JP2014149481A

JP2014149481A - 内視鏡用対物レンズおよび内視鏡

Info

Publication number: JP2014149481A
Application number: JP2013019217A
Authority: JP
Inventors: Takashi Miyano; 俊宮野
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2014-08-21
Also published as: US20140221752A1; CN203763033U; US20170108689A1; US9560955B2; US10534167B2

Abstract

【課題】内視鏡用対物レンズと撮像素子からなる撮像部の小型化を図る。
【解決手段】レンズ最終面と像面に配される撮像素子との間に、光路を略直角に折り曲げる反射部材が挿入された内視鏡用対物レンズにおいて、レンズ最終面の有効径を、撮像素子の光路折り曲げ方向に対応した方向の寸法より小さくし、かつ下記条件式を満足するようにする。
ｈ１＜Ｖ＋０．４ …（１）
【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡の先端部分に配置される内視鏡用対物レンズおよびこの内視鏡用対物レンズを備えた内視鏡に関するものである。

近年、内視鏡においては経口タイプのほかに経鼻タイプのものも実用化され、挿入時における患者への負担を軽減するために挿入部先端の外径が経口タイプのもので９ｍｍ前後、経鼻タイプのものでは６ｍｍ未満まで細径化が進められ、これに伴って先端部に内蔵される撮像部の小型化も不可欠となっている。

内視鏡の先端部には一般に長さが２０〜３０ｍｍ程度の円筒状の硬性部が設けられ、その後端部に連結された可撓管部を体腔外から湾曲操作することによって、体腔内における先端硬性部の向きが変えられるようになっている。この先端硬性部の内部には内視鏡用対物レンズと撮像素子からなる撮像部が組み込まれ、先端硬性部に形成された対物窓を通して観察部位の画像を撮像する。先端硬性部には、さらにライトガイドファイバ、送気・送水チューブ、また鉗子チューブなどの各々の端部が連結され、それぞれ対応して設けられた開口を通し、観察部位に照明を与え、対物窓の水洗や乾燥を行い、また適切な処置具により患部の治療やサンプル採取を行うことができるようになっている。

上記のような内視鏡に使用される対物レンズとして、本出願人は特許文献１に記載された内視鏡用対物レンズを既に開示している。レンズ系の光路を折り曲げて撮像素子を横置きにした方が細径化に有利な場合があるため、この内視鏡用対物レンズは、レンズ最終面と像面との間に、光路折り曲げ用のプリズムや、それ以外にもローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等のフィルタ類やカバーガラス等の光学部材を挿入できるように長いバックフォーカスを重視して構成されたものである。

特開２００４−２０５７７９号公報

ところで、撮像素子を横置きにして内視鏡用対物レンズと撮像素子からなる撮像部を小型化し、内視鏡先端部の細径化を図るためには、内視鏡用対物レンズにおける光路の折り曲げ位置や、撮像素子が配置される像面の位置や、像面の手前に設けられる光学部材の位置等を適切に配置する必要があるが、上記特許文献１ではこれらの点について明確に示唆されていなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、内視鏡用対物レンズと撮像素子からなる撮像部の小型化を図ることが可能な内視鏡用対物レンズおよびこの内視鏡用対物レンズを備えた内視鏡を提供することを目的とするものである。

本発明の第１の内視鏡用対物レンズは、レンズ最終面と像面に配される撮像素子との間に、光路を略直角に折り曲げる反射部材が挿入された内視鏡用対物レンズであって、レンズ最終面の有効径が、撮像素子の光路折り曲げ方向に対応した方向の寸法より小さく、下記条件式を満足することを特徴とする。

ｈ１＜Ｖ＋０．４ …（１）
ただし、ｈ１：レンズ系の光軸が反射部材の反射面と交わる点から像面までの距離（単位：ｍｍ）、Ｖ：像面での像高（単位：ｍｍ）とする。

本発明の第２の内視鏡用対物レンズは、レンズ最終面と像面に配される撮像素子の手前（物体側）に設けられた光学部材との間に、光路を略直角に折り曲げる反射部材が挿入された内視鏡用対物レンズであって、レンズ最終面の有効径が、撮像素子の光路折り曲げ方向に対応した方向の寸法より小さく、下記条件式を満足することを特徴とする。

ｈ２＜Ｖ＋０．４ …（２）
ただし、ｈ２：レンズ系の光軸が反射部材の反射面と交わる点から光学部材までの距離（単位：ｍｍ）、Ｖ：像面での像高（単位：ｍｍ）
とする。

本発明の内視鏡は、上記記載の本発明の第１もしくは第２の内視鏡用対物レンズを備えたことを特徴とするものである。

本発明の内視鏡において、本発明の第１の内視鏡用対物レンズを備えたものとした場合には、下記条件式を満足することが好ましい。

Ｖ＜ｈ１＜Ｐ／４ …（３）
ただし、Ｐ：内視鏡先端部の直径とする。

また、本発明の内視鏡において、本発明の第２の内視鏡用対物レンズを備えたものとした場合には、下記条件式を満足することが好ましい。

Ｖ＜ｈ２＜Ｐ／４ …（４）
ただし、Ｐ：内視鏡先端部の直径とする。

なお、ここで「内視鏡先端部の直径」とは、内視鏡挿入部の先端から３０ｍｍまでの間の最大径部の直径を意味する。

本発明の第１の内視鏡用対物レンズは、レンズ最終面と像面に配される撮像素子との間に、光路を略直角に折り曲げる反射部材が挿入された内視鏡用対物レンズであって、レンズ最終面の有効径が、撮像素子の光路折り曲げ方向に対応した方向の寸法より小さく、下記条件式を満足するようにしたので、内視鏡用対物レンズと撮像素子からなる撮像部の小型化を図ることが可能となる。

ｈ１＜Ｖ＋０．４ …（１）
本発明の第２の内視鏡用対物レンズは、レンズ最終面と像面に配される撮像素子の手前に設けられた光学部材との間に、光路を略直角に折り曲げる反射部材が挿入された内視鏡用対物レンズであって、レンズ最終面の有効径が、撮像素子の光路折り曲げ方向に対応した方向の寸法より小さく、下記条件式を満足するようにしたので、内視鏡用対物レンズと撮像素子からなる撮像部の小型化を図ることが可能となる。

ｈ２＜Ｖ＋０．４ …（２）
また、本発明の内視鏡は、本発明の内視鏡用対物レンズを備えているため、内視鏡先端部の細径化を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる内視鏡用対物レンズ（実施例１と共通）のレンズ構成を示す断面図（イメージ領域の全領域取得）上記内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す断面図（イメージ領域の一部領域取得）本発明の実施例２の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す断面図（イメージ領域の全領域取得）本発明の実施例２の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す断面図（イメージ領域の一部領域取得）本発明の実施例３の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す断面図（イメージ領域の全領域取得）本発明の実施例３の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す断面図（イメージ領域の一部領域取得）本発明の実施例４の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す断面図（イメージ領域の全領域取得）本発明の実施例４の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す断面図（イメージ領域の一部領域取得）本発明の実施例５の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す断面図本発明の実施例６の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す断面図本発明の実施例７の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す断面図本発明の実施例８の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す断面図本発明の実施例９の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す断面図本発明の実施例１０の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す断面図本発明の実施形態にかかる内視鏡の概略構成図撮像素子の配置態様を示す図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる内視鏡用対物レンズ（実施例１と共通）のレンズ構成を示す断面図（イメージ領域の全領域取得）、図２は上記内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す断面図（イメージ領域の一部領域取得）である。図１、２に示す構成例は、後述の実施例１の内視鏡用対物レンズの構成と共通である。図１、２においては、左側が物体側、右側が像側である。なお、図１、２では、軸上光束ｗａおよび折り曲げ方向の最大画角の光束ｗｂも合わせて示している。

図１および図２に示すように、この内視鏡用対物レンズは、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、負レンズＬ１、正レンズＬ２、正レンズＬ３、正レンズＬ４、負レンズＬ５、反射部材ＰＰからなる。

本内視鏡用対物レンズの像面Ｓｉｍには、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子が配される。本実施の形態ではアスペクト比４：３の撮像素子を用いることを想定しており、図１ではレンズ系のイメージ領域の全領域を取得するように撮像素子を配置（図１６中のａに示す状態）した状態を示しており、図２ではレンズ系の結像領域の一部領域を取得するように撮像素子を配置（図１６中のｂに示す状態）した状態を示している。

本内視鏡用対物レンズでは、撮像素子の配置態様に関わらず、レンズ最終面の有効径が、撮像素子の光路折り曲げ方向に対応した方向の寸法より小さく、下記条件式（１）を満足するように構成されている。

上記のような内視鏡用対物レンズを使用する内視鏡では、レンズの外径、もしくはレンズ系の光軸が反射部材の反射面と交わる点から像面までの距離が、内視鏡先端部の外径を決定する際に与える影響が大きい。

内視鏡用対物レンズの場合、その外径は、１．０ｍｍから２．０ｍｍ程度までが主流であり、この場合にレンズ最終面のレンズ半径は、有効径＋０．２ｍｍ程度であり、またレンズ部分の鏡胴の肉厚も０．２ｍｍ程度である。

従って、上記条件式（１）を満足するように構成することで、レンズ径方向において像面位置が鏡胴外周よりも内側に位置するようになるため、内視鏡用対物レンズと撮像素子からなる撮像部の小型化を図ることが可能となる。

なお、この内視鏡用対物レンズを内視鏡に適用する際には、像面Ｓｉｍに配される撮像素子の手前に、ローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等のフィルタ類やカバーガラス等の光学部材を配置してもよく、その場合には、下記条件式（２）を満足するように構成すればよい。

本内視鏡用対物レンズにおいて、最も物体側に配置される材料としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。

また、本内視鏡用対物レンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コートを施すようにしてもよい。

また、各レンズの間に、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。

次に、本発明の内視鏡用対物レンズの数値実施例について説明する。

＜実施例１＞
実施例１の内視鏡用対物レンズの構成を示す断面図を図１（イメージ領域の全領域取得）および図２（イメージ領域の一部域取得）に示す。

実施例１の内視鏡用対物レンズの基本レンズデータを表１に、諸元に関するデータを表２に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２〜１０についても基本的に同様である。

表１のレンズデータにおいて、Ｓｉの欄には最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示す。また、Ｎｄｊの欄には最も物体側の光学要素を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄には同じくｊ番目の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数を示す。

なお、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。また、内視鏡用対物レンズの構成を示す断面図では開口絞りは表示されていないが、基本レンズデータには、開口絞りも含めて示しており、開口絞りに相当する面の面番号の欄には面番号とともに（絞り）という語句を記載している。

内視鏡用対物レンズの射出瞳位置は、折り曲げ方向の最大像高へ向かう主光線が光軸と交わる点から結像面までの距離をＥＰ、レンズ系のＦ値をＦ、レンズ最終面の有効半径をｅ、折り曲げ方向の最大像高をＶ、撮像素子の折り曲げ方向の寸法を２Ｖとしたとき、ｅ＝Ｖの場合には、上側光線は光軸と平行であり、上側光線と主光線のなす角度は主光線と光軸のなす角度に等しいため、Ｆ＝ＥＰ／２Ｖとなり、ｅ＜Ｖの場合には、Ｆ＞ＥＰ／２Ｖとなる。

表２の諸元に関するデータに、焦点距離ｆ´、バックフォーカスＢＦ´、Ｆ値Ｆ、撮像素子の折り曲げ方向の寸法２Ｖ、折り曲げ方向の最大像高へ向かう主光線が光軸と交わる点から像面までの距離ＥＰ、２Ｖ・Ｆの値を示す。

なお、基本レンズデータおよび諸元に関するデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはｍｍを用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。

＜実施例２＞
実施例２の内視鏡用対物レンズの構成を示す断面図を図３（イメージ領域の全領域取得）および図４（イメージ領域の一部領域取得）に示す。

また、実施例２の内視鏡用対物レンズの基本レンズデータを表３に、諸元に関するデータを表４に示す。

＜実施例３＞
実施例３の内視鏡用対物レンズの構成を示す断面図を図５（イメージ領域の全領域取得）および図６（イメージ領域の一部領域取得）に示す。

また、実施例３の内視鏡用対物レンズの基本レンズデータを表５に、諸元に関するデータを表６に示す。

＜実施例４＞
実施例４の内視鏡用対物レンズの構成を示す断面図を図７（イメージ領域の全領域取得）および図８（イメージ領域の一部領域取得）に示す。

また、実施例４の内視鏡用対物レンズの基本レンズデータを表７に、諸元に関するデータを表８に示す。

＜実施例５＞
実施例５の内視鏡用対物レンズの構成を示す断面図を図９に示す。

また、実施例５の内視鏡用対物レンズの基本レンズデータを表９に、諸元に関するデータを表１０に示す。

＜実施例６＞
実施例６の内視鏡用対物レンズの構成を示す断面図を図１０に示す。

また、実施例６の内視鏡用対物レンズの基本レンズデータを表１１に、諸元に関するデータを表１２に示す。

＜実施例７＞
実施例７の内視鏡用対物レンズの構成を示す断面図を図１１に示す。

また、実施例７の内視鏡用対物レンズの基本レンズデータを表１３に、諸元に関するデータを表１４に示す。

＜実施例８＞
実施例８の内視鏡用対物レンズの構成を示す断面図を図１２に示す。

また、実施例８の内視鏡用対物レンズの基本レンズデータを表１５に、諸元に関するデータを表１６に示す。

＜実施例９＞
実施例９の内視鏡用対物レンズの構成を示す断面図を図１３に示す。

また、実施例９の内視鏡用対物レンズの基本レンズデータを表１７に、諸元に関するデータを表１８に示す。

＜実施例１０＞
実施例１０の内視鏡用対物レンズの構成を示す断面図を図１４に示す。

本実施例では上記実施例１〜９と異なり、レンズ系の光路を折り曲げるための反射部材ＰＰ１と像面Ｓｉｍとの間にカバーガラス等の光学部材ＰＰ２を設けたものである。

また、実施例１０の内視鏡用対物レンズの基本レンズデータを表１９に、諸元に関するデータを表２０に示す。

以上のデータから、実施例１〜１０の内視鏡用対物レンズは全て、条件式（１）を満たしており、内視鏡用対物レンズと撮像素子からなる撮像部の小型化を図ることが可能な内視鏡用対物レンズであることが分かる。

次に、本発明の実施形態に係る内視鏡について説明する。図１５は本発明の実施形態にかかる内視鏡の概略構成図である。なお、図１５では各レンズを概略的に示している。

図１５に示す内視鏡１０は、挿入部先端付近１０ａに内視鏡用対物レンズ１と撮像素子７からなる撮像部が配置されたものである。撮像素子７は内視鏡用対物レンズ１により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、撮像素子７としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。撮像素子７は、その撮像面が内視鏡用対物レンズ１の像面に一致するように配置される。

内視鏡用対物レンズ１により撮像された像は撮像素子７の撮像面上に結像し、その像に関する撮像素子７からの出力信号が信号処理回路８にて演算処理され、表示装置９に像が表示される。

ここで、下記条件式（３）を満足するように構成すれば、内視鏡先端部の径をさらに小さくすることができる。

Ｖ＜ｈ１＜Ｐ／４ …（３）
ただし、Ｖ：像面での像高（単位：ｍｍ）、ｈ１：レンズ系の光軸が前記反射部材の反射面と交わる点から前記像面までの距離（単位：ｍｍ）、Ｐ：内視鏡先端部の直径とする。

なお、像面に配される撮像素子７の手前に、ローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等のフィルタ類やカバーガラス等の光学部材を配置してもよく、その場合には、下記条件式（４）を満足するように構成すればよい。

Ｖ＜ｈ２＜Ｐ／４ …（４）
ただし、Ｖ：像面での像高（単位：ｍｍ）、ｈ２：レンズ系の光軸が反射部材の反射面と交わる点から光学部材までの距離（単位：ｍｍ）、Ｐ：内視鏡先端部の直径とする。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、部分分散比、非球面係数の値は、上記各実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

１内視鏡用対物レンズ
７撮像素子
８信号処理回路
９表示装置
１０内視鏡
ＰＰ、ＰＰ１反射部材
ＰＰ２光学部材
Ｌ１〜Ｌ８レンズ
Ｓｉｍ像面
Ｚ光軸

Claims

レンズ最終面と像面に配される撮像素子との間に、光路を略直角に折り曲げる反射部材が挿入された内視鏡用対物レンズであって、
レンズ最終面の有効径が、前記撮像素子の光路折り曲げ方向に対応した方向の寸法より小さく、
下記条件式を満足する
ことを特徴とする内視鏡用対物レンズ。
ｈ１＜Ｖ＋０．４ …（１）
ただし、
ｈ１：レンズ系の光軸が前記反射部材の反射面と交わる点から前記像面までの距離（単位：ｍｍ）
Ｖ：前記像面での像高（単位：ｍｍ）
とする。
レンズ最終面と像面に配される撮像素子の手前に設けられた光学部材との間に、光路を略直角に折り曲げる反射部材が挿入された内視鏡用対物レンズであって、
レンズ最終面の有効径が、前記撮像素子の光路折り曲げ方向に対応した方向の寸法より小さく、
下記条件式を満足する
ことを特徴とする内視鏡用対物レンズ。
ｈ２＜Ｖ＋０．４ …（２）
ただし、
ｈ２：レンズ系の光軸が前記反射部材の反射面と交わる点から前記光学部材までの距離（単位：ｍｍ）
Ｖ：前記像面での像高（単位：ｍｍ）
とする。
請求項１または２記載の内視鏡用対物レンズを備えたことを特徴とする内視鏡。
請求項１記載の内視鏡用対物レンズを備え、
下記条件式を満足する
ことを特徴とする請求項３記載の内視鏡。
Ｖ＜ｈ１＜Ｐ／４ …（３）
ただし、
Ｐ：内視鏡先端部の直径
とする。
請求項２記載の内視鏡用対物レンズを備え、
下記条件式を満足する
ことを特徴とする請求項３記載の内視鏡。
Ｖ＜ｈ２＜Ｐ／４ …（４）
ただし、
Ｐ：内視鏡先端部の直径
とする。