本發(fā)明涉及照明裝置和內(nèi)窺鏡。

背景技術(shù)：

以往，作為設(shè)置于內(nèi)窺鏡的前端部的照明裝置，公知有配置在攝像光學系統(tǒng)的周圍的使用c環(huán)狀的導光部件的照明裝置(例如，參照專利文獻1)。為了通過內(nèi)窺鏡對觀察對象部位進行詳細觀察，有時使內(nèi)窺鏡的前端面接近觀察對象部位。此時，當將內(nèi)窺鏡的前端面配置為相對于觀察對象的表面傾斜時，內(nèi)窺鏡的前端面的下側(cè)部分與觀察對象部位之間的距離變近從而照明光局部地變亮，由此，在內(nèi)窺鏡影像內(nèi)的下側(cè)區(qū)域中產(chǎn)生光暈。在專利文獻1中，通過使用在內(nèi)窺鏡的前端面的下側(cè)進行了局部去除后的c環(huán)狀的導光部件來防止光暈。

并且，在專利文獻1的照明裝置中，在位于與導光部件的射出面相反一側(cè)的背面上設(shè)置有具有凹凸構(gòu)造的反射面，通過該反射面將在導光部件內(nèi)進行導光的照明光向各個方向反射，從而從射出面高效地射出照明光。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開第2012/137737號

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

然而，在被反射面反射后的照明光中包含因反射面的凹凸構(gòu)造而導致的明暗圖案，在從射出面向?qū)Ч獠考耐獠可涑龅恼彰鞴庵幸矚埩袅艘蛎靼祱D案而導致的明亮度不均。作為解決明亮度不均的手段，也可以考慮使反射面的凹凸構(gòu)造細微化直到無法視覺確認明亮度不均的程度的方法，但是這樣的反射面的加工在技術(shù)上是困難的。

本發(fā)明就是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供能夠?qū)崿F(xiàn)具有均勻的明亮度的環(huán)狀照明的照明裝置和內(nèi)窺鏡。

用于解決課題的手段

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下的手段。

本發(fā)明的第一方式是一種照明裝置，該照明裝置具有：光學部件，其具有在中心軸方向上層疊的圓環(huán)狀或馬蹄狀的導光層和擴散層，所述導光層具有朝向該導光層的切線方向的入光面；以及光導入部件，其配置在該光學部件的半徑方向外側(cè)，使照明光從所述入光面沿所述切線方向入射到所述導光層內(nèi)，所述擴散層通過使從所述導光層入射的所述照明光在內(nèi)部進行體積散射來進行擴散，所述光學部件具有射出面，該射出面至少由所述中心軸方向上的一端面構(gòu)成，并且至少射出從所述擴散層沿所述中心軸方向射出的所述照明光。

根據(jù)本發(fā)明的第一方式，從光導入部件經(jīng)由入光面沿切線方向入射到導光層的照明光一邊在導光層的外周面反復進行全反射一邊在導光層的內(nèi)部沿周向?qū)Ч?，而入射到擴散層。在擴散層的內(nèi)部向各個方向進行體積散射的照明光的一部分從擴散層沿中心軸方向射出，而從光學部件的圓環(huán)狀或馬蹄狀的整個一端面射出。

因此，通過將光學部件以使該光學部件的一端面位于內(nèi)窺鏡的最前端的方式與該攝像光學系統(tǒng)的光軸同軸地配置在內(nèi)窺鏡的攝像光學系統(tǒng)的外側(cè)，能夠?qū)z像光學系統(tǒng)的前方視野進行照明。

在這種情況下，照明光在擴散層通過體積散射而擴散，從而其明亮度被均勻化，之后從至少包含一端面在內(nèi)的射出面射出。由此，能夠通過具有均勻的明亮度的照明光對攝像光學系統(tǒng)的前方視野進行照明。

在上述第一方式中，也可以是，所述光學部件的所述一端面和外周面經(jīng)由曲面平滑地連續(xù)，所述射出面由所述一端面和所述外周面構(gòu)成。

這樣，能夠消除因光學部件的一端面與外周面之間的角部而使照明光產(chǎn)生的明亮度不均。并且，在光學部件內(nèi)沿周向進行導光的照明光在曲面上被全反射時被賦予中心軸方向上的速度分量。由此，促進了在導光層中沿周向進行導光的照明光向擴散層的入射，從而能夠提高照明光從射出面射出的射出效率。

在上述第一方式中，所述照明裝置也可以具有反射部，該反射部設(shè)置在所述光學部件的內(nèi)周面和所述中心軸方向上的另一端面，反射所述照明光。

這樣，能夠提高入射到光學部件的照明光從射出面射出的射出效率。

在上述第一方式中，也可以從所述一端面?zhèn)纫来螌盈B有所述導光層和所述擴散層。

這樣，能夠進一步提高照明光在周向上的明亮度的均勻性。

在上述第一方式中，所述擴散層的外周面也可以露出到外側(cè)而構(gòu)成所述射出面的一部分。

這樣，通過從擴散層的外周面向半徑方向外側(cè)直接射出的照明光，能夠有效地對光學部件的側(cè)方進行照明。

在上述第一方式中，所述擴散層也可以具有相對于所述照明光透明的透明介質(zhì)和分散地擔載于該透明介質(zhì)中而具有與所述透明介質(zhì)不同的折射率的多個微小區(qū)域。

這樣，能夠簡單地制造對照明光具有均勻的擴散效果的擴散層。

在上述第一方式中，所述微小區(qū)域由滿足下述條件式(1)和(2)的微小粒子構(gòu)成。是所述微小粒子的粒子直徑(nm)，σ是所述透明介質(zhì)中的所述微小粒子的粒子密度(重量％)。

(1)

(2)0.2≤σ≤0.5

這樣，兼顧了照明光在擴散層中的傳播效率和散射效率，從而獲得擴散層對照明光的較高的擴散效果。

在上述第一方式中，所述光導入部件也可以具有：射出部，其與所述入光面對置配置；入射部，其設(shè)置在所述中心軸方向上的另一端側(cè)；以及偏轉(zhuǎn)部，其使從該入射部沿大致所述中心軸方向入射的所述照明光朝向所述射出部偏轉(zhuǎn)到所述切線方向上。

這樣，能夠提高用于向光導入部件提供照明光的光導等部件的布局的自由度。

在上述第一方式中，也可以是，所述偏轉(zhuǎn)部具有一對斜面，該一對斜面相對于所述中心軸傾斜，并且在所述入射部側(cè)以凸起的方式連接成v字狀，該一對斜面通過使從所述入射部入射的所述照明光偏轉(zhuǎn)到彼此不同的所述切線方向上而將所述照明光分割成兩部分。

這樣，通過被一對斜面分割成兩部分的照明光在光學部件內(nèi)沿彼此相反的方向進行導光，能夠進一步提高照明光在周向上的明亮度的均勻性。

在上述第一方式中，也可以是，所述照明裝置具有光導，該光導具有與所述光導入部件的所述入射部對置配置的射出端面，使所述照明光從該射出端面向所述入射部射出，所述光導的所述射出端面配置為相對于所述中心軸傾斜，所述光導入部件的所述入射部和所述光導的所述射出端面是彼此平行的平面。

這樣，能夠提高用于向光導入部件提供照明光的光導的布局的自由度。

在上述第一方式中，所述光學部件和所述擴散層也可以滿足下述條件式(3)。τ是所述擴散層在所述中心軸方向上的厚度，t是所述光學部件在所述中心軸方向上的厚度。

(3)0.075≤τ/t≤0.3

這樣，能夠兼顧導光層對照明光在周向上的明亮度的均勻化效果和擴散層對照明光的擴散效果。

本發(fā)明的第二方式是一種內(nèi)窺鏡，該內(nèi)窺鏡具有：攝像光學系統(tǒng)；以及上述任意一項所述的照明裝置，其以使所述中心軸與所述攝像光學系統(tǒng)的光軸大致一致的方式配置在該攝像光學系統(tǒng)的周圍。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)了如下效果：能夠?qū)崿F(xiàn)具有均勻的明亮度的環(huán)狀照明。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的一個實施方式的內(nèi)窺鏡的前端部的縱剖視圖。

圖2a是從前端側(cè)觀察圖1的內(nèi)窺鏡中的照明裝置的主視圖。

圖2b是圖2a的照明裝置的ii-ii線的剖視圖。

圖3a是示出圖2a的照明裝置的變形例的從前端側(cè)觀察的主視圖。

圖3b是圖3a的照明裝置的iii-iii線的剖視圖。

圖4a是示出圖2a的照明裝置的另一個變形例的從前端側(cè)觀察的主視圖。

圖4b是圖4a的照明裝置的iv-iv線的剖視圖。

圖5a是示出圖2a的照明裝置的另一個變形例的從前端側(cè)觀察的主視圖。

圖5b是圖5a的照明裝置的立體圖。

圖5c是圖5a的照明裝置的v-v線的剖視圖。

圖6是示出圖5a的照明裝置的變形例的剖視圖。

圖7是示出圖2a的照明裝置的另一個變形例的從前端側(cè)觀察的主視圖。

圖8是示出圖2a的照明裝置的另一個變形例的從前端側(cè)觀察的主視圖。

具體實施方式

下面，參照附圖對本發(fā)明的一個實施方式的照明裝置4和具有該照明裝置4的內(nèi)窺鏡1進行說明。

如圖1所示，本實施方式的內(nèi)窺鏡1具有能夠插入到體內(nèi)的細長的插入部2、以及設(shè)置于該插入部2的前端部的攝像光學系統(tǒng)3和照明裝置4。

攝像光學系統(tǒng)3具有直視用觀察窗3a和側(cè)視用觀察窗3b，該直視用觀察窗3a位于插入部2的前端面，接受來自其光軸o’的前方側(cè)的光，該側(cè)視用觀察窗3b位于插入部2的外周面，接受來自其光軸o’的側(cè)方側(cè)的光。由此，攝像光學系統(tǒng)3能夠觀察相對于光軸o’的前方和側(cè)方這兩者。

照明裝置4是設(shè)置于插入部2的前端而對插入部2的前方進行照明的直視用的照明裝置。照明裝置4具有：圓環(huán)狀的光學部件5；反射部6a、6b，它們設(shè)置在該光學部件5的內(nèi)周面和基端面；以及導光部件(光導入部件)8，其設(shè)置在光學部件5的半徑方向外側(cè)，使從光導7提供的照明光l入射到光學部件5。

光學部件5以使該光學部件5的中心軸o與攝像光學系統(tǒng)3的光軸o’大致一致的方式配置在攝像光學系統(tǒng)3的周圍。光學部件5的前端面5a和外周面5b經(jīng)由通過對前端面5a與外周面5b之間的角部進行r倒角而形成的曲面平滑地連續(xù)。光學部件5的表面中的僅配置于插入部2的前端面的前端面5a和外周面5b露出到外側(cè)，前端面5a和外周面5b構(gòu)成使從導光部件8提供的照明光l向外界射出的射出面9。

如圖2a和圖2b所示，光學部件5具有從前端側(cè)依次直接層疊圓環(huán)狀的導光層10和圓環(huán)狀的擴散層11而成的雙層構(gòu)造。因此，射出面9由導光層10的前端側(cè)的端面、以及導光層10和擴散層11的外周面構(gòu)成。照明光l能夠在導光層10與擴散層11之間沿中心軸o方向往來。

導光層10具有在中心軸o方向上具有厚度的立體形狀。導光層10由對于照明光l具有較高的透射率的透明介質(zhì)(例如聚碳酸酯或環(huán)烯烴共聚物)形成。

擴散層11具有在中心軸o方向上具有厚度的立體形狀。擴散層11由與形成導光層10的透明介質(zhì)相同的透明介質(zhì)和多個微小粒子(微小區(qū)域)形成，該多個微小粒子由具有與該透明介質(zhì)不同的折射率的材料(例如氧化鈦)構(gòu)成并且分散地擔載于透明介質(zhì)中。入射到擴散層11的照明光l通過反復進行透明介質(zhì)中的傳播和透明介質(zhì)與微小粒子的界面上的反射而在擴散層11的內(nèi)部進行體積散射。擴散層11的介質(zhì)也可以采用與形成導光層10的透明介質(zhì)不同材料的介質(zhì)。

微小粒子的粒子直徑和透明介質(zhì)中的微小粒子的粒子密度σ(重量％)滿足下述條件式(1)和(2)。通過滿足條件式(1)和(2)，能夠兼顧照明光l在擴散層11中的傳播效率和基于微小粒子的散射效率，從而獲得對照明光l的較高的擴散效果。

(1)

(2)0.2≤σ≤0.5

在粒子直徑超過500nm的情況下，即使在粒子密度滿足條件式(2)的情況下，擴散層11中的每單位體積的粒子數(shù)減少。在這樣的情況或粒子密度σ小于0.2的情況下，微小粒子對照明光l的散射效果變?nèi)?，從而對照明光l的擴散效果不足。另一方面，在粒子直徑小于100nm的情況下，即使在粒子密度滿足條件式(2)的情況下，每單位體積的粒子數(shù)增多。在這樣的情況或粒子密度σ超過0.5的情況下，微小粒子對照明光l的散射效果過強而使從導光層10入射到擴散層11的照明光l在與導光層10的界面附近向?qū)Ч鈱?0擴散，從而使整個光學部件5在周向上的明亮度的均勻化降低。

光學部件5在中心軸o方向上的厚度t(mm)和擴散層11在中心軸o方向上的厚度τ(mm)滿足下述條件式(3)。通過滿足條件式(3)，能夠兼顧導光層10對照明光l在周向上的明亮度的均勻化效果和擴散層11對照明光l的擴散效果。

(3)0.075≤τ/t≤0.3

在τ/t小于0.075的情況下，擴散層11過薄而使該擴散層11對照明光l的擴散效果不足。另一方面，在τ/t超過0.3的情況下，導光層10過薄而很難使照明光l在該導光層10的整周均勻地導光，從而照明光l在光學部件5的周向上的明亮度的均勻性降低。

反射部6a例如是圓筒狀的反射薄膜或者在光學部件5的內(nèi)周面上成膜的反射膜，該反射部6a覆蓋光學部件5的內(nèi)周面的整個表面。反射部6b例如是平坦的反射薄膜或者在基端面上成膜的反射膜，該反射部6b覆蓋光學部件5的基端面的整個表面。反射部6a、6b對于照明光l具有較高的反射率，對從導光層10和擴散層11分別向半徑方向內(nèi)側(cè)和后方射出的照明光l進行反射，而使照明光l再次入射到導光層10和擴散層11。由此，從導光部件8向光學部件5提供的大致全部的照明光l從射出面9射出。

導光部件8是在光學部件5的切線方向上延伸的柱狀的部件，由與形成導光層10的透明介質(zhì)相同的透明介質(zhì)形成。由導光部件8在長度方向上的一個端面構(gòu)成的射出部8a與光學部件5中的至少導光層10的外周面連接。即，光學部件5的外周面5b中的與射出部12接觸并且朝向切線方向的區(qū)域構(gòu)成用于使照明光l導入到光學部件5的入光面5c。光學部件5和導光部件8也可以一體成形為具有大致ρ字形形狀的單個部件。

由導光部件8的另一個端面構(gòu)成的入射部8b與在插入部2內(nèi)沿長度方向設(shè)置的光導7的前端的射出端面7a連接。從光源裝置(省略圖示)入射到光導7的基端的入射端面(省略圖示)的照明光l從光導7的射出端面7a經(jīng)由入射部8b入射到導光部件8內(nèi)，進而從導光部件8的射出部8a經(jīng)由入光面5c入射到光學部件5內(nèi)。由此，照明光l沿著與中心軸o大致垂直的平面從半徑方向外側(cè)沿切線方向入射到光學部件5的至少導光層10。

接著，對這樣構(gòu)成的照明裝置4和內(nèi)窺鏡1的作用進行說明。

從光源裝置經(jīng)由光導7和導光部件8沿切線方向入射到光學部件5的導光層10的照明光l一邊在導光層10的外周面上反復進行全反射一邊在該導光層10內(nèi)沿周向?qū)Ч?。這里，由于照明光l作為擴散光從光導7的射出端面7a射出，因此入射到導光層10的照明光l中的一部分在中心軸o方向上也具有速度分量。另外，照明光l在光學部件5的前端面5a與外周面5b之間的曲面上進行反射時被賦予中心軸o方向上的速度分量。因此，照明光l在導光層10中沿周向?qū)Ч庵?，入射到與導光層10相鄰的擴散層11。

在擴散層11中，照明光l在通過體積散射而向各個方向擴散之后，該照明光l的一部分從擴散層11的外周面向外部射出從而對攝像光學系統(tǒng)3的側(cè)方視野進行照明，該照明光l的大部分再次入射到導光層10內(nèi)。再次入射到導光層10內(nèi)的照明光l中的通過擴散層11中的體積散射而在中心軸o方向上具有較大的速度分量的一部分呈環(huán)狀射出而不會被導光層10的前端面5a全反射，主要對攝像光學系統(tǒng)3的前方視野進行照明。再次入射到導光層10內(nèi)的照明光l中的通過擴散層11中的體積散射而在半徑方向上具有較大的速度分量的一部分呈放射狀射出而不會被導光層10的外周面全反射，主要對攝像光學系統(tǒng)3的側(cè)方視野進行照明。

這樣，根據(jù)本實施方式，從導光部件8入射到光學部件5的照明光l首先在導光層10中沿周向?qū)Ч?，從而照明光l在光學部件5中的明亮度在周向上被均勻化。并且，照明光l在擴散層11中通過體積散射而擴散，從而照明光l的明亮度進一步被均勻化。由此，具有如下優(yōu)點：能夠通過從射出面9射出的具有均勻的明亮度的照明光l對攝像光學系統(tǒng)3的前方視野和側(cè)方視野進行照明。

另外，假設(shè)在將擴散層11配置在前端側(cè)并且將導光層10配置在基端側(cè)的情況下，在入光面5c側(cè)照明光l變亮，從而照明光l在光學部件5中的明亮度在周向上不均勻。根據(jù)本實施方式，具有如下優(yōu)點：通過將具有使照明光l的明亮度在周向上均勻化的效果的導光層10配置在前端側(cè)，能夠使在周向上具有均勻的明亮度的照明光l向前方射出。

另外，通過設(shè)置于光學部件5的內(nèi)周面和基端面的反射部6a、6b，有助于入射到光學部件5的大致全部的照明光l對攝像光學系統(tǒng)3的前方視野和側(cè)方視野的照明。由此，具有能夠提高照明光率的優(yōu)點。

另外，當光學部件5在前端面5a與外周面5b之間具有角部的情況下，因該角部而導致在照明光l的明亮度上產(chǎn)生不均勻性，但是通過將前端面5a與外周面5b之間采用曲面，能夠使照明光l的明亮度進一步均勻化。并且，通過曲面，促進了在導光層10中沿周向?qū)Ч獾恼彰鞴鈒向擴散層11的入射，從而提高了照明光l從射出面9射出的射出效率。由此，具有能夠進一步提高照明光率的優(yōu)點。

在本實施方式中，在光學部件5的內(nèi)周面和基端面設(shè)置有反射部6a、6b，但也可以取而代之，如圖3a和圖3b所示，省略了反射部6a、6b?；蛘?，也可以僅在內(nèi)周面和基端面中的一方設(shè)置反射部6a或6b。例如，在與光學部件5的內(nèi)周面和基端面相鄰的部件具有較高的反射率的情況下，通過使用該相鄰的部件代替反射部6a、6b，能夠省略反射部6a、6b。

另外，在本實施方式中，導光部件8具有單個導光層10和單個擴散層11，但可以適當變更導光層10和擴散層11的數(shù)量。例如，如圖3b所示，也可以在擴散層11的基端側(cè)設(shè)置另一個導光層10。在這種情況下，導光部件8可以使照明光l入射到前端側(cè)的導光層10和基端側(cè)的導光層10中的任意一方。

另外，在本實施方式中，對光學部件5的前端面5a與外周面5b之間的角部進行了r倒角，但也可以取而代之，如圖3b所示，保持該角部。

另外，在本實施方式中，導光部件8的入射部8b設(shè)置在光學部件5的切線上，照明光l從光導7沿光學部件5的切線方向入射到導光部件8，但也可以取而代之，如圖4a和圖4b所示，導光部件8在基端側(cè)具有入射部8b，照明光l從光導7沿大致中心軸o方向入射到導光部件8。這樣，能夠使光導7的前端部沿中心軸o筆直地配置而不使其屈曲。

在這種情況下，導光部件8具有偏轉(zhuǎn)部8c，該偏轉(zhuǎn)部8c使從基端側(cè)沿中心軸o方向入射的照明光l朝向光學部件5偏轉(zhuǎn)到該光學部件5的切線方向上。在圖4a和圖4b中，偏轉(zhuǎn)部8c通過對導光部件8的前端側(cè)的端面與長度方向上的另一端側(cè)的端面之間的角部進行r倒角而形成，偏轉(zhuǎn)部8c由使沿大致中心軸o方向入射的照明光l朝向?qū)Ч獠考?反射的曲面構(gòu)成。

另外，在本實施方式中，導光部件8使照明光l沿一個方向入射到光學部件5，但也可以取而代之，照明光l以在彼此反向的兩個方向上導光的方式沿兩個方向入射到導光層10。

在這種情況下，通過使用圖5a、圖5b以及圖5c所示的導光部件8，能夠使用單個導光部件8使照明光l沿兩個方向入射到光學部件5。

圖5a至圖5c的導光部件8是對圖4a和圖4b的導光部件8進行變形后的部件，偏轉(zhuǎn)部8c由在入射部8b一側(cè)以凸起的方式連接成v字狀的一對斜面8d構(gòu)成。各斜面8d與中心軸o所成的角度和斜面8d彼此所成的角度按照如下方式設(shè)計：根據(jù)照明光l從光導7向入射部8b入射的的入射角度，使照明光l沿與中心軸o垂直的平面向光學部件5的切線方向反射。從光導7的射出端面7a經(jīng)由入射部8b入射到導光部件8內(nèi)的照明光l在一對斜面8d中通過沿彼此不同的切線方向被反射而被分割成兩部分。分割出的兩部分的照明光l在導光部件8內(nèi)以彼此反向的方式沿周向?qū)Ч?。由此，能夠使照明光l在光學部件5中的在周向上的明亮度進一步均勻化。

在使照明光l從光導7沿大致中心軸o方向入射到導光部件8的結(jié)構(gòu)中，光導7的射出端面7a可以像圖4b所示那樣與光導7的長度軸垂直，也可以像圖5c所示那樣相對于光導7的長度軸傾斜。在將圖5a至圖5c的具有v字狀的斜面8d的導光部件8和射出端面7a與光導7的長度軸垂直的光導7進行組合的情況下，如圖6所示，優(yōu)選導光部件8的入射部8b相對于中心軸o傾斜。

光導7的配置被內(nèi)置于內(nèi)窺鏡1的插入部2的前端部中的多個部件限制，從而有時無法使光導7沿插入部2的長度方向筆直地配置。在這樣的情況下，如圖5a至圖6所示，通過將光導7的前端部配置為相對于中心軸o傾斜，能夠有效地將光導7配置在插入部2的前端部。

另外，在本實施方式中，光學部件5是圓環(huán)形狀，但也可以取而代之，如圖7和圖8所示，光學部件5是周向上的一部分被切掉的馬蹄形狀。光學部件5可以像圖7所示那樣在周向上的中途位置處被切斷，也可以像圖8所示那樣僅半徑方向上的一部分被切成v字，并且在周向上連續(xù)。

在圖7和圖8的光學部件5中，朝向切線方向的周向上的兩個端面為入光面5c，例如，使用與圖5a和圖5b的導光部件8相同的具有一對斜面8d的導光部件8使照明光l從兩個入光面5c入射。

標號說明

1：內(nèi)窺鏡；2：插入部；3：攝像光學系統(tǒng)；4：照明裝置；5：光學部件；5a：前端面；5b：外周面；6a、6b：反射部；7：光導；7a：前端面(射出端面)；8：導光部件(光導入部件)；8a：射出部；8b：入射部；8c：偏轉(zhuǎn)部；8d：斜面；9：射出面；10：導光層；11：擴散層；o：中心軸；o’：光軸；l：照明光。