JPH08271807A - 内視鏡の照明光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】周辺領域での光量ロスを少なくし周辺配光を良
くした内視鏡の照明光学系を提供すること。 【構成】内視鏡の先端構成部に観察光学系と共に配置さ
れている照明光学系１は、凹レンズ２とライトガイド３
で構成されている。凹レンズ２の物体側の面２ａには、
物体面への出射角度θが大きくなる周辺領域に、特定の
角度の光線に対して反射率が低い反射防止コート、例え
ば膜厚１８０ｎｍのＭｇＦ2 コートが施されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内視鏡、特に広角化内
視鏡に適する照明光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】内視鏡における照明光学系の各光学部品
の表面には、従来より反射防止コートが施されている。
この反射防止コートを施すことによって、光学部品表面
での反射率は低くなり、反射による光量ロスが起きにく
くなるため、透過光量が増加する。

【０００３】例えば、屈折率が１．５１６の硝材の場
合、垂直に入射する光束について考えると、コーティン
グしない状態における表面での反射率は４．２％であ
り、透過率は９５．８％である。この表面にＭｇＦ2 単
層コートを施すと、反射率は１．３１％になるので透過
光の効率は約３％増加する。また、屈折率が１．８８３
の硝材の場合、同様に垂直に入射する光束について考え
ると、コーティングしない状態での反射率が９％である
のに対し、ＭｇＦ2 単層コートを施すことにより反射率
は０．１％になるので、透過光の効率は約１０％増加す
る。

【０００４】近年、病変の発見率を上げるために、観察
光学系の視野範囲を広くした所謂広角化内視鏡が多く使
用されるようになってきている。そのため、照明光学系
の照明範囲も広角化して視野範囲全体を出来るだけ均一
な光量で照明できるようにする必要が生じているが、従
来のものは一般に周辺領域での光量ロスが大きく配光に
難があり、現在のところ、このニーズに対し製作，性能
面から十分応え得る有効な実用化手段は提案されていな
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】内視鏡の照明範囲を広
角化する場合に主な問題点が二つある。その一つは反射
防止コートについてである。照明光が広角領域まで届く
ように照明レンズによって光束を広げると、図１２に示
すように最も外側の面２ａでの光線の出射角θ1が大き
くなる。そこで、この面２ａに反射防止コートを施した
とする。一般に反射防止コートは光線の入射角が０°の
場合に反射率が最も小さくなるように設計されているた
め、図３に示すように、入射角が大きくなるにつれ反射
率は高くなる。従って、入射角が小さい領域での反射率
は低く、画面中心領域での光量ロスは少ないが、入射角
が大きい領域での反射率は高くなり、画面周辺領域での
光量ロスが大きくなる。

【０００６】もう一つの問題点は内視鏡の挿入性，操作
性に起因している。この挿入性，操作性の観点からする
と、内視鏡の先端部は細径化のニーズが高く、当然のこ
とながらその先端部の構成要素の一つである照明レンズ
を小さくすることが望まれる。しかしながら、照明レン
ズを小さくすると、図１２に示すように周辺領域に達す
る光線Ｙが他の光学部品のフチなどでケラレることにな
り、周辺光量が少なくなって周辺配光が悪くなり、相対
的にも周辺配光を悪くする。

【０００７】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであって、その目的とするところは、
照明光学系において、周辺領域での光量ロスを少なくし
且つ周辺配光を良くした内視鏡の照明光学系を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、本発明は、先端構成部に観察光学系と照
明光学系が配置されている内視鏡において、前記照明光
学系に用いる光学部品表面の少なくとも１面に、特定の
入射角度又は出射角度の光線に対して反射率が低い反射
防止コートを施すようにする。また、好ましくは、前記
特定の角度の光線に対して反射率が低い反射防止コート
を、前記照明光学系に用いる光学部品の最も物体側の面
に施すようにする。このようなコーティングを行うこと
によって、周辺領域における光量ロスを少なくし、配光
を良くすることができる。また、このようなコーティン
グを行った内視鏡は、観察光学系の視野角を２ωとした
とき、前記特定の角度θが、０．５ω＜θ＜０．８５ω
の範囲内にあるようにすると周辺配光を一段と良くする
ことができる。

【０００９】

【実施例】

第１実施例 本発明の第１実施例を図１乃至図８を用いて説明する。
図１に示すように本実施例の照明光学系１は、凹レンズ
２及びライトガイド３から構成されている。また、凹レ
ンズ２は物体側の面２ａと、ライトガイド側の面２ｂを
有しており、物体側の面２ａには反射防止コートが施さ
れている。ここで、凹レンズ２の屈折率は１．８８３、
反射防止コートはＭｇＦ2 単層コートで、膜厚は１８０
ｎｍである。また、図示していないが、この内視鏡には
照明光学系１に隣接して周知のように観察用の対物光学
系が配置されており、その対物光学系の視野角２ωは１
４０°である。

【００１０】ライトガイド３から角度０°で出射した平
行光束は、図２で示すように凹レンズ２によって光軸５
を中心にして広げられる。ライトガイド３から出射する
光線は、ライトガイド３の出射面のあらゆる点から様々
な角度で出射しており、それらの出射光量の角度分布は
実際にはライトガイド３の材質・繊維径、光源の配光等
によって決まるものであるが、ここでは一番強度の強い
出射角０°の場合について考えてみる。図２において、
ライトガイド３から出射した光線は、凹レンズ２の面２
ａ，２ｂで屈折され角度θ’で反射防止コートに入射
し、透過光は角度θで物体面４に出射される。角度θの
最大値は物体面４の点Ｐに到達する光線６の角度であっ
て、これが照明光学系の照射範囲を決定付ける。そし
て、角度θの大きい周辺部の光量が減少すると、中心部
の光量に対する比率（配光）が低下することになる。

【００１１】ところで、一般的に反射防止を目的とした
ＭｇＦ2 単層コートの膜厚は１３７ｎｍであり、このと
きの反射率及び透過率の入射角度特性は図３に示すよう
になる。即ち、入射角０°に対する反射率が最も低く、
角度が大きくなるほど反射率は高くなり、透過率は低く
なる。従って、凹レンズ２の表面２ａ又は２ｂに膜厚が
１３７ｎｍのＭｇＦ2 単層コートを施した場合、入射角
が小さい光線の反射率は充分に低く、光量ロスは小さく
なるが、図２における光線６のように、膜面への入射角
の大きい光線、即ち膜面から物体面４に対して出射する
角度θが大きい光線の反射率はそれほど低くなく、光量
ロスが生じてしまう。その結果、中心光量は増加するが
周辺光量はそれほど増加せず、相対的に配光は悪くな
る。

【００１２】そこで、本実施例においては、面２ａのう
ち光線６のように角度θが特に大きくなる面に施すＭｇ
Ｆ2 単層コートの膜厚を１８０ｎｍに変更した。このよ
うに膜厚が１８０ｎｍであるＭｇＦ2 単層コートの反射
率及び透過率の入射角度特性を図４に示す。この図４か
ら分かるように、膜厚が１８０ｎｍであるＭｇＦ2 単層
コートは、入射角４５°付近の反射率が最も低く、入射
角０°の場合の方が反射率は高くなる。本発明において
は、このように入射角０°のときの反射率よりも特定の
角度（≠０°）の反射率の方が低い反射防止コートを
“特定の入射角度又は出射角度の光線に対して反射率が
低い反射防止コート”と称する。

【００１３】ここで、更に膜厚を変更して、入射角０°
の透過率を１と規格化したとき、入射角７０°での透過
率を最も高くするようにすることができる。図５には、
ＭｇＦ2 単層コートの膜厚が夫々０ｎｍ，１３７ｎｍ，
１８０ｎｍ，２００ｎｍの場合において、入射角０°の
透過率を１と規格化した透過率の入射角度特性が示され
ている。この図５から分かるように、入射角０°での透
過率を１と規格化した場合の入射角７０°での透過率が
最も大きくなるのは、膜厚が２００ｎｍのときである。
このように膜厚が２００ｎｍの場合における反射率及び
透過率の入射角度特性が図６に示されている。この図で
分かるように、入射角７０°での反射率は充分に低くな
るが、その反面、入射角が小さい領域（中心付近）での
反射率は大きくなって光量ロスが増えてしまい、全体光
量が大幅に低下する。

【００１４】ところで、ＭｇＦ2 単層コートの膜厚を種
々変化させた場合、入射角７０°での周辺配光値と光量
効率の関係は図７に示すようになる。ここで言う光量効
率とは、ライトガイド３の出射光量に対して物体面４で
視野内に入る光量の比のことである。図７には、ＭｇＦ
2 単層コートの膜厚を横軸にとり、縦軸には入射角７０
°での配光及び視野角７０°に対する効率が示されてい
る。この図７から、本実施例の構成においては、７０°
での配光を良くし且つ全体での光量ロスも小さくなるＭ
ｇＦ2 反射防止コートの膜厚の適正値は、１８０ｎｍで
あることが分かる。そして、この場合には入射角４５°
での反射率が最も低くなっている。

【００１５】以上のような反射防止コートに関するデー
タを基にして、凹レンズ２の物体側の面２ａにＭｇＦ2
単層コートを施したときの配光を、図８（ａ），図８
（ｂ）に示してある。図８（ａ）が膜厚１３７ｎｍ、図
８（ｂ）が膜厚１８０ｎｍの場合であり、各々横軸が光
軸からの角度（即ち、物体面４への出射角度θ）、縦軸
が距離１００ｍｍのとき中心の光量を１と規格化した球
面での相対配光である。このように７０°での配光は、
膜厚１３７ｎｍの場合１０．９％、膜厚１８０ｎｍの場
合１１．４％となり、約５％配光値が増加している。

【００１６】本実施例においては観察光学系の視野角１
４０°に対し、片側視野角７０°の０．６４倍である４
５°付近の反射率を特に低くすることにより周辺配光を
良くし、全体の光量効率もよい内視鏡用の照明光学系を
得ることができた。一般的には最大視野角を２ωとした
とき、０．５ωから０．８５ωの間の角度に対する反射
率が低くなるようにコーティングすれば、周辺配光及び
光量効率の良い照明光学系を得ることができる。

【００１７】また、本発明の照明光学系は、特に視野角
の大きい対物光学系と組み合わせた場合に効果が大き
い。一般に内視鏡に使用しているライトガイドのＮＡ
（Numerical Aperture：開口数）は０．６６程度までで
あり、視野角が８０°付近まではライトガイドのみで照
明しても充分な配光が得られるが、視野角が８０°以上
になるとレンズで光束を広げる必要がある。そのときに
は、図２に示したように最も物体側にある面２ａの周辺
に達し、物体面４に出射する光線６の角度が一番大きく
なる。

【００１８】このような最も物体側の面にコーティング
すると、一般的な入射角０°に対する反射率を最も低く
したコーティングの場合、図３に示すように４５°付近
までは反射率が充分低いが、４５°付近を越えると反射
率が高くなってしまう。そこで、本発明のように反射防
止コートの反射率を、０°以外の特定の角度に対して最
適化させる場合には、観察光学系の視野角を２ωとした
とき、ω＞４５°である場合に効果が大きい。

【００１９】本実施例においては、ＭｇＦ2 単層コート
の膜厚を、入射角４５°に対する反射率が特に低くなる
ように設定したが、本発明においては、これをマルチコ
ーティングとし、各層の厚さや組み合わせを変えること
によって、特定の入射角に対する反射率を下げるように
しても差し支えない。また、その場合、対物光学系の最
も物体に近い面にＭｇＦ2 単層コート（膜厚１８０ｎ
ｍ）或いは４５°での反射率が特に低くなるように最適
化したその他の反射防止コートを施すと、対物光学系で
の周辺光量のロスが少なくなり、物体面上での周辺配光
が更に改善される。

【００２０】第２実施例 本発明の第２実施例を、主に図９乃至図１１を用いて説
明する。尚、第１実施例において数字符号を付けたもの
と同じものには同じ符号を用いている。照明光学系１を
構成する凹レンズ２の物体側の面２ａに、点Ｐを設定す
る。点Ｐは照明光学系１の光軸５と凹レンズ２の最も物
体側の面２ａとの交点である。また、照明光学系１の入
射瞳位置７と光軸５との交点をＯとしたとき、∠ＱＯＰ
＝４０°、∠ＲＯＰ＝６０°となるように、凹レンズ２
の最も物体側の面２ａに夫々点Ｑ，Ｒを設定する。そし
て、半径ＰＱの円内を領域Ａ、半径ＰＱの円と半径ＰＲ
の円とで囲まれた領域を領域Ｂ、半径ＰＲの円の外側を
領域Ｃとする。

【００２１】ここで、領域Ａには一般的なＭｇＦ2 反射
防止コート（膜厚１３７ｎｍ）を施す。また、領域Ｂに
は入射角４５°での反射率が最も低いＭｇＦ2 反射防止
コート（膜厚１８０ｎｍ）を、更に領域Ｃには入射角７
０°での反射率が最も低いＭｇＦ2 反射防止コート（膜
厚２００ｎｍ）を施す。

【００２２】図１０から明らかなように、領域Ａでは照
明光学系１の出射角度θ2 は０°〜４０°である。図１
１にＭｇＦ2 反射防止コートの膜厚が１３７ｎｍ，１８
０ｎｍ，２００ｎｍの場合において各膜厚での透過率が
一番高い値を１と規格化した透過率の角度特性を示す。
ここで、図５より、出射角度０°〜４０°での透過率が
最も高いのは、ＭｇＦ2 反射防止コート（膜厚１３７ｎ
ｍ）であることが分かる。そこで、領域ＡにＭｇＦ2 反
射防止コート（膜厚１３７ｎｍ）を施すことにより、０
°から４０°までの照明光が光量ロスなく出射されるこ
とになる。同様に、領域Ｂにおける出射角度θ3 は４０
°から６０°まで範囲であるから、この範囲での透過率
が高いＭｇＦ2 反射防止コート（膜厚１８０ｎｍ）を、
領域Ｃには７０°での透過率が高いＭｇＦ2 反射防止コ
ート（膜厚２００ｎｍ）を施すと、照明光学系１の全領
域において光量ロスの少ない状態にすることができる。

【００２３】また、最初に領域Ａ及び領域Ｂにマスキン
グをして領域ＣにＭｇＦ2 反射防止コートを施し、次に
領域Ａのみにマスキングをして領域Ｂ及び領域ＣにＭｇ
Ｆ2反射防止コートを施し、最後に全面にＭｇＦ2 反射
防止コートを施すようにすれば、簡単な方法で一つの面
に異なる厚さのＭｇＦ2 反射防止コートを施すことがで
きる。

【００２４】尚、本実施例においては領域を三つに分割
したが、更に細かく分割することによって、一層光量ロ
スが少なく、延いては配光，照明効率の優れた照明光学
系を実現することができる。

【００２５】以上説明したことからも明らかなように、
以下に示す構成も本発明の特徴である。 （１）内視鏡の観察光学系の視野角を２ωとしたとき、
ω＞４５°となるようにしたことを特徴とする請求項３
に記載の内視鏡の照明光学系。 （２）先端構成部に観察光学系と照明光学系が配置され
ている内視鏡において、前記照明光学系に用いる光学部
品表面の少なくとも１面をｎ個の領域に分割し、その少
なくとも１つの領域に、特定の入射角度又は出射角度の
光線に対して反射率が低い反射防止コートを施したこと
を特徴とする内視鏡の照明光学系。 （３）前記照明光学系に用いる光学部品の最も物体側の
面をｎ個の領域に分割し、その少なくとも１つの領域
に、前記特定の入射角度又は出射角度の光線に対して反
射率が低い反射防止コートを施したことを特徴とする上
記（２）に記載の内視鏡の照明光学系。 （４）前記照明光学系に用いる光学部品表面の少なくと
も１面を同心円状のｎ個の領域に分割し、中心からｉ番
目の領域に特定の角度θi に対して反射率が低い反射防
止コートを施したことを特徴とする上記（２）に記載の
内視鏡の照明光学系。 （５）前記各領域における特定の角度θi は、θi ＜θ
i ＋1 であることを特徴とする上記（４）に記載の内視
鏡の照明光学系。

【００２６】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば、内視鏡
の照明光学系に用いる光学部品の表面に、特定の入射角
度又は出射角度の光線に対して反射率が低い反射防止コ
ートを施すことによって、周辺領域での光量ロスを少な
くし且つ周辺配光を良くすることが可能となる。また、
本発明の構成によれば、照明光学系の外径を大きくする
必要がないので、内視鏡先端部を太くしなくて済むとい
う効果がある。更に、従来も行っていたコーティング方
法を変更するだけでよいから、特にコストアップを伴う
ことなく実施することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成説明図である。

【図２】物体面への照明状態を示す第１実施例の説明図
である。

【図３】膜厚１３７ｎｍのＭｇＦ2 単層コートの反射率
及び透過率の入射角度特性を示す図である。

【図４】膜厚１８０ｎｍのＭｇＦ2 単層コートの反射率
及び透過率の入射角度特性を示す図である。

【図５】入射角０°の透過率を１と規格化した場合にお
けるＭｇＦ2 単層コートの透過率と入射角度の関係を示
す図である。

【図６】膜厚２００ｎｍのＭｇＦ2 単層コートの反射率
及び透過率の入射角度特性を示す図である。

【図７】入射角７０°での周辺配光値と光量効率の関係
を示す図である。

【図８】ＭｇＦ2 単層コートを施したときの配光値の角
度特性を示す図である。

【図９】本発明の第２実施例の構成説明図である。

【図１０】第２実施例のコーティング構成の説明図であ
る。

【図１１】各膜厚での透過率が一番高い値を１と規格化
した場合におけるＭｇＦ2 単層コートの透過率と入射角
度の関係を示す図である。

【図１２】従来の照明光学系の構成説明図である。

【符号の説明】

１ 照明光学系 ２ 凹レンズ ２ａ 物体側の面 ２ｂ ライトガイド側の面 ３ ライトガイド ４ 物体面 ５ 光軸 ６ 光線 ７ 入射瞳位置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端構成部に観察光学系と照明光学系が
   配置されている内視鏡において、前記照明光学系に用い
   る光学部品表面の少なくとも１面に、特定の入射角度又
   は出射角度の光線に対して反射率が低い反射防止コート
   を施したことを特徴とする内視鏡の照明光学系。
2. 【請求項２】 前記特定の角度の光線に対して反射率が
   低い反射防止コートを、前記照明光学系に用いる光学部
   品の最も物体側の面に施したことを特徴とする請求項１
   に記載の内視鏡の照明光学系。
3. 【請求項３】 前記内視鏡の観察光学系の視野角を２ω
   としたとき、前記特定の角度θが、０．５ω＜θ＜０．
   ８５ωの範囲にあることを特徴とする請求項２に記載の
   内視鏡の照明光学系。