照明光学系统的制作方法
专利名称：照明光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种照明光学系统，特别是涉及一种适于内窥镜的照明光学系统。
背景技术：
内窥镜是广泛应用于医疗领域以及工业领域的装置。特别是在医疗领域中，内窥镜通过获取体腔内的图像而用于诊断观察部位。体腔内往往存在皱襞、隆起物，形状复杂。因此，在内窥镜的视野仅为行进方向的情况下，不能充分观察皱襞的里侧等。为了解决该问题，考虑了如下一种方法将内窥镜的物镜的视角变大来将观察范围扩展至侧方和后方。由此，管腔内部的大范围的观察变得容易。此时，需要在扩大视角的同时，将照明范围也扩大至侧方而对观察范围足够大的区域进行照明。作为侧方的照明方法，已知使光导件弯曲的方法(例如参照专利文献I)和利用反射部件使照明光偏转的方法 (例如参照专利文献2、3以及4)。专利文献I :日本专利第3791899号公报专利文献2 日本特开平8-286044号公报专利文献3 日本特开平6-138400号公报专利文献4 日本特开平6-34889号公报
发明内容
发明要解决的问题然而，在专利文献I的方法中，导致在使光导件弯曲的部分尺寸沿径向变大。并且，为了进行广视角的照明，不得不将弯折的角度变大。因而，在结构上不适于期望径向小型化的内窥镜。在专利文献2中，使用棱镜对侧方进行照明。然而，没有记载具体的光学系统的结构。另外，没有考虑配光，因此不清楚能否用于对侧方进行恰当地照明及观察。在专利文献3中，公开了一种通过光学元件的光焦度来考虑配光的照明光学系统。但是，该照明光学系统被设计为用于侧视型内窥镜，因此安装了该照明光学系统的内窥镜只能对侧方的一个方向进行照明。另外，存在以下问题由于光学元件的反射面大，因此在实现小型化这一点上不利。在专利文献4中，将照明系统的光路与摄影透镜共用来实现小型化。然而，必须将半透半反镜配置在摄影透镜系统的光路中，因此不利于实现整个装置的小型化。另外，配光取决于摄影透镜的结构，因此，难以恰当地控制配光。本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够进行侧方的照明、适于广视角的观察光学系统的小型且配光特性优良的照明光学系统。用于解决问题的方案为了达成上述目的，本发明提供以下手段。本发明的第一方式是一种照明光学系统，具备棱镜，其被配置在来自光源的光的入射光轴上，以及至少一个透镜，其被配置在该棱镜的前级或者后级，其中，上述棱镜具有两个反射面，该反射面中的至少一个反射面是兼具透射和反射作用的透射反射面。根据本发明的第一方式，通过使棱镜的一个面成为兼具透射和反射作用的透射反射面，能够将棱镜的尺寸抑制得较小，使来自光源的光相对于入射光轴向侧方偏转。另外，也可以在入射光轴上或者棱镜的透射反射面的外侧的空间配置透镜。由此，能够相对于入射光轴在径向上实现小型化。另外，利用被配置在棱镜的入射侧或者射出侧的透镜能够提高从棱镜射出的光的配光特性。在上述第一方式中，也可以从上述光源侧起依次配置上述棱镜和上述至少一个透镜，上述棱镜使来自上述光源的光线依次通过透射面、上述透射反射面、上述反射面以及上述透射反射面。通过这样，能够使棱镜的形状变得简单。在上述第一方式中，可以设为上述透镜为正透镜，被配置在上述棱镜的前级。 通过这样，能够利用透镜暂时会聚来自光源的光，因此能够防止从棱镜侧面漏出光，从而高效地利用光。本发明的第二方式是一种具备棱镜的照明光学系统，该棱镜具有如下的面以与来自光源的光的入射光轴倾斜地交叉的方式进行配置，使沿着该入射光轴入射的光的一部分透过并射出，使上述光的其它至少一部分向与上述入射光轴交叉的方向偏转并射出。根据本发明的第二方式，利用透过棱镜的面的光对前方进行照明，利用被面反射的光来对侧方进行照明。由此，能够对宽广的范围进行照明来提高配光特性。并且，以至少一个棱镜的部件少的结构就能够实现，因此能够实现小型化。在上述第二方式中，可以设为上述棱镜是其中心轴沿着上述入射光轴的方向进行配置的大致圆柱状，被配置在与上述光源相反一侧的端面相对于上述中心轴倾斜地形成。通过这样，当光在棱镜的内部被侧面反射时以及当光被与光源相反一侧的端面反 射而从侧面射出时，光也沿着放射方向扩散。由此，能够减轻配光不均，从而进一步提高了配光特性。在上述第二方式中，也可以设为还具备锥台状的锥棒棱镜，该锥棒棱镜沿着上述入射光轴被配置在上述棱镜的前级。锥棒棱镜的入射侧与射出侧的面积不同，能够使来自光源的光的特性发生变化。因而，从光源侧起依次配置锥棒棱镜、棱镜，由此不使径向的尺寸相对于入射光轴而增大就能够控制配光特性。本发明的第三方式是一种具备杆状透镜的照明光学系统，该杆状透镜以其长度方向相对于来自光源的光的入射光轴倾斜的方式进行配置。根据本发明的第三方式，入射到杆状透镜的光通过在其弯曲的内面被反射，能够使光沿放射方向扩散，向与入射光轴交叉的方向射出。由此，能够实现径向的尺寸相对于入射光轴的小型化，并且提高配光特性。
在上述第三方式中，可以设为上述杆状透镜的上述光源侧的端面以相对于该杆状透镜的长度方向倾斜的方式形成。通过这样，能够容易地将杆状透镜的一个端面与引导来自光源的光的光导件等导光部件的前端面相连接。
在上述第三方式中，可以设为还具备导光部件，该导光部件被配置在上述光源与上述杆状透镜之间，将来自上述光源的光导向上述杆状透镜，该导光部件具有相对于该光轴倾斜地形成的前端面。通过这样，也能够与相对于中心轴倾斜地形成杆状透镜的一个端面时同样地，以使杆状透镜的中心轴倾斜于入射光轴的状态将杆状透镜与导光部件相连接。并且，对从杆状透镜射出的光施加射出导光部件时的折射效果。因而，能够更有效地控制配光。发明的效果根据本发明，能够提供一种适于广视角的观察光学系统的小型且配光特性优良的照明光学系统。
图I是本发明的第一实施方式所涉及的照明光学系统的整体结构图。图2是表示图I的照明光学系统的变形例的图。图3是本发明的第二实施方式所涉及的照明光学系统的整体结构图。图4是表示图3的照明光学系统的棱镜的变形例的图。图5是表示图3的照明光学系统的棱镜的另一个变形例的图。图6是表不图3的照明光学系统的变形例的图。图7是本发明的第三实施方式所涉及的照明光学系统的整体结构图。图8是表不图7的照明光学系统的变形例的图。图9是本发明的第一实施方式的实施例I所涉及的照明光学系统的整体结构图。图10是本发明的第一实施方式的实施例2所涉及的照明光学系统的整体结构图。图11是本发明的第一实施方式的实施例3所涉及的照明光学系统的整体结构图。图12是本发明的第一实施方式的实施例4所涉及的照明光学系统的整体结构图。图13是本发明的第一实施方式的实施例5所涉及的照明光学系统的整体结构图。图14是本发明的第一实施方式的实施例6所涉及的照明光学系统的整体结构图。图15是本发明的第一实施方式的实施例7所涉及的照明光学系统的整体结构图。图16是本发明的第一实施方式的实施例8所涉及的照明光学系统的整体结构图。图17是本发明的第二实施方式的实施例9所涉及的照明光学系统的整体结构图。图18是本发明的第二实施方式的实施例10所涉及的照明光学系统的整体结构图。图19是本发明的第二实施方式的实施例11所涉及的照明光学系统的整体结构图。图20是本发明的第二实施方式的实施例12所涉及的照明光学系统的整体结构图。图21是本发明的第二实施方式的实施例13所涉及的照明光学系统的整体结构图。图22是本发明的第二实施方式的实施例14所涉及的照明光学系统的整体结构图。图23是本发明的第二实施方式的实施例15所涉及的照明光学系统的整体结构图。图24是本发明的第二实施方式的实施例16所涉及的照明光学系统的整体结构图。图25是本发明的第三实施方式的实施例17所涉及的照明光学系统的整体结构图。图26是本发明的第三实施方式的实施例18所涉及的照明光学系统的整体结构图。图27是本发明的第三实施方式的实施例19所涉及的照明光学系统的整体结构图。图28是本发明的第三实施方式的实施例20所涉及的照明光学系统的整体结构图。 图29是本发明的第三实施方式的实施例21所涉及的照明光学系统的整体结构图。图30是本发明的第三实施方式的实施例22所涉及的照明光学系统的整体结构图。图31是本发明的第三实施方式的实施例23所涉及的照明光学系统的整体结构图。图32是表示图25的照明光学系统的变形例的图。
具体实施例方式下面，参照图I和图2对本发明的第一实施方式进行以下说明。如图I所示，本发明的第一实施方式所涉及的照明光学系统I具备被配置在光源侧的棱镜2和被配置在该棱镜2的射出面的外侧的透镜3。棱镜2具有入射面(透射面)2a，其朝向光源侧，以与来自光源的光的入射光轴垂直地交叉的方式进行配置；透射反射面2b，其与入射光轴倾斜地交叉；以及反射面2c，其与该透射反射面2b相向。透射反射面2b构成为，使其一部分面透射光并且使另一部分面反射光，以使沿着入射光轴从入射面2a入射的光反射向反射面2c，并透射在反射面2c被反射的光。反射面2c以使该反射面2c的法线与透射反射面2b的法线所成的角0满足20° ^ 9 ^45°的方式进行配置，更为优选的是以满足10° < 0 <30°的方式进行配置。此时，当0超过45°时，棱镜2形状变大，另外不满足全反射条件的光线增加而配光变差，因此是不优选的。另一方面，当0低于20°时，透射反射面2b的面积变大，因此开口变大，难以实现小型化，因此是不优选的。另外，棱镜2的相对于d线的折射率n满足I. 6彡n彡2. 2，更为优选的是满足1.65 ^ 2. O。通过将棱镜2配置在光路中使从光源到射出面为止的光学距离变大，因此容易产生向透镜3侧面等漏出的光。为了防止该情况，期望以某种程度的高折射率构成棱镜2而使空气当量光路长变短。当折射率n超过2. 2时，玻璃材料的成本变高，另外，蓝色的透射率下降，照明的颜色发生变化，因此是不优选的。另一方面，当折射率低于I. 6时，向透镜3侧面漏出的光增加，照明效率降低，因此是不优选的。
关于透镜3，使用具有正的焦距的正透镜或者具有负的焦距的负透镜。图I的透镜3是如下一种正透镜光源侧的面为球面，物体侧的面为平面。在透镜3为正透镜的情况下，形状因子S Fl满足0. 5 ^ SFl ^ I. 25，更为优选的是满足0.8< SFl ( I. 05。在此，SFl是(R1+R2)/(R1-R2)，Rl是透镜3的物体侧面3b的曲率半径，R2是透镜3的光源侧面3a的曲率半径。当SFl超过I. 25时，透镜3的光源侧的曲率过大而使得难以加工透镜3，或者物体侧面3b的曲率带来发散作用而无法进行有效的配光，因此是不优选的。另一方面，当SFl低于0. 5时，光源侧面3a的曲率过缓，无法进行有效的配光，或者，透镜3的直径尺寸变大，其结果是物体侧面3b的曲率变得过大，周边的配光特性发生劣化，因此是不优选的。另一方面，在透镜3为负透镜的情况下，其形状因子SF2满足0. 6 < SF2 ^ I. 25,更为优选的是满足0. 7 ^ SF2 ^ I. 05。在此，SF2是(R1+R2) / (R1-R2)，Rl是透镜3的物体侧面3b的曲率半径，R2是透镜3的光源侧面3a的曲率半径。
当SF2超过I. 05时，光源侧面3a的曲率变得过大而使得难以加工透镜3，或者物体侧面3b的曲率带来会聚作用而无法进行有效的配光，因此是不优选的。另一方面，当SF2低于0. 7时，光源侧面3a的曲率变得过缓而无法进行有效的配光，或者物体侧面3b的曲率变得过大而周边的配光特性发生劣化，因此是不优选的。针对以这种方式构成的照明光学系统I的作用，以用于内窥镜的情况为例进行说明。本实施方式所涉及的照明光学系统I被安装在内窥镜的前端部。照明光学系统I是将内窥镜所具备的照明装置、例如光导件的前端面与棱镜2的入射面2a相连接地进行配置，其中，该光导件与光源相连接，沿着长度方向配置在内窥镜的插入部内。此时，本实施方式所涉及的照明光学系统I能够与被配置在插入部内的另一个光导件和对插入部的前方进行照明的照明光学系统一起使用。这样,根据本实施方式，来自光源的光相对于插入部的正面向侧方射出，从而不仅能够对内窥镜的插入方向的前方进行照明，还能够对侧方进行充分照明。因而，具有以下优点即使是视角大的内窥镜，也能够对其广视野的足够大的区域进行照明。另外，还具有以下优点通过使用透镜3并恰当地设计其光学特性，能够恰当地控制配光。另外，具有以下优点通过将棱镜2的一个面构成为兼具透射和反射作用的透射反射面2b，来使棱镜2的形状变得简单，另外，通过在棱镜2的透射反射面2b的外侧生成的空间内配置透镜3，能够使照明光学系统I的尺寸变小。特别在内窥镜中，能够对侧方也进行照明并且减小前端部的直径尺寸，因此其为优选的。此外，在上述实施方式中，设为将透镜3配置在棱镜2的后级，但也可以代替该方式，而如图2所示那样将透镜3配置在棱镜2的前级。在这种情况下，透镜3优选为正透镜。通过这样，能够利用透镜3暂时会聚来自光源的光，防止光向棱镜2的侧面漏出。另外，在这种情况下，透镜3的形状因子SF3优选为-I. 2 ^ SF3 ^ 0. 2，更为优选的是-I. 05彡SF3彡O。在此，SF3是(R1+R2) / (R1-R2)，Rl是透镜3的物体侧面3b的曲率半径，R2是透镜3的光源侧面3a的曲率半径。通过这样，能够更为恰当地控制配光。当SF3超过0. 2时，正透镜3的光源侧面3a的曲率变得过大而漏出的光变多，或者物体侧面3b的曲率变得过缓而无法进行恰当的配光，因此是不优选的。另一方面。当SF3低于-I. 05时，正透镜3的光源侧面3a的曲率带来发散作用而棱镜2变大，或者物体侧面3b的曲率变得过大而使得难以加工透镜3，因此是不优选的。另外，在上述实施方式中，可以设为具备多个照明光学系统1，使各照明光学系统I的照射方向不同。例如，使各照明光学系统I的射出方向朝向半径方向外方，在内窥镜的前端部沿着圆周方向配置多个照明光学系统I。通过这样，例如当对圆筒的壁面进行照明时等，能够沿圆周方向均匀地进行照明。另外，在上述实施方式中，可以设为棱镜2的侧面具有反射作用。作为使棱镜2侧面具有反射作用的方法，期望一种对棱镜2侧面实施镜面镀膜的方法。
通过在光路中配置棱镜2，使从光源到射出光的透射反射面2b为止的光学距离变大，向透镜3侧面漏出的光增加。由此，期望使它们的侧面具有反射作用，以使不从除入射面2a和透射反射面2b的一部分之外的侧面漏出光。由此，能够有效利用光，提高照明效率。另外，在上述实施方式中，可以设为棱镜2的侧面具有扩散光的扩散作用。当光照到棱镜2的侧面时，由于反射方向由棱镜2的侧面的法线方向决定，因此容易在光学面与侧面的分界处发生配光不均。因此通过使棱镜2侧面具有扩散作用，能够减轻配光不均。在这种情况下，为了使侧面具有扩散作用，期望对侧面实施砂目加工。另外，作为在棱镜2的侧面扩散光的另一个方法，可以在棱镜2的物体侧配置具有扩散作用的部件。通过这样，也能够获得与使棱镜2的射出面具有扩散作用的情况相同的效果。在这种情况下，通过改变具有扩散作用的部件的扩散作用的特性，能够进行微妙的配光控制。另外，在上述实施方式中，可以设为棱镜2的透射反射面2b的一部分具有反射作用。有时从透射反射面2b射出的光中的一部分光不通过被配置在棱镜2的物体侧的透镜3。因而，使透射反射面2b的一部分具有反射作用，来使不入射到透镜3的光返回至棱镜2内部，由此能够有效地使用光。接着，参照图3至图6来说明本发明的第二实施方式所涉及的照明光学系统I。如图3所示，本实施方式所涉及的照明光学系统I具备大致圆柱状的棱镜4。棱镜4的一个端面4a与其中心轴垂直，另一个端面(面)4b相对于其中心轴倾斜地形成。棱镜4以一个端面(以下称为入射面。)4a在大致中心处与来自光源的光的入射光轴垂直地交叉的方式进行配置。另一个端面(以下称为倾斜面4b。)4b透射以规定角度以下的入射角度入射的光，且反射以比规定角度大的入射角度入射的光。在倾斜面4b被反射的光透过侧面4c。由此，棱镜4将来自光源的光分配给入射光轴的前方和侧方并射出。棱镜4的中心轴与倾斜面4b所成的角0 p满足20° ( 0p彡70°，更为优选的是满足35° ( 0p<6O°。倾斜面4b处的光的反射与透射的分配取决于相对于棱镜4的中心轴的角度。当0 P超过70°时，反射光的量过少，当0 p低于20°时，透射光的量过少，因此前方与侧方的配光的平衡被破坏，是不优选的。另外，棱镜4的折射率np满足I. 6彡np彡2. 2，更为优选的是满足I. 7彡np彡2. O。棱镜4的面处的光的反射与透射的分配还取决于棱镜4的折射率。通过这样，能够恰当地分配棱镜4的倾斜面4b处的反射光与透射光。当np超过2. 2时，反射光的分配过多，玻璃材料的成本变高，另外，存在蓝色的透射率减少而照明颜色改变等问题，是不优选的。另一方面，当np低于I. 6时，反射光的分配过少，是不优选的。针对以这种方式构成的照明光学系统I的作用，以用于内窥镜的情况为例进行以下说明。与第一实施方式同样地，本实施方式所涉及的照明光学系统I被配置在内窥镜的插入部的前端部内。经由光导件从光源引导过来的光入射到棱镜4内之后,一部分光在倾斜面4b被反射而对侧方进行照明，其它至少一部分光透过倾斜面4b而对前方进行照明。由此，具有以下优点即使内窥镜的视角变大，也能够对前方和侧方的宽广范围进行配光来对视野的足够大的范围进行照明。另外，在仅使用棱镜使光向侧方或者后方弯折的情况下，由于单独利用该棱镜不能对前方进行照明，因此需要另外构成用于对前方进行照明的照明光学系统。因而，构成部 件变多，不利于缩小尺寸。然而，根据本实施方式，能够使用一个棱镜4对前方和侧方进行照明，因此具有以下优点能够实现照明光学系统I的小型化，另外能够抑制制造成本。另外，通过使用其侧面4c具有曲率的圆柱状的棱镜4，能够使在侧面4c被反射的光被分配至放射方向。与此相对地，在单纯配置棱镜、例如以平面构成反射面的情况下，朝向放射方向的光的扩散少，如果像三角棱镜那样使侧面为平面的结构，则会产生配光不均等，使配光劣化。这样，根据本实施方式，具有以下优点，为简单的结构，并且对放射方向也能够有效地控制配光。此外，在上述实施方式中，可以设为棱镜4的侧面4c的一部分用平面来形成。例如，如图4所示，可以使棱镜4的一个侧面4c为平面，使光从该平面射出。另外，在上述实施方式中，可以设为棱镜4的侧面4c的一部分具有与其它部分不同的曲率。例如，如图5所示，将棱镜4的一个侧面4c设为凹面的圆柱形。此时，具有与其它部分不同的曲率的部分的形状可以是凸面，也可以是旋转对称的曲面、还可以是非球面。通过这样，能够对配光的微妙的特性进行控制。另外，在上述实施方式中，可以设为在倾斜面4b反射的光所射出的位置的侧面4c具有其它光学特性。特别是优选用平面来构成光的射出位置，由此使棱镜4受到冲击也很难碎裂。另外，在上述实施方式中，设为照明光学系统I具备一个棱镜4，但如图6所示，也可以设为在棱镜4的前级具备锥棒棱镜5。锥棒棱镜5是随着趋向一方而直径尺寸逐渐变大的锥台状的棱镜，具有圆形或多边形的横截面形状。锥棒棱镜5以使其中心轴与来自光源的光的入射光轴一致的方式进行配置。通过锥棒棱镜5使照明光学系统I的配光特性发生大的变化，因此期望恰当地设定锥棒棱镜5的结构。锥棒棱镜5的折射率nt优选满足I. 4 < nt < I. 8，更为优选的是满足I. 45 SntS 1.7。在锥棒棱镜5具有中心部与周边部折射率不同的包层结构的情况下，期望预先在某种程度上减小中心部的折射率。当折射率nt超过I. 8时，玻璃材料成本变高，或者透射率变低而光量降低，因此是不优选的。另一方面，当折射率nt低于I. 4时，不能充分获得折射效果，前方与侧方的配光的角度变得过窄，因此是不优选的。另外，锥棒棱镜5的长度Lt优选满足I. 0 < Din/Lt ( 6. 0，更为优选的是满足I. 2 ( Din/Lt ( 4. 5。在此，Lt是锥棒棱镜5的长度方向的长度，Din是锥棒棱镜5的入射面或者射出面中的最大直径或者最大对角长度。通过这样，能够在实现照明光学系统I的小型化的同时恰当地控制配光特性。当Din/Lt超过6. O时，锥棒棱镜5过长而难以实现小型化，当Din/Lt低于I. O时，锥棒棱镜5过短而不能获得恰当的配光，因此是不优选的。这样，通过在棱镜4的前级进一步配置锥棒棱镜5，能够更为恰当地控制配光特性。另外，在对棱镜面设置曲率来控制配光的情况下，为了确保结构长度、边缘厚度而导致尺寸大型化，但具有以下优点通过使用锥棒棱镜5，能够相对于入射光轴不增大径向上的尺寸，就实现配光的控制。在这种情况下，锥棒棱镜5相对于入射面在射出方向上可以逐渐变细，也可以逐渐变粗。为了提高画面周边部分的明亮度，优选使锥棒棱镜5在射出方向上逐渐变细。在 这种情况下，其入射面积Sin与射出面积Sout优选满足0. 025 ( Sout/Sin ( I. 0,更为优选的是满足0. I ( Sout/Sin ( 0. 65。通过这样，能够提高周边部分的明亮度。当Sout/Sin超过I. 0时，前方与侧方的配光的角度变得过窄，因此是不优选的。另一方面，当Sout/Sin低于0. 025时，配光扩展得超出需要，或者锥棒棱镜5的前端变得过细而使强度变弱，因此是不优选的。另一方面，为了提高画面中心部分的明亮度，优选使锥棒棱镜5在射出方向上逐渐变粗。在这种情况下，优选满足0. 025 ( Sin/Sout ( I. 0，更为优选的是满足0. 05 ( Sin/Souts^O. 7。通过这样,能够提高中心部分的明亮度。当Sin/Sout超过I. 0时,配光的角度扩展得超出需要，或者难以实现小型化，因此是不优选的。另一方面，当Sin/Sout低于
0.025时，前方与侧方的配光的角度变得过窄，因此是不优选的。另外，锥棒棱镜5可以是入射面和射出面的形状不同。当使用锥棒棱镜5时，期望减少光量损失。即，优选使锥棒状的入射面的形状为光源的射出形状，并且使射出面的形状为棱镜4的入射形状。由此，能够高效地利用光，同时也可以不增加多余的入射面积和射出面积，因此尺寸变小，还能够实现小型化。接着，参照图7和图8对本发明的第三实施方式所涉及的照明光学系统I进行说明。如图7所示，本实施方式所涉及的照明光学系统I具备杆状透镜6和被配置在该杆状透镜6的后级的透镜7。杆状透镜6的一个端面相对于其中心轴倾斜地形成。由此，当将一个端面(以下称为入射面。)6a与光导件8的前端面相连接时，杆状透镜6的中心轴相对于来自光源的光的入射光轴倾斜地进行配置。因而，通过杆状透镜6和透镜7的光相对于入射光轴向侧方射出。杆状透镜6的入射面6a的法线与另一个端面(以下称为射出面。)6b的法线所成的角0r满足3° ( 0r彡40°，更为优选的是满足5° ( 0 r彡30°。当0r超过40°时，能够进行配光的控制，但尺寸相对于来自光源的光的入射光轴在径向上变大，从而难以实现小型化。另一方面，当0 1■低于3°时，不能获得向侧方的充分的配光。另外，杆状透镜6的长度L满足I. 0彡L/Dr ^ 5.0,更为优选的是满足I. 2彡L/Dr ( 4. O。在此，L是杆状透镜6的中心的长度，Dr是杆状透镜6的入射面6a的直径尺寸。当L/Dr超过5. 0时，杆状透镜6变得过长而不能实现小型化。另一方面，当L/Dr低于I. 0时，杆状透镜6变得过短而不能充分获得杆状透镜6的内面反射的效果，不能控制配光。透镜7是正透镜，杆状透镜6的入射面6a的直径尺寸Din与透镜7的光源侧面的曲率半径Rl满足0. 35 ( Din/Rl ( I. 2，更为优选的是满足0. 5彡Din/Rl彡0. 9。当Din/Rl超过I. 2时，透镜7的曲率变得过大而难以加工，当Din/Rl低于0. 35时，配光的角度变
得过窄。另外，从杆状透镜6的入射面6a到透镜7的射出面为止的光轴上距离LI与杆状透镜6的入射面6a的直径尺寸Din满足I. 5 ( Ll/Din ^ 5.0,更为优选的是满足2. 5 ( LI/Din < 4. 5。当Ll/Din超过5. 0时，光学全长变得过长而难 以实现小型化，当Ll/Din低于
I.5时,不能高效地进行配光方向的转换。针对以这种方式构成的本实施方式所涉及的照明光学系统I的作用，以用于内窥镜的情况为例进行说明。与第一实施方式同样地，本实施方式所涉及的照明光学系统I被配置在内窥镜的插入部的前端部内。由此，来自光源的光相对于插入部的前方对侧方进行照射。此时，在使用棱镜等反射部件进行侧方方向的照明的情况下，向侧方或者后方等90°方向的弯折是容易的，但却难以向前方30°方向等的小角度的弯折。当利用棱镜进行光向小角度弯折时，棱镜的体积变大，或者变得难以控制配光。另外，在使光导件自身弯折来转换光的导光方向的情况下，也使径向的尺寸变大，或由于弯折而导致光导件的强度变寻層。对此，根据本实施方式所涉及的照明光学系统1，具有以下优点通过使杆状透镜6的入射面6a相对于入射光轴倾斜,能够使光在杆状透镜6内部以小角度进行反射,能够高效地使光偏转来对侧方进行照明。另外，还具有以下优点能够在将内窥镜的径向的尺寸抑制得较小的同时控制配光特性。在上述实施方式中，设为杆状透镜6的一个端面倾斜，但也可以代替该方式，如图8所示那样倾斜地形成光导件8的前端面。通过这样，对来自光源的光施加从光导件8射出时的折射效果，因此能够更为高效地控制配光。在这种情况下，光导件8的前端面与其长度方向所成的角0LG优选满足3° ( 0LG<3O°，更为优选的是满足5° ( 0LG<2O°。通过这样，能够抑制杆状透镜6相对于光导件8向径向突出的幅度，从而实现整体的小型化。当0LG超过30°时，不能实现小型化、或者光在光导件8的前端面被全反射，因此是不优选的，当0 LG低于3°时不能进行恰当的配光，因此是不优选的。另外，在使杆状透镜6的前端面倾斜的情况下，杆状透镜6的中心的长度L与光导件8的射出面的直径尺寸DLG优选满足I. 0 < L/DLG ( 5. 0，更为优选的是满足I. 2 < L/DLG < 4. O。通过这样，使光导件8的前端面倾斜来获得恰当的配光，并且能够进一步实现小型化。当L/DLG超过5. 0时，杆状透镜6变得过长而不能满足小型化，因此是不优选的。另一方面，当L/DLG低于I. 0时，不能获得恰当的配光，因此是不优选的。另外，在上述实施方式中，设为透镜7是正透镜，但也可以设为负透镜来代替正透镜。这样也能够通过恰当地选择透镜7的光学特性来对从杆状透镜6射出的光的配光进行更为恰当地控制。在这种情况下，杆状透镜6的入射面6a的直径尺寸Din与透镜7的光源侧面的曲率半径R2优选满足0. 3彡Din/R2 ( I. 5，更为优选的是满足0. 5彡Din/R2彡I. 2。当Din/R2超过I. 5时，负透镜7的曲率过小而难以加工，因此是不优选的。另一方面，当Din/R2低于0. 3时，向侧方的配光的角度变得过窄，因此是不优选的。另外，在透镜7使用负透镜的情况下，从杆状透镜6的入射面6a到透镜7的射出面为止的光轴上距离LI与杆状透镜6的入射面6a的直径尺寸Din满足I. 2 ( Ll/Din彡5. 0，更为优选的是满足I. 5 < Ll/Din < 3. 5。当Ll/Din超过5. 0时，光学全长变得过大而难以实现小型化，当Ll/Din低于I. 2时，不能高效地转换配光方向。另外，在上述实施方式中，设为照明光学系统I在杆状透镜6的后级具备一片正透镜7，但也可以具备两片正透镜来代替该一片正透镜。通过这样，能够更为精密地控制配光特性。在这种情况下，杆状透镜6的入射面6a的直径尺寸Din与两片正透镜的面中曲率最大的面的曲率半径R3优选满足0. 3 ( Din/R3 ( I. 5，更为优选的是满足0. 5 ( Din/ R3 < I. 2。当Din/R3超过I. 5时，透镜7的曲率变得过大而难以加工、或者为了确保边缘厚度使光学全长变大，不利于小型化，因此是不优选的。另一方面，当Din/R3低于0. 3时，向侧方的配光的角度变得过窄，因此是不优选的。并且，在将两片正透镜配置在杆状透镜6的后级的情况下，从杆状透镜6的入射面6a到正透镜的射出面为止的光轴上距离LI与Din优选满足I. 5 ( Ll/Din ( 7. 0，更为优选的是满足2 ( Ll/Din < 5. 5。通过这样，即使是配置了两片透镜的结构，也能够实现小型化。当Ll/Din超过7. 0时，光学全长变得过大而难以实现小型化，当Ll/Din低于I. 5时，不能高效地控制配光，因此是不优选的。此外，在第一和第三实施方式中使用的透镜3、7并不限定于上述正透镜或者负透镜，也包括透明的玻璃盖片、具备具有光学特性的面的其他部件等。实施例接着，参照图9至图16对上述第一实施方式的实施例I至实施例8进行以下说明。在本说明书所记载的透镜的面数据和所参照的附图中，r表示透镜的各面的曲率半径，d表示各透镜的面间隔，nd表示相对于d线的折射率，vd表示阿贝数，附加在r或者d的后面的编号表示面编号。r、d等的长度的单位是mm。针对偏心面，基于光学系统的原点设定该面的面顶位置的偏心量)将X轴方向、Y轴方向、Z轴方向分别设为x、y、z)和分别以该面的中心轴X轴、Y轴、Z轴为中心的倾斜角(分别为))。此外，a和@为正数意味着相对于各自的轴的正方向进行逆时针旋转，Y为正数意味着相对于Z轴的正方向进行顺时针旋转。另外,在构成各实施例的光学系统的光学作用面中，当特定的面和与之相接的面构成共轴光学系统时加设面间隔。(实施例I)如图9所示，实施例I所涉及的照明光学系统从光源侧起依次由棱镜和物体侧为平面的正透镜构成，其中，该棱镜具有第一透射面、第一反射面、第二反射面以及第二透射面。棱镜的各面为平面。另外，第一反射面和第二透射面是同时具有透射作用和反射作用的光学作用面。本实施例的规格支持焦距0. 788mm、(p I .2mm的光源。偏心表不以面编号
2为基准的偏心量。面数据
面编号 rd ndvd
1光源端面 0.000
2oo0.000 1.8830 40.76
3的0.000 1.8830 40.76
4Oo0.000 1.8830 40.76
5oo0.000 1.8830 40.76
6Oo0.200
I°°0.000
80.7001.500 1.8830 40.76
9OO
第3面偏心
X 0.000Y 0.000 Z 1.500
a -60.000P 0.000 j 0.000 第4面偏心
X 0.000Y -1.000 Z 2.077
a 90.000P 0.000 y 0.000 第5面偏心
X 0.000Y 0.000 Z 1.500
a -60.000p 0.000 y 0.000
第6面偏心
X 0.000Y -0.500 Z 2.366 a -60.000 p 0.000 y 0.000
(实施例2)如图10所示，实施例2所涉及的照明光学系统从光源侧起依次由棱镜和物体侧为平面的负透镜构成，其中，该棱镜具有第一透射面、第一反射面、第二反射面以及第二透射面。棱镜的各面为平面。第一反射面和第二透射面是同时具有透射作用和反射作用的光学作用面。本实施例的规格支持焦距-0.676_、中1.6111111的光源。构成参数中的偏心表示
以面编号2为基准的偏心量。
权利要求
1.ー种照明光学系统，具备 棱镜，其被配置在来自光源的光的入射光轴上；以及 至少ー个透镜，其被配置在该棱镜的前级或者后级， 其中，上述棱镜具有两个反射面， 该反射面中的至少ー个反射面是兼具透射和反射作用的透射反射面。
2.根据权利要求I所述的照明光学系统，其特征在干， 从上述光源侧起依次配置上述棱镜和上述至少ー个透镜， 上述棱镜使来自上述光源的光线依次通过透射面、上述透射反射面、上述反射面以及上述透射反射面。
3.根据权利要求I所述的照明光学系统，其特征在干， 上述透镜是正透镜，被配置在上述棱镜的前级。
4.ー种照明光学系统， 具备棱镜，该棱镜具有如下的面以与来自光源的光的入射光轴倾斜地交叉的方式进行配置，使沿着该入射光轴入射的光的一部分透过并射出，使上述光的其它至少一部分向与上述入射光轴交叉的方向偏转并射出。
5.根据权利要求4所述的照明光学系统，其特征在干， 上述棱镜是其中心轴沿着上述入射光轴的方向配置的大致圆柱状，被配置在与上述光源相反一侧的端面相对于上述中心轴倾斜地形成。
6.根据权利要求4所述的照明光学系统，其特征在干， 还具备锥台状的锥棒棱镜，该锥棒棱镜沿着上述入射光轴被配置在上述棱镜的前级。
7.ー种照明光学系统， 具备杆状透镜，该杆状透镜以其长度方向相对于来自光源的光的入射光轴倾斜的方式进行配置。
8.根据权利要求7所述的照明光学系统，其特征在干， 上述杆状透镜的上述光源侧的端面以相对于上述杆状透镜的长度方向倾斜的方式形成。
9.根据权利要求7所述的照明光学系统，其特征在干， 还具备导光部件，该导光部件被配置在上述光源与上述杆状透镜之间，将来自上述光源的光导向上述杆状透镜， 该导光部件具有相对于该光轴倾斜地形成的前端面。
全文摘要
提供一种能够进行侧方的照明、适于广视角的观察光学系统的小型且配光特性优良的照明光学系统。提供一种照明光学系统(1)，该照明光学系统(1)具备棱镜(2)，其被配置在入射光轴上，以及透镜(3)，其被配置在该棱镜(2)的前级或者后级，具有两个反射面(2b、2c)，该反射面(2b、2c)中的至少一个反射面是透射反射面(2b)。另外，提供一种具备棱镜的照明光学系统，该棱镜具有如下的面以与入射光轴倾斜地交叉的方式进行配置，使入射的光的一部分透过并射出，使光的其它至少一部分向与入射光轴交叉的方向偏转并射出。另外，提供一种具备杆状透镜的照明光学系统，该杆状透镜以其长度方向相对于入射光轴倾斜的方式进行配置。
文档编号G02B23/26GK102687059SQ201080044430
公开日2012年9月19日 申请日期2010年11月2日 优先权日2009年11月16日
发明者加茂裕二, 笹本勉, 高头英泰 申请人:奥林巴斯医疗株式会社
技术领域：
本发明涉及一种照明光学系统，特别是涉及一种适于内窥镜的照明光学系统。
背景技术：
内窥镜是广泛应用于医疗领域以及工业领域的装置。特别是在医疗领域中，内窥镜通过获取体腔内的图像而用于诊断观察部位。体腔内往往存在皱襞、隆起物，形状复杂。因此，在内窥镜的视野仅为行进方向的情况下，不能充分观察皱襞的里侧等。为了解决该问题，考虑了如下一种方法将内窥镜的物镜的视角变大来将观察范围扩展至侧方和后方。由此，管腔内部的大范围的观察变得容易。此时，需要在扩大视角的同时，将照明范围也扩大至侧方而对观察范围足够大的区域进行照明。作为侧方的照明方法，已知使光导件弯曲的方法(例如参照专利文献I)和利用反射部件使照明光偏转的方法 (例如参照专利文献2、3以及4)。专利文献I :日本专利第3791899号公报专利文献2 日本特开平8-286044号公报专利文献3 日本特开平6-138400号公报专利文献4 日本特开平6-34889号公报
发明内容
发明要解决的问题然而，在专利文献I的方法中，导致在使光导件弯曲的部分尺寸沿径向变大。并且，为了进行广视角的照明，不得不将弯折的角度变大。因而，在结构上不适于期望径向小型化的内窥镜。在专利文献2中，使用棱镜对侧方进行照明。然而，没有记载具体的光学系统的结构。另外，没有考虑配光，因此不清楚能否用于对侧方进行恰当地照明及观察。在专利文献3中，公开了一种通过光学元件的光焦度来考虑配光的照明光学系统。但是，该照明光学系统被设计为用于侧视型内窥镜，因此安装了该照明光学系统的内窥镜只能对侧方的一个方向进行照明。另外，存在以下问题由于光学元件的反射面大，因此在实现小型化这一点上不利。在专利文献4中，将照明系统的光路与摄影透镜共用来实现小型化。然而，必须将半透半反镜配置在摄影透镜系统的光路中，因此不利于实现整个装置的小型化。另外，配光取决于摄影透镜的结构，因此，难以恰当地控制配光。本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够进行侧方的照明、适于广视角的观察光学系统的小型且配光特性优良的照明光学系统。用于解决问题的方案为了达成上述目的，本发明提供以下手段。本发明的第一方式是一种照明光学系统，具备棱镜，其被配置在来自光源的光的入射光轴上，以及至少一个透镜，其被配置在该棱镜的前级或者后级，其中，上述棱镜具有两个反射面，该反射面中的至少一个反射面是兼具透射和反射作用的透射反射面。根据本发明的第一方式，通过使棱镜的一个面成为兼具透射和反射作用的透射反射面，能够将棱镜的尺寸抑制得较小，使来自光源的光相对于入射光轴向侧方偏转。另外，也可以在入射光轴上或者棱镜的透射反射面的外侧的空间配置透镜。由此，能够相对于入射光轴在径向上实现小型化。另外，利用被配置在棱镜的入射侧或者射出侧的透镜能够提高从棱镜射出的光的配光特性。在上述第一方式中，也可以从上述光源侧起依次配置上述棱镜和上述至少一个透镜，上述棱镜使来自上述光源的光线依次通过透射面、上述透射反射面、上述反射面以及上述透射反射面。通过这样，能够使棱镜的形状变得简单。在上述第一方式中，可以设为上述透镜为正透镜，被配置在上述棱镜的前级。 通过这样，能够利用透镜暂时会聚来自光源的光，因此能够防止从棱镜侧面漏出光，从而高效地利用光。本发明的第二方式是一种具备棱镜的照明光学系统，该棱镜具有如下的面以与来自光源的光的入射光轴倾斜地交叉的方式进行配置，使沿着该入射光轴入射的光的一部分透过并射出，使上述光的其它至少一部分向与上述入射光轴交叉的方向偏转并射出。根据本发明的第二方式，利用透过棱镜的面的光对前方进行照明，利用被面反射的光来对侧方进行照明。由此，能够对宽广的范围进行照明来提高配光特性。并且，以至少一个棱镜的部件少的结构就能够实现，因此能够实现小型化。在上述第二方式中，可以设为上述棱镜是其中心轴沿着上述入射光轴的方向进行配置的大致圆柱状，被配置在与上述光源相反一侧的端面相对于上述中心轴倾斜地形成。通过这样，当光在棱镜的内部被侧面反射时以及当光被与光源相反一侧的端面反 射而从侧面射出时，光也沿着放射方向扩散。由此，能够减轻配光不均，从而进一步提高了配光特性。在上述第二方式中，也可以设为还具备锥台状的锥棒棱镜，该锥棒棱镜沿着上述入射光轴被配置在上述棱镜的前级。锥棒棱镜的入射侧与射出侧的面积不同，能够使来自光源的光的特性发生变化。因而，从光源侧起依次配置锥棒棱镜、棱镜，由此不使径向的尺寸相对于入射光轴而增大就能够控制配光特性。本发明的第三方式是一种具备杆状透镜的照明光学系统，该杆状透镜以其长度方向相对于来自光源的光的入射光轴倾斜的方式进行配置。根据本发明的第三方式，入射到杆状透镜的光通过在其弯曲的内面被反射，能够使光沿放射方向扩散，向与入射光轴交叉的方向射出。由此，能够实现径向的尺寸相对于入射光轴的小型化，并且提高配光特性。
在上述第三方式中，可以设为上述杆状透镜的上述光源侧的端面以相对于该杆状透镜的长度方向倾斜的方式形成。通过这样，能够容易地将杆状透镜的一个端面与引导来自光源的光的光导件等导光部件的前端面相连接。
在上述第三方式中，可以设为还具备导光部件，该导光部件被配置在上述光源与上述杆状透镜之间，将来自上述光源的光导向上述杆状透镜，该导光部件具有相对于该光轴倾斜地形成的前端面。通过这样，也能够与相对于中心轴倾斜地形成杆状透镜的一个端面时同样地，以使杆状透镜的中心轴倾斜于入射光轴的状态将杆状透镜与导光部件相连接。并且，对从杆状透镜射出的光施加射出导光部件时的折射效果。因而，能够更有效地控制配光。发明的效果根据本发明，能够提供一种适于广视角的观察光学系统的小型且配光特性优良的照明光学系统。
图I是本发明的第一实施方式所涉及的照明光学系统的整体结构图。图2是表示图I的照明光学系统的变形例的图。图3是本发明的第二实施方式所涉及的照明光学系统的整体结构图。图4是表示图3的照明光学系统的棱镜的变形例的图。图5是表示图3的照明光学系统的棱镜的另一个变形例的图。图6是表不图3的照明光学系统的变形例的图。图7是本发明的第三实施方式所涉及的照明光学系统的整体结构图。图8是表不图7的照明光学系统的变形例的图。图9是本发明的第一实施方式的实施例I所涉及的照明光学系统的整体结构图。图10是本发明的第一实施方式的实施例2所涉及的照明光学系统的整体结构图。图11是本发明的第一实施方式的实施例3所涉及的照明光学系统的整体结构图。图12是本发明的第一实施方式的实施例4所涉及的照明光学系统的整体结构图。图13是本发明的第一实施方式的实施例5所涉及的照明光学系统的整体结构图。图14是本发明的第一实施方式的实施例6所涉及的照明光学系统的整体结构图。图15是本发明的第一实施方式的实施例7所涉及的照明光学系统的整体结构图。图16是本发明的第一实施方式的实施例8所涉及的照明光学系统的整体结构图。图17是本发明的第二实施方式的实施例9所涉及的照明光学系统的整体结构图。图18是本发明的第二实施方式的实施例10所涉及的照明光学系统的整体结构图。图19是本发明的第二实施方式的实施例11所涉及的照明光学系统的整体结构图。图20是本发明的第二实施方式的实施例12所涉及的照明光学系统的整体结构图。图21是本发明的第二实施方式的实施例13所涉及的照明光学系统的整体结构图。图22是本发明的第二实施方式的实施例14所涉及的照明光学系统的整体结构图。图23是本发明的第二实施方式的实施例15所涉及的照明光学系统的整体结构图。图24是本发明的第二实施方式的实施例16所涉及的照明光学系统的整体结构图。图25是本发明的第三实施方式的实施例17所涉及的照明光学系统的整体结构图。图26是本发明的第三实施方式的实施例18所涉及的照明光学系统的整体结构图。图27是本发明的第三实施方式的实施例19所涉及的照明光学系统的整体结构图。图28是本发明的第三实施方式的实施例20所涉及的照明光学系统的整体结构图。 图29是本发明的第三实施方式的实施例21所涉及的照明光学系统的整体结构图。图30是本发明的第三实施方式的实施例22所涉及的照明光学系统的整体结构图。图31是本发明的第三实施方式的实施例23所涉及的照明光学系统的整体结构图。图32是表示图25的照明光学系统的变形例的图。
具体实施例方式下面，参照图I和图2对本发明的第一实施方式进行以下说明。如图I所示，本发明的第一实施方式所涉及的照明光学系统I具备被配置在光源侧的棱镜2和被配置在该棱镜2的射出面的外侧的透镜3。棱镜2具有入射面(透射面)2a，其朝向光源侧，以与来自光源的光的入射光轴垂直地交叉的方式进行配置；透射反射面2b，其与入射光轴倾斜地交叉；以及反射面2c，其与该透射反射面2b相向。透射反射面2b构成为，使其一部分面透射光并且使另一部分面反射光，以使沿着入射光轴从入射面2a入射的光反射向反射面2c，并透射在反射面2c被反射的光。反射面2c以使该反射面2c的法线与透射反射面2b的法线所成的角0满足20° ^ 9 ^45°的方式进行配置，更为优选的是以满足10° < 0 <30°的方式进行配置。此时，当0超过45°时，棱镜2形状变大，另外不满足全反射条件的光线增加而配光变差，因此是不优选的。另一方面，当0低于20°时，透射反射面2b的面积变大，因此开口变大，难以实现小型化，因此是不优选的。另外，棱镜2的相对于d线的折射率n满足I. 6彡n彡2. 2，更为优选的是满足1.65 ^ 2. O。通过将棱镜2配置在光路中使从光源到射出面为止的光学距离变大，因此容易产生向透镜3侧面等漏出的光。为了防止该情况，期望以某种程度的高折射率构成棱镜2而使空气当量光路长变短。当折射率n超过2. 2时，玻璃材料的成本变高，另外，蓝色的透射率下降，照明的颜色发生变化，因此是不优选的。另一方面，当折射率低于I. 6时，向透镜3侧面漏出的光增加，照明效率降低，因此是不优选的。
关于透镜3，使用具有正的焦距的正透镜或者具有负的焦距的负透镜。图I的透镜3是如下一种正透镜光源侧的面为球面，物体侧的面为平面。在透镜3为正透镜的情况下，形状因子S Fl满足0. 5 ^ SFl ^ I. 25，更为优选的是满足0.8< SFl ( I. 05。在此，SFl是(R1+R2)/(R1-R2)，Rl是透镜3的物体侧面3b的曲率半径，R2是透镜3的光源侧面3a的曲率半径。当SFl超过I. 25时，透镜3的光源侧的曲率过大而使得难以加工透镜3，或者物体侧面3b的曲率带来发散作用而无法进行有效的配光，因此是不优选的。另一方面，当SFl低于0. 5时，光源侧面3a的曲率过缓，无法进行有效的配光，或者，透镜3的直径尺寸变大，其结果是物体侧面3b的曲率变得过大，周边的配光特性发生劣化，因此是不优选的。另一方面，在透镜3为负透镜的情况下，其形状因子SF2满足0. 6 < SF2 ^ I. 25,更为优选的是满足0. 7 ^ SF2 ^ I. 05。在此，SF2是(R1+R2) / (R1-R2)，Rl是透镜3的物体侧面3b的曲率半径，R2是透镜3的光源侧面3a的曲率半径。
当SF2超过I. 05时，光源侧面3a的曲率变得过大而使得难以加工透镜3，或者物体侧面3b的曲率带来会聚作用而无法进行有效的配光，因此是不优选的。另一方面，当SF2低于0. 7时，光源侧面3a的曲率变得过缓而无法进行有效的配光，或者物体侧面3b的曲率变得过大而周边的配光特性发生劣化，因此是不优选的。针对以这种方式构成的照明光学系统I的作用，以用于内窥镜的情况为例进行说明。本实施方式所涉及的照明光学系统I被安装在内窥镜的前端部。照明光学系统I是将内窥镜所具备的照明装置、例如光导件的前端面与棱镜2的入射面2a相连接地进行配置，其中，该光导件与光源相连接，沿着长度方向配置在内窥镜的插入部内。此时，本实施方式所涉及的照明光学系统I能够与被配置在插入部内的另一个光导件和对插入部的前方进行照明的照明光学系统一起使用。这样,根据本实施方式，来自光源的光相对于插入部的正面向侧方射出，从而不仅能够对内窥镜的插入方向的前方进行照明，还能够对侧方进行充分照明。因而，具有以下优点即使是视角大的内窥镜，也能够对其广视野的足够大的区域进行照明。另外，还具有以下优点通过使用透镜3并恰当地设计其光学特性，能够恰当地控制配光。另外，具有以下优点通过将棱镜2的一个面构成为兼具透射和反射作用的透射反射面2b，来使棱镜2的形状变得简单，另外，通过在棱镜2的透射反射面2b的外侧生成的空间内配置透镜3，能够使照明光学系统I的尺寸变小。特别在内窥镜中，能够对侧方也进行照明并且减小前端部的直径尺寸，因此其为优选的。此外，在上述实施方式中，设为将透镜3配置在棱镜2的后级，但也可以代替该方式，而如图2所示那样将透镜3配置在棱镜2的前级。在这种情况下，透镜3优选为正透镜。通过这样，能够利用透镜3暂时会聚来自光源的光，防止光向棱镜2的侧面漏出。另外，在这种情况下，透镜3的形状因子SF3优选为-I. 2 ^ SF3 ^ 0. 2，更为优选的是-I. 05彡SF3彡O。在此，SF3是(R1+R2) / (R1-R2)，Rl是透镜3的物体侧面3b的曲率半径，R2是透镜3的光源侧面3a的曲率半径。通过这样，能够更为恰当地控制配光。当SF3超过0. 2时，正透镜3的光源侧面3a的曲率变得过大而漏出的光变多，或者物体侧面3b的曲率变得过缓而无法进行恰当的配光，因此是不优选的。另一方面。当SF3低于-I. 05时，正透镜3的光源侧面3a的曲率带来发散作用而棱镜2变大，或者物体侧面3b的曲率变得过大而使得难以加工透镜3，因此是不优选的。另外，在上述实施方式中，可以设为具备多个照明光学系统1，使各照明光学系统I的照射方向不同。例如，使各照明光学系统I的射出方向朝向半径方向外方，在内窥镜的前端部沿着圆周方向配置多个照明光学系统I。通过这样，例如当对圆筒的壁面进行照明时等，能够沿圆周方向均匀地进行照明。另外，在上述实施方式中，可以设为棱镜2的侧面具有反射作用。作为使棱镜2侧面具有反射作用的方法，期望一种对棱镜2侧面实施镜面镀膜的方法。
通过在光路中配置棱镜2，使从光源到射出光的透射反射面2b为止的光学距离变大，向透镜3侧面漏出的光增加。由此，期望使它们的侧面具有反射作用，以使不从除入射面2a和透射反射面2b的一部分之外的侧面漏出光。由此，能够有效利用光，提高照明效率。另外，在上述实施方式中，可以设为棱镜2的侧面具有扩散光的扩散作用。当光照到棱镜2的侧面时，由于反射方向由棱镜2的侧面的法线方向决定，因此容易在光学面与侧面的分界处发生配光不均。因此通过使棱镜2侧面具有扩散作用，能够减轻配光不均。在这种情况下，为了使侧面具有扩散作用，期望对侧面实施砂目加工。另外，作为在棱镜2的侧面扩散光的另一个方法，可以在棱镜2的物体侧配置具有扩散作用的部件。通过这样，也能够获得与使棱镜2的射出面具有扩散作用的情况相同的效果。在这种情况下，通过改变具有扩散作用的部件的扩散作用的特性，能够进行微妙的配光控制。另外，在上述实施方式中，可以设为棱镜2的透射反射面2b的一部分具有反射作用。有时从透射反射面2b射出的光中的一部分光不通过被配置在棱镜2的物体侧的透镜3。因而，使透射反射面2b的一部分具有反射作用，来使不入射到透镜3的光返回至棱镜2内部，由此能够有效地使用光。接着，参照图3至图6来说明本发明的第二实施方式所涉及的照明光学系统I。如图3所示，本实施方式所涉及的照明光学系统I具备大致圆柱状的棱镜4。棱镜4的一个端面4a与其中心轴垂直，另一个端面(面)4b相对于其中心轴倾斜地形成。棱镜4以一个端面(以下称为入射面。)4a在大致中心处与来自光源的光的入射光轴垂直地交叉的方式进行配置。另一个端面(以下称为倾斜面4b。)4b透射以规定角度以下的入射角度入射的光，且反射以比规定角度大的入射角度入射的光。在倾斜面4b被反射的光透过侧面4c。由此，棱镜4将来自光源的光分配给入射光轴的前方和侧方并射出。棱镜4的中心轴与倾斜面4b所成的角0 p满足20° ( 0p彡70°，更为优选的是满足35° ( 0p<6O°。倾斜面4b处的光的反射与透射的分配取决于相对于棱镜4的中心轴的角度。当0 P超过70°时，反射光的量过少，当0 p低于20°时，透射光的量过少，因此前方与侧方的配光的平衡被破坏，是不优选的。另外，棱镜4的折射率np满足I. 6彡np彡2. 2，更为优选的是满足I. 7彡np彡2. O。棱镜4的面处的光的反射与透射的分配还取决于棱镜4的折射率。通过这样，能够恰当地分配棱镜4的倾斜面4b处的反射光与透射光。当np超过2. 2时，反射光的分配过多，玻璃材料的成本变高，另外，存在蓝色的透射率减少而照明颜色改变等问题，是不优选的。另一方面，当np低于I. 6时，反射光的分配过少，是不优选的。针对以这种方式构成的照明光学系统I的作用，以用于内窥镜的情况为例进行以下说明。与第一实施方式同样地，本实施方式所涉及的照明光学系统I被配置在内窥镜的插入部的前端部内。经由光导件从光源引导过来的光入射到棱镜4内之后,一部分光在倾斜面4b被反射而对侧方进行照明，其它至少一部分光透过倾斜面4b而对前方进行照明。由此，具有以下优点即使内窥镜的视角变大，也能够对前方和侧方的宽广范围进行配光来对视野的足够大的范围进行照明。另外，在仅使用棱镜使光向侧方或者后方弯折的情况下，由于单独利用该棱镜不能对前方进行照明，因此需要另外构成用于对前方进行照明的照明光学系统。因而，构成部 件变多，不利于缩小尺寸。然而，根据本实施方式，能够使用一个棱镜4对前方和侧方进行照明，因此具有以下优点能够实现照明光学系统I的小型化，另外能够抑制制造成本。另外，通过使用其侧面4c具有曲率的圆柱状的棱镜4，能够使在侧面4c被反射的光被分配至放射方向。与此相对地，在单纯配置棱镜、例如以平面构成反射面的情况下，朝向放射方向的光的扩散少，如果像三角棱镜那样使侧面为平面的结构，则会产生配光不均等，使配光劣化。这样，根据本实施方式，具有以下优点，为简单的结构，并且对放射方向也能够有效地控制配光。此外，在上述实施方式中，可以设为棱镜4的侧面4c的一部分用平面来形成。例如，如图4所示，可以使棱镜4的一个侧面4c为平面，使光从该平面射出。另外，在上述实施方式中，可以设为棱镜4的侧面4c的一部分具有与其它部分不同的曲率。例如，如图5所示，将棱镜4的一个侧面4c设为凹面的圆柱形。此时，具有与其它部分不同的曲率的部分的形状可以是凸面，也可以是旋转对称的曲面、还可以是非球面。通过这样，能够对配光的微妙的特性进行控制。另外，在上述实施方式中，可以设为在倾斜面4b反射的光所射出的位置的侧面4c具有其它光学特性。特别是优选用平面来构成光的射出位置，由此使棱镜4受到冲击也很难碎裂。另外，在上述实施方式中，设为照明光学系统I具备一个棱镜4，但如图6所示，也可以设为在棱镜4的前级具备锥棒棱镜5。锥棒棱镜5是随着趋向一方而直径尺寸逐渐变大的锥台状的棱镜，具有圆形或多边形的横截面形状。锥棒棱镜5以使其中心轴与来自光源的光的入射光轴一致的方式进行配置。通过锥棒棱镜5使照明光学系统I的配光特性发生大的变化，因此期望恰当地设定锥棒棱镜5的结构。锥棒棱镜5的折射率nt优选满足I. 4 < nt < I. 8，更为优选的是满足I. 45 SntS 1.7。在锥棒棱镜5具有中心部与周边部折射率不同的包层结构的情况下，期望预先在某种程度上减小中心部的折射率。当折射率nt超过I. 8时，玻璃材料成本变高，或者透射率变低而光量降低，因此是不优选的。另一方面，当折射率nt低于I. 4时，不能充分获得折射效果，前方与侧方的配光的角度变得过窄，因此是不优选的。另外，锥棒棱镜5的长度Lt优选满足I. 0 < Din/Lt ( 6. 0，更为优选的是满足I. 2 ( Din/Lt ( 4. 5。在此，Lt是锥棒棱镜5的长度方向的长度，Din是锥棒棱镜5的入射面或者射出面中的最大直径或者最大对角长度。通过这样，能够在实现照明光学系统I的小型化的同时恰当地控制配光特性。当Din/Lt超过6. O时，锥棒棱镜5过长而难以实现小型化，当Din/Lt低于I. O时，锥棒棱镜5过短而不能获得恰当的配光，因此是不优选的。这样，通过在棱镜4的前级进一步配置锥棒棱镜5，能够更为恰当地控制配光特性。另外，在对棱镜面设置曲率来控制配光的情况下，为了确保结构长度、边缘厚度而导致尺寸大型化，但具有以下优点通过使用锥棒棱镜5，能够相对于入射光轴不增大径向上的尺寸，就实现配光的控制。在这种情况下，锥棒棱镜5相对于入射面在射出方向上可以逐渐变细，也可以逐渐变粗。为了提高画面周边部分的明亮度，优选使锥棒棱镜5在射出方向上逐渐变细。在 这种情况下，其入射面积Sin与射出面积Sout优选满足0. 025 ( Sout/Sin ( I. 0,更为优选的是满足0. I ( Sout/Sin ( 0. 65。通过这样，能够提高周边部分的明亮度。当Sout/Sin超过I. 0时，前方与侧方的配光的角度变得过窄，因此是不优选的。另一方面，当Sout/Sin低于0. 025时，配光扩展得超出需要，或者锥棒棱镜5的前端变得过细而使强度变弱，因此是不优选的。另一方面，为了提高画面中心部分的明亮度，优选使锥棒棱镜5在射出方向上逐渐变粗。在这种情况下，优选满足0. 025 ( Sin/Sout ( I. 0，更为优选的是满足0. 05 ( Sin/Souts^O. 7。通过这样,能够提高中心部分的明亮度。当Sin/Sout超过I. 0时,配光的角度扩展得超出需要，或者难以实现小型化，因此是不优选的。另一方面，当Sin/Sout低于
0.025时，前方与侧方的配光的角度变得过窄，因此是不优选的。另外，锥棒棱镜5可以是入射面和射出面的形状不同。当使用锥棒棱镜5时，期望减少光量损失。即，优选使锥棒状的入射面的形状为光源的射出形状，并且使射出面的形状为棱镜4的入射形状。由此，能够高效地利用光，同时也可以不增加多余的入射面积和射出面积，因此尺寸变小，还能够实现小型化。接着，参照图7和图8对本发明的第三实施方式所涉及的照明光学系统I进行说明。如图7所示，本实施方式所涉及的照明光学系统I具备杆状透镜6和被配置在该杆状透镜6的后级的透镜7。杆状透镜6的一个端面相对于其中心轴倾斜地形成。由此，当将一个端面(以下称为入射面。)6a与光导件8的前端面相连接时，杆状透镜6的中心轴相对于来自光源的光的入射光轴倾斜地进行配置。因而，通过杆状透镜6和透镜7的光相对于入射光轴向侧方射出。杆状透镜6的入射面6a的法线与另一个端面(以下称为射出面。)6b的法线所成的角0r满足3° ( 0r彡40°，更为优选的是满足5° ( 0 r彡30°。当0r超过40°时，能够进行配光的控制，但尺寸相对于来自光源的光的入射光轴在径向上变大，从而难以实现小型化。另一方面，当0 1■低于3°时，不能获得向侧方的充分的配光。另外，杆状透镜6的长度L满足I. 0彡L/Dr ^ 5.0,更为优选的是满足I. 2彡L/Dr ( 4. O。在此，L是杆状透镜6的中心的长度，Dr是杆状透镜6的入射面6a的直径尺寸。当L/Dr超过5. 0时，杆状透镜6变得过长而不能实现小型化。另一方面，当L/Dr低于I. 0时，杆状透镜6变得过短而不能充分获得杆状透镜6的内面反射的效果，不能控制配光。透镜7是正透镜，杆状透镜6的入射面6a的直径尺寸Din与透镜7的光源侧面的曲率半径Rl满足0. 35 ( Din/Rl ( I. 2，更为优选的是满足0. 5彡Din/Rl彡0. 9。当Din/Rl超过I. 2时，透镜7的曲率变得过大而难以加工，当Din/Rl低于0. 35时，配光的角度变
得过窄。另外，从杆状透镜6的入射面6a到透镜7的射出面为止的光轴上距离LI与杆状透镜6的入射面6a的直径尺寸Din满足I. 5 ( Ll/Din ^ 5.0,更为优选的是满足2. 5 ( LI/Din < 4. 5。当Ll/Din超过5. 0时，光学全长变得过长而难 以实现小型化，当Ll/Din低于
I.5时,不能高效地进行配光方向的转换。针对以这种方式构成的本实施方式所涉及的照明光学系统I的作用，以用于内窥镜的情况为例进行说明。与第一实施方式同样地，本实施方式所涉及的照明光学系统I被配置在内窥镜的插入部的前端部内。由此，来自光源的光相对于插入部的前方对侧方进行照射。此时，在使用棱镜等反射部件进行侧方方向的照明的情况下，向侧方或者后方等90°方向的弯折是容易的，但却难以向前方30°方向等的小角度的弯折。当利用棱镜进行光向小角度弯折时，棱镜的体积变大，或者变得难以控制配光。另外，在使光导件自身弯折来转换光的导光方向的情况下，也使径向的尺寸变大，或由于弯折而导致光导件的强度变寻層。对此，根据本实施方式所涉及的照明光学系统1，具有以下优点通过使杆状透镜6的入射面6a相对于入射光轴倾斜,能够使光在杆状透镜6内部以小角度进行反射,能够高效地使光偏转来对侧方进行照明。另外，还具有以下优点能够在将内窥镜的径向的尺寸抑制得较小的同时控制配光特性。在上述实施方式中，设为杆状透镜6的一个端面倾斜，但也可以代替该方式，如图8所示那样倾斜地形成光导件8的前端面。通过这样，对来自光源的光施加从光导件8射出时的折射效果，因此能够更为高效地控制配光。在这种情况下，光导件8的前端面与其长度方向所成的角0LG优选满足3° ( 0LG<3O°，更为优选的是满足5° ( 0LG<2O°。通过这样，能够抑制杆状透镜6相对于光导件8向径向突出的幅度，从而实现整体的小型化。当0LG超过30°时，不能实现小型化、或者光在光导件8的前端面被全反射，因此是不优选的，当0 LG低于3°时不能进行恰当的配光，因此是不优选的。另外，在使杆状透镜6的前端面倾斜的情况下，杆状透镜6的中心的长度L与光导件8的射出面的直径尺寸DLG优选满足I. 0 < L/DLG ( 5. 0，更为优选的是满足I. 2 < L/DLG < 4. O。通过这样，使光导件8的前端面倾斜来获得恰当的配光，并且能够进一步实现小型化。当L/DLG超过5. 0时，杆状透镜6变得过长而不能满足小型化，因此是不优选的。另一方面，当L/DLG低于I. 0时，不能获得恰当的配光，因此是不优选的。另外，在上述实施方式中，设为透镜7是正透镜，但也可以设为负透镜来代替正透镜。这样也能够通过恰当地选择透镜7的光学特性来对从杆状透镜6射出的光的配光进行更为恰当地控制。在这种情况下，杆状透镜6的入射面6a的直径尺寸Din与透镜7的光源侧面的曲率半径R2优选满足0. 3彡Din/R2 ( I. 5，更为优选的是满足0. 5彡Din/R2彡I. 2。当Din/R2超过I. 5时，负透镜7的曲率过小而难以加工，因此是不优选的。另一方面，当Din/R2低于0. 3时，向侧方的配光的角度变得过窄，因此是不优选的。另外，在透镜7使用负透镜的情况下，从杆状透镜6的入射面6a到透镜7的射出面为止的光轴上距离LI与杆状透镜6的入射面6a的直径尺寸Din满足I. 2 ( Ll/Din彡5. 0，更为优选的是满足I. 5 < Ll/Din < 3. 5。当Ll/Din超过5. 0时，光学全长变得过大而难以实现小型化，当Ll/Din低于I. 2时，不能高效地转换配光方向。另外，在上述实施方式中，设为照明光学系统I在杆状透镜6的后级具备一片正透镜7，但也可以具备两片正透镜来代替该一片正透镜。通过这样，能够更为精密地控制配光特性。在这种情况下，杆状透镜6的入射面6a的直径尺寸Din与两片正透镜的面中曲率最大的面的曲率半径R3优选满足0. 3 ( Din/R3 ( I. 5，更为优选的是满足0. 5 ( Din/ R3 < I. 2。当Din/R3超过I. 5时，透镜7的曲率变得过大而难以加工、或者为了确保边缘厚度使光学全长变大，不利于小型化，因此是不优选的。另一方面，当Din/R3低于0. 3时，向侧方的配光的角度变得过窄，因此是不优选的。并且，在将两片正透镜配置在杆状透镜6的后级的情况下，从杆状透镜6的入射面6a到正透镜的射出面为止的光轴上距离LI与Din优选满足I. 5 ( Ll/Din ( 7. 0，更为优选的是满足2 ( Ll/Din < 5. 5。通过这样，即使是配置了两片透镜的结构，也能够实现小型化。当Ll/Din超过7. 0时，光学全长变得过大而难以实现小型化，当Ll/Din低于I. 5时，不能高效地控制配光，因此是不优选的。此外，在第一和第三实施方式中使用的透镜3、7并不限定于上述正透镜或者负透镜，也包括透明的玻璃盖片、具备具有光学特性的面的其他部件等。实施例接着，参照图9至图16对上述第一实施方式的实施例I至实施例8进行以下说明。在本说明书所记载的透镜的面数据和所参照的附图中，r表示透镜的各面的曲率半径，d表示各透镜的面间隔，nd表示相对于d线的折射率，vd表示阿贝数，附加在r或者d的后面的编号表示面编号。r、d等的长度的单位是mm。针对偏心面，基于光学系统的原点设定该面的面顶位置的偏心量)将X轴方向、Y轴方向、Z轴方向分别设为x、y、z)和分别以该面的中心轴X轴、Y轴、Z轴为中心的倾斜角(分别为))。此外，a和@为正数意味着相对于各自的轴的正方向进行逆时针旋转，Y为正数意味着相对于Z轴的正方向进行顺时针旋转。另外,在构成各实施例的光学系统的光学作用面中，当特定的面和与之相接的面构成共轴光学系统时加设面间隔。(实施例I)如图9所示，实施例I所涉及的照明光学系统从光源侧起依次由棱镜和物体侧为平面的正透镜构成，其中，该棱镜具有第一透射面、第一反射面、第二反射面以及第二透射面。棱镜的各面为平面。另外，第一反射面和第二透射面是同时具有透射作用和反射作用的光学作用面。本实施例的规格支持焦距0. 788mm、(p I .2mm的光源。偏心表不以面编号
2为基准的偏心量。面数据
面编号 rd ndvd
1光源端面 0.000
2oo0.000 1.8830 40.76
3的0.000 1.8830 40.76
4Oo0.000 1.8830 40.76
5oo0.000 1.8830 40.76
6Oo0.200
I°°0.000
80.7001.500 1.8830 40.76
9OO
第3面偏心
X 0.000Y 0.000 Z 1.500
a -60.000P 0.000 j 0.000 第4面偏心
X 0.000Y -1.000 Z 2.077
a 90.000P 0.000 y 0.000 第5面偏心
X 0.000Y 0.000 Z 1.500
a -60.000p 0.000 y 0.000
第6面偏心
X 0.000Y -0.500 Z 2.366 a -60.000 p 0.000 y 0.000
(实施例2)如图10所示，实施例2所涉及的照明光学系统从光源侧起依次由棱镜和物体侧为平面的负透镜构成，其中，该棱镜具有第一透射面、第一反射面、第二反射面以及第二透射面。棱镜的各面为平面。第一反射面和第二透射面是同时具有透射作用和反射作用的光学作用面。本实施例的规格支持焦距-0.676_、中1.6111111的光源。构成参数中的偏心表示
以面编号2为基准的偏心量。
权利要求
1.ー种照明光学系统，具备 棱镜，其被配置在来自光源的光的入射光轴上；以及 至少ー个透镜，其被配置在该棱镜的前级或者后级， 其中，上述棱镜具有两个反射面， 该反射面中的至少ー个反射面是兼具透射和反射作用的透射反射面。
2.根据权利要求I所述的照明光学系统，其特征在干， 从上述光源侧起依次配置上述棱镜和上述至少ー个透镜， 上述棱镜使来自上述光源的光线依次通过透射面、上述透射反射面、上述反射面以及上述透射反射面。
3.根据权利要求I所述的照明光学系统，其特征在干， 上述透镜是正透镜，被配置在上述棱镜的前级。
4.ー种照明光学系统， 具备棱镜，该棱镜具有如下的面以与来自光源的光的入射光轴倾斜地交叉的方式进行配置，使沿着该入射光轴入射的光的一部分透过并射出，使上述光的其它至少一部分向与上述入射光轴交叉的方向偏转并射出。
5.根据权利要求4所述的照明光学系统，其特征在干， 上述棱镜是其中心轴沿着上述入射光轴的方向配置的大致圆柱状，被配置在与上述光源相反一侧的端面相对于上述中心轴倾斜地形成。
6.根据权利要求4所述的照明光学系统，其特征在干， 还具备锥台状的锥棒棱镜，该锥棒棱镜沿着上述入射光轴被配置在上述棱镜的前级。
7.ー种照明光学系统， 具备杆状透镜，该杆状透镜以其长度方向相对于来自光源的光的入射光轴倾斜的方式进行配置。
8.根据权利要求7所述的照明光学系统，其特征在干， 上述杆状透镜的上述光源侧的端面以相对于上述杆状透镜的长度方向倾斜的方式形成。
9.根据权利要求7所述的照明光学系统，其特征在干， 还具备导光部件，该导光部件被配置在上述光源与上述杆状透镜之间，将来自上述光源的光导向上述杆状透镜， 该导光部件具有相对于该光轴倾斜地形成的前端面。
全文摘要
提供一种能够进行侧方的照明、适于广视角的观察光学系统的小型且配光特性优良的照明光学系统。提供一种照明光学系统(1)，该照明光学系统(1)具备棱镜(2)，其被配置在入射光轴上，以及透镜(3)，其被配置在该棱镜(2)的前级或者后级，具有两个反射面(2b、2c)，该反射面(2b、2c)中的至少一个反射面是透射反射面(2b)。另外，提供一种具备棱镜的照明光学系统，该棱镜具有如下的面以与入射光轴倾斜地交叉的方式进行配置，使入射的光的一部分透过并射出，使光的其它至少一部分向与入射光轴交叉的方向偏转并射出。另外，提供一种具备杆状透镜的照明光学系统，该杆状透镜以其长度方向相对于入射光轴倾斜的方式进行配置。
文档编号G02B23/26GK102687059SQ201080044430
公开日2012年9月19日 申请日期2010年11月2日 优先权日2009年11月16日
发明者加茂裕二, 笹本勉, 高头英泰 申请人:奥林巴斯医疗株式会社
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