(57)【要約】【課題】部品点数を抑えながら、小型化でき、視野方向を斜めにする。【解決手段】斜視内視鏡１００において、物体からの光線のうち斜視方向からの光線を通過させる絞り３３と、絞り３３を通った光線の結像に基づいて撮像を行う撮像素子２９と、絞り３３と撮像素子２９との間に設けられ、絞り３３を通った斜視方向からの光線のうち少なくとも視野中心の光線を撮像素子２９の中心に対して略垂直に入射させて結像するレンズ面４５を有したレンズ３５と、を設けた。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体から順に、絞りと、正のパワーを持つ自由曲面を含むレンズと、前記正のパワーを持つ自由曲面を含むレンズによって結像された像を撮像する撮像素子と、を備え、
前記絞りの中心を通過して前記撮像素子の中心に入射する光線は、斜視方向から入射し、前記正のパワーを持つ自由曲面を含むレンズにより屈曲し、前記撮像素子に略垂直に入射する、
斜視内視鏡。
【請求項２】
前記レンズは、外形が略四角形をした、
請求項１に記載の斜視内視鏡。
【請求項３】
前記レンズは、前記レンズの面が正のパワーを持つことにより前記撮像素子への入射角を小さくするように光線を屈曲させて、前記撮像素子の受光平面に集光させて結像し、
前記レンズの面は、単一で形成される、
請求項１又は２に記載の斜視内視鏡。
【請求項４】
前記レンズと前記撮像素子との間に設けられた素子カバーガラス、を更に備え、
前記レンズと前記素子カバーガラスとは接着用樹脂を介して接続される、
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の斜視内視鏡。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の斜視内視鏡と、
前記斜視内視鏡により撮像された画像信号を補正処理する補正処理部と、を含む、
撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、前方の斜視光学系を有する斜視内視鏡及び撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像装置として、例えば人体の体腔や管内の内壁面を観察可能とする側視型の医療用の内視鏡（以下、「斜視内視鏡」という）が知られている。例えば特許文献１には、前方の斜視光学系を備える斜視内視鏡が開示されている。
【０００３】
図４３は、従来の前方斜視光学系の配置図である。この斜視内視鏡は、図４３に示すように、前方斜視光学系である対物系２Ａ２に、前方斜視角４５°用のプリズムＰＡ２を有する。物体とプリズムＰＡ２との間には、正の屈折力（パワー）を有する前群レンズ群Ｇ１が配置される。プリズムＰＡ２と撮像素子であるＣＣＤ５０１との間には、正の屈折力（パワー）を有する後群レンズ群Ｇ２が配置される。プリズムＰＡ２の前側には、絞りＳを配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−９７２０８号公報
【特許文献２】特開２００２−３１８３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のような従来の斜視内視鏡では、物体からの光線が、前群レンズ群Ｇ１を透過した後、プリズムＰＡ２で反射することにより方向変換され、更に、後群レンズ群Ｇ２を透過した後にＣＣＤ５０１において結像する。このため、従来の斜視内視鏡は、部品点数が多く、先端部構造の小型化が困難という課題があった。
【０００６】
一方、斜め方向を見るために、例えば特許文献２の内視鏡用結像光学系のように、視野をシフトして超広角レンズの一部を使用する方法もある。この内視鏡用結像光学系の場合、撮像素子がレンズの光軸から大きく外れるため、内視鏡の最大外径が大きくなるという課題があった。
【０００７】
また、超広角レンズを小型化すると、レンズからの射出角が大きくなる。図４４は、撮像素子を水平方向にシフトした従来の光学系の平面図である。つまり、図４４では、超広角レンズ５０３の中心の軸線に対し、撮像素子５０１の撮像面の中心が右方向（図４４の紙面上方向）にシフトしている。
【０００８】
超広角レンズ５０３を小型化した光学系に撮像素子５０１をシフトして使用すると、撮像素子５０１への入射光は、撮像素子５０１の撮像面の中心に対して大きく非対称な入射角となる。ここで、一般的な撮像素子５０１は、撮像面の中心への入射光が垂直入射となり、撮像面の中心から離れた周辺になるにつれて大きな入射角を許容するように設計及び構成される。
【０００９】
図４５は、シフトされた撮像素子において撮像面の中心からそれぞれの周辺に至るまでの光線例の説明図である。撮像素子５０１において、入射角は例えば最周辺５０５では３０度前後で効率が最大となるように構成される。図４６は、シフトされた撮像素子における入射角と像高との相関を表した説明図である。上記のように、中心は０度、周辺は２０〜３０度で、中心対象に瞳補正された撮像素子５０１は、シフトされることにより、入射光が設計値の特性５０７から大きく外れると、部分的に光が有効に利用されず、画面の一部が暗くなる。これを避けるために、像側をテレセントリックに近い光学系にすれば、レンズ系が大きくなり、これによっても内視鏡外径が大きくなってしまうという課題があった。なお、図４５及び図４６の各光線の種別（長破線、短破線、二点鎖線）はそれぞれ対応している。
【００１０】
本開示は、上述した従来の事情に鑑みて案出され、部品点数を抑えながら、小型化でき、前方斜めの視野方向を撮像可能とする撮像装置、斜視内視鏡及び撮像システム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】
【００１１】
本開示は、物体から順に、絞りと、正のパワーを持つ自由曲面を含むレンズと、前記正のパワーを持つ自由曲面を含むレンズによって結像された像を撮像する撮像素子と、を備え、前記絞りの中心を通過して前記撮像素子の中心に入射する光線は、斜視方向から入射し、前記正のパワーを持つ自由曲面を含むレンズにより屈曲し、前記撮像素子に略垂直に入射する、斜視内視鏡を提供する。
【００１２】
また、本開示は、撮像装置と、前記撮像装置により撮像された画像信号を補正処理する補正処理部と、を含む、撮像システムを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本開示によれば、部品点数を抑えながら、小型化でき、視野方向を斜めにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１の斜視内視鏡を用いた斜視内視鏡システムの一例を示す全体構成図
【図２】実施の形態１の斜視内視鏡の先端部を前側から見た斜視図
【図３】実施の形態１の斜視内視鏡のシース内部の平面図
【図４】実施の形態１の斜視内視鏡のシース内部の側面図
【図５】実施の形態１の斜視内視鏡のシース内部の正面図
【図６】実施の形態１の斜視内視鏡における一部分を切り欠いたレンズの斜視図
【図７】実施の形態１の斜視内視鏡の平断面図
【図８】実施の形態１の斜視内視鏡の側断面図
【図９】実施の形態１の斜視内視鏡の光学系平断面における光線追跡図
【図１０】実施の形態１の斜視内視鏡の光学系側断面における光線追跡図
【図１１】実施の形態１の斜視内視鏡の撮像素子をシフトした光学系の平面図
【図１２】実施の形態１の斜視内視鏡のシフトされた撮像素子における入射角と像高との相関を表した説明図
【図１３】実施の形態２の斜視内視鏡の先端部を前側から見た斜視図
【図１４】実施の形態２の斜視内視鏡のシース内部の平面図
【図１５】実施の形態２の斜視内視鏡のシース内部の側面図
【図１６】実施の形態２の斜視内視鏡のシース内部の正面図
【図１７】実施の形態２の斜視内視鏡における一部分を切り欠いたレンズの斜視図
【図１８】実施の形態２の斜視内視鏡の平断面図
【図１９】実施の形態２の斜視内視鏡の側断面図
【図２０】実施の形態２の斜視内視鏡の光学系平断面における光線追跡図
【図２１】実施の形態２の斜視内視鏡の光学系側断面における光線追跡図
【図２２】実施の形態３の斜視内視鏡の先端部を前側から見た斜視図
【図２３】実施の形態３の斜視内視鏡のシース内部の平面図
【図２４】実施の形態３の斜視内視鏡のシース内部の側面図
【図２５】実施の形態３の斜視内視鏡のシース内部の正面図
【図２６】実施の形態３の斜視内視鏡におけるレンズの斜視図
【図２７】実施の形態３の斜視内視鏡における一部分を切り欠いたレンズの斜視図
【図２８】実施の形態３の斜視内視鏡における前段レンズの斜視図
【図２９】実施の形態３の斜視内視鏡における一部分を切り欠いた前段レンズの斜視図
【図３０】実施の形態３の斜視内視鏡の平断面図
【図３１】実施の形態３の斜視内視鏡の側断面図
【図３２】実施の形態３の斜視内視鏡の光学系平断面における光線追跡図
【図３３】実施の形態３の斜視内視鏡の光学系側断面における光線追跡図
【図３４】実施の形態４の斜視内視鏡の光学系側断面における光線追跡図
【図３５】数値実施例のイメージセンサ（つまり、撮像素子）への光線の入射角を表す説明図
【図３６】数値実施例１の撮影光学系を説明する断面構成図
【図３７】図３６に示された構成図の、像側から見たイメージセンサ上の各座標位置を表した説明図
【図３８】（Ａ）数値実施例１の各座標位置白丸１におけるｘ、ｙ方向の横収差図、（Ｂ）数値実施例１の各座標位置白丸２におけるｘ、ｙ方向の横収差図、（Ｃ）数値実施例１の各座標位置白丸３におけるｘ、ｙ方向の横収差図、（Ｄ）数値実施例１の各座標位置白丸４におけるｘ、ｙ方向の横収差図、（Ｅ）数値実施例１の各座標位置白丸５におけるｘ、ｙ方向の横収差図、（Ｆ）数値実施例１の各座標位置白丸６におけるｘ、ｙ方向の横収差図
【図３９】数値実施例２の撮影光学系を説明する断面構成図
【図４０】（Ａ）数値実施例２の各座標位置白丸１におけるｘ、ｙ方向の横収差図、（Ｂ）数値実施例２の各座標位置白丸２におけるｘ、ｙ方向の横収差図、（Ｃ）数値実施例２の各座標位置白丸３におけるｘ、ｙ方向の横収差図、（Ｄ）数値実施例２の各座標位置白丸４におけるｘ、ｙ方向の横収差図、（Ｅ）数値実施例２の各座標位置白丸５におけるｘ、ｙ方向の横収差図、（Ｆ）数値実施例２の各座標位置白丸６におけるｘ、ｙ方向の横収差図
【図４１】数値実施例３の撮影光学系を説明する断面構成図
【図４２】（Ａ）数値実施例３の各座標位置白丸１におけるｘ、ｙ方向の横収差図、（Ｂ）数値実施例３の各座標位置白丸２におけるｘ、ｙ方向の横収差図、（Ｃ）数値実施例３の各座標位置白丸３におけるｘ、ｙ方向の横収差図、（Ｄ）数値実施例３の各座標位置白丸４におけるｘ、ｙ方向の横収差図、（Ｅ）数値実施例３の各座標位置白丸５におけるｘ、ｙ方向の横収差図、（Ｆ）数値実施例３の各座標位置白丸６におけるｘ、ｙ方向の横収差図
【図４３】従来の前方斜視光学系の配置図
【図４４】撮像素子を水平方向にシフトした従来の光学系の平面図
【図４５】シフトされた撮像素子において撮像面の中心からそれぞれの周辺に至るまでの光線例の説明図
【図４６】シフトされた撮像素子における入射角と像高との相関を表した説明図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る斜視内視鏡及び撮像システムの各実施の形態を詳細に説明する。斜視内視鏡は、斜視内視鏡システム１１（撮像システムの一例）を構成する一つの光学装置又は光学機器である。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の斜視内視鏡１００を用いた斜視内視鏡システム１１の一例を示す全体構成図である。
【００１７】
斜視内視鏡システム１１は、例えば医療用の軟性鏡である長尺の斜視内視鏡１００と、観察対象（例えば人体の血管）の内部を撮影して得られた静止画又は動画に対して周知の画像処理等を行うコンソール（不図示）と含む構成である。斜視内視鏡１００は、観察対象の内部に挿入される長尺方向一端側（前側）の挿入部１３と、挿入部１３の後部が接続されるプラグ部１５とを備える。
【００１８】
コンソールには、ケーブル（不図示）が接続される。このケーブルの先端には中継器１７が取り付けられる。中継器１７は、正面パネル１９にソケット部２１を有している。ソケット部２１には、ケーブルを介して斜視内視鏡１００と接続されたプラグ部１５の後部が挿入される。斜視内視鏡１００は、中継器１７を介してコンソールとの間で電力及び各種信号（映像信号、制御信号など）の送受、並びに照明光の伝送が可能となる。
【００１９】
上述した電力及び各種信号は、軟性部２３の内部に挿通された伝送ケーブル２５（図２参照）を介してプラグ部１５から中継器１７に導かれる。先端部２７に設けられた撮像素子が出力した画像データは、中継器１７を介してコンソールに伝送される。コンソールは、撮像素子２９から伝送された画像データに対して色補正、階調補正等の画像処理を施して、画像処理後の画像データをコンソールの表示装置（不図示）に出力する。表示装置は、例えば液晶表示パネル等の表示デバイスを有するモニタ装置であり、斜視内視鏡１００によって撮像された被写体の画像（例えば被写体である人体の血管内壁等の様子を示す画像データ）を表示する。
【００２０】
なお、斜視内視鏡システム１１は、撮像素子２９により撮像された歪みの生じている光学像の撮像信号（画像信号）を補正処理（特に倍率色収差に対する色補正）する補正処理部（不図示）を、コンソールの制御回路に有している。
【００２１】
挿入部１３は、プラグ部１５が後端に接続されている可撓性の軟性部２３と、軟性部２３の先端に連なる先端部２７とを有している。軟性部２３は、プラグ部１５と先端部２７との間を接続する。軟性部２３は、各種の内視鏡検査、内視鏡手術等の方式に対応する適切な長さを有する。軟性部２３は、例えば螺旋状に巻回された金属薄板の外周にネットを被せ、更に、その外周に被覆を被せることにより構成され、十分な可撓性を有するように形成される。
【００２２】
以下説明する本実施の形態の斜視内視鏡１００は、細径で形成されることにより、細径の体腔への挿入が可能となる。細径の体腔は、人体の血管に限定されず、例えば尿管、すい管、胆管、細気管支等が含まれる。つまり、斜視内視鏡１００は、人体の血管、尿管、すい管、胆管、細気管支等への挿入を可能とすることができる。言い換えると、斜視内視鏡１００は、血管内の病変の観察に用いることができる。斜視内視鏡１００は、動脈硬化性プラークの同定において有効となる。また、心臓カテーテル検査時の観察にも適用可能となる。更に、斜視内視鏡１００は、血栓や動脈硬化性の黄色プラークの検出にも有効となる。なお、動脈硬化病変では、色調（白色、淡黄色、黄色）や、表面（平滑、不整）が観察される。血栓では、色調（赤色、白色、暗赤色、黄色、褐色、混色）が観察される。
【００２３】
また、斜視内視鏡１００は、腎盂・尿管がんや、特発性腎出血の診断・治療時の観察用として用いることができる。この場合、斜視内視鏡１００は、尿道から膀胱内に挿入され、更に尿管内にまで進めて、尿管と腎盂の中を観察することができる。
【００２４】
また、斜視内視鏡１００は、十二指腸に開口するファーター乳頭への挿入が可能となる。胆汁は、肝臓から造られ胆管を通って、また膵液は膵臓から造られ膵管を通って十二指腸にあるファーター乳頭から排出される。斜視内視鏡１００は、胆管及び膵管の開口部であるファーター乳頭から挿入し、胆管又は膵管の観察を可能とすることができる。
【００２５】
更に、斜視内視鏡１００は、気管支への挿入が可能となる。斜視内視鏡１００は、背臥位となった検体（つまり、被施術者）の口腔又は鼻腔から挿入される。斜視内視鏡１００は、咽頭、喉頭を過ぎ、声帯を視認しつつ気管へ挿入される。気管支は分岐するたびに細くなる。例えば最大外径が２ｍｍ未満の斜視内視鏡１００によれば、亜区域気管支まで内腔の確認が可能となる。
【００２６】
図２は、実施の形態１の斜視内視鏡１００の先端部２７を前側から見た斜視図である。
【００２７】
なお、本明細書において説明に用いる方向については、図２に示した矢印の方向である「上」、「下」、「前（先）」、「後」に従うとする。ここで、「前（先）」、「後」は、斜視内視鏡の挿入部１３の先端側とプラグ部１５の基端側にそれぞれ対応する。
【００２８】
本実施形態の斜視内視鏡１００は、対物カバーガラス３１と、絞り３３と、レンズ３５と、素子カバーガラス３７と、撮像素子２９と、伝送ケーブル２５と、光ファイバ３９と、シース４１と、を有する。
【００２９】
斜視内視鏡１００では、対物カバーガラス３１、絞り３３、レンズ３５、素子カバーガラス３７及び撮像素子２９がモールド樹脂によってを一体的に覆われて固定され、さらに、モールド樹脂により覆われた外側にシース４１によって被覆される。また、斜視内視鏡１００は、モールド樹脂の替わりに鏡筒やホルダを有してもよい。但し、小径化の観点からは、鏡筒よりもモールド樹脂により一体的に成形する被覆構造とすることがより好ましい。
【００３０】
また、モールド樹脂は、接着用樹脂として、少なくとも撮像素子２９とレンズ３５を覆うことで、その間の離間部も連続して覆う。従って、モールド樹脂は、対物カバーガラス３１から撮像素子２９に渡って連続して成形されることで、これら光学系の固定強度の増大に寄与する。また、モールド樹脂は、離間部の気密性、水密性、遮光性も高める。更に、モールド樹脂は、ライトガイド用の光ファイバ３９が埋入された際の遮光性も高める。そのため、モールド樹脂には、カーボン粒子を含有させた黒色系の樹脂を採用することが望ましい。これにより、外部からの迷光が撮像素子２９に入射することを防止できる。
【００３１】
図３は、実施の形態１の斜視内視鏡１００のシース内部の平面図である。
【００３２】
シース４１は、対物カバーガラス３１、光ファイバ３９を埋入したモールド樹脂により円柱状に形成された先端部２７に接続される。先端部２７とシース４１との接続構造は、先端部２７の後端に同一外径のシース４１を接続することができる。この場合、先端部２７の後端に形成した小径部の外周にシース４１を嵌合することができる。また、先端部２７とシース４１との接続構造は、先端部２７の外周をシース４１の内周に挿入して接続してもよい。小径化、接続強度の観点からは、先端部２７の後端に形成した小径部の外周にシース４１を嵌合することがより好ましい。シース４１は、例えば内径側が、小径部の外周に接着剤等によって固定される。
【００３３】
シース４１は、例えば可撓性を有する樹脂材を用いて構成される。シース４１は、強度を付与する目的で、内周側に単線、複数線、編組の抗張力線を備えることができる。抗張力線としては、ポリ−ｐ−フェニレンテレフタルアミド繊維などのアラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維などのポリエステル系繊維、ナイロン繊維など一例として挙げることができる。
【００３４】
図４は、実施の形態１の斜視内視鏡１００のシース内部の側面図である。
【００３５】
斜視内視鏡１００は、対物カバーガラス３１とレンズ３５とが、正面視で縦長の同一の長方形で形成される。一方、素子カバーガラス３７と撮像素子２９とは、同一の正方形で形成される。レンズ３５と素子カバーガラス３７とは、上端面が同一平面（例えば、面一）となるように接続される。従って、レンズ３５の下端面と素子カバーガラス３７の下端面との間には、レンズ３５が下方へ突出した段差部が形成される。
【００３６】
本実施の形態の斜視内視鏡１００では、このように素子カバーガラス３７よりもレンズ３５が下方向（視野方向）に拡大した形状に形成されている。斜視内視鏡１００は、このレンズ３５の拡大形状により、前方の下側に傾斜した視野方向における有効光束の減少が抑制される。従って、斜視内視鏡１００は、段差部を設けることにより対物カバーガラス３１やレンズ３５の下縁による口径食（vignetting）であるいわゆるケラレの発生を抑制できる。
【００３７】
図５は、実施の形態１の斜視内視鏡１００のシース内部の正面図である。
【００３８】
光ファイバ３９には、例えばプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ：Plastic Optical Fiber）が好適に用いられる。プラスチック光ファイバは、シリコン樹脂やアクリル樹脂を材料としてコアもクラッドもプラスチックで形成される。また、光ファイバ３９は、例えば光ファイバ素線を複数本束ねて、その両端に端末金具を取り付けたバンドルファイバ（bundle fiber）等であってもよい。光ファイバ３９は、先端が先端部２７で出射端面となり、基端がプラグ部１５のフェルールに接続される。光源は、例えばソケット部２１等に設けられるＬＥＤである。斜視内視鏡１００は、プラグ部１５をソケット部２１に接続することで、ＬＥＤからの光が光ファイバ３９を伝搬し、先端から出射される。この構成によれば、光源から照明光の出射端までを１本の光ファイバ３９で構成でき、光損失を小さくすることができる。
【００３９】
従って、この斜視内視鏡１００によれば、光ファイバ３９を備えることで、単独で用いて暗部での撮影を可能にできる。
【００４０】
光ファイバ３９は、シース４１の円周方向に複数個設けられている。光ファイバ３９は、円周方向に略等間隔で４本を設けることができる。斜視内視鏡１００では、対物カバーガラス３１が長方形に形成される。４つの光ファイバ３９は、対物カバーガラス３１を包囲するシース４１と、対物カバーガラス３１の各辺部とに挟まれる４つの各空間において、略中央に配設される。
【００４１】
この構成によれば、長方形の対物カバーガラス３１と、円形のシース４１とに挟まれて形成される三日月状のスペースを有効に利用できる。その結果、先端部２７の外径を大きくせずに、複数（特に４本）の光ファイバ３９を容易に配設することができる。斜視内視鏡１００は、このように光ファイバ３９をレイアウトすることにより、先端部２７の外径を大きくせずに、製造を容易にしながら、明瞭な画像を得ることができる。
【００４２】
なお、斜視内視鏡１００の視野方向は、例えば伏角（dip）を３０°とした下向きとすることができる。このため、図５に示した４つの光ファイバ３９のうち、被写体への照明効果の低い上側の１つの光ファイバ３９を省略し、３つの光ファイバ３９とする構成であってもよい。３つの光ファイバ３９とした斜視内視鏡１００によれば、部品点数を抑制してコストを低減、軽量化、可撓容易な構造を実現できる。
【００４３】
なお、本明細書において、視野方向の伏角は、作用の理解を容易とするために用いる。斜視内視鏡１００は、実際の運用時、管内を３６０°の任意角度で回転して観察が行われる。そのため、１８０°回転された場合には、伏角は、仰角（an angle of elevation）と読み替えるものとする。本明細書において、「斜視」の視野方向とは、「先端部２７の軸線４３（図２参照）に対する視野方向の主光線が成す角度の方向」である。つまり、「斜視方向」とは、先端部２７の軸線４３に対して斜め方向に傾斜する方向である。この場合、主光線は、視野方向の光軸に近似とする。
【００４４】
図６は、実施の形態１の斜視内視鏡１００における一部分を切り欠いたレンズ３５の斜視図である。
【００４５】
レンズ３５には、物体からの光（即ち、物体の情報を持った物体光：object beam）が入射する。斜視内視鏡１００では、レンズ３５は、被写体側の第１面が平面、撮像側の第２面が凸面を有する単一レンズにより構成される。ここでは、レンズ３５は、単一レンズであることを例示して説明するが、単一レンズに限定されない。レンズ３５は、撮像側において、中央部が、凸曲面のレンズ面４５を有する。斜視内視鏡１００は、このレンズ面４５が、後述する自由曲面４７を有するように形成される。レンズ３５の周縁部は、撮像素子２９に向かって拡径する円錐状の外周面を内周面としたテーパ孔４９を有するように形成される。
【００４６】
レンズ３５は、外形が略四角形又は四角形であり例えばナノインプリント又は射出成型等によって作製される。レンズ３５の製造において、例えばナノインプリントの原版等による金型を用いて、同一形状の微小なレンズ３５が複数配列されたレンズ群が形成され、成型物のレンズ群が離型された後、ダイシング等によって個々のレンズ３５に切断されることによって、一つ一つのレンズ３５が作製される。レンズ３５の作製の際、金型からレンズ３５を抜くために抜き勾配を設ける必要があり、レンズ３５のテーパ孔４９が抜き勾配として有効に作用する。
【００４７】
図７は、実施の形態１の斜視内視鏡１００の平断面図である。
【００４８】
対物カバーガラス３１は、対物側の先端に配置される。本実施の形態において、斜視内視鏡１００は、対物カバーガラス３１と撮像素子２９とが平行に配置される。対物カバーガラス３１、絞り３３、レンズ３５、素子カバーガラス３７及び撮像素子２９は、図７の平面視において先端部２７の軸線４３に直交する方向の幅が同一に形成される。対物カバーガラス３１、絞り３３、レンズ３５、素子カバーガラス３７及び撮像素子２９は、例えば接着用樹脂により一体に固定することができる。これら対物カバーガラス３１、絞り３３、レンズ３５、素子カバーガラス３７及び撮像素子２９は、上記したように光ファイバ３９と共にモールド樹脂により覆われる。
【００４９】
素子カバーガラス３７は、撮像素子２９の受光平面５１を覆う。本明細書において、この受光平面５１は、焦点を含む焦平面（focal plane）となる。素子カバーガラス３７は、例えば軸線４３に沿う方向の厚みが所定厚（例えば０．４ｍｍ程度）で形成される。素子カバーガラス３７は、所定厚で形成されて撮像素子２９と一体となることで、薄厚（例えば０．１ｍｍ）で形成される撮像素子２９のハンドリング性を高めることができる。
【００５０】
なお、上述したように、対物カバーガラス３１、絞り３３、レンズ３５、素子カバーガラス３７及び撮像素子２９は、鏡筒やホルダによりそれぞれが適切な間隔で固定されてもよい。この場合、例えばレンズ３５と撮像素子２９との間は、素子カバーガラス３７を省略し、空気層５３とすることができる。
【００５１】
レンズ３５は、レンズ面４５が空気と接している。レンズ３５は、テーパ孔４９の開口側の端面が、平面の接着面を有するコバ部５５として形成される。コバ部５５は、接着用樹脂が付着して素子カバーガラス３７の前面に固定される部分となっている。レンズ３５は、コバ部５５に素子カバーガラス３７が接着されることにより、コバ部５５においてレンズ３５と素子カバーガラス３７との接着面積を確保できるとともに、レンズ面４５と素子カバーガラス３７との間に、テーパ孔４９に封入された空気層５３が形成される。
【００５２】
撮像素子２９には、レンズ３５と、この空気層５３を通って出射した光が、素子カバーガラス３７を透過して受光平面５１に結像する。
【００５３】
図８は、実施の形態１の斜視内視鏡１００の側断面図である。
【００５４】
レンズ３５には、上述したレンズ面４５が形成される。レンズ面４５は、受光平面５１に垂直な受光中心５７に対して傾斜して入射する視野方向の光を、受光平面５１に垂直に結像させることが可能である。なお、受光中心５７は、先端部２７の軸線４３と一致しなくてもよい。図８では、撮像素子２９が先端部２７の軸線４３に対して同図の上方向にシフトしているので、受光平面５１に垂直な受光中心５７は、軸線４３の上側で、軸線４３と平行に位置する。
【００５５】
絞り３３と撮像素子２９との間に設けられたレンズ３５は、レンズ面４５により、絞り３３を通った視野中心の光線が撮像素子２９の中心にほぼ垂直に入射して結像する。
【００５６】
ここで、ほぼ垂直とは、理想的には、撮像素子中心での絞りの中心を通る主光線入射角が、０°（垂直入射）であることが望ましい。しかし、±１０°程度であれば大きな影響はないため、０〜１０°とすることが好ましく、±５°以内であればより影響が小さくなるため、０〜５°とすることが、より好ましい。
【００５７】
レンズ３５は、レンズ面４５が正のパワーを持つことにより、撮像素子２９への入射角を小さくするように光線を屈曲させ、撮像素子２９の受光平面５１へ集光させて結像する。
【００５８】
斜視内視鏡１００では、このレンズ面４５が、自由曲面４７で形成される。
【００５９】
図８には、例えば視野方向に傾く光軸５９（図１０参照）と、受光平面５１に垂直な受光中心５７とを含む面による自由曲面４７の断面形状を表している。自由曲面４７は、異なる左右方向の側断面において異なる自由曲面となる。以下、説明を簡単にするため、側断面における自由曲面４７は、視野方向に傾く光軸と、受光平面５１に垂直な受光中心５７とを含む面による図８に示す自由曲面４７を代表例とする。
【００６０】
ここで、レンズ面４５において、この自由曲面４７の下側の点Ｐ１と、上側の点Ｐ２とを考える。点Ｐ１の接線ｔ１に垂直な法線Ｎ１と受光中心５７との成す角をθ１とする。点Ｐ２の接線ｔ２に垂直な法線Ｎ２と受光中心５７との成す角をθ２とする。θ１とθ２とは、θ１＜θ２の関係が成り立つ。
【００６１】
また、自由曲面４７は、視野方向に傾く光軸と、受光平面５１に垂直な受光中心５７とを含む面による断面において、視野方向側（下側）の曲面端Ｅ１が、視野方向と反対側（上側）の曲面端Ｅ２より受光平面５１に近い位置に配置される。即ち、自由曲面４７は、曲面端Ｅ１と受光平面５１との間の距離Ｌ１よりも、曲面端Ｅ２と受光平面５１との間の距離Ｌ２が大きい。
【００６２】
光線追跡を実際に行うには、光学系の入射瞳面で面積を等分割し、一つの物点から出た多数の光線が、各小区画の中心を通るように設定することにより、評価を行うことができる。
【００６３】
レンズ面４５は、図７に示した平断面においても、上述の自由曲面４７とは異なる自由曲面４７とすることができる。平断面における自由曲面４７は、異なる高さの平断面において異なる自由曲面４７となる。また、図７に示した平断面における自由曲面４７は、軸線４３を境に対象形状に形成されるがこれに限定されない。即ち、平断面における自由曲面４７は、任意の平断面位置において、軸線４３を境に非対象形状に形成されてもよい。
【００６４】
撮像素子２９の後には、４つの導体接続部（不図示）が設けられる。導体接続部は、例えばＬＧＡ（Land grid array）によって形成することができる。４つの導体接続部は、一対の電力接続部と、一対の信号接続部とからなる。伝送ケーブル２５は、一対の電力線と、一対の信号線とを有する構成である。導体接続部の一対の電力接続部には、伝送ケーブル２５の一対の電力線が接続される。導体接続部の一対の信号接続部には、伝送ケーブル２５の一対の信号線が接続される。
【００６５】
次に、本実施の形態の斜視内視鏡１００を実現する際のより具体的な一構成例を説明する。
【００６６】
斜視内視鏡１００は、先端部２７の軸線４３に対する視野方向の主光線の角度（伏角）を、例えば３０°とすることができる。なお、斜視内視鏡１００は、それぞれに適する自由曲面を有した異なるレンズ３５の作用を利用することにより、伏角を例えば１０°〜６０°の範囲で構成することができる。
【００６７】
視野角は、垂直３０±３０°、水平±３５°、対角９０°とすることができる。
Ｆナンバーは、Ｆ９．２相当とすることができる。
対物カバーガラス３１は、横１ｍｍ、縦１．１５ｍｍとすることができる。
対物カバーガラス３１は、厚みを０．４ｍｍとすることができる。
レンズ３５は、横１ｍｍ、縦１．１５ｍｍとすることができる。
レンズ３５は、厚みを０．８ｍｍとすることができる。
撮像素子２９は、外径サイズをφ１．０ｍｍとすることができる。
撮像素子２９は、厚みを０．１ｍｍとすることができる。
素子カバーガラス３７は、外径サイズをφ１．０ｍｍとすることができる。
素子カバーガラス３７は、厚みを０．４ｍｍとすることができる。
シース４１は、外径をφ１．６５ｍｍ、厚みを０．１ｍｍとすることができる。
【００６８】
次に、上記した構成の作用を説明する。
【００６９】
図９は、実施の形態１の斜視内視鏡１００の光学系平断面における光線追跡図である。
【００７０】
図１０は、実施の形態１の斜視内視鏡１００の光学系側断面における光線追跡図である。
【００７１】
この収差補正機能を有するレンズ３５は、基本的に１枚で済む。このため、図３３に示すような前群レンズ群、プリズム及び後群レンズ群を備える従来の構成に比べ、斜視内視鏡１００は、先端部２７を容易に小型化（特に細径化）することが可能となる。また、斜視内視鏡１００は、部品点数を従来構成に比べ大幅に低減できるので、先端から撮像素子２９までの距離を短縮することができる。更に、斜視内視鏡１００は、部品点数を従来構成に比べ大幅に低減できるので、軽量化も達成することができる。レンズ３５は、プラスチック（代表材料：ＰＭＭＡ）などの合成樹脂を射出成形することにより製作できる。従って、金型を製作すれば、量産が可能となり、安価に製造することが可能となる。
【００７２】
図１１は、実施の形態１の斜視内視鏡１００の撮像素子２９をシフトした光学系の平面図である。
【００７３】
斜視内視鏡１００において、レンズ３５は、レンズ面４５が正のパワーを持つことにより、撮像素子２９への入射角を小さくするように光線を屈曲させ、撮像素子２９の受光平面５１へ集光させて結像する。
【００７４】
図１２は、実施の形態１の斜視内視鏡１００のシフトされた撮像素子２９における入射角と像高との相関を表した説明図である。
【００７５】
一般的に、撮像素子２９は、中心が０度、周辺が２０〜３０度で、中心対称に瞳補正される。斜視内視鏡１００では、撮像素子２９がシフトされる構成において、レンズ面４５により、撮像素子２９への入射角を小さくするように光線を屈曲する。これにより、従来の構成による場合（図６３に示した入射角と像高との相関）に比べ、入射光が設計値の特性６０から大きく外れない。その結果、光が有効に利用され、画面の一部が暗くなることを抑制できる。
【００７６】
また、斜視内視鏡１００では、歪みの生じた像を収差補正するレンズ面４５が、自由曲面４７を有する。レンズ面４５は、少なくとも一部分が自由曲面４７で形成される。自由曲面４７は、視野方向に傾く光軸と、受光平面５１に垂直な受光中心５７とを含む面による断面形状が、受光平面５１に向かって突出する凸曲面となる。自由曲面４７は、下側部分の曲率半径よりも上側部分の曲率半径が、徐々に大きくなるように制御された連続的な曲面で形成される。
【００７７】
一般的に正のパワーを持つ面で、撮像素子２９への入射角が小さくなるように光線を屈曲させると、像面湾曲を主とする諸収差の補正が困難になる。斜視内視鏡１００では、この面を自由曲面４７とすることで、像面湾曲及びディストーション補正の自由度をあげることができ、より良好な結像性能が確保できる。
【００７８】
また、自由曲面４７は、上述したように、曲面端Ｅ１と受光平面５１との間の距離Ｌ１よりも、曲面端Ｅ２と受光平面５１との間の距離Ｌ２が大きい。自由曲面４７は、このような形状とすることにより、不要部分を排除して有効領域のみをコンパクトに形成できる。その結果、斜視内視鏡１００は、先端部２７の小型化をより容易とすることができる。
【００７９】
また、斜視内視鏡１００は、部品点数を従来構成に比べ大幅に低減できるので、先端から撮像素子２９までの距離を短縮することができる。更に、斜視内視鏡１００は、部品点数を従来構成に比べ大幅に低減できるので、軽量化も達成することができる。レンズ３５は、プラスチック（代表材料：ＰＭＭＡ）などの合成樹脂を射出成形することにより製作できる。従って、金型を製作すれば、量産が可能となり、安価に製造することが可能となる。
【００８０】
また、斜視内視鏡１００では、空気中において、対物カバーガラス３１が空気と接することになる。この斜視内視鏡１００では、対物カバーガラス３１が、撮像素子２９の受光平面５１と平行に配置できるので、対物カバーガラス３１を収容する先端部２７の収容スペースを必要最小径（撮像素子２９の外接円に近似する径）とすることができる。
【００８１】
従って、斜視内視鏡１００では、前群レンズ群、プリズム及び後群レンズ群を備える構成に比べ、部品点数を抑えながら、小型に構成して、前方斜めの視野方向を撮像可能とできる。
【００８２】
更に、斜視内視鏡１００を備える斜視内視鏡システム１１では、補正処理部（図示略）が、撮像素子２９から伝送された画像データを、画素ごとに或いは上述した小区画ごとに、色補正、階調補正等の画像処理を施す。結像レンズを凸レンズ１枚で構成する場合、一般的な回転対象のレンズでは、画面中心では倍率色収差は発生しないが、斜視内視鏡１００のような画面中心に到達する主光線が偏角を持つレンズ３５では、画面中心においても、光線が偏角した方向に色ずれを発生する。このため、電気的に色ずれを補正する補正機構を設けることが望ましい。斜視内視鏡システム１１では、斜視内視鏡１００において行われる光学系の色収差補正に加え、画像処理によっても色収差の補正を行うので、より高画質を表示デバイスに表示することが可能となる。
【００８３】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２を説明する。なお、実施の形態２においては実施の形態１に示した部材と同一の部材に同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００８４】
図１３は、実施の形態２の斜視内視鏡２００の先端部２７を前側から見た斜視図である。
【００８５】
実施の形態２の斜視内視鏡２００は、撮像素子２９が傾斜して配置される。撮像素子２９は、レンズ３５及び撮像素子２９を収容する柱状の先端部２７の軸線４３に対して、受光平面５１に垂直な受光中心５７が、視野方向に向かって傾斜して配置される。撮像素子２９は、実施の形態１と同一のものを傾けて使用することができる。このため、斜視内視鏡２００は、レンズ６１が実施の形態１と異なる以外は斜視内視鏡１００と同一の部材を用いることができる。
【００８６】
図１４は、実施の形態２の斜視内視鏡２００のシース内部の平面図である。
【００８７】
斜視内視鏡２００は、撮像素子２９が傾斜する分、レンズ６１から撮像素子２９の後端面までの軸線４３に沿う方向の距離が若干大きくなる。
【００８８】
図１５は、実施の形態２の斜視内視鏡２００のシース内部の側面図である。
【００８９】
斜視内視鏡２００は、撮像素子２９を傾けて固定するための素子固定用傾斜面６３が、レンズ６１に形成される。本実施の形態において、撮像素子２９の傾斜角度は、例えば１０°である。この傾斜角度は、先端部２７の軸線４３と受光中心５７との成す角度θである。撮像素子２９は、素子固定用傾斜面６３に固定されることにより、後部が、レンズ６１の上面より若干高く突出する。
【００９０】
図１６は、実施の形態２の斜視内視鏡２００のシース内部の正面図である。
【００９１】
斜視内視鏡２００は、正面視において、傾けて取り付けた撮像素子２９の後部が、レンズ６１の上面より若干高く突出して見える。斜視内視鏡２００は、正面視における全高が、斜視内視鏡１００よりもこの撮像素子２９の後部が突出する分、増加する。このため、シース４１は、斜視内視鏡１００よりも外径が大きくなる。具体的には、斜視内視鏡１００のシース４１の外径が例えば１．６５ｍｍの場合、斜視内視鏡２００のシース４１の外径は、例えば１．８ｍｍとなる。
【００９２】
図１７は、実施の形態２の斜視内視鏡２００における一部分を切り欠いたレンズ６１の斜視図である。
【００９３】
斜視内視鏡２００のレンズ６１の作用は、斜視内視鏡１００のレンズ３５と基本的な作用と同一である。但し、レンズ６１は、自由曲面６５の各所における曲率が、斜視内視鏡１００のレンズ３５と異なる。この自由曲面６５の形状差は、レンズ６１に依存する屈折角度が、レンズ３５の場合よりも１０°緩和されることに起因する。
【００９４】
図１８は、実施の形態２の斜視内視鏡２００の平断面図である。
【００９５】
斜視内視鏡２００では、上述のように、レンズ６１に要求される屈折角度が緩和される。このため、レンズ６１の自由曲面６５は、平断面において、斜視内視鏡１００におけるレンズ３５の自由曲面４７よりも突出距離が小さくなる。
【００９６】
図１９は、実施の形態２の斜視内視鏡２００の側断面図である。
【００９７】
斜視内視鏡２００では、側断面においても、斜視内視鏡１００におけるレンズ３５の自由曲面４７よりも自由曲面６５の突出距離が小さくなる。
【００９８】
次に、本実施の形態の斜視内視鏡２００を実現する際のより具体的な一構成例を説明する。
【００９９】
斜視内視鏡２００は、先端部２７の軸線４３に対する視野方向の主光線の角度（伏角）を、例えば３０°とすることができる。なお、斜視内視鏡２００は、それぞれに適する自由曲面を有した異なるレンズ３５の作用を利用することにより、伏角を例えば１０°〜６０°の範囲で構成することができる。
【０１００】
視野角は、垂直３０±３０°、水平±３５°、対角９０°とすることができる。
Ｆナンバーは、Ｆ９．２相当とすることができる。
対物カバーガラス３１は、横１ｍｍ、縦１．１５ｍｍとすることができる。
対物カバーガラス３１は、厚みを０．４ｍｍとすることができる。
レンズ３５は、横１ｍｍ、縦１．１５ｍｍとすることができる。
レンズ３５は、厚みを０．８ｍｍとすることができる。
撮像素子２９は、外径サイズをφ１．０ｍｍとすることができる。
撮像素子２９は、厚みを０．１ｍｍとすることができる。
素子カバーガラス３７は、外径サイズをφ１．０ｍｍとすることができる。
素子カバーガラス３７は、厚みを０．４ｍｍとすることができる。
シース４１は、外径をφ１．８ｍｍ、厚みを０．１ｍｍとすることができる。
【０１０１】
斜視内視鏡２００は、撮像素子２９の傾斜とシフトのため、傾斜角方向の像高分（□１ｍｍセンサーで約０．３５ｍｍ）ほど大きくなる。即ち、高さ１．０ｍｍのレンズ６１に、１０°傾けた撮像素子２９を固定した場合、一体となったレンズ６１及び撮像素子２９の高さは、１．３５ｍｍとなる。
【０１０２】
斜視内視鏡２００は、撮像素子２９を傾けることにより、性能が大きく向上する。画素数が多い場合は、撮像素子２９を傾ける構成が有利となる。
【０１０３】
次に、上記した構成の作用を説明する。
【０１０４】
図２０は、実施の形態２の斜視内視鏡２００の光学系平断面における光線追跡図である。
【０１０５】
図２１は、実施の形態２の斜視内視鏡２００の光学系側断面における光線追跡図である。
【０１０６】
この斜視内視鏡２００では、撮像素子２９が、図２１に示すように、視野方向に向かって傾けられる。例えば、視野方向の主光線に含まれる光軸と、先端部２７の軸線４３との成す角度が３０°である場合、撮像素子２９が視野方向へ１０°傾けられるとする。この場合、撮像素子２９が傾けられない構成に比べ、レンズ６１に依存する屈折角度は、２０°で済むことになる。レンズ６１は、図２０に示した平断面における屈折角度も、撮像素子２９を傾けない構成の図９に示したレンズ３５の屈折角度より小さくなる。
【０１０７】
従って、斜視内視鏡２００は、撮像素子２９が傾けられない構成に比べ、レンズ６１の屈折角度を１０°小さくできる。レンズ６１は、この屈折角度を小さくすることにより、倍率色収差を低減できる。その結果、撮像素子２９を傾けた斜視内視鏡２００では、シース４１の外径は若干大きくなるが、同一の伏角でレンズを傾けない構成に比べ、画質を向上させることができる。特に画素数が多い斜視内視鏡の場合には、撮像素子２９を傾ける構成は、倍率色収差が低減し、性能は大きく向上するので有利となる。
【０１０８】
このように、斜視内視鏡２００では、撮像素子２９を傾けることにより、像面湾曲の補正が容易になり、結像性能を向上させることができるが、大径化を招くことから、傾ける量を最低限にし、大径化を抑制しつつ、性能を向上させるのが望ましい。この場合、撮像素子２９の傾き量は１５°以下であることが望ましく、できれば１０°以下、より小径化を優先する場合は５°以下であることが望ましい。
【０１０９】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３を説明する。なお、実施の形態３においては実施の形態１に示した部材と同一の部材に同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【０１１０】
図２２は、実施の形態３の斜視内視鏡３００の先端部２７を前側から見た斜視図である。
【０１１１】
図２３は、実施の形態３の斜視内視鏡３００のシース内部の平面図である。
【０１１２】
斜視内視鏡３００は、前段レンズ６７が、対物カバーガラス３１とレンズ３５との間に設けられる。斜視内視鏡３００は、前段レンズ６７が対物カバーガラス３１とレンズ３５との間に設けられる分、対物カバーガラス３１からレンズ３５までの距離が斜視内視鏡１００よりも大きくなる。
【０１１３】
図２４は、実施の形態３の斜視内視鏡３００のシース内部の側面図である。
【０１１４】
図２５は、実施の形態３の斜視内視鏡３００のシース内部の正面図である。
【０１１５】
前段レンズ６７は、図２３の左右方向の幅、図２４の上下方向の高さが、対物カバーガラス３１及びレンズ３５と同じ長方形で形成される。斜視内視鏡３００の正面視は、斜視内視鏡１００と同じとなる。
【０１１６】
図２６は、実施の形態３の斜視内視鏡３００におけるレンズ３５の斜視図である。
【０１１７】
図２７は、実施の形態３の斜視内視鏡３００における一部分を切り欠いたレンズ３５の斜視図である。
【０１１８】
斜視内視鏡３００のレンズ３５は、斜視内視鏡１００のレンズ３５と同一とする。斜視内視鏡３００では、上述したように、レンズ３５に要求される屈折角度が緩和される。このため、レンズ３５の自由曲面４７は、斜視内視鏡１００におけるレンズ３５の自由曲面４７よりも突出距離が小さくなる。
【０１１９】
図２８は、実施の形態３の斜視内視鏡３００における前段レンズ６７の斜視図である。
【０１２０】
図２９は、実施の形態３の斜視内視鏡３００における一部分を切り欠いた前段レンズ６７の斜視図である。
【０１２１】
前段レンズ６７は、略球面状に隆起した円型ドーム形状の凸曲面６９をレンズ面７１に有する。前段レンズ６７は、球面レンズを図例とするが、これに限定されない。前段レンズ６７は、自由曲面を有してもよい。前段レンズ６７は、凸曲面６９が、テーパ孔７３の底部に形成される。
【０１２２】
図３０は、実施の形態３の斜視内視鏡３００の平断面図である。
【０１２３】
前段レンズ６７は、レンズ３５が接着されることにより、レンズ面７１とレンズ３５との間に、テーパ孔７３に封入された空気層５３が形成される。前段レンズ６７は、空気層５３が形成されることにより、レンズ面７１から空気層５３への出射光の屈折率を大きくできる。
【０１２４】
図３１は、実施の形態３の斜視内視鏡３００の側断面図である。
【０１２５】
前段レンズ６７は、レンズ中心（前段レンズ６７における光軸）が、絞り３３の開口よりも上方にシフトして配置されている。前段レンズ６７のレンズ中心と、絞り３３との相対位置は、これに限定されない。
【０１２６】
次に、上記した構成の作用を説明する。
【０１２７】
図３２は、実施の形態３の斜視内視鏡の光学系平断面における光線追跡図である。
【０１２８】
図３３は、実施の形態３の斜視内視鏡の光学系側断面における光線追跡図である。
【０１２９】
この斜視内視鏡３００では、絞りに近い前段レンズ６７と、像面に近いレンズ３５の２枚構成となっている。絞りに近い前段レンズ６７は主に球面収差を、像面に近いレンズ３５は主にディストーションを補正するように、レンズ面での収差補正を分担することにより、より高度な収差補正を行うことが可能となり、結像性能を高めることができる。
【０１３０】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４を説明する。なお、実施の形態２においては実施の形態１に示した部材と同一の部材に同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【０１３１】
図３４は、実施の形態４の斜視内視鏡４００の光学系側断面における光線追跡図である。
【０１３２】
実施の形態４の斜視内視鏡４００は、倍率色収差を低減することを目的として、一対のプリズム７５、プリズム７７を互いに合わせて、レンズ３５の対物側に配置している。一対のプリズム７５、プリズム７７は、それぞれ入射光を反射させることなく、屈折させる偏角プリズムである。一対のプリズム７５、プリズム７７は、合わせ面で密着する。プリズム７５の出射面から垂直に出射した出射光は、プリズム７７の入射面に垂直に入射する。
【０１３３】
この斜視内視鏡４００によれば、レンズ３５に対し、屈折率と分散が異なる一対のプリズム７５及びプリズム７７を対物側に配置することにより、屈折率と分散の差異を利用することができる。斜視内視鏡４００は、屈折率と分散の差異を利用することにより、レンズ３５に生じている倍率色収差の一部を相対して色収差を低減できる。斜視内視鏡４００では、偏角によって生じる色収差を補正するように、絞り３３の前側に異なる分散を持ったプリズム７５及びプリズム７７を組み合わせ、略並行の光学系を挿入することにより、画面中心での色ずれを補正することができる。また、斜視内視鏡４００は、一対のプリズム７５及びプリズム７７をカバーガラスの代用とすることもできる。
【０１３４】
［変形例］
次に、実施の形態１の変形例を説明する。本変形例は、図示を省略する。
【０１３５】
実施の形態１の変形例の斜視内視鏡は、対物側の先端に、更に屈折用のカバーガラスを有する。この屈折用のカバーガラスは、対物カバーガラス３１との間に空気層を設けて、視野方向の主光線に垂直に配置される。即ち、変形例の斜視内視鏡は、中心像飛びを解消するために、屈折用に追加したカバーガラスを斜視角だけ傾ける構成としている。
【０１３６】
実施の形態１の斜視内視鏡１００は、空気中で３０°の斜視とすると、水中では２２°の斜視となる。カバーガラスに垂直に入射する正面光線を中心に、画角が変わるため、水中に入ると中心がずれる。一方、空気中基準で倍率色収差補正を行うと、水中では補正過剰となる。
【０１３７】
そこで、変形例の斜視内視鏡は、受光平面５１の中心の主光線が垂直に入る屈折用のカバーガラスを有する。この屈折用のカバーガラスは、例えば平行平板や、ドームガラスなどを先端部２７の前方に配置する。
【０１３８】
この変形例の斜視内視鏡によれば、屈折用のカバーガラスを、視野方向の主光線に垂直となるように傾けて配置することにより、受光平面５１の中心の主光線が垂直に入るようになり、空気中及び水中においても、中心像の移動を抑制することができる。
【０１３９】
従って、本実施形態の斜視内視鏡１００、斜視内視鏡２００、斜視内視鏡３００、斜視内視鏡４００によれば、部品点数を抑えながら、小型化でき、視野方向を斜めにできる。
【０１４０】
以下、上記した実施の形態１、２，４に係る投写光学系を具体的に実施した数値実施例を説明する。なお、以下の数値実施例１は上記の実施の形態１に対応し、数値実施例２は上記の実施の形態４に対応し、数値実施例３は上記の実施の形態２に対応する。数値実施例１、２、３の光学構成（図３５、図３６、図４４、図５２）は対応する実施の形態１、４、２の光学構成をそれぞれ示している。
【０１４１】
各数値実施例において、表中の長さの単位はすべて「ｍｍ」であり、画角の単位はすべて「°」である。また、各数値実施例において、ｒは曲率半径、ｄは面間隔（後方の面との間隔）、ｎｄはｄ線に対する屈折率、ｖｄはｄ線に対するアッベ数である。また、各数値実施例において、面番号の後に＊印を付した面は自由曲面であり、自由曲面形状は、その面頂点を原点とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用いた次式で定義している。なお、ｘは物体からレンズを見たときの左右方向、ｙはその上下方向、ｚはｘ及びｙに直交する方向とする。
【０１４２】
【数１】
2019056722.tif 000003
【０１４３】
【数２】
2019056722.tif 000004
【０１４４】
ここで、
Ｚ：ｚ軸に平行な面のサグ量
ｒ：半径方向の距離（＝√（ｘ２＋ｙ２））
ｃ：面頂点における曲率
ｋ：コーニック係数
Ｃｊ：単項式ｘｍｙｎの係数
である。
【０１４５】
なお、以下の各データにおいて、便宜的に、多項式における自由曲面係数であるｘのｉ次の項、ｙのｊ次の項を、ｘｉｙｊというように記載する。例えば、「Ｘ２Ｙ」とは、多項式におけるｘの２次、ｙの１次の項の自由曲面係数であることを示す。
【０１４６】
図３５は、数値実施例のイメージセンサ（つまり、撮像素子２９）への光線の入射角θｃ、θｕ、θｌを表す説明図である。
【０１４７】
図３５中、ＣＧはカバーガラス（つまり、対物カバーガラス３１）、Ｌ１は自由曲面を有したレンズ（つまり、レンズ３５）、ＳＧはセンサーカバーガラス（つまり、素子カバーガラス３７）、ＩＭＧはイメージセンサ（つまり、撮像素子２９）をそれぞれ示す。
【０１４８】
表１には、各数値実施例１，２，３での、主光線、ｙ方向の上光線、ｙ方向の下光線のイメージセンサ中心への入射角をそれぞれ、θｃ、θｕ、θｌとし、θｕ、θｌより導き出される実効的なＦナンバーを、Ｆｅｙとして記載している。また表１では、数値実施例を「実施例」と略記している。いずれの数値実施例においても、主光線の入射角θｃは５°以下であり、イメージセンサＩＭＧの効率（言い換えると、図１２に示す入射光の設計値の特性６０参照）を生かせる（言い換えると、特性６０から大きく乖離しないで、特性６０とほぼ同等の特性が得られている）設計となっている。
【０１４９】
【表１】
2019056722.tif 000005
【０１５０】
（数値実施例１）
図３６は、数値実施例１の撮影光学系を説明する断面構成図である。図中、１〜６の符号は、面番号を示す。
【０１５１】
物体面の破線上の点から出た光線は、カバーガラスＣＧで曲げられ、絞りを通り、正のパワーを持つレンズＬ１で集光されて、イメージセンサＩＭＧの中心に結像する。
【０１５２】
図３７は、図３６に示された構成図の、像側から見たイメージセンサ上の各座標位置を白丸１〜白丸６で表した説明図である。
【０１５３】
図３８（Ａ）〜（Ｆ）は、数値実施例１の各座標位置白丸１〜白丸６におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図３８（Ａ）は、数値実施例１の各座標位置白丸１におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図３８（Ｂ）は、数値実施例１の各座標位置白丸２におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図３８（Ｃ）は、数値実施例１の各座標位置白丸３におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図３８（Ｄ）は、数値実施例１の各座標位置白丸４におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図３８（Ｅ）は、数値実施例１の各座標位置白丸５におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図３８（Ｆ）は、数値実施例１の各座標位置白丸６におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。実線はｄ線（０．５８８μｍ）、短破線はＦ線（０．４８６μｍ）、長破線はＣ線（０．６５６μｍ）の特性である。Ｙ−ＦＡＮはｙ方向の横収差、Ｘ−ＦＡＮはｘ方向の横収差である。
【０１５４】
図３８（Ａ）〜（Ｆ）の縦軸は横収差量（ｍｍ）を表わしており、図３８（Ａ）〜（Ｆ）では、横収差量の最大スケールの値は±０．０１ｍｍである。±０．０１ｍｍとは、縦軸の最上部が＋０．０１ｍｍで縦軸の最下部が−０．０１ｍｍということである。また、図３８（Ａ）〜（Ｆ）の横軸は相対瞳高さを表わしており、２つずつ並んだ横収差図の左側の図の横軸が、ｙ方向の相対瞳高さｙを表わし、右側の図の横軸がｘ方向の相対瞳高さｘを表わしている（以降の数値実施例も同様である）。
【０１５５】
以下の表２及び表３に、数値実施例１の撮影光学系の具体的なデータを示す。なお、数値実施例１における画像の中心は、ｙ方向（紙面上下方向）に約６０°の角度となり、ｙ方向の画角は約６０°となっている。また、物体面は内視鏡用途での被観察物を想定し、第１面より３ｍｍ前方の、半径３．２ｍｍの半球状を想定したものとなっている。また、表中の偏芯Ｙは、ｙ方向にずれるシフト量である。ｔｉｌｔαは、面内で回転する量である（以降の数値実施例も同様である）。
【０１５６】
数値実施例１の各光学素子の面データを以下の表２に示す。
【０１５７】
【表２】
2019056722.tif 000006
【０１５８】
以下、自由曲面データを表３に示す。
【０１５９】
【表３】
2019056722.tif 000007
【０１６０】
（数値実施例２）
図３９は、数値実施例２の撮影光学系を説明する断面構成図である。図中、１〜７の符号は、面番号を示す。
【０１６１】
物体面の破線上の点から出た光線は、カバーガラスＣＧ１、カバーガラスＣＧ２で曲げられ、絞りを通り、正のパワーを持つレンズＬ１で集光されて、イメージセンサＩＭＧの中心に結像する。
【０１６２】
図４０（Ａ）〜（Ｆ）は、数値実施例２の各座標位置白丸１〜白丸６におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図４０（Ａ）は、数値実施例２の各座標位置白丸１におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図４０（Ｂ）は、数値実施例２の各座標位置白丸２におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図４０（Ｃ）は、数値実施例２の各座標位置白丸３におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図４０（Ｄ）は、数値実施例２の各座標位置白丸４におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図４０（Ｅ）は、数値実施例２の各座標位置白丸５におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図４０（Ｆ）は、数値実施例２の各座標位置白丸６におけるｘ、ｙ方向の横収差図である実線はｄ線（０．５８８μｍ）、短破線はＦ線（０．４８６μｍ）、長破線はＣ線（０．６５６μｍ）の特性である。Ｙ−ＦＡＮはｙ方向の横収差、Ｘ−ＦＡＮはｘ方向の横収差である。
【０１６３】
以下の表４及び表５に、数値実施例２の撮影光学系の具体的なデータを示す。数値実施例１と同様に、数値実施例２における画像の中心は、ｙ方向（紙面上下方向）に約６０°の角度となり、ｙ方向の画角は約６０°、物体面は内視鏡用途での被観察物を想定し、第１面より３ｍｍ前方の、半径３．２ｍｍの半球状を想定したものとなっている。各面の形状等は、数値実施例１と同じであるが、カバーガラスＣＧ１、カバーガラスＣＧ２を２枚のプリズムで構成することにより、色収差を低減している。
【０１６４】
数値実施例２の各光学素子の面データを表４に示す。
【０１６５】
【表４】
2019056722.tif 000008
【０１６６】
以下、数値実施例２の自由曲面データを表５に示す。
【０１６７】
【表５】
2019056722.tif 000009
【０１６８】
（数値実施例３）
図４１は、数値実施例３の撮影光学系を説明する断面構成図である。図中、１〜７の符号は、面番号を示す。
【０１６９】
物体面の破線上の点から出た光線は、カバーガラスＣＧ１、カバーガラスＣＧ２で曲げられ、絞りを通り、正のパワーを持つレンズＬ１で集光されて、イメージセンサＩＭＧの中心に結像する。
【０１７０】
図４２（Ａ）〜（Ｆ）は、数値実施例３の各座標位置白丸１〜白丸６におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図４２（Ａ）は、数値実施例３の各座標位置白丸１におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図４２（Ｂ）は、数値実施例３の各座標位置白丸２におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図４２（Ｃ）は、数値実施例３の各座標位置白丸３におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図４２（Ｄ）は、数値実施例３の各座標位置白丸４におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図４２（Ｅ）は、数値実施例３の各座標位置白丸５におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。図４２（Ｆ）は、数値実施例３の各座標位置白丸６におけるｘ、ｙ方向の横収差図である。実線はｄ線（０．５８８μｍ）、短破線はＦ線（０．４８６μｍ）、長破線はＣ線（０．６５６μｍ）の特性である。Ｙ−ＦＡＮはｙ方向の横収差、Ｘ−ＦＡＮはｘ方向の横収差である。
【０１７１】
以下の表６及び表７に、数値実施例３の撮影光学系の具体的なデータを示す。なお、数値実施例３における画像の中心は、ｙ方向（紙面上下方向）に約６０°の角度となり、ｙ方向の画角は約６０°となっている。また、物体面は内視鏡用途での被観察物を想定し、第１面より３.５ｍｍ前方の、３０°傾いた面を想定したものとなっている。
【０１７２】
数値実施例３の各光学素子の面データを以下の表６に示す。
【０１７３】
【表６】
2019056722.tif 000010
【０１７４】
以下、数値実施例３の自由曲面データを表７に示す。
【０１７５】
【表７】
2019056722.tif 000011
【０１７６】
以上、図面を参照しながら実施形態及び数値実施例について説明したが、本開示は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
本開示は、撮像装置において部品点数の低減、小型化、コスト低減、軽量化を図ることができる効果を有し、例えば医療手術等に用いる細径の斜視内視鏡等として有用である。
【符号の説明】
【０１７８】
１１  斜視内視鏡システム
１３  挿入部
２７  先端部
２９  撮像素子
３１  対物カバーガラス
３３  絞り
３５  レンズ
３７  素子カバーガラス
４３  軸線
４５  レンズ面
４７  自由曲面
５１  受光平面
５３  空気層
５７  受光中心
１００、２００、３００、４００  斜視内視鏡
【図１】
2019056722.tif 000012
【図２】
2019056722.tif 000013
【図３】
2019056722.tif 000014
【図４】
2019056722.tif 000015
【図５】
2019056722.tif 000016
【図６】
2019056722.tif 000017
【図７】
2019056722.tif 000018
【図８】
2019056722.tif 000019
【図９】
2019056722.tif 000020
【図１０】
2019056722.tif 000021
【図１１】
2019056722.tif 000022
【図１２】
2019056722.tif 000023
【図１３】
2019056722.tif 000024
【図１４】
2019056722.tif 000025
【図１５】
2019056722.tif 000026
【図１６】
2019056722.tif 000027
【図１７】
2019056722.tif 000028
【図１８】
2019056722.tif 000029
【図１９】
2019056722.tif 000030
【図２０】
2019056722.tif 000031
【図２１】
2019056722.tif 000032
【図２２】
2019056722.tif 000033
【図２３】
2019056722.tif 000034
【図２４】
2019056722.tif 000035
【図２５】
2019056722.tif 000036
【図２６】
2019056722.tif 000037
【図２７】
2019056722.tif 000038
【図２８】
2019056722.tif 000039
【図２９】
2019056722.tif 000040
【図３０】
2019056722.tif 000041
【図３１】
2019056722.tif 000042
【図３２】
2019056722.tif 000043
【図３３】
2019056722.tif 000044
【図３４】
2019056722.tif 000045
【図３５】
2019056722.tif 000046
【図３６】
2019056722.tif 000047
【図３７】
2019056722.tif 000048
【図３８】
2019056722.tif 000049
【図３９】
2019056722.tif 000050
【図４０】
2019056722.tif 000051
【図４１】
2019056722.tif 000052
【図４２】
2019056722.tif 000053
【図４３】
2019056722.tif 000054
【図４４】
2019056722.tif 000055
【図４５】
2019056722.tif 000056
【図４６】
2019056722.tif 000057