(57)【要約】【課題】  スクリーニングおよび拡大観察したい部位へのスムーズなアプローチを行うことができ、ズーミング等の煩雑な操作を行うことなく被写体に3〜4mm程度まで近接して拡大観察を行うことができる内視鏡および内視鏡装置を提供する。【解決手段】  対物光学系５と、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子１で構成される固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡において、固体撮像素子は条件式(1)を満足し、対物光学系は条件式（２）および条件式（３）を満足し、対物光学系の物体距離４mmにおける空間周波数1/(3×P)での光軸上のＭＴＦと、物体距離５０mmにおける空間周波数1/(3×P)での光軸上のＭＴＦが、ともに１０％以上となる位置に固体撮像素子の撮像面が配置されていることを特徴とする固定焦点式の撮像ユニットを備える。条件式(1)：300<IH/P<550、条件式(2)：300<Fl/P<550、条件式(3)：2400×P<Fno.<4200×P【選択図】        図３
2005323874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物光学系と、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子で構成される固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡において、
前記固体撮像素子は条件式(1)を満足し、前記対物光学系は条件式（２）および条件式（３）を満足し、前記対物光学系の物体距離４mmにおける空間周波数1/(3×P)での光軸上のＭＴＦと、物体距離５０mmにおける空間周波数1/(3×P)での光軸上のＭＴＦが、ともに１０％以上となる位置に前記固体撮像素子の撮像面が配置されていることを特徴とする固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡。
条件式（１）    300<IH/P<550
条件式（２）    300<Fl/P<550
条件式（３）    2400×P<Fno.<4200×P 
ただし、
P：固体撮像素子の水平方向画素ピッチ[mm]
IH：固体撮像素子の表示エリア内の、中心から最も遠い位置までの距離[mm]
Ｆｌ：対物光学系の焦点距離[mm]
Fno.：対物光学系の有効Ｆナンバー
【請求項２】
少なくとも、固定焦点式の撮像ユニットを含む内視鏡と、前記撮像ユニットが取得した画像を表示する表示手段とを備えた内視鏡装置において、
前記撮像ユニットは、画素毎に色フィルタが配され、かつ条件式（１）を満たす固体撮像素子と、条件式（２）および条件式（３）を満たす対物光学系で構成され、前記表示手段に表示される画像の中心での解像力が２５本/mm以上である前記撮像ユニットの物体側での範囲をd1、前記表示手段に表示される画像の中心での解像力が２本/mm以上である前記撮像ユニットの物体側での範囲をd2としたとき、前記撮像ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から３．５mmの位置にある光軸上の物点は、d1とd2の両方に含まれ、前記撮像ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から５０mmの位置にある物点は、d2にのみ含まれるように、前記対物光学系の結像位置近傍に前記固体撮像素子の撮像面が配置されていることを特徴とする内視鏡装置。
条件式（１）    300<IH/P<550
条件式（２）    300<Fl/P<550
条件式（３）    2400×P<Fno.<4200×P 
ただし、
P：固体撮像素子の水平方向画素ピッチ[mm]
IH：固体撮像素子の表示エリア内の、中心から最も遠い位置までの距離[mm]
Ｆｌ：対物光学系の焦点距離[mm]
Fno.：対物光学系の有効Ｆナンバー
【請求項３】
対物光学系により物体の像を結像し、前記対物光学系の結像面近傍で画素毎に色フィルタが配された固体撮像素子により画像信号を取得する固定焦点式の撮像ユニットと、前記固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理する回路系を備えた内視鏡装置において、
前記固体撮像素子は条件式(1)を満足し、前記対物光学系は条件式（２）および条件式（３）を満足し、前記対物光学系から物体までの距離が４mmのとき３５μm以上の分解能を有し、前記対物光学系から物体までの距離が５０mmのとき０．４５mm以上の分解能を有することを特徴とする内視鏡装置。
条件式（１）    300<IH/P<550
条件式（２）    300<Fl/P<550
条件式（３）    2400×P<Fno.<4200×P 
ただし、
P：固体撮像素子の水平方向画素ピッチ[mm]
IH：固体撮像素子の表示エリア内の、中心から最も遠い位置までの距離[mm]
Ｆｌ：対物光学系の焦点距離[mm]
Fno.：対物光学系の有効Ｆナンバー
【請求項４】
対物光学系と、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子で構成される固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡において、
前記固体撮像素子は条件式(４)を満足し、前記対物光学系は条件式（５）および条件式（６）を満足し、前記対物光学系の物体距離４mmにおける空間周波数1/(2×P)での光軸上のＭＴＦと、物体距離５０mmにおける空間周波数1/(2×P)での光軸上のＭＴＦが、ともに１０％以上となる位置に前記固体撮像素子の撮像面が配置されていることを特徴とする固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡。
条件式（４）    200<IH/P<360
条件式（５）    200<Fl/P<360
条件式（６）    1600×P<Fno.<2800×P 
ただし、
P：固体撮像素子の水平方向画素ピッチ[mm]
IH：固体撮像素子の表示エリア内の、中心から最も遠い位置までの距離[mm]
Ｆｌ：対物光学系の焦点距離[mm]
Fno.：対物光学系の有効Ｆナンバー
【請求項５】
少なくとも、固定焦点式の撮像ユニットを含む内視鏡と、前記撮像ユニットが取得した画像を表示する表示手段とを備えた内視鏡装置において、
前記撮像ユニットは、各画素毎に輝度信号が生成され、かつ条件式（４）を満たす固体撮像素子と、条件式（５）および条件式（６）を満たす対物光学系で構成され、前記表示手段に表示される画像の中心での解像力が２５本/mm以上である前記撮像ユニットの物体側での範囲をd1、前記表示手段に表示される画像の中心での解像力が２本/mm以上である前記撮像ユニットの物体側での範囲をd2としたとき、前記撮像ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から３．５mmの位置にある光軸上の物点は、d1とd2の両方に含まれ、前記撮像ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から５０mmの位置にある物点は、d2にのみ含まれるように、前記対物光学系の結像位置近傍に前記固体撮像素子の撮像面が配置されていることを特徴とする内視鏡装置。
条件式（４）    200<IH/P<360
条件式（５）    200<Fl/P<360
条件式（６）    1600×P<Fno.<2800×P 
ただし、
P：固体撮像素子の水平方向画素ピッチ[mm]
IH：固体撮像素子の表示エリア内の、中心から最も遠い位置までの距離[mm]
Ｆｌ：対物光学系の焦点距離[mm]
Fno.：対物光学系の有効Ｆナンバー
【請求項６】
対物光学系により物体の像を結像し、前記対物光学系の結像面近傍で各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子により画像信号を取得する固定焦点式の撮像ユニットと、前記固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理する回路系を備えた内視鏡装置において、
前記固体撮像素子は条件式(４)を満足し、前記対物光学系は条件式（５）および条件式（６）を満足し、前記対物光学系から物体までの距離が４mmのとき３５μm以上の分解能を有し、前記対物光学系から物体までの距離が５０mmのとき０．４５mm以上の分解能を有することを特徴とする内視鏡装置。
条件式（４）    200<IH/P<360
条件式（５）    200<Fl/P<360
条件式（６）    1600×P<Fno.<2800×P
ただし、
P：固体撮像素子の水平方向画素ピッチ[mm]
IH：固体撮像素子の表示エリア内の、中心から最も遠い位置までの距離[mm]
Ｆｌ：対物光学系の焦点距離[mm]
Fno.：対物光学系の有効Ｆナンバー
【請求項７】
請求項１または請求項４に記載の固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡において、
内視鏡挿入部には更に処置具挿通チャンネルを備え、内視鏡挿入部先端から４mmの距離まで処置用チャンネルを通して処置具を突出させた際に、処置具の少なくとも一部が、撮像ユニットの視野内に入るように、前記撮像ユニットと前記処置具挿通チャンネルが配置されたことを特徴とする内視鏡。
【請求項８】
請求項２、請求項３、請求項５、請求項６のいずれかに記載の内視鏡装置において、
内視鏡挿入部には更に処置具挿通チャンネルを備え、内視鏡挿入部先端から４mmの距離まで処置用チャンネルを通して処置具を突出させた際に、処置具の少なくとも一部が、撮像ユニットの視野内に入るように、前記撮像ユニットと前記処置具挿通チャンネルが配置されたことを特徴とする内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物光学系と固体撮像素子により構成される、単焦点の撮像ユニットを備えた電子内視鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対物光学系の像位置に固体撮像素子が固定され可動部がない、いわゆる単焦点の撮像ユニットを備えた内視鏡は、撮像ユニットの構造を簡素かつ小さく出来るので、コストの低減、内視鏡挿入部の外径の細径化、先端硬質部長の短縮といった点で有利である。また、ピント合わせの必要がないので、使用者が内視鏡の操作に集中できるため扱いやすく、医療用、工業用といった分野において、広く使用されている。
【０００３】
このような単焦点の内視鏡は、内視鏡挿入部先端を観察したい部位まで導く操作と、広範囲を見ながらのスクリーニングが行なえるように、遠景（例えば一般的な医療用内視鏡では50mm〜100mm程度）でも鮮明な画像が得られるようなピント位置が設定されている。このとき、内視鏡挿入部先端と被写体の距離が近づいた際に鮮明な画像が得られる物体距離は、5〜10mm程度までが一般的である。
【０００４】
被写体を拡大して、詳細に観察したい場合は、対物光学系内のレンズを移動させることで焦点距離と作動距離を変化させる、いわゆるズーム式の撮像ユニットを備えた内視鏡が用いられている（たとえば特許文献１、２参照）。
【０００５】
ズーム式の撮像ユニットを備えた内視鏡において、焦点距離が短くなるいわゆるワイド端では、単焦点の内視鏡とほぼ同様の被写界深度が得られるため、単焦点の内視鏡と同様の使い方ができる。焦点距離が長くなるいわゆるテレ端では、焦点深度はワイド端に比べて近点側に寄るので、遠景（50mm〜100mm程度）ではピントがぼけてしまうかわりに、内視鏡挿入部先端と被写体の距離が近づく（例えば一般的なズーム式の内視鏡では2mmから3mm程度）と鮮明な画像が得られ、被写体を拡大して詳細に観察を行うことができる。
【特許文献１】特開２０００−３３００１５号公報
【特許文献２】特開２００１−３３７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の、単焦点の撮像ユニットを備えた内視鏡は、拡大して詳細に観察したい部位がある場合、詳細に見るため内視鏡挿入部先端を被写体に近づけても、十分な倍率もしくは解像力が得られる前にピントがぼけてしまうという課題がある。
【０００７】
前述の、ズーム式の撮像ユニットを備えた内視鏡の場合は、被写体を拡大して詳細に観察を行うことが可能となるものの、ワイド端での観察後、拡大観察したい部位へのアプローチの際に、バリエータレンズを動かす操作が必要であるため、単焦点の内視鏡と比べて操作が煩雑になるという課題がある。
【０００８】
さらに、テレ端での拡大観察時はピントの合う範囲、いわゆる対物光学系の被写界深度が非常に狭くなるため、内視鏡を扱いにくくなるという課題がある。
【０００９】
また、バリエータレンズを動かす機構が必要なため、単焦点の内視鏡と比べて撮像ユニットが大きくなり、内視鏡の挿入部外径が太くなるという課題がある。
【００１０】
また、バリエータを動かす機構が必要なため、構造が複雑で部品点数も多くなり、単焦点の内視鏡と比べて製造コストが高くなるという課題がある。
【００１１】
また、拡大観察後に処置具による処置を行う場合、テレ端では視野角が狭くなるため処置具が視野内に入りにくく、一旦ワイド側にバリエータレンズを動かし、観察距離をはなしてから処置を行う必要があり、操作者は、内視鏡挿入部の先端を見たい位置に導く操作と、ズーミングの操作と、処置具の操作を行わなければならず、操作が非常に煩雑である、という課題がある。
【００１２】
本発明は、上記のような問題点に鑑みなされたものである。その目的とするところは、遠景が観察可能なため、スクリーニングおよび拡大観察したい部位へのスムーズなアプローチを行うことができ、ズーミング等の煩雑な操作を行うことなく被写体に3〜4mm程度まで近接して拡大観察を行うことができ、さらに拡大観察しながら処置具による処置を行うことができる、挿入部外径が細く、製造コストが低い内視鏡および内視鏡装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の内視鏡は、対物光学系と、画素毎に色フィルタが配された固体撮像素子よりなる固定焦点式の撮像ユニットを備える。
【００１４】
この撮像ユニットは、
条件式(1)  300<IH/P<550
P：固体撮像素子の水平方向画素ピッチ[mm]
IH：固体撮像素子の表示エリア内の、中心から最も遠い位置までの距離[mm]
を満たす固体撮像素子と、固体撮像素子の画素ピッチP（mm）に対して、
条件式(2)  300<Fl/P<550
条件式(3)  2400×P<Fno.<4200×P
Ｆｌ：対物光学系の焦点距離[mm]
Fno.：対物光学系の有効Ｆナンバー
を満たす特性の対物光学系により構成され、物体距離4mmにおける、空間周波数1/(3×P)での光軸上のMTFと、物体距離50mmにおける、空間周波数1/(3×P)での光軸上のMTFが、ともに10％以上となる位置に固体撮像素子を配置したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の内視鏡装置は、画素毎に色フィルタが配され、かつ条件式(1)を満たす固体撮像素子と、条件式(2)、(3)を満たす特性の対物光学系により構成された固定焦点式の撮像ユニットを含んだ内視鏡と、撮像ユニットが取得した画像を表示する表示手段とを備える。この内視鏡装置は、画像中心での解像力が25本/mm以上である撮像ユニットの物体側での範囲をd1、画像中心での解像力が2本/mm以上である撮像ユニットの物体側での範囲をd2としたとき、撮像ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から3.5mmの位置にある光軸上の物点はd1、d2の両方に含まれ、撮像ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から50mmの位置にある光軸上の物点はd2にのみ含まれるように、対物光学系の結像面近傍に固体撮像素子を配置したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の内視鏡装置は、条件式(2)および条件式(3)を満たす対物光学系により物体の像を結像し、対物光学系の結像面近傍で、画素毎に色フィルタが配され、かつ条件式(1)を満たす固体撮像素子により画像信号を取得する固定焦点式の撮像ユニットと、固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理する回路系を備えている。この内視鏡装置は、対物光学系から物体までの距離が4mmのとき35μm以上の分解能を有し、対物光学系から物体までの距離が50mmのとき0.45mm以上の分解能を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の内視鏡は、対物光学系と、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子よりなる固定焦点式の撮像ユニットを備える。
【００１８】
この撮像ユニットは、
条件式(4)  200<IH/P<360
P：固体撮像素子の水平方向画素ピッチ[mm]
IH：固体撮像素子の表示エリア内の、中心から最も遠い位置までの距離[mm]
を満たす固体撮像素子と、固体撮像素子の画素ピッチP（mm）に対して、
条件式(5)  200<Fl/P<360
条件式(6)  1600×P<Fno.<2800×P
Ｆｌ：対物光学系の焦点距離[mm]
Fno.：対物光学系の有効Ｆナンバー
を満たす対物光学系により構成され、物体距離4mmにおける、空間周波数1/(2×P)での光軸上のMTFと、物体距離50mmにおける、空間周波数1/(2×P)での光軸上のMTFが、ともに10％以上となる位置に固体撮像素子を配置したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の内視鏡装置は、各画素毎に輝度信号が生成され、かつ条件式（４）を満たす固体撮像素子と、条件式（５）および条件式（６）を満たす対物光学系により構成された固定焦点式の撮像ユニットを含んだ内視鏡と、撮像ユニットが取得した画像を表示する表示手段とを備える。この内視鏡装置は、画像中心での解像力が25本/mm以上である撮像ユニットの物体側での範囲をd1、光軸上（画像中心）での解像力が2本/mm以上である撮像ユニットの物体側での範囲をd2としたとき、撮像ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から3.5mmの位置にある光軸上の物点はd1、d2の両方に含まれ、撮像ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から50mmの位置にある光軸上の物点はd2にのみ含まれるように、対物光学系の結像面近傍に固体撮像素子を配置したことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の内視鏡装置は、条件式(５)および条件式(６)を満たす対物光学系により物体の像を結像し、対物光学系の結像面近傍で、画素毎に色フィルタが配され、かつ条件式(４)を満たす固体撮像素子により画像信号を取得する固定焦点式の撮像ユニットと、固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理する回路系を備えている。この内視鏡装置は、対物光学系から物体までの距離が4mmのとき35μm以上の分解能を有し、対物光学系から物体までの距離が50mmのとき0.45mm以上の分解能を有することを特徴とする。
【００２１】
ここで、分解能の定義について説明する。
【００２２】
点像がほぼ無収差の円形開口を持つ光学系により結像する場合、物体の像は円形開口の回折像であるエアリ円板になる。等しい強度を持つ２つの点が接近している場合、この回折像が重なりあい、図４に示すような強度分布になる。図４は、２つの回折像の強度中心を通る直線上での強度分布を示した図であり、横軸は距離（単位：mm）、縦軸は強度（任意単位）を表している。Rayleighはこの2つの回折像の間隔がエアリ円板の半径に一致したときを、2つの点像が2つとして見分けられる限界とした。以来、これが、Rayleighの基準と呼ばれる一つの基準となっている。このとき、回折像の強度分布は、頂点に対し74%の強度を持つ谷を残した状態となる。（朝倉書店刊：「光学技術ハンドブック」より）
そこで、本発明では、2点間の分布強度の谷が頂点に対し74%以下である状態を「解像」しているとして、解像する限界の距離を、「分解能」と定義する。
【００２３】
具体的には、図５に示すように、内視鏡４の挿入部先端に配置された対物光学系５の前に置いた２つの点を、固体撮像素子１の撮像面上の水平方向に２つの点像が並ぶ（すなわち、モニタ７の画面上で２つの点像が水平に並ぶ）ように撮像し、固体撮像素子１からの画像信号を処理する回路系６からの出力信号をオシロスコープ９で捉え、２つの点像の強度分布を測定する。このとき、「解像」する、2点間の最小の距離を、「分解能」とする。またこの際、図６に示すように、２つの点は、水平方向に並べた白黒のラインペアで代用しても差し支えない。本発明で「分解能」という際は、上記方法により求められる値を指す。
【００２４】
また、解像力は以下のように定義する。
【００２５】
図６において、内視鏡４の挿入部先端に配置された対物光学系５の前に置いた白黒のラインペアを、固体撮像素子１の撮像面上の水平方向に白と黒の帯が並ぶように撮像し、固体撮像素子１から送られてくる画像信号を処理する回路系６を通してモニタ７に表示する。この時、モニタ７の画面上で得られる白黒の強度分布は図７のようになる。図７は、モニタ７から出力される水平方向の画像信号をオシロスコープ（図６には図示せず）で捉えたときの信号波形を示した図であり、横軸はモニタ画面上での水平方向の位置、縦軸は信号強度を表している。
【００２６】
ここで、図７に示した強度分布の最大値をImax、最小値をIminとしたとき、白黒ラインペアのモニタ上でのコントラストIは、
I = （Imax−Imin）／（Imax＋Imin）…(i)
として求められる。
【００２７】
解像力は、前述のコントラストIが10％となる時の白黒ラインペアの幅の逆数として定義する。
【００２８】
したがって、請求項２、請求項５における、「解像力25本/mm以上」、「解像力2本/mm以上」という記述は、それぞれ、幅40μm以下、幅0.5mm以下の白黒ラインペアのコントラストが、モニタ上で10％以上であることを指している。
【００２９】
また、本発明において、「ＭＴＦ」は、ｄ線（波長587.6nm）、ｅ線（波長546.1nm）、ｆ線（波長486.1nm）の各波長におけるＭＴＦの平均値を指すこととする。
【００３０】
またここで、固体撮像素子の「表示エリア」および「IH」について簡単に説明する。
【００３１】
内視鏡装置は、図３に示されるように、内視鏡４、画像信号を処理する回路系６、画像表示モニタ７により構成される。対物光学系５と固体撮像素子１よりなる撮像ユニットにより撮像した画像は、画像信号を処理する回路系６により処理され、画像表示モニタ７上に表示される。固体撮像素子１の「表示エリア」は、前述の画像表示モニタ７上に表示される範囲に対応した固体撮像素子１上のエリアを指す。
【００３２】
従って、画像表示モニタ７上で、表示範囲が八角形の視野マスクにより制限される場合は、図１に示すように、固体撮像素子１の有効画素エリア２上に形成される表示エリア３も同様の形状となる。また別の例として、画像表示モニタ７上での表示範囲が左右方向のみ円周形状で制限される場合は、図２に示すように、固体撮像素子１の有効画素エリア２上に形成される表示エリア３も同様の形状となる。また、画像表示モニタ７上で、視野マスクがなく、全画面表示される場合は、画像表示モニタ７の表示部の形状に対応した固体撮像素子１の有効画素エリア２が表示エリアとなる。
【００３３】
また、「IH」は、固体撮像素子１の表示エリア中心から最も遠い位置までの距離を指す。これは、一般的に像高と呼ばれる。
【００３４】
またここで、被写界深度の定義について簡単に説明する。
【００３５】
一般的な内視鏡において、ベスト距離をＸｂとした場合の像面位置Ｘｂ’に、画素ピッチＰの固体撮像素子を配置する場合を考える。固体撮像素子を固定した条件において、物体をＸnまで近接すると、近接時の像面位置Ｘｎ’は固体撮像素子の撮像面位置からずれることになる。
【００３６】
このとき、ピントが合っていると見なすことができる最大の錯乱円を、許容錯乱円として、その径をδとすると、固体撮像素子の撮像面における錯乱円径がδよりも小さいと認識できる場合、ＸｂからＸｎまでの物体像はピントが合っていると見なすことができる。即ち、錯乱円径がδと一致するまでの範囲を近点側の被写界深度と定義することができる。
【００３７】
このとき、ニュートンの結像式から、以下の式が成立する。
【００３８】
１／Ｘｎ  −  １／Ｘｂ  ＝  δFno.／Fl2 …(ii)
同様に被写界深度の遠点側の式も以下のように定義される。
【００３９】
１／Ｘｂ  −  １／Ｘｆ  ＝  δFno.／Fl2 …(iii)
(ii)式と(iii)式をあわせると、
１／Ｘｎ  −  １／Ｘｆ  ＝  ２δFno.／Fl2 …(iv)
となる。ただし、ベスト距離をＸｂ、被写界深度近点までの距離をＸｎ、被写界深度遠点までの距離をＸｆ、許容錯乱円径をδ、光学系の焦点距離をFl、光学系の有効ＦナンバーをFno.としている。
【００４０】
条件式(1)および条件式(4)は、本発明において使用するべき固体撮像素子の条件を規定しており、最大像高に対しての固体撮像素子の画素ピッチの比のあるべき範囲を示している。
【００４１】
一般に、許容錯乱円径δは固体撮像素子の画素ピッチに比例するため、IH/Pの値が大きいほど、像高IHに対するδは小さくなる。このため、IH/Pの値が大きくなりすぎると、広い被写界深度が得られなくなり、本発明の目的を達成できなくなる。
【００４２】
一方、IH/Pの値が小さくなると、被写界深度は広くなるものの、像高IHに対する固体撮像素子の画素ピッチが大きくなるので、固体撮像素子のサンプリング間隔が長くなる。したがって、一定の倍率の像に対する分解能が低下する。IH/Pの値が小さくなりすぎると、被写界深度内の最近点でも必要な分解能が得られなかったり、必要な分解能を得るため物体に非常に近接しなければならないことになり、本発明の目的を達成できなくなる。
【００４３】
したがって、本発明によると、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を用いた撮像ユニットにおいては、条件式(1)を満たす固体撮像素子を使用することが望ましい。また、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を用いた撮像ユニットにおいては、条件式(4)を満たす固体撮像素子を使用することが望ましい。
【００４４】
条件式(2)および条件式(5)は、前述の条件式(1)および条件式(4)で規定した固体撮像素子と組み合わされる、対物光学系の焦点距離を規定している。
【００４５】
前述の式(iv)からわかるように、対物光学系の焦点距離Ｆｌが大きくなると、被写界深度は狭くなる。
【００４６】
前述の条件式(1)および条件式(4)で規定した固体撮像素子と組み合わせる対物光学系として、Ｆｌが条件式(2)および条件式(5)の上限を超えると、被写界深度が狭くなってしまい、近点で十分な倍率もしくは解像力が得られなくなったり、遠景でピントがぼけてしまい、本発明の目的を達成できなくなる。
【００４７】
次に、条件式(2)および条件式(5)の下限値について説明する。
【００４８】
対物光学系の結像面近傍に固体撮像素子の撮像面を配置した撮像ユニットと、前記固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理する回路系を備えている内視鏡装置では、対物光学系を通して固体撮像素子の撮像面上に2つの点を結像させた場合、前述の回路系からの出力信号上で、2つの点像が解像する固体撮像素子上の最小距離は、固体撮像素子の画素ピッチと、固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理する回路系の特性によって決まる。このとき、回路系の特性によって決まる係数をＫ、固体撮像素子の画素ピッチをＰとすると、前述の最小距離は、ＫＰと表せる。
【００４９】
一般に、光学系の焦点距離をFl、光学系の前側焦点位置をｆFとすると、物体距離Ｘに配置した被写体の光学系による結像倍率βは、
β= Fl /（Ｘ+ｆF）…(v)
なので、固体撮像素子の撮像面上での距離ＫＰは、物体側ではKP / βとなる。
【００５０】
これは、固体撮像素子を備えた撮像ユニットと、前記固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理する回路系からなる内視鏡装置において、どれだけ細かいものが解像するかを表しているので、Ｘ=Ｘｎ （Ｘｎ：被写界深度近点までの距離）とおくと、近点における内視鏡装置の分解能に他ならない。この値をＲとすると、
Ｒ = KP・（Ｘｎ+ｆF）/ Fl…(vi)
と表される。
【００５１】
式(vi)より、焦点距離Ｆｌの値が小さくなると、Ｒの値は大きくなる。
【００５２】
前述の条件式(1)および条件式(4)で規定した画素ピッチＰの固体撮像素子と組み合わせる対物光学系として、Ｆｌが条件式(2)および条件式(5)の下限を超えると、被写界深度内の最近点Ｘｎにおいて、分解能Ｒの値が大きくなりすぎてしまい、細かいものが見えなくなってしまうため、本発明の目的を達成できなくなる。
【００５３】
したがって、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を用いた撮像ユニットにおいては、画素ピッチPに対して条件式(2)を満たす焦点距離の対物光学系を使用することが望ましい。また、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を用いた撮像ユニットにおいては、画素ピッチPに対して条件式(5)を満たす焦点距離の対物光学系を使用することが望ましい。
【００５４】
条件式(3)および条件式(6)は、前述の条件式(1)および条件式(4)で規定した固体撮像素子と組み合わされる、対物光学系の有効Ｆナンバーを規定している。
【００５５】
レンズによる結像の際、光は回折の影響を受けることが知られている。Fno.が大きくなるほど、点像は回折の影響により大きくなり、この点像の大きさがある限界を越えるといくらピントを合わせても、被写体の細部がぼけたように見えてしまう。この限界は、Rayleighにより、2つの点像が接近した時、別々の像として識別できる限界の距離として規定されており、λを光の波長、Fno.を有効Ｆナンバーとすると、1.22・λ・Fno.で表される。
【００５６】
前述の条件式(1)および条件式(4)で規定した固体撮像素子と、前述の条件式(2)および条件式(5)で規定した対物光学系の組み合わせにおいて、Fno.が、条件式の上限を超えると、ピントを合わせても、被写体の細部がぼけたように見えてしまい、本発明の目的を達成できなくなる。
【００５７】
また、前述の式(iv)からわかるように、Fno.の値が小さくなると、被写界深度は狭くなる。
前述の条件式(1)および条件式(4)で規定した固体撮像素子と、前述の条件式(2)および条件式(5)で規定した対物光学系の組み合わせにおいて、Fno.が、条件式の下限を超えると、被写界深度が狭くなってしまい、近点で十分な倍率もしくは解像力が得られなくなったり、遠景でピントがぼけてしまい、本発明の目的を達成できなくなる。
【００５８】
したがって、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を用いた撮像ユニットにおいては、画素ピッチPに対して条件式(3)を満たす有効Ｆナンバーの対物光学系を使用することが望ましい。また、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を用いた撮像ユニットにおいては、画素ピッチPに対して条件式(6)を満たす有効Ｆナンバーの対物光学系を使用することが望ましい。
【００５９】
なお、請求項１、請求項２、請求項３において、条件式(1)〜条件式(3)は、何れかあるいは全てが下記条件式(1)'〜条件式(3)'を満たすように構成すると、撮像ユニットの拡大倍率と分解能のバランスが良く、さらに好適である。
条件式(1)'  390<IH/P<510
条件式(2)'  390<Fl/P<510
条件式(3)'  3000×P<Fno.<4200×P
また、請求項４、請求項５、請求項６において、条件式(4)〜条件式(6)は、何れかあるいは全てが下記条件式(4)'〜条件式(6)'を満たすように構成すると、撮像ユニットの拡大倍率と分解能のバランスが良く、さらに好適である。
条件式(4)'  260<IH/P<340
条件式(5)'  260<Fl/P<340
条件式(6)'  2000×P<Fno.<2800×P
本発明による内視鏡は、前述の条件を満たす固体撮像素子および対物光学系により構成されることが必須であるが、対物光学系の結像面近傍に配置する、固体撮像素子の撮像面位置も規定する必要がある。
【００６０】
画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を使用する場合、空間周波数1/(3×P)での光軸上のＭＴＦが10％以上である場合、錯乱円径が許容錯乱円径を超えず、被写界深度内とみなすことができるため、固体撮像素子の撮像面と対物光学系の光軸が垂直で、かつ、物体距離4mmにおける、空間周波数1/(3×P)での光軸上のＭＴＦと、物体距離50mmにおける、空間周波数1/(3×P)での光軸上のＭＴＦが、ともに10％以上となる位置に、上記固体撮像素子の撮像面を配置するのが望ましい。
【００６１】
あるいは、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を使用する場合、空間周波数1/(2×P)での光軸上のＭＴＦが10％以上である場合、錯乱円径が許容錯乱円径を超えず、被写界深度内とみなすことができるため、固体撮像素子の撮像面と対物光学系の光軸が垂直で、かつ、物体距離4mmにおける、空間周波数1/(2×P)での光軸上のＭＴＦと、物体距離50mmにおける、空間周波数1/(2×P)での光軸上のＭＴＦが、ともに10％以上となる位置に、上記固体撮像素子の撮像面を配置するのが望ましい。
【００６２】
あるいは、前述の条件式(1)〜(3) にあてはまる画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子と対物光学系の組合せ、または条件式(4)〜(6)にあてはまる各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子と対物光学系の組合せにより構成され、固体撮像素子の撮像面と対物光学系の光軸が垂直で、光軸上（画像中心）での解像力が25本/mm以上である物体側の範囲をd1、光軸上（画像中心）での解像力が2本/mm以上である物体側の範囲をd2としたとき、光軸上で対物光学系の先端面から3.5mmの位置にある物点はd1、d2の両方に含まれ、光軸上で対物光学系の先端面から50mmの位置にある物点はd2にのみ含まれるような位置に上記固体撮像素子の撮像面を配置するのが望ましい。
【００６３】
3.5mmの位置にある物点が、解像力が2本/mm以上である物体側の範囲（d2）に含まれ、かつ解像力が25本/mm以上である物体側の範囲（d1）に含まれるように固体撮像素子の撮像面を配置したことで、例えば、医療用の内視鏡装置では、大腸ピットパターン等、生体組織の微細構造が観察可能となり、病変部の正確な診断や処置を行う場合に有用である。更に、50mmの位置にある物点が、解像力が2本/mm以上である物体側の範囲（d2）に含まれることで、遠景を観察する場合にも鮮明な画像が得られるので、生体内部を広範囲に観察しながらスクリーニングを行うとともに、内視鏡挿入部先端を観察したい部位まで導く操作を容易に行うことができる。
【００６４】
あるいは、前述の条件式(1)〜(3)にあてはまる画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子と対物光学系の組合せ、または条件式(4)〜(6)にあてはまる各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子と対物光学系の組合せにより構成され、固体撮像素子の撮像面と対物光学系の光軸が垂直で、物体距離が4mmのとき、35μm以上の分解能を有し、物体距離が50mmのとき、0.45mm以上の分解能を有するような位置に上記固体撮像素子の撮像面を配置するのが望ましい。
【００６５】
物体距離4mmにおいて、35μm以上の分解能を有することで、例えば、医療用内視鏡装置では、大腸ピットパターン等、生体組織の微細構造が観察可能となり、病変部の正確な診断や処置を行う場合に有用である。更に、物体距離50mmにおいて、0.45mm以上の分解能を有することで、遠景を観察する場合にも鮮明な画像が得られるので、生体内部を広範囲に観察しながらスクリーニングを行うとともに、内視鏡挿入部先端を観察したい部位まで導く操作を容易に行うことができる。
【００６６】
上記のように対物光学系と固体撮像素子を配置することで、遠景から近点まで、連続的な広い被写界深度を有し、かつ3〜4mmといった使いやすい距離で、高い分解能を有する鮮明な画像が得られる。
【００６７】
また、内視鏡挿入部先端から4mmの距離まで処置用チャンネルを通して生検鉗子等の処置具を突出させた際に、処置具の少なくとも一部が撮像ユニットの視野内に入るように撮像ユニットと処置用チャンネルを配置することで、生体組織の微細構造を観察しながら組織の採取等を行うことができるようになる。これにより、病変部の処置精度を向上させることができる。
【００６８】
上記のような構成とすることで、本発明による内視鏡は、以下のような効果が得られる。
・遠景が観察可能なため、スコープの挿入及びスクリーニングが行いやすい
・遠景が観察可能なため、拡大観察したい部位へのアプローチがスムーズに行える
・3〜4mmといった使いやすい距離で、高い分解能を有する拡大画像が得られる
・拡大観察時、遠景側は連続的に被写界深度内であるため、被写体を見失いにくい
・ズーミング等の煩雑な操作が不要なため、操作が容易
・撮像ユニットに可動部がないため、挿入部外径を細く構成することができる。
・撮像ユニットに可動部がないため、製造コストを低く抑えられる
・拡大画像を観察しながら処置具が視野内に入るため、精度の高い処置が行える
【発明の効果】
【００６９】
以上説明したように、本発明によれば、遠景が観察可能なためスクリーニングおよび拡大観察したい部位へのスムーズなアプローチを行うことができ、ズーミング等の煩雑な操作を行うことなく被写体に3〜4mm程度まで近接して拡大観察を行うことができ、さらに拡大観察しながら処置具による処置を行うことができる、挿入部外径が細く、製造コストが低い内視鏡および内視鏡装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７０】
本発明の内視鏡の実施例として、対物光学系のデータおよび固体撮像素子のデータを示す。但し、IHは最大像高、Pは固体撮像素子の画素ピッチ、Flは対物光学系の焦点距離、Fno.は開口比、2ωは視野角、Rは各レンズ面の曲率半径、Dは各レンズの肉厚およびレンズ間隔、Neはe線での屈折率、Vdはアッベ数を示す。
【００７１】
また比較のため、以下に従来の内視鏡の対物光学系および固体撮像素子として２例のデータを示す。
[従来例１]
各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子
IH=0.76mm    P=0.0044mm    IH/P=173
対物光学系
Fl=0.77698mm    Fno.=6.457    2ω=133.6°
Fl/P=177    1600×P=6.4    2800×P=11.2
面No.  R          D        Ne        Vd
1      ∞        0.30    1.88814    40.8
2    0.523       0.31
3      ∞        0.30    1.51825    64.1
4      ∞        0.17
5    2.952       0.97    1.73234    54.7
6   -1.102       0.08
7    ∞（絞り）  0.03
8      ∞        0.50    1.51563    75.0
9      ∞        0.15
10   2.610       0.88    1.73234    54.7
11  -0.812       0.23    1.85504    23.8
12  -7.637       0.38
13     ∞        0.75    1.51825    64.2
14     ∞        0.01    1.5119     64.1
15     ∞        0.60    1.52194    64.1
16     ∞        0.00
図１６に従来例１の対物光学系の断面図を示した。
【００７２】
従来例１は、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を用いた従来の内視鏡装置の例である。
【００７３】
最高解像力は、物体距離3.0mmにおいて24本/mmであり、解像力25本/mm以上となる範囲を有していない。光軸上の解像力が2本/mm以上である物体側の範囲は0〜33mmである。また、物体距離が4mmのときの分解能は49μm、物体距離が50mmのときの分解能は0.57mmである。被写界深度は、3.0mm〜無限遠である。
【００７４】
従来例１は条件式(4)、条件式(5)による範囲を下回る場合である。この場合、被写界深度は広く取れるものの、同じ物体距離で比較すると、分解能は本発明による内視鏡装置より低くなってしまう。
【００７５】
Fno.をさらに大きくして近点側の被写界深度をさらに伸ばし、さえに物体に近寄れば、より高い分解能を得ることが可能であるが、その際、物体との距離が近くなりすぎるため、扱いにくくなる。また、拡大観察時、処置具が視野内に入らなくなくなる。
[従来例２]
画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子
IH=1.24mm    P=0.00205mm    IH/P=605
対物光学系
Fl=1.29838mm    Fno.=8.532    2ω=141.6°
Fl/P=633    2400×P=5.28    4200×P=9.24
面No.  R          D        Ne        Vd
1      ∞        0.47    1.51825    64.1
2    0.951       0.14
3    ∞（絞り）  0.03
4   -2.880       1.07    1.69979    55.5
5   -0.844       0.05
6    3.225       0.67    1.69979    55.5
7   -1.551       0.28    1.93305    21.3
8  -11.120       0.43
9      ∞        0.90    1.52591    65.6
10     ∞        0.50    1.53211    60.0
11     ∞        0.40    1.5432     40.0
12     ∞        0.00
図１７に従来例２の対物光学系の断面図を示した。
【００７６】
従来例２は、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を用いた従来の内視鏡装置の例である。
【００７７】
光軸上の解像力25本/mm以上である物体側の範囲は5.8mm〜8.0mm、光軸上の解像力が2本/mm以上である物体側の範囲は0〜100mmである。また、物体距離が4mmは被写界深度外である。物体距離が50mmのときの分解能は0.25mmである。被写界深度は、6.5mm〜50mmである。
【００７８】
従来例２は条件式(1)、条件式(2)による範囲を上回る場合である。同じ物体距離で比較すると、分解能は本発明による内視鏡より高くなるものの、被写界深度が狭くなるため、被写体に近寄るとピントボケが生じてしまう。
【００７９】
Fno.をさらに大きくすると、対物光学系による回折像の大きさが固体撮像素子の許容錯乱円を超えてしまうため、被写界深度内での像のコントラストが低下してしまう。
【００８０】
したがって、拡大してみたい部位があっても、近寄ろうとするとピントボケになってしまい、本発明の目的を達成できない。
[実施例１]
画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子
IH=1.442mm    P=0.003mm    IH/P=481
対物光学系
Fl=1.47866mm    Fno.=11.710    2ω=132.3°
Fl/P=493    2400×P=7.2    4200×P=12.6
面No.  R          D        Ne        Vd
1      ∞        0.40    1.88814    40.8
2    1.080       0.62
3      ∞        0.43    1.52498    59.9
4      ∞        0.25
5    5.251       2.19    1.79196    47.4
6   -2.733       0.03
7    ∞（絞り）  0.03
8      ∞        0.60    1.51965    75.0
9      ∞        1.14
10   4.500       1.60    1.73234    54.7
11  -1.870       0.43    1.93429    18.9
12  -5.513       1.35
13     ∞        1.00    1.51825    64.1
14     ∞        0.01    1.51193    63.0
15     ∞        1.00    1.6135     50.2
16     ∞        0.00
図８に実施例１の対物光学系の断面図を示した。
【００８１】
実施例１は、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を用いた医療用内視鏡装置の実施例である。
【００８２】
物体距離４mmにおける空間周波数1/(3×P)での光軸上のＭＴＦは、12.6％、物体距離50mmにおける空間周波数1/(3×P)での光軸上のＭＴＦは、10.8％である。
【００８３】
また、光軸上の解像力25本/mm以上である物体側の範囲は3.2mm〜5.5mm、光軸上の解像力が2本/mm以上である物体側の範囲は0〜80mmである。
【００８４】
また、物体距離が4mmのときの分解能は29μm、物体距離が50mmのときの分解能は0.31mmである。
【００８５】
したがって、実施例１による内視鏡装置は、請求項１、請求項２、請求項３の条件を満たしている。
【００８６】
また、内視鏡先端部は図１０、図１１に示すような構成になっている。図１０は、内視鏡挿入部先端面を正面から見た図であり、図１１は、図１０におけるＢ−Ｂ線断面図である。内視鏡挿入部先端面から被写体に向かって、撮像ユニット１０の右下30°（図１０では左下α＝30°）の方向に、撮像ユニットの光軸から5.5mm離れた位置に、処置用チャンネルの中心が配置されている。この方向の半画角θは59.2°、対物光学系の第1レンズ表面（最も物体側の面）の光線高Hは1.01mmであり、処置具を2.68mm以上突出させると処置具先端が視野範囲に入ることになり、請求項７の条件を満たしている。
【００８７】
実施例１による内視鏡装置は、被写界深度の遠点側が60mm、被写界深度の近点側が3.7mmである。
【００８８】
遠景では、体内への挿入、病変部のスクリーニングに十分な性能を有している。また、近点側は、3.7mmで28μmの分解能を有しており、大腸ピットパターン等の拡大観察を行うことが可能である。
【００８９】
この際、遠景側は連続的に被写界深度内であるため、拡大観察したい部位へのアプローチがスムーズに行える上に、被写体を見失いにくいという特徴がある。
【００９０】
さらに、ズーム式の撮像ユニットを備えた内視鏡のようなズーミングの操作が不要なため、スコープの操作が容易である。
【００９１】
また、撮像ユニットに可動部がないため、ズーム式の撮像ユニットを備えた内視鏡と比較して、挿入部外径が細く、製造コストも低い。また、拡大画像を観察しながら処置具が視野内に入るため、精度の高い処置が行うことができる。
【００９２】
また、実施例１は、条件式(1)'〜条件式(3)'をも満たしている。
【００９３】
これにより、実施例１による内視鏡は、物体距離3.7mmにおいて28μmの分解能を有し、このとき、固体撮像素子の表示エリアの水平方向の幅を2.4mm、モニタ上に写る画像の水平方向の幅を320mmとすると、モニタ上での倍率が45倍となり、動作距離と分解能、倍率のバランスが非常に良くなるため、さらに好適である。
[実施例２]
画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子
IH=1.676mm    P=0.0035mm    IH/P=479
対物光学系
Fl=1.58676mm    Fno.=12.965    2ω=162.6°
Fl/P=453    2400×P=8.4    4200×P=14.7
面No.  R          D        Ne        Vd
1      ∞        0.50    1.88814    40.8
2    1.260       0.78
3      ∞        0.50    1.52498    59.9
4      ∞        0.35
5    7.625       2.65    1.79196    47.4
6   -2.820       0.04
7    ∞（絞り）  0.03
8      ∞        0.75    1.51965    75.0
9      ∞        1.45
10   4.878       1.78    1.73234    54.7
11  -2.485       0.50    1.93429    18.9
12  -9.120       1.15
13     ∞        1.20    1.51825    64.1
14     ∞        0.01    1.51193    63.0
15     ∞        1.00    1.61379    50.2
16     ∞        0.00
図１２に実施例２の対物光学系の断面図を示した。
【００９４】
実施例２は、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を用いた内視鏡装置の実施例である。
【００９５】
物体距離４mmにおける空間周波数1/(3×P)での光軸上のＭＴＦは、15.4％、物体距離50mmにおける空間周波数1/(3×P)での光軸上のＭＴＦは、13.9％である。
【００９６】
光軸上の解像力25本/mm以上である物体側の範囲は2.9mm〜4.9mm、光軸上の解像力が2本/mm以上である物体側の範囲は0〜80mmである。
【００９７】
また、物体距離が4mmのときの分解能は32μm、物体距離が50mmのときの分解能は0.34mmである。
【００９８】
したがって、実施例２による内視鏡装置は、請求項１、請求項２、請求項３の条件を満たしている。
【００９９】
実施例２は、視野角が162.6°であり、一度に広い範囲を観察することができるという特徴を有している。したがって、例えば医療用内視鏡装置として用いた場合、遠景では、広い視野を有するため病変部のスクリーニングに適しており、さらに、3.2mmで28μmの分解能を得ることができるため、大腸ピットパターン等の拡大観察を行うことが可能な内視鏡装置を構成することができる。
[実施例３]
画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子
IH=1.3mm    P=0.0025mm    IH/P=520
対物光学系
Fl=1.33785mm    Fno.=10.003    2ω=132.1°
Fl/P=535    2400×P=6.0    4200×P=10.5
面No.  R          D        Ne        Vd
1      ∞        0.40    1.77067    71.7
2    0.977       0.57
3      ∞        0.40    1.52498    59.9
4      ∞        0.84
5    ∞（絞り）  0.03
6      ∞        1.90    1.81078    40.9
7   -2.192       0.10
8    3.168       1.68    1.51825    64.1
9   -1.676       0.39    1.93429    18.9
10  -5.048       0.10
11    ∞         0.60    1.51965    75.0
12    ∞         1.16
13    ∞         1.00    1.51825    64.1
14    ∞         0.03    1.5119     64.1
15    ∞         1.00    1.61379    50.2
16    ∞         0.00
図１３に実施例３の対物光学系の断面図を示した。
【０１００】
実施例３は、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を用いた内視鏡装置の実施例である。
【０１０１】
物体距離４mmにおける空間周波数1/(3×P)での光軸上のＭＴＦは、9.2％、物体距離50mmにおける空間周波数1/(3×P)での光軸上のＭＴＦは、10.6％である。
【０１０２】
光軸上の解像力25本/mm以上である物体側の範囲は3.7mm〜6.0mm、光軸上の解像力が2本/mm以上である物体側の範囲は0〜85mmである。
【０１０３】
また、物体距離が4mmのときの分解能は30μm、物体距離が50mmのときの分解能は0.28mmである。
【０１０４】
したがって、実施例３による内視鏡装置は、請求項３の条件を満たしている。
【０１０５】
実施例３は、IH/P、Fl/P、Fno.の各パラメータが、条件式(1)、条件式(2) 、条件式(3)において規定した範囲内の上限近くにある例である。
【０１０６】
実施例３による内視鏡装置は、近点側の被写界深度が4.2mmとなりやや近接しにくくなるものの、4.2mmにおいて27μmという分解能が得られ、本発明による目的を十分に満たすことができる。また、固体撮像素子の画素数が比較的多いため、高精細な画像が得られるという特徴がある。
[実施例４]
画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子
IH=1.32mm    P=0.004mm    IH/P=330
対物光学系
Fl=1.27394mm    Fno.=10.326    2ω=125.9°
Fl/P=318    2400×P=9.6    4200×P=16.8
面No.  R          D        Ne        Vd
1      ∞        0.20    1.57392    53.0
2    0.422       0.21
3    2.189       0.49    1.81264    25.4
4    ∞（絞り）  0.03
5      ∞        0.60    1.48915    70.2
6   -0.731       0.15
7      ∞        0.63    1.54212    59.5
8   -0.705       0.21    1.81264    25.4
9   -1.342       0.82
10     ∞        0.60    1.51825    64.1
11     ∞        0.03
12     ∞        1.80    1.51825    64.1
13     ∞        0.00
図１４に実施例４の対物光学系の断面図を示した。
【０１０７】
実施例４は、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を用いた内視鏡装置の実施例である。
【０１０８】
物体距離４mmにおける空間周波数1/(3×P)での光軸上のＭＴＦは、24.8％、物体距離50mmにおける空間周波数1/(3×P)での光軸上のＭＴＦは、11.5％である。
【０１０９】
光軸上の解像力25本/mm以上である物体側の範囲は3.2mm〜3.9mm、光軸上の解像力が2本/mm以上である物体側の範囲は0〜55mmである。
【０１１０】
また、物体距離が4mmのときの分解能は38μm、物体距離が50mmのときの分解能は0.47mmである。
【０１１１】
したがって、実施例４による内視鏡装置は、請求項１、請求項２の条件を満たしている。
【０１１２】
実施例４は、IH/P、Fl/P、Fno.の各パラメータが、条件式(1)、条件式(2) 、条件式(3)において規定した範囲内の下限近くにある例である。
【０１１３】
実施例４による内視鏡装置は、3.3mmにおいて32μmという分解能が得られる。条件式(1)'、条件式(2)'、条件式(3)'を満たした場合と比べ、分解能はやや低くなるものの、本発明による目的を十分に満たすことができる。また、固体撮像素子の画素数が比較的少なくて済むため、内視鏡挿入部の外径の細径化、先端硬質長の短縮化などが行い易いという点で有利である。
[実施例５]
各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子
IH=1.05mm    P=0.0035mm    IH/P=300
対物光学系
Fl=1.04272mm    Fno.=8.625    2ω=133.7°
Fl/P=298    1600×P=5.6    2800×P=9.8
面No.  R          D        Ne        Vd
1      ∞        0.35    1.88814    40.8
2    0.557       0.50
3    2.469       1.14    1.73234    54.7
4   -1.065       0.07
5    ∞（絞り）  0.03
6      ∞        0.35    1.51563    75.0
7      ∞        0.03
8      ∞        0.35    1.51563    75.0
9      ∞        0.32
10   3.740       0.80    1.73234    54.7
11  -0.949       0.20    1.85504    23.8
12  -9.773       0.48
13     ∞        0.86    1.51825    64.1
14     ∞        0.01    1.51193    63.0
15     ∞        0.70    1.52207    60.0
16     ∞        0.00
図１５に実施例５の対物光学系の断面図を示した。
【０１１４】
実施例５は、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を用いた内視鏡装置の実施例である。
【０１１５】
物体距離４mmにおける空間周波数1/(2×P)での光軸上のＭＴＦは、14.3％、物体距離50mmにおける空間周波数1/(2×P)での光軸上のＭＴＦは、11.6％である。
【０１１６】
光軸上の解像力25本/mm以上である物体側の範囲は3.2mm〜5.5mm、光軸上の解像力が2本/mm以上である物体側の範囲は0〜80mmである。
【０１１７】
また、物体距離が4mmのときの分解能は29μm、物体距離が50mmのときの分解能は0.34mmである。
【０１１８】
したがって、実施例５による内視鏡装置は、請求項４、請求項５、請求項６の条件を満たしている。
【０１１９】
実施例５による内視鏡装置は、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を使用しているため、照明光や、対物光学系内のフィルタを工夫することにより、容易に、蛍光観察、赤外光観察、狭帯域光観察といった特殊光観察に使用することができるといった特徴を有している。
【０１２０】
また、実施例５による内視鏡装置は、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を使用しているため、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を使用した内視鏡と比べて、少ない画素数で同じ仕様の撮像ユニットを構成できる。したがって、内視鏡挿入部の外径の細径化、先端硬質長の短縮化などが行い易いという点で有利である。
【０１２１】
また近年、図１８に示すように、画素配列の水平方向の１ライン毎に、画素の位置が水平方向の画素ピッチPHに対してPH／２だけずれて配置された構造の固体撮像素子がある。このような固体撮像素子の場合、画素が縦横に格子配列された従来の固体撮像素子とは輝度信号の生成方法が異なり、出力される画像信号における分解能が、画素が縦横に格子配列された従来の固体撮像素子の1.6倍の画素数と同等との報告がなされている。（日本写真学会誌63（3）,1-5（2000））
従って、図18において斜め方向の画素ピッチをＰ’としたとき、以下の計算式により水平方向の画素ピッチＰに換算することで、本発明の内視鏡、および内視鏡装置に適用することができる。
【０１２２】
Ｐ = Ｐ’×√1.6 
また、いわゆる３板式と呼ばれる、固体撮像素子を３個使用して１つの画像信号を生成する方式の場合について考える。
【０１２３】
３板式では、被写体からの光はプリズムにより３つに分けられ、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色それぞれに対応する固体撮像素子に割り当てられる。各個体撮像素子では、各画素毎に、対応する色の輝度信号が生成される。そして、Ｒの輝度信号、Ｇの輝度信号、Ｂの輝度信号の３つから、１つの輝度信号と１つの色情報を得る。この際、IH/P、Fl/P、Fno.の値は、３個の固体撮像素子全て同じ値となる。
【０１２４】
従って、３板式の場合は、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子の場合と同様に考えれば、本発明の内視鏡、および内視鏡装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】固体撮像素子の表示エリアの説明図である。
【図２】別の固体撮像素子の表示エリアの説明図である。
【図３】内視鏡装置の構成の概念図である。
【図４】分解能の定義の説明図である。
【図５】分解能の測定方法の説明図である。
【図６】別の分解能の測定方法の説明図である。
【図７】解像力の定義の説明図である。
【図８】本発明の実施例１の対物光学系断面図である。
【図９】本発明の実施例１の撮像ユニットの断面図である。
【図１０】本発明の実施例１の内視鏡挿入部を先端から見た図である。
【図１１】本発明の実施例１の内視鏡挿入部の断面図である。
【図１２】本発明の実施例２の対物光学系断面図である。
【図１３】本発明の実施例３の対物光学系断面図である。
【図１４】本発明の実施例４の対物光学系断面図である。
【図１５】本発明の実施例５の対物光学系断面図である。
【図１６】従来例１の対物光学系断面図である。
【図１７】従来例２の対物光学系断面図である。
【図１８】画素の配列が水平方向の１ライン毎に１／２水平ピッチずれて配置された固体撮像素子の説明図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１  固体撮像素子
２  有効撮像エリア
３  表示エリア
４  内視鏡
５  対物光学系
６  画像信号を処理する回路系
７  画像表示モニタ
８  エアリ円盤の半径
９  オシロスコープ
１０  撮像ユニット
１１  処置具挿通チャンネル
１２  照明レンズ
１３  送気送水ノズル
１４  処置具
１５  固体撮像素子の画素
【図１】
2005323874.tif 000003
【図２】
2005323874.tif 000004
【図３】
2005323874.tif 000005
【図４】
2005323874.tif 000006
【図５】
2005323874.tif 000007
【図６】
2005323874.tif 000008
【図７】
2005323874.tif 000009
【図８】
2005323874.tif 000010
【図９】
2005323874.tif 000011
【図１０】
2005323874.tif 000012
【図１１】
2005323874.tif 000013
【図１２】
2005323874.tif 000014
【図１３】
2005323874.tif 000015
【図１４】
2005323874.tif 000016
【図１５】
2005323874.tif 000017
【図１６】
2005323874.tif 000018
【図１７】
2005323874.tif 000019
【図１８】
2005323874.tif 000020