JP5086531B2 - 照明光学系 - Google Patents
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Description
0.70 ≦ X ≦ 0.95
0.30 ≦ V ≦ 0.70
ただし、X=L/L0、V=ξ/ξ0である。
また、本発明による照明光学系は、光源装置からの光を物体へ照射する照明光学系であって、該照明光学系を構成する光学部材のうち、最も物体側の面を除く少なくとも1面以上を砂目状の面で構成した照明光学系において、前記砂目状の面は、前記砂目状の面が形成された後の砂目状態の調整工程において、スポンジシートの表面に研磨材を混入したシートを貼り付けた研磨シートを用いて研磨されるとともに、研磨の都度、積分光量計を用いた球形光束計法に基づいた測定方法および装置と、配光ムラ画像を取得しフーリエ変換を用いた測定方法および装置、MTFを用いた測定方法および装置、並びに配光ムラ画像を取得しテクスチャ解析のコントラスト量を用いた測定方法および装置のいずれかとを用いて光学性能の評価が行なわれ、積分光量計を用いた球形光束計法に基づいた測定方法および装置で評価される、前記照明光学系が物体へ射出する総光量をL、前記照明光学系におけるすべての砂目状の面を鏡面に置き換えた基準光学系が射出する総光量をL 0 とし、配光ムラ画像を取得しフーリエ変換を用いた測定方法および装置、MTFを用いた測定方法および装置、並びに配光ムラ画像を取得しテクスチャ解析のコントラスト量を用いた測定方法および装置のいずれかで評価される、前記照明光学系が物体へ投影する配光ムラの評価値をξ、前記照明光学系におけるすべての砂目状の面を鏡面に置き換えた基準光学系が投影する配光ムラの評価値をξ 0 としたとき、次の条件式を満足するまで、前記砂目状の面の研磨に用いる研磨シートの砥粒の粗さが調整されながら、前記砂目状の面の研磨及び前記光学性能の評価が繰り返されることによって砂目状態が調整されていることを特徴としている。
0.85 ≦ X < 1.00
0.60 ≦ V ≦ 0.95
ただし、X=L/L 0 、V=ξ/ξ 0 である。
−2 < √Sx × Φ1 < 2
ただし、Sxは前記照明光学系を構成する正のパワーのレンズの光軸に垂直な断面の面積の最大値、Φ1は正のパワーのレンズのパワーである。
−2 < √Sx × Φ1 < 2
√Sx / dr < 1
ただし、Sxは前記照明光学系を構成する光学部材の光軸に垂直な断面の面積の最大値、Φ1は照明光学系のパワー、drは前記単ファイバの光軸方向の長さである。
−2 < √Sx × Φ1 < 2
ただし、Sxは前記照明光学系を構成する光学部材の光軸に垂直な断面の面積の最大値、Φ1は照明光学系のパワーである。
条件式(1)を満足すれば、従来の照明光学系において配光ムラを抑えるために用いられた砂目状の面における欠点であった光量損失を少なく抑えることができる。また、管理が難しい砂目状の面の製造誤差による射出総光量のバラツキも抑えることができる。
また、本発明の照明光学系は、光源装置からの光を物体へ照射する照明光学系であって、該照明光学系を構成する光学部材のうち、最も物体側の面を除く少なくとも1面以上を砂目状の面で構成した照明光学系において、前記照明光学系が物体へ投影する配光ムラの評価値をξ、前記照明光学系におけるすべての砂目状の面を鏡面に置き換えた基準光学系が投影する配光ムラの評価値をξ0としたとき、配光ムラ比V(=ξ/ξ0)が、次の条件式(2)を満足している。
条件式(2)を満足すれば、実際の使用において配光ムラを原因とした問題を起こさずに済む。
さらには、本発明の照明光学系においては、光量比X、及び、配光ムラ比Vが上記条件式(1),(2)を両方とも満足するのが望ましい。
本発明の照明光学系において、条件式(3)は、概念としては、照明光束の開口数(NA)のようなものであり、配光ムラ発生の尺度となるものである。
ただし、Sxは照明光学系を構成する光学部材の光軸に垂直な断面の面積の最大値、Φ1は照明光学系のパワーである。
さらに、配光ムラの評価方法・装置の別の形態として、評価対象レンズの砂目状の面による拡散具合をピンホール像のボケ具合を表すMTF値を配光ムラの評価値ξとする方法を用いることができる。このMTFを用いた配光ムラの測定方法・装置を図11を用いて示す。図11中、44は評価対象である本発明の砂目状の面を有する平凸レンズ、45は比較の基準となる砂目状の面を鏡面として構成した平凸レンズである。レンズ44,45は、パレット46に設置されている。パレット46は、水平方向に移動して測定対象の切替を行うようになっている。62は顕微鏡対物レンズである。63は直径20ミクロン程度のピンホール光源である。67は電子撮像素子を備えた結像光学系である。
0.60≦V≦0.95
ただし、X=L/L0、V=ξ/ξ0である。
(実施例1)
図3は本発明の実施例1にかかる照明光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。図3中、r1、r2…は面番号、d1、d2は面間隔を示している。
数値データ1(単位はmm)
r d Nd Vd
第1面 ∞ 1.85 1.883 40.76
第2面(砂目、非球面) -0.675 0 1
第3面(ライトガイドファイバ束端面)
非球面係数(第2面)
k=-0.625、A4=-4.4671×10-2
平凸レンズ2の最大外径:φ1.5
ライトガイドファイバ束1の径:φ1.45
ライトガイドファイバ束1の平均コア間隔:0.06
平凸レンズ2のパワーΦl:1.309
平凸レンズ2の最大断面積Sx:1.767mm2
√Sx×Φl:1.74
(実施例2)
図4は本発明の実施例2にかかる照明光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。図4中、r1、r2…は面番号、d1、d2は面間隔を示している。
数値データ2(単位はmm)
r d Nd Vd
第1面 ∞ 1.4 1.883 40.76
第2面(砂目、球面) -0.58 0 1
第3面(単ファイバ端面)∞ 2.7 1.80518 25.42
第4面 ∞ 0 1
第5面(ライトガイドファイバ束端面)
平凸レンズ2の最大外径:φ1
ライトガイドファイバ束1の径:φ0.95
ライトガイドファイバ束1の平均コア間隔:0.06
照明光学系のパワーΦl:1.522
平凸レンズ2及び単ファイバ3の最大断面積Sx:0.785mm2
単ファイバ3の光軸方向の長さdr:2.7
dr×Φl:4.11
√Sx×Φl:1.349
√Sx/dr:0.328
(実施例3)
図5は本発明の実施例3にかかる照明光学系の構成を示す説明図で、(a)は光軸に沿う断面図、(b)は(a)における左側よりみた正面図である。図5(a)中、r1、r2…は面番号、d1、d2は面間隔を示している。
数値データ3(単位はmm)
r d Nd Vd
第1面 ∞ 0.4 1.883 40.76
第2面(砂目) 0 0 1
第3面(単ファイバ端面)∞ 2 1.80518 25.42
第4面 ∞ 0 1
第5面(ライトガイドファイバ束端面)
平行平板2の最大外径:φ1.5×2.6
ライトガイドファイバ束1の径:φ1.5×2.6
ライトガイドファイバ束1の平均コア間隔:0.08
照明光学系のパワーΦl:0.0
平行平板2及び単ファイバ3の最大断面積Sx:3.594mm2
単ファイバ3の光軸方向の長さdr:2
dr×Φl:0.0
√Sx×Φl:0.0
√Sx/dr:0.948
(実施例4)
実施例4は、実施例2と構成および、製作工程はほぼ同じで、断面図は、図4と同一である。実施例2との相違点は、平凸レンズ2の凸面r2が砂目状に形成されているが、その砂目の表面粗さが実施例2よりも細かくなっている点である。加工工程中の2次加工での研磨シートを用いた砂目状の面の研磨時間を長くとることにより、このより細かな砂目状の面を得ることを達成している。
数値データ4(単位はmm)
r d Nd Vd
第1面 ∞ 1.4 1.883 40.76
第2面(砂目、球面) -0.58 0 1
第3面(単ファイバ端面)∞ 2.7 1.80518 25.42
第4面 ∞ 0 1
第5面(ライトガイドファイバ束端面)
平凸レンズ2の最大外径:φ1
ライトガイドファイバ束1の径:φ0.95
ライトガイドファイバ束1の平均コア間隔:0.06
照明光学系のパワーΦl:1.522
平凸レンズ2及び単ファイバ3の最大断面積Sx:0.785mm2
単ファイバ3の光軸方向の長さdr:2.7
dr×Φl:4.11
√Sx×Φl:1.349
√Sx/dr:0.328
これにより、より照明が明るく、配光も良好であり、配光ムラも実用状問題とならない内視鏡照明光学系を得ることができる。
以上説明したように、本発明の照明光学系は、特許請求の範囲に記載した特徴と併せて以下に示す特徴を有している。
(1)光源装置からの光を物体へ照射する照明光学系であって、該照明光学系を構成する光学部材のうち、最も物体側の面を除く少なくとも1面以上を砂目状の面で構成した照明光学系において、前記照明光学系が物体へ射出する総光量をL、前記照明光学系におけるすべての砂目状の面を鏡面に置き換えた基準光学系が射出する総光量をL0としたとき、次の条件式を満足することを特徴とする照明光学系。
ただし、X=L/L0である。
(2)光源装置からの光を物体へ照射する照明光学系であって、該照明光学系を構成する光学部材のうち、最も物体側の面を除く少なくとも1面以上を砂目状の面で構成した照明光学系において、前記照明光学系が物体へ投影する配光ムラの評価値をξ、前記照明光学系におけるすべての砂目状の面を鏡面に置き換えた基準光学系が投影する配光ムラの評価値をξ0としとき、次の条件式を満足することを特徴とする照明光学系。
ただし、V=ξ/ξ0である。
(3)光源装置からの光を物体へ照射する照明光学系であって、該照明光学系を構成する光学部材のうち、最も物体側の面を除く少なくとも1面以上を砂目状の面で構成した照明光学系において、前記照明光学系が物体へ射出する総光量をL、前記照明光学系におけるすべての砂目状の面を鏡面に置き換えた基準光学系が射出する総光量をL0、前記照明光学系が物体へ投影する配光ムラの評価値をξ、前記照明光学系におけるすべての砂目状の面を鏡面に置き換えた基準光学系が投影する配光ムラの評価値をξ0としたとき、次の条件式を満足することを特徴とする照明光学系。
0.35≦V≦0.60
ただし、X=L/L0、V=ξ/ξ0である。
(4)前記照明光学系の総光量L、および前記基準光学系の総光量L0が、次の積分光量計を用いた球形光束計法に基づいた測定方法および装置で評価されることを特徴とする請求項1、3、上記(1)、(3)のいずれかに記載の照明光学系。
(5)前記照明光学系の配光ムラの評価値ξ、および、基準光学系の配光ムラの評価値ξ0が、次の配光ムラ画像を取得しフーリエ変換を用いた測定方法および装置で評価されることを特徴とする請求項2、3、上記(2),(3)のいずれかに記載の照明光学系。
(6)前記照明光学系の配光ムラの評価値ξ、および、基準光学系の配光ムラの評価値ξ0が、次のMTFを用いた測定方法および装置で評価されることを特徴とする請求項2、3、上記(2),(3)に記載の照明光学系。
(7)正のパワーのレンズ一つで構成されていることを特徴とする請求項1〜3、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の照明光学系。
(8)物体側より、一つの正のパワーのレンズと、単ファイバとで構成されていることを特徴とする請求項1〜3、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の照明光学系。
(9)外形が円形状ではない形状に形成された光学部材が少なくとも1つ含まれていることを特徴とする請求項1〜3、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の照明光学系。
(10)前記照明光学系を構成する光学部材の光軸に垂直な断面の面積の最大値をSx、前記単ファイバの光軸方向の長さをdrとしたとき、次の条件式を満足することを特徴とする上記(8)に記載の照明光学系。
(11)次の条件式を満足することを特徴とする上記(7)〜(10)のいずれかに記載の照明光学系。
ただし、Sxは前記照明光学系を構成する光学部材の光軸に垂直な断面の面積の最大値、Φ1は照明光学系のパワーである。
(12)光源装置からの光を物体へ照射する照明光学系であって、該照明光学系を構成する光学部材のうち、最も物体側の面を除く少なくとも1面以上を砂目状の面で構成した照明光学系において、前記照明光学系が物体へ射出する総光量をL、前記照明光学系におけるすべての砂目状の面を鏡面に置き換えた基準光学系が射出する総光量をL0、前記照明光学系が物体へ投影する配光ムラの評価値をξ、前記照明光学系におけるすべての砂目状の面を鏡面に置き換えた基準光学系が投影する配光ムラの評価値をξ0としたとき、次の条件式を満足することを特徴とする照明光学系。
0.60≦V≦0.95
ただし、X=L/L0、V=ξ/ξ0である。
(13)前記照明光学系の配光ムラの評価値ξ、および、基準光学系の配光ムラの評価値ξ0が、次の配光ムラ画像を取得しテクスチャー解析のコントラスト量を用いた測定方法および装置で評価されることを特徴とする請求項2、3、上記(2),(3)、(12)のいずれかに記載の照明光学系。
(14)前記照明光学系の総光量L、および前記基準光学系の総光量L0が、次の積分光量計を用いた球形光束計法に基づいた測定方法および装置で評価されることを特徴とする上記(12)に記載の照明光学系。
(15)前記照明光学系の配光ムラの評価値ξ、および、基準光学系の配光ムラの評価値ξ0が、次の配光ムラ画像を取得しフーリエ変換を用いた測定方法および装置で評価されることを特徴とする上記(12)に記載の照明光学系。
(16)前記照明光学系の配光ムラの評価値ξ、および、基準光学系の配光ムラの評価値ξ0が、次のMTFを用いた測定方法および装置で評価されることを特徴とする上記(12)に記載の照明光学系。
(17)正のパワーのレンズ一つで構成されていることを特徴とする上記(12)〜(16)のいずれかに記載の照明光学系。
(18)物体側より、一つの正のパワーのレンズと、単ファイバとで構成されていることを特徴とする上記(12)〜(16)のいずれかに記載の照明光学系。
(19)外形が円形状ではない形状に形成された光学部材が少なくとも1つ含まれていることを特徴とする上記(12)〜(16)のいずれかに記載の照明光学系。
(20)前記照明光学系を構成する光学部材の光軸に垂直な断面の面積の最大値をSx、前記単ファイバの光軸方向の長さをdrとしたとき、次の条件式を満足することを特徴とする上記(18)に記載の照明光学系。
(21)次の条件式を満足することを特徴とする上記(17)〜(20)のいずれかに記載の照明光学系。
ただし、Sxは前記照明光学系を構成する光学部材の光軸に垂直な断面の面積の最大値、Φ1は照明光学系のパワーである。
2 照明光学系
3,5 単ファイバ
4 物体面
6 内視鏡用照明光学系
10 光源
11 平凸レンズ
11a ライトガイドファイバ束1側の面
20 操作部
21 挿入部
21c 先端硬質部
22 ユニバーサルコード
30 プロセッサ
40 モニタ
41 積分球
42 光センサ
42a 入射ポート
43 コントローラ部
44 平凸レンズ(評価対象レンズ)
45 平凸レンズ(基準レンズ)
46 パレット
47 ライトガイドファイバ束
54 スクリーン
55 電子撮像カメラ
56 画像ボード付きパーソナルコンピュータ
62 顕微鏡対物レンズ
63 ピンホール光源
67 結像光学系
Claims (5)
- 光源装置からの光を物体へ照射する照明光学系であって、該照明光学系を構成する光学部材のうち、最も物体側の面を除く少なくとも1面以上を砂目状の面で構成した照明光学系において、
前記砂目状の面は、前記砂目状の面が形成された後の砂目状態の調整工程において、スポンジシートの表面に研磨材を混入したシートを貼り付けた研磨シートを用いて研磨されるとともに、研磨の都度、積分光量計を用いた球形光束計法に基づいた測定方法および装置と、配光ムラ画像を取得しフーリエ変換を用いた測定方法および装置、MTFを用いた測定方法および装置、並びに配光ムラ画像を取得しテクスチャ解析のコントラスト量を用いた測定方法および装置のいずれかとを用いて光学性能の評価が行なわれ、
積分光量計を用いた球形光束計法に基づいた測定方法および装置で評価される、前記照明光学系が物体へ射出する総光量をL、前記照明光学系におけるすべての砂目状の面を鏡面に置き換えた基準光学系が射出する総光量をL0 とし、
配光ムラ画像を取得しフーリエ変換を用いた測定方法および装置、MTFを用いた測定方法および装置、並びに配光ムラ画像を取得しテクスチャ解析のコントラスト量を用いた測定方法および装置のいずれかで評価される、前記照明光学系が物体へ投影する配光ムラの評価値をξ、前記照明光学系におけるすべての砂目状の面を鏡面に置き換えた基準光学系が投影する配光ムラの評価値をξ0としたとき、次の条件式を満足するまで、前記砂目状の面の研磨に用いる研磨シートの砥粒の粗さが調整されながら、前記砂目状の面の研磨及び前記光学性能の評価が繰り返されることによって砂目状態が調整されている
ことを特徴とする照明光学系。
0.70 ≦ X ≦ 0.95
0.30 ≦ V ≦ 0.70
ただし、X=L/L0、V=ξ/ξ0である。 - 光源装置からの光を物体へ照射する照明光学系であって、該照明光学系を構成する光学部材のうち、最も物体側の面を除く少なくとも1面以上を砂目状の面で構成した照明光学系において、
前記砂目状の面は、前記砂目状の面が形成された後の砂目状態の調整工程において、スポンジシートの表面に研磨材を混入したシートを貼り付けた研磨シートを用いて研磨されるとともに、研磨の都度、積分光量計を用いた球形光束計法に基づいた測定方法および装置と、配光ムラ画像を取得しフーリエ変換を用いた測定方法および装置、MTFを用いた測定方法および装置、並びに配光ムラ画像を取得しテクスチャ解析のコントラスト量を用いた測定方法および装置のいずれかとを用いて光学性能の評価が行なわれ、
積分光量計を用いた球形光束計法に基づいた測定方法および装置で評価される、前記照明光学系が物体へ射出する総光量をL、前記照明光学系におけるすべての砂目状の面を鏡面に置き換えた基準光学系が射出する総光量をL 0 とし、
配光ムラ画像を取得しフーリエ変換を用いた測定方法および装置、MTFを用いた測定方法および装置、並びに配光ムラ画像を取得しテクスチャ解析のコントラスト量を用いた測定方法および装置のいずれかで評価される、前記照明光学系が物体へ投影する配光ムラの評価値をξ、前記照明光学系におけるすべての砂目状の面を鏡面に置き換えた基準光学系が投影する配光ムラの評価値をξ 0 としたとき、次の条件式を満足するまで、前記砂目状の面の研磨に用いる研磨シートの砥粒の粗さが調整されながら、前記砂目状の面の研磨及び前記光学性能の評価が繰り返されることによって砂目状態が調整されている
ことを特徴とする照明光学系。
0.85 ≦ X < 1.00
0.60 ≦ V ≦ 0.95
ただし、X=L/L 0 、V=ξ/ξ 0 である。 - 請求項1又は2に記載の照明光学系において、正のパワーのレンズ一つで構成され、かつ、次の条件式を満足することを特徴とする照明光学系。
−2 < √Sx × Φ1 < 2
ただし、Sxは前記照明光学系を構成する正のパワーのレンズの光軸に垂直な断面の面積の最大値、Φ1は正のパワーのレンズのパワーである。 - 請求項1又は2に記載の照明光学系において、物体側より、一つの正のパワーのレンズと、単ファイバとで構成され、かつ、次の条件式を満足することを特徴とする照明光学系。
−2 < √Sx × Φ1 < 2
√Sx / dr < 1
ただし、Sxは前記照明光学系を構成する光学部材の光軸に垂直な断面の面積の最大値、Φ1は照明光学系のパワー、drは前記単ファイバの光軸方向の長さである。 - 請求項1又は2に記載の照明光学系において、外形が円形状ではない形状に形成された光学部材が少なくとも1つ含まれていて、かつ、次の条件式を満足することを特徴とする照明光学系。
−2 < √Sx × Φ1 < 2
ただし、Sxは前記照明光学系を構成する光学部材の光軸に垂直な断面の面積の最大値、Φ1は照明光学系のパワーである。
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