(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチセンサ内視鏡の先端部分のための光学系であって、前記光学系は、
直視方向向きのカメラセンサと、
直視対物レンズ系と、
側視方向向きのカメラセンサと、
側視対物レンズ系と、
汚染物質を洗浄するための洗浄流体を注入するように構成された注入部であって、前記注入部はノズル部および溝を有し、前記溝は、前記ノズル部からの洗浄流体を所望の方向に方向付けるように構成されており、前記注入部は、前記溝内において少なくとも部分的に窪んでいる、注入部と、を備え、
前記直視対物レンズ系および前記側視対物レンズ系のうちの少なくとも１つが、絞り羽根により分離される前群サブシステムおよび後群サブシステムを備え、
前記前群サブシステムが、物体側から順に、第１の前方負レンズと第２の前方正レンズとを備え、
前記後群サブシステムが、物体側から順に、第１の後方正レンズと、第２の後方正レンズを備える色消しサブアセンブリと、第３の後方負レンズとを備え、
ｆ（第１の後方正レンズ）≦１．８ｆという条件が満たされ、式中、ｆは全レンズ系の合成焦点距離であり、ｆ（第１の後方正レンズ）は前記第１の後方正レンズの焦点距離である、光学系。
【請求項２】
前記前群サブシステムが、前記第１の前方負レンズと前記第２の前方正レンズとの間に配置される追加の前方メニスカスレンズをさらに備える、請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記後群サブシステムが、前記第３の後方負レンズと前記直視方向向きカメラセンサおよび前記側視方向向きカメラセンサの両方、またはいずれか一方との間に後方保護ガラスをさらに含み、前記後方保護ガラスが、前記直視方向向きカメラセンサおよび前記側視方向向きカメラセンサの両方、またはいずれか一方の検出器アレイを保護するように適合される、請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
ｆ（第１の後方正レンズ）＝１．８ｆという条件が満たされ、式中、ｆは全レンズ系の合成焦点距離であり、ｆ（第１の後方正レンズ）は前記第１の後方正レンズの焦点距離である、請求項１に記載の光学系。
【請求項５】
前記直視方向向きのカメラセンサおよび前記直視対物レンズ系が、４および１１０ｍｍの間の物体距離で物体を撮像するように適合される、請求項１に記載の光学系。
【請求項６】
前記直視方向向きのカメラセンサおよび前記直視対物レンズ系が、３．５および５０ｍｍの間の物体距離で物体を撮像するように適合される、請求項５に記載の光学系。
【請求項７】
前記直視方向向きのカメラセンサおよび前記直視対物レンズ系が、５および５０ｍｍの間の物体距離で少なくとも１ｍｍ当たり６０線の空間分解能を提供するように適合される、請求項１に記載の光学系。
【請求項８】
前記直視方向向きのカメラセンサおよび前記直視対物レンズ系が、５および５０ｍｍの間の物体距離で１°当たり２′以下の角分解能を提供するように適合される、請求項１に記載の光学系。
【請求項９】
前記直視方向向きのカメラセンサおよび前記直視対物レンズ系が、１５０°以上の視野（ＦＯＶ）を提供するように適合される、請求項１に記載の光学系。
【請求項１０】
前記直視方向向きのカメラセンサおよび前記直視対物レンズ系が、１７０°以上の視野（ＦＯＶ）を提供するように適合される、請求項９に記載の光学系。
【請求項１１】
前記直視方向向きのカメラセンサおよび前記直視対物レンズ系が、５ｍｍ以下の全光路長を有する、請求項１に記載の光学系。
【請求項１２】
前記側視方向向きのカメラセンサおよび前記側視対物レンズ系が、３．５および５０ｍｍの間の物体距離で物体を撮像するように適合される、請求項１に記載の光学系。
【請求項１３】
前記側視方向向きのカメラセンサおよび前記側視対物レンズ系が、３および３０ｍｍの間の物体距離で物体を撮像するように適合される、請求項１に記載の光学系。
【請求項１４】
前記側視方向向きのカメラセンサおよび前記側視対物レンズ系が、５および５０ｍｍの間の物体距離で少なくとも１ｍｍ当たり６０線の空間分解能を提供するように適合される、請求項１に記載の光学系。
【請求項１５】
前記側視方向向きのカメラセンサおよび前記側視対物レンズ系が、５および５０ｍｍの間の物体距離で１°当たり２′以下の角分解能を提供するように適合される、請求項１に記載の光学系。
【請求項１６】
前記側視方向向きのカメラセンサおよび前記側視対物レンズ系が、１５０°以上の視野（ＦＯＶ）を提供するように適合される、請求項１に記載の光学系。
【請求項１７】
前記側視方向向きのカメラセンサおよび前記側視対物レンズ系が、１７０°以上の視野（ＦＯＶ）を提供するように適合される、請求項１に記載の光学系。
【請求項１８】
前記側視方向向きのカメラセンサおよび前記側視対物レンズ系が、５ｍｍ以下の全光路長を有する、請求項１に記載の光学系。
【請求項１９】
前記第１の前方負レンズの直径が２．５ｍｍ以下である、請求項１に記載の光学系。
【請求項２０】
前記色消しサブアセンブリが複合色消しサブアセンブリである、請求項１に記載の光学系。
【請求項２１】
マルチセンサ内視鏡の直視方向向きカメラセンサおよび側視方向向きのカメラセンサのうちの少なくとも１つのための対物レンズ系であって、前記対物レンズ系は、
絞り羽根により分離される前群サブシステムおよび後群サブシステムと、
汚染物質を洗浄するための洗浄流体を注入するように構成された注入部であって、前記注入部はノズル部および溝を有し、前記溝は、前記ノズル部からの洗浄流体を所望の方向に方向付けるように構成されており、前記注入部は、前記溝内において少なくとも部分的に窪んでいる、注入部と、を備え、
前記前群サブシステムが、第１の前方負レンズと第２の前方正レンズとを備え、
前記後群サブシステムが、第１の後方正レンズと、第２の後方正レンズを備える色消しサブアセンブリと、第３の後方負レンズとを備え、
ｆ（第１の後方正レンズ）≦１．８ｆという条件が満たされ、式中、ｆは全レンズ系の合成焦点距離であり、ｆ（第１の後方正レンズ）は前記第１の後方正レンズの焦点距離である、対物レンズ系。
【請求項２２】
前記色消しサブアセンブリが複合色消しサブアセンブリである、請求項２１に記載の対物レンズ系。
【請求項２３】
光学系を備えるマルチセンサ内視鏡の先端部分であって、前記先端部分は、
直視方向向きのカメラセンサと、
直視対物レンズ系と、
側視方向向きのカメラセンサと、
側視対物レンズ系と、
汚染物質を洗浄するための洗浄流体を注入するように構成された注入部であって、前記注入部はノズル部および溝を有し、前記溝は、前記ノズル部からの洗浄流体を所望の方向に方向付けるように構成されており、前記注入部は、前記溝内において少なくとも部分的に窪んでいる、注入部と、を備え、
前記直視対物レンズ系および前記側視対物レンズ系のうちの少なくとも１つが、絞り羽根により分離される前群サブシステムおよび後群サブシステムを備え、
前記前群サブシステムが、第１の前方負レンズと第２の前方正レンズとを備え、
前記後群サブシステムが、第１の後方正レンズと、第２の後方正レンズを備える色消しサブアセンブリと、第３の後方負レンズとを備え、
ｆ（第１の後方正レンズ）≦１．８ｆという条件が満たされ、式中、ｆは全レンズ系の合成焦点距離であり、ｆ（第１の後方正レンズ）は前記第１の後方正レンズの焦点距離である、先端部分。
【請求項２４】
前記色消しサブアセンブリが複合色消しサブアセンブリである、請求項２３に記載の先端部分。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡のための広視野対物レンズ系に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡は、医学界内で広く受け入れられてきたが、それは、それらが患者の外傷を最低限にして検査を行う手段を提供する上に、医者が患者体内の解剖学的構造を観察できるようにするからである。長年にわたって、非常に多くの内視鏡が開発され、膀胱鏡検査、結腸内視鏡検査、腹腔鏡検査、上部消化管内視鏡検査などの特定の用途に応じて分類されてきた。内視鏡は、体の自然開口部内へ、または、皮膚の切開部を介して挿入されることがある。
【０００３】
内視鏡は普通、硬性または軟性の細長い管状のシャフトであり、ビデオカメラまたは光ファイバレンズアセンブリをその遠位端部に有する。シャフトは、直接観察用に接眼レンズを含むこともあるハンドルに接続される。また普通、外部スクリーンを介して観察することもできる。種々の外科手術を行うため、様々な手術道具がワーキングチャネルを介して内視鏡に挿入されることもある。
【０００４】
下部消化管などの体腔または内腔の内側を観察するための光学ヘッドをその前方の挿入部分に使用する公知の様々な内視鏡がある。こうした光学ヘッドは、少なくとも通常、物体を照らす照明手段と、対物レンズ系と、センサアレイとを含む。
【０００５】
米国特許第６，９５６，７０３号は、開口絞りを挟んで前群レンズ群と後群レンズ群とを備える内視鏡用対物レンズにおいて、前群レンズ群が、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズと、曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズとを備え、後群レンズ群が、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズと、正の屈折力の第４レンズと負の屈折力の第５レンズとを備え、第４レンズと第５レンズとは接合される内視鏡用対物レンズを開示する。ｆを全系の合成焦点距離、ｆ３を第３レンズの焦点距離としたとき、次の条件を満たす。２．０＜｜ｆ３／ｆ｜＜３．０。それでもなお、非対称な結腸の環境には、広視野（ＦＯＶ）を捉える高画質画像が求められるが、１つの検出器を使用するだけでは達成できない。
【０００６】
これらのシステムの光学設計を改善するため、および、広視野をもたらすために、例えば、米国特許第５，８７０，２３４号、名称「コンパクトな広角レンズ」、ならびに、米国特許第６，４７６，８５１号、名称「電子内視鏡」にみられるような、さらなる努力がなされている。これらの特許は広視野の利点をもたらすが、それらは主に直視方向の視野を提供する。その他の短所は、広角画像の境界にある周辺部に著しい歪みである。
【０００７】
これらの短所は、米国特許出願第２００５／０１６８６１６号、名称「マルチイメージレンズによる撮像のための方法および装置」示すようなマルチイメージレンズを使用することにより、または、例えば、米国特許第７，３６２，５１６号、名称「全方位の網羅および照明を提供する光学レンズ」に開示されるような、その他の全方位の光学的解決方法を使用することにより、部分的に解決されることもある。これらの技術は、画像の周辺部における歪みを比較的低減することで広視野を支持するかもしれないが、それらは、側視方向の視野で光学的分解能が低いという重大な短所に悩まされる。これらの技術のその他の短所は、複雑さおよび場所をとる設計であり、一般的に、噴射、ワーキングチャネルおよび照明などのその他の極めて重要な特徴を内視鏡に組み込むための可能性を排除してしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
結腸内視鏡検査など、内視鏡の技術分野にはさらなる要請があり、それは、広視野、広範囲の被写界深度／焦点深度（ＤＯＦ）、および、医療用装置の所要の寸法内での満足のいく解決を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下の実施形態およびその諸様態は、システム、道具および方法と併せて記述および図示されるが、例示的および説明的なものであり、本発明の範囲を制限するものではない。
【００１０】
本発明の目的は、内視鏡の同じヘッド（先端）内に格納される直視および側視カメラのための光学系を提供することである。カメラは、それらそれぞれの光学系と併せて、内視鏡を使用することにより検査される複雑な環境の広視野を捉える高画質画像を提供するように適合される。一部の実施形態によれば、互いに基本的に直交する直視カメラおよび側視カメラを少なくとも備える内視鏡が提供される。一部の実施形態によれば、カメラのいずれかは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサなどの小型の画像センサを含んでもよい（以下、ＣＣＤと呼ぶが、ＣＭＯＳまたは任意のその他のセンサをもまた意味してもよい）。内視鏡の前方部分の外径を可能な限り小さく保つため、複数のカメラで使用される光学系は、小型でなければならない。具体的には、側視カメラの光路は、短い必要がある。２つの側視カメラが同じ軸に沿って、好ましくは基本的に、内視鏡の長軸に対して垂直に配置される場合、内視鏡のヘッドの直径の最小値は、カメラの全長の少なくとも２倍に制限される（これは一般的に、カメラと、センサと、センサの裏側に配置されることもある任意の電子回路および配線との光路を含む）。全長を短縮することにより、ＦＯＶに影響を及ぼしたり、歪みをもたらしたりしてはならない。両方の光学特性は、全長が最小となるように併せて維持されなければならない。
【００１１】
さらに、ワーキングチャネルおよび流体チャネルは、内視鏡のヘッドを通る必要がある。このように、カメラおよびその光学系の直径は、小さくして、チャネルにより占められる空間を見込んでいなければならない。１つの視野に対して種々のセンサを使用してもよいため、追加のワーキングチャネル空間のための機会を開き、この用途に大きな利点をもたらす。
【００１２】
体腔内の限られた空間内で効果的に作動するために、カメラは、近くの物体のイメージングおよび画質を保った状態での幅広い作動距離を可能とする広角レンズを備えていてもよい。
【００１３】
任意で、同様または異なる設計のいくつかの光学モジュール（カメラ）を１つの内視鏡ヘッド内に用いてもよく、その所望の被写界深度（ＤＯＦ）に任意で調整できる。
【００１４】
一部の実施形態によれば、本明細書において、マルチセンサ内視鏡の先端部分のための光学系が提供され、該系は、直視方向向きのカメラセンサと、直視対物レンズ系と、側視方向向きのカメラセンサと、側視対物レンズ系とを備え、直視および側視対物レンズ系のうちの少なくとも１つが絞り羽根により分離される前群および後群サブシステムを備え、前群サブシステムが、物体側から順に、第１の前方負レンズと第２の前方正レンズとを備え、後群サブシステムが、物体側から順に、第１の後方正レンズと、第２の後方正レンズを備える色消しサブアセンブリ（任意で、複合色消しサブアセンブリ）と、第３の後方負レンズとを備え、以下の条件満たす。
ｆ（第１の後方正レンズ）≦１．８ｆ、ただし、ｆは全レンズ系の合成焦点距離、および、ｆ（第１の後方正レンズ）は、第１の後方正レンズの焦点距離である。
【００１５】
前群サブシステムは、（例えば、図４ｃに示すように）第１の前方負レンズと第２の前方正レンズとの間に配置される追加の前方正レンズ（メニスカスレンズなど）をさらに含んでもよい。
【００１６】
後群サブシステムは、第３の後方負レンズと直視方向向きカメラセンサおよび側視方向向きカメラセンサの両方、またはいずれか一方との間に後方保護ガラスをさらに含み、後方保護ガラスが、直視方向向きカメラセンサおよび側視方向向きカメラセンサの両方、またはいずれか一方の検出器アレイを保護するように適合される。
【００１７】
一部の実施形態によれば、ｆ（第１の後方正レンズ）＝１．８ｆ、ただし、ｆは全レンズ系の合成焦点距離、および、ｆ（第１の後方正レンズ）は、第１の後方正レンズの焦点距離である。
【００１８】
一部の実施形態によれば、直視方向向きのカメラセンサおよび直視対物レンズ系は、焦点深度（ＤＯＦ）が４から１１０ｍｍの間となるように適合されてもよい。焦点深度（ＤＯＦ）が４から１１０ｍｍの間である光学系は、光学系が、物体距離４から１１０ｍｍの間で物体を撮像するように適合されることを意味してもよい。直視方向向きのカメラセンサおよび直視対物レンズ系は、焦点深度（ＤＯＦ）が３．５から５０ｍｍの間となるように適合されてもよい。直視方向向きのカメラセンサおよび直視対物レンズ系は、焦点深度（ＤＯＦ）が５から５０ｍｍの間で少なくとも１ｍｍ当たり６０線の実効空間分解能となるように適合されてもよい。直視方向向きのカメラセンサおよび直視対物レンズ系は、焦点深度（ＤＯＦ）が５から５０ｍｍの間で１°当たり約２′以下の実効角分解能となるように適合されてもよい。直視方向向きのカメラセンサおよび直視対物レンズ系は、約１５０°以上の視野（ＦＯＶ）となるように適合されてもよい。直視方向向きのカメラセンサおよび直視対物レンズ系は、約１７０°以上の視野（ＦＯＶ）となるように適合されてもよい。
【００１９】
一部の実施形態によれば、直視方向向きのカメラセンサおよび直視対物レンズ系は、全光路長が約５ｍｍ以下である。
【００２０】
一部の実施形態によれば、側視方向向きのカメラセンサおよび側視対物レンズ系は、焦点深度（ＤＯＦ）が３．５から５０ｍｍの間となるように適合されてもよい。側視方向向きのカメラセンサおよび側視対物レンズ系は、焦点深度（ＤＯＦ）が５から５０ｍｍの間で少なくとも１ｍｍ当たり６０線の実効空間分解能となるように適合されてもよい。側視方向向きのカメラセンサおよび側視対物レンズ系は、焦点深度（ＤＯＦ）が３から３０ｍｍの間となるように適合されてもよい。側視方向向きのカメラセンサおよび側視対物レンズ系は、焦点深度（ＤＯＦ）が４．５から２５ｍｍの間で１°当たり約２′以下の実効角分解能となるように適合されてもよい。側視方向向きのカメラセンサおよび側視対物レンズ系は、約１５０°以上の視野（ＦＯＶ）となるように適合されてもよい。側視方向向きのカメラセンサおよび側視対物レンズ系は、約１７０°以上の視野（ＦＯＶ）となるように適合されてもよい。
【００２１】
一部の実施形態によれば、側視方向向きのカメラセンサおよび側視対物レンズ系は、全光路長が約５ｍｍ以下（例えば、４ｍｍ以下、３ｍｍ以下）である。
【００２２】
一部の実施形態によれば、第１の前方負レンズの直径は、（バレルまたはレンズホルダの無い状態で）２．５ｍｍ以下であってもよい。
【００２３】
一部の実施形態によれば、マルチセンサ内視鏡の直視方向向きのカメラセンサおよび側視方向向きのカメラセンサのうちの少なくとも１つのための対物レンズ系が提供され、対物レンズ系は、絞り羽根により分離される前群および後群サブシステムを備え、前群サブシステムが、第１の前方負レンズと第２の前方正レンズとを備え、後群サブシステムが、第１の後方正レンズと、第２の後方正レンズを備える色消しサブアセンブリ（任意で、複合色消しサブアセンブリ）と、第３の後方負レンズとを備え、以下の条件満たす。
ｆ（第１の後方正レンズ）≦１．８ｆ、ただし、ｆは全レンズ系の合成焦点距離、および、ｆ（第１の後方正レンズ）は、第１の後方正レンズの焦点距離である。
【００２４】
一部の実施形態によれば、光学系を備えるマルチセンサ内視鏡の先端部分が提供され、光学系は、直視方向向きのカメラセンサと、直視対物レンズ系と、側視方向向きのカメラセンサと、側視対物レンズ系とを備え、直視および側視対物レンズ系のうちの少なくとも１つが絞り羽根により分離される前群および後群サブシステムを備え、前群サブシステムが、第１の前方負レンズと第２の前方正レンズとを備え、後群サブシステムが、第１の後方正レンズと、第２の後方正レンズを備える色消しサブアセンブリ（任意で、複合色消しサブアセンブリ）と、第３の後方負レンズとを備え、以下の条件満たす。
ｆ（第１の後方正レンズ）≦１．８ｆ、ただし、ｆは全レンズ系の合成焦点距離、および、ｆ（第１の後方正レンズ）は、第１の後方正レンズの焦点距離である。
【００２５】
本発明およびその実施形態のさらなる詳細および特徴は、説明および添付の図面に見られる。
【００２６】
別段の定義の無い限り、本明細書において使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者に一般に理解されている意味と同じ意味を有する。本明細書に記述されるものと類似または均等の方法および材料を本発明の実施または試用に使用できるが、好適な方法および材料について以下に説明する。矛盾が生じる場合には、定義を含めて本明細書に従うものとする。さらに、材料、方法、および実施例は、単に説明的なものであり、限定を意図したものではない。
【００２７】
本明細書において、本発明の一部の実施形態を添付の図面を、単に例示により、参照して説明する。ここで図面を詳細に参照して、示す細目は、例であり、本発明の実施形態を説明するための議論を目的としており、また、本発明の原理および概念的態様に関する最も有用で理解が容易な説明であると考えられるものを提供するために提示されていることが強調される。この点において、本発明の基本的な理解に必要であるよりもさらに詳細に本発明の構造的な細部を示すという試みは行わない。図面を参照した説明によって、当業者には、如何にして本発明の幾つかの形態を実際に具現化し得るか明らかになる。
【００２８】
本発明を理解し、如何にして実際に実行され得るかを知るために、ここで添付の図面を参照し、単に非限定的な例により、実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１ａ】本発明の例示的な実施形態による複数の視野を有する内視鏡を概略的に示す外観等角図である。
【図１ｂ】本発明の例示的な実施形態による複数の視野を有する内視鏡を概略的に示す正面図である。
【図１ｃ】本発明の例示的な実施形態による複数の視野を有する内視鏡を概略的に示す側面図である。
【図２ａ】体腔内で使用するための、本発明の例示的な実施形態による複数の視野を有する内視鏡を概略的に示す断面図である。
【図２ｂ】本発明の例示的な実施形態による複数の視野を有する内視鏡を、ヘッドの一部詳細を示して、概略的に示す断面図である。
【図２ｃ】本発明の別の例示的な実施形態による複数の視野を有する内視鏡を概略的に示す切欠等角図である。
【図２ｄ】本発明の例示的な実施形態による複数の視野を有する内視鏡を概略的に示す別の切欠等角図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態によるカメラヘッドのレンズアセンブリを概略的に示す断面図である。
【図４ａ】本発明の例示的な実施形態による対物レンズ系内の光の伝播の例を概略的に示す光路図である。
【図４ｂ】本発明の例示的な実施形態による対物レンズ系内の光の伝播の別の例を概略的に示す光路図である。
【図４ｃ】本発明の例示的な実施形態による対物レンズ系内の光の伝播の別の例を概略的に示す光路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施形態の少なくとも１つを詳細に説明する前に、本発明は、その用途において、以下の記述で説明される、または、実施例により例示される詳細には必ずしも限定されないことが理解されるべきである。本発明は、その他の実施形態も可能であり、様々な方法で実施または実行され得る。
【００３１】
用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」とは、同語源の語と併せて、「を含むが、これに限定されない」を意味する。
【００３２】
用語「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」とは、「を含み、限定される」と同じ意味を有する。
【００３３】
用語「から基本的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」とは、組成、方法または構造が、追加の成分、ステップ、または部分、またはそれらの組み合わせを含んでもよいが、ただしそれは、追加の成分、ステップ、または部分、またはそれらの組み合わせが請求された組成、方法、または構造の基本的かつ新規な特性を実質的に変えてしまわない限りにおいてであることを意味する。
【００３４】
本明細書において使用する単数形「ある（ａ）」、「ある（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」とは、特記する場合を除き、その対象物の複数形も含む。例えば、用語「複合物」または「少なくとも１つの複合物」は、複数の複合物を含んでもよく、それらの混合物を含んでもよい。
【００３５】
本出願を通して、本発明の様々な実施形態は、範囲形式で提示されることもある。範囲形式による記述は、単に便宜と簡潔さのために用いられ、本発明の範囲の確固たる限定として解釈されるべきではない。したがって、範囲の記述は、その範囲内におけるあらゆるサブレンジならびに個々の数値が具体的に開示されているとみなされるべきである。
【００３６】
本発明の特定の特徴は、明確にするために別個の実施形態に関連して記述されるが、さらに、単独の実施形態において組み合わせて提供されてもよいことが理解される。逆に、本発明の様々な特徴は、簡潔さのために単独の実施形態に関連して記述されるが、さらに、別個に、または任意の好適なサブコンビネーションにより、または本発明の任意のその他の記述された実施形態に好適なように提供されてもよい。様々な実施形態に関連して記述される特定の特徴は、それらの要素なしではその実施形態が無効となるのでない限り、それらの実施形態の本質的な特徴であるとみなされるべきではない。
【００３７】
本明細書における以下の様々な図面の説明において、同様の符号は同様の部分を指す。一部の例では、複数の類似または同一の要素は、同じ符号が与えられ、続けて文字が付され、一部の例では、文字無しの同じ番号は、任意のこれらの要素を指す。図面は、一般的に原寸に比例していない。明確にするために、不必要な要素は、一部の図面から割愛されている。
【００３８】
一般的に、先行技術において使用される内視鏡のための光学装置は、系全体の光学的な長さ（全光路長）が比較的大きい必要があり、これは、内視鏡、具体的には結腸鏡および胃カメラとして使用される内視鏡において、特に本発明の実施形態による内視鏡などの側視カメラまたは複数の側視カメラを有する内視鏡で使用される場合、欠点である。
【００３９】
さらに、先行技術の内視鏡で使用される（ＣＣＤセンサなどの）センサにおいて、画素は、光遮蔽膜により部分的に覆われて、光エネルギーが、光遮蔽膜内に「窓」のある画素の中心に集中されるようにする。このことは信号対雑音比を改善し、光利用効率を高める。しかしながらこのことはまた、センサを、センサのマイクロレンズを通過してきた光線と、系の光軸との間の入射角に対して敏感にさせる。したがって、比較的小さい入射角を有する光線は画素に到達するが、比較的大きい（センサのマイクロレンズを通過してきた光線と、系の光軸との間の）入射角を有する光線は、「窓」ひいては画素に到達しないこともあり、著しいエネルギーの損失となる。損失は、例えば、主光線の入射角に近い入射角を有する光線などの視野の縁部において最大化される。
【００４０】
したがって本明細書において、一部の実施形態によれば、結腸鏡などの内視鏡において使用するために、具体的には、マルチセンサ内視鏡／結腸鏡において使用するために構成されるレンズ系（アセンブリ）が提供される。レンズ系は、（任意でセンサをともなって）本発明の一部の実施形態によれば、全光路長が、例えば、５ｍｍ以下と短い。レンズ系は、本発明の一部の実施形態によれば、例えば、主入射角（例えば図４ａ−図４ｃにおける光線Ｒ６を形成する入射角）が、２０°よりも大きい、２５°よりも大きい、３０°よりも大きい、または約２０−４０°の間など、大きい入射角を提供するように構成される。レンズ系は、本発明の一部の実施形態によれば、歪みを最低限にする（例えば、８０％未満）。
【００４１】
一部の実施形態によれば、レンズ系と併せて使用されるセンサは、大きい入射角（例えば、２０°よりも大きい、２５°よりも大きい、３０°よりも大きい、または約２０−４０°の間などの主入射角）を有する光線を実現して、画素に到達し、それにより歪みを改善するように構成される光遮蔽膜内の窓を有するように構成される。一部の実施形態によれば、窓の幅（または任意のその他の寸法のパラメータ）は、対応する画素の幅の約３０−６０％であってもよい。一部の実施形態によれば、センサのマイクロレンズは、実質的に無収差の状態を提供するように構成されてもよい。換言すると、センサは実質的に収差のない画像を提供するように構成されてもよい。
【００４２】
図１ａは、本発明の例示的な実施形態による複数の視野を有する内視鏡（例えば、結腸鏡）２００の外観等角図を概略的に示す。
【００４３】
本発明の例示的な実施形態によれば、内視鏡２００のヘッド２３０は、少なくとも直視カメラ（ＴＶカメラなど）と、少なくとも側視カメラ（ＴＶカメラなど）とを備える。
【００４４】
図１ａは、ヘッド２３０の前面３２０上にある直視カメラ１１６（図２ｃに示す）の前方カメラ要素２３６を示す。用語「カメラ要素」とは、一般にカメラおよびカメラに関する光学系／アセンブリを指す。直視カメラ１１６（例えば図２ａに示す）の光軸は、実質的に内視鏡の長手に沿った方向に向けられている。しかしながら、直視カメラ１１６は一般的には広角カメラであるため、その視野（ＦＯＶ）は、その光軸に対して大きな角度で視野の方向を含んでもよい。さらに、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの離散光源２４０ａおよび２４０ｂの光学窓２４２ａおよび２４２ｂも、ヘッド２３０の前面３２０上にみられる。ＦＯＶの照明に使用されるＬＥＤの数は、変更されてもよいことに注意されたい。ワーキングチャネル２６２の遠位開口部３４０（例えば図２ｄに示す）は、好ましくは、ヘッド２３０の前面３２０上に配置されて、ワーキングチャネル２６２を介して挿入され、前面３２０を越えて配備された手術道具を直視カメラ１１６から観察できるようにしてもよい。
【００４５】
流体チャネルの遠位開口部３４４も、好ましくは、ヘッド２３０の前面３２０上に配置されてもよい。遠位開口部３４４に繋がる流体チャネルは、結腸を洗浄するための噴射チャネルとして使用されてもよい。
【００４６】
ノズル部３４８を有する液体注入部３４６は、前方カメラ要素２３６に向けられ、流体を注入して、直視カメラの前方カメラ要素２３６から血液、排泄物およびその他の細片などの汚染物質を洗浄するために使用される。任意で、同じ注入部は、前方カメラ要素２３６ならびに１つまたは両方の光学窓２４２ａおよび２４２ｂの両方の洗浄のために使用される。注入部３４６は、流体チャネルから流体（例えば、水および気体の両方、またはいずれか一方）を供給されてもよく、または、専用の洗浄流体チャネルから流体を供給されてもよい。
【００４７】
ヘッド２３０の側壁３６２上には、側視カメラ２２０（２つのこうしたカメラを図２ａに示す）の前方カメラ要素２５６と、ＬＥＤ２５０などの離散光源の光学窓２５２とがみられる。離散光源の数は、変更されてもよいことに注意されたい。側視カメラ２２０の光軸は、実質的に内視鏡の長手に対して直交する方向に向けられている。しかしながら、側視カメラ２２０は一般的には広角カメラであるため、その視野は、その光軸に対して大きな角度で視野の方向を含んでもよい。
【００４８】
ノズル部３６８を有する液体注入部３６６は、前方カメラ要素２５６に向けられ、流体を注入して、側視カメラの前方カメラ要素２５６から血液、排泄物およびその他の細片などの汚染物質を洗浄するために使用される。任意で、同じ注入部は、前方カメラ要素２５６および光学窓２５２の両方の洗浄のために使用される。好ましくは、注入部３４６および３６６は、同じチャネルから流体を供給される。任意の溝３７０は、ノズル部３６８からの洗浄流体を前方カメラ要素２５６に向けて方向付けるのを助ける。溝３７０は、側壁３６２が直腸壁に接近または押し付けられる際に有益なことがある。任意で、注入部３６６は、溝３７０内において少なくとも部分的に窪ませてもよく、このことにより、ヘッド２３０の最大部直径を低減し、注入部３６６との摩擦により直腸壁を傷つける危険を低減してもよい。
【００４９】
図示の実施形態では、可撓性シャフト２６０は、ピボット３８４により互いに接続される複数のリンク３８２から構成される。リンク３８２により、ピボット３８４が限られた可撓性を提供して、内視鏡を押したり、引いたり、回転させたりできる。シャフトは、好ましくは、弾性シースで覆われる（明確にするために図示せず）。リンク３８２の管腔は、ワーキングチャネル２６２を保持する。開口部３４４に接続される流体チャネル、任意の洗浄流体チャネル、ならびに、ＬＥＤおよびカメラに電力を供給し、カメラからビデオ信号を伝達する電気ケーブルは、図示されていない。一般に、シャフトは、例えば使用中、ヘッドを方向付けたり向けたりするためのリンクに取り付けられたケーブルなど、機械的アクチュエータ（図示せず）をさらに備えてもよい。
【００５０】
図１ａには１つの側視カメラのみ示したが、任意で、一部の実施形態によれば、２つまたは３つ以上の側視カメラをヘッド２３０内に配置してもよいことに注意されたい。２つの側視カメラを使用する際、側視カメラは、好ましくは、それらの視野が実質的に反対を向くように設置される。一部の実施形態によれば、異なる構成および数の側視カメラが可能であり、本発明の一般的な範囲内に包含される。
【００５１】
図１ｂは、本発明の例示的な実施形態による複数の視野を有する内視鏡２００のヘッド２３０の正面図を概略的に示す。
【００５２】
本発明の例示的な実施形態によれば、内視鏡２００のヘッド２３０は、少なくとも直視カメラと、少なくとも側視カメラとを備える。図２ｂは、ヘッド２３０の前面３２０上にある直視カメラ１１６の前方カメラ要素２３６を示す。さらに、ＬＥＤの光学窓２４２ａおよび２４２ｂも、ヘッド２３０の前面３２０上にみられる。ワーキングチャネルの遠位開口部３４０および流体チャネルの遠位開口部３４４も、好ましくは、ヘッド２３０の前面３２０上に配置されてもよい。ノズル部３４８を有する液体注入部３４６もここに示す。
【００５３】
さらに、液体注入部３６６ａおよび３６６ｂは、それぞれ側視カメラ要素２５６ａおよび２５６ｂに向けられ、流体を注入して、側視カメラの前方カメラ要素２５６から血液、排泄物およびその他の細片などの汚染物質を洗浄するために使用される。
【００５４】
図１ｃは、本発明の例示的な実施形態による複数の視野を有する内視鏡２００の側面図を概略的に示す。
【００５５】
図１ｃは、ヘッド２３０の側壁３６２上にある側視カメラ２２０の前方カメラ要素２５６、溝３７０、および光学窓２５２を示す。液体注入部３４６および３６６もここに示す。
【００５６】
図２ａは、本発明の別の例示的な実施形態による複数の視野を有する内視鏡４００の切欠等角図を概略的に示す。
【００５７】
本発明の例示的な実施形態によれば、内視鏡２００のヘッド２３０は、少なくとも直視カメラ１１６ならびに２つの側視カメラ２２０ａおよび２２０ｂを備える。
【００５８】
直視方向の照明に使用されるＬＥＤの光学窓２４２ａおよび２４２ｂも、ヘッド２３０の前面上にみられる。
【００５９】
ワーキングチャネルの遠位開口部３４０は、好ましくは、ヘッド２３０の前面上に配置されて、ワーキングチャネル２６２を介して挿入され、前面を越えて配備された手術道具を直視カメラ１１６から観察できるようにしてもよい。
【００６０】
流体チャネルの遠位開口部３４４も、好ましくは、ヘッド２３０の前面上に配置されてもよい。遠位開口部３４４に繋がる流体チャネルは、結腸を洗浄するための噴射チャネルとして使用されてもよい。
【００６１】
ノズル部を有する液体注入部３４６は、カメラ１１６の前方カメラ要素に向けられ、流体を注入して、直視カメラ１１６の前方カメラ要素から血液、排泄物およびその他の細片などの汚染物質を洗浄するために使用される。任意で、同じ注入部は、前方カメラ要素ならびに１つまたは両方の光学窓２４２ａおよび２４２ｂの両方の洗浄のために使用される。注入部３４６は、流体チャネルから流体を供給されてもよく、または、専用の洗浄流体チャネルから流体を供給されてもよい。
【００６２】
ヘッド２３０の右側には、側視カメラ２２０ｂの前方カメラ要素２５６と、側視照明ＬＥＤの光学窓２５２ｂとがみられる。
【００６３】
ノズル部を有する液体注入部３６６ｂは、前方カメラ要素２５６ｂに向けられ、流体を注入して、側視カメラ２２０ｂの前方カメラ要素２５６ｂから血液、排泄物およびその他の細片などの汚染物質を洗浄するために使用される。任意で、同じ注入部は、前方カメラ要素２５６ｂおよび光学窓２５２ｂの両方の洗浄のために使用される。任意の溝３７０ｂは、注入部３６６ｂからの洗浄噴射を前方カメラ要素２５６ｂに向けて方向付けるのを助ける。
【００６４】
ここに図示されていないが、等価の要素３６６ａ、３７０ａ、２５６ａおよび２５２ａは、ヘッド２３０の左側に存在することが理解される。
【００６５】
好ましくは、全ての注入部３４６および３６６は、同じチャネルから流体を供給される。
【００６６】
図示の実施形態では、可撓性シャフト２６０は、複数のリンク３８２から構成される（明確にするために、１つだけ指す）。シャフト２６０内の電気ケーブル３９６がみられ、カメラ１１６、２２０ａおよび２２０ｂに接続されている。同じまたは別個の電気ケーブルが使用されて、ＬＥＤに電力を供給する。
【００６７】
図２ｂは、本発明の例示的な実施形態による複数の視野を有する内視鏡２２０の断面図を、ヘッド２３０の一部詳細を示して、概略的に示す。
【００６８】
本発明によれば、内視鏡２００のヘッド２３０は、少なくとも直視カメラ１１６ならびに２つの側視カメラ２２０ａおよび２２０ｂを備える。それぞれのカメラ１１６および２２０は、それぞれレンズアセンブリ（系）１３２および２３２、ならびに、それぞれ固体検出器アレイ１３４および２３４などの光学結像系とともに提供される。カメラ１１６および２２０のそれぞれの前方カメラ要素２３６および２５６は、平坦な保護窓であってもよいが、任意で、それぞれ固体検出器アレイ１３４および２３４などの結像系の一部として使用される光学要素であってもよい。任意で、カメラ１１６および２２０は、類似または同一であるが、異なるカメラ設計を使用してもよく、例えば、視野１１８と２１８とが異なることもある。追加的にまたは代替的に、分解能、光感度、画素寸法および画素数、焦点距離、作動距離および被写界深度などのその他のカメラパラメータは、同じまたは異なるように選択されてもよい。
【００６９】
視野を照らす光は、発光ダイオード（ＬＥＤ）により提供される。一部の実施形態によれば、白色ＬＥＤを使用してもよい。一部の実施形態によれば、その他の色のＬＥＤまたは任意の組み合わせのＬＥＤを使用してもよい（例えば、赤、緑、青、赤外、紫外など）。
【００７０】
図示の実施形態では、直視カメラ１１６の視野１１８は、内視鏡ヘッド２３０内に配置され、光学窓２４２ａおよび２４２ｂによりそれぞれ保護される２つのＬＥＤ２４０ａおよび２４０ｂによって照らされる。
【００７１】
同様に、図示の実施形態では、側視カメラ２２０の視野は、内視鏡ヘッド２３０内に配置され、光学窓２５２により保護される単独のＬＥＤ２５０によって照らされる。ＬＥＤ光源の数およびカメラに対するそれらの位置は、本発明の範囲内で変更されてもよいことに注意されたい。例えば、同じ保護窓の後ろにＬＥＤがほとんどなくてもよいし、同じ保護窓の後ろにカメラおよびＬＥＤまたは複数のＬＥＤが配置されてもよい、などである。
【００７２】
内視鏡２００のヘッド２３０は、可撓性シャフト２６０の遠位端部に配置される。当該技術分野のシャフトと同様に、シャフト２６０は、手術道具を挿入するためのワーキングチャネル２６２を備える。さらに、シャフト２６０は、洗浄、送気、吸引、および結腸壁を洗浄するための液体の供給のためのチャネルを備えてもよい。
【００７３】
図２ｃは、本発明の例示的な実施形態による内視鏡２００の切欠断面図を、ヘッド２３０の一部詳細を示して、概略的に示す。簡単にするために、図では、２つの側視カメラのうちの１つの詳細を示す。
【００７４】
本発明によれば、内視鏡２００のヘッド２３０は、少なくとも１つの側視カメラ２２０を備える。それぞれのカメラ２２０は、レンズアセンブリ２３２および固体検出器アレイ２３４などの光学結像系とともに提供される。カメラ２２０の前方カメラ要素２５６は、平坦な保護窓または結像系２３２の一部として使用される光学要素であってもよい。
【００７５】
図２ｄは、本発明の例示的な実施形態による複数の視野を有する内視鏡２２０の断面図を、ヘッド２３０の一部詳細を示して、概略的に示す。
【００７６】
本発明の一部の実施形態によれば、ヘッド２３０の内部は、直視カメラ１１６および側視カメラ２２０を備える。カメラ１１６および２２０の両方、またはいずれか一方はそれぞれ、複数のレンズ４３０から４３４および保護ガラス４３６（図示せず）を有するレンズアセンブリ１３２および２３２（図示せず）と、プリント基板１３５および２３５（図示せず）に接続される固体検出器アレイ１３４および２３４（図示せず）とを備える。カメラ１１６および２２０またはそれらに関係する任意の要素（例えば、レンズアセンブリ１３２および２３２、レンズ４３０から４３４および保護ガラス４３６、固体検出器アレイ１３４および２３４、または、プリント基板１３５および２３５、またはこれらの組み合わせなど）は、同じであってもよいし異なってもよいことに注意されたい。換言すると、直視カメラおよび側視カメラは、それらの構成要素またはそれらに関係するその他の要素（例えば光学要素など）の任意の１つまたは任意の組み合わせにおいて、同じであってもよいし異なってもよい。
【００７７】
図３は、本発明の例示的な実施形態によるカメラ１１６または２２０の断面図を、レンズアセンブリ１３２および２３２の一部詳細を示して、概略的に示す。本発明の一部の実施形態によれば、カメラ１１６または２２０は、同じであってもよいし異なってもよいことに注意されたい。任意で、カメラ１１６の焦点距離は、カメラ２２０のものと比べてわずかに異なる。焦点距離における違いは、例えば、レンズアセンブリ１３２および２３２の両方、またはいずれか一方を備えるレンズの間、または、レンズアセンブリと検出器アレイとの間の距離を（わずかに）変えることにより達成される。
【００７８】
レンズ４３１および４３２の間の空隙「Ｓ」は、絞りとして作用する。空隙Ｓは、集束範囲（レンズ系の最適な焦点合わせの範囲外となることによる過度のぼけがなく、結像可能な最も近い物体とより遠い物体との間の距離）に影響を及ぼしてもよい。
【００７９】
本発明の例示的な実施形態によれば、カメラ１１６および２２０は、それぞれレンズアセンブリ１３２および２３２を備える。レンズアセンブリは、一組のレンズ４３０から４３４および保護ガラス４３６を備える。
【００８０】
レンズ４３０から４３４は、（任意で金属製の）バレル４１０およびそこへの（例えば、バレル４１０に接着される）コネクタ内に置かれる。レンズアセンブリ１３２および２３２の両方、またはいずれか一方のうちの任意の１つは、図３のように任意で、バレル４１０内に配置されるアダプタ４１１を含んでもよい。アダプタ４１１は、１つまたは２つ以上のレンズの位置を調整し、レンズ間の距離を調整するように構成される。アダプタ４１１はまた、（この場合、レンズ４３２および４３３の間の）絞りとして機能するように構成されてもよい。保護ガラス４３６は、固体検出器アレイ１３４または２３４に近接して置かれ、任意でそこへ取り付けられる。
【００８１】
作動距離（レンズ系により最適に焦点合わせされる物体までの距離）は、レンズ４３４と保護ガラス４３６との間の距離を変えることにより変えられてもよい。レンズ４３４がバレルに固定され、また、保護ガラス４３６はレンズホルダ１３６（２３６）に固定されることから、この距離は、レンズホルダ１３６（２３６）のバレル４１０に対する相対的な位置を変えることにより変えられてもよい。レンズ４３４と保護ガラス４３６との間の空間は、何もない空間であってもよいし、ガラスもしくはその他の透明な材料で満たされてもよく、または、これらのレンズの間に管状のスペーサ部材を挿入して、正確な距離を保証してもよい。任意で、光学フィルタを空間内に配置してもよい。カメラ１１６および２２０は、それぞれ固体検出器アレイ１３４および２３４をさらに備える。固体検出器アレイ１３４および２３４は、それぞれプリント基板に接続されるものであってもよい。電気ケーブル配線は、プリント基板を内視鏡の中央制御システムユニットに接続してもよい。
【００８２】
固体検出器アレイ１３４および２３４は、それぞれレンズホルダ１３６および２３６に取り付けられる。レンズホルダ１３６または２３６は、検出器アレイカバーをバレル４１０に取り付けることにより、それぞれレンズアセンブリ１３２または２３２に取り付けられる。
【００８３】
一部の用途では、保護ガラス４３６は、両面が平坦な光学要素であってもよく、主に検出器アレイ（例えば検出器アレイ１３４および２３４など）の保護として作用し、任意で、アレイとともに供給されてもよい。しかしながら、光学設計において保護ガラス４３６の光学特性を考慮に入れる必要がある。
【００８４】
レンズアセンブリ１３２または２３２を組み立てるために、レンズ４３０が最初に左から、次いで４３１、そして４３２が右から挿入されてもよい。レンズ４３３および４３４は、併せて接着（または例えば空気により離間）されてもよいが、次いで右から挿入される。ここにおいて、完全な一組がバレル内に置いて組み立てられる。組み立てられた検出器（例えば、検出器アレイ１３４および２３４）、保護ガラス４３６およびカバー１３６（２３６）は、次いで加えられる。
【００８５】
図４ａ、４ｂおよび４ｃは、本発明によるレンズアセンブリ１３２および２３２などのレンズアセンブリのための３つの例を示し、それぞれ対物レンズ系５１０、５２０および５３０を有する。レンズアセンブリ１３２および２３２において使用されるセンサは、この例示的な実施形態によれば、マイクロレンズのアレイを有する電荷結合素子センサ（ＣＣＤ）であってもよいが、ＣＭＯＳなどその他のセンサもまた使用されてもよい。
【００８６】
本発明の例示的な実施形態において、約８００×６００画素の分解能を有するカラーＣＣＤカメラが、全アクティブ領域が約３．３×２．９５ｍｍの状態で使用された。レンズの光学的分解能は、本発明の例示的な実施形態によれば、センサの分解能と一致するように設計される。対物レンズ系５１０（５２０／５３０）は、好ましくは、色収差、球面収差および非点収差に関して補正される。本発明の例示的な実施形態において、対物レンズ系５１０（５２０／５３０）は、前面レンズの前面からセンサの前面まで測定した全長が約４．６０ｍｍ（４．６２）である。本発明の例示的な実施形態において、対物レンズ系５１０および５２０は、約１７０°の受光角を有する広角の対物レンズである。本発明の例示的な実施形態において、対物レンズ系５１０（５２０／５３０）は、前面レンズの前面から撮像される物体まで測定した作動距離が短い。本発明の例示的な実施形態において、対物レンズ系５１０（５２０／５３０）は、４−１１０ｍｍの間（または、３．５−５０ｍｍの間）で物体を効果的に撮像可能とする焦点深度（ＤＯＦ）を有する。本発明の例示的な実施形態において、対物レンズ系５１０、５２０および５３０は、前面レンズの直径により規定される約２．５ｍｍの最大部直径を有し、約３．６ｍｍの最大部外径を有するバレル内に格納される。その他の設計パラメータは、本発明の範囲内で選択されてもよいことに注意されたい。
【００８７】
対物レンズ系５１０（５２０／５３０）は、点線で示す光軸「Ｏ」を有する。レンズ系は、前群サブシステム５１０ａ（５２０ａ／５３０ａ）と、後方サブシステム５１０ｂ（５２０ｂ／５３０ｂ）とを備える。
【００８８】
前群サブシステム５１０ａ（５２０ａ）（図４ａ（４ｂ））は、観察対象の物体の最も近くに配置され、負の屈折力を有する前面レンズ４３０（４３０’）と、正の屈折力を有するレンズ４３１（４３１’）とを備える。
【００８９】
前面レンズ４３０（４３０’）は、その陥凹面が観察対象の物体に面するような方向に向けられ、任意で、光軸に直交する方向において、後群サブシステム５１０ｂの最大部寸法よりも実質的に大きい直径を有する。レンズ４３１（４３１’）は、正の屈折力を有する。
【００９０】
後群サブシステム５１０ｂ（５２０ｂ）は、レンズ４３２、４３３、４３４および保護ガラス４３６（レンズ４３２’、４３３’、４３４’および４３６’）を備え、４３２（４３２’）が負の屈折力を有し、４３３（４３３’）が正の屈折力を有し、４３４（４３４’）が負の屈折力を有し、４３６（４３６’）が基本的に屈折力を持たない。保護ガラス４３６（４３６’）は、センサの一部分または後群サブシステム５１０ｂ（５２０ｂ）の一部分であってもよいことに注意されたい。後群サブシステム５１０ｂ（５２０ｂ）のレンズ４３３および４３４（４３３’および４３４’）は、色消しサブアセンブリ（図４ａのような、レンズ４３３および４３４が固定された複合色消しサブアセンブリ、または、図４ｂのような、レンズ４３３’およびレンズ４３４’が分離される非複合色消しサブアセンブリ）を構成する。レンズ４３３（４３３’）は、後述の表Ｔ１、Ｔ２において示されるように、その前面の曲率半径がその後面の曲率半径より小さい状態で、両凸であってもよい。
【００９１】
対物レンズ系５１０のレンズ４３２は、次の条件を満たす焦点距離ｆ４３２を有していてもよい。ｆ４３２≦１．８ｆ、ただし、ｆは全系の合成焦点距離である。具体的には、表Ｔ１に示されたデータ、ｆ４３２＝２．０５およびｆ＝１．２３４ｍｍについては、条件ｆ４３２≦１．８は満たされる。
【００９２】
対物レンズ系５２０のレンズ４３２’は、次の条件を満たす焦点距離ｆ４３２’を有していてもよい。ｆ４３２≦１．８ｆ。
【００９３】
具体的には、表Ｔ２に示されたデータ、ｆ４３２＝２．０５およびｆ＝１．１５ｍｍについては、条件ｆ４３２≦１．８は満たされる。
【００９４】
レンズは、反射防止コーティング（ＡＲコーティング）でコーティングされて、レンズアセンブリ１３２（２３２）の効率をさらに改善してもよい。
【００９５】
有効開口絞りＳ１（Ｓ２）は、レンズ４３１および４３２（４３１’および４３２’）の間に形成される。有効開口絞りＳ１（Ｓ２）は、前群サブシステム５１０ａ（５２０ａ）と後群サブシステム５１０ｂ（５２０ｂ）との間を隔ててもよい。
【００９６】
前群サブシステム５３０ａ（図４ｃ）は、観察対象の物体の最も近くに配置され、負の屈折力を有する前面レンズ４３０”と、正の屈折力を有するレンズ４３１”とを備える。前群サブシステム５３０ａ（図４ｃ）は、第１の前方負レンズ４３０”と第２の前方正レンズ４３１”との間に配置される追加の前方正レンズ（メニスカスレンズ４２９など）をさらに備える
【００９７】
前面レンズ４３０”は、その陥凹面が観察対象の物体に面するような方向に向けられ、任意で、光軸に直交する方向において、後群サブシステム５３０ｂの最大部寸法よりも実質的に大きい直径を有する。
【００９８】
後群サブシステム５３０ｂは、レンズ４３２”、４３３”、４３４”および保護ガラス４３６”を備え、４３２”が負の屈折力を有し、４３３”が正の屈折力を有し、４３４”が負の屈折力を有し、４３６”が基本的に屈折力を持たない。保護ガラス４３６”は、センサの一部分または後群サブシステム５３０ｂの一部分であってもよいことに注意されたい。レンズ４３３”および４３４”は、後群サブシステム５３０ｂの色消しサブアセンブリを構成する、または、互いに固定されてはならない。レンズ４３３”は、後述の表Ｔ３において示されるように、その前面の曲率半径がその後面の曲率半径より小さい状態で、両凸であってもよい。
【００９９】
対物レンズ系５３０のレンズ４３２”は、次の条件を満たす焦点距離ｆ４３２を有していてもよい。ｆ４３２”≦１．８ｆ、ただし、ｆは全系の合成焦点距離である。具体的には、表Ｔ３に示されたデータ、ｆ４３２”＝２．２６およびｆ＝１．０６ｍｍについては、条件ｆ４３２”≦１．８は満たされる。
【０１００】
レンズは、反射防止コーティング（ＡＲコーティング）でコーティングされて、レンズアセンブリ１３２（２３２）の効率をさらに改善してもよい。
【０１０１】
有効開口絞りＳ３は、レンズ４３１”および４３２”の間に形成される。有効開口絞りＳ３は、前群サブシステム５３０ａと後群サブシステム５３０ｂとの間を隔ててもよい。
【０１０２】
表Ｔ１、Ｔ２およびＴ３は、本発明の一部の実施形態による対物レンズ系５１０、５２０および５３０それぞれにおけるレンズのパラメータをまとめる。
表Ｔ１（ＦＯＶ＝１６４°、ＤＯＦ＝３−１１０ｍｍ、ｆ＝１．２３４ｍｍ、全光路長  ４．０９ｍｍ）
【表１】
0005944912.tif 000002
【表２】
0005944912.tif 000003
【０１０３】
表３は、追加の正レンズ４２９（例えば、表３に示されるようなメニスカスレンズ）をさらに備える６つの構成要素の系の例を示す。
表Ｔ３（ＦＯＶ＝１６４°、ＤＯＦ＝３−１１０ｍｍ、ｆ＝１．０６ｍｍ、全光路長  ４．６９ｍｍ）
【表３】
0005944912.tif 000004
Ｒ１−レンズの前面の曲率半径（前面とは、物体の方を向く面である）
Ｒ２−レンズの後面の曲率半径（物体と反対を向く）
Ｔｈ−レンズの厚さ−前面の中心から後面の中心まで
ガラス−レンズのガラスの種類
ｄ１−レンズの前方光学面の半径
ｄ２−レンズの後方光学面の半径
Ｄ−レンズなどの構成要素の後面の中心から次隣の光学要素の前面まで測定されたレンズなどの構成要素の間の距離（絞りＳの場合、距離は、絞りの前方にある構成要素の後面の中心から次隣の構成要素の前面まで測定される）
一般的に用いられるように、曲率半径が無限大とは、平面であると解釈される。全てのレンズは任意で球面である。
【０１０４】
図４ａ、４ｂおよび４ｃは、さらに、対物レンズ系５１０、５２０および５３０をそれぞれ介する、５つの入射光線Ｒ１からＲ６の伝播を、前面レンズ４３０（図４ａ）、４３０’（図４ｂ）または４３０”（図４ｃ）から結像面における物体の像生成まで示す。
【０１０５】
光線Ｒ１からＲ６は、それぞれα１（アルファ１）からα６（アルファ６）の角度でレンズアセンブリに入射し、例えば、基本的に次の角度、α１＝０°、α２＝４５°、α３＝６０°、α４＝７５°およびα５＝８４°に等しい。対応する入射角（センサのマイクロレンズを通過してきた光線と、系の光軸との間の角）は、β１（ベータ１）からβ６（ベータ６）である。一部の実施形態によれば、主入射角（例えば図４ａ−図４ｃにおける光線Ｒ６を形成する入射角）は、２０°よりも大きい、２５°よりも大きい、３０°よりも大きい、または約２０−４０°の間である。レンズ系は、本発明の一部の実施形態によれば、歪みを最低限にする（例えば、８０％未満）。
【０１０６】
光学系アセンブリ１３２（２３２）は、以下のステップを備える方法により組み立てられてもよい。
任意で、後方の複レンズ４３３−４３４（４３３’−４３４’）を固定するステップ、
および、
前面レンズ４３０（４３０’）をバレル内で組み立てるステップ、
レンズ４３１（４３１’）をバレル内で組み立てるステップ、
レンズ４３２（４３２’）をバレル内で組み立てるステップ、
後方の複レンズ４３３−４３４（４３３’−４３４’）をバレル内で組み立てるステップ。
また、前面レンズ４３０（４３０’）は最後に組み立てられてもよいことに注意されたい。
【０１０７】
本発明をその特定の実施形態と併せて説明してきたが、多くの代替、変更および変形が当業者には自明であることは明らかである。したがって、添付の請求項の思想および広い範囲内にあるそのような代替、変更および変形を全て含むことを意図している。本明細書において言及された全ての刊行物、特許および特許出願は、個々の刊行物、特許および特許出願が具体的かつ個別に参照として組み込まれるよう定められている場合と同じ程度まで、その全体が本明細書に参照として組み込まれる。さらに、本明細書におけるいかなる参考文献の引用または同定も、そのような参考文献が本発明の先行技術として入手可能であるとの承認であると解釈されるべきではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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