(57)【要約】  【課題】従来の照明光学系に比べて配光ムラや色ムラ等の照明ムラを低減させた性能の安定した小型で配光範囲の広い照明光学系、この照明光学系を用いた照明装置、及びこの照明光学系又はこの照明光学系を用いた照明装置を用いた観察システムを提供する。  【解決手段】光源から出射される照明光を拡散させるために配置された照明光学系２において、照明光学系２を構成する光学素子の少なくとも一面ｒ2を砂目状とし、該砂目状の面の算術平均粗さを０．０５〜０．７５［μｍ］の範囲となるように構成されている。また、砂目状の面ｒ2における面形状のうねり回数が、該光学素子の直径方向に対して２０回以下となっている。光学素子の砂目状の面ｒ2における面形状のうねりのＰＶ値が５０［μｍ］以下となっている。【選択図】  図１
2006039043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射される照明光を拡散させるために配置された照明光学系において、
前記照明光学系を構成する光学素子の少なくとも一面を砂目状とし、該砂目状の面の算術平均粗さを０．０５〜０．７５［μｍ］の範囲となるように構成したことを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記照明光学系を構成する光学素子の砂目状の面における面形状のうねり回数が、該光学素子の直径方向に対して２０回以下であることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項３】
前記照明光学系における光学素子の砂目状の面における面形状のうねりのＰＶ値が５０［μｍ］以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の照明光学系を用いたことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
光源からの出射光を被写体に照射するための照明装置および該被写体画像を目視観察あるいは外部表示装置に表示させて観察するための観察装置を含む観察システムにおいて、
請求項１〜３のいずれかに記載の照明光学系又は請求項４に記載の照明装置を用いたことを特徴とする観察システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系、照明光学系を用いた照明装置、及び照明光学系又は照明光学系を用いた照明装置を用いた観察システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ランプ、ライトガイドファイバ束、発光体等の光源からの出射光を拡散させて被写体を照明するための照明光学系には、凹レンズや凸レンズなどを設けて構成されたものがある。
【０００３】
しかし、凹レンズを用いて構成した照明光学系では、凹レンズで配光範囲を広げようとする場合、凹レンズの外径を大きくしないと光量損失が生じてしまう。
例えば、凹レンズでは、射出角度が１２０゜を上回る広さに配光範囲を広げることは難しい。また、配光範囲を広げようとすると、凹レンズの凹面の曲率半径が小さくなり加工が困難になってしまう。
【０００４】
一方、凸レンズを用いて構成した照明光学系では、凸レンズの外径が小さくても配光範囲を広げることができる。しかし、より広配光化する場合には、凸レンズの光線屈折作用を強くしなければならないため、凸レンズの曲率半径が小さくなり凸レンズの加工性が低下してしまう。
さらに、広配光に対応させることができるといっても、射出角度が１５０゜を超えるような配光特性を有する照明光学系を凸レンズで構成するのは難しい。
【０００５】
また、照明光学系に光を供給するライトガイドファイバ束には、次のような配光ムラの問題がある。
ライトガイドファイバ束１は、単ファイバ（ファイバ単繊維）を複数束ねた状態に構成され、コア部分のみが光を透過するようになっており、出射端面が図３２(a)に示すような網目状になっている。
しかるに、凸レンズで構成された照明光学系を用いると、図３２(b)に示すように、ライトガイドファイバ束１の出射端面が拡大されて物体面４に投影される。
このため、照明光は、図３２(c)に示すように、物体面４上で網目状の配光ムラを生じてしまう。
【０００６】
また、照明光学系を構成するレンズの硝材の分散特性により光が分光するため、照明光の周辺部で色ムラが発生するという問題がある。
この点に関し、照明光学系を凸レンズで構成した場合に生じる色ムラを図３３(a)を用いて説明する。ライトガイドファイバ束の端面から凸レンズの光軸と平行に入射する光線は、凸レンズの入射面において、光の波長によって光線の屈折力に差が生じ、凸レンズから出射する光線は色分離する。このため、例えば、照射範囲の外側はやや青くなるというような色ムラが生じてしまう。
そして、配光を広くするために凸レンズの曲率半径を小さくし、凸レンズの屈折力を強くしたレンズ系ほど、この色ムラは顕著になる。
【０００７】
しかるに、従来、ライトガイドファイバ束を用いた照明光学系では、上述した配光ムラや色ムラ等の発生を抑えるためのレンズ構成が、例えば、次の特許文献１に提案されている。
【特許文献１】特開平６−１４８５１９号公報
【０００８】
特許文献１には、ライトガイドファイバ束の出射端面に配置される照明光学系として、凸レンズのみで構成した照明光学系、及び凸レンズと単ファイバとを組合せて構成し、単ファイバをライトガイドファイバ束の出射端面に配置した照明光学系が示されている。凸レンズは、凸面を非球面形状とした平凸レンズで構成されている。
しかし、凸レンズのみで構成した照明光学系では、上述したようにライトガイドファイバ束の網目構造によって生じる配光ムラが顕著に発生してしまう。
また、ライトガイドファイバ束の出射端面に単ファイバを配置した構成の照明光学系によれば、配光ムラをかなり低減することできるが、完全には除去できない。
【０００９】
また、凸レンズを用いた照明光学系には、上述したようにレンズ硝材の分散特性によって照明光の周辺部に色ムラが発生してしまうという問題があるが、特許文献１の照明光学系では、凸レンズの凸面を非球面形状に形成して観察領域外で色ムラが生じるように配光範囲を広くすることで、観察の妨げにならないようにしている。
しかし、観察領域外で色ムラが生じるように、より広配光化するのでは光量損失が増えて出射光量が低下してしまう。
また、広配光化のためにレンズの屈折力を強くなりレンズの曲率半径も小さくなるため、レンズの加工はますます難しいものになってしまう。
さらに、通常、非球面レンズの製作はプレス成形で加工するが、高屈折率の硝材は転移点が非常に高いものが多いため、使用する硝材の屈折率が低めになってしまう。このため、さらにレンズの曲率半径が小さくなってしまい、加工が難しくなる。
即ち、ガラスを成形してレンズを製作する場合、金型に高温、高圧力がかかる。そのため、金型の温度が高くなるほど、金型の成形面に構成されている膜が剥離したり、硝材内のガラス組成の一成分が溶け出すことで金型の成形面に曇りを生じたりしてしまい、金型の耐久性がなくなってしまう。そのため、高価な金型を多数準備しなければならない。
そこで、成形する硝材の転移点はなるべく低いものを用いることで、金型への負荷を少なくできる。硝材の転移点は組成成分等によって変わるが、例えば、S-BSL7(オハラ製：nd=1.516) の転移点565℃に対して、S-LAH58(オハラ製：nd=1.883) の転移点730℃のように、低屈折率硝材の方が転移点は低くなる傾向にある。
しかし、低屈折率の硝材を用いると、レンズの曲率半径が小さくなってしまい、形状的に金型の加工も難しくなる。
またさらに、プレス加工時に使用する金型が高価なためレンズ原価が高くなるという問題もある。
【００１０】
このような照明ムラを低減するために、特許文献１では、照明光学系のレンズ面を砂目状に形成することが提案されている。
即ち、凸レンズ面を通常の鏡面で構成した照明光学系では,図３３(a)に示すように、照明光に色ムラが生じてしまう。しかし、図３３(b)に示すように、凸レンズ面を砂目状に形成すると、この砂目状の面に入射する光線は波長に依存することなくランダムな方向に拡散するため、色特性を生じず、照射範囲を均一な明るさにすることができる。
また、砂目状の面による光線のランダムな拡散により、照射範囲も広くなり、照明の広角化が図られる。
【００１１】
しかし、レンズ面を砂目状に形成した場合には、砂目状の面による光の拡散効果により観察に不要な方向に光が拡散される量がその分増加し、また、砂目状の面に反射防止コーティングを施すことができないため、凸レンズ面を通常の鏡面で構成した照明光学系と比べて光量損失が生じやすく明るさが低下してしまう。
また、砂目を粗くすると、光の拡散効果が大きくなり、ライトガイドファイバ束の網目構造に起因する照明ムラの低減効果も大きくなるが、光量損失が多くなり照明が暗くなってしまう。
一方、砂目を細かくすると、レンズ表面での光量損失は少なくなるため、照明系の明るさの低下は改善されるが、光の拡散効果が低下してしまい、ライトガイドファイバ束による配光ムラや、凸レンズによる色ムラが低減できない。さらに、広配光化も達成できなくなる。
【００１２】
しかるに、次の特許文献２には、研削研磨加工によるレンズ加工によってレンズ面を光拡散面、すなわち砂目状の面とし、さらに研削加工後のレンズ面をフッ化水素も用いた化学処理をすることで、砂目状の面による光量損失を抑えて透過率を上げるとともに、この化学処理の時間を規定することで、照明光の光量損失と配光ムラとのバランスをとることが記載されている。
【特許文献２】特開２０００−１９３８９４号公報
【００１３】
しかし、このようなレンズ加工および化学処理を併用するのは非常な手間がかかる。さらに、レンズ面の粗さにばらつきがあると、実際に個々のレンズごとに化学処理の時間を変えなければならない。このため、このようなレンズは、製造上の経済的、時間的負担を考慮すると、とても生産はできない。
【００１４】
また、特許文献２には、照明光学系を構成する平凸レンズとして平面側の砂目のレベルを、通常の鏡面仕上げのレンズと比べて約１０％の光量損失に抑えた平凸レンズが開示されている。この平凸レンズの配光分布は通常の鏡面仕上げのレンズと同一であり、砂目状の粗さレベルは鏡面に非常に近い。しかし、これでは上述した照明光周辺部の略放射状の配光ムラは十分には改善できない。
【００１５】
また、特許文献２には、砂目状のレンズ面の加工に関し、粗さ８００番程度の砥石における研削加工が例示されている。しかし、砥石の表面状態は、レンズ加工をしているうちにその表面塗粒の磨耗や研磨くずなどが砥石表面に目詰まりすることなどで変わってしまう。さらに、砥石や加工レンズの回転数や時間などの加工条件によっても加工するレンズ面の表面状態は変わってしまう。つまり、加工する砥石の番数によってレンズ面の砂目状態は規定できないため、必要な光学特性を確保するためにどのようなレンズ面の粗さ状態にしなければならないかは全く不明であった。
【００１６】
また、次の特許文献３には、砂目状のレンズ面を形成した凹レンズや凸レンズの構成が例示されている。
【特許文献３】特開２００１−２９２９５６号公報
【００１７】
しかし、特許文献３においては、単に砂目レンズを使用したこと、及び上記従来技術と同じく加工用の砥石の粗さについて言及しているだけであり、レンズ面の粗さ状態そのものについては言及されていない。
【００１８】
さらに、従来の照明光学系においては、上述した網目状の配光ムラが目立たないようにしても、照明光の周辺部に放射状の配光ムラが発生することがあった。照明ムラの低減が不十分な場合は、図３４に示すような配光ムラが生じてしまう。
なお、図３４の例では、照明光を平面上に照射し、照明光の周辺部が見やすいように照明光の中心部は黒く遮光している。
【００１９】
以上のように、従来技術では、照明光学系の砂目レンズとして必要な粗さ等の必要精度については全く着目されていなかった。これでは、単にレンズ面を砂目状態にしているだけであり、照明光学系として必要な品質を安定的に確保することは到底できなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上記従来の問題点を鑑みてなされたものであり、従来の照明光学系に比べて配光ムラや色ムラ等の照明ムラを低減させた性能の安定した小型で配光範囲の広い照明光学系、この照明光学系を用いた照明装置、及びこの照明光学系又はこの照明光学系を用いた照明装置を用いた観察システム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】
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明による照明光学系は、光源から出射される照明光を拡散させるために配置された照明光学系において、前記照明光学系を構成する光学素子の少なくとも一面を砂目状とし、該砂目状の面の算術平均粗さを０．０５〜０．７５［μｍ］の範囲となるように構成したことを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の照明光学系においては、前記照明光学系を構成する光学素子の砂目状の面における面形状のうねり回数が、該光学素子の直径方向に対して２０回以下であるのが好ましい。
【００２３】
また、本発明の照明光学系においては、前記照明光学系における光学素子の砂目状の面における面形状のうねりのＰＶ値が５０［μｍ］以下であるのが好ましい。
【００２４】
また、本発明による照明装置は、上記いずれかの本発明の照明光学系を用いたことを特徴としている。
【００２５】
また、本発明による観察システムは、光源からの出射光を被写体に照射するための照明装置および該被写体画像を目視観察あるいは外部表示装置に表示させて観察するための観察装置を含む観察システムにおいて、上記本発明のいずれかの照明光学系又は本発明の照明装置を用いたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２６】
以上述べたように、本発明の照明光学系によれば、従来の照明光学系に比べて配光ムラや色ムラ等の照明ムラを低減させた性能の安定した小型で配光範囲の広い照明光学系が得られる。
また、本発明の照明装置、又は観察システムによれば、上記効果を有する本発明の照明光学系を適用することで、さらなる性能良好で品位の向上を実現した照明装置及び観察システムが得られる。
特に、本発明の照明光学系を内視鏡を用いた観察システムに適用した場合、配光ムラや色ムラ等の照明ムラを低減させた性能の安定した小型で配光範囲の広い照明光学系の効果が非常に大きく発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明の照明光学系のように、照明光学系における砂目状の面の粗さを算術平均粗さ０．０５〜０．７５［μｍ］の範囲として最適化すると、例えば、ライトガイドの網目構造に起因して発生する配光ムラ、特に照明光の周辺部に発生する放射状の配光ムラや、レンズ硝材の分散特性によって発生する色ムラなどの照明ムラを良好に低減でき、さらに砂目状の面の拡散効果に伴う光量損失を少なく抑えた配光範囲の広い照明光学系が得られる。
【００２８】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
上述したように、照明ムラの低減が不十分な場合は、図３４に示すように、照明光の周辺部に配光ムラが生じる。
そこで、照明光の周辺部に発生する配光ムラについて図３５を用いて説明する。なお、ここでは、照明光学系の粗面の影響は考慮しないものとする。
図３５(a)〜(c)は照明光学系から出射される照明光の様子を示す説明図であり、(a)はＮＡが０．５の照明光学系における、ライトガイドファイバ束の光線高が０．４５のときの出射光線を実線、ライトガイドファイバ束の光線高が０．４２のときの出射光線を破線で示す説明図、図３５(b)はＮＡが０．２の照明光学系における、ライトガイドファイバ束の光線高が０．４５のときの出射光線を実線、ライトガイドファイバ束の光線高が０．４２のときの出射光線を破線で示す説明図、図３５(c)は図３５(b)の照明光学系を１／２の係数倍に小型化した照明光学系における、ライトガイドファイバ束の光線高が０．２２５のときの出射光線を実線、ライトガイドファイバ束の光線高が０．２１のときの出射光線を破線で示す説明図である。
【００２９】
図３５(a)，(b)では、実線と破線とで示すライトガイドファイバ束の光線高に０．０３の差をつけて、この差の部分をコア以外の暗い部分と考えて示してある。ライトガイドファイバ束の場合は図３５(d)のように、コアとコアとの隙間部分の間隔が暗い部分であり、主にクラッドから成っている。以後この間隔をＰｃとして表わす。なお、ＬＥＤのような光源を複数用いる場合は、光源間の光らない部分の間隔をＰｃとする。
この間隔Ｐｃが大きいほど、ライトガイドファイバ束内における光を通さない暗い部分が増えるため配光ムラが目立ちやすい。
なお、図３５(a)に示すような照明光学系２のＮＡが大きい場合は、図３５(b)に示すような照明光学系２のＮＡが小さい場合に比べて光の出射範囲が広くなる。
図３５に示す照明光学系２では、実線と破線で示す各々の範囲の間にコア以外の暗い部分が投影されていると考えられる。しかるに、図３５(a)，(b)に示す照明光学系２は、いずれも、明暗の部分が、かなり広範囲で重なり合うことから、照射面上では、この明暗の区別は付き難くなる。
すなわち、ＮＡが大きい方が配光ムラは目立ちにくくなる。
【００３０】
また、図３５(c)に示すように、図３５(b)の照明光学系２を１／２に係数倍して小型化し焦点距離を小さくした場合には、照射面上の実線と破線の各範囲のずれが大きくなる。このため、照射面上の明暗の区別がはっきりしてくる。
即ち、照明光学系の焦点距離が小さくなると、物体側のライトガイドファイバ束の像を拡大する倍率が大きくなるため、物体側の明暗の分布も拡大されて目立つことになる。
【００３１】
つまり、配光ムラが生じやすいのは、ライトガイドファイバ束からの出射光の光線高が小さい場合で、照明光学系の焦点距離が小さい場合である。具体的には、出射光の光線高が小さい光源を用いたり、調光に際し光源の光量を変えることにより出射光の光線高が小さくなる場合などは、配光ムラが目立ちやすくなる。
以上のように、ライトガイドファイバ束のコアとコアとの間隔Ｐｃが大きくなると配光ムラは目立ちやすくなり、照明光学系の砂目状の粗さＲａが粗くなると配光ムラは目立ちにくくなる。
つまり、配光ムラが目立たないようにするためには、次の条件式を満足することが好ましい。
１×１０-3＜Ｐｃ／Ｒａ＜１×１０3
但し、Ｐｃはライトガイドファイバ束のコアとコアとの間隔、Ｒａは照明光学系の砂目状の粗さである。なお、ＬＥＤのような光源を複数用いる場合は、光源間の光らない部分の間隔をＰｃとする。
上記条件式の下限値を下回ると、配光ムラや色ムラは目立たなくなるが、照明光学系の面の粗さが粗くなるため光量損失が大きくなり、暗い照明系となってしまう。
一方、上記条件式の上限値を上回ると、光量損失は少なくなるが配光ムラは抑えられなくなる。
【００３２】
また、照明光学系として平行平板以外のレンズ系を用いる場合、照明光学系の焦点距離ｆが小さくなると配光ムラは目立ちやすくなるため、配光ムラが目立たないようにするためには、次の条件式を満足することが望ましい。
１×１０-4[1/mm]＜｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ＜１×１０4[1/mm]
但し、Ｐｃはライトガイドファイバ束のコアとコアとの間隔、Ｒａは照明光学系の砂目状の粗さ、ｆは照明光学系の焦点距離、｜１／ｆ｜は１／ｆの大きさである。なお、ＬＥＤのような光源を複数用いる場合は、光源間の光らない部分の間隔をＰｃ、砂目状レンズの焦点距離は光軸近傍の形状を球面形状で近似した場合のレンズの焦点距離とする。
上記条件式の下限値を下回ると、配光ムラや配光ムラは目立たなくなるが、照明光学系の面の粗さが粗くなるため光量損失が大きくなり、暗い照明系となってしまう。
【００３３】
さらに、ライトガイドファイバ束のＮＡが小さくなると配光ムラは目立ちやすくなるため、配光ムラが目立たないようにするためには、次の条件式を満足するとさらに望ましい。
１×１０-4[1/mm]＜｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ×（１／ＮＡ）＜１×１０5[1/mm]
但し、Ｐｃはライトガイドファイバ束のコアとコアとの間隔、Ｒａは照明光学系の砂目状の粗さ、ｆは照明光学系の焦点距離、｜１／ｆ｜は１／ｆの大きさ、ＮＡはライトガイドファイバのＮＡである。なお、ＬＥＤのような光源を複数用いる場合は、光源間の光らない部分の間隔をＰｃ、砂目状レンズの焦点距離は光軸近傍の形状を球面形状で近似した場合のレンズの焦点距離、ＬＥＤのような光源の場合は、光源からの出射光の広がり角度の正弦値をＮＡとする。
上記条件式の下限値を下回ると、配光ムラや色ムラは目立たなくなるが、照明光学系の面の粗さが粗くなるため光量損失が大きくなり、暗い照明系となってしまう。
【００３４】
本発明の照明光学系は、結像光学系ではないため、結像倍率は定義できない。しかし、上述したように、物体側の明暗分布の拡大の程度は、照射面上の配光ムラの発生に影響する。
そこで、図１(b)に示すように、ライトガイドファイバ束の最大径の光線高と、ライトガイドファイバ束から出射される光軸に平行な光線が照明光学系を透過後に照明光学系の出射端からある距離ｔに配置された照射面に照射されたときの照射面上の光線高との比率をとる。即ち、ライトガイドファイバ束の出射光の最大光線高ｈ０、照射面上の光線高ｈ１、光線高比Δｈ＝ｈ１／ｈ０  を考える。この光線高比Δｈが大きいと、照射面上に光源側の明暗分布が拡大されて投影されるため、放射状の配光ムラとなって目立ちやすくなる。なお、光線高は照明光学系２の光軸からの距離である。
【００３５】
また、図１(b)の例では、照明光学系２の出射端から照射面までの距離ｔを１．５ｍｍと設定してある。
この場合、光線高比Δｈを少なくとも１以上となるように照明光学系を構成すると、光源からの照明光の広がりや照明光学系に設けた砂目状の面による光線の拡散効果によって、照射範囲を広くすることができる。
照射範囲をより広くするには、光線高比Δｈが２以上となるように照明光学系を構成するのが好ましい。
【００３６】
なお、このような光線高比となるように照明光学系を構成すると、配光ムラが生じやすくなるが、砂目状の面を設ければ、配光ムラの影響を低減することができる。
この場合、照明光学系の物体側近傍の平面を砂目状に構成すると、光線の拡散効果により配光ムラや色ムラが低減できる。
なお、砂目状の面は最も物体側に近い面に設けるのがよいが、最も物体側に近い面では汚れ等により砂目の効果がでにくくなる。このため、物体側近傍として、最も物体側に近い面だけでなく、物体側から第２面、第３面に平面が構成される場合には、これらのいずれの場所に設けてもよい。
【００３７】
ところで、通常の照明光学系は、平面だけでなく、屈折力を有するレンズ面で構成されることが多い。
配光ムラや色ムラは、いずれも照射範囲の周辺部で目立つが、光線を大きく曲げる、即ち屈折力が大きいレンズ面の影響を大きく受ける。このため、屈折力の大きい面を砂目状とすると、配光ムラや色ムラを効果的に低減することができる。
ここで、屈折力を有するレンズ面を有する光学素子における、砂目状にする面の屈折力をψ、出射側の屈折率をｎ'、入射側の屈折率をｎ、砂目状にする面の曲率半径をｒとすると、砂目状にする面の屈折力は、
ψ＝（ｎ'−ｎ）／ｒ
と表すことができる。
屈折力の大きさを考えると、
｜ψ｜＞０．１
を満足する面を砂目状にするとよい。
また、砂目状にする面は、照明光学系を構成する屈折力を有する面のうち、最も物体側近くに配置された面に設けると、配光ムラや色ムラを低減するのに有効である。
また、照明光学系の小型化に伴いレンズ面の屈折力も大きくなるため、小型の照明光学系に対しては、
｜ψ｜＞０．２
を満足する面を砂目状とするのがよい。
【００３８】
ここで、砂目状の面を定義するレンズ面の粗さについて説明する。
本発明における光学面の表面粗さの定義は、JIS  B  0601：2001（ISO  4287：1997）によるもので、そこで定義される粗さ曲線を求めるための基準長さｌｒ（カットオフ値λｃに等しい）は、０．０８ｍｍで計算している。
また、そこで定義されている算術平均粗さＲａと二乗平均平方根粗さＲｑは、次の式で表される。
2006039043.tif 000003
但し、Ｚ（ｘ）は縦座標値で、粗さ曲線の位置ｘにおける高さである。
そして、本発明では、粗さの定義をこの算術平均粗さＲａにて規定し、通常の研磨レンズ面である鏡面をＲａ＜0.005［μｍ］、砂目状の面をＲａ≧0.005［μｍ］として扱うこととする。
【００３９】
砂目状の面の粗さ評価は、粗さ計を用いて行う。粗さ計による測定方法には、レンズ表面を接触針で直接的に測定する方法と、レンズ表面には非接触で間接的に測定する方法の２通りの方法がある。
まず、レンズ表面の粗さを直接的に測定する方法について説明する。
図２７(a)，(b)はレンズ表面に形状測定用の接触針を直接当てて測定する方法の概略を示す説明図である。
測定対象である被検査レンズ５２は、レンズの保持や測定のしやすさのために金属製のレンズヤトイ５３に固定されている。
このように固定された状態の被検査レンズ５２のレンズ面上を直接、接触針５１で形状をなぞるようにして測定すると、接触針５１の振れによる位置データが得られる。このデータを解析することで、被検査レンズ５２の面形状データを得ることができ、面の粗さはそのまま面形状データとして表われる。
【００４０】
なお、通常は、図２７(a)に示すように、接針計５１に対して被検査レンズ５２の光軸がほぼ垂直になるように配置して測定することが多い。しかし、レンズ面の曲率半径が小さい場合や、レンズ面が非球面形状等に形成されていてレンズ周辺部にいくほどレンズ面に接触針５１が当たりにくい場合など、レンズ面の形状により測定面５２に接触針５１を当て難いことがある。
そのような場合は、図２７(b)に示すように、接触針５１に対して被検査レンズ５２の光軸を傾けて、レンズ面周辺部の形状測定を行う。
このときの傾斜角度θは、被検査レンズ５２の面形状に応じて、例えば、３０゜や４０゜等にするとよい。
【００４１】
なお、図２７に示す形状測定では、レンズ面のうちのある一箇所の断面形状を測定するにすぎない。このため、同じようにレンズ中心を通る複数箇所の断面形状を測定することが望ましい。
この測定回数は多いほどよいが、測定時間がかかってしまうため、現実的には、例えば、方位４５゜、方位３０゜おきに複数箇所測定すればよい。また、面形状の加工が安定していれば、１方向のみの測定や方位９０゜おきの２方向測定によって、レンズ面全体の加工精度を判断することも可能である。
また、図２７では凸レンズの場合の測定について示したが、凹レンズの場合でも同様の方法で形状測定が可能である。
【００４２】
図２８は砂目状のレンズ面のある半径方向に対する形状測定結果の一例を示すグラフである。図２８中、縦軸は基準レンズ形状に対する形状ずれ（μｍ）、横軸はレンズの直径方向の距離（ｍｍ）を示している。
ここで、基準レンズ形状とは、実際のレンズ形状と最もよく形状が一致した設計レンズ形状もしくはその相似変形させたレンズ形状（もとのレンズ形状を係数倍したもの）のことである。
つまり、図２８では、設計レンズ形状もしくはその相似変形させたレンズ形状に対する実際のレンズ面形状のずれを表している。
図２８に示すように、砂目状の面では細かく規則性のないランダムな凹凸形状をしている。
そして、図２８に示す算術平均粗さＲａは、約０．３μｍとなっている。
この砂目状の粗さ状態によって、配光ムラや色ムラのレベル、照明光学系からの出射光量などの光学特性が変わる。
【００４３】
図２は図１に示す本発明の一実施形態にかかる照明光学系を構成する平凸レンズの凸面の算術平均粗さＲａを変えた場合の配光特性を示すグラフである。
図２中、縦軸は中心光量を１に規格化したときの光量（％）、横軸はレンズ中心からの角度（゜）である。なお、図２では被写体が球面形状である場合における特性を示している。
図２に示すように、砂目状態が粗くなる、つまり算術平均粗さＲａが大きくなるほど射出角度が７０゜を上回る範囲における光量値が上がり、配光特性が広くなる。
【００４４】
図３は鏡面形状の面のみ有し砂目状の面を有していない従来の照明光学系の配光特性と、砂目状の面を設けて広配光化した本発明の照明光学系の配光特性との比較例を示すグラフである。
図３中、縦軸は中心光量を１に規格化したときの光量（％）、横軸はレンズ中心からの角度（゜）である。なお、図３では被写体が球面形状である場合における特性を示している。そして、図３の太線は砂目状の面を設けた照明光学系、他は従来の照明光学系である。
図３に示すように、射出角度が８０゜を上回る範囲での配光値は、砂目状の面を設けた照明光学系の方が高くなる。射出角度が８０゜を上回る範囲は、通常の照明光学系ではほとんど照明光が照射されない範囲であるが、砂目状の照明光学系では、射出角度が８５゜付近でも３％以上の光量がある。このような光量は、通常の鏡面形状の面のみ有する砂目状の面を有していない照明光学系で実現するのは難しい。
【００４５】
次に、レンズ表面の粗さを間接的に測定する方法について説明する。
砂目状の面の間接的な形状測定には、通常の研磨面の性質を利用した測定機を使用できない。このため、非接触式測定機としてＣＮＣ（computerized numerical control）画像測定機（例えば、株式会社ミツトヨ製のクイックビジョンシリーズ）を使用した例を示す図を用いて説明する。
図２９は非接触式測定機によるレンズ面の形状測方法を示す図で、測定の原理としてＣＮＣ画像測定機の観察部のみを模式的に示す説明図である。
図２９に示すように、レンズヤトイ５１に固定した被検査レンズ５２を側面から観察レンズ５１で観察することで、図３０に示すような画像を取得し、被検査レンズ５２の形状測定に必要な輪郭点の位置を求める。
このようにして得られた測定点の位置を解析することで、砂目状の面形状や粗さなどを得ることができる。
【００４６】
図３１はＣＮＣ画像測定機による測定結果の一例を示すグラフである。図３１中、縦軸は基準レンズ形状に対する形状ずれ（μｍ）、横軸はレンズの直径方向の距離（ｍｍ）である。
なお、ＣＮＣ画像測定機による測定方法は、凸面の形状を非接触に測定する場合に適用できる方法である。凹面形状の場合には、非接触測定機として三次元形状測定機（例えば、非接触式である三鷹光器株式会社製のＮＨ−３ＳＰ）を用いれば、非接触での形状測定が可能である。
なお、砂目状の面の粗さについては、上記のいずれの方法でも非接触での測定が可能である。
【００４７】
次に、砂目状のレンズ面の粗さ（算術平均粗さ）Ｒａと光学特性との関係について説明する。
図４は図１に示す本発明の一実施形態にかかる照明光学系を構成する平凸レンズにおける砂目状の面（凸面）の算術平均粗さＲａを変えた場合の光量特性を示すグラフである。
図４中、縦軸は通常の鏡面レンズ面構成の照明光学系の光量を１としたときの砂目レンズの光量（％）、横軸はＲａ（μｍ）である。
図４に示すように、レンズ面の粗さ、即ち、算術平均粗さＲａと光量とは負の相関関係があり、算術平均粗さＲａが大きくなるほど光量、即ち、レンズからの出射光量が少なくなる。
図４に示す例では、算術平均粗さＲａが約０．７５μｍのとき光量が約７０％確保できる。即ち、光量を７０％以上確保するには算術平均粗さＲａを約０．７５μｍ以下にする必要がある。
【００４８】
本発明の照明光学系の砂目状のレンズ面の形成に際しては、照明ムラの低減や配光特性、光量損失とのバランスを勘案して必要な算術平均粗さＲａの値を決定する。
但し、光量損失を少なくしつつも広配光化することに重点をおく場合であっても、算術平均粗さＲａは約０．７５μｍ以下とするのが望ましい。これ以上の粗さでは、光量損失が大きくなってしまう。
一方、光量損失の低減に重点をおく場合であっても、算術平均粗さＲａは少なくとも約０．０５μｍ以上とするのが望ましい。これ以下の粗さでは、配光ムラや色ムラなどの照明ムラが低減できない。
特に、照明範囲として射出角度を１５０゜以上に広配光化する必要がある場合には、算術平均粗さＲａは０．１μｍ〜０．７５μｍ程度の範囲にするのが望ましい。
一方、射出角度を１５０゜以上に広配光化する必要がなければ、算術平均粗さＲａは０．０５μｍ〜０．５μｍ程度の範囲にするのが望ましい。このようにすれば、光量を７５％以上確保することができる。
【００４９】
図５は図１に示す本発明の一実施形態にかかる照明光学系を構成する平凸レンズにおける砂目状の面（凸面）の算術平均粗さＲａと配光ムラとの関係を示すグラフである。
図５中、縦軸は配光ムラの強度の相対比較値、横軸は算術平均粗さＲａ（μｍ）である。
図５に示すように、砂目状態の算術平均粗さＲａが０．８弱以上の場合には、配光ムラの強度はほとんど変わらない。すなわち、これ以上粗くしても配光ムラは変わらない。
但し、図４に示したように、算術平均粗さＲａが大きくなるにしたがって、光量損失が大きくなる。このため、算術平均粗さＲａは配光ムラにほとんど影響のない０．７５以下とする必要がある。
一方、図５に示しすように、算術平均粗さＲａが小さくなると、配光ムラが少しずつ目立ってくる。しかし、算術平均粗さＲａが０．０５程度あれば従来の照明光学系よりも配光ムラが目立たないことが本件出願人の検討において確認されている。
【００５０】
以上のことから、照明光のムラを低減するには、砂目状の面は粗い方がよいが、あまり粗いと光量損失が大きくなる。一方、粗い方が面の拡散効果による配光特性は広くなるため、広配光化をする場合には有利である。
従って、実際の砂目の加工に際しては、レンズ面の粗さ（算術平均粗さ）Ｒａと光学特性とのバランスがとれる最適な砂目の粗さレベルを決める必要がある。
【００５１】
実際のレンズ面の形状を上述した基準レンズ形状からの形状ずれとして扱った場合、上述の面の算術平均粗さＲａと、算術平均粗さＲａに比べて低周波で形状が変化するうねりとに分けて考えることができる。
本発明では、１周期として０．０５ｍｍ以上の形状変化をうねりとして扱うことにする。
【００５２】
図６はレンズ面のうねりについての概略説明図である。図６中、縦軸は基準レンズ形状に対する形状ずれ（μｍ）、横軸はレンズ中心から半径方向の距離（ｍｍ）である。
本発明では、図６で示す形状ずれの周期的な繰り返し数をうねりの回数もしくはうねり数とし、この形状の振幅をうねりの振幅とする。
【００５３】
通常、レンズ面は、レンズの中心に対して回転対称な形状に形成される。
したがって、図６のような分布形状は、あらゆる半径方向について同じとなり、レンズの直径方向に対しても同様な分布となる。このため、直径方向のうねり回数は、半径方向のうねり回数の２倍となる。図６の場合は、レンズ半径方向でうねり回数が約３回、レンズ直径方向ではうねり回数が約６回となる。
【００５４】
また、うねりの振幅をＰＶ値で考えると、ＰＶ＝振幅×２  となる。しかし、振幅値が一定でない場合は、振幅の最大値をＰＶ値とする。
【００５５】
うねりの回数および振幅は、配光ムラや光量、配光特性などに影響する。
うねりの回数が多いと、特に照射範囲の中心付近での配光特性に明暗の変化が出て照明ムラとなってしまう。また、うねりの振幅が大きいと、特に照射範囲の中心の光量が低下してしまう。
しかし、本発明の光学系は、結像光学系と異なり照明光学系である。このため、それほどレンズ形状に関して高精度である必要はなく、レンズの加工性と照明ムラなどの光学特性を考慮しつつ、うねりの回数とうねりの振幅を決めることができる。
【００５６】
本件出願人による検討結果によれば、うねりの回数は、レンズの直径範囲内で２０回以下であれば照明ムラを抑えることができレンズの性能への影響が少なかった。しかし、レンズ性能をより安定なものとするためには、うねりの回数は、できれば１０回以下とするのが望ましい。
また、うねりの振幅は、２５μｍ程度までは、照射範囲の中心の光量が大きく低下することがなかった。しかし、より安定的な光学特性を確保するためには、うねりの振幅は、２０μｍ以下にするのが望ましく、できれば１０μｍ以下にすれば光学特性への影響を考慮しなくて済むので望ましい。なお、うねりの振幅をＰＶ値で考えた場合には、上記数値の２倍が許容範囲となる。
【００５７】
なお、このうねりの形状については、レンズ直径範囲で考える。また、直径の方向によって多少はレンズ形状が異なるので、複数箇所での測定をするとよい。ただし、レンズに光線が通過しない領域がある場合には、光線の通過する有効範囲内において考えるものとする。
また、うねりの形状はｓｉｎ関数的な形状であるが、レンズの中心領域でのうねりの形状は、図７に示すようなＭ型形状や図８に示すようなＷ型形状であっても構わない。
【００５８】
また、レンズ面を非球面とすると、球面に比べて自由に配光性能を変えることができる。このため、非球面形状の面に砂目を施せば、面の拡散効果により一層広配光化できる。なお、非球面形状Z（ｙ）は、光軸方向をZ、光軸からの高さをｙとして、光の進行方向を正としたとき、次式にて表される。
2006039043.tif 000004
但し、Rはレンズの曲率半径、ｋは円錐係数、A２は２次の非球面係数、A４は４次の非球面係数、Aｎはｎ次の非球面係数である。また、レンズ形状は光軸中心に対して対称形であるため、このように偶数次数にて構成する必要がある。
【００５９】
また、配光ムラの発生レベルは、ライトガイドファイバ束の端面の網目構造によって変わる。
ライトガイドファイバ束は、光を導光するコアの部分とコア内に光を閉じ込めるためのクラッドからなるファイバ単繊維（単ファイバ）が多く集まってできており、ライトガイドファイバ束を構成する各ファイバ単繊維のクラッド間には接着剤等々による隙間がある。
ライトガイドファイバ束の断面積内に含まれるファイバ単繊維の断面積の総和とライトガイドファイバ束の断面積との比率である充填率は、通常７０％〜８０％程度である。しかし、ファイバ単繊維の断面の中でも、実際に光るのはコアの部分だけであり、クラッドの部分は光らない。また、ライトガイドファイバ束としてみた場合にはクラッド間の隙間も光らない。このため、ファイバ充填率では、ライトガイドファイバ束の端面で光るコア部分の範囲を有効に表わすことにはならない。
【００６０】
ライトガイドファイバ束の網目構造は、光らない領域が多くなって明暗の差がはっきりすると目立ってくる。そのため、光っているコアの領域とコア以外の光らない領域の関係で配光ムラの発生レベルが変わる。
配光ムラを目立ちにくくするには、外径が同じ大きさのライトガイドファイバ束の場合は、ライトガイドファイバ束内のコアの領域を増やせばよい。そこで、外径が同じ大きさのファイバ単繊維でも充填率を上げて単繊維どうしの隙間を少なくするか、同じ充填率としても外径の大きさが同じファイバ単繊維内におけるクラッド等の構成厚を薄くしてコア径を大きくすればよい。
【００６１】
例えば、図９に示すようなライトガイドファイバ束では、各ファイバ単繊維間の隙間が広く、光を通さない暗い領域が多くなり網目構造が目立ちやすいため、配光ムラを生じやすい。
しかし、図１０に示すようにファイバの充填率を上げると、各ファイバ単繊維間に生じる隙間の領域が狭くなるので、暗い領域が少なくなり配光ムラを生じにくい。
例えば、ライトガイドファイバ束の端部に外部より圧力を加えてかしめることによって、クラッド間の隙間を少なくしてファイバの充填率を上げた圧着ライトガイドファイバ束にするとよい。
さらには、図１１に示すようにクラッドが溶融して一体化された融着ライトガイドであればなおよい。図１１に示す融着ライトガイドファイバ束は、各単ファイバ間にあるクラッド間の隙間がなく、各コアの周りはクラッドのみで覆われた構成となっている。
また、ファイバ単繊維内のクラッド層の厚さをもっと薄くすれば、さらなる配光ムラの改善となり、砂目面の粗さレベルをもっと細かくすることができる。ただし、クラッド層は、光をコア内に閉じ込めるために数μｍ程度は必要となるため、完全にはなくすことができない。
【００６２】
以上述べたようなライトガイドファイバ束を使用すると、さらに配光ムラが生じにくい明るい照明光学系が構成できる。
そして、このようなライトガイドファイバ束と組合せた照明光学系では、配光ムラが低減されるため、砂目の粗さを細かくすることができる。
ただし、色ムラの低減や広配光化のためには、砂目の粗さは細かくても算術平均粗さＲａが０．０５程度以上が必要である。
【００６３】
次に、本発明の照明光学系とともに用いるのに好適なライトガイドファイバ束について構成例を示しながら説明する。
例えば、ファイバ単繊維径40μｍ、コア径35μｍ、ライトガイドファイバ束径3ｍｍ、ファイバ単繊維の構成本数4218本、充填率75％のライトガイドファイバ束がある。ここで、ライトガイドファイバ束の断面積Ｓ0は7.069ｍｍ2、ファイバ単繊維のコア断面積Ｓ1'は0.000962ｍｍ2となるから、コア部分の全断面積Ｓ1は、Ｓ1＝0.000962×4218＝4.058ｍｍ2となる。したがって、ライトガイドファイバ束の断面積Ｓ0に対するコア部分の全断面積Ｓ1との比率ΔＳは、ΔＳ＝Ｓ1／Ｓ0＝4.058÷7.069＝0.574となる。
【００６４】
もちろん、様々なファイバ単繊維径や充填率等のライトガイドファイバ束が構成可能である。しかるに、本発明の照明光学系に光を導くために用いるライトガイドファイバ束は、ライトガイドファイバ束の断面積に占めるコア部分の全断面積との比率ΔＳが約０．５以上の場合において、良好な光学特性が得られるように構成するとよい。
なお、比率ΔＳが約０．５以下となるライトガイドファイバ束であっても本発明の照明光学系に適用できないわけではない。しかし、比率ΔＳが小さくなるとライトガイドファイバ束の網目構造による配光ムラが出やすくなるため、照明光学系のレンズ面に設ける砂目のレベルを本発明の照明光学系のレンズ面に設ける場合よりも粗くする必要が生じ、光量損失がより多くなり照射される光が暗くなってしまう。
そのため、なるべく配光ムラが生じにくいような比率ΔＳの大きいライトガイドファイバ束を用いるのがよい。
【００６５】
例えば、上述のライトガイドファイバ束において、ファイバ単繊維径を38μｍとしてクラッドの厚さを薄くした場合には、充填率が同じ75％でも構成本数は4674本となるから、コア部分の全断面積Ｓ1は、Ｓ1＝0.000962×4674＝4.496ｍｍ2となる。したがって、ライトガイドファイバ束の断面積Ｓ0に占めるコア部分の全断面積Ｓ1との比率ΔＳは、ΔＳ＝Ｓ1／Ｓ0＝4.496／7.069＝0.636となる。
さらに、比率ΔＳが0.6以上であると、配光ムラが生じにくくなる。このため、特に明るさを優先したい場合には、比率ΔＳが0.6以上のライトガイドファイバ束を用いると、照明光学系のレンズ面の砂目の粗さレベルを小さくすることができ光量損失を少なくすることができる。また、比率ΔＳが0.6以上であると、上述した比率ΔＳが0.574のライトガイドファイバ束に比べてコア面積が増え、ライトガイドファイバ束による導光量も増えて明るくなるため好ましい。
【００６６】
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
【実施例１】
【００６７】
図１は本発明の実施例１にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
実施例１の照明光学系２は、物体側が平面でライトガイドファイバ束側が凸面の平凸レンズ１枚で構成されている。
平凸レンズの凸面ｒ2は、非球面形状に形成され、さらにその非球面形状の面に砂目加工が施されて構成されている。そして、この砂目により配光ムラおよび色ムラの発生を抑えている。
平凸レンズは、その凸面ｒ2をライトガイドファイバ束１の出射端面ｒ3と接触するように配置されている。
砂目状の面の算術平均粗さＲａは約０．３μｍである。なお、算術平均粗さＲａは０．０５〜０．７５μｍの範囲であればよい。
【００６８】
このように構成した実施例１の照明光学系２によれば、凸面を非球面かつ砂目状の面で構成したので、上述のように従来にない広配光な特性を得ることができる。
一方、広配光化しつつも砂目の粗さも最適化しているため、砂目による光量損失はあまり多くはない。
また、砂目でない従来の照明光学系と比べても、光量損失はせいぜい３０％程度であり、広配光化にも関わらず実質的には約２０〜２５％程度に抑えることができる。これは従来技術の場合よりも光量損失が小さくなっている。
また、砂目は照明光の出射側に設けていないため、例えば、内視鏡に適用した場合であっても、砂目が粘液や水、ゴミ等が付着することで所望の光学特性が出なくなるようなことはない。
【００６９】
また、実施例１の照明光学系２によれば、平凸レンズを、その凸面がライトガイドファイバ束１の出射端面と接触するように配置したので、平凸レンズとライトガイドファイバ束１それぞれの位置合わせがしやすく、間隔環のような枠部材を不要にすることができる。
また、実施例１の照明光学系２によれば、レンズ構成枚数が平凸レンズ１枚であり少ないので原価低減ができる。また、レンズ全長が短いため、内視鏡に適用すると先端硬質部の長さを短くできる。そのため、特に、内視鏡先端部に照明光学系を傾けて配置する内視鏡であっても、内視鏡先端部の外径を細径化することができる。
【００７０】
次に、実施例１の照明光学系２を構成する光学部材の数値データを示す。なお、数値データ中、ｒ1、ｒ2・・・は各レンズ面等の曲率半径、ｄ1、ｄ2・・・は各レンズ等の肉厚またはそれらの空気間隔、ｎd1、ｎd2・・・は各レンズ等のｄ線での屈折率、νd1、νd3・・・は各レンズ等のｄ線でのアッベ数である。
また、各実施例中の焦点距離はｄ線に対する値である。
また、非球面係数は、上述した非球面形状Ｚ（ｙ）を示す式で用いたｎ次の非球面係数Ａｎで示している。なお、実施例１では、４次の非球面係数のみを使用しているが、他の次数の非球面係数を用いても構わない。ただし、形状は光軸中心に対して対称形とするため、偶数次数にて構成する必要がある。また、記載のない次数の非球面係数は、上述の非球面式において数値０として扱っている。
また、これらの記号は、以下の各実施例において共通である。
【００７１】
［数値データ１］
ｒ1＝∞                    ｄ1＝1.85    ｎd1＝1.883    νd1＝40.76
ｒ2＝-0.675(非球面、砂目)  ｄ2＝0       ｎd2＝1
ｒ3＝∞(ライトガイドファイバ束の端面)
非球面係数
第２面
ｋ＝-0.625  、A4＝-0.1
【００７２】
砂目状の面の算術平均粗さＲａ：０．３[μｍ]
砂目状の面における面形状のうねり：５回
うねりの振幅のＰＶ値：１５[μｍ]
レンズ外径：φ１．５
ライトガイドファイバ束の外径：φ１．３５
ＮＡ：０．６
ライトガイドファイバ束のコアとコアとの間隔Ｐｃ：３μｍ
ライトガイドファイバ束の充填率：７５．２％
ライトガイドファイバ束の断面積Ｓ0：１．４３１ｍｍ2
ライトガイドファイバ束の断面に占めるコア部分の断面積Ｓ1：０．８７３ｍｍ2
断面積の比率ΔＳ：Ｓ1／Ｓ0＝０．６１
レンズ出射端から照射面までの距離ｔ：１．５ｍｍ
照射面上の光線高ｈ1：３．３９４
ライトガイドファイバ束からの出射光の最大光線高ｈ0：０．６７５
光線高比Δｈ：５．０３
照明光学系全系の焦点距離ｆ：０．７６４
砂目状の面の屈折力ψ：１．３０８
Ｐｃ／Ｒａ：１０
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ：１３．０９[1/mm]
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ×（１／ＮＡ）：２１．８２[1/mm]
【実施例２】
【００７３】
図１２は本発明の実施例２にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
実施例２の照明光学系２は、物体側が平面でライトガイドファイバ束側が凸面の平凸レンズ２1と、単ファイバ２2とで構成されている。
単ファイバ２2の入射端面ｒ4とライトガイドファイバ束１の出射端面ｒ5、および単ファイバ２2の出射端面ｒ3と平凸レンズ２1の凸面ｒ2は、それぞれ接触するように配置されている。
平凸レンズ２1の凸面ｒ2は、球面形状に形成され、さらにその球面形状の面に砂目加工が施されて構成されている。
砂目の面の算術平均粗さＲａは約０．２μｍである。実施例２では、単ファイバ２2と組合せたことにより砂目による配光ムラの低減効果は少なくて済むため、実施例２の照明光学系では、品質を確保するのに必要な砂目の算術平均粗さＲａは０．０５〜０．５μｍの範囲でもよい。
【００７４】
このように構成した実施例２の照明光学系２によれば、平凸レンズ２1の凸面ｒ2に形成した球面かつ砂目状の面により配光ムラおよび色ムラの発生が抑えられるとともに、単ファイバ２2でライトガイドファイバ束１の網目による配光ムラが低減される。
このため、実施例２の照明光学系２によれば、構成部品としての光学素子数は増えるものの、砂目の効果だけで配光ムラを除去するのに比べて、単ファイバ２2を介して砂目の粗さレベルを細かくすることができるため、砂目による光量損失を低減することができる。
特に、内視鏡の細径化に伴いライトガイドファイバ束を構成するファイバ単繊維の本数を多くすることができないために、照明光量が少なく明るさにあまり余裕がない場合などに、実施例２の照明光学系２は非常に有効である。
また、砂目は照明光の出射側に設けていないため、例えば、内視鏡に適用した場合であっても、砂目が粘液や水、ゴミ等が付着することで所望の光学特性が出なくなるようなことはない。
【００７５】
また、実施例２の照明光学系２によれば、平凸レンズ２1と単ファイバ２2を、凸面ｒ2と単ファイバの出射端面ｒ3とが接触するように配置したので、レンズと単ファイバとの間に設ける間隔環のような枠部材を不要にすることができる。
なお、単ファイバ２2は、ライトガイドファイバ束１からの出射光を均一化するために、ある程度の適当な長さがあるのが望ましい。
例えば、図１３に示すように照明光学系２の出射端側から光軸に平行な光線を入射させたときに、その照明光学系２による集光位置にライトガイドファイバ束の出射端面が位置しないような長さにする。このようにすると、逆にライトガイドファイバ束の出射端面の網目構造が被写体側に画像として映りにくくなり、網目による配光ムラが発生しにくくなる。
従って、単ファイバ２2の長さｄＬは長いほど、ライトガイドファイバ束からの出射光が混合されるので好ましく、少なくとも単ファイバ２2の出射端側に配置されている平凸レンズ２1の焦点距離ｆ凸以上の長さは必要である。この条件を満足するには、単ファイバ２2のコアの屈折率をｎとすると、単ファイバ２2の空気換算長はｄＬ／ｎであるから、
ｄＬ／ｎ＞ｆ凸／ｆ
を満足することが必要となる。
但し、ｆは照明光学系の全系の焦点距離である。
なお、照明光学系を凸レンズ１枚で構成する場合であれば、ｆ凸／ｆ＝１  となるから、
ｄＬ／ｎ＞１  即ち、ｄＬ＞ｎ
を満足することが必要となる。
よって、単ファイバ２2のコアの屈折率を1.5以上で構成したときには、
ｄＬ＞1.5
を満足することが必要である。
【００７６】
次に、実施例２の照明光学系２を構成する光学部材の数値データを示す。
［数値データ２］
ｒ1＝∞                    ｄ1＝1.4    ｎd1＝1.883      νd1＝40.76
ｒ2＝-0.58(球面、砂目)     ｄ2＝0      ｎd2＝1
ｒ3＝∞(単ファイバコア)    ｄ3＝2.7    ｎd3＝1.80518    νd3＝25.42
ｒ4＝∞                    ｄ4＝0      ｎd4＝1
ｒ5＝∞(ライトガイドファイバ束の端面)
【００７７】
砂目状の面の算術平均粗さＲａ：０．２[μｍ]
砂目状の面における面形状のうねり：４回
うねりの振幅のＰＶ値：１０[μｍ]
レンズ外径：φ１
ライトガイドファイバ束の外径：φ０．９
ＮＡ：０．６
ライトガイドファイバ束のコアとコアとの間隔Ｐｃ：３μｍ
ライトガイドファイバ束の充填率：７６．２％
ライトガイドファイバ束の断面積Ｓ0：０．６３６ｍｍ2
ライトガイドファイバ束の断面に占めるコア部分の断面積Ｓ1：０．３９３ｍｍ2
断面積の比率ΔＳ：Ｓ1／Ｓ0＝０．６１８
レンズ出射端から照射面までの距離ｔ：１．５ｍｍ
照射面上の光線高ｈ1：２．４８１
ライトガイドファイバ束からの出射光の最大光線高ｈ0：０．４５
光線高比Δｈ：５．５１３
照明光学系全系の焦点距離ｆ：０．６５７
砂目状の面の屈折力ψ：１．５２２
単ファイバの長さｄＬ：２．７
単ファイバのコアの屈折率ｎ：１．８０５
単ファイバの空気換算長ｄＬ／ｎ：１．４９６
凸レンズの焦点距離／照明光学系全系の焦点距離：ｆ凸／ｆ＝１
Ｐｃ／Ｒａ：１５
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ：２２．８３[1/mm]
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ×（１／ＮＡ）：３８．０５[1/mm]
【実施例３】
【００７８】
図１４は本発明の実施例３にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
実施例３の照明光学系２は、物体側が平面でライトガイドファイバ束側が凸面の平凸レンズ２1aと、両凸レンズ２1bとで構成されている。
平凸レンズ２1aの凸面ｒ2は、球面形状に形成され、さらにその球面形状の面に砂目加工が施されて構成されている。
実施例３の照明光学系２では、レンズの曲率半径が小さく、光の屈折作用が強い面を砂目状にしている。このため、拡散効果を出しやすく広配光化しやすくなっている。また、この砂目により配光ムラを抑えながら、物体面に近い面を砂目状としたので色ムラの発生も抑えられる。
【００７９】
次に、実施例３の照明光学系２を構成する光学部材の数値データを示す。
［数値データ３］
ｒ1＝∞                    ｄ1＝1.3000  ｎd1＝1.883    νd1＝40.76
ｒ2＝-1.6(球面、砂目)      ｄ2＝0.1000  ｎd2＝1
ｒ3＝6.0                   ｄ3＝0.7500  ｎd3＝1.883    νd3＝40.78
ｒ4＝-1.6                  ｄ4＝0       ｎd4＝1
ｒ5＝∞(ライトガイドファイバ束の端面)
【００８０】
砂目状の面の算術平均粗さＲａ:０．４[μｍ]
砂目状の面における面形状のうねり：６回
うねりの振幅のＰＶ値：１２[μｍ]
レンズ外径：φ１．８
ライトガイドファイバ束の外径：φ１．６
ＮＡ：０．６
ライトガイドファイバ束のコアとコアとの間隔Ｐｃ：３μｍ
ライトガイドファイバ束の充填率：７５％
ライトガイドファイバ束の断面積Ｓ0：２．０１１ｍｍ2
ライトガイドファイバ束の断面に占めるコア部分の断面積Ｓ1：１．２２４ｍｍ2
断面積の比率ΔＳ：Ｓ1／Ｓ0＝０．６０９
レンズ出射端から照射面までの距離ｔ：１．５ｍｍ
照射面上の光線高ｈ1：２．８６６
ライトガイドファイバ束からの出射光の最大光線高ｈ0：０．８
光線高比Δｈ：３．５８３
照明光学系全系の焦点距離ｆ：０．９４３
砂目状の面の屈折力ψ：０．５５２
Ｐｃ／Ｒａ：７．５
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ：７．９５[1/mm]
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ×（１／ＮＡ）：１３．２６[1/mm]
【実施例４】
【００８１】
図１５は本発明の実施例４にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
実施例４の照明光学系２は、物体側が平面でライトガイドファイバ束側が凸面の平凸レンズ２1aと、物体側が凸面でライトガイドファイバ束側が平面の平凸レンズ２1b’と、物体側が凸面でライトガイドファイバ束側が平面の平凸レンズ２1Cとで構成されている。
平凸レンズ２1aの凸面ｒ2は、球面形状に形成され、さらにその球面形状の面に砂目加工が施されて構成されている。
また、平凸レンズ２1Cは、単ファイバで構成されている。
【００８２】
実施例４の照明光学系２によれば、レンズの曲率半径が小さく、光の屈折作用が強い面を砂目状にしたので、より拡散効果を出しやすくより広角化しやすい。
さらに物体面に近い面を砂目状としたので、配光ムラや色ムラの発生を抑えることができる。
また、ライトガイドファイバ束１側に単ファイバを設けたので、ライトガイドファイバ束１の網目による配光ムラの発生が低減されており、砂目状の算術平均粗さＲａは小さなものとなっている。これにより砂目の拡散による光量損失はかなり少なくすることができる。
また、凸レンズ同士は、レンズ面頂部で密着している。このため、間隔環の枠部材を不要にすることができる。
【００８３】
次に、実施例４の照明光学系２を構成する光学部材の数値データを示す。
［数値データ４］
ｒ1＝∞                    ｄ1＝1.11    ｎd1＝1.88300  νd1＝40.76
ｒ2＝-1.502(球面、砂目)    ｄ2＝0.04    ｎd2＝1
ｒ3＝1.203                 ｄ3＝0.65    ｎd3＝1.88300  νd3＝40.76
ｒ4＝∞                    ｄ4＝0       ｎd4＝1
ｒ5＝1.262(単ファイバコア) ｄ5＝2.75    ｎd5＝1.80518  νd5＝25.42
ｒ6＝∞                    ｄ6＝0       ｎd6＝1
ｒ7＝∞(ライトガイドファイバ束の端面)
【００８４】
算術平均粗さＲａ：０．１[μｍ]
うねり：４回
うねりの振幅のＰＶ値：８[μｍ]
レンズ外径：φ１．２
ライトガイドファイバ束の外径：φ１．１
ＮＡ：０．６
ライトガイドファイバ束のコアとコアとの間隔Ｐｃ：３μｍ
ライトガイドファイバ束の充填率：７６．１％
ライトガイドファイバ束の断面積Ｓ0：０．９５ｍｍ2
ライトガイドファイバ束の断面に占めるコア部分の断面積Ｓ1：０．５８７ｍｍ2
断面積の比率ΔＳ：Ｓ1／Ｓ0＝０．６１８
レンズ出射端から照射面までの距離ｔ：１．５ｍｍ
照射面上の光線高ｈ1：５．１０６
ライトガイドファイバ束からの出射光の最大光線高ｈ0：０．５５
光線高比Δｈ：９．２８４
照明光学系全系の焦点距離ｆ：０．６１０
砂目状の面の屈折力ψ：０．５８８
単ファイバの長さｄＬ：２．７５
単ファイバのコアの屈折率ｎ：１．８０５
凸レンズの焦点距離ｆ凸：０．７６７
単ファイバの空気換算長ｄＬ／ｎ：１．５２４
凸レンズの焦点距離／照明光学系全系の焦点距離：ｆ凸／ｆ＝１．２５７
Ｐｃ／Ｒａ：３０
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ：４９．１８[1/mm]
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ×（１／ＮＡ）：８１．９７[1/mm]
【実施例５】
【００８５】
図１６は本発明の実施例５にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
実施例５の照明光学系２’は、物体側が平面でライトガイドファイバ束側が凹面の平凹レンズで構成されている。
平凹レンズの凹面ｒ2は、球面形状に形成され、さらにその球面形状の面に砂目加工が施されて構成されており、広配光な照明範囲を得ることができるようになっている。
実施例５の照明光学系２’によれば、レンズ中心部から周辺部まで光線を一様に拡散させることができ、より均一な配光を得ることができる。
また、凹面に砂目を形成するようにしたので、砂目状の拡散効果により凹面の曲率半径をあまり小さくしなくて済み、レンズ加工上有利である。
【００８６】
次に、実施例５の照明光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
［数値データ５］
ｒ1＝∞                    ｄ1＝0.5     ｎd1＝1.88300  νd1＝40.76
ｒ2＝1.392(球面、砂目)     ｄ2＝0.61    ｎd2＝1
ｒ3＝∞(ライトガイドファイバ束の端面)
【００８７】
砂目状の面の算術平均粗さＲａ：０．６[μｍ]
砂目状の面における面形状のうねり：１４回
うねりの振幅のＰＶ値：１５[μｍ]
レンズ外径：φ３．４
ライトガイドファイバ束の外径：φ１．６
ＮＡ：０．６
ライトガイドファイバ束のコアとコアとの間隔Ｐｃ：３μｍ
ライトガイドファイバ束の充填率：７５％
ライトガイドファイバ束の断面積Ｓ0：２．０１１ｍｍ2
ライトガイドファイバ束の断面に占めるコア部分の断面積Ｓ1：１．２２４ｍｍ2
断面積の比率ΔＳ：Ｓ1／Ｓ0＝０．６０９
レンズ出射端から照射面までの距離ｔ：１．５ｍｍ
照射面上の光線高ｈ1：２．０４９
ライトガイドファイバ束からの出射光の最大光線高ｈ0：０．８
光線高比Δｈ：２．５６１
照明光学系全系の焦点距離ｆ：-１．５７６
砂目状の面の屈折力ψ：０．６３４
Ｐｃ／Ｒａ：５
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ：３．１７[1/mm]
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ×（１／ＮＡ）：５．２９[1/mm]
【実施例６】
【００８８】
図１７は本発明の実施例６にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
実施例６の照明光学系２は、物体側が平面でライトガイドファイバ束側が凸面の平凸レンズ２1の物体側に平行平板２3を配置し、この平行平板２3のライトガイドファイバ束側の面ｒ2に砂目加工を施して構成されている。
実施例６の照明光学系２によれば、実施例６の照明光学系２は、実施例１〜５の照明光学系と異なり、曲面ではなく平面を砂目状としたので、配光ムラや色ムラの発生をより抑えることができる。また、砂目の加工がしやすい。
なお、実施例６の照明光学系２において、平凸レンズ２1の凸面ｒ4を砂目状の面として構成することも可能である。
【００８９】
次に、実施例６の照明光学系２を構成する光学部材の数値データを示す。
［数値データ６］
ｒ1＝∞                    ｄ1＝0.3      ｎd1＝1.88300  νd1＝40.76
ｒ2＝∞(砂目)              ｄ2＝0        ｎd2＝1
ｒ3＝∞                    ｄ3＝0.6      ｎd3＝1.88300  νd3＝40.76
ｒ4＝-0.7                  ｄ4＝0        ｎd4＝1
ｒ5＝∞(ライトガイドファイバ束の端面) 
【００９０】
砂目状の面の算術平均粗さＲａ：０．２５[μｍ]
砂目状の面における面形状のうねり：３回
うねりの振幅のＰＶ値：１０[μｍ]
レンズ外径：φ１
ライトガイドファイバ束の外径：φ０．９
ＮＡ：０．６
ライトガイドファイバ束のコアとコアとの間隔Ｐｃ：３μｍ
ライトガイドファイバ束の充填率：７６．２％
ライトガイドファイバ束の断面積Ｓ0：０．６３６ｍｍ2
ライトガイドファイバ束の断面に占めるコア部分の断面積Ｓ1：０．３９３ｍｍ2
断面積の比率ΔＳ：Ｓ1／Ｓ0＝０．６１８
レンズ出射端から照射面までの距離ｔ：１．５ｍｍ
照射面上の光線高ｈ1：１．０８６
ライトガイドファイバ束からの出射光の最大光線高ｈ0：０．４５
光線高比Δｈ：２．４１３
照明光学系全系の焦点距離ｆ：０．７９３
砂目状の面の屈折力ψ：０
Ｐｃ／Ｒａ：１２
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ：１５．１３[1/mm]
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ×（１／ＮＡ）：２５．２２[1/mm]
【実施例７】
【００９１】
図１８は本発明の実施例７にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
実施例７の照明光学系２”は、ライトガイドファイバ束１の物体側に配置された平行平板で構成されている。
平行平板のライトガイドファイバ束側の面ｒ2には、砂目加工が施されている。
実施例７の照明光学系２”も実施例６と同様に、曲面ではなく平面を砂目状としたので、配光ムラや色ムラの発生をより抑えることができ、また、砂目の加工がしやすい。
また、例えば、細径内視鏡用の照明光学系として用いるなど、照明系の配置スペースが確保しにくいような場合には、平行平板は断面形状を円形以外の半円や三日月、小判型等の外形に容易に加工できるため、内視鏡の太径化を抑えることができる。
その場合の照明光学系２”の断面形状は、ライトガイドファイバ束１の出射端面の断面形状に合わせて相似的な形状にするとよい。
【００９２】
次に、実施例７の照明光学系２”を構成する光学部材の数値データを示す。
［数値データ７］
ｒ1＝∞                    ｄ1＝0.3      ｎd1＝1.88300  νd1＝40.76
ｒ2＝∞(砂目)              ｄ2＝0        ｎd2＝1
ｒ3＝∞(ライトガイドファイバ束の端面) 
【００９３】
砂目状の面の算術平均粗さＲａ：０．２[μｍ]
砂目状の面における面形状のうねり：３回
うねりの振幅のＰＶ値：８[μｍ]
レンズ外径：φ１
ライトガイドファイバ束の外径：φ０．９
ＮＡ：０．６
ライトガイドファイバ束のコアとコアとの間隔Ｐｃ：３μｍ
ライトガイドファイバ束の充填率：７６．２％
ライトガイドファイバ束の断面積Ｓ0：０．６３６ｍｍ2
ライトガイドファイバ束の断面に占めるコア部分の断面積Ｓ1：０．３９３ｍｍ2
断面積の比率ΔＳ：Ｓ1／Ｓ0＝０．６１８
レンズ出射端から照射面までの距離ｔ：１．５ｍｍ
照射面上の光線高ｈ1：０．４５
ライトガイドファイバ束からの出射光の最大光線高ｈ0：０．４５
光線高比Δｈ：１
照明光学系全系の焦点距離ｆ：∞
砂目状の面の屈折力ψ：０
Ｐｃ／Ｒａ：１５
【実施例８】
【００９４】
図１９は本発明の実施例８にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
実施例８の照明光学系２は、基本的な照明光学系の形状、うねり回数や振幅などは実施例１と同様である。
但し、実施例８の照明光学系２では、平凸レンズの凸面ｒ2に施された砂目の粗さが中心領域と周辺領域とで異なり、凸面ｒ2の中心領域では算術平均粗さＲａが約０．３、周辺領域では算出平均粗さＲａが約０．６となっている。
【００９５】
照射範囲の周辺部は、ライトガイドファイバ束の周辺部からの光線が大きく寄与している。このため、ライトガイドファイバ束の周辺部からの光線が通るレンズ面の周辺部が配光ムラに関係する。
そこで、実施例８の照明光学系２では、照射範囲の周辺部となるライトガイドファイバ束１の周辺部からの光線を大きく拡散させるために、この周辺光を透過させるレンズ面ｒ2の周辺部の算術平均粗さＲａを粗くしている。
【００９６】
また、実施例８の照明光学系２では、照射範囲の中心部での光量損失を抑えて明るさを確保するために、レンズ面ｒ2の中心部の算術平均粗さＲａを小さくしている。
なお、ここでの照射範囲の中心部及び周辺部は、ライトガイドファイバ束１の半径をｒとしたとき、中心部はライトガイドファイバ束１の中心より約ｒ/２から３ｒ/４程度の範囲、周辺部はこの中心部を除く部分を通る光線の範囲とする。実施例８の照明光学系２では、平凸レンズの外径がφ１．５であり、その中心部を約φ０．８の範囲とし、これ以外の範囲を周辺部としている。
なお、この中心部及び周辺部の照射範囲は、ライトガイドファイバ束１の出射端から出射されるライトガイドファイバ束１の光軸と平行な光線を追跡したときに、砂目状のレンズ面ｒ2上を通過する光線がレンズｒ2面上において入射する範囲として規定するとよい。
【００９７】
実施例８の照明光学系２では、ライトガイドファイバ束１の出射端面側にレンズの砂目状の面ｒ2が向いた配置となっている。このため、ライトガイドファイバ束１の出射端からライトガイドファイバ束の光軸と平行な光線を追ったときにはライトガイドファイバ束１の出射端の領域とレンズ面ｒ2の入射端での領域は同じになる。
【００９８】
なお、砂目状の面における中心領域と周辺領域との粗さは連続的に変化することが望ましいが、砂目の加工上、領域ごとに区別しながら加工するのは難しい。
しかし、砂目により光線が拡散されるため、算術平均粗さＲａの変化に不連続な箇所があっても配光特性に大きな影響はない。
なお、砂目の粗さを変えるには、加工領域ごとに砥石の回転数などの加工条件を変えればよい。
このように砂目状のレンズ面における中心領域と周辺領域との粗さを変えて加工した実施例８の照明光学系２によれば、レンズ面の中心領域での算術平均粗さＲａが小さいため、中心部分の光量が上がり、明るい照明をすることができる。
【００９９】
次に、実施例８の照明光学系を構成する光学部材の数値データを示す。なお、実施例１の照明光学系と共通するデータについては、省略する。
［数値データ７］
中心部φ0.8の範囲内での砂目状の面の算術平均粗さＲａ：０．３[μｍ]
周辺部φ0.8〜φ1.5の範囲での砂目状の面の算術平均粗さＲａ：０．６[μｍ]
砂目状の面における面形状のうねり：５回
うねりの振幅のＰＶ値：１５[μｍ]
レンズ外径：φ１．５
ライトガイドファイバ束の外径：φ１．３５
ＮＡ：０．６
ライトガイドファイバ束のコアとコアとの間隔Ｐｃ：３μｍ
ライトガイドファイバ束の充填率：７５．２％
ライトガイドファイバ束の断面積Ｓ0：１．４３１ｍｍ2
ライトガイドファイバ束の断面に占めるコア部分の断面積Ｓ1：０．８７３ｍｍ2
断面積の比率ΔＳ：Ｓ1／Ｓ0＝０．６１
レンズ出射端から照射面までの距離ｔ：１．５ｍｍ
照射面上の光線高ｈ1：３．３９４
ライトガイドファイバ束からの出射光の最大光線高ｈ0：０．６７５
光線高比Δｈ：５．０３
照明光学系全系の焦点距離ｆ：０．７６４
砂目状の面の屈折力ψ：１．３０８
Ｒａ０．３μｍのとき、
Ｐｃ／Ｒａ：１０
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ：１３．０９[1/mm]
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ×（１／ＮＡ）：２１．８２[1/mm]
Ｒａ０．６μｍのとき、
Ｐｃ／Ｒａ：５
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ：６．５４[1/mm]
｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ×（１／ＮＡ）：１０．９１[1/mm]
【実施例９】
【０１００】
図２０は本発明の実施例９にかかる、照明光学系を用いた照明装置を示す概略構成図である。
実施例９の照明装置は、光源部１０と、ライトガイドファイバ束１と、本発明にかかる上記いずれかの実施例の構成を備えた照明光学系２とで構成されている。
光源部１０は、光源ランプ１１と、コンデンサーレンズ１２と、集光光学系１４と、光学フィルタ１３とを有して構成されている。
光源ランプ１１からの射出光は、コンデンサーレンズ１２および集光光学系１４を経てライトガイドファイバ束１の入射端面に集光される。光学フィルタ１３は、可視観察時に不要な赤外光や紫外光をカットするための赤外光カットフィルタや紫外光カットフィルタとして構成されており、光源ランプ１１とコンデンサーレンズ１２との間、及びコンデンサーレンズ１２と集光光学系１４との間に設けられている。
【０１０１】
ライトガイドファイバ束１の入射端から入射した光は、ライトガイドファイバ束１内のファイバ単繊維を伝播して出射端から出射する。
照明光学系２は、ライトガイドファイバ束１の出射端側に配置されており、ライトガイドファイバ束１からの照明光を被写体に照射する。
【０１０２】
なお、実施例９で用いられる照明光学系２は、上述したように、例えば、本発明の実施例１〜８の照明光学系の構成および作用効果を有している。このため、照射光にレンズ作用による色ムラやライトガイドファイバ束１の網目構造による配光ムラが生じず、良好に観察を行うことができる。
なお、光源ランプ１１は、ハロゲンランプやキセノンランプ、水銀ランプ等の各種ランプやＬＥＤなどの発光素子等を使用することができる。
また、光学フィルタ１３は、使用する波長域に応じて、適宜特性の異なるフィルタに置き換えることができるように挿脱可能に構成されている。
例えば、赤外光を使用したい場合には赤外光カットフィルタを外せばよい。また、紫外光を使用したい場合には紫外光カットフィルタを外せばよい。また、ある特定の波長のみを取り出したい場合には、その波長のみを取り出せるように構成されたバンドパスフィルタに変更すればよい。
【０１０３】
さらに、ライトガイドファイバ束１を光源部１０と一体に構成してもよいし、照明光学系２とともに光源部１０から分離可能に構成してもよい。分離可能に構成すれは、一つのライトガイドファイバ束１を複数の光源に使用できるという利点がある。
さらにまた、照明光学系２もライトガイドファイバ束１と一体に構成してもよいし、別体に構成してもよい。別体に構成すれば、例えば、配光特性の異なる照明光学系を用途に応じて取り替えて使い分けることができる。
【実施例１０】
【０１０４】
図２１は本発明の実施例１０にかかる、照明光学系を備えた内視鏡を用いた観察システムの全体構成を示す概略構成図、図２２は図２１の観察システムにおけるスコープ挿入部２１の先端部の構成を示す部分拡大断面図である。
実施例１０の観察システムは、光源部１０と、スコープ２０と、プロセッサ３０と、モニタ４０とを有して構成されている。
スコープ２０は、内部にライトガイドファイバ束を備えている。また、スコープ２０は、光源部１０およびプロセッサ３０に接続されている。
光源部１０は、図示していないが、内部に実施例７に示した光源ランプやコンデンサーレンズ、光学フィルタなどが設けられている。そして、光源ランプからの出射光を、スコープ２０の内部に配置されているライトガイドファイバ束の入射端面に集光するようになっている。
図２２に示すように、ライトガイドファイバ束１は、スコープ２０の挿入部２１の先端部まで延びており、光源部１０からの光を挿入部２１の先端部まで伝播するようになっている。
【０１０５】
挿入部２１の先端部には、ライトガイドファイバ束１の出射端側に配置された照明光学系２と、照明光学系とは異なる光路上に配置された対物光学系２３と、撮像素子２４を有している。
照明光学系２は、ライトガイドファイバ束１の出射端側に配置された例えば実施例１と同様の平凸レンズで構成されており、ライトガイドファイバ束１からの出射光を拡散して、被写体Ｍに照射するように構成されている。なお、照明光学系２は、実施例２〜８と同様に構成されたものを用いてもよい。
対物光学系２３は、被写体Ｍの画像を撮像素子２４上に結像するように構成されている。
撮像素子２４は、例えばＣＣＤ等の固体撮像素子を用いて構成されており、結像された画像を撮像することで、電気信号化して出力する。
プロセッサ３０は、撮像素子２４で撮像した画像信号を信号処理する。モニタ４０は、ＣＲＴモニタや液晶モニタなどを用いて構成されており、プロセッサ３０で信号処理された画像情報を表示する。
【０１０６】
照明光学系２は、例えば、本発明の実施例１〜８の照明光学系と同様の構成および作用効果を有している。このため、照射光にレンズ作用による色ムラやライトガイドの網目構造による配光ムラが生じず、良好な観察を行うことができる。また、被写体の配光を均一化かつ広配光化でき、また光量損失も少なくすることができる。このため、特に、スコープに細径化や操作性などに高い要求がされる医療用の内視鏡を用いた観察システムに本発明の実施例１〜８の照明光学系と同様の照明光学系２を適用する場合には大きな効果が得られる。
【０１０７】
なお、スコープ２０には、カラー化の信号処理方法の違いから同時式と面順次式といわれるものがある。
同時式の場合は、スコープ２０の挿入部２１の先端部に設けた撮像素子２４の前方に、補色モザイクカラーフィルタまたは原色モザイクカラーフィルタを備えており、各カラーフィルタを通過する光強度をもとにカラー化処理する。
面順次式の場合には、撮像素子２４の前方にカラーフィルタが設けられていない。このため、光源部１０においてＲＧＢの３原色を順次照明し、各カラー画像を撮像し、それらを合成処理する。
【０１０８】
図２３はＲＧＢ方式を採用した光源部の一構成例を示す概略構成図である。
図２３の例の光源部１０は、内部に光源ランプ１１からの光をＲＧＢの３原色に分離するためのＲＧＢ回転フィルタ１５を備えている。ＲＧＢ回転フィルタ１５は、ターレット等の回転円板上の回転方向にＲＧＢそれぞれの波長を透過する特性を有するフィルタが設けられたものであり、回転円板を回転させることにより、ＲＧＢそれぞれのフィルタに切り替わるようになっている。
なお、赤外光や紫外光を使用する場合には、使用する波長域外の光をカットするように光源部１０の所定の位置に配置された光学フィルタ１３を、所望の分光特性を有する光学フィルタと交換すればよい。
また、例えば、可視域の特定波長だけを透過するバンドパスフィルタなど目的用途に応じた特性を持つフィルタを、赤外光カットフィルタや紫外光カットフィルタなどのフィルタはそのままにして、或いは、赤外光カットフィルタや紫外光カットフィルタなどのフィルタを取り外して、組み込んでもよい。
【０１０９】
また、実施例１０の観察システムでは、光源１０やプロセッサ３０、モニタ４０は、それぞれ別体構成としているが、その一部もしくは全体を一体構造としても構わない。
また、スコープ２０は、挿入部２１の先端部に撮像素子２４を配置したものに限定される訳ではなく、挿入部２１の先端部にイメージガイドファイバを配置するとともにスコープ２０の本体部に撮像素子２４を配置して構成したものでもよい。
また、撮像素子２４には、上述したＣＣＤの他に、ＣＭＯＳその他のさまざまな固体撮像素子が使用可能である。
【実施例１１】
【０１１０】
図２４は本発明の実施例１１にかかる、照明光学系を備えた内視鏡を用いた観察システムの全体構成を示す概略構成図である。
実施例１１の観察システムは、スコープ２０として、イメージガイドファイバを用いたファイバースコープや、リレーレンズを用いた硬性鏡を構成すると共に、スコープ２０の接眼部に撮像素子を内蔵したテレビカメラ３１を取り付けて、実施例１０と同様な機能を有する観察システムを構成している。
スコープ２０は、内部に光源部１０から出射される光をスコープ挿入部２１の先端部に導くライトガイドファイバ束の他に、挿入部２１の先端部に設けられた対物光学系を通った光を導くイメージガイドファイバと接眼光学系（図示省略）を有している。なお、イメージガイドファイバの代わりにリレーレンズを用いて硬性鏡として構成したものを用いてもよい。
また、撮像素子は、実施例１０とは異なり、挿入部２１の先端部ではなく、テレビカメラ３１の内部に設けられている。
テレビカメラ３１は、図示を省略したが、その内部にスコープ２０からの観察光を撮像面に結像する集光光学系と撮像素子を有している。
なお、光源部１０やスコープ２０内のライトガイドファイバ束１および照明光学系２のその他の構成については、実施例１０と同様である。
【０１１１】
実施例１１の観察システムでは、スコープ２０に設けられた接眼光学系を通して得られる被写体Ｍの画像は、テレビカメラ３１の内部に設けられた集光光学系を介して撮像素子（図示省略）上に結像される。撮像素子から得られる電気信号はカメラコントロールユニット３２内で信号処理され、モニタ４０上に被写体画像として映し出される。
なお、撮像素子からモニタ４０までの基本的な処理過程は、実施例１０と同様である。
実施例１１の観察システムにおいても、本発明の照明光学系を使用しているため照明ムラのない明るい良好な画像観察ができる。
【実施例１２】
【０１１２】
図２５は本発明の実施例１２にかかる、照明光学系を備えた内視鏡を用いた観察システムの全体構成を示す概略構成図である。
実施例１２の観察システムは、スコープ２０として、イメージガイドファイバ用いたファイバースコープやリレーレンズを用いた硬性鏡を構成した、目視観察用のスコープと、光源とを組合せて構成されており、スコープ２０で得られる被写体画像Ｍを直接目視観察することができるようになっている。
光源部１０やスコープ２０の基本的な構成は、実施例１１の観察システムと同様である。
実施例１２の観察システムによれば、本発明の照明光学系を使用しているため、人間が被写体画像を直接目視観察する場合において、照明ムラのない明るい良好な目視観察をすることができる。
【実施例１３】
【０１１３】
なお、以上の実施例では、本発明の照明光学系の入射側に設けられるライトガイドファイバ束は、本発明の照明光学系に光を供給する手段、具体的には光源から出射される照明光を導光する導光手段、あるいは、ライトガイドファイバ束自体を光源の一部として機能する。しかるに、本発明の照明光学系に光を供給する手段を、ライトガイドファイバ束の代わりにＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）などの発光素子を用いた光源で構成することも可能である。
図２６は本発明の実施例１３にかかる照明光学系２を用いた照明装置において光源としてＬＥＤ素子を用いた概略構成図で、(a)はＬＥＤ素子１’を１つ用いた構成例、(b)はＬＥＤ素子１’を２つ用いた構成例を夫々示している。
実施例１３では、照明光学系２は、実施例１と同じものを用い、ＬＥＤ素子１’に近接して配置されている。なお、実施例１以外の他の実施例の照明光学系を使用することができる。
ＬＥＤ素子１’は、図３２(a)に示すように、１個設けた構成に限定されるものではなく、例えば、図３２(b)に示すように、複数個設けることも可能である。特に、ＬＥＤ素子１’を複数個配置する場合には、発光部間に暗部が生じるので照射面に配光ムラが生じることがある。この照明ムラを低減するのに本発明の砂目状の照明光学系が非常に有効に作用する。
【０１１４】
以上の実施例では、本発明の照明光学系を主に内視鏡に適用する場合について説明したが、本発明の照明光学系は内視鏡以外の光学装置にも適用可能である。
また、上記実施例１０〜１２では、観察光学系と照明光学系とが一体となった内視鏡をあげたが、観察光学系と照明光学系が別体で構成されていても構わない。
また、本発明の照明光学系のうち、レンズ構成の少ない照明光学系は、全長を短くすることができるため、内視鏡に用いた場合において先端部の長さの短縮化に大きく寄与する。
【０１１５】
また、照明光学系の組立時や組立後にレンズ間に混入するゴミによって、照明光にゴミの影が映ることがある。このようなゴミの影も照明ムラの原因の一つとなるところ、照明光学系を小型化していくとゴミの影が目立ちやすくなる。
しかし、本発明の照明光学系によれば、レンズ面を砂目状態にしたので、砂目の面における光の拡散効果によりゴミの影は目立ちにくくなるという効果もある。
【０１１６】
また、本発明の各実施例では、照明光学系を構成する砂目の面を有する光学素子に、屈折率ｎｄが１．８８３と高屈折率の硝材を使用した。しかし、ＢＫ７や白板（およそｎｄ１．５２）といった低屈折率の硝材やサファイアのような光学結晶材を用いても構わない。
さらに、本発明の他の実施形態の照明光学系として、単ファイバを硝材として平凸レンズを構成するとともに、その凸面に砂目状のレンズ面を形成してもよい。
【０１１７】
また、本発明では、砂面状の面の粗さを算術平均粗さＲａを用いて示したが、二乗平均平方根粗さＲｑを用いることも可能である。算術平均粗さＲａと、二乗平均平方根粗さＲｑとで同じ数値にはならないが、二乗平均平方根粗さＲｑの値は光量や配光ムラ、配光特性などの光学特性と相関がある。そして、評価指標として、二乗平均平方根粗さＲｑを用いた場合でも、本発明の算術平均粗さＲａの規定で必要とする光学性能をほぼ満足することができることが、本件出願人の実験を介して確認された。
【０１１８】
なお、本発明は、以上のような実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において様々な変更が可能であることは言うまでもない。
【０１１９】
以上説明したように、本発明の照明光学系、照明光学系を用いた照明装置、及び照明光学系又は照明光学系を用いた照明装置を用いた観察システムは、特許請求の範囲に記載した特徴と併せて以下に示す特徴を有している。
【０１２０】
（１）前記光源として、ライトガイドファイバ束又は発光素子を用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明光学系。
【０１２１】
（２）光源から出射される照明光を導光するライトガイドファイバ束の出射端に該照明光を拡散させるために配置された照明光学系において、前記照明光学系を構成する光学素子の少なくとも一面を砂目状とし、該砂目状の面の算術平均粗さを０．０５〜０．７５［μｍ］の範囲となるように構成したことを特徴とする照明光学系。
【０１２２】
（３）光源から出射される照明光を導光するライトガイドファイバ束の出射端に該照明光を拡散させるために配置された照明光学系において、該ライトガイドファイバ束の出射端に一つ以上の凸レンズを配置し、該凸レンズの一面以上を砂目状とし、かつ、該砂目状の面の算術平均粗さが０．２〜０．７５［μｍ］の範囲となるように構成したことを特徴とする照明光学系。
【０１２３】
（４）前記照明光学系から照射される照明光の球面配光角度特性が、中心強度を１としたとき該照明光学系の射出角度が８５゜で０．０３以上であることを特徴とする上記（３）に記載の照明光学系。
【０１２４】
（５）光源から出射される照明光を導光するライトガイドファイバ束の出射端に該照明光を拡散させるために配置された照明光学系において、該ライトガイドファイバ束の出射端から順に、単ファイバと、一つ以上の凸レンズを配置するとともに、該凸レンズの一面以上を砂目状とし、かつ該砂目状の面の算術平均粗さを０．０５〜０．５［μｍ］の範囲となるように構成したことを特徴とする照明光学系。
【０１２５】
（６）前記照明光学系を構成する光学素子に設けられた砂目状の面における面形状のうねり回数が、該砂目状の面を有する光学素子の直径方向に対して、２０回以下であることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の照明光学系。
【０１２６】
（７）前記照明光学系を構成する光学素子に設けられた砂目状の面における面形状のうねりのＰＶ値が５０［μｍ］以下であることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の照明光学系。
【０１２７】
（８）ライトガイドファイバ束の断面積をＳ0、ライトガイドファイバ束を構成するコア部分の全断面積をＳ1とし、ライトガイドファイバ束の断面積に対するコア部分の全断面積の比率ΔＳをΔＳ＝Ｓ1／Ｓ0としたとき、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の照明光学系。
ΔＳ≧０．５
【０１２８】
（９）ライトガイドファイバ束の断面積をＳ0、ライトガイドファイバ束を構成するコア部分の全断面積をＳ1とし、ライトガイドファイバ束の断面積に対するコア部分の全断面積の比率ΔＳをΔＳ＝Ｓ1／Ｓ0としたとき、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の照明光学系。
ΔＳ≧０．６
【０１２９】
（１０）前記照明光学系における砂目状の面を該照明光学系の出射端面を除く部分に設けたことを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（９）のいずれかに記載の照明光学系。
【０１３０】
（１１）前記照明光学系の最も物体側に平行平面板を設け、該平行平面板の光源側の面もしくは該平行平面板を除く最も物体側に位置する光学素子に砂目状の面を設けたことを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の照明光学系。
【０１３１】
（１２）前記照明光学系を構成する光学素子の砂目状の面が、球面もしくは非球面に形成されていることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の照明光学系。
【０１３２】
（１３）前記照明光学系が、少なくとも一つの単ファイバを有することを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（１２）のいずれかに記載の照明光学系。
【０１３３】
（１４）前記単ファイバの長さをｄＬとしたとき、次の条件式を満足することを特徴とする上記（１３）に記載の照明光学系。
ｄＬ＞1.5
【０１３４】
（１５）前記照明光学系が、１枚以上の凸レンズを含み、該凸レンズの少なくとも１面が砂目状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（１４）のいずれかに記載の照明光学系。
【０１３５】
（１６）前記照明光学系が、凹レンズを含み、該凹レンズの少なくとも１面が砂目状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３、上記（４）〜（１５）に記載の照明光学系。
【０１３６】
（１７）前記照明光学系が、レンズ屈折力のない光学素子を含み、該光学素子の少なくとも１面が砂目状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３、上記（４）〜（１６）のいずれかに記載の照明光学系。
【０１３７】
（１８）前記照明光学系を構成する光学素子の砂目状の面における中心部とその周辺部とで砂目の粗さが異なることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（１７）のいずれかに記載の照明光学系。
【０１３８】
（１９）前記砂目状の面における算術平均粗さが、中心部では細かく、その周辺部では粗くるようにしたことを特徴とする上記（１８）に記載の照明光学系。
【０１３９】
（２０）前記砂目状の面における算術平均粗さが、中心部では０．０５〜０．５［μｍ］、周辺部では０．１〜０．７［μｍ］となるようにしたことを特徴とする上記（１８）又は（１９）に記載の照明光学系。
【０１４０】
（２１）前記ライトガイドファイバ束の半径をｒとして、ライトガイドファイバ束の中心よりｒ/２〜３ｒ/４の範囲を中心領域とし、該中心領域を除く部分を周辺領域として、ライトガイドファイバ束の出射端から光軸と平行な光線を追跡したときに、前記光学素子の砂目状の面上を通過する範囲を、夫々前記光学素子における砂目状の面の中心部および周辺部としたことを特徴とする上記（１８）〜（２０）のいずれかに記載の照明光学系。
【０１４１】
（２２）前記照明光学系を構成する砂目状の面を有する光学素子が、該光学素子の中心に対して回転対称形状であることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（２１）のいずれかに記載の照明光学系。
【０１４２】
（２３）前記照明光学系を構成する砂目状の面を有する光学素子の外径形状が円形とは異なる形状であることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（２２）のいずれかに記載の照明光学系。
【０１４３】
（２４）前記光源の最大径から出射される光線高をｈ0、照射面上の光線高をｈ1、光線高比をΔｈ＝ｈ1／ｈ0としたとき、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（２３）のいずれかに記載の照明光学系。
Δｈ≧２
但し、前記光線高ｈ0、ｈ1は、それぞれ照明光学系透過前後の光軸に平行な光線に対する光線高である。
なお、照明光学系の出射端から照射面までの距離は1.5ｍｍとする。
【０１４４】
（２５）前記砂目状とした面の屈折力をψとしたとき、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（２４）に記載の照明光学系。
｜ψ｜＞０．１
但し、ψは面の屈折力ψ＝（ｎ'−ｎ）／ｒであり、ｎ'は出射側の屈折率、ｎは入射側の屈折率、ｒは曲率半径である。
【０１４５】
（２６）前記照明光学系において、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（２５）のいずれかに記載の照明光学系。
１×１０-3＜Ｐｃ／Ｒａ＜１×１０3
但し、Ｐｃはライトガイドファイバ束のコアとコアとの間隔、Ｒａは照明光学系の砂目状の粗さである。なお、ＬＥＤのような光源を複数用いる場合は、光源間の光らない部分の間隔をＰｃとする。
【０１４６】
（２７）前記照明光学系において、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（２５）のいずれかに記載の照明光学系。
１×１０-4[1/mm]＜｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ＜１×１０4[1/mm]
但し、Ｐｃはライトガイドファイバ束のコアとコアとの間隔、Ｒａは照明光学系の砂目状の粗さ、ｆは照明光学系の焦点距離、｜１／ｆ｜は１／ｆの大きさである。なお、ＬＥＤのような光源を複数用いる場合は、光源間の光らない部分の間隔をＰｃ、砂目状レンズの焦点距離は光軸近傍の形状を球面形状で近似した場合のレンズの焦点距離とする。
【０１４７】
（２８）前記照明光学系において、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（２５）のいずれかに記載の照明光学系。
１×１０-4[1/mm]＜｜１／ｆ｜×Ｐｃ／Ｒａ×（１／ＮＡ）＜１×１０5[1/mm]
但し、Ｐｃはライトガイドファイバ束のコアとコアとの間隔、Ｒａは照明光学系の砂目状の粗さ、ｆは照明光学系の焦点距離、｜１／ｆ｜は１／ｆの大きさ、ＮＡはライトガイドファイバのＮＡである。なお、ＬＥＤのような光源を複数用いる場合は、光源間の光らない部分の間隔をＰｃ、砂目状レンズの焦点距離は光軸近傍の形状を球面形状で近似した場合のレンズの焦点距離、ＬＥＤのような光源の場合は、光源からの出射光の広がり角度の正弦値をＮＡとする。
【０１４８】
（２９）前記砂目状の面の粗さの評価指標として二乗平均平方根粗さＲｑを用いることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（２８）のいずれかに記載の照明光学系。
【０１４９】
（３０）上記（１）〜（２９）のいずれかに記載の照明光学系を用いたことを特徴とする照明装置。
【０１５０】
（３１）光源からの出射光を被写体に照射するための照明装置および該被写体画像を目視観察あるいは外部表示装置に表示させて観察するための観察装置を含む観察システムにおいて、上記（１）〜（２９）のいずれかに記載の照明光学系、又は上記（３０）に記載の照明装置を用いたことを特徴とする観察システム。
【０１５１】
（３２）前記観察装置として内視鏡を用いたことを特徴とする上記（３１）に記載の観察システム。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】本発明の実施例１にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
【図２】図１に示す本発明の一実施形態にかかる照明光学系を構成する平凸レンズの凸面の算術平均粗さＲａを変えた場合の配光特性を示すグラフである。
【図３】鏡面形状の面のみ有し砂目状の面を有していない従来の照明光学系の配光特性と、砂目状の面を設けて広配光化した本発明の照明光学系の配光特性との比較例を示すグラフである。
【図４】図１に示す本発明の一実施形態にかかる照明光学系を構成する平凸レンズにおける砂目状の面（凸面）の算術平均粗さＲａを変えた場合の光量特性を示すグラフである。
【図５】図１に示す本発明の一実施形態にかかる照明光学系を構成する平凸レンズにおける砂目状の面（凸面）の算術平均粗さＲａと配光ムラとの関係を示すグラフである。
【図６】レンズ面のうねりについての概略説明図である。
【図７】Ｍ型のうねり形状を示す説明図である。
【図８】Ｗ型のうねり形状を示す説明図である。
【図９】ライトガイドファイバ束の一構成例を示す端面図である。
【図１０】充填率を上げたライトガイドファイバ束の他の構成例を示す端面図である。
【図１１】充填率を上げたライトガイドファイバ束のさらに他の構成例を示す端面図である。
【図１２】本発明の実施例２にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
【図１３】実施例２の照明光学系の出射端側から光軸に平行な光線を入射させたときの光線の集光状態を示す説明図である。
【図１４】本発明の実施例３にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
【図１５】本発明の実施例４にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
【図１６】本発明の実施例５にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
【図１７】本発明の実施例６にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
【図１８】本発明の実施例７にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
【図１９】本発明の実施例８にかかる照明光学系を示す図で、(a)は光学構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は光軸に平行な照明光が照明光学系を経て出射される様子を示す説明図である。
【図２０】本発明の実施例９にかかる、照明光学系を用いた照明装置を示す概略構成図である。
【図２１】本発明の実施例１０にかかる、照明光学系を備えた内視鏡を用いた観察システムの全体構成を示す概略構成図である。
【図２２】図２１の観察システムにおけるスコープ挿入部２１の先端部の構成を示す部分拡大断面図である。
【図２３】ＲＧＢ方式を採用した光源部の一構成例を示す概略構成図である。
【図２４】本発明の実施例１１にかかる、照明光学系を備えた内視鏡を用いた観察システムの全体構成を示す概略構成図である。
【図２５】本発明の実施例１２にかかる、照明光学系を備えた内視鏡を用いた観察システムの全体構成を示す概略構成図である。
【図２６】本発明の実施例１３にかかる照明光学系２を用いた照明装置において光源としてＬＥＤ素子を用いた概略構成図で、(a)はＬＥＤ素子１’を１つ用いた構成例、(b)はＬＥＤ素子１’を２つ用いた構成例を夫々示している。
【図２７】接触式測定機によるレンズ面の形状測定方法を示す説明図であり、(a)は通常の配置におけるレンズ面の形状測定方法を示す説明図、(b)はレンズを傾けて配置した場合のレンズ面の形状測定方法を示す説明図である。
【図２８】接触式測定機によるレンズ面の形状測定方法による砂目状のレンズ面のある半径方向に対する形状測定結果の一例を示すグラフである。
【図２９】非接触式測定機によるレンズ面の形状測方法を示す図で、測定の原理としてＣＮＣ画像測定機の観察部のみを模式的に示す説明図である。
【図３０】非接触式測定機によるレンズ面の形状測定を示す説明図である。
【図３１】非接触式測定機であるＣＮＣ画像測定機による測定結果の一例を示すグラフである。
【図３２】(a)ライトガイドファイバ束の構成を示す斜視図、(b)は従来の照明光学系の一構成例を示す説明図、(c)は(b)の照明光学系における配光ムラを示す説明図である。
【図３３】色ムラに関する説明図であり、(a)は照明光学系を凸レンズで構成した場合においてレンズ硝材の分散によって発生する色ムラを示す説明図、(b)はレンズ面の砂目による色ムラの低減効果を示す説明図である。
【図３４】照明光の周辺部に発生する配光ムラを示す説明図である。
【図３５】照明光の周辺部に発生する配光ムラを示し、照明光学系から出射される照明光の様子を示す説明図であり、(a)はＮＡが０．５の照明光学系における、ライトガイドファイバ束の光線高が０．４５のときの出射光線を実線、ライトガイドファイバ束の光線高が０．４２のときの出射光線を破線で示す説明図、(b)はＮＡが０．２の照明光学系における、ライトガイドファイバ束の光線高が０．４５のときの出射光線を実線、ライトガイドファイバ束の光線高が０．４２のときの出射光線を破線で示す説明図、(c)は(b)の照明光学系を１／２の係数倍に小型化した照明光学系における、ライトガイドファイバ束の光線高が０．２２５のときの出射光線を実線、ライトガイドファイバ束の光線高が０．２１のときの出射光線を破線で示す説明図、(d)はコアとコアとの間隔Ｐｃを示す説明図である。
【符号の説明】
【０１５３】
１          レンズガイドファイバ束
１’        ＬＥＤ素子
２、２’、２”          照明光学系
２1          物体側が平面でライトガイドファイバ束側が凸面の平凸レンズ
２1a        物体側が平面でライトガイドファイバ束側が凸面の平凸レンズ
２1b        両凸レンズ
２1b’、２1C  物体側が凸面でライトガイドファイバ束側が平面の平凸レンズ
２2          単ファイバ
２3          平行平板
４          物体面
１０        光源部
１１        光源ランプ
１２        コンデンサーレンズ
１３        光学フィルタ
１４        集光光学系
２０        スコープ
２１        挿入部
２３        対物光学系
２４        撮像素子
３０        プロセッサ
３２        カメラコントロールユニット
４０        モニタ
５１        接触針
５２        被検査レンズ
５３        レンズヤトイ
５４        観察レンズ
【図１】
2006039043.tif 000005
【図２】
2006039043.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006039043.tif 000009
【図６】
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【図７】
2006039043.tif 000011
【図８】
2006039043.tif 000012
【図９】
2006039043.tif 000013
【図１０】
2006039043.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2006039043.tif 000019
【図１６】
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【図１７】
2006039043.tif 000021
【図１８】
2006039043.tif 000022
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
2006039043.tif 000034
【図３１】
2006039043.tif 000035
【図３２】
2006039043.tif 000036
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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