(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、光源と、該光源からの光束をほぼ平行光束にする放物面鏡と、該放物面鏡により平行光束とされた光を集光する集光光学系とを有し、内視鏡に備えられた照明光を伝達するライトガイドに光を入射させる内視鏡用光源光学系において、以下に示す条件式を同時に満足するようにしたことを特徴とする内視鏡用光源光学系。
｜２ｆ2・ｓｉｎθ1｜≧φLS（但し、φLS≦２．７７ｍｍ）
｜５ｆ1／ｆ2｜≧ＮＡLS
但し、ＮＡLSは前記ライトガイドの開口数、ｆ1は前記放物面鏡の焦点距離、ｆ2は前記集光光学系の焦点距離、θ1は前記放物面鏡から出射する光束において光の密度が前記放物面鏡の光軸と平行な光束の密度の１０％となる光束の、前記光軸に対してなす角度、φLSは前記ライトガイドの径の大きさを夫々示している。
【請求項２】
少なくとも、光源と、該光源からの光束をほぼ平行光束にする放物面鏡と、該放物面鏡により平行光束とされた光を集光する集光光学系とを有し、内視鏡に備えられた照明光を伝達するライトガイドに光を入射させる内視鏡用光源光学系において、以下に示す条件式を同時に満足するようにしたことを特徴とする内視鏡用光源光学系。
｜２ｆ2・ｓｉｎθ1｜≧φLS（但し、φLS≦２．７７ｍｍ）
｜３．５ｆ1／ｆ2｜≧ＮＡLS
但し、ＮＡLSは前記ライトガイドの開口数、ｆ1は前記放物面鏡の焦点距離、ｆ2は前記集光光学系の焦点距離、θ1は前記放物面鏡から出射する光束において光の密度が前記放物面鏡の光軸と平行な光束の密度の１０％となる光束の、前記光軸に対してなす角度、φLSは前記ライトガイドの径の大きさを夫々示している。
【請求項３】
前記集光光学系が２群により構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内視鏡用光源光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内視鏡に備えられたライトガイドに光源からの光を効率よく入射させるための内視鏡用光源光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、体腔内に細長い挿入部を挿入することにより内臓等を観察したり、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置を施したりすることが可能な内視鏡が広く用いられている。
又、このような内視鏡には、大きく分けて、眼視にて観察を行う「ファイバスコープ」と、電荷結合素子（ＣＣＤ）等の固体撮像素子を撮像手段として用いた「電子スコープ」とがあり、特に、近年においては電子スコープが用いられる割合が多くなってきている。
更に、一般に用いられている電子スコープの撮像装置は、「モザイクフィルタ方式」と「面順次照明方式」とに大別される。モザイクフィルタ方式とは、撮像面上に各画素毎の色フィルタが形成された固体撮像素子を配置し、白色照明からカラー画像を得るようにしたものである。一方、面順次式照明方式とは、白黒用の固体撮像素子を用い、照明手段に備えられた色分離フィルタにより２色以上に時分割された照明光からカラー画像を得るようにしたものである。
【０００３】
上記のような撮像装置が備えられた内視鏡の照明手段としては、光源装置とこの光源装置から供給された光を内視鏡の先端部まで伝達するライトガイドと、内視鏡の先端部に組み込まれたライトガイドから射出される光を更に拡開して被写体へ照射する照明レンズとによって構成されているのが一般的である。従って、内視鏡用光源光学系は、前述した数種類の内視鏡に対応した構成、即ち、ファイバスコープやモザイクフィルタ方式の電子スコープに用いられるものは白色光を供給し得る構成をなし、面順次式照明方式の電子スコープに用いられるものは２色以上に時分割された照明光を供給し得る構成をなしている。
【０００４】
ところで、肺，胆道等の細管内の観察を行うことを目的とするスコープでは、患者の苦痛低減，挿通性の向上のために、スコープ自体の細径化が大きな課題となっている。この点、近年の技術進歩により固体撮像素子の高画素化及び小型化等が進み、電子スコープにおいても画質の向上と共に、固体撮像素子の小型化による対物光学系のコンパクト化が可能となりつつある。
しかしながら、一般に固体撮像素子が高画素化及び小型化されると、その固体撮像素子の受光感度が低下することが知られている。このため、対物光学系及び固体撮像素子を小型化してスコープの細径化を図ると、照明光量が不足するという問題を生じる。よって、この光量不足を解消するために、ライトガイドを太径化してスコープの先端からの射出光量を増加させることは、結局、スコープを太径化することになる。このため、スコープを細径化するには、対物光学系の小型化以外に、いかに効率よく光源ランプからの光をライトガイドに導き被写体を照明するのに十分な光量を確保できるように光源装置を構成して、必要以上にライトガイドを太径化させないことが重要となってくる。
【０００５】
ところで、現在の内視鏡用光源装置では、キセノンランプ，ハロゲンランプ等が一般に用いられており、これらのランプは放物面鏡と一体型となっているものが多い。又、放物面鏡の場合、その焦点から発せられた光は幾何光学的には完全な平行光束となるはずであるが、キセノンランプ等のアーク式のものでも輝点の大きさは有限であるため、完全な平行光束とはなり得ない。このため、放物面鏡の反射光束を集光させても、いくらかの大きさをもった集光スポットになり、細径のライトガイドでは入射可能な光量はかなり制限されてしまうことになる。
又、前記集光スポットの径を小さくするためには、集光光学系の焦点距離を短くすればよいが、集光スポットの径を小さくすることはライトガイドへの光の入射角度を大きくすることにつながり、結局はライトガイドの開口数（以下、ＮＡと称す）を越えてしまう。よって、ある一定量以上にライトガイドへの入射光量を増やすことは不可能である。
尚、ここでライトガイドのＮＡとは、図９に示すように、ライトガイド１の光の入射端面において、光の入射方向とライトガイド１の光軸とのなす角をθとしたとき、ｓｉｎθで表される数値である。
【０００６】
従来の放物面鏡一体型のランプを光源として用いた内視鏡用光源光学系では、図１０に示すように、ランプ射出面２を瞳面とし、その軸上マージナル光線のライトガイド１への入射角が、ライトガイド１のＮＡとおよそ一致するかそれ以下になるように集光光学系３の焦点距離が設定されていた。
ここで、図１１に示すように、概ね正弦条件を満たすレンズ５を用いて点光源４からの光を平行光束に変換する場合、レンズ５の前側主平面６は点光源４を中心としたほぼ球面形状となる。このため、点光源４から射出される光の前側主平面６までの距離はその射出方向に関係なくほぼ一定となり、又、変換される平行光束の分布もおおよそ一様となる。
【０００７】
一方、点光源からの光束を放物面鏡を用いて平行光束に変換する場合、レンズを用いた場合とは違って光束の分布が一様とはならない。この場合、図１２に示すように、点光源４からの放射光束はその放射方向により放物面鏡７までの距離が大きく異なってくる。よって、点光源４からの光束を放物面鏡７を用いて平行光束に変換した場合、変換された光束の光の密度分布は、図１３に示すようなガウス型の分布となり、放物面鏡の焦点距離の長さにかかわらず光軸からの距離がかかる焦点距離の１０倍以上となる位置では殆ど光が存在していないことが分かる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の内視鏡用光源光学系では、放物面鏡の外径の最周辺部を通る光線がライトガイドのＮＡとおよそ一致するように集光光学系が設計されていた。よって、このような放物面鏡を備えた光源装置から射出された光束の周辺部の光密度は薄く光は殆ど存在していないため、集光光学系によりライトガイド端面に集光される光束の周辺部の光密度も薄く光は殆ど存在していない状態となる。
このように、実際にライトガイドに入射する光束中、ライトガイドのＮＡとほぼ等しい入射角を有している光は殆ど存在していないため、ライトガイドのＮＡが十分に活かされていたとは云い難い。故に、従来の内視鏡用光源光学系では所望の光量を得るためにライトガイドが必要以上に太径化され内視鏡のスコープ径も太くなる傾向にあり、まさにこのことが内視鏡スコープの挿通性を悪くして患者の苦痛を増大させる原因となっていた。
【０００９】
そこで、本発明は、上記のような従来技術の有する問題点に鑑みなされたもので、放物面鏡を含んだ内視鏡用光源光学系において、特に、細径のライトガイドへの光の入射効率を高めることができる光源光学系を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による内視鏡用光源光学系は、少なくとも、光源と、この光源からの光束をほぼ平行光束にする放物面鏡と、この放物面鏡により平行光束とされた光を集光する集光光学系とを有し、内視鏡に備えられた照明光を伝達するライトガイドに光を入射させる内視鏡用光源光学系において、以下に示す条件式を同時に満足するようにしたことを特徴とする。
｜２ｆ2・ｓｉｎθ1｜≧φLS（但し、φLS≦２．７７ｍｍ）・・・（１）
｜５ｆ1／ｆ2｜≧ＮＡLS                                ・・・（２）
但し、ＮＡLSは前記ライトガイドの開口数、ｆ1は前記放物面鏡の焦点距離、ｆ2は前記集光光学系の焦点距離、θ1は前記放物面鏡から出射する光束において光の密度が前記放物面鏡の光軸と平行な光束の密度の１０％となる光束の、前記光軸に対してなす角度、φLSは前記ライトガイドの径の大きさを夫々示している。
又、本発明による内視鏡用光源光学系は、少なくとも、光源と、この光源からの光束をほぼ平行光束にする放物面鏡と、この放物面鏡により平行光束とされた光を集光する集光光学系とを有し、内視鏡に備えられた照明光を伝達するライトガイドに光を入射させる内視鏡用光源光学系において、以下に示す条件式を同時に満足するようにしたことを特徴とする。
｜２ｆ2・ｓｉｎθ1｜≧φLS（但し、φLS≦２．７７ｍｍ）
｜３．５ｆ1／ｆ2｜≧ＮＡLS
但し、ＮＡLSは前記ライトガイドの開口数、ｆ1は前記放物面鏡の焦点距離、ｆ2は前記集光光学系の焦点距離、θ1は前記放物面鏡から出射する光束において光の密度が前記放物面鏡の光軸と平行な光束の密度の１０％となる光束の、前記光軸に対してなす角度、φLSは前記ライトガイドの径の大きさを夫々示している。更に、本発明による内視鏡用光源光学系は、前記集光光学系が２群により構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
前述のように、点光源からの放射光束を放物面鏡を用いて平行光束に変換すると、その平行光束は図１３のようなガウス型の光の密度分布を示す。この光の強度分布のグラフから、放物面鏡の焦点距離の長さにかかわらず、光軸からの距離がその焦点距離の１０倍以上となる位置では光は殆ど存在していないことが分かる。故に、そのような放物面鏡により形成される平行光束の実質的な光束径の大きさは放物面鏡の焦点距離のほぼ１０倍以下とみなすことができ、かかる光束径の最周辺を通る光線のライトガイドへの入射角が少なくともライトガイドのＮＡ以上になるように光源光学系中の集光光学系の焦点距離を設定すれば、ライトガイドへの入射光の光密度は大きくなり、そのライトガイドに効率よく光束を入射させることが可能になる。
【００１２】
次に、ライトガイドの入射端に集光される軸上集光光束の配光特性のグラフを図８に示す。ここに示されたグラフは、放物面鏡から射出される平行光束において、この平行光束の最周辺を通る光線がライトガイドのＮＡとほぼ一致するように集光されたときの軸上集光光束の光の密度を示し、図中の曲線Ａ，Ｂ，Ｃは夫々前記放物面鏡の焦点距離の７倍，１０倍，１２倍の大きさの径を有する平行光束の場合を示している。このグラフから明らかなように、ライトガイドのＮＡが０に近い場合の入射光の密度は曲線Ａ，Ｂ，Ｃの光束共ほぼ同じであるが、前述のように光軸から距離が放物面鏡の焦点距離の１０倍以上となる位置では殆ど光が存在していないことから、ライトガイドのＮＡが最大（０．６６）となった場合には曲線Ｃで示された光束は殆ど存在しないことになる。このため、曲線Ｃで示された光束のライトガイドのＮＡ内での光量は少なく、ライトガイドに入射する光量は曲線Ａ，Ｂで示された光束に比べて少なくなる。
又、ここで、ライトガイドの軸上光束のみを考えると、ライトガイドのＮＡを高めれば高める程ライトガイドへの入射光束が増すことになる。しかし、ＮＡを高めれば集光スポットの径は小さくなり、集光スポット径の大きさがライトガイド径よりも小さくなると逆にライトガイドへ入射する光束にロスを生じることになる。従って、効率よく光束をライトガイドに入射させるためには、単にライトガイドの高ＮＡ化を達成すればよいというものではなく、集光スポット径の大きさも考慮する必要がある。
【００１３】
前記集光光学系の焦点距離をｆ2、前記放物面鏡から出射する光束において光の密度が前記放物面鏡の光軸と平行な光束の密度の１０％となる光束の、前記光軸に対してなす角度をθ1としたとき、近軸関係式から集光スポット径の大きさは、２ｆ2・ｓｉｎθ1と表されるが、この集光スポット径の大きさは、ライトガイド径の大きさ以上の大きさとする必要がある。上記条件式（１）は集光スポット径の大きさがライトガイド径の大きさ以上の大きさであることを示すものであり、この条件式を満たす場合、放物面鏡から射出される平行光束において、光軸からの距離がかかる放物面鏡の焦点距離の１０倍以下の範囲を光束径とみなして、少なくともライトガイドのＮＡ以上になるように前記平行光束を集光すれば、ライトガイドに効率よく光を入射させることが可能になる。一方、上記条件式（２）は、一般的な光源光学系のＦナンバとライトガイドのＮＡとの関係式から導かれており、光束径の大きさを１０ｆ1（ｆ1は放物鏡面の焦点距離）とみなしたとき、この光束の最周辺部を通る光線がライトガイドのＮＡ以上の角度で集光されることを示している。よって、上記条件式（１），（２）に示された条件を同時に満たせば、効率よく光束をライトガイドに入射させることが可能になる。
【００１４】
ところで、前述したように、点光源からの放射光束を放射面鏡により平行光束に変換した場合、この平行光束の光の密度分布はガウス型となり、光軸からの距離が前記放物面鏡の焦点距離の１０倍以上となる位置では、光は殆ど存在していない。しかし、一般にガウス型の密度分布を示す光は、全体の７５％が密度５０％以上の範囲に集中している。このため、最大の光密度に対しておおよそ１０％以下程度となる範囲の外側の部分では光は存在しないものと考えても実用上問題はない。よって、より効率よくライトガイドに光を入射させるためには、光束中の密度分布が最大密度の１０％以上となっている範囲を光束径とみなすと好都合である。尚、点光源からの放射光束を放物面鏡で平行光束に変換した場合、この平行光束中の光の密度分布が最大密度の１０％以上となる範囲の位置は、図１３から明らかなように、放物面鏡の所定距離の約７倍程度である。このため平行光束の径の大きさを７ｆ1 とみなしたとき、上記式（２）は、
｜３．５ｆ1 ／ｆ2 ｜≧ＮＡLS                    ・・・・（３）
と書ける。
【００１５】
又、図８に示すように、平行光束の径の大きさを放物面鏡の焦点距離の１０倍とみなすことより、７倍とみなした方がライトガイドのＮＡ以内の範囲での光束量は多くなり、ライトガイドへの入射光量も多くなることが分かる。但し、この場合も上記条件式（１）に示された条件を満足することが必要であることは云うまでもない。
【００１６】
図１は、本発明による内視鏡用光源光学系の基本構成の概念を示す光軸に沿う断面図である。この図に示すように、本発明の内視鏡用光源光学系は、放物面鏡９ａとそのほぼ焦点位置に設けられた光源ランプ９ｂとからなる照明光源９と、照明光源９から射出された光を集光する集光光学系１０と、回転カラーフィルタ等の透過波長選択フィルタ１１と、集光された光を伝達するライトガイド１２とにより構成されている。尚、集光光学系１０は前群１０ａと後群１０ｂとからなっている。
本発明の内視鏡用光源光学系は上記のように構成されているので、照明光源９から射出された光は、集光光学系１０により集光され、ライトガイド１２に入射することになる。このとき、照明光源９から射出される光は概ね平行光束となっているが、このような平行光束は図１３に基づき説明したような密度分布を示す。そこで、本発明の光源光学系では、かかる平行光束中ある所定以上の強度を有する部分をその光束とみなし、この光束に基づき集光光学系１０の焦点距離を設定している。従って、従来の光源光学系と比較して、ライトガイド１２における同じＮＡ内の光束密度が高くなっている。又、ライトガイド１２の端面上に生じる集光スポットの径がライトガイド１２の径の大きさを越えないように設計されているため、従来のものと比較して照明光源９からの光束を効率よくライトガイド１２へ入射させることができる。
【００１７】
又、本発明の光源光学系に用いられる集光光学系１０は、前群１０ａと後群１０ｂとからなっているため、照明光源９から射出された光は、まず前群１０ａで緩く集光されて透過波長選択フィルタ１１に入射することになる。このとき、照明光源９からの光は、前群１０ａにおいて、フィルタ１１への入射光の入射角が２０°以下になるように集光される。そして、フィルタ１１を透過した光は、後群１０ｂによってライトガイド１２の入射端面上に集光される。
尚、特公平６−２５８２７号公報に開示されているように、干渉フィルタへの光の入射角は約２０°以下になるように制御されることが好ましい。本発明の光源光学系では、この条件を十分満たしており、よって、透過波長選択フィルタ１１の性能を損なうことなく、フィルタ１１の小型化も可能となり、光源光学系全体のコンパクト化を達成できる。
【００１８】
又、本発明の光源光学系に用いられる集光光学系１０は以下に示すような条件を満足することが好ましい。
｜ｆ3 ／Ｄ｜＞１．４６２                          ・・・・（４）
但し、ｆ3 は集光光学系１０の前群１０ａの焦点距離、Ｄは照明光源９から射出される軸上光束の径の大きさを示している。
この条件式（４）は、透過波長選択フィルタ１１の性能を良好に保持するための軸上光束の透過波長選択フィルタ１１への許容入射角の大きさの範囲を定めたものである。本発明の光源光学系では、集光光学系１０の前群１０ａを透過した軸上光束は透過波長選択フィルタ１１に対し角度を有して入射するが、前述のように、フィルタ１１への光の入射角は２０°以下が好ましい。従って、集光光学系１０の前群１０ａのＦナンバの絶対値は、１／（２ｓｉｎ２０°）＝１．４６２以上、即ち上記条件式（４）を満足することが必要となる。
【００１９】
以下、図示した実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【００２０】
第１実施例
図２は、本実施例にかかる内視鏡用光源光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
本実施例の内視鏡用光源光学系は、放物面鏡１３ａとそのほぼ焦点位置に設けられた光源ランプ１３ｂとからなる照明光源１３（放物面鏡一体型のキセノンランプを用いた照明光源）と、照明光源１３から射出された光を集光する集光光学系１４と、集光された光を伝達するライトガイド１７とにより構成されている。又、集光光学系１４は正の屈折力を有する前群１４ａ及び後群１４ｂからなり、前群１４ａは照明光源１３側に凸形状，ライトガイド１７側に凹形状をなし、レンズ全体では凸作用を有し、照明光源１３側の凸面は非球面になっている。又、後群１４ｂは、照明光源１３側及びライトガイド１７側に凸形状をなし、レンズ全体としては凸作用を有し、照明光源１３側の凸面は非球面になっている。これら非球面は、２面とも光軸付近での曲率が強く、且つ、光軸から離れるに従って曲率が弱くなるような凸形状となっているため、発生する球面収差，コマ収差を良好に補正できる。
【００２１】
更に、集光光学系１４の前群１４ａと後群１４ｂとの間には、透過波長選択フィルタとしての作用を有する回転カラーフィルタ１５と、透過光量調節手段としての絞り機構１６とが配置されている。尚、回転カラーフィルタ１５は、照明光源１３からの射出光の特性に応じて光路内への着脱が可能になっている。又、本実施例の光源光学系に用いられるライトガイド１７のＮＡは０．６６である。
【００２２】
図３は、本実施例の光源光学系に用いられる照明光源１３からの射出光の角度とその光の密度分布を示すグラフである。このグラフに示すように、ほぼ６°以上の角度で射出される光は０°で射出される光に対して１０％以下の密度でしかない。このため、照明光源１３は光の射出角度が０〜６°の範囲である光源とみなすことができる。又、照明光源１３から射出される光束の径は放物面鏡１３ａの焦点距離ｆ1 のちょうど１０倍の大きさのものである。又、光源ランプ１３ｂの輝点部分は点光源ではなく、ある程度の大きさを有するものであるが、照明光源１３から射出される平行光束中の光の密度分布は図１３に示したものとほぼ同じものとなる。
【００２３】
ここで、参考のため従来の内視鏡用光源光学系の構成を図７に示す。従来の内視鏡用光源光学系は、集光光学系１８が４枚のレンズにより構成されている点が本実施例のものと異なる。
【００２４】
上記のように構成された従来例及び本実施例の光源光学系の集光スポット径の大きさは、上記条件式（１）を用いて計算すると、夫々４．３，２．８となる。従って、径の大きさが２．８ｍｍ以下であるライトガイドを用いれば、従来例及び本実施例の光源光学系共、条件式（１）の条件を満足することができる。
しかしながら、従来例における集光光学系１８は、照明光源１３からの平行光束の周辺部を通る光線はライトガイド１７のＮＡにおおよそ一致するか、それ以下になるような設計であったため、上記条件式（２）の左辺の値は約０．６２となってライトガイド１７のＮＡの値（＝０．６６）より小さくなり、条件式（２）を満足することができない。
ところが、本実施例の光源光学系に用いられる集光光学系１４は、照明光源１３から射出される平行光束中の光の密度分布を十分考慮に入れて設計されており、条件式（２）の左辺の値は約０．９６となり、かかる条件を満足することができる。又、より効率よくライトガイド１７に光を入射させるために、前記平行光束中の光の密度分布が最大密度の１０％以下となる部分を光束とみなしての設計であり、上記条件式（３）の左辺の値も約０．６７となり、この条件も十分満足するものである。
【００２５】
次に、図４に、本実施例の光源光学系及び従来の光源光学系を用いてＮＡが０．６６であるライトガイドの入射端面へ集光させたスポットの照明分布のグラフを示す。このグラフから、同じＮＡ内であっても本実施例の光源光学系の方が従来例のものより集光スポットの中心照度が高いことが分かる。本実施例の光源光学系では、集光光学系が形成する集光スポット径の大きさを従来例よりも小さくすることができる。従って、集光スポット径の大きさが３ｍｍを越える範囲では従来例の方がライトガイドへ入射光量を多くすることができるが、その径の大きさが２ｍｍ以下の範囲では本実施例の方がライトガイドへの入射光量を多くすることができる。よって、２ｍｍ以下の細径のライトガイドを使用する際には、本実施例の光源光学系を用いることで、従来例に対して約１．３倍以上の光量をかかるライトガイドへ入射させることが可能になる。
従って、肺，胆道等の細管内を観察するための細径スコープに本実施例の光源光学系を用いることで、スコープ径の更なる細径化を達成できる。
【００２６】
ところで、本実施例の光源光学系は、照明光源１３から射出される平行光束中、光の最大密度の１０％以上の密度を有する部分をライトガイド１７に入射させるために用いられる。従って、前記密度未満の周辺光束は集光してもライトガイド１７への入射角がライトガイド１７のＮＡより大きくなるため、ライトガイド１７へは伝送されない。
そこで、図５（ａ）はその周辺光束を有効利用してライトガイド１７への入射光量を向上させる構成を示す図である。この構成では、放物面鏡１３ａの集光光学系１４側に、同図（ｂ）に示す放物面鏡１３ａの焦点位置を中心として形成された球面鏡１９を配置し、ライトガイド１７への入射光としては直接用いられていない光を前記焦点位置に戻している。そして、この焦点位置に戻った光は光源ランプ１３ｂからの放射光束と足し合わされて再度射出されるため、結果としてライトガイド１７への入射光量は増加することになる。
尚、球面鏡１９の中心部は、直接照明光源１３からライトガイド１７へ入射する平行光束を遮断しないように空洞となっている。
【００２７】
従って、球面鏡１９の中心部の空洞がライトガイド１７への入射光を遮断しないためには、その空洞部の径の大きさは２ｆ2 ・ＮＡLS以上であることが必要であり、およそ２ｆ2 ・ＮＡLSであれば最も効率よく光源ランプ１３ｂからの放射光束をライトガイド１７へ導くことができる。但し、球面鏡１９の空洞部の径の大きさを放物面鏡１３ａの外径よりも大きくすると、球面鏡として作用しなくなるため、放物面鏡１３ａの外径よりも小さくする必要がある。
以上から、放物面鏡１３ａの外径の大きさをＤ1 、球面鏡１９の空洞部の径の大きさをＤ2 とすると、
２ｆ2 ・ＮＡLS≦Ｄ2 ＜Ｄ1                         ・・・・（５）
で表される条件式が導かれる。
よって、本実施例の光源光学系において用いられる球面鏡１９では、その空洞部の径の大きさがおおよそ１７．５のとき最も効率よく光源ランプ１３ｂからの放射光束をライトガイド１７へ導くことができる。
【００２８】
又、このような球面鏡１９を用いなくともライトガイド１７への光量が十分に得られている場合には、前記周辺光束を中心部に空洞が形成されている遮光部材によりカットするようにしてもよい。この場合、かかる遮光部材の空洞部の径の大きさは前述の球面鏡１９と同じく、２ｆ2 ・ＮＡLS以上で且つ放物面鏡１３ａの外径の大きさ以下であることが必要となる。よって、放物面鏡１３ａの外径をＤ1 、遮光部材の空洞部の径の大きさをＤ3 とすると、
２ｆ2 ・ＮＡLS≦Ｄ3 ＜Ｄ1                         ・・・・（６）
で表される条件式が導かれる。
【００２９】
更に、本実施例の光源光学系に用いられる集光光学系１４は、前群１４ａと後群１４ｂとから構成されており、４枚のレンズ構成により構成されている従来例に対してレンズ２枚分だけ削減されており、光源光学系全系のコンパクト化と低コスト化を実現している。
尚、絞り機構１６は、集光光学系１４の前群１４ａの焦点距離をｆ3 、照明光源１３から射出される軸上光束の径の大きさをＤとしたとき、｜ｆ3 ／Ｄ｜＝２．８５１となり、上記条件式（４）を満たしている。従って、絞り機構１６は前群１４ａと後群１４ｂとの間に配置されるのであれば、回転カラーフィルタ１５等の干渉多層膜タイプの透過波長選択フィルタの性能を劣化させるようなことはない。
【００３０】
以下、本実施例の内視鏡用光源光学系に用いられる集光光学系１４を構成するレンズのデータを示す。
ｆ1 ＝２．５４，ｆ2 ＝１３．２４，Ｄ＝２５．４，ｄ0 ＝５０．０
【００３１】
0004024322.tif 000002
【００３２】
0004024322.tif 000003
【００３３】
更に、本実施例の内視鏡用光源光学系において、上記条件式（１）〜（４）に関する数値は以下の通りである。
｜２ｆ2 ・ｓｉｎθ1 ｜＝２．７７              （条件式（１）の左辺）
｜５ｆ1 ／ｆ2 ｜＝０．９６                    （条件式（２）の左辺）
｜３．５ｆ1 ／ｆ2 ｜＝０．６７                （条件式（３）の左辺）
｜ｆ3 ／Ｄ｜＝２．８５                        （条件式（４）の左辺）
【００３４】
尚、参考のため、図７に示した従来の光源光学系の集光光学系１８を構成するレンズのデータを以下に示す。
ｆ1 ＝２．５４，ｆ2 ＝−２０．４４２，Ｄ＝２５．４，ｄ0 ＝６５．０
【００３５】
0004024322.tif 000004
【００３６】
0004024322.tif 000005
【００３７】
0004024322.tif 000006
【００３８】
更に、従来の内視鏡用光源光学系において、上記条件式（１）〜（３）に関する数値は以下の通りである。
｜２ｆ2 ・ｓｉｎθ1 ｜＝４．２７              （条件式（１）の左辺）
｜５ｆ1 ／ｆ2 ｜＝０．６２                    （条件式（２）の左辺）
｜３．５ｆ1 ／ｆ2 ｜＝０．４４                （条件式（３）の左辺）
【００３９】
第２実施例
図６は本実施例にかかる内視鏡用光源光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
第１実施例に示した光源光学系は、従来例と同じ放物面鏡を用いた場合に集光光学系の焦点距離を変更することでライトガイドへの入射光の高効率化を図ったものであるが、集光光学系の焦点距離の絶対値がほぼ同じであっても放物面鏡の焦点距離を変えることで、ライトガイドへの入射光量を増加させることも可能である。そこで、本実施例では、集光光学系だけでなく放物面鏡を変えることによりライトガイドへの入射光量を増加させる内視鏡用光源光学系を示す。
ところで、内視鏡用光源光学系において、光源を物点，集光スポットを像とみなした場合、光源光学系の近軸倍率は放物面鏡の焦点距離で集光光学系の焦点距離を割った値となる。このため、第１実施例の光源光学系では集光光学系の焦点距離を短くすることで全光学系の近軸倍率を小さくしていたが、放物面鏡の焦点距離を長くすることによってもかかる近軸倍率を小さくすることは可能である。
【００４０】
そこで、本実施例の光源光学系では、図６に示すように、従来例及び第１実施例で用いられている放物面鏡１３ａを約１．５倍に係数倍した放物面鏡２０ａを使用する。又、集光光学系２１の前群２１ａは第１実施例の集光光学系１４の前群１４ａと同様のものを使用しており、後群２１ｂを第１実施例の後群１４ｂと変えることで集光光学系２１全体の焦点距離を第１実施例のものとは変えている。尚、集光光学系２１全体の焦点距離の絶対値は、図７に示した従来の集光光学系１８とほぼ同じである。この他の構成は第１実施例に示した光源光学系と同様である。従って、放物面鏡２０ａの焦点距離ｆ1は４．００で第１実施例の放物面鏡１３ａの約１．５倍になるが、このとき、平行光束の広がりも約１〜１．５倍となるため、照明光源２０は０〜４°の射出光束を発する光源とみなすことができる。故に、集光光学系２１により得られる集光スポットの径の大きさは、前述の２ｆ2・ｓｉｎθ1の式から２．９となり、第１実施例のものとほぼ同じ大きさの集光スポット径が得られる。
【００４１】
又、第１実施例の光源光学系では、集光光学系１４の焦点距離を従来のものと比較して約１〜１．５倍としたのに対し、本実施例の光源光学系では放物面鏡２０ａの焦点距離を約１．５倍にしているため、上記条件式（２）の左辺の値は第１実施例の場合と同じ値になり、所定の条件を満足している。よって、ライトガイド１７の径の大きさが２．９ｍｍ以下であれば上記条件式（１）も満足できるため、効率よく照明光源２０からの射出光をライトガイド１７へ導くことができる。
更に、本実施例の光源光学系では、上記条件式（２）のみならず条件式（３）も満足しているため、更なる高効率で照明光源２０からの射出光をライトガイド１７へ入射させることができる。従って、ＮＡが０．６以内であるライトガイド１７の入射面での照度分布は第１実施例のものと同様に図４に示すようになり、ライトガイド１７の径の大きさが２ｍｍ以下であれば、従来の光源光学系に対して１．３倍以上の光量をライトガイド１７へ入射させることが可能である。従って、肺，胆道等の細管内を観察するための細径スコープに本実施例の光源光学系を用いれば、従来のこの種のスコープと比べて更なる細径化が可能になり、大きな効果が得られる。
又、第１実施例の光源光学系と同様に、ライトガイド１７へ入射しない周辺光束は球面鏡を用いて放物面鏡２０ａの焦点位置に戻すことにより、ライトガイドへの入射光量を更に増加させることも可能であり、このとき用いる球面鏡には第１実施例において示したものと同様の条件を有するものを用いればよい。
【００４２】
更に、本実施例では、放物面鏡２０ａの外径の大きさが第１実施例に用いたものとは異なっているため、集光光学系２１の前群２１ａが第１実施例の光源光学系のものと同様でも、上記条件式（４）の左辺の値は異なるが、所定の条件は満たしている。又、このとき、照明光源２０から射出される軸上光束の径の大きさＤの値は放物面鏡２０ａの外径の大きさではなく、実際に前群２１ａに入射する軸上光束となる光束径の大きさ（前群２１ａの外径の大きさと同じ）で計算している。このため、前群２１ａと後群２１ｂとの間に回転カラーフィルタ１５等の干渉多層膜タイプの透過波長選択フィルタを配置しても、その性能を劣化させるようなことはない。又、従来例における集光光学系は４枚のレンズから構成されているものであるが、本実施例中の集光光学系２１も第１実施例のものと同様２枚のレンズからなっており、光源光学系のコンパクト化及び低コスト化を達成している。
【００４３】
以下、本実施例の内視鏡用光源光学系に用いられる集光光学系２１を構成するレンズのデータを示す。
ｆ1 ＝４．００，ｆ2 ＝２０．９９８，Ｄ＝４０．０，ｄ0 ＝５０．０
【００４４】
0004024322.tif 000007
【００４５】
0004024322.tif 000008
【００４６】
更に、本実施例の内視鏡用光源光学系において、上記条件式（１）〜（４）に関する数値は以下の通りである。
｜２ｆ2 ・ｓｉｎθ1 ｜＝２．９３              （条件式（１）の左辺）
｜５ｆ1 ／ｆ2 ｜＝０．９５                    （条件式（２）の左辺）
｜３．５ｆ1 ／ｆ2 ｜＝０．６７                （条件式（３）の左辺）
｜ｆ3 ／Ｄ｜＝２．１３                        （条件式（４）の左辺）
【００４７】
尚、上記各実施例の数値データにおいて、ｆ1 は放物面鏡の焦点距離、ｆ2 は集光光学系の焦点距離、Ｄは放物面鏡の外径の大きさ、ｄ0 は放物面鏡の射出面から第１レンズ面までの距離、ｒ1 ，ｒ2 ，・・・・は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 ，ｄ2 ，・・・・は各レンズの肉厚又はそれらの間隔、ｎ1 ，ｎ2 ，・・・・は各レンズの屈折率、ν1 ，ν2 ・・・・は各レンズのアッベ数を夫々示している。又、上記実施例中の各非球面形状は、光軸上の光の進行方向をＸ軸、光軸と直交する方向をＹ軸にとり、円錐係数をＰ、２次，４次，６次，８次，１０次，１２次，１４次，１６次，１８次，２０次の非球面係数を夫々Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍとしたとき、以下に示す式により与えられる。
0004024322.tif 000009
【００４８】
以上説明したように、本発明による内視鏡用光源光学系は特許請求の範囲に記載した特徴と合わせ、以下の（１）〜（８）に示すような特徴も備えている。
【００４９】
（１）少なくとも、光源と、この光源からの光束をほぼ平行光束にする放物面鏡と、この放物面鏡により平行光束とされた光を集光する集光光学系とを有し、内視鏡に備えられた照明光を伝達するライトガイドに光を入射させる内視鏡用光源光学系において、以下に示す条件式を同時に満足するようにしたことを特徴とする内視鏡用光源光学系。
｜２ｆ2・ｓｉｎθ1｜≧φLS
｜３．５ｆ1／ｆ2｜≧ＮＡLS
但し、ＮＡLSは上記ライトガイドの開口数、ｆ1は上記放物面鏡の焦点距離、ｆ2は上記集光光学系の焦点距離、θ1は前記放物面鏡から出射する光束において光の密度が前記放物面鏡の光軸と平行な光束の密度の１０％となる光束の、前記光軸に対してなす角度、φLSは上記ライトガイドの径の大きさを夫々示している。
【００５０】
（２）上記反射鏡の焦点位置を中心とした球面鏡が放物面鏡に隣接して配置され、この球面鏡と光軸とが交わる位置を中心として上記球面鏡には空洞が設けられており、この空洞の径の大きさが以下に示す条件式を満足していることを特徴とする請求項１又は上記（１）に記載の内視鏡用光源光学系。
２ｆ2 ・ＮＡLS≦Ｄ2 ＜Ｄ1 
但し、ｆ2 は上記集光光学系の焦点距離、Ｄ1 は上記放物面鏡の空洞の外径の大きさ、Ｄ2 は上記球面鏡の空洞径の大きさを示している。
【００５１】
（３）上記反射鏡と隣接して遮光部材が配置されており、この遮光部材と光軸とが交わる位置を中心として上記遮光部材には空洞が設けられており、その空洞の径の大きさが以下に示す条件を満足していることを特徴とする請求項１又は上記（１）に記載の内視鏡用光源光学系。
２ｆ2 ・ＮＡLS≦Ｄ3 ＜Ｄ1 
但し、ｆ2 は上記集光光学系の焦点距離、Ｄ1 は上記放物面鏡の空洞径の大きさ、Ｄ3 は上記遮光部の空洞径の大きさを示している。
【００５２】
（４）上記反射鏡は放物面鏡であることを特徴とする請求項１並びに上記（１）乃至（３）の何れかに記載の内視鏡用光源光学系。
【００５３】
（５）上記集光光学系は２群により構成され、前群と後群との間に少なくとも１枚以上のフィルタが配置されていることを特徴とする請求項１又は上記（１）に記載の内視鏡用光源光学系。
【００５４】
（６）上記集光光学系の前群の焦点距離をｆ3 、軸上光束の径の大きさをＤとしたとき、以下に示す条件式を満足するようにしたことを特徴とする上記（５）に記載の内視鏡用光源光学系。
｜ｆ3 ／Ｄ｜＞１．４６２
【００５５】
（７）上記フィルタは回転カラーフィルタであることを特徴とする上記（５）に記載の内視鏡用光源光学系。
【００５６】
上記集光光学系の前群と後群との間に透過光量を制御し得る透過光量調節機構が配置されていることを特徴とする請求項１又は上記（１）に記載の内視鏡用光源光学系。
【００５７】
【発明の効果】
上述のように、本発明の内視鏡用光源光学系によれば、光源からの光を効率よくライトガイドに入射させることが可能なため、ライトガイドの細径化、更には内視鏡スコープの細径化を図ることができる。よって、特に、本発明の内視鏡用光源光学系を医療用に用いれば、患者の苦痛を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内視鏡用光源光学系の基本構成の概念を示す光軸に沿う断面図である。
【図２】第１実施例にかかる内視鏡用光源光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図３】第１実施例の光源光学系に用いられる照明光源からの射出光の角度とその光の密度分布を示すグラフである。
【図４】第１実施例の光源光学系及び従来の光源光学系を用いてＮＡが０．６６であるライトガイドの入射端面へ集光させたスポットの照明分布を示すグラフである。
【図５】（ａ）は第１実施例の内視鏡用光源光学系において照明光源からの射出光の有効利用を図るための構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示した構成に用いられる球面鏡の構成を示す斜視図である。
【図６】第２実施例にかかる内視鏡用光源光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図７】従来の内視鏡用光源光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図８】ライトガイドの入射端に集光される軸上集光光束の配光特性を示すグラフである。
【図９】ライトガイドのＮＡの定義を説明するための図である。
【図１０】放物面鏡一体型のランプを光源として用いた従来の内視鏡用光源光学系の構成を示す概念図である。
【図１１】点光源からの光を正弦条件を満たすレンズを用いて平行光束に変換する方法を説明するための図である。
【図１２】点光源からの光を放物面鏡を用いて平行光束に変換する方法を説明するための図である。
【図１３】点光源からの光を放物面鏡を用いて平行光束に変換した際の光の密度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１，１２，１７        ライトガイド
２                    ランプ射出面
３，１０，１４，１８，２１  集光光学系
４                    点光源
５                    レンズ
６                    レンズ５の前側主平面
７，９ａ，１３ａ，２０ａ    放物面鏡
９，１３，２０        照明光源
９ｂ，１３ｂ，２０ｂ  光源ランプ
１０ａ，１４ａ，２１ａ  前群
１０ｂ，１４ｂ，２１ｂ  後群
１１                    透過波長選択フィルタ
１５                    回転カラーフィルタ
１６                    絞り機構
１９                    球面鏡
【図１】
0004024322.tif 000010
【図２】
0004024322.tif 000011
【図３】
0004024322.tif 000012
【図４】
0004024322.tif 000013
【図５】
0004024322.tif 000014
【図６】
0004024322.tif 000015
【図７】
0004024322.tif 000016
【図８】
0004024322.tif 000017
【図９】
0004024322.tif 000018
【図１０】
0004024322.tif 000019
【図１１】
0004024322.tif 000020
【図１２】
0004024322.tif 000021
【図１３】
0004024322.tif 000022