(57)【要約】【課題】レンズ製造が容易で、高画質が得られると共に、実用的な明るさを確保しつつも従来に比べて実用的観察範囲が広く、特に近点側に実用的観察範囲を拡大可能な内視鏡光学系を提供する。【解決手段】開口が複数の状態に可変の明るさ絞り１と、明るさ絞り１の近傍に配置された光学面を有する内視鏡光学系であって、光学面が、該面内における光軸を中心とする所定の同心円状の領域ごとに所定の光学特性を異ならせて構成されていて、明るさ絞り１の開口の状態を変化させることにより、ピント位置Ｐａ，Ｐｂが変化するようにする。好ましくは、光学面は、屈折率の異なる２つの光学部材２ａ，２ｂを接合した接合面２1からなり、接合面２1は、所定の同心円状の領域ごとに異なるパワーを有する。【選択図】図１
2010220663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口が複数の状態に可変の明るさ絞りと、
前記明るさ絞りの近傍に配置された光学面を有する内視鏡光学系であって、
前記光学面が、該面内における光軸を中心とする所定の同心円状の領域ごとに所定の光学特性を異ならせて構成されていて、
前記明るさ絞りの開口の状態を変化させることにより、ピント位置が変化するようにしたことを特徴とする内視鏡光学系。
【請求項２】
前記光学面は、屈折率の異なる２つの光学部材を接合した接合面からなり、
前記接合面は、前記所定の同心円状の領域ごとに異なるパワーを有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡光学系。
【請求項３】
前記２つの光学部材は、互いの屈折率差が０より大きく、且つ０．３以内であることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡光学系。
【請求項４】
前記２つの光学部材は、互いのアッベ数差が１０以下であることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡光学系。
【請求項５】
前記明るさ絞りは、開口の径が大と小の２状態に可変であり、
前記所定の同心円状の領域ごとに異なるパワーを有する接合面は、該接合面における前記明るさ絞りの開口の径が小のときに光線が透過する領域を領域（小）、前記明るさ絞りの開口の径が大のときに光線が透過する領域から前記領域（小）を除いた領域を領域（大）としたとき、前記複数のパワーを有する接合面の前記領域（小）の収束作用が前記領域（大）の収束作用より大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡光学系。
【請求項６】
前記光学面は、前記所定の同心円状の領域ごとに色収差発生量を異ならせて構成され、
前記明るさ絞りの開口の径を変化させることにより、任意の波長のピント位置が変化するようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡光学系。
【請求項７】
前記光学面の少なくとも一部の領域が回折光学面からなることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡光学系。
【請求項８】
前記光学面は、互いのアッベ数差が１０以上ある２つの光学部材を接合した接合面からなることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡光学系。
【請求項９】
前記２つの光学部材は、互いの屈折率差が０より大きく、且つ０．１以内であることを特徴とする請求項８に記載の内視鏡光学系。
【請求項１０】
前記明るさ絞りは、開口の径が大と小の２状態に可変であり、
前記明るさ絞りの開口の径が大のときの内視鏡光学系のＦナンバーをＦ（開）、前記明るさ絞りの開口の径が小のときの内視鏡光学系のＦナンバーをＦ（閉）としたとき、次の条件式(1)を満足することを特徴とする請求項２又は６に記載の内視鏡光学系。
（Ｆ（開）／Ｆ（閉））2≦０．３９                      ・・・(1)
【請求項１１】
前記明るさ絞りの位置から前記光学面までの光軸上の距離をＬ（ｍｍ）、前記明るさ絞りの開口の径が最小のときの開口の径をＡＳ小（ｍｍ）としたとき、次の条件式(2)を満足することを特徴とする請求項２又は６に記載の内視鏡光学系。
０≦Ｌ≦ＡＳ小                                         ・・・(2)
【請求項１２】
前記光学面に対して前記明るさ絞りに近い側の光学部材が紫外線硬化型樹脂からなることを特徴とする請求項２又は８に記載の内視鏡光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、製品化されている内視鏡においては、操作の煩雑さをなくすために、光学系のピント、絞り、焦点距離等を一切変えないで用いるものが主流となっている。そのため、明るさ絞りを予め絞って被写界深度を確保することで、最低限必要な遠点物点（数十ｍｍ）と近点物点とが同時に観察できるようにしている。
【０００３】
しかしながら、明るさと被写界深度とは相反する関係にあり、深度を増すと明るさが減少し、明るさを増すと深度が不足するという問題がある。
また、従来から要望の高い近接拡大観察を実現するため、特に被写界深度の近点側をより内視鏡光学系に近い方向に拡大するための新たな技術的進展が望まれている。
【０００４】
この問題を解決する従来技術として、内視鏡光学系にオートアイリス（自動絞り）機構を組み合わせたものが知られている。
【０００５】
内視鏡は自己照明を用いて被写体像を得ているため、観察距離が近くなればなるほど被写体像が明るくなる。そこで、光源の光量を調節するのではなく、内視鏡光学系の明るさ絞りの径を入射光量に応じて調整することによって、適正な明るさが得られるようにした機構がオートアイリス機構である。
【０００６】
オートアイリス機構を用いると、近接物体観察時には明るさ絞りが絞られ結果として被写界深度が増す。このため、オートアイリス機構を備えていない内視鏡に比べて、より近接する物体に対してもピントの合った像が得られるという利点がある。
しかしながら、オートアイリス機構を介して内視鏡光学系の明るさ絞りを絞るだけでは、近点側の深度の拡大量が不十分であり、実用観察範囲を飛躍的には拡大させることができない。
【０００７】
しかるに、従来、実用観察範囲をより拡大させるための技術として、例えば、次の特許文献１、２に記載の内視鏡光学系がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平７−１１９８９３号公報
【特許文献２】特開２００６−１４１７１１号公報
【０００９】
特許文献１に記載の内視鏡光学系は、開口が複数状態に可変である明るさ絞りと少なくとも１つのレンズとを備えている。明るさ絞りの近傍に配置されたレンズは、そのレンズ面内の位置に応じて焦点距離が変化する複数焦点レンズで構成されている。そして、明るさ絞りの開口を変化させることによりピント位置が変化するようになっている。
そして、この特徴と上述したオートアイリス機構を組み合わせることで、オートアイリス機構のみで得られる深度の拡大に加えて、明るさ絞りの開口の変化に伴い変化するピント位置の作用により、さらに実用観察範囲を広げている。
【００１０】
特許文献２に記載の内視鏡光学系は、可視光通常観察と４８０ｎｍ以下の波長帯に存在するヘモグロビンの吸収ピークを表示画像の主成分とする血管強調観察との両方の観察に対応するように構成された内視鏡光学系であって、波長４１５ｎｍの光における内視鏡光学系の軸上色収差を補正不足傾向に残存させることで、可視光通常観察時のピント位置に対し血管強調観察時のピント位置を変化（近点側にシフト）させている。特許文献２に記載の内視鏡光学系は、２つの観察状態を切り替え可能な構成を備えることが前提となるが、血管強調観察時にはピント位置が変化（近点側にシフト）するため、実用観察範囲が広がる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、内視鏡光学系において、ピント位置を変化させるのに必要な焦点距離の変化量（収束作用の変化量）は僅かである。
このため、特許文献１に記載の内視鏡光学系のように、複数焦点レンズにおけるレンズ面内の部分的な曲率変化で、焦点距離の変化を実現させるようにすると、複数焦点レンズにおけるレンズ面内の部分間の曲率差を大きくとることができず、複数焦点レンズの加工の難易度が上がってしまう。加えて、内視鏡光学系は、もともとが径の微小なレンズであるため、さらに部分的な領域にレンズ面の部分間の僅かな曲率差を持たせようとすることは、レンズ加工を極めて困難なものにしてしまう。
【００１２】
また、特許文献２に記載の内視鏡光学系のように、波長が４１５ｎｍの光における内視鏡光学系の軸上色収差を補正不足傾向に残存させると、可視光通常観察時には残存する軸上色収差による観察像の色にじみなどが発生し高画質が得られない。
【００１３】
本発明は、上記先行技術の問題点に鑑み、レンズ製造が容易で、高画質が得られると共に、実用的な明るさを確保しつつも従来に比べて実用的観察範囲が広く、特に近点側に実用的観察範囲を拡大可能な内視鏡光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明による内視鏡光学系は、開口が複数の状態に可変の明るさ絞りと、前記明るさ絞りの近傍に配置された光学面を有する内視鏡光学系であって、前記光学面が、該面内における光軸を中心とする所定の同心円状の領域ごとに所定の光学特性を異ならせて構成されていて、前記明るさ絞りの開口の状態を変化させることにより、ピント位置が変化するようにしたことを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の内視鏡光学系においては、前記光学面は、屈折率の異なる２つの光学部材を接合した接合面からなり、前記接合面は、前記所定の同心円状の領域ごとに異なるパワーを有するのが好ましい。
【００１６】
また、本発明の内視鏡光学系においては、前記２つの光学部材は、互いの屈折率差が０より大きく、且つ０．３以内であるのが好ましい。
【００１７】
また、本発明の内視鏡光学系においては、前記２つの光学部材は、互いのアッベ数差が１０以下であるのが好ましい。
【００１８】
また、本発明の内視鏡光学系においては、前記明るさ絞りは、開口の径が大と小の２状態に可変であり、前記所定の同心円状の領域ごとに異なるパワーを有する接合面は、該接合面における前記明るさ絞りの開口の径が小のときに光線が透過する領域を領域（小）、前記明るさ絞りの開口の径が大のときに光線が透過する領域から前記領域（小）を除いた領域を領域（大）としたとき、前記複数のパワーを有する接合面の前記領域（小）の収束作用が前記領域（大）の収束作用より大きくなるように構成されているのが好ましい。
【００１９】
また、本発明の内視鏡光学系においては、前記光学面は、前記所定の同心円状の領域ごとに色収差発生量を異ならせて構成され、前記明るさ絞りの開口の径を変化させることにより、任意の波長のピント位置が変化するようにするのが好ましい。
【００２０】
また、本発明の内視鏡光学系においては、前記光学面の少なくとも一部の領域が回折光学面からなるのが好ましい。
【００２１】
また、本発明の内視鏡光学系においては、前記光学面は、互いのアッベ数差が１０以上ある２つの光学部材を接合した接合面からなるのが好ましい。
【００２２】
また、本発明の内視鏡光学系においては、前記２つの光学部材は、さらに互いの屈折率差が０より大きく、且つ０．１以内であるのが好ましい。
【００２３】
また、本発明の内視鏡光学系においては、前記明るさ絞りは、開口の径が大と小の２状態に可変であり、前記明るさ絞りの開口の径が大のときの内視鏡光学系のＦナンバーをＦ（開）、前記明るさ絞りの開口の径が小のときの内視鏡光学系のＦナンバーをＦ（閉）としたとき、次の条件式(1)を満足するのが好ましい。
（Ｆ（開）／Ｆ（閉））2≦０．３９                      ・・・(1)
【００２４】
また、本発明の内視鏡光学系においては、前記明るさ絞りの位置から前記光学面までの光軸上の距離をＬ（ｍｍ）、前記明るさ絞りの開口の径が最小のときの開口の径をＡＳ小（ｍｍ）としたとき、次の条件式(2)を満足するのが好ましい。
０≦Ｌ≦ＡＳ小                                         ・・・(2)
【００２５】
また、本発明の内視鏡光学系においては、前記光学面に対して前記明るさ絞りに近い側の光学部材が紫外線硬化型樹脂からなるのが好ましい。
【００２６】
なお、本発明の内視鏡光学系においては、前記光学面は、前記絞り位置と光学的に共役な位置近傍に配置してもよい。
また、本発明の内視鏡光学系における、所定の同心円状の領域ごとに異なる複数のパワーを有する接合面とは、面内の位置に応じてパワー（収束作用）を異ならせるために、曲率が異なる複数の面を合成してなる光学面である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、レンズ製造が容易で、高画質が得られると共に、実用的な明るさを確保しつつも従来に比べて実用的観察範囲が広く、特に近点側に実用的観察範囲を拡大可能な内視鏡光学系が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる内視鏡光学系の該略構成、及び、内視鏡光学系に備わる明るさ絞りの開口の状態に応じたピント位置の変化を示す説明図で、(a)は明るさ絞りの開口の径が大のときのピント位置を示す図、(b)は(a)の状態において、内視鏡に備わる所定の同心円状の領域ごとに異なるパワーを有する接合面における光線の透過領域を示す、接合面の正面図、(c)は(a)の状態において、所定の同心円状の領域ごとに異なるパワーを有する接合面を光線が透過する範囲における、異なるパワーを有する２つの領域の夫々が占める面積を比較して示すグラフ、(d)は明るさ絞りの開口の径が小のときのピント位置を示す図、(e)は(d)の状態において、内視鏡に備わる所定の同心円状の領域ごとに異なるパワーを有する接合面における光線の透過領域を示す、接合面の正面図、(f)は(d)の状態において、所定の同心円状の領域ごとに異なるパワーを有する接合面を光線が透過する範囲における、異なるパワーを有する２つの領域の夫々が占める面積を比較して示すグラフである。
【図２】第一実施形態の内視鏡光学系の要部の構成を示す図で、(a)は光軸に沿う断面図、(b)は同心円状の領域ごとにパワーが異なる光学面の正面図である。
【図３】比較例１にかかる特許文献１に記載の内視鏡光学系の要部の構成を示す図で、(a)は光軸に沿う断面図、(b)は同心円状の領域ごとにパワーが異なる光学面の正面図である。
【図４】第一実施例の内視鏡光学系における明るさ絞りの開口の径と被写界深度及びピント位置との関係を示す概念図で、(a)は明るさ絞りの開口の径が大のときの被写界深度及びピント位置を示す図、(b)は明るさ絞りの開口の径が小のときの被写界深度及びピント位置を示す図である。
【図５】比較例２にかかる内視鏡光学系における明るさ絞りの開口の径と被写界深度及びピント位置との関係を示す概念図で、(a)は明るさ絞りの開口の径が大のときの被写界深度及びピント位置を示す図、(b)は明るさ絞りの開口の径が小のときの被写界深度及びピント位置を示す図である。
【図６】本発明の第二実施形態にかかる内視鏡光学系の概略構成を示す説明図、図７は図６の内視鏡光学系の要部の構成を示す図で、(a)は光軸に沿う断面図、(b)は同心円状の領域ごとに色収差発生量が異なる光学面の正面図である。
【図７】図６の内視鏡光学系の要部の構成を示す図で、(a)は光軸に沿う断面図、(b)は同心円状の領域ごとに色収差発生量が異なる光学面の正面図である。
【図８】第二実施形態の内視鏡光学系の同心円状の領域ごとに色収差発生量が異なる光学面を透過する各波長それぞれの屈折方向のバラツキ量（分散）を示す説明図である。
【図９】第二実施形態の内視鏡光学系における明るさ絞り１６の開口の径が大のときの説明図で、(a)は内視鏡光学系全体としての縦収差図で、縦軸は瞳位置での光線高を、横軸は撮像素子１７の受光面と各光線高の光線と光軸との交点までの距離を示し、ｇ線、ｅ線、Ｃ線のそれぞれの球面収差及び軸上（縦）色収差を表すグラフ、(b)は光学面１８の正面図、(c)は光学面１８を光線が透過する範囲のうち、領域Ａが占める面積と、領域Ｂが占める面積を比較して示したグラフ、(d)は内視鏡光学系の物体側の各波長のピント位置を示す説明図である。
【図１０】第二実施形態の内視鏡光学系における明るさ絞り１６の開口の径が小のときの説明図で、(a)は内視鏡光学系全体としての縦収差図で、縦軸は瞳位置での光線高を、横軸は撮像素子１７の受光面と各光線高の光線と光軸との交点までの距離を示し、ｇ線、ｅ線、Ｃ線のそれぞれの球面収差及び軸上（縦）色収差を表すグラフ、(b)は光学面１８の正面図、(c)は光学面１８を光線が透過する範囲のうち領域Ａが占める面積と、領域Ｂが占める面積を比較して示したグラフ、(d)は内視鏡光学系の物体側の各波長のピント位置を示す説明図である。
【図１１】第二実施形態の内視鏡光学系の一変形例の要部の構成を示す説明図である。
【図１２】第二実施形態の内視鏡光学系の他の変形例の要部の構成を示す説明図で、(a)は光軸に沿う断面図、(b)は同心円状の領域ごとに色収差の発生量が異なる接合面１８の正面図である。
【図１３】本発明の内視鏡光学系における前記光学面の一構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
第一実施形態
図１は本発明の第一実施形態にかかる内視鏡光学系の該略構成、及び、内視鏡光学系に備わる明るさ絞りの開口の状態に応じたピント位置の変化を示す説明図で、(a)は明るさ絞りの開口の径が大のときのピント位置を示す図、(b)は(a)の状態において、内視鏡に備わる所定の同心円状の領域ごとに異なるパワーを有する接合面における光線の透過領域を示す、接合面の正面図、(c)は(a)の状態において、所定の同心円状の領域ごとに異なるパワーを有する接合面を光線が透過する範囲における、異なるパワーを有する２つの領域の夫々が占める面積を比較して示すグラフ、(d)は明るさ絞りの開口の径が小のときのピント位置を示す図、(e)は(d)の状態において、内視鏡に備わる所定の同心円状の領域ごとに異なるパワーを有する接合面における光線の透過領域を示す、接合面の正面図、(f)は(d)の状態において、所定の同心円状の領域ごとに異なるパワーを有する接合面を光線が透過する範囲における、異なるパワーを有する２つの領域の夫々が占める面積を比較して示すグラフである。
【００３０】
第一実施形態の内視鏡光学系は、明るさ絞り１と、結像レンズ２を有している。図１中、３は撮像素子である。
明るさ絞り１は、開口の径が大と小の２状態に可変に構成されている。
結像レンズ２は、屈折率の異なる２つの光学部材２ａ，２ｂを接合した接合レンズで構成されている。
結像レンズ２における２つの光学部材２ａ，２ｂの接合面２1は、明るさ絞り１の近傍に配置されている。
接合面２1は、所定の同心円状の領域ａ，ｂごとに異なるパワーを有し、且つ、面内周辺部の領域ｂに対して面内中心部の領域ａのパワーが大きくなるように、曲率の異なる面を同心円状に配置した状態に形成されている。
これにより、第一実施形態の内視鏡光学系では、接合面２1における領域ａを透過する光線によるピント位置Ｐａと、領域ｂを透過する光線によるピント位置Ｐｂとが存在し、明るさ絞り１の開口の径の状態を変化させることにより、ピント位置が変化するようになっている。
【００３１】
また、接合面２1は、接合面２1における明るさ絞り１の開口の径が小のときに光線が透過する領域（図１(e)の領域Ａ２）を領域（小）、明るさ絞り１の開口の径が大のときに光線が透過する領域（図１(b)の領域Ａ１）から領域（小）を除いた領域を領域（大）としたとき、複数のパワーを有する接合面２1の領域（小）の収束作用が領域（大）の収束作用より大きくなるように構成されている。
【００３２】
このように構成された第一実施形態の内視鏡光学系では、ピント位置Ｐａからの光は接合面２1における領域ａを、ピント位置Ｐｂからの光は接合面２1における領域ｂを夫々透過して撮像素子３の撮像面上に結像する。
【００３３】
ここで、図１(a)に示すように、明るさ絞り１の開口の径が大のときは、図１(b)及び図１(c)に示すように、接合面２1を光線が透過する範囲Ａ１において、領域ｂが占める面積の方が、領域ａが占める面積よりも広くなる。このため、光線が透過する面積の広い領域ｂの作用が支配的となり、内視鏡光学系のピント位置は領域ｂを透過する光線によるピント位置Ｐｂとなる。
【００３４】
一方、図１(d)に示すように、明るさ絞り１の開口の径が小のときは、図１(e)及び図１(f)に示すように、接合面２1を光線が透過する範囲Ａ２において、領域aが占める面積の方が、領域ｂが占める面積よりも広い。このため、光線が透過する面積の広い領域aの作用が支配的となり、内視鏡光学系のピント位置は領域ａを透過する光線によるピント位置Ｐａとなる。
【００３５】
このように、第一実施形態の内視鏡光学系では、開口の径が複数の大きさに可変の明るさ絞り１と、面内における光軸を中心とする所定の同心円状の領域ａ，ｂごとにパワーが異なる接合面２1を組み合わせたことにより、明るさ絞り１の開口の径の大きさに応じてピント位置Ｐａ，Ｐｂが移動する。
【００３６】
ここで、第一実施形態の内視鏡光学系では、さらに、この同心円状の領域ごとにパワーが異なる接合面２1を光学部材２ａ，２ｂを接合することによって構成し、且つ、この２つの光学部材２ａ，２ｂの屈折率を異ならせている。このため、第一実施形態の内視鏡光学系によれば、接合面２1において同心円状の領域ａ，ｂごとの曲率差を大きくとることができ、従来の特許文献１に記載の内視鏡光学系における複数焦点レンズに比べて加工がし易くなる。
【００３７】
この作用効果に関し、図２、図３を用いて、第一実施形態の内視鏡光学系を特許文献１に記載の内視鏡光学系と比較しながら説明する。
図２は第一実施形態の内視鏡光学系の要部の構成を示す図で、(a)は光軸に沿う断面図、(b)は同心円状の領域ごとにパワーが異なる光学面の正面図、図３は比較例１にかかる特許文献１に記載の内視鏡光学系の要部の構成を示す図で、(a)は光軸に沿う断面図、(b)は同心円状の領域ごとにパワーが異なる光学面の正面図である。
【００３８】
比較例１の内視鏡光学系は、図３に示すように、明るさ絞り５１と、結像レンズ５２を有している。
明るさ絞り５１は、図１に示した第一実施形態の内視鏡光学系の明るさ絞り１と同様、開口の径が複数の大きさに可変に構成されている。
結像レンズ５２は、明るさ絞り５１側の面５２1が所定の同心円状の領域ａ１，ｂ１ごとに異なるパワーを有し、面内周辺部の領域ｂ１に対して面内中心部の領域ａ１のパワーが大きくなるように、曲率の異なる面を同心円状に配置した状態に形成されている。なお、図３の例では、領域ａ１が曲率半径ＲＡの曲面、領域ｂ１は平面に形成されている。
これにより、比較例１の内視鏡光学系では、明るさ絞り５１側の面５２1における領域ａ１を透過する光線によるピント位置（図示省略）と、領域ｂ１を透過する光線によるピント位置（図示省略）とが存在し、明るさ絞り５１の開口の形状を変化させることにより、ピント位置が変化するようになっている。
【００３９】
ここで、比較例１の内視鏡光学系では、所定の同心円状の領域ａ１，ｂ１ごとに異なるパワーを有する明るさ絞り５１側の面５２1は、空気とレンズ硝材との境界面となっている。このため、レンズ硝材に屈折率が低いものを用いたとしても、空気との屈折率差は最低でも約０．４以上となる。
しかし、境界面（明るさ絞り５１側の面５２1）の屈折率差が０．４以上あると、内視鏡光学系のピント位置を変化させるのに必要な焦点距離の変化を境界面内での部分的な曲率の変化で実現させるのに必要とする境界面内の部分間の曲率差は非常にわずかなものになってしまう。
そして、図３の構成において、平面である領域ｂ１に対してわずかな焦点距離の差を領域ａ１に持たせようとする場合、領域ａ１の曲率半径は大きくなってしまい、境界面は、全体的に領域間の曲率の差が少ないメリハリの無い面となる。一般的に形状変化の乏しいメリハリの無い面を高精度に加工するのは難しい。
【００４０】
このため、比較例１の内視鏡光学系では、所定の同心円状の領域ａ１，ｂ１ごとに異なる複数のパワーを有する光学面５２1を有する結像レンズ５２の製造コストが大きくなってしまう。
【００４１】
一方、第一実施形態の内視鏡光学系は、図１を用いて説明したように、開口の形状が可変である明るさ絞り１の近傍に、２つの光学部材２ａ，２ｂを接合してなる接合面２1を配置し、接合面２1は所定の同心円状の領域ａ，ｂごとに異なる複数のパワーを、面内周辺部の領域ｂに対して面内中心部の領域ａのパワーが大きくなるように、曲率の異なる面を同心円状に配置した状態に形成されている。なお、図２の例では、領域ａが曲率半径ＲＢの曲面、領域ｂは平面に形成されている。
【００４２】
ここで、第一実施形態の内視鏡光学系では、所定の同心円状の領域ａ，ｂごとにパワーが異なる光学面を光学部材２ａ，２ｂの接合面２1で構成している。このため、光学部材２ａ，２ｂの屈折率差が、比較例１の内視鏡光学系の結像レンズ５２の明るさ絞り５１側の面５２1における空気とレンズ硝材の屈折率差よりも小さくなるように、光学部材２，２ｂのそれぞれに屈折率の異なる硝材を用いることができる。
【００４３】
光学部材２ａ，２ｂの屈折率差が、比較例１の内視鏡光学系の結像レンズ５２の明るさ絞り５１側の面５２1における空気とレンズ硝材との屈折率差よりも小さくなるようにすると、比較例１の内視鏡光学系における領域ａ１と同じパワーを領域ａに持たせた場合に、領域ａの曲率半径ＲＢを領域ａ１の曲率半径ＲＡよりも小さくすることができる。
このため、第一実施形態の内視鏡光学系によれば、異なるパワーを有する光学面（接合面２1）における領域間の曲率の差を大きくすることができる。よって、接合面２1は全体的に領域間の曲率の差の大きいメリハリのある形状に加工することができる。
【００４４】
従って、第一実施形態の内視鏡光学系によれば、オートアイリス（自動絞り）機構と組み合わせることでオートアイリス機構のみで得られる深度拡大（観察範囲拡大）に加えてピント位置変化の作用によりさらに観察範囲を広げ易くすることができる。
【００４５】
なお、接合面２1を形成する２つの光学部材２ａ，２ｂは、互いの屈折率差が０より大きく、且つ０．３以内であるのが好ましい。
このようにすれば、領域ａ，ｂ間に所定のパワー（収束作用）差を設ける際に、接合面２1の領域ａ，ｂ間の曲率差をより大きくとることができ、光学部材２ａ，２ｂにおける接合側の面をより加工しやすい形状とすることができる。
【００４６】
さらに、２つの光学部材２ａ，２ｂは、互いのアッベ数差が１０以下であるのが好ましい。
このようにすれば、接合面２1において互いに曲率が異なるそれぞれの領域ａ，ｂでの色収差の発生を小さく抑えることができる。よって、高画質な被写体画像を保ちつつ実用観察範囲を広げることができる。
【００４７】
また、第一実施形態の内視鏡光学系によれば、明るさ絞り１が、開口の径が大と小の２状態に可変であり、複数のパワーを有する接合面２1が、接合面２1における明るさ絞り１の開口の径が小のときに光線が透過する領域を領域（小）、明るさ絞りの開口の径が大のときに光線が透過する領域から領域（小）を除いた領域を領域（大）としたとき、複数のパワーを有する接合面２1の領域（小）の収束作用が領域（大）の収束作用より大きくなるように構成したので、近点側へ観察範囲を大きく拡大することができる。
【００４８】
この点に関し、第一実施形態の内視鏡光学系に、内視鏡光学系への入射光量に応じて明るさ絞り１の開口の径について大と小の２つの状態から最適なものを選択する２段切り替えオートアイリス機構を組み合わせた場合について説明する。
オートアイリス機構による可変絞り１の開口の径の変化と複数のパワーを有する接合面２1との組み合わせにより得られる効果（ピント位置の移動）は上述した通りである。ここで、被写体を内視鏡に近接させると、オートアイリス機構により明るさ絞り１の開口の径が小となり、開口を透過する光の全てが接合面２1における領域（小）（即ち、図１(e)における領域Ａ２）を透過する。このとき、接合面２1における領域（小）の収束作用は領域（大）（即ち、図１(b)における領域Ａ１から図１(e)における領域Ａ２を除いた領域）の収束作用より大きいため、ピント位置が近点側に移動する。
【００４９】
このため、第一実施形態の内視鏡光学系によれば、オートアイリス機構のみで得られる深度拡大に加えて、明るさ絞り１の開口の径を小にしたときにピント位置を近点側に移動させる作用により、特に近点側への観察範囲を実用的な程度に大きく拡大することができる。
しかも、接合面２1は、上述したように、屈折率の異なる２つの光学部材２ａ，２ｂを接合した構成であるため、加工しやすい面形状とすることができ、特に近点側への観察範囲を拡大させ易くなる。
【００５０】
さらに、この点に関し、比較例として結像レンズの全面が同じ曲率で形成されている通常の内視鏡光学系に２段切り替えオートアイリス機能を組み合わせたときの被写界深度の拡大の様子と、第一実施形態の内視鏡光学系に２段切り替えオートアイリス機能を組み合わせたときの被写界深度の拡大の様子とを図５、図４を用いて比較説明する。
図４は第一実施例の内視鏡光学系における明るさ絞りの開口の径と被写界深度及びピント位置との関係を示す概念図で、(a)は明るさ絞りの開口の径が大のときの被写界深度及びピント位置を示す図、(b)は明るさ絞りの開口の径が小のときの被写界深度及びピント位置を示す図である。図５は比較例２にかかる内視鏡光学系における明るさ絞りの開口の径と被写界深度及びピント位置との関係を示す概念図で、(a)は明るさ絞りの開口の径が大のときの被写界深度及びピント位置を示す図、(b)は明るさ絞りの開口の径が小のときの被写界深度及びピント位置を示す図である。
【００５１】
比較例にかかる結像レンズの全面が同じ曲率で形成されている通常の内視鏡光学系では、図５(a)，(b)に示すように、明るさ絞り１の開口の径が大のときの内視鏡のピント位置８と、明るさ絞り１の開口の径が小のときの内視鏡のピント位置１１は同じ位置に位置する。なお、図５中、７は明るさ絞り１の開口の径が大のときの内視鏡光学系、９は明るさ絞り１の開口の径が大のときの内視鏡の被写界深度範囲、１０は明るさ絞りの開口の径が小のときの内視鏡光学系、１２は明るさ絞り１の開口の径が小のときの内視鏡の被写界深度範囲をそれぞれ示している。
【００５２】
即ち、明るさ絞り１の開口が小のときは、Ｆナンバーが大きくなるため被写界深度が広がる。ただし、図５(b)に示すように、Ｆナンバーの変化による被写界深度の近点側拡大量は遠点側ほど大きくない。このため、上述したように、近接拡大の要望に対しては不十分なものとなる。
【００５３】
これに対し、第一実施形態の内視鏡光学系では、図４(a)，(b)に示すように、明るさ絞り１の開口の径が大のときの内視鏡のピント位置８と、明るさ絞り１の開口の径が小のときの内視鏡のピント位置１３は異なる位置に位置し、明るさ絞り１の開口の径が小のときの内視鏡のピント位置１３は近点側に移動する。なお、図４中、７は明るさ絞り１の開口の径が大のとき内視鏡光学系、９は明るさ絞り１の開口の径が大のときの内視鏡の被写界深度範囲、１０は明るさ絞り１の開口の径が小のときの内視鏡光学系、１４は明るさ絞り１の開口の径が小のときの内視鏡の被写界深度範囲をそれぞれ示している。
【００５４】
即ち、明るさ絞り１の開口の径が小のときは、Ｆナンバーが大きくなることにより被写界深度が広がるとともに、図４(b)に示すように、さらに近点側に移動したピント位置１３を中心として被写界深度が広がる。
このため、第一実施形態の内視鏡光学系によれば、被写界深度の近点側拡大量が、図５(b)に示した比較例２の内視鏡光学系よりも大きくなる。
【００５５】
第二実施形態
図６は本発明の第二実施形態にかかる内視鏡光学系の概略構成を示す説明図、図７は図６の内視鏡光学系の要部の構成を示す図で、(a)は光軸に沿う断面図、(b)は同心円状の領域ごとに色収差発生量が異なる光学面の正面図である。図８は第二実施形態の内視鏡光学系の同心円状の領域ごとに色収差発生量が異なる光学面を透過する各波長それぞれの屈折方向のバラツキ量（分散）を示す説明図である。
第二実施形態の内視鏡光学系は、開口の径が２つの状態に可変である明るさ絞り１６と、明るさ絞り１６の近傍に配置された光学面１８とを有している。図６中、１７は撮像素子、１９は光軸である。
光学面１８は、所定の同心円状の領域Ａ，Ｂごとに色収差発生量を異ならせて構成されている。
そして、第二実施形態の内視鏡光学系は、明るさ絞り１６の開口の径を変化させることにより、任意の波長のピント位置が変化するようになっている。
この点に関し、図８〜図１０を用いて説明する。
【００５６】
第二実施形態の内視鏡光学系では、光学面１８における領域Ａと領域Ｂでは色収差発生量が異なるため、図８に示すように、領域Ａを光線が透過する際の各波長（例えばｇ線：435.8ｎｍ、ｅ線：546.1ｎｍ、Ｃ線：656.3ｎｍ）それぞれの屈折方向のバラツキ量（分散）と、領域Ｂを光線が透過する際の各波長（例えばｇ線、ｅ線、Ｃ線）それぞれの屈折方向のバラツキ量（分散）が異なる。
【００５７】
図９(a)は明るさ絞り１６の開口の径が大のときの内視鏡光学系全体としての縦収差図であり、縦軸は瞳位置での光線高を、横軸は撮像素子１７の受光面と各光線高の光線と光軸との交点までの距離を示し、ｇ線、ｅ線、Ｃ線のそれぞれの球面収差及び軸上（縦）色収差を表している。
光学面１８における領域Ａと領域Ｂでは色収差発生量が異なるため、光線高が領域Ａから領域Ｂに移るときに各波長のプロットは不連続となり、領域Ａを透過してくる光線の軸上色収差が大きく残存している。また、領域Ｂを透過してくる光線の軸上色収差が良好に補正されている。
【００５８】
図９(b)は光学面１８の正面図である。図９(b)中、Ａ１’は明るさ絞り１６の開口の径が大のときに光学面１８を光線が透過する範囲を示している。
図９(c)は光学面１８を光線が透過する範囲のうち、領域Ａが占める面積と、領域Ｂが占める面積を比較して示したグラフである。
このように明るさ絞り１６の開口の径が大のときは、領域Ｂを光線が通る面積の方が領域Ａを光線が通る面積より広くなるため、面積の広い領域Ｂの作用が支配的となる。よって、軸上色収差は良好に補正されているため、図９(d)に示すように内視鏡光学系の物体側の各波長のピント位置は大きくは異ならない。
【００５９】
図１０(a)は明るさ絞り１６の開口が小のときの内視鏡光学系全体としての縦収差図であり、縦軸は瞳位置での光線高を、横軸は撮像素子１７の受光面と各光線高の光線と光軸との交点までの距離を示し、ｇ線、ｅ線、Ｃ線のそれぞれの球面収差及び軸上（縦）色収差を表している。
光学面１８の領域間で色収差発生量が異なるため、光線高が領域Ａから領域Ｂに移るときに各波長のプロットは不連続となり、領域Ａを透過してくる光線の軸上色収差は大きく残存している。また、領域Ｂを透過してくる光線の軸上色収差は良好に補正されている。
【００６０】
図１０(b)は光学面１８の正面図である。図１０(b)中、Ａ２’は明るさ絞り１６の開口の径が小のときに光学面１８を光線が透過する範囲を示している。
図１０(c)は光学面１８を光線が透過する範囲のうち、領域Ａが占める面積と、領域Ｂが占める面積を比較して示したグラフである。
このように、明るさ絞り１６の開口の径が小のときは、領域Ａを光線が通る面積の方が、領域Ｂを光線が通る面積より広いため、面積の広い領域Ａの作用が支配的となる。よって、軸上色収差は大きく残存しているため、図１０(d)に示すように内視鏡光学系の物体側の各波長のピント位置は大きく異なる。
【００６１】
このように、特定の波長（例えばｇ線、Ｃ線）に着目すると、明るさ絞り１６の開口の径の変化によってピント位置が変化する。
よって、第二実施形態の内視鏡光学系によれば、特定波長での観察を行う場合に観察範囲を広げることができる。
なお、第二実施形態の内視鏡光学系を用いた内視鏡において、可視光観察する際には、明るさ絞り１６の開口の径を大にすることで、色収差の少ない高画質な可視光被写体像を得ることができる。
【００６２】
なお、第二実施形態の内視鏡光学系においては、光学面１８の少なくとも一部の領域を回折光学面で構成するのが好ましい。例えば、図１１に示すように明るさ絞り１６の近傍の光学面１８の一部に回折光学素子２６を配置する。このようにすると、光学面１８の一部にのみ特定の色収差を持たせることができる。
回折光学素子は、色収差の発生させ方の自由度が高い。このため、光学面１８の一部に回折光学素子２６を配置すると、上述した明るさ絞り１６の開口の径の変化によって特定波長のピント位置が変化する効果をさらに強め、特定波長のピント移動量を大きくすることができる。
また、回折光学素子は金型による複製が容易であり、また、フォトリソグラフィー手法や、プラスチックのモールド手法で安価に製造できるため、色収差発生量が異なる複数の領域を内視鏡光学系の光軸を中心として同心円状に備えてなる光学面を安価に製造することができる。
【００６３】
また、第二実施形態の内視鏡光学系は、図１２(a)に示すように、光学面１８を互いのアッベ数差が１０以上ある２つの光学部材２ａ’，２ｂ’を接合した接合面で構成してもよい。
接合面１８は、領域Ａと領域Ｂの２つの領域に分かれており、領域Ａのみ曲率を有していて、領域Ｂは平面となっている。このようにすると、領域Ａ部と領域Ｂ部とで色収差の発生の仕方及び発生量を異ならせることができる。なお、図１２(b)は接合面１８の正面図であり、色収差発生量が異なる領域Ａ、領域Ｂが内視鏡光学系の光軸１９を中心として同心円状に備えてなる光学面の様子を示している。
【００６４】
さらに、２つの光学部材２ａ’，２ｂ’は、互いの屈折率差が０より大で０．１以内であるのが好ましい。
２つの光学部材２ａ’，２ｂ’の屈折率差を０より大で０．１以内にしないと、接合面１８のうち曲率を有する領域Ａは接合面を構成する両光学部材２ａ’，２ｂ’のアッベ数差、屈折率差より、平面である領域Ｂに対して色収差発生量が異なると同時にパワーも異なる。その場合、色収差発生量の違いによるピント位置変化の作用とパワーの相違によるピント位置変化の作用とが互いに相殺してピント位置が変化しないことが起こり得る。
【００６５】
一方、２つの光学部材２ａ’，２ｂ’の屈折率差を０より大で０．１以内にすると、曲率を有する領域Ａにおいて、パワー（収束作用）の発生を小さく抑えることができるため、領域Ｂとの間に色収差の発生の仕方及び発生量の差を持たせて任意の波長のピント位置を確実に変化させることができる。
【００６６】
第三実施形態
第三実施形態の内視鏡光学系は、第一実施形態及び第二実施形態の内視鏡光学系における、明るさ絞り１（１６）の開口の径が大と小の２状態に可変であり、明るさ絞り１（１６）の開口の径が大のときの内視鏡光学系のＦナンバーをＦ（開）、明るさ絞り１（１６）の開口の径が小のときの内視鏡光学系のＦナンバーをＦ（閉）としたとき、次の条件式(1)を満足するように構成されている。
（Ｆ（開）／Ｆ（閉））2≦０．３９                      ・・・(1)
条件式(1)を満足すると、可変絞りと２重焦点レンズを用いた構成（第一実施形態における明るさ絞り１と光学面２、第二実施形態における明るさ絞り１６と光学面１８）の効果を良好に発揮することができる上、二重焦点レンズの効果が大きくなり過ぎることがなく、明るさ絞り１（１６）の開口の径を大にしたときに適切な深度が得られる。
【００６７】
その他、本発明の内視鏡光学系においては、前記明るさ絞りの位置から前記光学面までの光軸上の距離をＬ（ｍｍ）、前記明るさ絞りの開口の径が最小のときの開口径をＡＳ小（ｍｍ）としたとき、次の条件式(2)を満足するのが好ましい。
０≦Ｌ≦ＡＳ小                                          ・・・(2)
内視鏡光学系が取り込む光束は、明るさ絞りの位置で最も収束し、明るさ絞りを通過した後、像面（撮像素子面）の各位置に向かい拡散する。このため、光学面を明るさ絞りから遠くに配置すると、その光学面の光束透過範囲は大きくなってしまい、その光学面を有する光学素子が大きくなってしまう。しかるに、前記明るさ絞りの位置から前記光学面までの光軸上の距離Ｌを、条件式(2)を満たすように設定すると、前記明るさ絞りから前記光学面までの距離が近くなり、前記光学面の光束透過範囲を小さくすることができる。その結果、前記光学面を有する光学素子も小さくすることができ、コンパクトな内視鏡光学系とすることができる。
【００６８】
また、本発明の内視鏡光学系においては、前記光学面に対して前記明るさ絞りに近い側の光学部材が紫外線硬化型樹脂で構成するのが好ましい。
本発明において、前記光学面は屈折率やアッベ数の異なる２種類の光学部材を接合した接合面である。ここで、２つのレンズを加工し、高精度に２つのレンズを接合する構成では、高コストとなってしまうことは免れない。
しかるに、本発明において、上記のように、前記光学面に対して前記明るさ絞りに近い側の光学部材が紫外線硬化型樹脂で構成した例を、図１３を用いて説明する。
図１３は本発明の内視鏡光学系における前記光学面の一構成例を示す説明図である。図１３中、２０は明るさ絞り、２１は光学面、２２は明るさ絞り２０側の面に光学面２１を加工したレンズ、２３はカバーガラス、２４は紫外線硬化型樹脂である。この紫外線硬化型樹脂２４は、カバーガラス２３とレンズ２２を接合している。
このように構成すると、１つのレンズと紫外線硬化型樹脂との境界面を前記光学面とすることができるので、もう１つのレンズを加工して接合することを不要とすることができ、コストを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、被写界深度の近点側をより拡大して内視鏡観察をすることが求められる分野に有用である。
【符号の説明】
【００７０】
１、１６、２０    明るさ絞り
２                結像レンズ
２ａ，２ｂ        光学部材
２ａ’，２ｂ’    互いのアッベ数差が１０以上ある２つの光学部材
２1               接合面
３                撮像素子
７                明るさ絞り１の開口の径が大のときの内視鏡光学系
８                明るさ絞り１の開口の径が大のときの内視鏡のピント位置
９                明るさ絞り１の開口の径が大のときの内視鏡の被写界深度範囲
１０              明るさ絞り１の開口の径が小のときの内視鏡光学系
１１、１３        明るさ絞り１の開口の径が小のときの内視鏡のピント位置
１２、１４        明るさ絞り１の開口の径が小のときの内視鏡の被写界深度範囲
１８、２１        光学面
１９              光軸
２２              明るさ絞り２０側の面に光学面２１を加工したレンズ
２３              カバーガラス
２４              紫外線硬化型樹脂
５１              明るさ絞り
５２              結像レンズ
５２1             明るさ絞り５１側の面
ａ、ａ１、Ａ      面内中心部の領域
ｂ、ｂ１、Ｂ      面内周辺部の領域
Ｐａ              領域ａを透過する光線によるピント位置
Ｐｂ              領域ｂを透過する光線によるピント位置
Ａ１              明るさ絞り１の開口の径が大のときにおける接合面２1を光線が透過する範囲
Ａ２              明るさ絞り１の開口の径が小のときにおける接合面２1を光線が透過する範囲
Ａ                面内中心部の領域
Ｂ                面内周辺部の領域
Ａ１’            明るさ絞り１６の開口の径が大のときにおける光学面１８を光線が透過する範囲
Ａ２’            明るさ絞り１６の開口の径が小のときにおける光学面１８を光線が透過する範囲
【図１】
2010220663.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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