(57)【要約】【課題】内視鏡のライトガイド先端に配置される照明レンズにおいて、照明光の利用効率の向上及び配光の広角化を図る。【解決手段】内視鏡のライトガイド先端に配置される照明レンズ２１は、入射面２１ａ及び出射面２１ｂが、それぞれ正のパワーを有し、レンズ直径をφ〔ｍｍ〕として、前記入射面の曲率半径ｒ１〔ｍｍ〕が次式（１）を満たし、前記出射面の曲率半径ｒ２〔ｍｍ〕が次式（２）を満たす。  １．２＜１／ｒ１×φ＜１．８  …（１）  ０．２４＜１／ｒ２×φ＜０．９６  …（２）【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡のライトガイド先端に配置される照明レンズであって、
入射面及び出射面が、それぞれ正のパワーを有し、
レンズ直径をφ〔ｍｍ〕として、前記入射面の曲率半径ｒ１〔ｍｍ〕が次式（１）を満たし、前記出射面の曲率半径ｒ２〔ｍｍ〕が次式（２）を満たす照明レンズ。
１．２＜１／ｒ１×φ＜１．８  …（１）
０．２４＜１／ｒ２×φ＜０．９６  …（２）
【請求項２】
請求項１に記載の照明レンズであって、
前記入射面が光拡散面である照明レンズ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の照明レンズであって、
前記レンズ直径φ〔ｍｍ〕が次式（３）を満たす照明レンズ。
０．５＜φ＜２  …（３）
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の照明レンズであって、
光軸上における前記入射面と前記出射面との間隔ｄ〔ｍｍ〕が次式（４）を満たす照明レンズ。
ｄ／φ＜０．５  …（４）
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の照明レンズが、ライトガイド先端に設けられた内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡のライトガイド先端に配置される照明レンズ、及び該照明レンズがライトガイドの先端に配置された内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内視鏡の照明光学系は、典型的には、照明光を導光するライトガイドの先端に凹レンズを配置して構成されており、ライトガイドから出射された照明光を外側に屈折させて拡散させるものであったが、かかる構成によると、レンズの側面で光線が蹴られてしまい、照射野周辺における光量のロスが比較的大きかった。
【０００３】
そこで、ライトガイドの先端に、入射面を正のパワーを有する凸曲面としたレンズを配置することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる構成によれば、ライトガイドから出射された照明光は、レンズで、一度集光された（内側に屈折させた）後に拡散されるので、レンズの側面での光線の蹴られを防止することができ、照明光の利用効率の向上が望める。
【０００４】
しかし、レンズの設計上、入射面を正のパワーを有する凸曲面としたレンズで広角な配光を得るには、入射面を非球面にしたとしても限界がある。特許文献１に記載された照明レンズは、配光ムラを解消する目的で入射面が光拡散面とされており、それによれば、配光ムラを解消すると同時に拡散効果によって配光の広角化も望める。しかし、一方で、入射面を正のパワーを有する凸曲面として向上させた照明光の利用効率が、拡散によって低下することが懸念される。
【０００５】
近年、内視鏡は、細径化に伴って熱容量が低下し、搭載する撮像素子の多画素化に伴って消費電力が増大しており、挿入部の先端部における温度上昇を抑制する対策が不可欠となっている。照明光もまた熱源となるが、照明光の利用効率を向上させることができれば、照明光の光量を抑制することができ、照明光に起因した熱を削減して、挿入部の先端部における温度上昇を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１９３８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、内視鏡のライトガイド先端に配置される照明レンズにおいて、照明光の利用効率の向上及び配光の広角化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
内視鏡のライトガイド先端に配置される照明レンズであって、入射面及び出射面が、それぞれ正のパワーを有し、レンズ直径をφ〔ｍｍ〕として、前記入射面の曲率半径ｒ１〔ｍｍ〕が次式（１）を満たし、前記出射面の曲率半径ｒ２〔ｍｍ〕が次式（２）を満たす照明レンズ。
１．２＜１／ｒ１×φ＜１．８  …（１）
０．２４＜１／ｒ２×φ＜０．９６  …（２）
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、照明光の利用効率の向上と、配光の広角化とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を説明するための、内視鏡の一例を示す図である。
【図２】図１の内視鏡の挿入部の先端部を断面で示す図である。
【図３】図１の内視鏡の照明レンズを示す図である。
【図４】図３の照明レンズにおける光線の振る舞いを模式的に示す図である。
【図５】出射面を平面とした照明レンズにおける光線の振る舞いを模式的に示す図である。
【図６】照明レンズの入射面の曲率半径と、照明光の利用効率及び配光半値幅との関係を示すグラフである。
【図７】照明レンズの出射面の曲率半径と、照明光の利用効率との関係を示すグラフである。
【図８】照明レンズの出射面の曲率半径と、配光形状との関係を示すグラフである。
【図９】照明レンズの厚みと、照明光の利用効率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、内視鏡の一例を示している。
【００１２】
内視鏡１は、被検体に挿入される挿入部１０と、挿入部１０に連なる操作部１１と、操作部１１よりのびるユニバーサルコード１２とを有している。ユニバーサルコード１２は、ライトガイドや信号線などを内包しており、その末端にはコネクタ１３ａ、１３ｂが設けられている。内視鏡１は、コネクタ１３ａを介してプロセッサ３に装着され、また、コネクタ１３ｂを介して光源装置４に装着される。
【００１３】
挿入部１０は、先端部１４と、先端部１４の基端側に連なる湾曲部１５と、湾曲部１５と操作部１１とを接続する軟性部１６とを有している。湾曲部１５は、上下左右に湾曲可能に構成されており、湾曲部１５の湾曲は、操作部１１にて操作される。ユニバーサルコード１２に内包されているライトガイドや信号線は、操作部１１、軟性部１６、湾曲部１５を経て先端部１４に達している。
【００１４】
図２は、内視鏡１の挿入部１０の先端部１４を断面で示している。
【００１５】
先端部１４は、観察領域に向けて照明光を出射する照明レンズ２１と、例えばＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子を含む撮像装置２３と、観察領域からの戻り光を集光して撮像装置２３に含まれる固体撮像素子の受像面に結像させる対物レンズ２２とを含んでいる。
【００１６】
光源装置４（図１参照）で生成された照明光は、ライトガイド２８を介して先端部１４に導光され、このライトガイド２８の先端に配置された照明レンズ２１よって被検体に照射される。そして、被検体からの戻り光が対物レンズ２２によって集光され、撮像装置２３に含まれる固体撮像素子の受像面に結像し、撮像装置２３によって被検体の画像信号が生成される。
【００１７】
撮像装置２３で生成された画像信号は、撮像装置２３に接続している信号線２９を介してプロセッサ３（図１参照）に送られる。プロセッサ３は、例えば入力された画像信号を処理して表示画像データを生成し、生成した表示画像データに基づく被検体画像をモニタ５（図１参照）に表示する。
【００１８】
図３は、照明レンズ２１を示している。
【００１９】
照明レンズ２１の入射面２１ａ、及び出射面２１ｂは、いずれも正のパワーを有する凸曲面とされている。かかる構成の照明レンズ２１では、上述のとおり、入射面２１ａに入射した照明光は、一度集光された（内側に屈折させた）後に拡散される。
【００２０】
図示の例において、入射面２１ａは、光拡散面とされている。それにより、照明光の配光ムラが低減され、また照明光の配光の広角化が図られる。光拡散面は、例えば研磨による砂目処理によって形成することができ、その表面粗さは、典型的には、算術平均粗さＲａで数μｍ以下であり、好ましくは、０．３〜０．７μｍである。
【００２１】
図４は、照明レンズ２１における光線の振る舞いを示している。また、図５は、説明のため出射面２１ｂを平面とした照明レンズ２１´における光線の振る舞いを示している。
【００２２】
入射面２１ａが光拡散面でないとした場合に、入射面２１ａにある角度で入射した光線は、図中Ｌ１で示されるように、一意の角度で屈折されて出射面２１ｂより出射される。入射面２１ａは光拡散面であるので、入射面２１ａにある角度で入射した光線は、例えばＬ２、Ｌ３、Ｌ４で示されるように拡散される。
【００２３】
光線Ｌ２は、照明レンズ２１及び２１´のいずれにおいても、出射面２１ｂより出射されており、これが照明に寄与することで、配光の広角化が図られる。また、光線Ｌ４は、照明レンズ２１及び２１´のいずれにおいても、レンズの側面で蹴られてしまい、照明に寄与しない。
【００２４】
光線Ｌ３は、照明レンズ２１´においては、平面の出射面２１ｂへの入射角θ２が臨界角θｃ以上となっており、全反射を生じて出射面２１ｂより出射されず、照明に寄与しない。一方、照明レンズ２１においては、出射面２１ｂが正のパワーを有する凸曲面であって、出射面２１ｂへの光線Ｌ３の入射角θ１が臨界角θｃより小さくなり、光線Ｌ３は、全反射を生じることなく出射面２１ｂより出射される。それにより、照明光の利用効率の向上、及び配光の一層の広角化が図られる。
【実施例】
【００２５】
照明レンズ２１の諸元の好ましい数値範囲を計算により求めた。なお、以下において、レンズ直径φは１．２〔ｍｍ〕としている。
【００２６】
図６は、照明レンズ２１の入射面２１ａの曲率半径ｒ１と、照明光の利用効率及び配光半値幅との関係を示している。なお、曲率半径ｒ１は、レンズ直径φで規格化している。また、ここでの効率は、照明光の光量を照射野全体に亘って積分した結果に基づくものであり、効率及び配光半値幅は、いずれも飽和傾向を示すので、飽和した最大値で規格化している。
【００２７】
図６より、入射面２１ａの曲率半径ｒ１が小さくなる（１／ｒ１×φが大きくなる）と、配光半値幅は広がり、一方で、効率は低下している。つまり、効率と配光の広角化とはトレードオフの関係になっている。１／ｒ１×φについて、１．２＜１／ｒ１×φ＜１．８とすれば、効率及び配光半値幅は、それぞれの飽和最大値に対して１０％以内の低下に留まり、効率の向上及び配光の広角化の両立が図られる。
【００２８】
図７は、照明レンズ２１の出射面２１ｂの曲率半径ｒ２と、照明光の利用効率との関係を示している。なお、曲率半径ｒ２は、レンズ直径φで規格化している。また、効率は、照明光の光量を照射野全体に亘って積分した結果に基づくものであり、出射面２１ｂを平面（曲率半径ｒ２を無限大）とした場合の積分値で規格化している。
【００２９】
図７より、出射面２１ｂの曲率半径ｒ２が小さくなる（１／ｒ２×φが大きくなる）ほど、効率が向上している。これは、曲率半径ｒ２が小さくなるほど、上述のとおり、出射面２１ｂにおける光線の全反射がなくなるためである。１／ｒ２×φについて、０．２４＜１／ｒ２×φとすれば、５％以上の効率の向上が図られる。
【００３０】
ただし、効率は、曲率半径ｒ２の減少（１／ｒ２×φの増加）に対して飽和傾向を示し、図７より、１／ｒ２×φが０．９６付近で飽和している。さらに、曲率半径ｒ２が小さくなる（１／ｒ２×φが大きくなる）ほどに、挿入部１０の先端部１４の端面からのレンズ２１の突出高さｈ（図２参照）が大きくなって外力にさらされやすくなると共に、外力が作用する際の作用面積（接触面積）が小さくなり、レンズ２１に損傷を生じやすくなる。レンズ２１の突出高さｈ〔ｍｍ〕は、使い勝手等も考慮すると、ｈ＜０．１５であることが好ましい。そして、φ＝１．２で１／ｒ２×φが０．９６のとき、ｈ≒０．１５である。
【００３１】
以上から、１／ｒ２×φについて、０．２４＜１／ｒ２×φ＜０．９６とするのが好ましい。
【００３２】
図８は、照明レンズ２１の出射面２１ｂの曲率半径ｒ２と、配光形状との関係を示している。なお、配光形状は、光軸上における光量で規格化している。なお、１／ｒ１×φは１．７４（ｒ１＝０．６９）としている。
【００３３】
図８より、１／ｒ２×φが上記の範囲において、照明レンズ２１の出射面２１ｂの曲率半径ｒ２は、配光形状に実質的に影響を与えないことが分かる。
【００３４】
次に、照明レンズ２１の厚みについて検討すると、レンズ２１のレンズ直径φに対して厚みｄが一定以上となると、レンズ２１の側面での光線の蹴られが生じ、照明光の利用効率に影響する。図９は、厚みｄをレンズ直径φで規格化したｄ／φと、効率との関係を示す。なお、ここでの効率は、レンズ２１からの射出光量に基づくものであり、レンズ２１が十分に薄く、その側面での光線の蹴られがない場合を１００％とする相対光量で示している。また、１／ｒ１×φは１．７４（ｒ１＝０．６９）、１／ｒ２×φは０．４８（ｒ２＝２．５）としている。
【００３５】
図９より、効率の低下率を考慮して、ｄ／φは、ｄ／φ＜０．５であることが好ましい。なお、内視鏡の照明レンズにおいて、レンズ直径φは、典型的には０．５＜φ＜２である。レンズ直径φが２ｍｍ以上であると、内視鏡の細径化を阻害する虞がある。また、レンズ直径φが０．５ｍｍ以下では、加工が困難となる。
【００３６】
次に、ライトガイド２８の直径Φに対する照明レンズ２１のレンズ直径φも照明光の利用効率に影響する。レンズ直径φとライトガイド直径Φとの比であるφ／Φは、０．６＜φ／Φ＜０．９であることが好ましい。φ／Φが０．９以上であると、ライトガイド２８の先端から角度を持って出射された光線がレンズ２１の側面で蹴られてしまい、効率が低下する虞がある。また、φ／Φが０．６以下であると、ライトガイド２８を構成する光ファイバの本数が少なすぎ、絶対光量が不足する虞がある。
【００３７】
以上、説明したとおり、本明細書には、内視鏡のライトガイド先端に配置される照明レンズであって、入射面及び出射面が、それぞれ正のパワーを有し、レンズ直径をφ〔ｍｍ〕として、前記入射面の曲率半径ｒ１〔ｍｍ〕が次式（１）を満たし、前記出射面の曲率半径ｒ２〔ｍｍ〕が次式（２）を満たす照明レンズが開示されている。
１．２＜１／ｒ１×φ＜１．８  …（１）
０．２４＜１／ｒ２×φ＜０．９６  …（２）
【００３８】
上記構成によれば、照明光の利用効率の向上と、配光の広角化とを両立することができる。さらに、入射面の曲率半径と出射面の曲率半径とは互いに異なり、この照明レンズがライトガイドの先端に配置される際に、入射面と出射面とを取り違えて配置されることを防止することができる。
【００３９】
また、本明細書に開示された照明レンズは、前記入射面が光拡散面である。
【００４０】
また、本明細書に開示された照明レンズは、前記レンズ直径φ〔ｍｍ〕が次式（３）を満たす。
０．５＜φ＜２  …（３）
【００４１】
また、本明細書に開示された照明レンズは、光軸上における前記入射面と前記出射面との間隔ｄ〔ｍｍ〕が次式（４）を満たす。
ｄ／φ＜０．５  …（４）
【００４２】
また、本明細書には、上記いずれかの照明レンズが、ライトガイド先端に設けられた内視鏡が開示されている。
【符号の説明】
【００４３】
１     内視鏡
３     プロセッサ
４     光源装置
５     モニタ
１０   挿入部
１１   操作部
１１   先端部
１２   ユニバーサルコード
１３ａ コネクタ
１３ｂ コネクタ
１４   先端部
１５   湾曲部
１６   軟性部
２１   照明レンズ
２１ａ 入射面
２１ｂ 出射面
２２   対物レンズ
２３   撮像装置
２８   ライトガイド
２９   信号線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011215425.tif 000009
【図８】
2011215425.tif 000010
【図９】
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