１１の代わりに内側が拡散面になっている中空の金属ノ
ミイブ、例えば内周面にねじを切った中空ノミイブを用
いてもよい。かくして、透明部材１１を透過した光束は
プリズム１０の対物レンズ側平面１０ｂより入射して反
射面１ｏａにより反射される。こ＼で、反射面１０ａの
対物レンズ側平面１０ｂ−に対する傾き角θ（第８図参
照）は、反射面１０ａより反射された光が対物レンズ側
平面に入射する際には全反射するように選定されている
ので、反射面１０ａにより反射さね。

た光は、第８図に示された如く、対物レンズ側平面１０
ｂで全反射したのち物体側平面１０Ｃで全反射し、次に
再び対物レンズ側平面１０ｂで全反射する。この場合、
対物レンズ側平面１０ｂと物体側平面１０Ｃに対する光
の入射角は一定に保だねる。かくして入射した側とは反
対側にある反射面Ｉ　Ｑ’ａに達した光は、プリズム１
０に入射した角度と同じ角度で対物レンズ側平面１０ｂ
より射出されるが、この光線は対物レンズ５の視野内に
射出することはなく、対物レンズ側平面１．　Ｏｂの黒
塗り１２の部分から射出する結果となり、実際にはこ＼
で吸収される。ところで、この状態では対物レンズ５に
フレアー光が入ることはないが、物体を照明することも
できない。然しなから、一般に高倍率の内視鏡では観察
時ピントズレが起きないように物体に先端部を押し付け
て用いることが多いが、か＼る使用法はプリズム１０内
を上述の如く全反射して進諸光を物体側へ射出せしめる
ことを可能にする。即ち内視鏡の先端を第９図に示す如
く被観察物体の表面３に押し付けると、プリズム１０の
物体側表面１０ｃと物体との間に体内の水分が閉じ込め
られるが、水は空気よりも屈折率が高いため、この状態
ではプリズム１０内を進む光は物体側平面１０ｃで全反
射せずに物体側へ射出され、これが物体表面を照らす照
明光となる。この場合、物体側平面１０ｃにおいて生ず
るフレネル反射光は対物レンズ側平面１０ｂでは全反射
するので、一対物レンズ側平面１０ｂより光が射出する
ことはなく、従って対物レンズ５にフレアー光が入るよ
うなことはない。このようにして物体側平面１０Ｃから
射出する光は、物体側が空気の場合には全反射する性格
のものであるから、物体側に大きな出射角を以て射出さ
れる。これは物体表面を斜めから照らすことになること
を意味し、従って被観察物体の影は誇張されて立体的な
像を得ることができる結果となる。これは、通常の内視
鏡の照明方式のように物体面をはソ垂直に近い方向から
照明する場合には得られない独特の効果である。上記説
明では物体側の媒質が水で対物レンズ側が空気である場
合について述べたが、プリズム１０の対物レンズ側平面
１０ｂでフレアー光が全反射するためには、プリズムを
構成する材質の屈折率（ｎ２）〉対物レンズ側の媒質の
屈折率（ｎ３）なる関係が、又照明光がプリズム１０の
物体側表面１０ｃから射出されるためには、物体側の媒
質の屈折率（ｎｌ）〉ｎ３なる関係がそれぞれ満たされ
る必要がある。これを第１０図を参照しながら更に詳し
く説明すると、いま光線ａの対物レンズ側平面１０ｂへ
の入射角をα、光線すの同平面への入射角をβ、光線Ｃ
の同平面への入射角をｒ１対物レンズ側平面１０ｂでの
臨界角をθ１とした場合、α〈θ１　”　５ｉｎ−”　
（ｎ　３　／　ｎ　２　）となり、従って光線ａは対物
レンズ側平面１０ｂでは屈折し、対物レンズ５の側へ抜
けてしまう。次に物体側平面１０Ｃでの臨界角をθ２と
した時、入射角βはθ２〉β〉θ１なる関係を満してい
るものとすれば、光線すは対物レンズ側平面１０ｂでは
全反射し、物体側平面１０Ｃでは屈折して一部は被観察
物体の表面３とプリズム１０の物体側平面１０Ｃの間に
閉じ込められた水中へ光線す、　　となって進み、他の
一部は物体側平面１０Ｃでフレネル反射し、光ｍ　ｂ　
２となって再度対物レンズ側平面１０ｂへ入射する。更
に、入射角γはγ〉θ２なる関係を満しているものとす
れば、光線Ｃは対物レンズ側平面１０ｂと物体側平面１
０Ｃの何れにおいても全反射し々がら進み、既に説明し
た如く、最後に反射側の反対面１０ａにより反射されて
対物レンズ５の側へ抜ける°。そこで、光線ａ、ｂ、ｃ
の役割を考えると、先づ光線ａは対物レンズ側平面１０
ｂで対物レンズ５の側へ抜けてフレアー光となるので好
捷しくない。従って光線ａがないようにプリズム１０の
傾き角θと透明部材１１からの射出光の開きとを選定す
る必要がある。透明部材１１からの射出光の開き角は透
明部材１１の長さと巾（太さ）を変えることにより容易
に制御することができる。次に光線すは物体側平面１０
ｃで二つに分れて’）ｌ＋ｂ２となるが、ｂｌは被観察
物体表面３を斜めから照らして立体観を呼び起すのに有
効な光であり、ｂ２はフレアー光にはならないので問題
ない。更に光線Ｃは物体側へは出ないので照明光として
は使えないがフレアー光にもならない。

この説明で明らかなように本発明は光線すを利用せんと
するものであるから、光源（ライドガイドファイバー１
の射出端面、電球１３、ストロゼ等を含む）から供給さ
れる光線の対物レンズ側平面１０ｂへの入射角δが、θ
ｌ〈δ〈θ２となるように、プリズム（透明体）１０の
形状、透明部材１１の長さおよび巾（太さ）、プリズム
１０に対する透明部材１１の取付は角εが選定される。

この意味で、プリズム１０の対物レンズ側の面は、必ず
しも以上説明して来た如く平面である必要はなく、球面
の一部をなしていても良いことは云うまでもない。

次に第１０図および第１１図を参照して本照明光学系の
構成要素の具体的寸法を例示する。

ｎ１＝１．３３　　　　　　θ、＝３３．７’ｎ２　＝
１．８０　　　　　　θ２　＝４７．６゜ｎ３＝ｌ　　
ＯＱ 透明部材１１の寸法 ａ　１＝　Ｑ、　３　ｗｎ　　　ａ　２　＝　２．１　
ｙｏｎ　　屈折率：１５２プリズム１０に対する透明部
材１１の取付は角ε＝０゜ 透明部材１１から出る光束の空気中での広がり角ψ＝２
４８゜ 透明部材１１から出る光束のプリズム１０内での広がり
角 δＩ＝１３．６゜ プリズム１０の反射面１０ａで反射されて対物レンズ側
平面１　’Ｏｂに入射するときの角度δ２：３７．２°
（最小値）〜５０．８°（最大値）プリズム１０の物体
側平面１０ｃで水中に射出されるときの角度 δ３：４３．７°　（最小値）〜９０．０°（最大値）
プリズム１００寸法 ｔｔ　＝３．Ｏｗ　　ｔ２＝０−６ｖｐａ　　ｔ３　＝
０．８ｍプリズム１０に対する透明部材１１の取付は位
置７４　＝　１．２　ｖａｎ　（但し、この寸法は物体
側平面１０ｃで反射する位置が対物レンズ５の光軸の近
傍に来るように選ぶのがよい。） 以上、代表的一実施例に基づき本発明を詳述したが、以
下他の各種実施例について説明する。先づ第１２図には
、対物レンズ５の前方に直方体の透明体（プリズム）１
４を配置し、ライトガイドファイバー１の先端に透明部
材１１を接着して、これをプリズム１４の側面に密着せ
しめた実施例が示されている。この場合、プリズム１４
の側面は、第１３図および１４図に示す如く、透明部材
１１の取付は部分を除いて反射面１５となっていて、物
体側平面１４ａに水が付いたとき物体側に光が射出され
るようになっている。物体側平面１４２で生ずるフレネ
ル反射光はプリズム１４の反射面１５で反射し、対物レ
ンズ側平面１４ｂで全反射して、再び物体側平面１４ａ
より射出されるが、この過程が光線の強度を減衰せしめ
ながら無限回繰り返される。か＼る意味でこの実施例は
照明光の利用効率が高い方式のものと云える。

第１５図には、ライドガイドファイバー１より射出され
た光束が透明部材１１によりその広がり角を絞られ、透
明体（プリズム）１６により偏角されてプリズム１４に
入射せしめられるようにした実施例が示されている。即
ち、この実施例は、透明部材１１からの光束をプリズム
１４の側面より直接導入するようにした第１２図の実施
例°に較らべて、プリズム１４への光束の導入を容易に
実現し得るようにしたものである。

第１６図には、透明部材１１より透明体（プリズム）１
７内へ導入された光束が、物体側が空気の場合は物体側
平面で全反射して黒塗り１２により吸収されるように、
プリズム１７の形状と透明部材１１の長さ、巾およびプ
リズム１７への取付は角を選定した実施例が示されてい
る。この実施例では、物体側が水の場合、透明部材１１
よりプリズム１７内へ導入された光は物体側平面で物体
側に射出される。この除虫じるフレネル反射光は黒塗り
１２に吸収されるので、フレアー光はない。

即ち、この実施例は、第４図乃至第１１図で説明した代
表的実施例においては、照明光を反射面１０ａで反射さ
せ、対物レンズ側平面１０ｂで一回反射させたのち物体
側平面１０Ｃから射出させているのに対して、物体側平
面より直接射出させるようにした方式のものである。

第１７図には、透明体（プリズム）１８の物体側平面１
８ａと対物レンズ側平面１８ｂとが平行でない場合の実
施例が示されている。この実施例においては、ライトガ
イドファイノｚ−１よりの光束は透明部材１１により絞
られてプリズム１８内に射出され、物体側平面１８ａで
全反射またはフレネル反射された光が、対物レンズ側平
面１８ｂでは必ず全反射するように、透明部材１１から
射出される光束の広ろがり角、透明部材１１の物体側平
面１８ａとのなす角度および物体側平面１８ａと対物レ
ンズ側平面１８ｂとのなす角度Ａが選定されている。プ
リズム１８には光の吸収面１９が形成されていて、この
吸収面１９により対物レンズ側平面１８ｂで全反射した
光は吸収される。この実施例では、物体側平面１８ａに
水が付いていない状態でも物体側平面１８ａより光が射
出し得る。即ち、物体側平面１８２と透明部材１１から
プリズム１８内に射出される光線とのなす角度Ｂが、空
気中での臨界角θ３から該臨界角θ３よりも角度Ａだけ
大きい角度捷での範囲内にある場合の光線は空気中でも
照明光として利用することができ、而もそのフレネル反
射光は対物レンズ側平面１８ｂでは全反射するのでフレ
アー光にはならないと云う利点がある。換言すれば、Ｂ
〈θ３のとき空気中では物体側平面１８ａより光は射出
されず、θ３〈Ｂ〈θ３　＋　Ａのとき空気中、水中と
もに光は射出されるが、何れの場合もフレアー光はない
。

上述の如く本発明によれば、内視鏡先端を被観餠物体に
密着して用いることができ、高倍率であってもピンボケ
を生じるようなことはなく、又照明光が被観察物体の表
面に斜めから当るため物体像を立体的に観察できるばか
りか、照明光は対物レンズ側にフレアー光として入るこ
とがなく而も視野外を照らす光量が少ないため常に明る
く且つ鮮明な像が得られ、写真撮影に際しても極めて見
易い写真を得ることができる。更に、照明系と観察系と
が同一のカバーガラスを用い得るため、視野全体をむら
なく照明することができるばかりか、内視鏡先端部を小
型且つコン・ξクトに構成することができる。

なお、第１８図には、本発明による照明原理を用いた照
明光学系を観察光学系とは別の場所に配置した場合の実
施例が示されているが、かＸる構成によれば、被観察物
体を斜めから照らすことができるため、立体的な像を得
ることができると云う利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高倍率内視鏡の先端部の構成を示す説明
図、第２図は従来の高倍率内視鏡先端部にフードを取付
けた場合の説明図、第３図は照明むらをなくするように
工夫された従来の高倍率内視鏡の先端部の構成を示す説
明図、第４図は本発明に係る照明光学系の一実施例を内
蔵した高倍率内視鏡先端部の構成を示す説明図、第５図
乃至第　　２゜１１図は第４図に示す実施例の作用を説
明するための説明図、第１２図乃至第１４図はへ発明に
係る照明光学系の他の実施例を内蔵した高倍率内視鏡先
端部の構成と作用を説明するための説明図、第１５図乃
至第１８図はそれぞれ本発明に係る照明光学系の更に他
の各種実施例を内蔵した高倍率　　を内視鏡先端部の構
成を示す説明図である。 １　・・ライトガイドファイノｚ−１３・・・被観察物
体表面、５・・・対物レンズ、７・・・内視鏡先端部、
１１・・・透明部材、１３・・・ランプ、１０．１４．
１７．１ｇ。 ２０・・・透明体（′ｆ″リズム）、１６・・・プリズ
ム。 第１２図 第１４図 第１３図 第］５図 手続補正書（自発） 昭和５７年１り／／−ｌ−日 特許庁　長官　　　　　殿 １、事件の１表示 特願昭５６−７９９２１号 公昭　　　　　　　号 ２、発明の名称　　内視鏡用照明光学系３、補正をする
者　　特許出願人 東京都渋谷区幡ケ谷２の４３の２ 代表取締役　北　村　茂　男 ４、代　理　人 ５、補正の対象 明細声の発明の詳細な説明の欄及び図面。 ６、補正の内容 （１）　　明細書簡８頁２０行目の「θ２」を「θ２−
日１ｎ−１（”＋／　ｎ２　）　ｊと訂正する。 （２）第４図に別紙添付の図面写に朱記した如く符号「
１０ａ、Ｉｌを加入する。 （３）第６図を別紙添付の通り訂正する。 （４）第８図の符号「１０ｂ」を別紙添付の図面写に朱
記した如（’ｆｆ１ｏａ」と訂正する。 第Ｓ図 ＋１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 照明光源の前方に透明体を配設して成る内視鏡用照明光
   学系において、上記透明体の屈折率を０２＋上記透明体
   の光源側にある媒質の屈折率を０３とする時、ｎ２）ｎ
   ３　なる条件を満足せしめると共に、上記光源から上記
   透明体へ入射する光線のうち該透明体の光源側の面へ入
   射する光線の入射角が該光線の入射点において臨界角θ
   １（θ１＝ｓｊｎ−’ユ）２ よりも犬きくなるように上記透明体の形状が選定されて
   いること−を特徴とした、内視鏡用照明光学系。