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WO2015156337A1 - 内視鏡 - Google Patents

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WO2015156337A1
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optical system
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正弘 片倉
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オリンパス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an endoscope.
  • endoscopes are known in which a variable range of the best focus position is set within a range where illumination lights emitted from a plurality of illumination windows overlap for the purpose of suppressing uneven illumination during close-up magnification observation of an endoscope.
  • a variable range of the best focus position is set within a range where illumination lights emitted from a plurality of illumination windows overlap for the purpose of suppressing uneven illumination during close-up magnification observation of an endoscope.
  • the half field angle at the time of close-up is set to 40 ° or more in order to secure the depth of field at the time of close-up
  • light distribution unevenness is likely to occur because a wide range of subjects are photographed.
  • the distance between the tip of the illumination optical system and the subject is very close to about 2 mm during close-up observation, and thus uneven light distribution is likely to occur.
  • the observation and the treatment are remarkably deteriorated, which not only causes the operator's stress but also increases the treatment time.
  • the present invention has been made in view of the circumstances described above, and can reduce unevenness in light distribution and facilitate treatment even in wide-angle observation with a half field angle of 40 ° or more during close-up magnification observation.
  • the purpose is to provide an endoscope.
  • One aspect of the present invention includes an observation optical system that can switch between magnified observation and normal observation by moving some lenses in the optical axis direction, and a plurality of illumination optical systems that irradiate a subject with illumination light.
  • an observation optical system that can switch between magnified observation and normal observation by moving some lenses in the optical axis direction
  • a plurality of illumination optical systems that irradiate a subject with illumination light.
  • at least one state-of-the-art lens surface of the illumination optical system is disposed closer to the base end side than the state-of-the-art lens surface of the observation optical system, and satisfies the following conditional expression.
  • D_Back (max) is the maximum value of the distance between the most advanced lens surface of the illumination optical system and the most advanced lens surface of the observation optical system
  • ft is the focal length of the observation optical system in the close-up state
  • Fw is a focal length in the normal observation state of the observation optical system.
  • the distance between the most advanced lens surface of an observation optical system capable of performing good observation and the subject is set to about 2 to 3 mm.
  • the state-of-the-art lens surface of the illumination optical system is disposed at a position deeper than the state-of-the-art lens surface of the observation optical system, the observation optical system and the illumination optical system have the same height. It is possible to suppress the occurrence of uneven light distribution compared to the conventional case where it is arranged.
  • Expression (1) represents that the illumination optical system is disposed behind the observation optical system from the subject side to the image sensor side, and if it is within the range of Expression (1), it is good even during magnified observation. Light distribution can be obtained. If the lower limit of Expression (1) is not reached, the illumination optical system is not sufficiently deep with respect to the observation optical system, and uneven light distribution occurs. If the upper limit is exceeded, the illumination is emitted from the illumination optical system because it is too deep. Light may be kicked by an observation optical system or the like, and a good light distribution cannot be obtained.
  • Expression (2) represents the magnification ratio of the magnifying endoscope. If the lower limit of Expression (2) is not reached, enlargement observation becomes difficult, and if the upper limit is exceeded, the magnification ratio becomes too large and observation is performed. The optical system is enlarged in the radial direction, making it difficult to configure the distal end portion of the endoscope to have a small diameter, and the insertability is reduced.
  • D_Back (ave) is an average value of the distances between the most advanced lens surfaces of all the illumination optical systems and the most advanced lens surfaces of the observation optical systems.
  • the most advanced lens surface of the said observation optical system and the most advanced lens surface of all the said illumination optical systems may be substantially parallel.
  • D_Back (max) is the maximum depth value
  • D_Back (ave) is the average value of the distances between the first lens surfaces 4e of all the illumination optical systems 4 and the first lens surfaces 3e of the observation optical systems 3
  • ft is the focal length in the close-up magnification state
  • fw is the focal length in the normal observation state
  • w (t) is the angle of view in the close-up magnification state
  • FL_L01 is the focal length of the most advanced lens of the observation optical system 3.
  • Table 1 shows the values of the constants and the expressions (1) to (7) in these cases. According to these examples, it can be seen that the conditions of the equations (1) to (7) are satisfied.

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Abstract

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。 一部のレンズ（３ｃ）を光軸方向に移動させて拡大観察と通常観察とを切替可能な観察光学系（３）と、被写体に照明光を照射する複数の照明光学系（４）とを備え、該照明光学系（４）の少なくとも１つの最先端のレンズ面（４ｅ）が、観察光学系（３）の最先端のレンズ面（３ｅ）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１を提供する。　０．０３＜Ｄ＿Ｂａｃｋ(max)／ｆｔ＜２　（１）　１．０５＜ｆｔ／ｆｗ＜５　（２）　ここで、Ｄ＿Ｂａｃｋ(max)は、照明光学系（４）の最先端のレンズ面（４ｅ）と観察光学系（３）の最先端のレンズ面（３ｅ）との距離の最大値、ｆｔは近接拡大状態における焦点距離、ｆｗは通常観察状態における焦点距離である。

Description

内視鏡
　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と通常観察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近接拡大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近接拡大状態における画角、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は近接拡大状態における焦点距離、ｆｗは通常観察状態における焦点距離、ｗ（ｔ）は近接拡大状態における画角、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 JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　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 (5)

  1. 　一部のレンズを光軸方向に移動させて拡大観察と通常観察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、
    　ｆｔは近接拡大状態における焦点距離、
    　ｆｗは通常観察状態における焦点距離
    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である。
  3. 　以下の条件式を満足する請求項１または請求項２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）は近接拡大状態における画角、
    　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。
  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）
  5. 　前記観察光学系の最先端のレンズの先端面と全ての前記照明光学系の最先端のレンズの先端面が略平行である請求項１から請求項４のいずれかに記載の内視鏡。
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