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JP5953444B2 - 内視鏡 - Google Patents

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JP5953444B2 JP2015554379A JP2015554379A JP5953444B2 JP 5953444 B2 JP5953444 B2 JP 5953444B2 JP 2015554379 A JP2015554379 A JP 2015554379A JP 2015554379 A JP2015554379 A JP 2015554379A JP 5953444 B2 JP5953444 B2 JP 5953444B2
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Description

本発明は、内視鏡に関する。
従来、内視鏡の近接拡大観察時の照明ムラを抑えることを目的として、複数の照明窓から射出される照明光が重なり合う範囲内にベストピント位置の可変範囲を設定した内視鏡が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2001−346752号公報
しかしながら、近接拡大時の被写界深度を確保するために近接拡大時の半画角を40°以上にする場合には、広範囲の被写体を撮影するため配光ムラが発生し易い。特に、近接拡大可能な内視鏡では、近接拡大観察時に照明光学系の先端と被写体との距離が2mm程度と非常に近づくため配光ムラが生じ易い。配光ムラが発生すると、観察性及び処置性が著しく悪化するため、術者のストレスになるだけでなく、処置時間が長くなってしまう。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、近接拡大観察時の半画角が40°以上の広角観察時においても配光ムラを軽減して処置を容易にすることができる内視鏡を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、一部のレンズを光軸方向に移動させて拡大観察状態と通常観察状態とを切替可能な観察光学系と、被写体に照明光を照射する複数の照明光学系とを備え、該照明光学系の少なくとも1つの最先端のレンズ面が、前記観察光学系の最先端のレンズ面よりも基端側に配置され、以下の条件式を満足する内視鏡である。
0.03<D_Back(max)/ft<2 (1)
1.05<ft/fw<5 (2)
ここで、D_Back(max)は、前記照明光学系の最先端のレンズ面と前記観察光学系の最先端のレンズ面との距離の最大値、ftは前記観察光学系の拡大観察状態における焦点距離、fwは前記観察光学系の通常観察状態における焦点距離である。
一般的な拡大内視鏡においては、良好な観察を行うことができる観察光学系の最先端のレンズ面と被写体との距離は2〜3mm程度と設定されている。
本態様によれば、観察光学系の最先端のレンズ面に対して照明光学系の最先端のレンズ面が奥まった位置に配置されているため、観察光学系と照明光学系が同じ高さで配置されている従来の場合と比較して配光ムラの発生を抑えることができる。
式(1)は照明光学系が観察光学系よりも被写体側から撮像素子側へ奥まって配置されていることを表しており、式(1)の範囲内であれば、拡大観察時でも良好な配光を得ることができる。式(1)の下限を下回ると、観察光学系に対して照明光学系の奥まりが足りずに配光ムラが発生し、上限を超えると奥まりすぎるために照明光学系から射出される照明光が観察光学系等によって蹴られることがあり良好な配光を得ることができなくなる。
また、式(2)は拡大内視鏡の変倍比を表しており、式(2)の下限を下回ると拡大観察が困難になり、上限を超えると変倍比が大きくなりすぎて、観察光学系が径方向に肥大化してしまい、内視鏡の先端部を細径に構成することが困難になって挿入性が低下することになる。
上記態様においては、以下の条件式を満足することが好ましい。
0.01<D_Back(ave)/ft<1.0 (3)
ここで、D_Back(ave)は、全ての前記照明光学系の最先端のレンズ面と前記観察光学系の最先端のレンズ面との距離の平均値である。
このようにすることで、複数の照明光学系から射出された照明光の足し合わせとして形成される配光を拡大観察時においても良好にすることができる。
また、上記態様においては、以下の条件式を満足することが好ましい。
0.02<D_Back(max)/2×tan(w(t))<1.0 (4)
−0.03>D_Back(max)/FL_L01>−1.0 (5)
ここで、w(t)は前記観察光学系の拡大観察状態における画角、FL_L01は前記観察光学系の最先端のレンズの焦点距離である。
式(4)は、観察光学系の最先端のレンズ面から被写体までの距離が2mmである場合の、観察光学系の視野範囲と、観察光学系に対する照明光学系の奥まりとの比率を示している。式(4)の下限を下回る場合には奥まりの最大値が小さすぎて配光を改善できず、上限を超える場合には視野範囲が小さいために観察光学系に対して照明光学系を奥まって配置する必要がなくなる。
また、式(5)は、観察光学系の最先端のレンズの焦点距離と観察光学系に対する照明光学系の奥まりとの比率を示している。式(5)の下限を下回る場合には奥まり量が小さすぎるため配光を改善できず、上限を超える場合には観察光学系の最先端のレンズの負の焦点距離が小さ過ぎるため、画角が広くなり過ぎて配光が悪化することになる。
また、上記態様においては、以下の条件式を満足することが好ましい。
0.01<D_Back(ave)/2×tan(w(t))<5.0 (6)
−0.03>D_Back(ave)/FL_L01>−1.0 (7)
このようにすることで、複数の照明光学系から射出された照明光の足し合わせとして形成される配光を拡大観察時においても良好にすることができる。
また、上記態様においては、前記観察光学系の最先端のレンズ面と全ての前記照明光学系の最先端のレンズ面が略平行であってもよい。
このようにすることで、通常観察状態から拡大観察状態にわたり、画角の中心から周辺にかけて均一な配光を得ることができる。
本発明によれば、近接拡大観察時の半画角が40°以上の広角観察時においても配光ムラを軽減して処置を容易にすることができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る内視鏡を示す先端部の縦断面図である。 図1の内視鏡の正面図である。
本発明の一実施形態に係る内視鏡1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡1は、図1および図2に示されるように、挿入部2の先端部に観察光学系3と複数の照明光学系4とを備えている。図中、符号5は鉗子チャネルである。
観察光学系3は、光軸方向に配列された複数のレンズを備えており、その内の一部のレンズが光軸方向に移動可能に設けられることによって倍率を変更し、拡大観察と通常観察とを切替可能に構成されている。
さらに具体的には、観察光学系3は、被写体(物体)側から順に、正の第1レンズ群3a、明るさ絞り3b、第2レンズ群3c、正の第3レンズ群3dから構成され、第2レンズ群3cを光軸方向に移動することによって拡大観察状態と通常観察状態とを切り替えるようになっている。
照明光学系4は、図2に示す例では、観察光学系3の周囲に周方向に間隔をあけて3カ所に設けられており、光源からの光を導光する光ファイババンドル4aと、該光ファイババンドル4aの射出端に配置された3つのレンズ4b〜4dとを備えている。
観察光学系3と複数の照明光学系4とは、相互に略平行な光軸を有し、最先端のレンズ面(第1レンズ面)3e,4eどうしは略平行に配置されている。
3つの照明光学系3の最先端のレンズ面(第1レンズ面)4eは、観察光学系3の最先端のレンズ面(第1レンズ面)3eに対して光軸方向に一段低い位置に配置されている。ここでは、2つの第1レンズ面3e,4e間の段差を奥まり量D_Backと言うことにする。
また、本実施形態においては、以下の条件式(1)〜(7)を満足している。
0.03<D_Back(max)/ft<2 (1)
1.05<ft/fw<5 (2)
0.01<D_Back(ave)/ft<1.0 (3)
0.02<D_Back(max)/2×tan(w(t))<1.0 (4)
−0.03>D_Back(max)/FL_L01>−1.0 (5)
0.01<D_Back(ave)/2×tan(w(t))<5.0 (6)
−0.03>D_Back(ave)/FL_L01>−1.0 (7)
ここで、D_Back(max)は奥まり量の最大値、D_Back(ave)は全ての照明光学系4の第1レンズ面4eと観察光学系3の第1レンズ面3eとの距離の平均値、ftは拡大観察状態における観察光学系3の焦点距離、fwは通常観察状態における観察光学系3の焦点距離、w(t)は拡大観察状態における観察光学系3の画角、FL_L01は観察光学系3の最先端のレンズの焦点距離である。
一般的な拡大内視鏡においては、良好な観察を行うことができる観察光学系3の最先端のレンズ面3eと被写体との距離は2〜3mm程度と設定される。本実施形態に係る内視鏡1によれば、観察光学系3の第1レンズ面3eに対して照明光学系4の第1レンズ面4eが被写体から離れた位置に奥まって配置されているため、観察光学系3と照明光学系4とが同じ高さで配置されている場合と比較して配光ムラの発生を抑えることができる。
式(1)の下限を下回ると、観察光学系3に対して照明光学系4の奥まり量が足りずに配光ムラが発生し、上限を超えると奥まり過ぎるために照明光学系4から射出される照明光が観察光学系3等によって蹴られることがあり良好な配光を得ることができなくなる。
また、式(2)の下限を下回ると拡大観察が困難になり、上限を超えると変倍比が大きくなりすぎて、観察光学系3が径方向に肥大化してしまい、内視鏡1の挿入部2の先端を細径に構成することが困難になって挿入性が低下することになる。
式(4)は、観察光学系3の最先端のレンズ面3eから被写体までの距離が2mmである場合の、観察光学系3の視野範囲と、観察光学系3に対する照明光学系4の奥まり量との比率を示している。式(4)の下限を下回る場合には奥まりの最大値が小さすぎて配光を改善できず、上限を超える場合には視野範囲が小さいために観察光学系3に対して照明光学系4を奥まって配置する必要がなくなる。
また、式(5)は、観察光学系4の最先端のレンズの焦点距離と観察光学系3に対する照明光学系4の奥まり量との比率を示している。式(5)の下限を下回る場合には奥まり量が小さすぎるため配光を改善できず、上限を超える場合には観察光学系3の最先端のレンズの負の焦点距離が小さ過ぎるため、画角が広くなり過ぎて配光が悪化することになる。
また、内視鏡1は一般には複数の照明光学系4を搭載しており、複数の照明光学系4から射出される照明光の足し合わせが内視鏡1の配光となるので、配光には、観察光学系3に対する照明光学系4の奥まり量の最大値のみならず平均値も重要な要因となる。式(3)、(6)、(7)は、式(1)、(4)、(5)の深まり量の最大値を、平均値に置き換えた場合の条件式である。
本実施形態によれば、式(1)、(2)の条件を満たしているので、内視鏡1の挿入部2の太径化を防止しつつ、近接拡大観察時の配光ムラを軽減することができるという利点がある。また、式(4)、(5)の条件を満たしているので、拡大観察時に画角が大きくなっても配光ムラの発生を抑制することができるという利点がある。さらに、式(3)、(6)、(7)の条件を満たしているので、複数の照明光学系4から射出された照明光の足し合わせとして形成される配光を拡大観察時においても良好にすることができるという利点がある。
なお、本実施形態においては式(1)〜(7)の条件を満足することとしたが、以下の式(1)’〜(7)’の条件を満足することが好ましい。
0.04<D_Back(max)/ft<1 (1)’
1.07<ft/fw<3 (2)’
0.02<D_Back(ave)/ft<0.5 (3)’
0.03<D_Back(max)/2×tan(w(t))<0.5 (4)’
−0.04>D_Back(max)/FL_L01>−0.5 (5)’
0.015<D_Back(ave)/2×tan(w(t))<3.0 (6)’
−0.04>D_Back(ave)/FL_L01>−0.5 (7)’
また、以下の式(1)”〜(7)”の条件を満足することがさらに好ましい。
0.05<D_Back(max)/ft<0.25 (1)”
1.10<ft/fw<1.5 (2)”
0.03<D_Back(ave)/ft<0.3 (3)”
0.04<D_Back(max)/2×tan(w(t))<0.2 (4)”
−0.05>D_Back(max)/FL_L01>−0.3 (5)”
0.02<D_Back(ave)/2×tan(w(t))<1.0 (6)”
−0.05>D_Back(ave)/FL_L01>−0.3 (7)”
次に、本実施形態に係る内視鏡1の実施例について説明する。
第1の実施例は、3つの照明光学系4の奥まり量が0.2mm,0.3mm,0.4mmの場合である。
また、第2の実施例は、3つの照明光学系4の奥まり量が0.3mm,0.3mm,0.3mmの場合である。
これらの場合の各定数の値と式(1)〜(7)の値を表1に示す。
Figure 0005953444
これらの実施例によれば、式(1)〜(7)の条件が満たされていることがわかる。
1 内視鏡
3 観察光学系
3c レンズ
3e,4e 第1レンズ面(最先端のレンズ面)
4 照明光学系

Claims (4)

  1. 一部のレンズを光軸方向に移動させて拡大観察状態と通常観察状態とを切替可能な観察光学系と、
    被写体に照明光を照射する複数の照明光学系とを備え、
    該照明光学系の少なくとも1つの最先端のレンズ面が、前記観察光学系の最先端のレンズ面よりも基端側に配置され、以下の条件式を満足する内視鏡。
    0.03<D_Back(max)/ft<2 (1)
    1.05<ft/fw<5 (2)
    ここで、
    D_Back(max)は、前記照明光学系の最先端のレンズ面と前記観察光学系の最先端のレンズ面との距離の最大値(mm)
    ftは拡大観察状態における前記観察光学系の焦点距離(mm)
    fwは通常観察状態における前記観察光学系の焦点距離(mm)
    である。
  2. 以下の条件式を満足する請求項1に記載の内視鏡。
    0.01<D_Back(ave)/ft<1.0 (3)
    ここで、
    D_Back(ave)は、全ての前記照明光学系の最先端のレンズ面と前記観察光学系の最先端のレンズ面との距離の平均値(mm)である。
  3. 以下の条件式を満足する請求項1に記載の内視鏡。
    0.02<D_Back(max)/2×tan(w(t))<1.0 (4)
    −0.03>D_Back(max)/FL_L01>−1.0 (5)
    ここで、
    w(t)は拡大観察状態における前記観察光学系の画角、
    FL_L01は前記観察光学系の最先端のレンズの焦点距離(mm)である。
  4. 以下の条件式を満足する請求項3に記載の内視鏡。
    0.01<D_Back(ave)/2×tan(w(t))<5.0 (6)
    −0.03>D_Back(ave)/FL_L01>−1.0 (7)
    ここで、
    D_Back(ave)は、全ての前記照明光学系の最先端のレンズ面と前記観察光学系の最先端のレンズ面との距離の平均値(mm)である。
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