JPH0511196A - 内視鏡用視野方向変換光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゴーストやフレアの原因となる有害光線を遮
光することである。 【構成】 斜視方向の被写体の観察を行う内視鏡で、視
野方向変換プリズム８の屈折面８ａの被写体側に絞り９
を配設した。視野方向変換プリズム８に関して、反射面
８ｂからの射出面８ｃの高さを１とし、絞り開口９ａの
上縁Ａより上側及び下縁Ｂより下側の遮光部９ｂが存在
する領域をｌ_A 及びｌ_B とすると、絞り９の遮光部９ｂ
の領域は、次の式で設定できる。但し、θ′は視野方向
変換プリズム８の屈折面８ａで屈折する有害光線と屈折
面８ａの法線との成す角度である。 −０．０４８θ′＋１．８≦ｌ_A （１） ｌ_B ≦０．２５ （２）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファイバースコープ、
硬性鏡或いはビデオスコープ等の内視鏡に適用され、斜
視方向に位置する被写体を観察，撮像等するための内視
鏡用視野方向変換光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】外部から観察できない細長い穴の奥や、
入口の狭い空洞の内部例えば体内や航空機のエンジン内
部等を、開腹手術したり分解したりすることなく良好な
像として観察等できる手段として、内視鏡が用いられて
いることはよく知られている。特に、観察部位が内視鏡
の長手方向に対して斜め方向即ち斜視方向に位置する場
合には、上述の如き内視鏡用視野方向変換光学系が内視
鏡の先端に取り付けられ、斜め方向から入射する視野光
束を長手方向即ち直視方向に変換するようになってい
る。

【０００３】従来の内視鏡用視野方向変換光学系とし
て、例えば特公昭５８−５６８４８号公報に記載された
ものがある。この内視鏡用視野方向変換光学系は、図１
５に示すように、内視鏡先端部枠１内に配置されてお
り、被写体側から凹レンズ２、補正プリズム３、視野方
向変換プリズム４、対物レンズ系５が順次配設されて構
成される。補正プリズム３は斜視方向からの入射光線の
入射光軸Ｏに対してほぼ垂直に位置する入射面３ａと、
入射光軸Ｏが屈折して射出するように配置された射出面
３ｂとを有する。又、視野方向変換プリズム４は補正プ
リズム３の射出面３ｂに近接して配置され且つ射出面３
ｂから射出した光軸Ｏを屈折させる屈折面４ａと、屈折
した光軸Ｏを反射させる反射面４ｂと、更にこの反射光
が屈折面４ａで反射されて直視方向に通過する、直視方
向に対してほぼ直交する射出面４ｃとを有している。そ
して、視野方向変換プリズム４を射出した光軸Ｏは、後
群の対物レンズ系５に導かれるようになっている。

【０００４】このような視野方向変換光学系は、外径の
小型化を可能にして入射光の屈折作用を持たせることが
できる反面、非点収差を生じるが、この非点収差は補正
プリズム３を用いることにより、視野方向からの入射光
軸Ｏを補正プリズム３の入射面に対して垂直に入射させ
るようにして、取り除くことができるようになってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
視野方向変換光学系においては、被写体の像を形成する
ための正規光線（即ち視野方向から凹レンズ２の有効径
内へ入射する光線即ち有効光束）以外の光線、例えば図
１５で示す視野外光線のうちａ，ｂのような結像面に達
するいわゆる有害光線も入射することになる。

【０００６】例えば、有害光線ａは、凹レンズ２を通過
した後、補正プリズム３、視野方向変換プリズム４で被
写体側に反射されることなく通過して、直接対物レンズ
系５に入射する。この場合、対物レンズ系５に入射した
光線ａは斜視方向からの視野内光線即ち正規光線と重な
るため、ゴースト或いはフレアとなる可能性が大きい。

【０００７】これと同様に、視野外光線ｂのような角度
で凹レンズ２へ入射する光線は、補正プリズム３を通過
した後、視野方向変換プリズム４内に入射し２回反射し
て対物レンズ系５へ入射する。そのため、この視野外光
線ｂも光線ａと同様に被写体の結像面に達し、観察時に
ゴーストやフレアとして確認される可能性がある。これ
ら有害光線は良好な被写体像を観察しようとする場合の
大きな障害となり、好ましくない。

【０００８】本発明は、このような問題点に鑑み、ゴー
ストやフレアの原因となり得る有害光線を排除して、よ
り良好な被写体像を得られるようにした内視鏡用視野方
向変換光学系を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明による内
視鏡用視野方向変換光学系の原理を図１乃至図４に基づ
いて説明する。図１は内視鏡の先端部分に配置される視
野方向変換光学系を示すものであり、図中、７は斜視方
向からの入射光軸Ｏに対してほぼ垂直に配置されたカバ
ーガラス、８はカバーガラス７の後方に配置されていて
斜視方向から入射する光束を直視方向へ変更させる視野
方向変換プリズムであり、カバーガラス７に近接してい
て入射光束を屈折させる屈折面８ａと、その屈折した光
を反射させる直視方向と平行に形成された反射面８ｂ
と、反射光を屈折面８ａで反射させた後射出させる直視
方向に垂直な射出面８ｃとから構成されている。９はカ
バーガラス７と視野方向変換プリズム８との間に蒸着，
近接或いは接合等により配設された有害光線を遮光する
ための絞りであり、例えば円形の視野内光線透過用絞り
開口９ａとこの開口を囲むリング状の有害光線遮蔽用遮
光部９ｂとから成っている（図２参照）。

【００１０】更に、この絞り９について説明する。図１
は上述の視野方向変換光学系に関して、光軸Ｏを含み且
つ視野方向変換プリズム８の反射面８ｂに垂直な断面で
ある子午断面の図である。この子午断面内において、視
野方向変換プリズム８の反射面８ｂを０とし、射出面８
ｃを考慮して反射面８ｂに垂直な座標軸をとって、射出
面８ｃの高さを１（長さの単位）とする。そして、反射
面８ｂから開口９ａと遮光部９ｂとの境界をなす上縁Ａ
より上側及び下縁Ｂより下側の遮光部が存在する領域の
座標を、夫々ｌ_A 及びｌ_B とする。このような座標上で
絞り９の存在領域を考える。

【００１１】図３は視野方向変換プリズム８と、これを
通過する光軸Ｏを有する正規光線によって被写体像が結
像される像面１０とを示すものである。この図で有害光
線について考えると、視野外光線ｃ，ｄのうち、光線ｃ
は視野方向変換プリズム８の入射面８ａから入射する
が、像面１０へは到達しないので必ずしも有害とは限ら
ない。しかし、光線ｄは視野方向変換プリズム８を通過
して像面１０へ達するため、有害光線になり得る。有害
光となるか否かは、視野方向変換プリズム８への入射位
置と入射角度（屈折角）とで決定されるので、この関係
を図面上や実験等で追求していくと入射角度と入射位置
との間に或る所定の関係を見いだすことができる。これ
によって、以下に示すような条件式を得ることができ
た。

【００１２】即ち、内視鏡の長手方向に対して視野方向
の角度が２０°〜８０°の範囲である場合、絞り開口９
ａは遮光部９ｂの存在領域について、夫々下記条件式
（１），（２）を満たすように構成される。 −０．０４８・θ′＋１．８≦ｌ_A （１） ｌ_B ≦０．２５ （２） ここで、θ′は視野方向変換プリズム８内の有害光線と
法線Ｈとのなす角度であり、下記の式（３）により定義
される（図４参照）。 θ′＝ｓｉｎ^-1｛（ｎ／ｎ′）ｓｉｎθ｝ （３） 但し、ｎ：視野方向変換プリズム８の屈折面８ａより被
写体側の媒質の屈折率 ｎ′：視野方向変換プリズム８の屈折率 θ：有害光線と視野方向変換プリズム８の屈折面８ａの
法線Ｈとの成す角度

【００１３】尚、式（１）は、図１に示されたように、
絞り９の遮光部９ｂの上縁Ａが子午断面の座標上の−
０．０４８・θ′＋１．８の位置にあって、この位置よ
り上側は遮光部９ｂで遮蔽されていることを示してい
る。同様に式（２）は、遮光部９ｂの下縁Ｂが座標上の
０．２５の位置にあって、この位置より下側が遮光部９
ｂで遮蔽されていることを示している。又、式（３）に
おいて、角度θは、３６．６°≦θ≦８９．８°の領域
内にあるものとする。

【００１４】そして、開口９ａの上縁Ａが、図１で例え
ば位置Ａ′のように、−０．０４８・θ′＋１．８で与
えられる位置より上方にあった場合、開口９ａが大きく
なり（換言すれば絞り９の遮光部９ｂの幅が小さくな
り）有害光線を除去する効果が不十分となり、望ましく
ない。又、長さｌ_B が図１における下側の遮光部９ｂの
垂直方向の幅を示すものとした場合、遮光部９ｂの下縁
Ｂの反対側縁部について少なくとも以下の条件式（４）
を満たせば、この部分の領域の有害光線を遮光できる。 −０．０２４θ′＋０．６≦ｌ_B （４） 更に、この式と（２）式とから、 −０．０２４θ′＋０．６≦ｌ_B ≦０．２５ （５） という条件式が成立することになる。しかし、遮光部９
ｂの開口９ａと反対側縁部（外径側）では、遮光部９ｂ
はいくら大きくなっても支障はないので、上記（４）式
を遵守する必要はない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の第一実施例を図５に基づいて
詳細に説明するが、上述の原理図で示された部材と同様
な部材には同一の符号を用いてその説明を省略する。図
５は内視鏡の先端部分に配置される視野方向変換光学系
を示すものであり、図中、１２は斜視方向からの入射光
軸Ｏ（視野方向は６０°とする）に対してほぼ垂直に配
置された平行平板状のカバーガラスであり、このカバー
ガラス１２の後方に視野方向変換プリズム８が配設され
ており、カバーガラス１２と視野方向変換プリズム８と
の間に位置する有害光線を遮光するための絞り９は、カ
バーガラス１２に接合蒸着されている。１３は視野方向
変換プリズム８の後方に配置された凸レンズである。

【００１６】本実施例は上述のように構成されているか
ら、図５に示すように、図示しない被写体から射出され
て視野方向を直進する視野内光線（有効光束）は、カバ
ーガラス１２を介して絞り９の絞り開口９ａを通過し、
視野方向変換プリズム８の屈折面８ａで屈折した後、反
射面８ｂそして屈折面８ａで反射して、直視方向に光路
を変換されて射出面８ｃから射出し、凸レンズ９を介し
て対物レンズ系へ導かれて結像する。

【００１７】これに対して、有害光線はカバーガラス１
２で屈折した後絞り９の遮光部９ｂで遮光されるため、
視野方向変換プリズム８への入射は阻止される。

【００１８】これに関して、例えば図５に示す視野外光
線ｅ（θ＝５７．２°）、ｆ（θ＝６７．１°）、ｇ
（θ＝７１．８°）、ｈ（θ＝７１．８°）が、視野方
向変換光学系のカバーガラス１２へ入射した場合につい
て説明する。まず、視野外光線ｅ，ｆ，ｇは、絞り９の
遮光部９ｂの上部で遮蔽されて入射を阻止されるが、こ
こで開口９ａの上縁Ａが、（１）式において例えば−
０．０４８０θ′＋１．８より大きい位置にあった場
合、開口９ａの径が大きすぎるために視野外光線ｅ，
ｆ，ｇは開口９ａを通過し得て視野方向変換プリズム８
へ入射することがある。そのため、視野内光束と重なっ
て、結像面でゴースト，フレアの原因となり得るもので
ある。

【００１９】一方、視野外光線ｈは、絞り９の遮光部９
ｂの下部で遮蔽されて入射を阻止されるが、開口９ａの
下縁Ｂが（２）式において例えば０．２５より大きい場
合には、開口９ａの径が小さすぎて視野方向の視野内光
線をも遮光することになり、得られる像は周辺光量が足
りず、鮮明さに欠ける欠点が生じる。

【００２０】尚、子午断面における絞り９の遮光部９ｂ
の存在する領域ｌ_A及びｌ_B は、上述の条件式（１）お
よび（２）に基づいて、夫々ｌ_A ≧０．３４６、−０．
１２７≦ｌ_B ≦０．２５（このとき、ｎ＝１，ｎ′＝
１．８８３，θ＝７１．８°，θ′＝３０．３°）とな
っている。

【００２１】上述のように、本実施例によれば、被写体
像の結像に有用な視野内光線のみを通過させて、有害光
線を遮光することができるので、被写体観察時等にゴー
ストやフレアの発生を防止して良好な画像を得ることが
できる。

【００２２】次に、本発明の第二実施例を図６に基づい
て説明する。図中、視野方向は５０°の斜視になってい
る。又、絞り９は、第一実施例とは異なって視野方向変
換プリズム８の屈折面８ａに蒸着されており、更に絞り
９の遮光部９ｂの裏面部分の屈折面８ａには、アルミニ
ウムの薄膜から成る全反射コート１４が施され、反射率
を向上させている。

【００２３】又、条件式（１）及び（２）により、絞り
９の遮光部９ｂの存在する領域ｌ_A 及びｌ_B は、夫々ｌ
_A ≧０．２８８、−０．１５６≦ｌ_B ≦０．２５（この
とき、ｎ＝１，ｎ′＝１．８８３，θ＝８０°，θ′＝
３１．５°）となっている。

【００２４】次に、本発明の第三実施例を図７に基づい
て説明する。図中、斜視方向は７０°になっている。こ
れに合わせてカバーガラス１５の第一屈折面１５ａは、
非点収差を抑えるために入射光軸Ｏとほぼ直交するよう
に形成され、その結果第二屈折面１５ｂとはある角度を
形成している。又、視野方向変換プリズム８の反射面８
ｂは、入射面８ａ側の一部分を被写体方向へ傾斜させて
傾斜部８ｂ─１を形成している。これによって、斜視方
向を７０°にまで大きくさせることが可能になる。但
し、カバーガラス１５は視野方向変換プリズム８との間
隔が十分に小さいか、或いは互いに接合するように構成
されている。

【００２５】ここで、条件式（１）および（２）に基づ
く絞り９の遮光部９ｂの存在する領域ｌ_A 及びｌ_B は、
夫々ｌ_A ≧０．７１、０．０５６≦ｌ_B ≦０．２５（こ
のとき、ｎ＝１，ｎ′＝１．８８３，θ＝８３．５°，
θ′＝２２．６６°）とした。

【００２６】又、本発明の第四実施例を図８に基づいて
説明する。本実施例では、第一実施例におけるカバーガ
ラス１２に代えて凹レンズ１６が配設されており、これ
により観察範囲をより広角にすることができる。そし
て、条件式（１）及び（２）に基づく絞り９の遮光部９
ｂの存在する領域ｌ_A 及びｌ_B は、夫々ｌ_A ≧０．４０
１、−０．１２７≦ｌ_B ≦０．２５（このとき、ｎ＝
１，ｎ′＝１．８８３，θ＝７１．８°，θ′＝３０．
３°であり、第一実施例とは凹レンズ１６による有効径
のみが異なる）としている。

【００２７】尚、上述の第三及び第四実施例では、絞り
９はカバーガラス１５，１６に蒸着されている。又、絞
り９は、金属の薄板による機械的な絞りや、或いは黒マ
ジック塗り等低廉な部材によって構成するようにしても
差し支えない。又、内視鏡用視野方向変換光学系を構成
する物質の各材質はガラスに限定されることなく、プラ
スチック等でもよく、成形によって製作するものであっ
てもよい。

【００２８】ところで、上述した各実施例は、夫々光学
系の外径φが１mm程度であり、極めて小さい。そのた
め、レンズ等の加工及び組み立ては非常に困難なものと
なり、光学系の偏心等の障害を来しやすく、好ましくな
い。そこで、各実施例による内視鏡用視野方向変換光学
系の加工方法を、図９により説明する。

【００２９】図９に示す視野方向変換光学系は、斜視方
向が６０°となっていて第一実施例と同様な構成を備え
ている。しかも、小さい外径による加工及び組み立て上
の支障を避けるために必要な外径寸法より大きくして、
加工及び組み立ての比較的容易な外径寸法のカバーガラ
ス１２，絞り９，視野方向変換プリズム８及び凸レンズ
１３を夫々加工した後、図に示すように組み立てて接合
或いは固定しておく。そして、所要の外径寸法間隔であ
る破線１８ａ及び１８ｂに沿って削りだすようにする。

【００３０】上述のような加工方法を採用することによ
り、加工が容易になり、各光学系の偏心を抑えることが
できる。

【００３１】図１０，１１及び１２は第一実施例の光学
系を夫々硬性鏡，不均質媒質レンズを用いた硬性鏡及び
ファイバースコープに用いた構成を示しており、これら
を第五，第六及び第七実施例として、以下に説明する。
まず、図１０に示す第五実施例としての硬性鏡の構成を
説明すると、第一実施例の視野方向変換光学系の後方
に、対物レンズ系２０、像伝送光学系２１，接眼レンズ
系２２及びカバーガラス２３が順次配設されているもの
である。又、図１１に示す第六実施例は、視野方向変換
光学系の後方に、対物レンズ系２０、不均質媒質レンズ
２４、カバーガラス２５、像伝送光学系２１、接眼レン
ズ系２２及びカバーガラス２３が順次配設されている。
そして、図１２に示す第七実施例は、視野方向変換光学
系の後方に、対物レンズ系２０、カバーガラス２３、更
に像を伝送する手段としてファイバー繊維を束ねたもの
から成るイメージガイド２６が接続されており、その後
方に図示しない接眼レンズ系及びカバーガラスが順次配
設されている。

【００３２】又、図１３及び図１４は、従来の内視鏡用
視野方向変換光学系に本実施例による絞り９を配設した
ものであり、これらを第八及び第九実施例として説明す
る。図１３においては、凹レンズから成るカバーガラス
２と補正レンズ３との間に絞り９が配設されている。そ
して、その後方に屈折面４ａと反射面４ｂと射出面４ｃ
とを有する視野方向変換プリズム４と、凸レンズ５とが
配設されており、絞り９を通過した視野内光線は補正レ
ンズ３を介して視野方向変換プリズム４へ入射すること
になる。このような構成によっても、上述の各実施例と
同様な作用効果を得られる。図１３も同様に、凹レンズ
のカバーガラス２と補正レンズ３との間に絞り９が配設
されている。

【００３３】

【発明の効果】上述のように本発明に係る内視鏡用視野
方向変換光学系は、視野方向変換プリズムの被写体側に
絞りを配設したから、ゴーストやフレア等の原因となる
有害光線を遮光して、より良好な画像を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内視鏡用視野方向変換光学系の子
午断面からみた基本構成を示す原理図である。

【図２】図１の光学系について絞りの絞り開口を示す要
部正面図である。

【図３】視野方向変換プリズムと結像面に対する有害光
線と視野外光線を説明するための図である。

【図４】視野方向変換プリズムへ入射する有害光線の角
度を説明するための図である。

【図５】本発明による内視鏡用視野方向変換光学系の第
一実施例を示す子午断面図である。

【図６】本発明による内視鏡用視野方向変換光学系の第
二実施例を示す子午断面図である。

【図７】本発明による内視鏡用視野方向変換光学系の第
三実施例を示す子午断面図である。

【図８】本発明による内視鏡用視野方向変換光学系の第
四実施例を示す子午断面図である。

【図９】本発明の各実施例による視野方向変換光学系の
加工方法を説明するための図である。

【図１０】第一実施例を硬性鏡に採用した第五実施例を
示す図である。

【図１１】第一実施例を不均質媒質レンズを用いた硬性
鏡に採用した第六実施例を示す図である。

【図１２】第一実施例をファイバースコープに採用した
第七実施例を示す図である。

【図１３】本発明の第八実施例の構成を示す図である。

【図１４】本発明の第九実施例の構成を示す図である。

【図１５】従来の内視鏡用視野方向変換光学系の構成を
示す図である。

【符号の説明】

４，８ 視野方向変換プリズム ４ａ，８ａ 屈折面 ４ｂ，８ｂ 反射面 ４ｃ，８ｃ 射出面 ９ 絞り ９ａ 絞り開口 ９ｂ 遮光部 Ａ 絞り開口と遮光部との上縁 Ｂ 絞り開口と遮光部との下縁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】斜視方向の被写体の観察を行い得る内視鏡
   において、斜視方向からの入射光が屈折する屈折面と該
   屈折光を反射する反射面と該反射光が前記屈折面で反射
   して射出する射出面とを有する視野方向変換プリズム
   と、該視野方向変換プリズムの屈折面より被写体側に配
   置されていて結像面に達し得る視野外光線を遮断する絞
   りと、を備えたことを特徴とする内視鏡用視野方向変換
   光学系。