JPH06202007A - 内視鏡観察システム - Google Patents
内視鏡観察システムInfo
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- JPH06202007A JPH06202007A JP4349449A JP34944992A JPH06202007A JP H06202007 A JPH06202007 A JP H06202007A JP 4349449 A JP4349449 A JP 4349449A JP 34944992 A JP34944992 A JP 34944992A JP H06202007 A JPH06202007 A JP H06202007A
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】部品精度や組立精度が従来並でなおかつ血管用
内視鏡など、極細径のイメージガイドを用いた内視鏡観
察システムにおいて、充分に明るい内視鏡システムの観
察光学系を得ることを目的とする。 【構成】対物レンズ17と、イメージガイド15と、接
眼レンズまたはリレーレンズ22を含む内視鏡観察シス
テムにおいて、対物レンズの射出側開口数(NA)が、
接眼レンズまたはリレーレンズの最大入射側開口数(N
A)よりも大きい内視鏡観察システム
内視鏡など、極細径のイメージガイドを用いた内視鏡観
察システムにおいて、充分に明るい内視鏡システムの観
察光学系を得ることを目的とする。 【構成】対物レンズ17と、イメージガイド15と、接
眼レンズまたはリレーレンズ22を含む内視鏡観察シス
テムにおいて、対物レンズの射出側開口数(NA)が、
接眼レンズまたはリレーレンズの最大入射側開口数(N
A)よりも大きい内視鏡観察システム
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特に、微細径のイメー
ジガイドを用いる内視鏡観察システムに関する。
ジガイドを用いる内視鏡観察システムに関する。
【0002】
【従来の技術】被写体の像をイメージガイドを用いて伝
送する一般的な内視鏡観察システムは、そのイメージガ
イドの入射端面に前記被写体を結像させる対物レンズ系
と、前記イメージガイドの出射端面の像を拡大観察する
ための接眼レンズ、あるいはその像をCCD等の受光面
に結像させるためのリレーレンズ系とにより構成され
る。この場合、対物レンズの明るさは、Fナンバが2〜
4、出射側の開口数(NA)が0.25〜0.125 程度のもの
であり、これは、被写界深度と照明系の明るさのバラン
スを取って決めている。また、接眼レンズあるいはリレ
ーレンズのFナンバは2、その入射側の開口数(NA)
は0.25程度のものである。
送する一般的な内視鏡観察システムは、そのイメージガ
イドの入射端面に前記被写体を結像させる対物レンズ系
と、前記イメージガイドの出射端面の像を拡大観察する
ための接眼レンズ、あるいはその像をCCD等の受光面
に結像させるためのリレーレンズ系とにより構成され
る。この場合、対物レンズの明るさは、Fナンバが2〜
4、出射側の開口数(NA)が0.25〜0.125 程度のもの
であり、これは、被写界深度と照明系の明るさのバラン
スを取って決めている。また、接眼レンズあるいはリレ
ーレンズのFナンバは2、その入射側の開口数(NA)
は0.25程度のものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、血管
用内視鏡として挿入部の外径が数百μmの細径内視鏡が
実用化されている。このような種類の内視鏡はイメージ
ガイドもライトガイドも非常に細いため明るさが不足し
がちである。一般に、複数の観察光学系を連結して光学
システムを構築する場合、一番暗い光学系の明るさによ
って光学システムの明るさが決定する。
用内視鏡として挿入部の外径が数百μmの細径内視鏡が
実用化されている。このような種類の内視鏡はイメージ
ガイドもライトガイドも非常に細いため明るさが不足し
がちである。一般に、複数の観察光学系を連結して光学
システムを構築する場合、一番暗い光学系の明るさによ
って光学システムの明るさが決定する。
【0004】そのため、このような光学システムにおい
ては、被写体の像を伝搬するイメージガイドの前側に位
置する光学系の出射側開口数(NA)と、そのイメージ
ガイドの後ろ側に位置する光学系の入射側開口数(N
A)をマッチングさせるようにする。例えば、内視鏡シ
ステムにおいて一番物体側に近い光学系は対物レンズで
あり、その対物レンズの出射側開口数が0.25なら
ば、イメージガイドの開口数は、0.25以上、また、
接眼レンズまたはリレーレンズの入射側の開口数は、
0.25に設計する。この際、光学系の組立誤差等を考
慮して、後ろ側の光学系(この場合、イメージガイドや
接眼レンズ等)の明るさに余裕を持たせるのが普通であ
る。そして、この光学システムを明るくするためには、
個々の光学系の明るさの全てを上げる必要がある。
ては、被写体の像を伝搬するイメージガイドの前側に位
置する光学系の出射側開口数(NA)と、そのイメージ
ガイドの後ろ側に位置する光学系の入射側開口数(N
A)をマッチングさせるようにする。例えば、内視鏡シ
ステムにおいて一番物体側に近い光学系は対物レンズで
あり、その対物レンズの出射側開口数が0.25なら
ば、イメージガイドの開口数は、0.25以上、また、
接眼レンズまたはリレーレンズの入射側の開口数は、
0.25に設計する。この際、光学系の組立誤差等を考
慮して、後ろ側の光学系(この場合、イメージガイドや
接眼レンズ等)の明るさに余裕を持たせるのが普通であ
る。そして、この光学システムを明るくするためには、
個々の光学系の明るさの全てを上げる必要がある。
【0005】ところが、イメージガイドが細径である
と、接眼レンズやリレーレンズが高倍率になる。このた
め、従来以上に明るく、つまり、入射側開口数を大きく
すると、接眼レンズやリレーレンズの部品精度や組立精
度を非常に厳しくする必要があり、好ましくないという
事情がある。
と、接眼レンズやリレーレンズが高倍率になる。このた
め、従来以上に明るく、つまり、入射側開口数を大きく
すると、接眼レンズやリレーレンズの部品精度や組立精
度を非常に厳しくする必要があり、好ましくないという
事情がある。
【0006】本発明は前記課題に着目してなされたもの
で、部品精度や組立精度が従来並でなおかつ血管用内視
鏡など、極細径のイメージガイドを用いる内視鏡観察シ
ステムにおいても、充分に明るい観察ができ得るように
することを目的とする。
で、部品精度や組立精度が従来並でなおかつ血管用内視
鏡など、極細径のイメージガイドを用いる内視鏡観察シ
ステムにおいても、充分に明るい観察ができ得るように
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用】本発明は、対
物光学系で取り込んだ像をイメージガイドで伝送し、接
眼光学系(リレー光学系を含む。)を通じて観察あるい
は結像する内視鏡観察システムにおいて、前記対物光学
系の最大射出開口数を接眼光学系の最大入射開口数より
も大きくした。また、本発明は、前記イメージガイドの
規格化周波数を10以下としたものである。さらに、本
発明は、前記対物光学系の最大射出開口数が前記イメー
ジガイドの開口数より小さくしたものである。これらに
よれば、極細径のイメージガイドにも拘らず、極力明る
い観察ができる。
物光学系で取り込んだ像をイメージガイドで伝送し、接
眼光学系(リレー光学系を含む。)を通じて観察あるい
は結像する内視鏡観察システムにおいて、前記対物光学
系の最大射出開口数を接眼光学系の最大入射開口数より
も大きくした。また、本発明は、前記イメージガイドの
規格化周波数を10以下としたものである。さらに、本
発明は、前記対物光学系の最大射出開口数が前記イメー
ジガイドの開口数より小さくしたものである。これらに
よれば、極細径のイメージガイドにも拘らず、極力明る
い観察ができる。
【0008】以下、本発明に到達した経緯を述べる。コ
アー径が波長に対して充分大きい光ファイバーにおける
光の伝搬は、一般に幾何光学的に扱えることが知られて
いる。図1で示すように、コアー1とクラッド2からな
る光ファイバーを想定した場合、この光ファイバーのコ
アー1に入射角θで入射した光線は、その光ファイバー
の出射端から、同じ角度θで射出される。このようにコ
アー1の径が波長に対して充分大きい光ファイバーにあ
っては、光線の入射する角度θが、光ファイバー内で保
持されると考えられるため、従前は、接眼レンズまたは
リレーレンズの入射側開口数(NA)と対物レンズの射
出側開口数(NA)とが同じ値になるように設計されて
きた。
アー径が波長に対して充分大きい光ファイバーにおける
光の伝搬は、一般に幾何光学的に扱えることが知られて
いる。図1で示すように、コアー1とクラッド2からな
る光ファイバーを想定した場合、この光ファイバーのコ
アー1に入射角θで入射した光線は、その光ファイバー
の出射端から、同じ角度θで射出される。このようにコ
アー1の径が波長に対して充分大きい光ファイバーにあ
っては、光線の入射する角度θが、光ファイバー内で保
持されると考えられるため、従前は、接眼レンズまたは
リレーレンズの入射側開口数(NA)と対物レンズの射
出側開口数(NA)とが同じ値になるように設計されて
きた。
【0009】ところが、コアー径が波長の数倍程度の、
いわゆる微細径の光ファイバーを用いる場合には、光フ
ァイバーを伝搬する光を幾何光学的に扱うことが適当で
なく、内視鏡観察システムを波動光学的に扱う必要があ
ると考えられる。そこで、内視鏡観察システムを波動光
学的な着眼で検討を行う。
いわゆる微細径の光ファイバーを用いる場合には、光フ
ァイバーを伝搬する光を幾何光学的に扱うことが適当で
なく、内視鏡観察システムを波動光学的に扱う必要があ
ると考えられる。そこで、内視鏡観察システムを波動光
学的な着眼で検討を行う。
【0010】微細径の光ファイバー内では、波動方程式
から導かれる固有方程式を満足する特定の状態(モー
ド)の光のみが伝搬する。これらの個々のモードは、光
ファイバーの出射端面上でモードパターンと呼ばれる固
有の強度分布が現れる。図2および図3はその出射端面
上で、ファイバー中心から半径方向の距離r(μm)を
横軸とし、縦軸を強度(ピークを1に規格化して表示)
とした個々のモードの強度パターンの例を示す。
から導かれる固有方程式を満足する特定の状態(モー
ド)の光のみが伝搬する。これらの個々のモードは、光
ファイバーの出射端面上でモードパターンと呼ばれる固
有の強度分布が現れる。図2および図3はその出射端面
上で、ファイバー中心から半径方向の距離r(μm)を
横軸とし、縦軸を強度(ピークを1に規格化して表示)
とした個々のモードの強度パターンの例を示す。
【0011】次に、図4で示すような座標系を想定し、
光ファイバー3の出射端面aから光が出射するとき、配
光測定面b上での配光(強度)Iは、個々のモードパタ
ーンのフラウンホーファー回析の和であり、これは、次
の(1)式で表すことができる。
光ファイバー3の出射端面aから光が出射するとき、配
光測定面b上での配光(強度)Iは、個々のモードパタ
ーンのフラウンホーファー回析の和であり、これは、次
の(1)式で表すことができる。
【0012】
【数1】 ここで、vn は、ファイバーの出射端面a上での個々の
モードの振幅を表す関数であり、un は配光測定面bで
の個々のモードの振幅、an はモード関数の大きさを表
す係数、λは波長、zi は図1で示す座標系においてフ
ァイバーの出射端面aから配光測定面bまでの距離、x
o 、yo は出射端面a上の座標、xi 、yi は配光測定
面bでの座標、nは各モードを示す添字である。
モードの振幅を表す関数であり、un は配光測定面bで
の個々のモードの振幅、an はモード関数の大きさを表
す係数、λは波長、zi は図1で示す座標系においてフ
ァイバーの出射端面aから配光測定面bまでの距離、x
o 、yo は出射端面a上の座標、xi 、yi は配光測定
面bでの座標、nは各モードを示す添字である。
【0013】図5および図6は前述した光ファイバーで
の各モードパターンにそれぞれ対応した配光測定面b上
での個々のモードパターンを示す。横軸は出射角度θで
あり、縦軸は任意スケールでピークを1に規格化して表
示する。ところで、対物レンズのFナンバまたは開口数
が変わると、光ファイバー内を伝搬する各モードの強度
の比率が変わるため、光ファイバーの出射端面a上のモ
ードパターンも変化する。すると、配光測定面b上での
個々のモードの配光パターンも、それに応じて変わる。
出射端面a上での各モードパターンを合成した強度分
布、配光測定面b上での各モードパターンを合成した強
度分布も、それに応じてそれぞれ変わる。
の各モードパターンにそれぞれ対応した配光測定面b上
での個々のモードパターンを示す。横軸は出射角度θで
あり、縦軸は任意スケールでピークを1に規格化して表
示する。ところで、対物レンズのFナンバまたは開口数
が変わると、光ファイバー内を伝搬する各モードの強度
の比率が変わるため、光ファイバーの出射端面a上のモ
ードパターンも変化する。すると、配光測定面b上での
個々のモードの配光パターンも、それに応じて変わる。
出射端面a上での各モードパターンを合成した強度分
布、配光測定面b上での各モードパターンを合成した強
度分布も、それに応じてそれぞれ変わる。
【0014】各開口数に応じた光ファイバーの出射端面
a上の合成強度分布は図7〜図10における各分図
(a)で示される。この各分図(a)はある1つのファ
イバー中心から半径方向の距離r(μm)を横軸とし、
縦軸を強度(ピークを1に規格化)として強度パターン
を表示する。ここでは隣りのファイバーについての強度
パターンも合わせて表示している。
a上の合成強度分布は図7〜図10における各分図
(a)で示される。この各分図(a)はある1つのファ
イバー中心から半径方向の距離r(μm)を横軸とし、
縦軸を強度(ピークを1に規格化)として強度パターン
を表示する。ここでは隣りのファイバーについての強度
パターンも合わせて表示している。
【0015】また、各モードに対応して実際に得られた
合成のモードパターンをモード関数でフィッテングした
配光測定面b上での強度分布とその配光は、同じく図7
〜図10における各分図(b)で示される。この各分図
(b)において、横軸は出射角度θであり、縦軸は任意
スケールでピークを1に規格化して強度分布を表示す
る。
合成のモードパターンをモード関数でフィッテングした
配光測定面b上での強度分布とその配光は、同じく図7
〜図10における各分図(b)で示される。この各分図
(b)において、横軸は出射角度θであり、縦軸は任意
スケールでピークを1に規格化して強度分布を表示す
る。
【0016】そして、この各分図(b)における実線は
前記(1)式による計算値、点線は実測値を示す。ここ
で、両者は略一致している。これらの測定及び計算に用
いたイメージガイドの仕様は以下の通りである。
前記(1)式による計算値、点線は実測値を示す。ここ
で、両者は略一致している。これらの測定及び計算に用
いたイメージガイドの仕様は以下の通りである。
【0017】コアー径 …2.22μm NA …0.5 画素数 …約3,000 長さ …1.5m V値 …6.34(λ=550nm) ところで、接眼レンズやリレーレンズを通して得られる
像の明るさは、それらレンズ系の開口の内側を通ってき
た光の総量である。それは、前記(1)式で得られた配
光強度のうち、開口の内側に相当する部分を積分したも
のとなる。よって、この開口の内側に相当する範囲(例
えばFナンバが2のときは片側が、14.5゜以内)に
おける光量であり、この光量が増えれば、得られる像は
明るくなる。
像の明るさは、それらレンズ系の開口の内側を通ってき
た光の総量である。それは、前記(1)式で得られた配
光強度のうち、開口の内側に相当する部分を積分したも
のとなる。よって、この開口の内側に相当する範囲(例
えばFナンバが2のときは片側が、14.5゜以内)に
おける光量であり、この光量が増えれば、得られる像は
明るくなる。
【0018】しかるに、幾何光学的に扱える光ファイバ
ーにおいては、対物レンズの出射開口数(NA)を接眼
レンズ、あるいはリレーレンズの入射側の最大開口数
(NA)より大きくしても、得られる像は明るくなるこ
とがない。これは、対物レンズの開口のうち接眼レンズ
の最大の開口より大きい部分の光は、全て接眼レンズ側
の開口の外側を通り、けられてしまうからである。
ーにおいては、対物レンズの出射開口数(NA)を接眼
レンズ、あるいはリレーレンズの入射側の最大開口数
(NA)より大きくしても、得られる像は明るくなるこ
とがない。これは、対物レンズの開口のうち接眼レンズ
の最大の開口より大きい部分の光は、全て接眼レンズ側
の開口の外側を通り、けられてしまうからである。
【0019】これに対して、コアー径が数μmの光ファ
イバーの場合には、対物レンズの開口数を大きくする
と、一部のモード(例えば高次のモード)の強度分が増
すことが分かった。
イバーの場合には、対物レンズの開口数を大きくする
と、一部のモード(例えば高次のモード)の強度分が増
すことが分かった。
【0020】すなわち、そのような種類の光ファイバー
において個々のモードの配光を調べてみると、その各モ
ードは、全て接眼レンズの最大の開口(例えば、Fナン
バが2ならば片側14.5゜)の内側に強度を持つた
め、接眼レンズの最大開口より対物レンズの開口を大き
くしたとき、得られる像の明るさが増すことになる。
において個々のモードの配光を調べてみると、その各モ
ードは、全て接眼レンズの最大の開口(例えば、Fナン
バが2ならば片側14.5゜)の内側に強度を持つた
め、接眼レンズの最大開口より対物レンズの開口を大き
くしたとき、得られる像の明るさが増すことになる。
【0021】なお、後述する図11で示すように、イメ
ージガイドの出射側Fナンバを「2」に固定し、対物レ
ンズのFナンバを変化させたときの出射側総光量比を示
す。これによると、対物レンズが出射側光学系のFナン
バより明るくなっても、依然として光量が増加していく
ことが分かる。接眼レンズの最大の開口より対物レンズ
の開口を大きくすれば、得られる像の明るさが増す。
ージガイドの出射側Fナンバを「2」に固定し、対物レ
ンズのFナンバを変化させたときの出射側総光量比を示
す。これによると、対物レンズが出射側光学系のFナン
バより明るくなっても、依然として光量が増加していく
ことが分かる。接眼レンズの最大の開口より対物レンズ
の開口を大きくすれば、得られる像の明るさが増す。
【0022】
【実施例】以下、実施例に基づいて更に具体的に説明す
る。図12は本発明の一実施例を適用した血管用内視鏡
システムの概略的な構成を示す。この内視鏡10は手元
部11から可撓性の延長管12および把持部13を介し
て可撓性の挿入部14を延出している。これらの内部に
はイメージガイドファイバ15とライトガイドファイバ
16が配設されており、同図の分図(b)で示すように
イメージガイドファイバ15を中心に配置し、ライトガ
イドファイバ16はその外側に同心的に配置されてい
る。
る。図12は本発明の一実施例を適用した血管用内視鏡
システムの概略的な構成を示す。この内視鏡10は手元
部11から可撓性の延長管12および把持部13を介し
て可撓性の挿入部14を延出している。これらの内部に
はイメージガイドファイバ15とライトガイドファイバ
16が配設されており、同図の分図(b)で示すように
イメージガイドファイバ15を中心に配置し、ライトガ
イドファイバ16はその外側に同心的に配置されてい
る。
【0023】同図の分図(c)で示すように、挿入部1
4の先端部においてイメージガイドファイバ15の入射
先端面の前方には、対物光学系を構成する2つの対物レ
ンズ17と絞り18が設けられている。この絞り18の
開口は固定であり、このため、対物光学系の開口数はそ
の対物レンズ17のFナンバによって定まり、それが対
物光学系の最大射出開口数である。
4の先端部においてイメージガイドファイバ15の入射
先端面の前方には、対物光学系を構成する2つの対物レ
ンズ17と絞り18が設けられている。この絞り18の
開口は固定であり、このため、対物光学系の開口数はそ
の対物レンズ17のFナンバによって定まり、それが対
物光学系の最大射出開口数である。
【0024】内視鏡10の手元部11における接眼部に
はイメージガイドファイバ15の出射端面が配置されて
いる。内視鏡10の接眼部にはTVカメラ20が着脱自
在に取り付けられており、TVカメラ20にはフォーカ
ス調整・イメージサイズ調節機構21およびリレーレン
ズ22が設けられており、これらが接眼光学系を構成し
ている。これを通じて前記内視鏡側のイメージガイドフ
ァイバ15の出射端面の像を固体撮像素子23の受像面
に結像するようになっている。固体撮像素子23からの
撮像信号はビデオ信号処理回路24で映像信号に変換さ
れ、観察モニタ25に伝送される。一方、前記ライトガ
イドファイバ16の手元側はケーブル26を通じてコネ
クタ27に導かれ、ランプ28を有した光源装置29に
対して着脱自在に接続される。
はイメージガイドファイバ15の出射端面が配置されて
いる。内視鏡10の接眼部にはTVカメラ20が着脱自
在に取り付けられており、TVカメラ20にはフォーカ
ス調整・イメージサイズ調節機構21およびリレーレン
ズ22が設けられており、これらが接眼光学系を構成し
ている。これを通じて前記内視鏡側のイメージガイドフ
ァイバ15の出射端面の像を固体撮像素子23の受像面
に結像するようになっている。固体撮像素子23からの
撮像信号はビデオ信号処理回路24で映像信号に変換さ
れ、観察モニタ25に伝送される。一方、前記ライトガ
イドファイバ16の手元側はケーブル26を通じてコネ
クタ27に導かれ、ランプ28を有した光源装置29に
対して着脱自在に接続される。
【0025】このような構成のシステムは、内視鏡部が
独立しているため、ディスポ(使い捨て)化に適してい
る。また、使用部位が異なり、必要な明るさが異なる場
合でも、内視鏡部を取り替えるだけで対応できる。さら
に、TVカメラ20や光源装置29のスペックアップも
システム全体を変更せずに、個々のパーツを変更するの
みで対応できるため、非常に経済的である。
独立しているため、ディスポ(使い捨て)化に適してい
る。また、使用部位が異なり、必要な明るさが異なる場
合でも、内視鏡部を取り替えるだけで対応できる。さら
に、TVカメラ20や光源装置29のスペックアップも
システム全体を変更せずに、個々のパーツを変更するの
みで対応できるため、非常に経済的である。
【0026】TVカメラのリレー光学系の(最大)入射
側開口数(NA)は、0.25であり、対物レンズ17の出
射側開口数(NA)は、約0.36(Fナンバ14)であ
る。イメージガイドファイバ15はコアー径2μm、30
00画素、開口数0.5 、長さ3.5mの多成分系のものを使
用する。なお、リレーレンズ系ではなく、接眼レンズを
用いて物体像を観察するシステムの場合は、リレーレン
ズのNAの代わりに接眼レンズのNA(またはFナン
バ)を考えればよい。この場合、接眼レンズのFナンバ
としては射出側から入射側へ光線を逆追跡するときの値
を用いればよく、入射側開口数とは以下の(2)式の関
係で結ばれている。
側開口数(NA)は、0.25であり、対物レンズ17の出
射側開口数(NA)は、約0.36(Fナンバ14)であ
る。イメージガイドファイバ15はコアー径2μm、30
00画素、開口数0.5 、長さ3.5mの多成分系のものを使
用する。なお、リレーレンズ系ではなく、接眼レンズを
用いて物体像を観察するシステムの場合は、リレーレン
ズのNAの代わりに接眼レンズのNA(またはFナン
バ)を考えればよい。この場合、接眼レンズのFナンバ
としては射出側から入射側へ光線を逆追跡するときの値
を用いればよく、入射側開口数とは以下の(2)式の関
係で結ばれている。
【0027】
【数2】 この場合、内視鏡10の対物レンズ17のFナンバを変
えたときの画像の明るさの変動を、図11の実線で示
す。対物レンズ17のFナンバがリレーレンズ22のF
ナンバより明るくなっても光量が増加していることがわ
かる。
えたときの画像の明るさの変動を、図11の実線で示
す。対物レンズ17のFナンバがリレーレンズ22のF
ナンバより明るくなっても光量が増加していることがわ
かる。
【0028】ファイバーの開口数(NA)より、対物レ
ンズの出射側開口数(NA)(1/2Fナンバ)が小さ
いとき、光量の増加の割合は大きく、ファイバーの開口
数を超えると増加の割合は小さくなる。また、対物レン
ズの出射側開口数は、イメージガイドの開口数を超える
と、フレアやクロストークによる画質の劣化が目立つよ
うになるので、イメージガイドの開口数以下であること
が望ましい。この様な光量の増加は、比較的、規格化周
波数Vの値の小さいファイバーで顕著であり、特に、V
値が10以下のファイバーでの効果が大きい。また、V
値がこれより大きくなると幾何光学的領域に近付くため
効果が少なくなってしまう。ここでの規格化周波数V
は、次の(3)式で定義される。λは波長、aはコアー
半径、n1,n2 はそれぞれコアとクラッドの屈折率を
表す。
ンズの出射側開口数(NA)(1/2Fナンバ)が小さ
いとき、光量の増加の割合は大きく、ファイバーの開口
数を超えると増加の割合は小さくなる。また、対物レン
ズの出射側開口数は、イメージガイドの開口数を超える
と、フレアやクロストークによる画質の劣化が目立つよ
うになるので、イメージガイドの開口数以下であること
が望ましい。この様な光量の増加は、比較的、規格化周
波数Vの値の小さいファイバーで顕著であり、特に、V
値が10以下のファイバーでの効果が大きい。また、V
値がこれより大きくなると幾何光学的領域に近付くため
効果が少なくなってしまう。ここでの規格化周波数V
は、次の(3)式で定義される。λは波長、aはコアー
半径、n1,n2 はそれぞれコアとクラッドの屈折率を
表す。
【0029】
【数3】 また、使用するイメージガイドファイバ15は、石英系
のイメージガイドでも良い。石英系のファイバーは一般
に多成分系に比べて開口数(NA)は小さいが、内部透
過率が高いため長尺の内視鏡においては明るい像が得易
い。図11の点線はNA0.35の石英系イメージガイドを
用い、対物レンズ17のFナンバを変えたときの明るさ
の変動を示す。多成分系のイメージガイドファイバ15
のときと比べて、対物レンズ17のFナンバが1.4 以上
では明るさの増加が少なくなるが、これはイメージガイ
ドファイバ15の開口数が多成分系よりも小さいためで
ある。なお、Fナンバが小さいときの両者の明るさの差
は、内部透過率とコアー占有率の差によるものである。
のイメージガイドでも良い。石英系のファイバーは一般
に多成分系に比べて開口数(NA)は小さいが、内部透
過率が高いため長尺の内視鏡においては明るい像が得易
い。図11の点線はNA0.35の石英系イメージガイドを
用い、対物レンズ17のFナンバを変えたときの明るさ
の変動を示す。多成分系のイメージガイドファイバ15
のときと比べて、対物レンズ17のFナンバが1.4 以上
では明るさの増加が少なくなるが、これはイメージガイ
ドファイバ15の開口数が多成分系よりも小さいためで
ある。なお、Fナンバが小さいときの両者の明るさの差
は、内部透過率とコアー占有率の差によるものである。
【0030】なお、以上は、イメージガイドを中心に説
明したが、本発明はライトガイドにも適用できるもので
ある。
明したが、本発明はライトガイドにも適用できるもので
ある。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コアー径が数μmで、V値が比較的小さいイメージガイ
ドを用いた内視鏡観察システムにおいても、接眼レンズ
あるいはリレーレンズ等の接眼光学系の明るさは、従来
システム並のまま、対物レンズ等の対物光学系の明るさ
のみ、明るくすることにより、従来のシステムより明る
い内視鏡観察システムを簡単に得ることができる。
コアー径が数μmで、V値が比較的小さいイメージガイ
ドを用いた内視鏡観察システムにおいても、接眼レンズ
あるいはリレーレンズ等の接眼光学系の明るさは、従来
システム並のまま、対物レンズ等の対物光学系の明るさ
のみ、明るくすることにより、従来のシステムより明る
い内視鏡観察システムを簡単に得ることができる。
【図1】幾何光学的なファイバーにおける光の伝搬とそ
の入射角と出射角の関係を説明する図。
の入射角と出射角の関係を説明する図。
【図2】光ファイバーの出射端面上でのモードパターン
の強度分布を示す図。
の強度分布を示す図。
【図3】光ファイバーの出射端面上でのモードパターン
の強度分布を示す図。
の強度分布を示す図。
【図4】ファイバー端面から出射する光の配光測定面上
での配光(強度)を求める座標系を示す図。
での配光(強度)を求める座標系を示す図。
【図5】光ファイバーでの各モードパターンにそれぞれ
対応した配光測定面上での個々のモードパターンを示す
図。
対応した配光測定面上での個々のモードパターンを示す
図。
【図6】光ファイバーでの各モードパターンにそれぞれ
対応した配光測定面上での個々のモードパターンを示す
図。
対応した配光測定面上での個々のモードパターンを示す
図。
【図7】開孔数が0.13の場合であって、(a)は出
射端面上で合成のモードパターンとその配光を示す図、
(b)は配光測定面上で合成のモードパターンとその配
光を示す図。
射端面上で合成のモードパターンとその配光を示す図、
(b)は配光測定面上で合成のモードパターンとその配
光を示す図。
【図8】開孔数が0.25の場合であって、(a)は出
射端面上で合成のモードパターンとその配光を示す図、
(b)は配光測定面上で合成のモードパターンとその配
光を示す図。
射端面上で合成のモードパターンとその配光を示す図、
(b)は配光測定面上で合成のモードパターンとその配
光を示す図。
【図9】開孔数が0.40の場合であって、(a)は出
射端面上で合成のモードパターンとその配光を示す図、
(b)は配光測定面上で合成のモードパターンとその配
光を示す図。
射端面上で合成のモードパターンとその配光を示す図、
(b)は配光測定面上で合成のモードパターンとその配
光を示す図。
【図10】開孔数が0.55の場合であって、(a)は
出射端面上で合成のモードパターンとその配光を示す
図、(b)は配光測定面上で合成のモードパターンとそ
の配光を示す図。
出射端面上で合成のモードパターンとその配光を示す
図、(b)は配光測定面上で合成のモードパターンとそ
の配光を示す図。
【図11】図5〜図8のデータを計算及び実測値を求め
るときに用いたイメージガイドの仕様を示す図。
るときに用いたイメージガイドの仕様を示す図。
【図12】内視鏡観察システムの概略的な構成の一例を
示す説明図。
示す説明図。
1…コアー、2…クラッド、3…光ファイバー、10…
内視鏡、15…イメージガイドファイバ、16…ライト
ガイドファイバ、17…対物レンズ、21…フォーカス
調整・イメージサイズ調節機構、22…リレーレンズ、
a…出射端面、b…配光測定面。
内視鏡、15…イメージガイドファイバ、16…ライト
ガイドファイバ、17…対物レンズ、21…フォーカス
調整・イメージサイズ調節機構、22…リレーレンズ、
a…出射端面、b…配光測定面。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年3月23日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】次に、図4で示すような座標系を想定し、
光ファイバー3の出射端面aから光が出射するとき、配
光測定面b上での配光(強度)Iは、個々のモードパタ
ーンのフラウンホーファー回折の和であり、これは、次
の(1)式で表すことができる。
光ファイバー3の出射端面aから光が出射するとき、配
光測定面b上での配光(強度)Iは、個々のモードパタ
ーンのフラウンホーファー回折の和であり、これは、次
の(1)式で表すことができる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】これに対して、コアー径が数μmのV値の
小さい(例えば10以下)の光ファイバーの場合には、
対物レンズの開口数を大きくすると、一部のモード(例
えば高次のモード)の強度分が増すことが分かった。
小さい(例えば10以下)の光ファイバーの場合には、
対物レンズの開口数を大きくすると、一部のモード(例
えば高次のモード)の強度分が増すことが分かった。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】なお、後述する図11で示すように、イメ
ージガイドの出射側Fナンバを「2」に固定し、対物レ
ンズのFナンバを変化させたときの出射側総光量比を示
す。これによると、対物レンズが出射側光学系のFナン
バより明るくなっても、依然として光量が増加していく
ことが分かる。このように接眼レンズの最大の開口より
対物レンズの開口を大きくすれば、得られる像の明るさ
が増す。これらの効果はV値の小さい(例えば10以下
程度)の光ファイバーの場合において、特に顕著であ
る。
ージガイドの出射側Fナンバを「2」に固定し、対物レ
ンズのFナンバを変化させたときの出射側総光量比を示
す。これによると、対物レンズが出射側光学系のFナン
バより明るくなっても、依然として光量が増加していく
ことが分かる。このように接眼レンズの最大の開口より
対物レンズの開口を大きくすれば、得られる像の明るさ
が増す。これらの効果はV値の小さい(例えば10以下
程度)の光ファイバーの場合において、特に顕著であ
る。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0026
【補正方法】変更
【補正内容】
【0026】TVカメラのリレー光学系の(最大)入射
側開口数(NA)は、0.25であり、対物レンズ17の出
射側開口数(NA)は、約0.36(Fナンバ1.4)であ
る。イメージガイドファイバ15はコアー径2μm、30
00画素、開口数0.5 、 長さ3.5 mの多成分系のものを
使用する。なお、リレーレンズ系ではなく、接眼レンズ
を用いて物体像を観察するシステムの場合は、リレーレ
ンズのNAの代わりに接眼レンズのNA(またはFナン
バ)を考えればよい。この場合、接眼レンズのFナンバ
としては射出側から入射側へ光線を逆追跡するときの値
を用いればよく、入射側開口数とは以下の(2)式の関
係で結ばれている。
側開口数(NA)は、0.25であり、対物レンズ17の出
射側開口数(NA)は、約0.36(Fナンバ1.4)であ
る。イメージガイドファイバ15はコアー径2μm、30
00画素、開口数0.5 、 長さ3.5 mの多成分系のものを
使用する。なお、リレーレンズ系ではなく、接眼レンズ
を用いて物体像を観察するシステムの場合は、リレーレ
ンズのNAの代わりに接眼レンズのNA(またはFナン
バ)を考えればよい。この場合、接眼レンズのFナンバ
としては射出側から入射側へ光線を逆追跡するときの値
を用いればよく、入射側開口数とは以下の(2)式の関
係で結ばれている。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【0001】
【図1】幾何光学的なファイバーにおける光の伝搬とそ
の入射角と出射角の関係を説明する図。
の入射角と出射角の関係を説明する図。
【0002】
【図2】光ファイバーの出射端面上でのモードパターン
の強度分布を示す図。
の強度分布を示す図。
【0003】
【図3】光ファイバーの出射端面上でのモードパターン
の強度分布を示す図。
の強度分布を示す図。
【0004】
【図4】ファイバー端面から出射する光の配光測定面上
での配光(強度)を求める座標系を示す図。
での配光(強度)を求める座標系を示す図。
【0005】
【図5】光ファイバーでの各モードパターンにそれぞれ
対応した配光測定面上での個々のモードパターンを示す
図。
対応した配光測定面上での個々のモードパターンを示す
図。
【0006】
【図6】光ファイバーでの各モードパターンにそれぞれ
対応した配光測定面上での個々のモードパターンを示す
図。
対応した配光測定面上での個々のモードパターンを示す
図。
【0007】
【図7】開口数が0.13の場合であって、(a)は出
射端面上で合成のモードパターンを示す図、(b)は配
光測定面上での配光を示す図。
射端面上で合成のモードパターンを示す図、(b)は配
光測定面上での配光を示す図。
【0008】
【図8】開口数が0.25の場合であって、(a)は出
射端面上で合成のモードパターンを示す図、(b)は配
光測定面上での配光を示す図。
射端面上で合成のモードパターンを示す図、(b)は配
光測定面上での配光を示す図。
【0009】
【図9】開口数が0.40の場合であって、(a)は出
射端面上で合成のモードパターンを示す図、(b)は配
光測定面上での配光を示す図。
射端面上で合成のモードパターンを示す図、(b)は配
光測定面上での配光を示す図。
【0010】
【図10】開口数が0.55の場合であって、(a)は
出射端面上で合成のモードパターンを示す図、(b)は
配光測定面上での配光を示す図。
出射端面上で合成のモードパターンを示す図、(b)は
配光測定面上での配光を示す図。
【0011】
【図11】接眼FNo.2のときの対物FNo.と出射
総光量比の関係を示す図。
総光量比の関係を示す図。
【0012】
【図12】内視鏡観察システムの概略的な構成の一例を
示す説明図。
示す説明図。
【0013】
【符号の説明】 1…コアー、2…クラッド、3…光ファイバー、10…
内視鏡、15…イメージガイドファイバ、16…ライト
ガイドファイバ、17…対物レンズ、21…フォーカス
調整・イメージサイズ調節機構、22…リレーレンズ、
a…出射端面、b…配光測定面。
内視鏡、15…イメージガイドファイバ、16…ライト
ガイドファイバ、17…対物レンズ、21…フォーカス
調整・イメージサイズ調節機構、22…リレーレンズ、
a…出射端面、b…配光測定面。
Claims (3)
- 【請求項1】対物光学系と、イメージガイドと、接眼光
学系を含む内視鏡観察システムにおいて、対物光学系の
最大射出開口数を、接眼光学系の最大入射開口数よりも
大きくしたことを特徴とする内視鏡観察システム。 - 【請求項2】前記イメージガイドの規格化周波数が10
以下であることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡観
察システム。 - 【請求項3】前記対物光学系の最大射出開口数が前記イ
メージガイドの開口数より小さいことを特徴とする請求
項1または請求項2に記載の内視鏡観察システム。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34944992A JP3222233B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 内視鏡観察システム |
US08/167,333 US5394499A (en) | 1992-12-28 | 1993-12-15 | Observation system with an endoscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34944992A JP3222233B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 内視鏡観察システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06202007A true JPH06202007A (ja) | 1994-07-22 |
JP3222233B2 JP3222233B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=18403831
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34944992A Expired - Fee Related JP3222233B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 内視鏡観察システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3222233B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005506865A (ja) * | 2001-10-19 | 2005-03-10 | ビジヨンスコープ・インコーポレーテツド | 画像化用ファイーバーシステムを有する小型内視鏡 |
WO2015166648A1 (ja) * | 2014-05-02 | 2015-11-05 | 国立大学法人大阪大学 | 血管内視鏡システム |
US10595710B2 (en) | 2001-10-19 | 2020-03-24 | Visionscope Technologies Llc | Portable imaging system employing a miniature endoscope |
US11484189B2 (en) | 2001-10-19 | 2022-11-01 | Visionscope Technologies Llc | Portable imaging system employing a miniature endoscope |
-
1992
- 1992-12-28 JP JP34944992A patent/JP3222233B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005506865A (ja) * | 2001-10-19 | 2005-03-10 | ビジヨンスコープ・インコーポレーテツド | 画像化用ファイーバーシステムを有する小型内視鏡 |
JP4831933B2 (ja) * | 2001-10-19 | 2011-12-07 | ビジヨンスコープ・テクノロジーズ・エルエルシー | 画像化用ファイーバーシステムを有する小型内視鏡 |
US10595710B2 (en) | 2001-10-19 | 2020-03-24 | Visionscope Technologies Llc | Portable imaging system employing a miniature endoscope |
US11484189B2 (en) | 2001-10-19 | 2022-11-01 | Visionscope Technologies Llc | Portable imaging system employing a miniature endoscope |
WO2015166648A1 (ja) * | 2014-05-02 | 2015-11-05 | 国立大学法人大阪大学 | 血管内視鏡システム |
JP2015211739A (ja) * | 2014-05-02 | 2015-11-26 | 国立大学法人大阪大学 | 血管内視鏡システム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3222233B2 (ja) | 2001-10-22 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010731 |
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