(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象物の側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正又は負の屈折力を有する第３レンズ群とを備えた内視鏡の対物レンズ；
前記対物レンズの光軸に沿った後方に配置された撮像素子；及び
前記第３レンズ群を光軸方向に移動させて前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔を変化させることにより像面湾曲量を変化させるとともに、前記第３レンズ群と前記撮像素子の双方を光軸方向に移動させて前記第３レンズ群と前記撮像素子の撮像面との間隔を変化させることにより、前記像面湾曲量の変化によって生じる像面位置の変化を補償する位置調整手段；
を有することを特徴とする内視鏡の撮像装置。
【請求項２】
観察対象物の側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正又は負の屈折力を有する第３レンズ群とを備えた内視鏡の対物レンズ；
前記対物レンズの光軸に沿った後方に配置された撮像素子；及び
前記第２レンズ群と前記第３レンズ群を光軸方向に移動させて前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔及び前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔を変化させることにより像面湾曲量を変化させるとともに、前記第３レンズ群と前記撮像素子の双方を光軸方向に移動させて前記第３レンズ群と前記撮像素子の撮像面との間隔を変化させることにより、前記像面湾曲量の変化によって生じる像面位置の変化を補償する位置調整手段；
を有することを特徴とする内視鏡の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、観察部位に対向する内視鏡の先端部に設ける内視鏡の撮像装置に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
周知のように、一般に、写真レンズのような結像レンズは、平面物体を平面状の像面であるフィルム面に結像させるようになっており、このため例えば像面湾曲などについても収差の補正が各種の方法・手段で行われている。
【０００３】
ところで、内視鏡には、観察部位に対向する先端部に、対物レンズを設けており、この対物レンズについても同様に、この像面湾曲について補正が行われている。これによって、平面状の物体が平面状の像面、例えばＣＣＤやイメージバンドルに結像するようになっている。
【０００４】
このような内視鏡では、観察対象が例えば上部消化器官などの場合、例えば図１５に示すように、胃壁のようにほぼ平面状の観察対象物７であれば画面中心から周辺まで最良の状態で観察できるから問題ない。ところが、例えば図１６に示すように、ポリープのような突起物８の観察では、それを画面中央で捕らえようとすると、例えば図１７に示すように、突起物８の先端のピットパターンを観察すると、突起の周辺部分は最良の状態からずれた位置での観察になる。また、逆に、突起の周辺部分を最良の状態で観察しようとすると、図１６に示すように突起の先端部分は最良の状態からずれた位置での観察になってしまう。
そこで、このような場合には、平面物体に対する像面形状が周辺部ほど対物レンズから離れるような、いわゆる像面湾曲オーバーな状態で結像するような特性を有した対物光学系を用いると、突起の先端から周辺までほぼ同一平面上に結像できるので、一度に観察できて都合がよい。
【０００５】
一方、例えば下部消化器官などの場合、例えば図１８に示すように、大腸のように観察対象部分が管空状を呈するもの(以下、管空状物９)では、管空状物９の側壁は観察距離が非常に近接した位置関係になってしまい、レンズ性能が最良の位置関係とはずれてしまうために、観察対象部分の観察像が悪くなってしまう。そこで、良好な状態で観察しようとすれば、現在の観察位置から内視鏡を離して遠ざけることにより、所望のレンズ性能で観察できるようになるが、狭い空間では、内視鏡を思うような観察位置に移動できなかったり、検査時間が長びくといった不都合を生じる虞れがある。
そこで、このような場合には、平面物体に対する像面形状が周辺部ほど対物レンズ側に近づくような、いわゆる像面湾曲アンダーな状態で結像するような特性を有した対物レンズを用いると、観察距離が接近した管空状物の側壁に対しても、レンズ性能が最良の位置関係で結像することができるので、良好な像質で観察することが可能になる。
【０００６】
【発明の目的】
そこで、本発明は、上記した事情に鑑み、観察対象物の位置や形状に応じて像面湾曲量を適宜調整することにより、最良の観察状態を実現できるようにした内視鏡の撮像装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【発明の概要】
本発明の内視鏡の撮像装置は、観察対象物の側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正又は負の屈折力を有する第３レンズ群とを備えた内視鏡の対物レンズ；前記対物レンズの光軸に沿った後方に配置された撮像素子；及び前記第３レンズ群を光軸方向に移動させて前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔を変化させることにより像面湾曲量を変化させるとともに、前記第３レンズ群と前記撮像素子の双方を光軸方向に移動させて前記第３レンズ群と前記撮像素子の撮像面との間隔を変化させることにより、前記像面湾曲量の変化によって生じる像面位置の変化を補償する位置調整手段；を有することを特徴としている。
【０００８】
本発明の内視鏡の撮像装置は、観察対象物の側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正又は負の屈折力を有する第３レンズ群とを備えた内視鏡の対物レンズ；前記対物レンズの光軸に沿った後方に配置された撮像素子；及び前記第２レンズ群と前記第３レンズ群を光軸方向に移動させて前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔及び前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔を変化させることにより像面湾曲量を変化させるとともに、前記第３レンズ群と前記撮像素子の双方を光軸方向に移動させて前記第３レンズ群と前記撮像素子の撮像面との間隔を変化させることにより、前記像面湾曲量の変化によって生じる像面位置の変化を補償する位置調整手段；を有することを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態に係る内視鏡の対物レンズを備えた撮像装置を示すものであり、この撮像装置は、対物レンズ１と、撮像素子であるＣＣＤ（またはイメージバンドル）２とから構成されている。
【００１０】
対物レンズ１は、第１レンズ群１１と、第２レンズ群１２と、第３レンズ群１３とから構成されており、特にこの実施形態では、観察対象物の形状に応じて第２レンズ群１２と第３レンズ群１３との間隔ｄ２３及び第３レンズ群１３とＣＣＤ２との間隔ｆｂを変化させるため、図示外の位置調整手段を備えている。
【００１１】
第１レンズ群１１は、負の屈折力を有し、この実施形態では、１個の像側凹の負メニスカスレンズで構成されている。
【００１２】
第２レンズ群１２は、正の屈折力を有し、この実施形態では、１個の像側凸の平凸レンズで構成されている。
【００１３】
第３レンズ群１３は、負の屈折力を有し、この実施形態では、両凹レンズ１３Ａ及び両凸レンズ１３Ｂの張り合せで構成されている。
【００１４】
位置調整手段は、第２レンズ群１２と第３レンズ群１３との間隔ｄ２３を変化させることにより像面湾曲量を変化させ、これによる像面位置の変化を第３レンズ群１３とＣＣＤ２との間隔ｆｂを変化させることで補償するものである。より具体的には、間隔ｄ２３の変化は、第３レンズ群１３を光軸に沿って移動させることによって行う。間隔ｆｂの変化は、上記第３レンズ群１３を光軸に沿って移動させることによって発生する変化とあわせてＣＣＤ２を光軸に沿って移動させることによって行う。これらの位置調整手段（移動手段）には、例えば円筒形のカム環にそれぞれの動作に応じたカム溝を設けてそれぞれを保持し、カム環を回転させることによって第３レンズ群１３及びＣＣＤ２を光軸方向に沿って前後に移動させるような機構を用いることができる。なお、第1レンズ群は内視鏡の先端部に固定されていて先端部の水密性を維持する為のカバーガラスを兼ねている。
【００１５】
次に、この実施形態の作用について説明する。
観察しようとする観察対象物の形状に応じて像面湾曲を変化させるべく第３レンズ群１３及びＣＣＤ２を光軸方向に適宜移動させ、ＣＣＤ２と各レンズ群との間隔を変化させる。この場合、ＣＣＤ２撮像面に対してピント位置が移動してしまうと、再度ピント調整を必要とするため、使い難いものとなってしまうので、像面湾曲変化に伴うピント位置の移動は多くとも焦点深度の範囲内に留めることが望ましい。そこで、この実施形態では、像面湾曲を変化させる為のレンズ群の移動に際して、ＣＣＤ撮像面に対するピント位置の変化は殆どないように構成されている。
【００１６】
例えば、図５に示すように、大腸のような管空状のものの場合には、像面湾曲がアンダーの特性を有するように、第３レンズ群１３及びＣＣＤ２を光軸方向に適宜移動させれば、ＣＣＤ撮像面に結像する観察対象物の位置は、画面中央付近に対して周辺部が対物レンズに接近した状態となる。一方、例えば図６に示すように、突起物８のようなものの場合には、像面湾曲がオーバーの特性を有するように、第３レンズ群１３及びＣＣＤ２を光軸方向に適宜移動させれば、ＣＣＤ撮像面に結像する観察対象物の位置は、画面中央付近に対して周辺部が対物レンズに離反した状態となる。
これにより、凹凸を有していて、従来は同時に観察することができないような被検面に対しても、画面中心から周辺まで、最良の性能で観察対象物の観察が行える。なお、この場合、画角の変化も小さいことが望ましい。画角が大きく変わると、変化の前後で、今まで見えていたものが見えなくなる虞れがあるからである。従って、画角の変化があまり発生しないよう、第３レンズ群１３とＣＣＤ２の移動量比を定めている。
【００１７】
次に第１の実施形態の具体的な実施例を示す。図１には、基準として、像面湾曲をほぼゼロに補正した時の各レンズ群の位置を示している。図２、図３、図４は、それぞれ、像面湾曲をほぼゼロに補正した状態、像面湾曲をオーバー側に適量発生させた状態、像面湾曲をアンダー側に適量発生させた状態での諸収差図を示している。これらの収差図においては、球面収差で表される色収差（軸上色収差）図及び倍率色収差図中のｄ線、ｇ線、ｃ線はそれぞれの波長に対する収差曲線であり、非点収差図中Ｓはサジタル像面、Ｍはメリディオナル像面である。また、表中のＦEは実効Ｆナンバー、ｆは全系の焦点距離、Ｗは半画角（゜）、ｆB はバックフォーカス、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎd はｄ線の屈折率、νはアッベ数を示す。
【００１８】
回転対称非球面は、次式で定義される。
x=cy2/[1+[1-(1+K)c2y2]1/2]+A4y4+A6y6+A8y8 +A10y10+A12y12・・・
（但し、cは曲率（１／ｒ）、ｙは光軸からの高さ、Ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、・・・・・は各次数の非球面係数）である。
下記に示す表１はその数値データで、像面湾曲がほぼゼロ、オーバー、アンダーの順で記載している。
【００１９】
面No. １，２は負の第1レンズ群１１、面No. ３，４は正の第２レンズ群１２、面No. ５乃至７は第３レンズ群１３であり、第３レンズ群１３は、物体側から順に負レンズと正レンズの接合レンズで構成され、第1の実施形態では第３レンズ群１３は負のパワーを有している。面No. ８乃至１０はフィルター群である。
【００２０】
【表１】
0004694014.tif 000002
【００２１】
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。
図７は、この発明の第２の実施形態に係る内視鏡の対物レンズを備えた撮像装置を示すものであり、対物レンズ３と、撮像素子であるＣＣＤ（イメージバンドル）４とから構成されている。
【００２２】
対物レンズ３には、負の屈折力を有する第１レンズ群３１と、側視型内視鏡に対応する為の偏向プリズム３４と、絞り３５、正の屈折力を有する第２レンズ群３２と、正の屈折力を有する第３レンズ群３３とを備えている。特に、この実施形態では、観察対象物の形状に応じて第２レンズ群３２と第３レンズ群３３との間隔ｄ２３及び第３レンズ群３３とＣＣＤ４との間隔ｆｂを変化させるため、図示外の位置調整手段を備えている。なお、図７では偏向プリズム３４の反射面を展開して光軸を一直線状にして表示している。
【００２３】
位置調整手段は、第２レンズ群３２と第３レンズ群３３との間隔ｄ２３を変化させることにより像面湾曲量を変化させ、これによる像面位置の変化を第３レンズ群３３とＣＣＤ４との間隔ｆｂを変化させることにより補償するものである。より具体的には、間隔ｄ２３の変化は、第３レンズ群３３を光軸に沿って移動させることによって行う。間隔ｆｂの変化は、上記第３レンズ群３３を光軸に沿って移動させることによって発生する変化とあわせてＣＣＤ４を光軸に沿って移動させることによって行う。これらの位置調整手段（移動手段）には、例えば円筒形のカム環にそれぞれの動作に応じたカム溝を設けてそれぞれを保持し、カム環の回転させることによって第３レンズ群３３及びＣＣＤ４を光軸方向に沿って前後に移動させるような機構を用いることができる。なお、第1レンズ群は内視鏡先端部側面に固定されていて先端部の水密性を維持するカバーガラスを兼ねている。
【００２４】
次に第２の実施形態の具体的な実施例を示す。図７には、基準として、像面湾曲をほぼゼロに補正した時の各レンズ群の位置を示している。図８、図９、図１０はそれぞれ、像面湾曲をほぼゼロに補正した状態、像面湾曲をオーバー側に適量発生させた状態、像面湾曲をアンダー側に適量発生させた状態での諸収差図を示している。なお、下記の表２はその数値データで、像面湾曲がほぼゼロ、オーバー、アンダーの順で記載している。
【００２５】
面No. １，２は負の第1レンズ群３１、面Ｎｏ.３，４は側視用偏向プリズム、面No. ５，６は正の第２レンズ群３２、面No. ７乃至９は第３レンズ群３３であり、第３レンズ群３３は、物体側から順に負レンズと正レンズの接合レンズで構成され、第２の実施形態では第３レンズ群３３は正のパワーを有している。面No. １０乃至１２はフィルター群である。
【００２６】
【表２】
0004694014.tif 000003
【００２７】
次に、この発明の第３の実施形態について説明する。
図１１は、この発明の第３の実施形態に係る内視鏡の対物レンズを備えた撮像装置を示すものであり、対物レンズ５と、撮像素子であるＣＣＤ（イメージバンドル）６とから構成されている。
【００２８】
対物レンズ５には、負の屈折力を有する第１レンズ群５１と、正の屈折力を有する第２レンズ群５２と、正又は負の屈折力を有する第３レンズ群５３とを備えている。特に、この実施形態では、観察対象物の形状に応じて第1レンズ群５１と第２レンズ群５２との間隔ｄ１２、第２レンズ群５２と第３レンズ群５３との間隔ｄ２３及び第３レンズ群５３とＣＣＤ６との間隔ｆｂを変化させるため、図示外の位置調整手段を備えている。なお、この実施形態では、第１レンズ群５１乃至第３レンズ群５３をそれぞれ構成するレンズとして、先の第１の実施形態のものと同一のものを用いた。
【００２９】
位置調整手段は、第1レンズ群５１と第２レンズ群５２との間隔ｄ１２及び第２レンズ群５２と第３レンズ群５３との間隔ｄ２３を変化させることにより像面湾曲量を変化させ、これによる像面位置の変化を第３レンズ群５３とＣＣＤ６との間隔ｆｂを変化させることにより補償するものである。より具体的には、間隔ｄ１２の変化は第２レンズ群５２を光軸に沿って移動させることによって行う。間隔ｄ２３の変化は、上記第２レンズ群５２を光軸に沿って移動させることによって発生する変化とあわせて第３レンズ群５３を光軸に沿って移動させることによって行う。間隔ｆｂの変化は、上記第３レンズ群５３を光軸に沿って移動させることによって発生する変化とあわせてＣＣＤ６を光軸に沿って移動させることによって行う。これらの位置調整手段（移動手段）には、例えば円筒形のカム環にそれぞれの動作に応じたカム溝を設けてそれぞれを保持し、カム環の回転させることによって第２レンズ群５２、第３レンズ群５３及びＣＣＤ６を光軸方向に沿って前後に移動させるような機構を用いることができる。
【００３０】
次に第３の実施形態の具体的な実施例を示す。図１１には、基準として、像面湾曲をほぼゼロに補正した時の各レンズ群の位置を示している。図１２、図１３、図１４はそれぞれ、図１１、像面湾曲をアンダー側に適量発生させた状態、像面湾曲をオーバー側に適量発生させた状態での諸収差図を示している。なお、下記の表３はその数値データで、像面湾曲がほぼゼロ、アンダー、オーバーの順で記載している。
【００３１】
面No. １，２は負の第1レンズ群５１、面No. ３，４は正の第２レンズ群５２、面No. ５乃至７は第３レンズ群５３であり、第３レンズ群５３は、物体側から順に負レンズと正レンズの接合レンズで構成され、第３の実施形態では第３レンズ群５３は負のパワーを有している。面No. ８乃至１０はフィルター群である。
【００３２】
【表３】
0004694014.tif 000004
【００３３】
従って、以上の実施形態によれば、観察対象物の形状に応じて、位置調整手段によって各距離を調整することで、観察対象物を最良の観察状態で観察できるようになる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正又は負の屈折力を有する第３レンズ群とを備えた内視鏡の対物レンズであって、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔を変化させることにより像面湾曲量を変化させ、これによる像面位置の変化を第３レンズ群と像面との間隔を変化させることで補償するように構成しており、各レンズ群の間隔を適宜変更させて、観察対象物の位置や形状に応じて像面湾曲量を適宜調整することにより、最良の観察状態を実現できる。
【００３５】
また、この発明によれば、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔及び第２レンズ群と第３レンズ群との間隔を変化させることにより、像面湾曲量を変化させ、かつ、像面位置の変化を補償するように構成しており、同様に、観察対象物の位置や形状に応じて像面湾曲量を適宜調整することにより、最良の観察状態を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る内視鏡の対物レンズを備えた撮像装置を示す構成図である。
【図２】図１のレンズ構成の諸収差図である。
【図３】実施例１のズームレンズ系の像面湾曲をオーバー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図４】実施例１のズームレンズ系の像面湾曲をアンダー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図５】この発明の対物レンズで管空状の観察対象物を観察するときの状態を示す説明図である。
【図６】この発明の対物レンズで突起状の観察対象物を観察するときの状態を示す説明図である。
【図７】この発明の第２の実施形態に係る内視鏡の対物レンズを備えた撮像装置を示す構成図である。
【図８】図７のレンズ構成の諸収差図である。
【図９】実施例２のズームレンズ系の像面湾曲をオーバー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図１０】実施例２のズームレンズ系の像面湾曲をアンダー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図１１】この発明の第３の実施形態に係る内視鏡の対物レンズを備えた撮像装置を示す構成図である。
【図１２】図１１のレンズ構成の諸収差図である。
【図１３】実施例３のズームレンズ系の像面湾曲をアンダー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図１４】実施例３のズームレンズ系の像面湾曲をオーバー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図１５】従来の対物レンズで観察部位を観察するときの状態を示す説明図である。
【図１６】従来の対物レンズで突起状の観察部位を観察するときの状態を示す説明図である。
【図１７】従来の対物レンズで突起状の観察部位を観察するときの欠点を示す説明図である。
【図１８】従来の対物レンズで管空状の観察部位を観察するときの欠点を示す説明図である。
【符号の説明】
１      対物レンズ
１１    第１レンズ群
１２    第２レンズ群
１３    第３レンズ群
２      ＣＣＤ
３      対物レンズ
３１    第１レンズ群
３２    第２レンズ群
３３    第３レンズ群
３４    側視用偏向プリズム
３５    光彩絞り
４      ＣＣＤ
５      対物レンズ
５１    第１レンズ群
５２    第２レンズ群
５３    第３レンズ群
６      ＣＣＤ
７      観察対象物
８      突起物
９      管空状物
【図１】
0004694014.tif 000005
【図２】
0004694014.tif 000006
【図３】
0004694014.tif 000007
【図４】
0004694014.tif 000008
【図５】
0004694014.tif 000009
【図６】
0004694014.tif 000010
【図７】
0004694014.tif 000011
【図８】
0004694014.tif 000012
【図９】
0004694014.tif 000013
【図１０】
0004694014.tif 000014
【図１１】
0004694014.tif 000015
【図１２】
0004694014.tif 000016
【図１３】
0004694014.tif 000017
【図１４】
0004694014.tif 000018
【図１５】
0004694014.tif 000019
【図１６】
0004694014.tif 000020
【図１７】
0004694014.tif 000021
【図１８】
0004694014.tif 000022