用于内窥镜的照明光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于内窥镜的照明光学系统。
【背景技术】
[0002] 已知这样的内窥镜:其配置为将光分布窗口和观察窗口设置于内窥镜的插入管的 尖端部分，用于对观察目标区域进行照明的照明光经由所述光分布窗口射出，从观察目标 区域反射的照明光经由所述观察窗口而被接收。该类型的内窥镜的插入管形成为弹性管的 形状，并且用于将照明光引至尖端部分的光导（light guide)设置于插入管的内部。在观察 窗口中设置有物镜，并且从观察目标区域反射的物体光借由物镜而由图像获取装置(例如 CCD，电荷耦合器件装置)接收。对由图像获取装置接收的物体光进行信号处理并且将其在 监视器上显示为获取的图像。结果是，内窥镜的操作者可以在观察显示于监视器上的图像 的同时操作内窥镜。
[0003] -般而言，作为其上显示图像的监视器，会使用具有横向较长的长宽比（例如，4:3 或16:9)的监视器。因此，如果从光导发射的照明光的发射光分布的长宽比与监视器的长宽 比不一致，则由于对未显示于监视器上的区域进行了照明，因而不能高效地使用整个监视 器屏幕，或者图像的亮度将会降低。
[0004] 日本专利临时公开第2009-207529A号（下文称为专利文件1)描述了能够获取明亮 图像的内窥镜。专利文件1描述的内窥镜包括在内窥镜的插入管中的环状光导，并且在插入 管的尖端部分设置有透明盖帽。从光导发射的照明光经由盖帽的内部传播，并且从尖端部 分发射出去。围绕盖帽的边缘形成有倾斜表面，并且该倾斜表面用作凸透镜。因此，经由盖 帽的内部传播并且穿过倾斜表面的照明光以集聚状态从尖端部分射出。结果是，可以避免 照明光散射。
[0005] 日本专利公开第4704386号（下文中称为专利文件2)描述了这样一种内窥镜:其包 括具有出口端面的光导，该出口端面的横截面形状沿着左右方向和纵向方向具有不同的长 度（即，椭圆形）。在专利文件2的内窥镜的插入管的尖端部分处设置有透明盖帽。在对应于 光导的出口端面的透明盖帽的位置处，设置有形成为凹陷形状以对传输的照明光进行散射 的光散射部件。与光导的出口端面的横截面形状一致，光散射部件沿着左右方向和纵向方 向具有不同的长度，并且所述光散射部件具有依据长度而改变的负折射率。因此，可以改变 沿着左右方向和纵向方向的照明光的散射程度，从而可以使照明光的强度分布接近于监视 器的长宽比。
【发明内容】
[0006] 由于在专利文件1所描述的内窥镜中将环形纤维用作光导，所以发出的照明光的 强度分布变为沿着左右方向和纵向方向具有1:1比例的圆形或环形。因此，当使用具有横向 较长的长宽比的监视器时，在屏幕上左端和右端的照明光的量会变得较小，或者会对沿着 纵向方向在屏幕外的区域进行无用的照明。在此情况下，无法高效地使用照明光。另外，由 于使用环形纤维，所以插入管的尖端部分的直径依据纤维形状而确定，因此难以减小尖端 部分的直径。
[0007] 由于在专利文件2中描述的内窥镜在插入管的尖端部分处设置有沿着纵向方向和 沿着左右方向具有不同的屈光率的光散射部件，所以可以使发出的照明光的强度分布接近 监视器的长宽比。但是，存在这样的问题，由于光散射部件形成为与尖端部分的中心同轴的 环形，对于相对于插入管的中心设置于左侧和右侧的光导，相对于沿着左右方向的折射率， 光散射部件沿着纵向方向的折射率非常小，因此，沿着纵向方向几乎没有散射效应。光散射 部件的散射效应是由透镜形状的表面的曲率和光散射部件的折射指数确定的，因此存在无 法实现足够的光散射效应的情况。另外，存在这样的情况：由光散射部件进行散射并且经由 盖帽的内部传播的照明光通过盖帽的出口端面而受到反射，并且散射效应和发出的光的量 减小。
[0008] 本发明考虑上述背景而提出。即，本发明的目的是提供一种用于内窥镜的照明光 学系统，其配置为使得插入管的直径较小，使照明光的散射效应增强，进而使发射的照明光 的强度分布与监视器和经由观察窗口所限定的观察区域的长宽比一致。
[0009] 为了实现上述目标，根据本发明的一个方面，提供了一种设置于内窥镜的弹性插 入管中的用于内窥镜的照明光学系统，其包括:两个光导，其设置于插入管中并沿着第一方 向被布置为将插入管的中心夹在两个光导之间；观察窗口，其设置于插入管的尖端部分的 尖端面;两个凹透镜部件，其具有负屈光率，该两个凹透镜部件设置为在插入管的尖端面的 面对两个光导的端面的位置处夹着观察窗口。此配置中，在插入管的尖端部分的尖端面上， 两个光导的每个的端面沿着第一方向相比于沿着垂直于第一方向的第二方向具有更小的 宽度。两个凹透镜部件的每个沿着第一方向相比于沿着第二方向的具有更大的负屈光率。 在从两个光导的每个发射出后经由两个凹透镜部件的每个传播的照明光中，经由两个光导 中的每个的中心传播并且从两个光导的每个的每个端面的中心发射出的光的光学路径相 对于插入管的轴线方向而沿着第一方向向外倾斜。
[0010] 利用该配置，从光导发射出的照明光通过凹透镜部件受到散射。由于相比于沿着 第二方向的散射效应，沿着第一方向的散射效应较大，并且照明光的出口方向朝向第一方 向倾斜，因此发射出的照明光的强度分布沿着第一方向展开。结果是，可以利用照明光对宽 的区域进行照明，并且可以经由观察窗口对该宽的区域进行观察。由于照明光的强度分布 沿着极端的（direst)方向展开，因此可以在将经由观察窗口观察到的区域的图像显示于监 视器上时，使得照明光的长宽比与具有横向较长的长宽比的监视器的长宽比一致。因此，可 以高效地使用照明光。即，根据上述配置的照明光学系统，插入管的直径减小，照明光的散 射效应增强，进而使发射的照明光的强度分布与监视器和经由观察窗口限定的观察区域的 长宽比一致。
[0011] 用于内窥镜的照明光学系统可以进一步包括盖帽，该盖帽具有圆形外部形状，并 且由透明材料制成从而使得照明光穿过盖帽，该盖帽设置于两个光导的端面的前方。在此 情况下，通过在盖帽的面对两个光导的每个端面的表面上形成凹陷部分来形成两个凹透镜 部件的每个。
[0012] 利用该配置，可以通过简单的结构和低的成本来形成凹透镜部件。
[0013] 两个凹透镜部件的光学轴线可以分别偏心于两个光导的光学轴线。
[0014]利用该配置，可以经由凹透镜部件增加从光导发射出的照明光的出射角，并且可 以通过使凹透镜部件相对于光导偏心来改变照明光的出射方向。因此，发射出的照明光的 强度分布可以由凹透镜部件和偏移来进行调节，从而可以更容易地使照明光的强度分布的 长宽比与使用的监视器的长宽比一致。
[00?5 ]当W (单位:mm)表示两个光导的端面的每个沿着第一方向的宽度，r (单位:mm)表示 两个凹透镜部件的每个沿着第一方向的曲率半径，s(单位:mm)表示两个凹透镜部件的每个 的光学轴线相对于两个光导中的对应光导的光学轴线的朝向插入管的中心的偏移量，而Hd 表示盖帽的材料在d线处的折射指数时，照明光学系统可以满足这样的条件：
[0016] 2X10-3<(ndXwXs2)/r<13X10- 3。
[0017] 利用该配置，可以通过凹透镜部件增加散射效应，并且可以减小受到盖帽的边界 完全反射而限制于盖帽中的照明光的比例。结果是，可以增加发射出的光的量。
[00?8]当W (单位:mm)表示两个光导的端面的每个沿着第一方向的宽度，d (单位:mm)表示 沿着第一方向的、经过插入管的尖端面的中心的、盖帽的外边缘与两个凹透镜部件中的一 个的边缘的最接近盖帽的外边缘的点之间的距离，r(单位:mm)表示两个凹透镜部件的每个 的沿着第一方向的曲率半径，s(单位:mm)表示两个凹透镜部件的每个的光学轴线相对于两 个光导中的对应光导的光学轴线的朝向插入管的中心的偏移量，而nd表不盖帽的材料在d 线处的折射指数，照明光学系统可以满足这样的条件：
[0019] 15X10-6<(ndXwXdXs3)/r<200X 10-6。
[0020] 利用该配置，可以通过凹透镜部件增加散射效应，并且可以减小受到盖帽的边界 的完全反射而限制于盖帽中的照明光的比例。结果是，可以增加发射出的光的量。
[0021] 盖帽可以形成为使得盖帽的外直径朝向插入管的尖端而变小。
[0022] 利用该配置，可以抑制在将插入管插入体腔时，插入管从体腔的内壁接收到的阻 力，并且从而可以容易地将插入管插入体腔中。
[0023] 在插入管的尖端部分的尖端面上，两个光导的端面的每个可以倾斜为使得两个光 导的端面的每个朝向插入管的中心而变低。
[0024] 利用该配置，由于照明光在发射出的同时沿着第一方向向外折射，所以发射