JPH06230294A - 内視鏡照明光学系 - Google Patents
内視鏡照明光学系Info
- Publication number
- JPH06230294A JPH06230294A JP5032584A JP3258493A JPH06230294A JP H06230294 A JPH06230294 A JP H06230294A JP 5032584 A JP5032584 A JP 5032584A JP 3258493 A JP3258493 A JP 3258493A JP H06230294 A JPH06230294 A JP H06230294A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical element
- lens
- illumination
- optical system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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Landscapes
- Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
- Lenses (AREA)
- Endoscopes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は広角で光量むらのない配光を行な
うようにした内視鏡照明光学系を提供することを目的と
する。 【構成】 本発明の内視鏡照明光学系は、ライトガイ
ドにより導かれた又は発光素子よりの照明光を配光する
光学素子を備えたもので、少なくとも一つの回折現象を
利用した回折型光学素子として広角で良好な配光とした
ものである。
うようにした内視鏡照明光学系を提供することを目的と
する。 【構成】 本発明の内視鏡照明光学系は、ライトガイ
ドにより導かれた又は発光素子よりの照明光を配光する
光学素子を備えたもので、少なくとも一つの回折現象を
利用した回折型光学素子として広角で良好な配光とした
ものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内視鏡の照明光学系に
関するものである。
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、内視鏡が医療をはじめとして多方
面に応用されている。内視鏡は、体腔内等の狭い空間に
おいて使用されることが多いため、その径を小さくする
必要がある。そのため極細径の内視鏡を作る技術が発達
し、例えば、血管用内視鏡等が作られ、手術等に応用さ
れている。これらの内視鏡は、観察のための照明光が必
要で、内視鏡外部からグラスファイバーを用いたライト
ガイドにより導かれ照明光や、発光ダイオードや半導体
レーザー等の発光素子により供給された照明光が照明用
レンズによって配光される。
面に応用されている。内視鏡は、体腔内等の狭い空間に
おいて使用されることが多いため、その径を小さくする
必要がある。そのため極細径の内視鏡を作る技術が発達
し、例えば、血管用内視鏡等が作られ、手術等に応用さ
れている。これらの内視鏡は、観察のための照明光が必
要で、内視鏡外部からグラスファイバーを用いたライト
ガイドにより導かれ照明光や、発光ダイオードや半導体
レーザー等の発光素子により供給された照明光が照明用
レンズによって配光される。
【０００３】しかし血管用内視鏡などの極細内視鏡にお
いては、微小な照明用レンズを加工することが困難であ
り、従来は照明用レンズなしでファイバー束の端面がむ
き出しのライトガイドで照明せざるを得なかった。その
ため必要とされる配光特性が得られない。
いては、微小な照明用レンズを加工することが困難であ
り、従来は照明用レンズなしでファイバー束の端面がむ
き出しのライトガイドで照明せざるを得なかった。その
ため必要とされる配光特性が得られない。
【０００４】又その他の内視鏡においても、内視鏡の先
端部を出来る限り小さくすることが望まれ、そのために
照明レンズは径と曲率に制限があり、必要な配光特性が
得られない。例えば、図２４に示すようにライトガイド
の物体例に凹レンズを設けて照明光を配光する場合、半
径Ｈ、厚さＤの空間内にレンズを納める必要がある場
合、レンズ面の曲率半径ｒには次の制限が課せられる。
端部を出来る限り小さくすることが望まれ、そのために
照明レンズは径と曲率に制限があり、必要な配光特性が
得られない。例えば、図２４に示すようにライトガイド
の物体例に凹レンズを設けて照明光を配光する場合、半
径Ｈ、厚さＤの空間内にレンズを納める必要がある場
合、レンズ面の曲率半径ｒには次の制限が課せられる。
【０００５】 ｒ＞（Ｄ2 ＋Ｈ2 ）／２Ｄ （１） ここでレンズの屈折率をｎ、焦点距離をｆとすると次の
式（２）が成立つ。
式（２）が成立つ。
【０００６】 ｆ＝ｒ／（ｎ−１） （２） （１），（２）より次の（３）に示す関係が成立つ。
【０００７】 ｆ＞（Ｄ2 ＋Ｈ2 ）／（ｎ−１）・２Ｄ （３） このレンズにライトガイドから光軸に平行な光線高Ｈの
光線が入射すると、この光線はレンズにより屈折され光
軸に対してωの角度をもって射出される。ここで角ω
は、近軸的に下記式（４）で表わされる。
光線が入射すると、この光線はレンズにより屈折され光
軸に対してωの角度をもって射出される。ここで角ω
は、近軸的に下記式（４）で表わされる。
【０００８】 sin （ω）＝Ｈ／ｆ （４） 式（３）と式（４）とより、下記関係（５）が成立つ。
【０００９】 sin （ω）＜（ｎ−１）・２ＤＨ／（Ｄ2 ＋Ｈ2 ） （５） この時、照明可能な画角θは、屈折角の２倍で次の通り
である。
である。
【００１０】 θ＝２sin-1 ｛（ｎ−１）・２ＤＨ／（Ｄ2 ＋Ｈ2 ）｝ （６） 例えばｎ＝１．５、Ｄ＝Ｈのときはθは下記のようにな
る。
る。
【００１１】θ＜６０° 以上のように、通常のレンズを用いた場合、配光する角
度に制限があり、広角な照明を行なう場合には光量むら
が生じ、実用的な配光を得ることは困難である。
度に制限があり、広角な照明を行なう場合には光量むら
が生じ、実用的な配光を得ることは困難である。
【００１２】また、一般の球面レンズだけで配光を行な
う場合、球面収差によって、周辺を通過する光ほど大き
く屈折され、その結果、中央付近に比べて周辺の光量が
不足して光量むらが生ずる。
う場合、球面収差によって、周辺を通過する光ほど大き
く屈折され、その結果、中央付近に比べて周辺の光量が
不足して光量むらが生ずる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ライトガイ
ド又は発光素子からの照明光を光量むらのない良好な配
光にする内視鏡照明装置を提供するものである。
ド又は発光素子からの照明光を光量むらのない良好な配
光にする内視鏡照明装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の内視鏡照明光学
系は、照明光を導くためのライトガイド又は照明光を発
する発光素子と、照明光を配光するための光学素子とを
有し、光学素子の少なくとも一つが回折現象を利用した
光学素子であることを特徴としている。即ち、本発明の
照明光学系は、例えば図１に示すような構成のもので、
ライトガイド又は発光素子の物体側に、ライトガイド側
に回折面を有する回折現象を利用した光学素子（以下回
折型光学素子２と呼ぶ）２即ち、ディフラクティブ オ
プティクス エレメント［Ｄiffractive Ｏptics Ｅle
ments （ＤＯＥ）］が配置されている。ライトガイドか
ら射出された照明光４はこの回折型光学素子ＤＯＥの回
折面によって発散され物体を照明する。
系は、照明光を導くためのライトガイド又は照明光を発
する発光素子と、照明光を配光するための光学素子とを
有し、光学素子の少なくとも一つが回折現象を利用した
光学素子であることを特徴としている。即ち、本発明の
照明光学系は、例えば図１に示すような構成のもので、
ライトガイド又は発光素子の物体側に、ライトガイド側
に回折面を有する回折現象を利用した光学素子（以下回
折型光学素子２と呼ぶ）２即ち、ディフラクティブ オ
プティクス エレメント［Ｄiffractive Ｏptics Ｅle
ments （ＤＯＥ）］が配置されている。ライトガイドか
ら射出された照明光４はこの回折型光学素子ＤＯＥの回
折面によって発散され物体を照明する。
【００１５】この回折型光学素子は、例えば「光学デザ
イナーのための小型光学エレメント」（オプトロニクス
社発行）の第６章および第７章に詳細に記載されている
が、その作用を簡単に説明すると次の通りである。
イナーのための小型光学エレメント」（オプトロニクス
社発行）の第６章および第７章に詳細に記載されている
が、その作用を簡単に説明すると次の通りである。
【００１６】通常の光学ガラスは、図２（Ａ）において
次の式で表わされるスネルの法則に従って屈折する。
次の式で表わされるスネルの法則に従って屈折する。
【００１７】 ｎsin θ＝n'sin θ’ （７） ただし、ｎは入射側媒質の屈折率、ｎ’は出射側媒質の
屈折率、θは光線の入射角、θ’は光線の出射角であ
る。
屈折率、θは光線の入射角、θ’は光線の出射角であ
る。
【００１８】一方、回折現象では、図２（Ｂ）のように
光は次の式で表わす回折の法則にしたがって屈折する。
光は次の式で表わす回折の法則にしたがって屈折する。
【００１９】 sin θ−sin θ’＝ｍλ／ｄ （８） ただしｍは回折光の次数、λは波長、ｄは格子間隔であ
る。
る。
【００２０】上記の式（８）に従って光線を屈折させる
ようにした光学素子が回折型光学素子である。この式
（８）において、ｄを光線高により変化させ、一次光の
出射角θ’を光線高に応じて変化させて、一点に集光す
るようにすれば適当な焦点距離ｆを持つ回折型光学素子
（回折型レンズ）を作ることが出来る。しかしこのまま
では、一般的にフレネルゾーンプレートと呼ばれている
ものであって、格子状に遮蔽されていることと、一次以
外の次数の光が発生するためとにより光量の無駄が多
く、図３（Ａ）に示すようなキノフォームと呼ばれる断
面形状が鋸状にしてある。これにより入射光はブレーズ
化され、１次回折効率が１００％になる。実際には、完
全な鋸状に加工することは難しく、図３（Ｂ）に示すよ
うにエッチングにより階段状にして近似させるが、それ
でも回折効率がほぼ９０％以上になる。
ようにした光学素子が回折型光学素子である。この式
（８）において、ｄを光線高により変化させ、一次光の
出射角θ’を光線高に応じて変化させて、一点に集光す
るようにすれば適当な焦点距離ｆを持つ回折型光学素子
（回折型レンズ）を作ることが出来る。しかしこのまま
では、一般的にフレネルゾーンプレートと呼ばれている
ものであって、格子状に遮蔽されていることと、一次以
外の次数の光が発生するためとにより光量の無駄が多
く、図３（Ａ）に示すようなキノフォームと呼ばれる断
面形状が鋸状にしてある。これにより入射光はブレーズ
化され、１次回折効率が１００％になる。実際には、完
全な鋸状に加工することは難しく、図３（Ｂ）に示すよ
うにエッチングにより階段状にして近似させるが、それ
でも回折効率がほぼ９０％以上になる。
【００２１】この回折型光学素子は、ガラス又はプラス
チック等の表面に加工することによって作り得るので、
例えば平行平面板上にも回折型光学素子を構成する面を
作ることが出来る。そのために、通常のレンズのような
径や厚さに制約があることによる影響が生じない。又回
折型光学素子を形成するための加工は、エッチングやリ
ソグラフィーを技術により行なえるので、通常のレンズ
では加工が困難な微小なものも加工することが出来る。
更にピッチｄを自由に変化させることが出来るため非球
面効果を持たせた回折型光学素子や、不連続なピッチを
持つ回折型光学素子も容易に作ることが出来る。
チック等の表面に加工することによって作り得るので、
例えば平行平面板上にも回折型光学素子を構成する面を
作ることが出来る。そのために、通常のレンズのような
径や厚さに制約があることによる影響が生じない。又回
折型光学素子を形成するための加工は、エッチングやリ
ソグラフィーを技術により行なえるので、通常のレンズ
では加工が困難な微小なものも加工することが出来る。
更にピッチｄを自由に変化させることが出来るため非球
面効果を持たせた回折型光学素子や、不連続なピッチを
持つ回折型光学素子も容易に作ることが出来る。
【００２２】通常のレンズを照明用レンズとして用いた
場合、光線は式（７）によって屈折される。そのためｎ
＜ｎ’の時には、入射角θに次の（９）に示すような制
限がある。
場合、光線は式（７）によって屈折される。そのためｎ
＜ｎ’の時には、入射角θに次の（９）に示すような制
限がある。
【００２３】 −ｎ／ｎ’＜ sin（θ）＜ｎ／ｎ’ （９） 上記の範囲外の入射角を有する光線は全反射されて配光
されなくなる。一方、回折型光学素子を照明レンズとし
て用いた場合、光線は式（８）に従って配光されるた
め、原理的には全反射は生じない。そのため通常のレン
ズでは、広角な配光を行なうとき全反射による光量の損
失が生じていたが回折型光学素子は、広角な配光におい
ても全反射することがないので、広角な配光を行なうの
に適している。
されなくなる。一方、回折型光学素子を照明レンズとし
て用いた場合、光線は式（８）に従って配光されるた
め、原理的には全反射は生じない。そのため通常のレン
ズでは、広角な配光を行なうとき全反射による光量の損
失が生じていたが回折型光学素子は、広角な配光におい
ても全反射することがないので、広角な配光を行なうの
に適している。
【００２４】このような回折型光学素子の最も簡単な設
計法は、一般に使用されている自動設計プログラムのう
ち、ＨＯＥ即ちホログラフィック オプティクス エレ
メンツ（Ｈolographic Ｏptics Ｅlements ）の設計が
できる機能を持つ自動設計プログラムを用いることであ
る。ここでウルトラ−ハイ インデックス レンズ（Ｕ
ltra−Ｈigh Ｉndex Ｌens ）と呼ばれるレンズを回
折型光学素子と仮定することによって、通常のレンズ自
動設計プログラムを用いても設計することができる。こ
のことについては、ＳＰＩＥ １２６巻４６−５３頁
（１９７７年）に記載されている。この屈折率ｎがｎ≫
１であるようなウルトラ−ハイ インデックス レンズ
においては、次の式（１０）で表わされる関係が成立
つ。
計法は、一般に使用されている自動設計プログラムのう
ち、ＨＯＥ即ちホログラフィック オプティクス エレ
メンツ（Ｈolographic Ｏptics Ｅlements ）の設計が
できる機能を持つ自動設計プログラムを用いることであ
る。ここでウルトラ−ハイ インデックス レンズ（Ｕ
ltra−Ｈigh Ｉndex Ｌens ）と呼ばれるレンズを回
折型光学素子と仮定することによって、通常のレンズ自
動設計プログラムを用いても設計することができる。こ
のことについては、ＳＰＩＥ １２６巻４６−５３頁
（１９７７年）に記載されている。この屈折率ｎがｎ≫
１であるようなウルトラ−ハイ インデックス レンズ
においては、次の式（１０）で表わされる関係が成立
つ。
【００２５】 （ｎ−１）ｄｚ／ｄｈ＝sin θ−sin θ’ （１０） ただし、θ，θ’は光線の入射角および出射、、ｎ，ｚ
は夫々ウルトラ−ハイ インデックス レンズの屈折率
および肉厚である。
は夫々ウルトラ−ハイ インデックス レンズの屈折率
および肉厚である。
【００２６】式（８）および（１０）から次の式（１
１）が求まる。
１）が求まる。
【００２７】 （ｎ−１）ｄｚ／ｄｈ＝ｍλ／ｄ （１１） ウルトラ−ハイ インデックス レンズとして非球面を
定義したとすると、下記のように表わされる。
定義したとすると、下記のように表わされる。
【００２８】 ｚ＝Ｃｙ2 ／［１＋（１−Ｃ2 Ｐｙ2 ）1/2 ］＋Ｂｙ2 ＋Ｅｙ4 ＋Ｆｙ6 ＋Ｇｙ8 ＋・・・ （１２） ただし、図１に示すようにｚは光軸（像の方向を正）、
ｙは面とｚ軸との交点を原点としｚ軸に直交した座標軸
のうちメリジオナル方向の座標軸、Ｃは基準面の曲率、
Ｐは円錐定数でＰ＝１−ｅ2 （ｅは離心率）で与えられ
る値、Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，・・・は夫々２次，４次，６
次，８次，・・・の非球面係数である。
ｙは面とｚ軸との交点を原点としｚ軸に直交した座標軸
のうちメリジオナル方向の座標軸、Ｃは基準面の曲率、
Ｐは円錐定数でＰ＝１−ｅ2 （ｅは離心率）で与えられ
る値、Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，・・・は夫々２次，４次，６
次，８次，・・・の非球面係数である。
【００２９】式（１１），（１２）よりある光線高にお
ける回折型光学素子のピッチｄは、次の式（１３）で表
わされる。
ける回折型光学素子のピッチｄは、次の式（１３）で表
わされる。
【００３０】したがって、ウルトラ−ハイ インデック
ス レンズを用いて設計を行なえば、そのレンズデータ
ーと等価の回折型レンズの面の形状を求めることが出来
る。
ス レンズを用いて設計を行なえば、そのレンズデータ
ーと等価の回折型レンズの面の形状を求めることが出来
る。
【００３１】本発明の照明光学系で用いる回折型光学素
子のデーターは、例えば後に示す実施例１のデーターに
示す通りである。この実施例１のようにデーター中に
は、例えば通常の硝材を用いた平行平面板に厚さが０の
ウルトラ−ハイ インデックス レンズを接合させた形
で表わしている。この実施例の回折型光学素子から５０
mm離れた位置の平面において、その光軸上の強度を１と
した時の各角度における相対配光強度（以下平面での配
光と呼ぶ）は後に示す表１の通りで、それを図示したも
のが図１６のグラフである。この配光は、片側約６０°
付近まで十分な光量があり、画角７０〜１２０°の内視
鏡の照明に適している。なお焦点距離は１である。
子のデーターは、例えば後に示す実施例１のデーターに
示す通りである。この実施例１のようにデーター中に
は、例えば通常の硝材を用いた平行平面板に厚さが０の
ウルトラ−ハイ インデックス レンズを接合させた形
で表わしている。この実施例の回折型光学素子から５０
mm離れた位置の平面において、その光軸上の強度を１と
した時の各角度における相対配光強度（以下平面での配
光と呼ぶ）は後に示す表１の通りで、それを図示したも
のが図１６のグラフである。この配光は、片側約６０°
付近まで十分な光量があり、画角７０〜１２０°の内視
鏡の照明に適している。なお焦点距離は１である。
【００３２】例えば本発明の実施例１で用いる回折型光
学素子の外径（半径）Ｈは、１．７４で、厚さＤは０．
９９であるので、これと同じ大きさの凹レンズを用いて
照明してこの配光を得るためには、式（３）より焦点距
離ｆが２．２９以上になり式（６）より、照明可能な最
大画角θ0 は、４９°になる。また回折型光学素子の非
球面効果により光量むらを低減することが可能である。
つまり回折型光学素子の周辺に行くにしたがって光束の
発散力を次第に弱めるように回折特性を有するようにピ
ッチを設定して周辺での光量不足を生じないように配光
すれば光量むらを低減出来る。例えば式（１２）におい
てＰ＝０，Ｂ＝０とした場合、次の条件（１４）を満足
するようなピッチにすれば光量むらを低減することが出
来る。
学素子の外径（半径）Ｈは、１．７４で、厚さＤは０．
９９であるので、これと同じ大きさの凹レンズを用いて
照明してこの配光を得るためには、式（３）より焦点距
離ｆが２．２９以上になり式（６）より、照明可能な最
大画角θ0 は、４９°になる。また回折型光学素子の非
球面効果により光量むらを低減することが可能である。
つまり回折型光学素子の周辺に行くにしたがって光束の
発散力を次第に弱めるように回折特性を有するようにピ
ッチを設定して周辺での光量不足を生じないように配光
すれば光量むらを低減出来る。例えば式（１２）におい
てＰ＝０，Ｂ＝０とした場合、次の条件（１４）を満足
するようなピッチにすれば光量むらを低減することが出
来る。
【００３３】 Ｃ・Ｅ≦０ （１４） 上記実施例１においては、曲率Ｃと４次の非球面係数Ｅ
との積Ｃ・Ｅ＝−０．６９１となるようにして、光量む
らを低減している。
との積Ｃ・Ｅ＝−０．６９１となるようにして、光量む
らを低減している。
【００３４】次に本発明（実施例１）と凹レンズを用い
た照明装置とを比較する。尚下記の値は後に示す実施例
１〜４の表に示したもののうち実施例１のものと同じで
ある。
た照明装置とを比較する。尚下記の値は後に示す実施例
１〜４の表に示したもののうち実施例１のものと同じで
ある。
【００３５】 レンズ外径 厚さ 照明可能な 凹レンズの照明可能 Ｃ・Ｅ （半径）Ｈ Ｄ 画角 θ な最大画角θ0 ×10-7 1.74 0.99 120 ° 99 ° -0.691 上記の条件（１４）を満足しない場合も、照明光学系を
構成する媒質の屈折率をライトガイド側から順にｎ1 ，
ｎ2 ，・・・ｎi ，ｎi+1 ，・・・とした時、Ｐ＝０，
Ｂ＝０にした式（１２）において４次以上の非球面係数
Ａのうち少なくとも一つが次の条件を満足すれば球面収
差を低減出来、光量むらのない配光が可能になる。
構成する媒質の屈折率をライトガイド側から順にｎ1 ，
ｎ2 ，・・・ｎi ，ｎi+1 ，・・・とした時、Ｐ＝０，
Ｂ＝０にした式（１２）において４次以上の非球面係数
Ａのうち少なくとも一つが次の条件を満足すれば球面収
差を低減出来、光量むらのない配光が可能になる。
【００３６】Ａ・（ｎi+1 −ｎi ）＜０ 以上述べたように、回折型光学素子は、通常のレンズで
は不可能な下記の式（１５）のような焦点距離ｆの光学
素子も実現出来、したがって大きさに制限があっても広
角な照明を行なう際に周辺での光量の不足を生ずること
がなく又、光量むらのない照明が可能である。
は不可能な下記の式（１５）のような焦点距離ｆの光学
素子も実現出来、したがって大きさに制限があっても広
角な照明を行なう際に周辺での光量の不足を生ずること
がなく又、光量むらのない照明が可能である。
【００３７】 ｆ＜（Ｄ2 ＋Ｈ2 ）／｛（ｎ−１）・２Ｄ｝ （１５） したがって、レンズの大きさに制限のある内視鏡用照明
光学系に適している。
光学系に適している。
【００３８】
【実施例】次に本発明の内視鏡照明光学系の各実施例を
示す。尚各実施例のデーターは、回折型光学素子をこれ
と等価のウルトラ−ハイ インデックス レンズの曲率
半径と非球面係数に示してある。 実施例１ ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-1000.2929（非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝100
1.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝0.9940 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.69072 ×10-4，Ｆ＝0.
16602 ×10-9 Ｇ＝0.32690 ×10-15 ライトガイドバンドル半径＝1.088 ，レンズ外径（半
径）＝1.7395 実施例２ ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-1000.3193（非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝100
1.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝1.8708 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.34964 ×10-4，Ｆ＝0.
19950 ×10-5 Ｇ＝0.17256 ×10-11 ライトガイドバンドル半径＝2.05，レンズ外径（半径）
＝3.27 実施例３ ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-1001.9767（非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝100
1.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝1.4822 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.45095 ×10-4，Ｆ＝-
0.49260×10-8 Ｇ＝-0.45218×10-6 ライトガイドバンドル半径＝1.62，レンズ外径（半径）
＝2.59 実施例４ ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-1000.7586（非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝100
1.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝1.2330 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.19092 ×10-3，Ｆ＝-
0.10383×10-3 Ｇ＝0.19751 ×10-4 ライトガイドバンドル半径＝1.35，レンズ外径（半径）
＝2.16 実施例５（内側） ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-1000.7957（非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝100
1.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝1.5060 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.35616 ×10-4，Ｆ＝0.
35910 ×10-5 Ｇ＝-0.82483×10-6 ライトガイドバンドル半径＝1.649 ，レンズ外径（半
径）＝1.355 実施例５（外側） ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-775.7758 （非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝10
01.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝1.5060 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.11919 ×10-3，Ｆ＝-
0.17478×10-4 Ｇ＝0.11347 ×10-5 ライトガイドバンドル半径＝1.649 ，レンズ外径（半
径）＝2.636 （外側） レンズ外径（半径）＝1.355 （内側） 実施例６ ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-1000.4962（非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝100
1.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝2.2698 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.66858 ×10-3，Ｆ＝-
0.33658×10-3 Ｇ＝-0.19127×10-10 ライトガイドバンドル半径＝0.76（外側） ライトガイドバンドル半径＝0.488 （内側） レンズ外径（半径）＝0.76（外側） レンズ外径（半径）＝0.488 （内側） 実施例７ ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-1000.2097（非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝100
1.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝5.2031 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.91835 ×10-4，Ｆ＝-
0.84065×10-5 Ｇ＝-0.80981×10-13 ライトガイドバンドル半径＝1.743 （外側） ライトガイドバンドル半径＝1.119 （内側） レンズ外径（半径）＝1.743 （外側） レンズ外径（半径）＝1.119 （内側） このデーターでは、ライトガイド側を第１面ｒ1 とし、
又回折型光学素子は、通常の硝材を用いた平行平面板に
厚さが０（ｄ2＝０）のウルトラ−ハイ インデックス
レンズを接合したものとして表わしている。又図面で
は図１のようにライトガイド１と回折型光学素子との間
をはなしてあるが、データーではｄ1＝０であり密着さ
れている。
示す。尚各実施例のデーターは、回折型光学素子をこれ
と等価のウルトラ−ハイ インデックス レンズの曲率
半径と非球面係数に示してある。 実施例１ ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-1000.2929（非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝100
1.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝0.9940 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.69072 ×10-4，Ｆ＝0.
16602 ×10-9 Ｇ＝0.32690 ×10-15 ライトガイドバンドル半径＝1.088 ，レンズ外径（半
径）＝1.7395 実施例２ ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-1000.3193（非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝100
1.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝1.8708 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.34964 ×10-4，Ｆ＝0.
19950 ×10-5 Ｇ＝0.17256 ×10-11 ライトガイドバンドル半径＝2.05，レンズ外径（半径）
＝3.27 実施例３ ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-1001.9767（非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝100
1.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝1.4822 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.45095 ×10-4，Ｆ＝-
0.49260×10-8 Ｇ＝-0.45218×10-6 ライトガイドバンドル半径＝1.62，レンズ外径（半径）
＝2.59 実施例４ ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-1000.7586（非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝100
1.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝1.2330 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.19092 ×10-3，Ｆ＝-
0.10383×10-3 Ｇ＝0.19751 ×10-4 ライトガイドバンドル半径＝1.35，レンズ外径（半径）
＝2.16 実施例５（内側） ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-1000.7957（非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝100
1.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝1.5060 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.35616 ×10-4，Ｆ＝0.
35910 ×10-5 Ｇ＝-0.82483×10-6 ライトガイドバンドル半径＝1.649 ，レンズ外径（半
径）＝1.355 実施例５（外側） ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-775.7758 （非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝10
01.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝1.5060 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.11919 ×10-3，Ｆ＝-
0.17478×10-4 Ｇ＝0.11347 ×10-5 ライトガイドバンドル半径＝1.649 ，レンズ外径（半
径）＝2.636 （外側） レンズ外径（半径）＝1.355 （内側） 実施例６ ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-1000.4962（非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝100
1.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝2.2698 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.66858 ×10-3，Ｆ＝-
0.33658×10-3 Ｇ＝-0.19127×10-10 ライトガイドバンドル半径＝0.76（外側） ライトガイドバンドル半径＝0.488 （内側） レンズ外径（半径）＝0.76（外側） レンズ外径（半径）＝0.488 （内側） 実施例７ ｒ1 ＝∞ ｄ1 ＝0.0000 ｒ2 ＝-1000.2097（非球面）ｄ2 ＝0.0000 ｎ1 ＝100
1.42 ν1 ＝-3.45 ｒ3 ＝∞ ｄ3 ＝5.2031 ｎ2 ＝1.8830
0 ν2 ＝40.78 ｒ4 ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.0000，Ｂ＝0.0000，Ｅ＝0.91835 ×10-4，Ｆ＝-
0.84065×10-5 Ｇ＝-0.80981×10-13 ライトガイドバンドル半径＝1.743 （外側） ライトガイドバンドル半径＝1.119 （内側） レンズ外径（半径）＝1.743 （外側） レンズ外径（半径）＝1.119 （内側） このデーターでは、ライトガイド側を第１面ｒ1 とし、
又回折型光学素子は、通常の硝材を用いた平行平面板に
厚さが０（ｄ2＝０）のウルトラ−ハイ インデックス
レンズを接合したものとして表わしている。又図面で
は図１のようにライトガイド１と回折型光学素子との間
をはなしてあるが、データーではｄ1＝０であり密着さ
れている。
【００３９】実施例１〜４は、いずれも図１に示すよう
な構成のもので、このレンズ外径Ｈ、厚さＤ、照明可能
な画角θは下記の通りである。又これら実施例のレンズ
と同様の外径、厚さの制限の中で通常のレンズによる照
明可能な最大画角θ0 を式（６）により求めた値等も示
してある。
な構成のもので、このレンズ外径Ｈ、厚さＤ、照明可能
な画角θは下記の通りである。又これら実施例のレンズ
と同様の外径、厚さの制限の中で通常のレンズによる照
明可能な最大画角θ0 を式（６）により求めた値等も示
してある。
【００４０】 レンズ外径 厚さ 照明可能 凹レンズの照明 Ｃ・Ｅ （半径）Ｈ Ｄ な画角θ 可能な最大画角θ0 ×10-7 実施例１ 1.74 0.99 120 ° 99 ° -0.691 実施例２ 2.05 1.87 140 ° 123 ° -0.350 実施例３ 2.59 1.48 140 ° 99 ° -0.450 実施例４ 2.16 1.23 140 ° 99 ° -1.908 又実施例１乃至実施例７の配光は夫々次の表１乃至表７
に示す通りである。尚表８はライトガイドのみの配光で
ある。
に示す通りである。尚表８はライトガイドのみの配光で
ある。
【００４１】これら実施例は、焦点距離を１に規格化し
たものである。
たものである。
【００４２】実施例１は前述の通りであり、実施例２
は、２０°〜５０°付近の光量が十分であり、片側７０
°付近まで十分な光量であり、画角が約１４０°までの
内視鏡の照明に適している。
は、２０°〜５０°付近の光量が十分であり、片側７０
°付近まで十分な光量であり、画角が約１４０°までの
内視鏡の照明に適している。
【００４３】実施例３は、片側７０°付近まで十分な光
量を有し、画角が約１４０°までの内視鏡の照明に適し
ている。また０°〜２５°付近の平面配光光量が平坦で
あり、平面状物体の照明に適している。
量を有し、画角が約１４０°までの内視鏡の照明に適し
ている。また０°〜２５°付近の平面配光光量が平坦で
あり、平面状物体の照明に適している。
【００４４】実施例４は、片側７０°付近まで十分な光
量があり、画角が約１４０°までの内視鏡の照明に適し
ている。また、０°〜２５°付近の球面配光が平坦であ
り、２５°以上では光量が滑らかに徐々に減少してい
き、球面状物体の照明に特に適している照明光学系であ
る。
量があり、画角が約１４０°までの内視鏡の照明に適し
ている。また、０°〜２５°付近の球面配光が平坦であ
り、２５°以上では光量が滑らかに徐々に減少してい
き、球面状物体の照明に特に適している照明光学系であ
る。
【００４５】以上のようにこれら実施例１〜４の光学系
は、コンパクトで広角な配光が得られ、光量むらのない
光学系である。
は、コンパクトで広角な配光が得られ、光量むらのない
光学系である。
【００４６】実施例５は、管腔状物体を照明するのに適
した光学系で、約１５０°の画角まで照明出来る。管腔
状物体を照明するためには、十分な周辺光量が必要であ
り、そのため実施例５では、回折型光学素子の内側と外
側とでピッチを不連続に変えて周辺の光量を増加させ又
光量むらを低減している。通常のレンズでは、内側と外
側とで不連続に屈折率を変化させることは困難であり、
又実現出来たとしても非常に高価なものになる。しかし
回折型レンズは、エッチングの技術で作成することが出
来るので、不連続なピッチの回折型レンズも、連続なピ
ッチの回折型レンズを作成する場合と同様に容易に作成
できる。
した光学系で、約１５０°の画角まで照明出来る。管腔
状物体を照明するためには、十分な周辺光量が必要であ
り、そのため実施例５では、回折型光学素子の内側と外
側とでピッチを不連続に変えて周辺の光量を増加させ又
光量むらを低減している。通常のレンズでは、内側と外
側とで不連続に屈折率を変化させることは困難であり、
又実現出来たとしても非常に高価なものになる。しかし
回折型レンズは、エッチングの技術で作成することが出
来るので、不連続なピッチの回折型レンズも、連続なピ
ッチの回折型レンズを作成する場合と同様に容易に作成
できる。
【００４７】実施例６，７は、主として血管等に用いら
れる極細の内視鏡、特に照明用のライトガイドを観察用
対物レンズの周囲を取巻くように配置された内視鏡に適
した照明光学系である。
れる極細の内視鏡、特に照明用のライトガイドを観察用
対物レンズの周囲を取巻くように配置された内視鏡に適
した照明光学系である。
【００４８】従来の極細内視鏡に用いられた照明系のよ
うに、ライトガイドのみで配光を行なう場合、管腔配光
光量は、図２３に示すようになる。つまり、光量は片側
３５°付近で最大になっており、しかも角度によって光
量の変化が大きく、光量むらが発生しやすい。
うに、ライトガイドのみで配光を行なう場合、管腔配光
光量は、図２３に示すようになる。つまり、光量は片側
３５°付近で最大になっており、しかも角度によって光
量の変化が大きく、光量むらが発生しやすい。
【００４９】実施例６，７の照明光学系は、回折型光学
素子の形状が、図４に示すようにリング状であり、リン
グの内側５に観察用対物レンズを配置することが可能で
ある。これら実施例の配光は、周辺の光量が大であり、
血管等の管腔状物体を照明するのに適している。
素子の形状が、図４に示すようにリング状であり、リン
グの内側５に観察用対物レンズを配置することが可能で
ある。これら実施例の配光は、周辺の光量が大であり、
血管等の管腔状物体を照明するのに適している。
【００５０】実施例６は、管腔配光光量が片側４０°付
近で最大になり、しかも光量の角度分布が比較的平坦で
あり、画角が約１００°までの内視鏡の照明に適してい
る。
近で最大になり、しかも光量の角度分布が比較的平坦で
あり、画角が約１００°までの内視鏡の照明に適してい
る。
【００５１】実施例７は、管腔配光光量が片側６０°付
近で最大となり、画角１３０°までの内視鏡に適してい
る。従来困難であった極細の内視鏡の照明光学系を、回
折型光学素子を用いることにより従来のライトガイドの
みでの配光よりも広角で光量むらの少ない照明を実現し
得る。
近で最大となり、画角１３０°までの内視鏡に適してい
る。従来困難であった極細の内視鏡の照明光学系を、回
折型光学素子を用いることにより従来のライトガイドの
みでの配光よりも広角で光量むらの少ない照明を実現し
得る。
【００５２】実施例８は、照明用に用いる回折型光学素
子の面の一部を照明以外の目的に使用するため回折特性
を設定した例である。図５に示すように、実施例７の照
明用の回折型光学素子の内側を観察用対物レンズとして
回折効果をもつ面６とし、照明用の回折型光学素子２と
観察用の回折型光学素子６と一体化したものである。従
来、レンズ系は照明用と観察用と夫々必要であったが、
この実施例は、一体化しこれによってレンズ枚数を削減
しコストを低減し得る。
子の面の一部を照明以外の目的に使用するため回折特性
を設定した例である。図５に示すように、実施例７の照
明用の回折型光学素子の内側を観察用対物レンズとして
回折効果をもつ面６とし、照明用の回折型光学素子２と
観察用の回折型光学素子６と一体化したものである。従
来、レンズ系は照明用と観察用と夫々必要であったが、
この実施例は、一体化しこれによってレンズ枚数を削減
しコストを低減し得る。
【００５３】以上述べた実施例は、いずれもライトガイ
ドより物体側に回折型光学素子としての効果を持たせる
加工を施した平行平面板を設けたものであるが、例え
ば、ライトガイド端面に直接回折型光学素子としての効
果を持たせる加工を施して回折型光学素子とすることも
出来る。その場合、別に回折型光学素子を形成するより
もコンパクトな照明光学系を形成することが出来、又コ
ストの低減が可能である。
ドより物体側に回折型光学素子としての効果を持たせる
加工を施した平行平面板を設けたものであるが、例え
ば、ライトガイド端面に直接回折型光学素子としての効
果を持たせる加工を施して回折型光学素子とすることも
出来る。その場合、別に回折型光学素子を形成するより
もコンパクトな照明光学系を形成することが出来、又コ
ストの低減が可能である。
【００５４】また、上記の各実施例では、ファイバーハ
ンドルの端面付近に回折型光学素子としての効果を有す
る面を設けたが、図６に示すように端面に回折型光学素
子としての効果を有する面を設けた単ファイバー８をフ
ァイバーハンドル１の端面付近に配置することも出来
る。これによってレンズ周辺でけられる光線を有効に利
用出来、照明光量の増加が可能であり明るい画像が得ら
れる。
ンドルの端面付近に回折型光学素子としての効果を有す
る面を設けたが、図６に示すように端面に回折型光学素
子としての効果を有する面を設けた単ファイバー８をフ
ァイバーハンドル１の端面付近に配置することも出来
る。これによってレンズ周辺でけられる光線を有効に利
用出来、照明光量の増加が可能であり明るい画像が得ら
れる。
【００５５】また、回折型光学素子を光源内の集光光学
系に応用することも出来る。例えば、内視鏡用光源には
ランプからの光を効率良く集光してライトガイドに導く
ための集光用光学系がある。又多くの場合光源が発する
赤外光よって観察対象やライトガイドを損傷させるのを
防止するために赤外線カットフィルターが用いられてい
る。この赤外線カットフィルターに、回折型光学素子と
しての加工を施して、これを回折型光学素子として集光
を行なえば、レンズ枚数を減らすことが出来、コンパク
トにすることとコストの低減とが可能になる。
系に応用することも出来る。例えば、内視鏡用光源には
ランプからの光を効率良く集光してライトガイドに導く
ための集光用光学系がある。又多くの場合光源が発する
赤外光よって観察対象やライトガイドを損傷させるのを
防止するために赤外線カットフィルターが用いられてい
る。この赤外線カットフィルターに、回折型光学素子と
しての加工を施して、これを回折型光学素子として集光
を行なえば、レンズ枚数を減らすことが出来、コンパク
トにすることとコストの低減とが可能になる。
【００５６】既に述べたように回折型光学素子とするた
めの加工は、エッチング技術により行なえるので、微細
な加工が容易に出来る。そこでライトガイド中の個々の
光学繊維に対応するように微小な回折型光学素子を多数
並べたマイクロレンズアレーを容易に作ることが出来
る。
めの加工は、エッチング技術により行なえるので、微細
な加工が容易に出来る。そこでライトガイド中の個々の
光学繊維に対応するように微小な回折型光学素子を多数
並べたマイクロレンズアレーを容易に作ることが出来
る。
【００５７】図７（Ａ），（Ｂ）のように、回折型光学
素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ・・・によるマイクロレン
ズアレー９を、ライトガイド中の照明用の光学繊維１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ・・・の各々に対応するように配
置して光学繊維からの光線を各々独立して制御すること
が可能になり、より光量むらのない照明光学系を実現で
きる。更に回折型光学素子によるマイクロレンズアレー
を図８のように光学繊維に対して偏芯させて配置するこ
とも可能であり、これによって個々の光学繊維から射出
された光線は、光軸に対してある射出角度を持ちながら
配光される。そして、それぞれの光線の射出角度が望み
の角度になるように回折型光学素子によるマイクロレン
ズアレーの偏芯量を変えることが出来、実用的な配光を
行なうことが出来る。この場合、個々の光線の広がる角
度はそれ程大きくする必要がなく、１個の回折型光学素
子のみで行なう場合よりも色むらを少なくすることが出
来、したがって色むらの少ない広角な照明が可能にな
る。
素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ・・・によるマイクロレン
ズアレー９を、ライトガイド中の照明用の光学繊維１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ・・・の各々に対応するように配
置して光学繊維からの光線を各々独立して制御すること
が可能になり、より光量むらのない照明光学系を実現で
きる。更に回折型光学素子によるマイクロレンズアレー
を図８のように光学繊維に対して偏芯させて配置するこ
とも可能であり、これによって個々の光学繊維から射出
された光線は、光軸に対してある射出角度を持ちながら
配光される。そして、それぞれの光線の射出角度が望み
の角度になるように回折型光学素子によるマイクロレン
ズアレーの偏芯量を変えることが出来、実用的な配光を
行なうことが出来る。この場合、個々の光線の広がる角
度はそれ程大きくする必要がなく、１個の回折型光学素
子のみで行なう場合よりも色むらを少なくすることが出
来、したがって色むらの少ない広角な照明が可能にな
る。
【００５８】又図９のように複数枚の回折型光学素子を
設けて多段集光を行なうことによりむらのない配光を得
ることが出来る。
設けて多段集光を行なうことによりむらのない配光を得
ることが出来る。
【００５９】以上述べた実施例は、通常のレンズを用い
ずに回折型光学素子のみ光学系中に配置したものである
が、図１０のように通常のレンズ３と回折型光学素子２
とを組合わせ配置した構成にしてもよい。更に図１１に
示すように通常のレンズ３の表面に回折型光学素子とし
ての効果をもつ加工９を施してレンズ枚数を減らし、よ
り低コストの内視鏡光学素子とすることも出来る。
ずに回折型光学素子のみ光学系中に配置したものである
が、図１０のように通常のレンズ３と回折型光学素子２
とを組合わせ配置した構成にしてもよい。更に図１１に
示すように通常のレンズ３の表面に回折型光学素子とし
ての効果をもつ加工９を施してレンズ枚数を減らし、よ
り低コストの内視鏡光学素子とすることも出来る。
【００６０】一般に内視鏡照明を行なう際、各波長の配
光が異なるために、照明の色むらが問題になる場合があ
る。例えば図１２に示すような凹レンズによる配光を行
なう場合、凹レンズの周辺を通る光線ほど屈折角が大に
なり、４ａ，４ｂのようにレンズの硝材の分散特性にし
たがい色むらが発生する。回折型光学素子は、式（７）
からわかるように一般の硝材とは逆に負の分散値を有す
る。そのため図１３のように凹レンズの周辺に波長によ
る配光角のずれが小さくなるようなピッチでの回折効果
を有する加工を施すことにより色むらを低減することが
出来る。
光が異なるために、照明の色むらが問題になる場合があ
る。例えば図１２に示すような凹レンズによる配光を行
なう場合、凹レンズの周辺を通る光線ほど屈折角が大に
なり、４ａ，４ｂのようにレンズの硝材の分散特性にし
たがい色むらが発生する。回折型光学素子は、式（７）
からわかるように一般の硝材とは逆に負の分散値を有す
る。そのため図１３のように凹レンズの周辺に波長によ
る配光角のずれが小さくなるようなピッチでの回折効果
を有する加工を施すことにより色むらを低減することが
出来る。
【００６１】更に図１４は、回折型光学素子のライトガ
イド側に、輪帯状に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３
色に分けられた色フィルター１４を配置したもので、回
折光学素子１３に３色の光線が入射する。この場合、３
色の光線は、回折型光学素子の各輪帯状の部分で曲げら
れ配光される。つまり赤、緑、青の色毎に配光角を独立
して設定することが出来る。ここで回折型光学素子のピ
ッチを各色の配光角が等しくなるように設定すれば色む
らを除去することが出来る。
イド側に、輪帯状に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３
色に分けられた色フィルター１４を配置したもので、回
折光学素子１３に３色の光線が入射する。この場合、３
色の光線は、回折型光学素子の各輪帯状の部分で曲げら
れ配光される。つまり赤、緑、青の色毎に配光角を独立
して設定することが出来る。ここで回折型光学素子のピ
ッチを各色の配光角が等しくなるように設定すれば色む
らを除去することが出来る。
【００６２】他の色むら除去方法として、２次光を利用
する方法がある。つまり回折型光学素子面をキノフォー
ムからずれた形状にして故意に２次光を発生させる方法
である。この２次光は、式（８）においてｍ＝２とした
式にしたがって屈折する。ここで図１５に示すように回
折型光学素子の面の周辺を通る短波長の１次光４ｃと中
心付近を通る長波長の２次光４ｄが平行になるように回
折型光学素子のピッチｄを設定して色むらを減少させ
る。
する方法がある。つまり回折型光学素子面をキノフォー
ムからずれた形状にして故意に２次光を発生させる方法
である。この２次光は、式（８）においてｍ＝２とした
式にしたがって屈折する。ここで図１５に示すように回
折型光学素子の面の周辺を通る短波長の１次光４ｃと中
心付近を通る長波長の２次光４ｄが平行になるように回
折型光学素子のピッチｄを設定して色むらを減少させ
る。
【００６３】
【発明の効果】本発明の内視鏡光学系は、回折減少を利
用した光学素子を用いることにより光量むらのない配光
を得るようにしたものである。
用した光学素子を用いることにより光量むらのない配光
を得るようにしたものである。
【図１】本発明の基本構成を示す図
【図２】光の屈折及び回折を示す図
【図３】回折格子の断面形状の例を示す図
【図４】本発明の実施例６，７の構成を示す図
【図５】本発明の実施例８の構成を示す図
【図６】単ファイバーの面に回折効果を持たせた実施例
を示す図
を示す図
【図７】回折型光学素子にてマイクロレンズアレーを構
成した実施例を示す図
成した実施例を示す図
【図８】前記マイクロレンズアレーを各ファイバーに対
し偏芯させた実施例を示す図
し偏芯させた実施例を示す図
【図９】複数の回折型光学素子を配置した実施例を示す
図
図
【図１０】レンズと回折型光学素子とを組合わせた実施
例を示す図
例を示す図
【図１１】レンズの一つの面を回折効果を持った面とし
た実施例を示す図
た実施例を示す図
【図１２】従来の照明光学系による色むら発生の状況を
示す図
示す図
【図１３】凹レンズの周辺部を回折効果を持った面とし
た実施例を示す図
た実施例を示す図
【図１４】色フィルターを配置して色むらを除去するよ
うにした実施例を示す図
うにした実施例を示す図
【図１５】２次光を利用して色むらを除去した実施例を
示す図
示す図
【図１６】実施例１の配光特性を示す図
【図１７】実施例２の配光特性を示す図
【図１８】実施例３の配光特性を示す図
【図１９】実施例４の配光特性を示す図
【図２０】実施例５の配光特性を示す図
【図２１】実施例６の配光特性を示す図
【図２２】実施例７の配光特性を示す図
【図２３】ライトガイドのみの配光特性を示す図
【図２４】従来の内視鏡照明光学系の構成を示す図
１ ライトガイド ２ 回折型光学素子
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１１月３０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】
【従来の技術】近年、内視鏡が医療をはじめとして多方
面に応用されている。内視鏡は、体腔内等の狭い空間に
おいて使用されることが多いため、その径を小さくする
必要がある。そのため極細径の内視鏡を作る技術が発達
し、例えば、血管用内視鏡等が作られ、手術等に応用さ
れている。これらの内視鏡は、観察のための照明光が必
要で、内視鏡外部からグラスファイバーを用いたライト
ガイドにより導かれた照明光や、発光ダイオードや半導
体レーザー等の発光素子により供給された照明光が照明
用レンズによって配光される。
面に応用されている。内視鏡は、体腔内等の狭い空間に
おいて使用されることが多いため、その径を小さくする
必要がある。そのため極細径の内視鏡を作る技術が発達
し、例えば、血管用内視鏡等が作られ、手術等に応用さ
れている。これらの内視鏡は、観察のための照明光が必
要で、内視鏡外部からグラスファイバーを用いたライト
ガイドにより導かれた照明光や、発光ダイオードや半導
体レーザー等の発光素子により供給された照明光が照明
用レンズによって配光される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】 ｆ＜（Ｄ２＋Ｈ２）／｛（ｎ−１）・２Ｄ｝ （３） このレンズにライトガイドから光軸に平行な光線高Ｈの
光線が入射すると、この光線はレンズにより屈折され光
軸に対してωの角度をもって射出される。ここで角ω
は、近軸的に下記式（４）で表わされる。
光線が入射すると、この光線はレンズにより屈折され光
軸に対してωの角度をもって射出される。ここで角ω
は、近軸的に下記式（４）で表わされる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 勝也 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 高杉 芳治 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 西岡 公彦 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】物体を照明するための照明光を導くライト
ガイド又は物体を照明するための発光素子と、照明光を
配光するための光学系を有する内視鏡照明光学系におい
て、上記光学系が少なくとも一つの回折現象を利用した
光学素子を含むことを特徴とした内視鏡照明光学系。 - 【請求項２】前記光学素子が下記の条件を満足すること
を特徴とする請求項１の内視鏡照明光学系。 ｆ＜（Ｄ2 ＋Ｈ2 ）／（ｎ−１）・２Ｄ ただし、ｆは光学素子の焦点距離、Ｄは光学素子の厚
さ、Ｈは光学素子の半径、ｎは光学素子に用いられてい
る硝材の屈折率である。 - 【請求項３】前記光学素子が周辺に行くにしたがって光
束の発散力を次第に弱めるような回折特性を有すること
を特徴とする請求項１の内視鏡照明光学系。 - 【請求項４】前記光学素子の面形状が下記の条件を満足
することを特徴とする請求項１の内視鏡照明光学系。 Ｃ・Ｅ≦０ ただしＣ，Ｅは夫々前記光学素子の面形状を下記の式に
て表わし、Ｐ＝０，Ｂ＝０とした場合の曲率および４次
の非球面係数である。 ｚ＝Ｃｙ2 ／［１＋（１−Ｃ2 Ｐｙ2 ）1/2 ］＋Ｂｙ2
＋Ｅｙ4＋Ｆｙ6 ＋Ｇｙ8 ＋・・・ 上記式でｚは光軸（物体方向が正方向）、ｙは面とｚ軸
との交点を原点とした時ｚ軸に直交した座標軸のうちメ
リジオナル方向の座標軸、Ｃは曲率（曲率半径をＲとし
た時Ｃ＝１／Ｒ）、Ｐはｅを離心率とした時Ｐ＝１−ｅ
2 で与えられる値、Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，・・・は夫々２
次，４次，６次，８次，・・・の非球面係数である。 - 【請求項５】前記内視鏡照明光学系を構成する媒質の屈
折率をライトガイド側又は発光素子側から順にｎ1 ，ｎ
2 ，・・・ｎi ，ｎi+1 ，・・・とした時、少なくとも
一つの非球面係数Ａが下記の条件を満足することを特徴
とする請求項１の内視鏡照明光学系。 Ａ・（ｎi+1 −ｎi ）＜０ ただし、ｎi は前記光学素子の回折面を表わす媒質の屈
折率、Ａは前記光学素子の面形状を次式にて表わし又Ｐ
＝０，Ｂ＝０とした時の４次以上の非球面係数である。 ｚ＝Ｃｙ2 ／［１＋（１−Ｃ2 Ｐｙ2 ）1/2 ］＋Ｂｙ2
＋Ｅｙ4＋Ｆｙ6 ＋Ｇｙ8 ＋・・・ 上記式でｚは光軸（物体方向が正方向）、ｙは面とｚ軸
との交点を原点とした時ｚ軸に直交した座標軸のうちメ
リジオナル方向の座標軸、Ｃは曲率（曲率半径をＲとし
た時Ｃ＝１／Ｒ）、Ｐはｅを離心率とした時Ｐ＝１−ｅ
2 で与えられる値、Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，・・・は夫々２
次，４次，６次，８次，・・・の非球面係数である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5032584A JPH06230294A (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 内視鏡照明光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5032584A JPH06230294A (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 内視鏡照明光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06230294A true JPH06230294A (ja) | 1994-08-19 |
Family
ID=12362921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5032584A Withdrawn JPH06230294A (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 内視鏡照明光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06230294A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09292575A (ja) * | 1996-02-26 | 1997-11-11 | Olympus Optical Co Ltd | 内視鏡ｔｖ観察システム |
| JP2002051971A (ja) * | 2000-08-14 | 2002-02-19 | Asahi Optical Co Ltd | 内視鏡 |
| JP2002244050A (ja) * | 2001-02-21 | 2002-08-28 | Asahi Optical Co Ltd | 内視鏡照明光学系 |
| JP2005279028A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Hamamatsu Univ School Of Medicine | 内視鏡 |
| JP2007181669A (ja) * | 2005-12-29 | 2007-07-19 | Given Imaging Ltd | 生体内を照明するための装置および方法 |
| JP2008012108A (ja) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Fujifilm Corp | カプセル内視鏡 |
| KR20120006812A (ko) * | 2010-07-13 | 2012-01-19 | 삼성전자주식회사 | 광학 소자 및 이를 포함하는 노광 장치 |
| WO2012176720A1 (ja) * | 2011-06-20 | 2012-12-27 | コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 | 照明用ライトガイド保持構造及びホルダー |
| US11927488B2 (en) * | 2019-01-03 | 2024-03-12 | Chia-Ling Chen | Thermal detection system capable of providing early warning and related products |
-
1993
- 1993-01-29 JP JP5032584A patent/JPH06230294A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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