(57)【要約】【課題】２枚の正レンズを用いた内視鏡照明光学系において、周辺部まで明るい優れた配光特性を有し、光の利用効率が高く、コストも安い内視鏡照明光学系を得る。【解決手段】面光源側から順に、正の第１レンズと、正の第２レンズからなり、次の条件式（１）及び（２）を満足する内視鏡照明光学系。（１）０．４０＜ｆ／Ｄ＜０．５３（２）０．４０＜０．５・Ｄ・θ＜０．５６但し、Ｄ；面光源の最大径、ｆ；第１レンズと第２レンズの合成焦点距離、θ＝（１＋０．８５ｄ１／Ｒ２）（１-１／ｎ１）／Ｒ１-１．０５／Ｒ２ｄ１；第１レンズの厚さ、Ｒ１；第１レンズの面光源側の曲率半径、Ｒ２；第１レンズの被照射面側の曲率半径、ｎ１；第１レンズの屈折率。【選択図】図１
2008048980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面光源側から順に、正の第１レンズと、正の第２レンズからなり、次の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする内視鏡照明光学系。
（１）０．４０＜ｆ／Ｄ＜０．５３
（２）０．４０＜０．５・Ｄ・θ＜０．５６
但し、
Ｄ；面光源の最大径、
ｆ；第１レンズと第２レンズの合成焦点距離、
θ＝（１＋０．８５ｄ１／Ｒ２）（１-１／ｎ１）／Ｒ１-１．０５／Ｒ２
ｄ１；第１レンズの厚さ、
Ｒ１；第１レンズの面光源側の曲率半径、
Ｒ２；第１レンズの被照射面側の曲率半径、
ｎ１；第１レンズの屈折率。
【請求項２】
請求項１記載の内視鏡照明光学系において、次の条件式（３）を満足する内視鏡照明光学系。
（３）０．６５＜ｄ１／ｆ＜１．０
【請求項３】
請求項１または２記載の内視鏡照明光学系において、次の条件式（４）を満足する内視鏡照明光学系。
（４）１．５＜（ｄ０＋Ｈ１）／ｆ＜３．５
但し、
ｄ０；面光源と第１レンズとの空気換算距離、
Ｈ１；第１レンズの面光源側の面から全系の光源側主点までの距離。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の内視鏡照明光学系において、面光源と第１レンズとの間に、光軸を中心とする内面反射面を有する筒状反射体が位置している内視鏡照明光学系。
【請求項５】
請求項４記載の内視鏡照明光学系において、上記筒状反射体は、中空の筒状体からなっている内視鏡照明光学系。
【請求項６】
請求項４記載の内視鏡照明光学系において、上記筒状反射体は、中心部のコアと周辺部のクラッドからなる単ロッドからなっている内視鏡照明光学系。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項記載の内視鏡照明光学系において、正の第１レンズはその周面が内面反射面からなっており、次の条件式（５）を満足する内視鏡照明光学系。
（５）２．０＜ｄ１／（ｎ１・ｆ）＜３．５
【請求項８】
請求項７記載の内視鏡照明光学系において、第１レンズは、中心部のコアと周辺部のクラッドからなる単ロッドレンズからなっている内視鏡照明光学系。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項記載の内視鏡照明光学系において、面光源は、ライトガイドバンドルの出射端面またはＬＥＤである内視鏡照明光学系。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項記載の内視鏡照明光学系において、次の条件式（６）を満足する内視鏡照明光学系。
（６）-５＜Ｒ４／Ｄ＜-３．２
但し、
Ｒ４；第２レンズの被照射面側の面の曲率半径。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡照明光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡照明光学系として、古くはライトガイド（面光源）の出射端に平凹レンズを配置した光学系が用いられてきた。しかし、平凹レンズは、限られたレンズ径の中で配光を均等に広げるのが困難で出射光量も低い。
【０００３】
２枚の正レンズを用いた照明光学系（例えば特許文献１から５）も知られているが、いずれも周辺部まで明るい、優れた配光特性を得ることが困難で光の利用効率が十分ではない。
【０００４】
３枚の正レンズを用いた照明光学系（例えば特許文献６）や、非球面を用いた照明光学系（例えば特許文献７、８）も知られているが、これらはコストが高い。
【特許文献１】特開昭５６-２０４２８号公報
【特許文献２】特開平８-３２０４４０号公報
【特許文献３】特開２０００-２７５５４７号公報
【特許文献４】特開２００５-３４５７８７号公報
【特許文献５】実開平２-１４０５１９号公報
【特許文献６】特開２００２-１８２１２６号公報
【特許文献７】特開平５-１１９２７２号公報
【特許文献８】特開平５-１５７９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、２枚の正レンズを用いた内視鏡照明光学系において、周辺部まで明るい優れた配光特性を有し、光の利用効率が高く、コストも安い内視鏡照明光学系を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内視鏡照明光額系は、面光源側から順に、正の第１レンズと、正の第２レンズからなり、次の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴としている。
（１）０．４０＜ｆ／Ｄ＜０．５３
（２）０．４０＜０．５・Ｄ・θ＜０．５６
但し、
Ｄ；面光源の最大径、
ｆ；第１レンズと第２レンズの合成焦点距離、
θ＝（１＋０．８５ｄ１／Ｒ２）（１-１／ｎ１）／Ｒ１-１．０５／Ｒ２
ｄ１；第１レンズの厚さ、
Ｒ１；第１レンズの面光源側の曲率半径、
Ｒ２；第１レンズの被照射面側の曲率半径、
ｎ１；第１レンズの屈折率、
である。
【０００７】
本発明の内視鏡照明光学系はさらに、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
（３）０．６５＜ｄ１／ｆ＜１．０
【０００８】
また、次の条件式（４）を満足することが好ましい。
（４）１．５＜（ｄ０＋Ｈ１）／ｆ＜３．５
但し、
ｄ０；面光源と第１レンズとの空気換算距離、
Ｈ１；第１レンズの面光源側の面から全系の光源側主点までの距離、
である。
【０００９】
本発明の内視鏡照明光学系では、その一態様として、面光源と第１レンズとの間に、光軸を中心とする内面反射面を有する筒状反射体を位置させることができる。
【００１０】
この筒状反射体は、中空の筒状体から構成することができ、中心部のコアと周辺部のクラッドからなる単ロッドから構成することができる。
【００１１】
また、別の態様では、正の第１レンズをその周面が内面反射面からなるレンズから構成し、次の条件式（５）を満足させることが好ましい。
（５）２．０＜ｄ１／（ｎ１・ｆ）＜３．５
【００１２】
第１レンズは、その一態様では、中心部のコアと周辺部のクラッドからなる単ロッドレンズから構成することができる。
【００１３】
面光源は、ライトガイドバンドルの出射端面またはＬＥＤとするのが実際的である。
【００１４】
本発明の内視鏡照明光学系は、次の条件式（６）を満足することが好ましい。
（６）-５＜Ｒ４／Ｄ＜-３．２
但し、
Ｒ４；第２レンズの被照射面側の面の曲率半径、
である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、正レンズ２枚という簡単な構成でありながら、周辺部まで明るく、照明効率の高い内視鏡照明光学系を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本実施形態の内視鏡照明光学系は、図１、図２、図３及び図４の各実施形態に示すように、面光源１１側から順に、正の第１レンズＬ１と正の第２レンズＬ２とを有している。このうち、図１は、面光源１１と第１レンズＬ１との間を空間とした実施形態、図２は、面光源１１と第１レンズＬ１との間に、光軸を中心とする内面反射面を有する筒状反射体として、単ロッド１２を位置させた実施形態、図３は、面光源１１と第１レンズＬ１との間に、光軸を中心とする内面反射面を有する筒状反射体として、内面を鏡面とした中空筒状体１３を位置させた実施形態、図４は、第１レンズＬ１自体を、中心部のコアと周辺部のクラッドからなる単ロッドレンズ１４から構成した実施形態である。単ロッド１２（単ロッドレンズ１４）は、中心部の円柱状コア１２ａ（１４ａ）と周辺部の円筒状クラッド１２ｂ（１４ｂ）とからなっており、コア１２ａ（１４ａ）の屈折率ｎ１は、クラッド１２ｂ（１４ｂ）の屈折率ｎ２より高く（ｎ１＞ｎ２）、両者の境界面が反射面を構成する。
【００１７】
条件式（１）は、面光源１１の大きさ（直径）と、全系の焦点距離との関係を規定している。条件式（１）の下限を下回ると、全系のパワーが強くなるため、各面での曲率半径がきつくなって光量ロスが多くなる。上限を上回ると、大きい配光角度を得ることが困難になる。
【００１８】
条件式（２）は、面光源１１の最外周から第１レンズＬ１の光軸に平行に射出して第１レンズＬ１の第２面（被照射面側の面）へ入射する光線と、入射点での面法線とのなす角度（０．５・Ｄ・θ）（図５参照）を近似式で表したとき、この角度が満足すべき条件を規定している。条件式（２）の下限を下回ると、第１レンズＬ１の第２面での屈折量が小さいため、配光角度を大きくすることができない。上限を上回ると、第１レンズＬ１の第２面で全反射する光線が増えるため、光量ロスが多くなる。
【００１９】
条件式（３）は、第１レンズＬ１の厚さを規定している。条件式（３）の下限を下回ると、レンズ厚が薄くなり、コバ厚の確保が困難になる。上限を上回ると、第１レンズＬ１の焦点距離が長くなるため、配光角度が狭くなる。
【００２０】
条件式（４）は、特に面光源１１がライトガイドバンドルの光束出射端からなる場合に、その網目が観察されないようにするための条件である。すなわち、配光レンズを正レンズ系とする内視鏡照明光学系では、光源と配光レンズの位置関係によって光源の像が被照射面に投影されることがある。内視鏡照明光学系で光源として広く用いられているライトガイドバンドルは、各ファイバのコア部分だけが発光し、クラッド部分や隣接するファイバ同士の隙間は発光していないので、光源の像が投影されると、網目状のパターンが被照射面上に投影されることとなり、観察に支障を来す。条件式（４）は、光源と共役な位置が観察範囲に入らないようにして、この網目状のパターンが投影されないようにした、面光源１１と第１レンズＬ１の位置関係を規定している。条件式（４）の下限を下回ると、光源と共役な位置が配光レンズ（第１、第２のレンズＬ１、Ｌ２）から離れて内視鏡対物レンズの被写界深度内に入るので、観察に支障を来す。上限を上回ると、照明光学系全体の長さが長くなり、小型化が困難になる。
【００２１】
一方、条件式（４）は、面光源１１と第１レンズＬ１の間隔を一定距離以上離すことを意味している。その結果、面光源１１からの発散光束の一部が第１レンズＬ１に入射せず光量ロスが生じる。そこで、面光源１１と第１レンズＬ１との間には、光軸を中心とする内面反射面を有する単ロッド１２（図２）または中空筒状体１３（図３）を配置することが好ましい。
【００２２】
図５の実施形態は、単ロッドレンズ１４が第１レンズＬ１を兼ねる実施形態である。この実施形態によると、単一の光学要素（単ロッドレンズ１４）で、照明ムラの防止を図ることができる。
【００２３】
条件式（５）は、第１レンズの周面を反射面とした場合の該第１レンズの厚さを規定している。条件式（５）の下限を下回ると、光源と共役な位置が対物レンズの被写界深度内に入るので、特に光源がファイババンドルの光束出射端である場合に観察に支障を来す。上限を上回ると、照明光学系全体の長さが長くなり、小型化できない。第１レンズの周面を反射面とする構造は、単ロッドレンズ１４によって容易に得ることができる。
【００２４】
第２レンズＬ２の被照射面側には、緩いＲ（曲率）をつけるのが望ましい。条件式（６）は、このＲの範囲を規定している。条件式（６）の下限を下回ると、配光角の狭い光線と広い光線の屈折力の差が大きくなり、さらに角度のついた光線が全反射するため、周辺光量が不足する。上限を上回ると、光源の周辺部から出射した光線の屈折力が弱くなるので、配光角が小さくなる。さらにＲが小さくなるので内視鏡先端部からの突出量が大きくなり、洗浄性が悪化し、傷が付きやすくなる。
【００２５】
次に具体的な実施例を示す。数値データの表中、ｆは全系の焦点距離、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎd はｄ線の屈折率、νはアッベ数を示す。配光特性図における横軸（角度）は光軸からの角度、縦軸（a.u.(arbitrary unit)）は、中心部（光軸上）を１とした相対強度で示している。
【実施例１】
【００２６】
実施例１は、図１の構成の内視鏡照明光学系についての具体的数値例（表１）と、その配光特性（図７）を示している。面光源の最大径Ｄφ=1.7である。
【００２７】
（表１）
f = 0.79
d0= 1.00
面 No.      ｒ                ｄ                 Ｎd        ν
1          3.093        0.60          1.88300     40.8
2         -2.000        0.05
3          1.266        1.65          1.88300     40.8
4         -6.375         -
【実施例２】
【００２８】
実施例２は、図２の構成の内視鏡照明光学系についての具体的数値例（表２）と、その配光特性（図７）を示している。面Ｎｏ．１と２は、単ロッド１２の入射面と出射面である。面光源の最大径＝単ロッド１２のコア１２ａの径Ｄφ=1.7、屈折率ｎ１=1.60、クラッド１２ｂの屈折率ｎ２=1.51である。
【００２９】
（表２）
f = 0.79
d0= 0.00
面 No.      ｒ                ｄ                 Ｎd        ν
1            ∞        2.00            1.60000      55.0 
2            ∞        0.00
3          3.093      0.60            1.88300      40.8 
4         -2.000      0.05
5          1.266      1.65            1.88300      40.8
6          -6.375       - 
【実施例３】
【００３０】
実施例３は、図３の構成の内視鏡照明光学系についての具体的数値例（表３）と、その配光特性（図７）を示している。この実施例３のレンズ系は実施例１と同一であり、面光源１１と第１レンズＬ１の間に、中空筒状体１３が挿入されている点が異なる。面光源の最大径＝中空筒状体１３の内径は、φ1.7である。また、中空筒状体１３の内面の反射率は６５％である。
（表３）
f = 0.79
d0= 1.00
面 No.      ｒ                ｄ                 Ｎd        ν
1          3.093        0.60          1.88300     40.8
2         -2.000        0.05
3          1.266        1.65          1.88300     40.8
4         -6.375         -
【実施例４】
【００３１】
実施例４は、図２の構成の内視鏡照明光学系についての具体的数値例（表４）と、その配光特性（図８）を示している。面Ｎｏ．１と２は、単ロッド１２の入射面と出射面である。面光源の最大径＝単ロッド１２のコア１２ａの径Ｄφ=1.7、屈折率ｎ１=1.60、クラッド１２ｂの屈折率ｎ２=1.51である。
【００３２】
（表４）
f = 0.81
d0= 0.00
面 No.      ｒ                ｄ                 Ｎd        ν
1            ∞         2.40          1.60000      55.0
2            ∞         0.03 
3           2.314      0.76          1.88300      40.8
4          -2.314      0.05
5           1.275      1.61          1.88300      40.8
6          -7.083       - 
【実施例５】
【００３３】
実施例５は、図２の構成の内視鏡照明光学系についての具体的数値例（表５）と、その配光特性（図９）を示している。面Ｎｏ．１と２は、単ロッド１２の入射面と出射面である。面光源の最大径＝単ロッド１２のコア１２ａの径Ｄφ=1.7、屈折率ｎ１=1.60、クラッド１２ｂの屈折率ｎ２=1.51である。
【００３４】
（表５）
f = 0.75
d0= 0.00
面 No.      ｒ                ｄ                 Ｎd        ν
1            ∞         2.20          1.60000      55.0
2            ∞         0.05
3           2.196      0.66          1.88300      40.8
4          -2.196      0.05
5           1.157      1.46          1.88300      40.8
6          -5.903       -
【実施例６】
【００３５】
実施例６は、図２の構成の内視鏡照明光学系についての具体的数値例（表６）と、その配光特性（図１０）を示している。面Ｎｏ．１と２は、単ロッド１２の入射面と出射面である。面光源の最大径＝単ロッド１２のコア１２ａの径Ｄφ=1.7、屈折率ｎ１=1.60、クラッド１２ｂの屈折率ｎ２=1.51である。
【００３６】
（表６）
f = 0.90
d0= 0.00
面 No.      ｒ                ｄ                 Ｎd        ν
1            ∞         2.20          1.60000      55.0
2            ∞         0.05
3           3.088      0.66          1.88300      40.8
4          -2.408      0.10 
5           1.417      1.70          1.88300      40.8
6           -7.083       -
【実施例７】
【００３７】
実施例７は、図４の構成の内視鏡照明光学系についての具体的数値例（表７）と、その配光特性（図１１）を示している。面Ｎｏ．１と２は、単ロッドレンズ１４の入射面と出射面である。面光源の最大径＝単ロッドレンズ１４のコア１４ａの径Ｄφ=1.7、屈折率ｎ１=1.60、クラッド１４ｂの屈折率ｎ２=1.51である。
【００３８】
（表７）
f = 0.83
d0= 0.00
面 No.      ｒ                ｄ                 Ｎd        ν
1            ∞         3.50           1.60000      55.0
2          -1.676      0.07
3           1.015      1.50           1.88300      40.8
4           -7.083       -
【実施例８】
【００３９】
実施例８は、図４の構成の内視鏡照明光学系についての具体的数値例（表８）と、その配光特性（図１２）を示している。面Ｎｏ．１と２は、単ロッドレンズ１４の入射面と出射面である。面光源の最大径＝単ロッドレンズ１４のコア１４ａの径Ｄφ=1.7、屈折率ｎ１=1.60、クラッド１４ｂの屈折率ｎ２=1.51である。
【００４０】
（表８）
f = 0.86
d0= 0.00
面 No.      ｒ                ｄ                 Ｎd        ν
1            ∞         2.95          1.60000      55.0
2          -1.690      0.23
3           1.015      1.46          1.88300      40.8
4          -7.083       -
【実施例９】
【００４１】
実施例９は、図４の構成の内視鏡照明光学系についての具体的数値例（表９）と、その配光特性（図１３）を示している。面Ｎｏ．１と２は、単ロッドレンズ１４の入射面と出射面である。面光源の最大径＝単ロッドレンズ１４のコア１４ａの径Ｄφ=1.7、屈折率ｎ１=1.60、クラッド１４ｂの屈折率ｎ２=1.51である。
【００４２】
（表９）
f = 0.85
d0= 0.00
面 No.      ｒ                ｄ                 Ｎd        ν
1            ∞         3.78          1.60000      55.0
2          -1.724      0.08
3           1.039      1.49          1.88300      40.8
4          -8.028       -
【比較例】
【００４３】
比較例は、図６に示す、面光源１１の出射端に平凹レンズ１６を配置した光学系についての具体的数値例（表１０）と、その配光特性（図１４）を示している。図１４には、面光源１１（ライトガイドバンドルの出射端）の配光特性も併せて描いている。
【００４４】
（表１０）
f = -1.15
d0= 0.46
面 No.      ｒ                ｄ          Ｎd        ν
1        -1.015      0.30      1.88300      40.8
2           ∞        - 
【００４５】
各実施例の各条件式に対する値を表１１に示す。
（表１１）
実施例１  実施例２  実施例３  実施例４  実施例５
条件式（１）     0.467     0.467    0.467     0.477     0.440
条件式（２）     0.542     0.542    0.542     0.510     0.542
条件式（３）     0.756     0.756    0.756     0.936     0.883
条件式（４）     1.777     2.092    1.777     2.461     2.472
条件式（５）     0.402     0.402    0.402     0.497     0.469
条件式（６）    -3.750    -3.750   -3.750   -4.166    -3.472
実施例６  実施例７  実施例８  実施例９
条件式（１）     0.528     0.487    0.508     0.499
条件式（２）     0.470     0.533    0.528     0.518
条件式（３）     0.736     4.228    3.413     4.456
条件式（４）     2.111     2.805    2.438     2.843
条件式（５）     0.391     2.642    2.133     2.785
条件式（６）    -4.166    -4.166   -4.166   -4.772
【００４６】
各実施例と比較例の配光特性図を比較すると、本発明の内視鏡照明光学系は、周辺部まで明るい優れた配光特性を示すことがわかる。また表１１から明らかなように、実施例１ないし９は条件式（１）、（２）、（４）、（６）を満たしている。また、実施例１ないし６は条件式（３）を満足するが、実施例７ないし９は、第１レンズＬ１自身が単ロッドレンズ１４からなっているため、条件式（３）を満足しない。そのかわり、条件式（５）は、単ロッドレンズ１４を用いた実施例７ないし９だけが満足する条件である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による内視鏡照明光学系の一実施形態を示す光学構成図である。
【図２】本発明による内視鏡照明光学系の別の実施形態を示す光学構成図である。
【図３】本発明による内視鏡照明光学系のさらに別の実施形態を示す光学構成図である。
【図４】本発明による内視鏡照明光学系の他の実施形態を示す光学構成図である。
【図５】本発明の条件式（２）を説明するための図である。
【図６】従来の内視鏡照明光学系の一例を示す光学構成図である。
【図７】本発明による内視鏡照明光学系の実施例１、２、３の配光特性図である。
【図８】本発明による内視鏡照明光学系の実施例４の配光特性図である。
【図９】本発明による内視鏡照明光学系の実施例５の配光特性図である。
【図１０】本発明による内視鏡照明光学系の実施例６の配光特性図である。
【図１１】本発明による内視鏡照明光学系の実施例７の配光特性図である。
【図１２】本発明による内視鏡照明光学系の実施例８の配光特性図である。
【図１３】本発明による内視鏡照明光学系の実施例９の配光特性図である。
【図１４】比較例の内視鏡照明光学系の配光特性図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１  面光源
１２  単ロッド
１３  中空筒状体
１４  単ロッドレンズ
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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