(57)【要約】【課題】装置としての信頼性を担保しつつ小型化を図り、かつ、得られる撮像画像の更なる解像度化を実現すること。【解決手段】本開示に係る硬性鏡用光学系は、蛍光波長帯域と可視光波長帯域とのそれぞれの波長帯域における像を撮像素子へと結像させる結像光学系と、結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、を備え、結像光学系は、結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量と、色分離プリズム光学系を経て結像する蛍光及び可視光の光路長の差と、が対応するように配設された蛍光用撮像素子及び可視光用撮像素子のそれぞれに対して、像を結像させ、結像光学系は、式（１）で表される条件を満足する。【選択図】図４
2019187874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域と、可視光波長帯域と、のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させる結像光学系と、
前記結像光学系により結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、
を備え、
前記結像光学系は、当該結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量と、前記色分離プリズム光学系を経て結像する蛍光及び可視光の光路長の差と、が対応するように配設された蛍光用撮像素子及び可視光用撮像素子のそれぞれに対して、像を結像させ、
前記結像光学系は、前記結像光学系の焦点距離をｆ［ｍｍ］とし、前記結像光学系から撮像素子までの空気換算光学長をＦｂ［ｍｍ］としたときに、前記焦点距離及び前記空気換算光学長が、以下の式（１）で表される条件を満足する、硬性鏡用光学系。
Ｆｂ／ｆ  ＞  ０．７２  ・・・式（１）
【請求項２】
前記結像光学系は、物体側から像側に向かう順に、
絞りと、正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、を少なくとも有しており、
前記第１レンズ群は、物体側から像側に向かう順に、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するレンズと、少なくとも１つの正の屈折力を有するレンズと、を有しており、
前記第２レンズ群は、物体距離に応じて焦点を合わせるフォーカス群であり、
前記結像光学系から前記色分離プリズム光学系までの空気換算光学長をＬ［ｍｍ］としたときに、以下の式（２）で表される条件を満足する、請求項１に記載の硬性鏡用光学系。
１．４  ＜  Ｌ／ｆ  ＜  １．８          ・・・式（２）
【請求項３】
前記結像光学系は、前記絞りと前記第１レンズ群との間において、物体側から像側に向かう順に、正の屈折力を有する第３レンズ群、又は、負の屈折力を有する第４レンズ群の少なくとも何れかを更に有しており、
前記第４レンズ群は、前記結像光学系における当該第４レンズ群の焦点距離をｆ４［ｍｍ］としたときに、以下の式（３）で表される条件を満足する、請求項２に記載の硬性鏡用光学系。
−０．８０  ＜  ｆ４／ｆ  ＜  −０．３５  ・・・式（３）
【請求項４】
前記結像光学系は、前記第３レンズ群を有しており、
前記第２レンズ群は、前記第３レンズ群において一番物体側に位置するレンズの物体側面の曲率半径をＲ３［ｍｍ］としたときに、以下の式（４）で表される関係を更に満足する、請求項３に記載の硬性鏡用光学系。
０．８５  ＜  Ｒ３／ｆ  ・・・式（４）
【請求項５】
前記結像光学系における前記第２レンズ群は、当該第２レンズ群の焦点距離をｆ２［ｍｍ］としたときに、以下の式（５）で表される条件を更に満足する、請求項２に記載の硬性鏡用光学系。
１．０  ＜  ｆ２／ｆ  ＜  １．４  ・・・式（５）
【請求項６】
前記結像光学系は、前記第２レンズ群の後段に、負の屈折力を有する第５レンズ群を更に有する、請求項２に記載の硬性鏡用光学系。
【請求項７】
前記結像光学系は、前記結像光学系の蛍光波長での焦点距離をｆ（ＮＩＲ）［ｍｍ］とし、前記結像光学系の可視光波長での焦点距離をｆ（Ｖ）［ｍｍ］としたときに、以下の式（６）で表される条件を満足する、請求項１に記載の硬性鏡用光学系。
０．００２５  ＜  （ｆ（ＮＩＲ）−ｆ（Ｖ））／ｆ（Ｖ）  ＜  ０．００６０
・・・式（６）
【請求項８】
前記可視光用撮像素子は、前記結像光学系の結像面の位置に固定されており、
前記蛍光用撮像素子は、光路差が前記式（６）を満足する位置に固定されている、請求項７に記載の硬性鏡用光学系。
【請求項９】
前記可視光用撮像素子は、前記結像光学系の結像面の位置に固定されており、
前記蛍光用撮像素子は、前記色分離プリズム光学系との間の離隔距離が可変となるように設けられており、
前記硬性鏡用光学系は、前記式（６）を満足するように光路差を変化させる蛍光画像合焦機構を更に備える、請求項７に記載の硬性鏡用光学系。
【請求項１０】
前記色分離プリズム光学系は、
前記ダイクロイック膜を有する色分解プリズムと、
前記色分解プリズムと前記蛍光用撮像素子との間に配設され、光軸に対して垂直な入射面を有するバンドパスフィルタと、
を有する、請求項１に記載の硬性鏡用光学系。
【請求項１１】
前記ダイクロイック膜は、波長７８０〜８８０ｎｍの帯域の透過率が９０％以上であり、かつ、波長４００〜７２０ｎｍの帯域の透過率が１０％以下であり、
前記バンドパスフィルタは、波長８１３〜８５０ｎｍの帯域の透過率が９０％以上であり、かつ、波長３５０〜８０５ｎｍの帯域における透過率が１０％以下である、請求項１０に記載の硬性鏡用光学系。
【請求項１２】
近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域と、可視光波長帯域と、のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させる結像光学系と、
前記結像光学系により結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、
前記可視光波長帯域での像が結像する可視光用撮像素子と、
前記蛍光波長帯域での像が結像する蛍光用撮像素子と、
を備え、
前記可視光用撮像素子及び前記蛍光用撮像素子は、前記色分離プリズム光学系を経て前記可視光用撮像素子に結像する可視光用光路の光路長と、前記色分離プリズム光学系を経て前記蛍光用撮像素子に結像する蛍光用光路の光路長との光路差が、前記結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量に対応するように配設されており、
前記結像光学系は、前記結像光学系の焦点距離をｆ［ｍｍ］とし、前記結像光学系から撮像素子までの空気換算光学長をＦｂ［ｍｍ］としたときに、前記焦点距離及び前記空気換算光学長が、以下の式（１）で表される条件を満足する硬性鏡用光学系を有する、撮像装置。
Ｆｂ／ｆ  ＞  ０．７２  ・・・式（１）
【請求項１３】
所定の撮像対象物について、近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域、及び、可視光波長帯域での像を生成する硬性鏡ユニットと、
前記硬性鏡ユニットと接続される硬性鏡用光学系と、前記可視光波長帯域での像が結像する可視光用撮像素子と、前記蛍光波長帯域での像が結像する蛍光用撮像素子と、を有し、前記蛍光波長帯域及び前記可視光波長帯域での前記撮像対象物の撮像画像を生成する撮像ユニットと、
を含み、
前記硬性鏡用光学系は、
前記蛍光波長帯域及び前記可視光波長帯域のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させる結像光学系と、
前記結像光学系により結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、
を備え、
前記可視光用撮像素子及び前記蛍光用撮像素子は、前記色分離プリズム光学系を経て前記可視光用撮像素子に結像する可視光用光路の光路長と、前記色分離プリズム光学系を経て前記蛍光用撮像素子に結像する蛍光用光路の光路長との光路差が、前記結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量に対応するように配設されており、
前記結像光学系は、前記結像光学系の焦点距離をｆ［ｍｍ］とし、前記結像光学系から撮像素子までの空気換算光学長をＦｂ［ｍｍ］としたときに、前記焦点距離及び前記空気換算光学長が、以下の式（１）で表される条件を満足する、内視鏡ユニット。
Ｆｂ／ｆ  ＞  ０．７２  ・・・式（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、硬性鏡用光学系、撮像装置及び内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療分野において、内視鏡を用いた手術を行うに際して、可視光波長帯域に属する光を用いた患部の観察だけでなく、近赤外波長帯域に属する蛍光を用いた患部の観察を実施するニーズが高まっている。これは、波長８００ｎｍ前後の近赤外励起光が照射されることで波長８３０〜８４０ｎｍの蛍光を発するＩＣＧ（インドシアニングリーン）試薬を、部位の特定のため体内におけるマーカーとして使用する手術が普及し始めているからである。上記ＩＣＧ試薬は、体内に注入しても毒性のない安全な試薬であり、脳外科手術における血流の有無、乳がんにおけるセンチネルリンパ節中のガンの特定等に特に用いられており、内視鏡手術への臨床研究が進められている。【０００３】
しかしながら、ＩＣＧ等をはじめとした、医療分野で用いられている蛍光試薬の多くは、非常に蛍光効率が低いために、着目する被写体（すなわち、蛍光を発している部位）を撮像するために、高感度なカメラを用いることとなる。現在市販されているＩＣＧ対応の内視鏡用カメラヘッドや撮影システムでは、従来の可視光用ＲＧＢ単板、又は、３板センサを流用したものが撮像素子として用いられているため、近赤外波長帯域の感度は不十分であり、また、画質及び解像度ともに、可視光画像に匹敵するレベルにはない。【０００４】
また、上記のようなＲＧＢを主体としたセンサを用いた場合、可視光線及び近赤外線は一度に撮像することができず、そのどちらかの波長帯域のみでの撮像しかできない。そのため、近赤外線（すなわち、蛍光）で特定した患部を、可視光線での映像と照らし合わせてみることができず、その切り替えによる部位のズレなどが生じ、手術の正確性を損なう可能性が存在していた。【０００５】
上記のような手術の正確性を担保するために、１フレームごとに光源と撮像素子のモードとをタイミング良く同時に切り替えることで、可視光線による撮像画像と近赤外線による撮像画像とを疑似的に同時表示させる、時分割方式という撮像方式が提案されている。例えば、以下の特許文献１では、上記の時分割方式での撮像を実現するために、可視光ＲＧＢセンサの前段に、特殊なバンドパスフィルターを設置するとともに、センサの撮像モード、及び、光源照射モードの厳密な切り替え制御を行うことが提案されている。【０００６】
しかしながら、上記特許文献１のような可視光帯域の撮像素子を流用した技術の場合、可視光帯域に特化して色収差を補正したレンズ群が用いられていることが多いが、かかる場合、近赤外波長帯域の画像は、必然的に色収差によってボケが生じてしまう。その上、上記のような時分割形式を用いたシステムであると、その切り替え毎に、オートフォーカスによって１フレームごとに合焦させることが非常に困難であり、必然的にどちらかの波長帯域の画像が常に解像感の悪い状態で同時映像されてしまう。【０００７】
そのため、時分割方式以外で、可視光波長帯域の画像と、近赤外波長帯域の画像と、の同時取得を実現するための方法として、取得された像が導光される光路を、可視光波長帯域用の光路と、近赤外波長帯域用の光路と、に分岐させた上で、可視光用の撮像素子と、近赤外光用の撮像素子と、を用いる方式が提案されている（例えば、以下の特許文献２及び特許文献３を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第６０８８６２９号公報
【特許文献２】特開２０１７−５３８９０号公報
【特許文献３】特許第６１４７４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、医療分野での内視鏡観察を考えると、医師等により実施される手技の安全性を更に向上させるためには、取得される画像の更なる高解像度化が重要である。上記特許文献１で開示されているような時分割方式の技術の場合、画像の更なる高解像度化は、用いる光学系の設計変更のみで高解像度化を実現することが求められるため、必然的に、用いるレンズの枚数が多くなり、また、可視光と近赤外光とを同時に高解像度で撮像できるようにするためには、異常分散性の低い硝材を用いなければならなくなる。しかしながら、異常分散性の低い硝材は比較的脆いものが多く、高温消毒や化学薬品による消毒などといった処理が常に実施される医療分野では、その信頼性に不安がある。また、用いるレンズの枚数が多くなると装置自体が大型化してしまい、使用者の利便性が低くなってしまう。【００１０】
一方、上記特許文献２や特許文献３で開示されているような方式であれば、装置の信頼性を保持しつつ、装置の小型化を図ることが可能である。しかしながら、上記特許文献２で開示されている方式では、例えば４Ｋ解像度などのような、更なる高解像度化を実現するための光学系については未検討であった。また、上記特許文献３で開示されている光学系では、光路を分岐するためのプリズムの大きさが小さすぎ、プリズムの内面反射のフレアが大きくなる懸念があり、更なる高解像度化を図ることは困難であった。【００１１】
このように、装置としての信頼性を担保しつつ小型化を図り、かつ、例えば４Ｋ解像度のような、より一層優れた解像度の撮像画像を得ることが可能な医療用撮像装置が希求されている現状にある。【００１２】
そこで、本開示では、上記事情に鑑みて、装置としての信頼性を担保しつつ小型化を図り、かつ、得られる撮像画像の更なる解像度化を実現することが可能な、硬性鏡用光学系、撮像装置及び内視鏡システムを提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本開示によれば、近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域と、可視光波長帯域と、のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させる結像光学系と、前記結像光学系により結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、を備え、前記結像光学系は、当該結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量と、前記色分離プリズム光学系を経て結像する蛍光及び可視光の光路長の差と、が対応するように配設された蛍光用撮像素子及び可視光用撮像素子のそれぞれに対して、像を結像させ、前記結像光学系は、前記結像光学系の焦点距離をｆ［ｍｍ］とし、前記結像光学系から撮像素子までの空気換算光学長をＦｂ［ｍｍ］としたときに、前記焦点距離及び前記空気換算光学長が、以下の式（１）で表される条件を満足する硬性鏡用光学系が提供される。
Ｆｂ／ｆ  ＞  ０．７２  ・・・式（１）【００１４】
また、本開示によれば、近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域と、可視光波長帯域と、のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させる結像光学系と、前記結像光学系により結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、前記可視光波長帯域での像が結像する可視光用撮像素子と、前記蛍光波長帯域での像が結像する蛍光用撮像素子と、を備え、前記可視光用撮像素子及び前記蛍光用撮像素子は、前記色分離プリズム光学系を経て前記可視光用撮像素子に結像する可視光波長帯域の光路長と、前記色分離プリズム光学系を経て前記蛍光用撮像素子に結像する蛍光波長帯域の光路長との光路差が、前記結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量に対応するように配設されており、前記結像光学系は、前記結像光学系の焦点距離をｆ［ｍｍ］とし、前記結像光学系から撮像素子までの空気換算光学長をＦｂ［ｍｍ］としたときに、前記焦点距離及び前記空気換算光学長が、以下の式（１）で表される条件を満足する硬性鏡用光学系を有する撮像装置が提供される。
Ｆｂ／ｆ  ＞  ０．７２  ・・・式（１）【００１５】
また、本開示によれば、所定の撮像対象物について、近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域、及び、可視光波長帯域での像を生成する硬性鏡ユニットと、前記硬性鏡ユニットと接続される硬性鏡用光学系と、前記可視光波長帯域での像が結像する可視光用撮像素子と、前記蛍光波長帯域での像が結像する蛍光用撮像素子と、を有し、前記蛍光波長帯域及び前記可視光波長帯域での前記撮像対象物の撮像画像を生成する撮像ユニットと、を含み、前記硬性鏡用光学系は、前記蛍光波長帯域及び前記可視光波長帯域のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させる結像光学系と、前記結像光学系により結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、を備え、前記可視光用撮像素子及び前記蛍光用撮像素子は、前記色分離プリズム光学系を経て前記可視光用撮像素子に結像する可視光波長帯域の光路長と、前記色分離プリズム光学系を経て前記蛍光用撮像素子に結像する蛍光波長帯域の光路長との光路差が、前記結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量に対応するように配設されており、前記結像光学系は、前記結像光学系の焦点距離をｆ［ｍｍ］とし、前記結像光学系から撮像素子までの空気換算光学長をＦｂ［ｍｍ］としたときに、前記焦点距離及び前記空気換算光学長が、以下の式（１）で表される条件を満足する内視鏡ユニットが提供される。
Ｆｂ／ｆ  ＞  ０．７２  ・・・式（１）【００１６】
本開示によれば、結像光学系は、当該結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量と、色分離プリズム光学系を経て結像する蛍光及び可視光の光路長の差と、が対応するように配設された蛍光用撮像素子及び可視光用撮像素子のそれぞれに対して、像を結像させ、結像光学系は式（１）で表される条件を満足する。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本開示によれば、装置としての信頼性を担保しつつ小型化を図り、かつ、得られる撮像画像の更なる解像度化を実現することが可能となる。【００１８】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は、本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本開示の実施形態に係る硬性鏡用光学系の全体構成について模式的に示した説明図である。
【図２Ａ】同実施形態に係る硬性鏡用光学系が備える色分解プリズム光学系について模式的に示した説明図である。
【図２Ｂ】同実施形態に係る硬性鏡用光学系が備える色分解プリズム光学系について模式的に示した説明図である。
【図３】同実施形態に係る硬性鏡用光学系が備える色分解プリズム光学系について模式的に示した説明図である。
【図４】同実施形態に係る硬性鏡用光学系が備える結像光学系の構成を模式的に示した説明図である。
【図５】同実施形態に係る内視鏡システムの全体構成について模式的に示した説明図である。
【図６】同実施形態に係る内視鏡システムが備えるＣＣＵのハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【図７Ａ】実施例１の結像光学系の構成を示した模式図である。
【図７Ｂ】実施例２の結像光学系の構成を示した模式図である。
【図７Ｃ】実施例３の結像光学系の構成を示した模式図である。
【図７Ｄ】実施例４の結像光学系の構成を示した模式図である。
【図７Ｅ】実施例５の結像光学系の構成を示した模式図である。
【図８Ａ】実施例１の結像光学系の縦収差のシミュレーション結果を示したグラフ図である。
【図８Ｂ】実施例１の結像光学系の横収差のシミュレーション結果を示したグラフ図である。
【図８Ｃ】実施例１の結像光学系の縦収差のシミュレーション結果を示したグラフ図である。
【図９Ａ】実施例２の結像光学系の縦収差のシミュレーション結果を示したグラフ図である。
【図９Ｂ】実施例２の結像光学系の横収差のシミュレーション結果を示したグラフ図である。
【図９Ｃ】実施例２の結像光学系の縦収差のシミュレーション結果を示したグラフ図である。
【図１０Ａ】実施例３の結像光学系の縦収差のシミュレーション結果を示したグラフ図である。
【図１０Ｂ】実施例３の結像光学系の横収差のシミュレーション結果を示したグラフ図である。
【図１０Ｃ】実施例３の結像光学系の縦収差のシミュレーション結果を示したグラフ図である。
【図１１Ａ】実施例４の結像光学系の縦収差のシミュレーション結果を示したグラフ図である。
【図１１Ｂ】実施例４の結像光学系の横収差のシミュレーション結果を示したグラフ図である。
【図１１Ｃ】実施例４の結像光学系の縦収差のシミュレーション結果を示したグラフ図である。
【図１２Ａ】実施例５の結像光学系の縦収差のシミュレーション結果を示したグラフ図である。
【図１２Ｂ】実施例５の結像光学系の横収差のシミュレーション結果を示したグラフ図である。
【図１２Ｃ】実施例５の結像光学系の縦収差のシミュレーション結果を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．実施形態
１．１．硬性鏡用光学系について
１．２．撮像装置について
１．３．内視鏡システムについて
２．実施例
【００２２】
（実施形態）
＜硬性鏡用光学系について＞
まず、図１〜図４を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る硬性鏡用光学系について、詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る硬性鏡用光学系の全体構成について模式的に示した説明図である。図２Ａ〜図３は、本実施形態に係る硬性鏡用光学系が備える色分解プリズム光学系について模式的に示した説明図である。図４は、本実施形態に係る硬性鏡用光学系が備える結像光学系の構成を模式的に示した説明図である。
【００２３】
本実施形態に係る硬性鏡用光学系は、硬性内視鏡とも呼ばれる硬性鏡で得られた像を撮像するために用いられる光学系である。以下では、まず、図１を参照しながら、本実施形態に係る硬性鏡用光学系１の全体構成について、簡単に説明する。
【００２４】
［全体構成について］
本実施形態に係る硬性鏡用光学系１は、図１に模式的に示したように、結像光学系１０と、色分離プリズム光学系２０と、を備える。また、かかる硬性鏡用光学系１の外部には、可視光用撮像素子３と、蛍光用撮像素子４と、がそれぞれ設けられている。
【００２５】
可視光用撮像素子３は、色分離プリズム光学系２０により分岐された、可視光波長帯域の光路上に設けられており、撮像対象物の像のうち、可視光波長帯域に属する光で構成される像が結像する。また、蛍光用撮像素子４は、色分離プリズム光学系２０により分岐された、蛍光波長帯域の光路上に設けられており、撮像対象物の像のうち、蛍光波長帯域に属する光で構成される像が結像する。これら可視光用撮像素子３及び蛍光用撮像素子４は、特に限定されるものではなく、公知の各種のＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等を利用することが可能である。
【００２６】
例えば、可視光用撮像素子３としては、ベイヤー配列のカラーフィルタ、もしくは、その他の可視光の色再現性の高いカラーフィルタを用いた、ＣＭＯＳセンサ又はＣＣＤセンサを用いることが好ましい。また、近赤外線の撮像に関しては最大限センサの感度を使用することが好ましいことから、蛍光用撮像素子４としては、例えば、カラーフィルタを使用しないＣＭＯＳセンサ又はＣＣＤセンサを用いることが好ましい。
【００２７】
結像光学系１０は、撮像対象物の像（具体的には、可視光波長帯域における像と、近赤外波長帯域に属する蛍光波長帯域の像）を、各像に対応する撮像素子へと結像させるための光学系である。本実施形態に係る結像光学系１０は、以下で詳述するようなレンズ構成を有することで、蛍光波長帯域及び可視光波長帯域のそれぞれで、軸上色収差が補正されており、優れた光学特性を示すものとなっている。かかる結像光学系１０については、以下で改めて詳細に説明する。
【００２８】
色分離プリズム光学系２０は、結像光学系１０により結像される光の光路を、可視光波長帯域の光路と、蛍光波長帯域の光路とに分離する光学系である。本実施形態に係る色分離プリズム光学系２０は、可視光波長帯域に属する光と蛍光波長帯域に属する光とを分離するダイクロイック膜を少なくとも有しており、かかるダイクロイック膜により、結像光学系１０により結像される光の光路を、２つの光路へと分離する。かかる色分離プリズム光学系２０についても、以下で改めて詳細に説明する。
【００２９】
［色分離プリズム光学系２０について］
次に、本実施形態に係る色分離プリズム光学系２０について、図２Ａ〜図３を参照しながら説明する。
【００３０】
本実施形態に係る色分離プリズム光学系２０は、所望の仕様を満足するために、本実施形態に係る硬性鏡用光学系１に組み込まれる光学系である。
【００３１】
可視光線と近赤外線（蛍光）とを同時に高画質（例えば、４Ｋ解像度以上）に撮像するためには、可視光線と近赤外線とを分光して、それぞれに対応した別個の撮像素子で撮像を行うことが重要である。そのため、本実施形態に係る硬性鏡用光学系１では、色分離プリズム光学系２０として、所定のダイクロイック膜を有するプリズム光学系を設けることで、結像光学系１０により結像される光の光路を、可視光波長帯域の光路と、蛍光波長帯域の光路とに分離する。
【００３２】
かかる色分離プリズム光学系２０は、例えば図２Ａに模式的に示したように、色分離プリズム２０１を少なくとも有しており、かかる色分離プリズム２０１の内部に、所定の光学特性を有するダイクロイック膜２０３が設けられている。ダイクロイック膜２０３は、例えば図２Ａに示したような撮像素子の配置の場合、可視光波長帯域に属する光は反射させ、かつ、近赤外波長帯域（蛍光波長帯域）に属する光は透過させるような光学特性を有している。また、可視光用撮像素子３と蛍光用撮像素子４の配置が図２Ａとは逆の場合には、ダイクロイック膜２０３としては、可視光波長帯域に属する光は透過させ、かつ、近赤外波長帯域（蛍光波長帯域）に属する光は反射させるような光学特性を有しているものを利用する。
【００３３】
結像光学系１０により結像される光は、上記のようなダイクロイック膜２０３を有する色分離プリズム２０１に入射することで、その光路が、可視光波長帯域の光路ＯＰ１と、蛍光波長帯域の光路ＯＰ２と、に分岐される。
【００３４】
また、可視光波長帯域の光路ＯＰ１の光軸上には、可視光波長帯域の光路ＯＰ１に漏れ込む可能性のある近赤外光（蛍光）を除去するために、赤外カットフィルタ等（図示せず。）を設けることが好ましい。かかる赤外カットフィルタを設けることで、可視光用撮像素子３で生成される可視光画像の色再現性を更に向上させることができる。同様に、蛍光波長帯域の光路ＯＰ２の光軸上には、蛍光波長帯域の光路ＯＰ２に漏れ込む可能性のある、励起光や可視光を除去するために、着目する蛍光波長帯域の光を透過させる狭帯域バンドパスフィルタ（図示せず。）を設けることが好ましい。これにより、蛍光用撮像素子４で生成される蛍光画像のコントラストを更に向上させることが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態に係る結像光学系１０では、軸上色収差に起因して、可視光線と近赤外線の結像位置が互いに相違している。これにより、例えば図２Ａにおいて、可視光用撮像素子３と光学的に共役な位置に蛍光用撮像素子４を設けたとしても、可視光用撮像素子３では像が合焦状態にある一方で、蛍光用撮像素子４では像が合焦状態にはないという状況が生じる。しかしながら、本実施形態に係る硬性鏡用光学系１では、色分離プリズム光学系２０により光路を２つに分岐させて、撮像素子を２種類設けることによって、かかる軸上色収差を容易に補正することが可能となる。
【００３６】
例えば図２Ａに模式的に示したように、可視光線と近赤外線とのピントのズレ量を予め把握しておき、可視光用撮像素子３を、可視光線が合焦状態となる位置に予め固定しておく。その上で、特定したズレ量が、可視光波長帯域の光路ＯＰ１の光路長と蛍光波長帯域の光路ＯＰ２の光路長との光路差に対応するように、可視光用撮像素子３と共役な位置から離隔距離Δだけ離隔させて、蛍光用撮像素子４を固定して設置すればよい。
【００３７】
また、例えば図２Ｂに模式的に示したように、可視光用撮像素子３を、可視光線が合焦状態となる位置に予め固定しておき、蛍光用撮像素子４を、設置位置が可変となるように、実装する。その上で、色分離プリズム光学系２０及び可視光用撮像素子３と、蛍光用撮像素子４と、の離隔距離Δを変化させるアクチュエータ等の蛍光画像合焦機構３０を設ける。かかる場合、蛍光画像合焦機構３０によって蛍光用撮像素子４と、色分離プリズム光学系２０及び可視光用撮像素子３と、の相対的な位置関係を変化させることで、結像光学系１０に起因する軸上色収差を容易に補正することが可能となる。
【００３８】
なお、図２Ｂに示した方法であれば、例えば、内臓の内部に導入したＩＣＧ試薬の蛍光発光位置が内臓の表面より奥側に存在した場合であっても、可視光線では内臓の表面を観察し、かつ、近赤外線では内臓の内部の蛍光発光位置を観察するという状況を可能とすることができる。
【００３９】
上記のような機能を有する色分離プリズム光学系２０として、例えば上記特許文献２に開示されているような、図３に模式的に示した色分離プリズム光学系２０を用いることが好ましい。
【００４０】
図３に示した色分離プリズム光学系２０において、色分離プリズム２０１は、第１プリズム２１１と、第２プリズム２１３と、が互いに接合されたプリズムであり、第１プリズム２１１と、第２プリズム２１３とは、ダイクロイック膜２０３を介して互いに接合されている。すなわち、第１プリズム２１１と、第２プリズム２１３と、の界面に、ダイクロイック膜２０３が設けられている。
【００４１】
第１プリズム２１１は、可視光波長帯域に属する光及び蛍光波長帯域に属する光（すなわち、入射光）が入射するとともに、可視光波長帯域に属する光が導光される可視光波長帯域の光路として機能するプリズムである。また、第２プリズム２１３は、蛍光波長帯域に属する光が導光される蛍光波長帯域の光路として機能するプリズムである。
【００４２】
第１プリズム２１１に入射した入射光は、第１プリズム２１１内を直進し、光軸上に斜めに設けられたダイクロイック膜２０３によって、可視光波長帯域に属する光と、蛍光波長帯域に属する光と、が分離される。
【００４３】
可視光波長帯域に属する光は、ダイクロイック膜２０３によって反射されて、第１プリズム２１１内を導光される。ここで、反射分離された可視光波長帯域に属する光（すなわち、可視光線）は、図３に示した位置Ａで一度だけ全反射して、第１プリズム２１１の外部へと透過する。これにより、ダイクロイック膜２０３の成膜面の光軸に対する角度を垂直に近づけることができる。逆に言えば、本実施形態に係るダイクロイック膜２０３の光軸上への設置角度は、位置Ａにおける可視光線の全反射条件が成立するように設定されている。このようにダイクロイック膜２０３を配置することで、Ｆ値の明るい光線が第１プリズム２１１に入射した場合であっても、上光線と下光線との入射角度の違いによるダイクロイック膜２０３の分光特性の変化を抑制することが可能となり、精度良く波長分離を行うことが可能となる。
【００４４】
第１プリズム２１１を透過した可視光線は、可視光用撮像素子３へと導光される。この際、第１プリズム２１１の出射面と可視光用撮像素子３との間に、赤外カットフィルタ２１７を設けても良い。このような赤外カットフィルタ１１３としては、例えば、ＨＯＹＡ株式会社製Ｃ５０００等といった公知の吸収フィルタ等を利用することが可能である。
【００４５】
一方、ダイクロイック膜２０３を透過した蛍光波長帯域に属する光は、第２プリズム２１３に入射して第２プリズム２１３の内部を直進する。第２プリズム２１３におけるダイクロイック膜２０３が設けられている側とは逆側の端面（換言すれば、第２プリズム２１３の光軸下流側の出射面）は、光軸に対して垂直となるように設けられており、蛍光波長帯域に属する光は、第２プリズム２１３の出射面に対して垂直となる状態を維持したまま、第２プリズム２１３の外部に透過する。
【００４６】
第２プリズム２１３を透過した蛍光波長帯域に属する光は、後段に設けられた狭帯域バンドパスフィルタ２１５に入射する。
【００４７】
以上、本実施形態に係る色分離プリズム２０１にとして好ましい形態について、詳細に説明した。なお、本実施形態に係る色分離プリズム２０１の材質については、特に限定されるものではなく、色分離プリズム２０１の内部を導光される光の波長に応じて、公知の光学ガラスや光学結晶を適宜利用することが可能である。
【００４８】
ここで、図３に示したようなダイクロイック膜２０３及び狭帯域バンドパスフィルタ２１５が有する光学特性について、蛍光試薬としてＩＣＧを用いる場合に着目して、以下に具体的に説明する。
【００４９】
かかるＩＣＧは、励起波長が７６９ｎｍ前後であり、かかる励起波長を有する励起光により励起されることで、例えば、波長８３２ｎｍの近赤外波長帯域に属する蛍光が発生する。
【００５０】
かかる場合に、図３に示したような撮像素子の配置が実現されていたとすると、上記ダイクロイック膜２０３の光学特性（具体的には、分光透過率）は、７８０ｎｍ〜８８０ｎｍの波長帯域において透過率が９０％以上であり、かつ、４００ｎｍ〜７２０ｎｍの波長帯域において透過率が１０％以下であることが好ましい。
【００５１】
７８０ｎｍ〜８８０ｎｍの波長帯域において透過率が９０％未満である場合には、ダイクロイック膜２０３を透過できない蛍光の割合が多くなり蛍光画像の明るさが低下するため、好ましくない。また、このような場合には、可視光用撮像素子３に蛍光が漏れ込んでしまい、可視光画像のコントラストが低下してしまうため、可視光画像の画質の面からも好ましくない。
【００５２】
また、４００ｎｍ〜７２０ｎｍの波長帯域において透過率が１０％を超える場合、ダイクロイック膜２０３で反射されずに透過してしまう可視光の割合が多くなり可視光画像の明るさが低下するため、好ましくない。また、このような場合には、蛍光用撮像素子４に可視光が漏れ込んでしまい、蛍光画像のコントラストが低下してしまうため、蛍光画像の画質の面からも好ましくない。
【００５３】
上記の説明からも明らかなように、本実施形態に係るダイクロイック膜２０３は、入射光を、所定の蛍光波長帯域及び当該所定の蛍光波長帯域よりも長波長の帯域に属する光と、所定の蛍光波長帯域よりも短波長の帯域に属する光と、に二色分離するものである。例えば上記のような分光透過率を有するダイクロイック膜２０３は、可視光波長帯域と蛍光波長帯域の境界となる７５０ｎｍを境界として、入射光を２つのグループに分離する、ローパスフィルタのように機能する膜である。
【００５４】
例えば上記のようなダイクロイック膜２０３の光学特性（分光特性）は、比較的ブロードであり、ダイクロイック膜２０３を光学多層膜として実現する際に、膜層数を数十層程度に抑制することができ、製造方法も一般的な真空蒸着法を利用することができる。
【００５５】
また、蛍光用撮像素子４の前段に設けられる狭帯域バンドパスフィルタ２１５は、蛍光波長帯域以外の光を反射して、蛍光波長帯域の光のみを透過させるバンドパス特性を有するフィルタであることが重要である。
【００５６】
ＩＣＧから発せられる波長８３２ｎｍの近赤外帯域に属する蛍光に着目する場合、かかる狭帯域バンドパスフィルタ２１５の分光透過率は、８２０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長帯域において透過率が９０％以上であり、かつ、４００ｎｍ〜８０５ｎｍの波長帯域、及び、８６０ｎｍ〜１０００ｎｍの波長帯域において透過率が１０％以下であることが好ましい。
【００５７】
８２０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長帯域において透過率が９０％未満である場合には、狭帯域バンドパスフィルタ２１５を透過する蛍光の割合が減少するため、蛍光画像の明るさが低下することとなり、好ましくない。また、４００ｎｍ〜８０５ｎｍの波長帯域、及び、８６０ｎｍ〜１０００ｎｍの波長帯域において透過率が１０％を超える場合には、波長８００ｎｍ前後の励起光等といった、蛍光以外の外光が蛍光用撮像素子４に写り込んでしまい、蛍光画像のコントラストが著しく低下するため、好ましくない。
【００５８】
また、狭帯域バンドパスフィルタ２１５が透過させる光の波長帯域が８２０ｎｍ〜８５０ｎｍよりも広くなりすぎると、蛍光画像の形成に寄与する近赤外波長帯域が広くなりすぎてしまう。その結果、後述するような離隔距離Δによって軸上色収差の重心を補正できたとしても、より長波長の成分がボケ像となってコントラストが低下することとなり、好ましくない。
【００５９】
更に、狭帯域バンドパスフィルタ２１５が透過させる光の波長帯域が８２０ｎｍ〜８５０ｎｍよりも狭くなりすぎると、狭帯域バンドパスフィルタ２１５を透過する光が単色に近付くため、後述する離隔距離Δによる軸上色収差の補正の効果が高まるものの、蛍光画像の明るさが低下するため、好ましくない。
【００６０】
本実施形態に係る狭帯域バンドパスフィルタ２１５は、着目する蛍光の波長に応じて公知の光学素材を用いることで製造可能である。例えば、狭帯域バンドパスフィルタ２１５は、ＢＫ７相当のガラス基板上に光学多層膜を成膜することで製造してもよいし、例えばＨＯＹＡ株式会社製Ｒ８０等の可視吸収ガラスを基板として、かかる基板上に光学多層膜を成膜することで製造してもよい。これにより、ガラス基板を用いた構成に対して、可視光領域の透過率を抑えることができ、蛍光画像のコントラスト向上に寄与することが可能となる。
【００６１】
なお、かかる狭帯域バンドパスフィルタ２１５は、ダイクロイック膜２０３と同様に、真空蒸着法によって成膜可能であるが、分光特性は、狭帯域であり、かつ、立ち上り・立ち下りが急峻な形状であるため、膜層数はダイクロイック膜２０３よりも多くなり、数百層程度になる。このため、真空蒸着法よりも、イオンビームスパッタ法などの高い信頼性が保証できる成膜方法を採用することが好ましい。
【００６２】
また、狭帯域バンドパスフィルタ２１５は、蛍光波長帯域の光路ＯＰ２上に、光軸に対して垂直な入射面を有するように設けられることが好ましい。これにより、Ｆ値の明るい光線が入射した場合であっても、上光線と下光線との入射角度の違いによる分光特性の変化を抑制することが可能となる。
【００６３】
以上、図２Ａ〜図３を参照しながら、本実施形態に係る色分離プリズム光学系２０について、詳細に説明した。
【００６４】
＜結像光学系１０について＞
続いて、図４を参照しながら、本実施形態に係る結像光学系１０について、詳細に説明する。
【００６５】
本実施形態に係る結像光学系１０は、先だって言及したように、近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域と、可視光波長帯域と、のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させるための光学系である。本実施形態に係る結像光学系１０は、以下で詳述するような条件を満足するようなレンズ設計となっていることにより、例えば４Ｋ解像度以上の極めて優れた解像度の画像を実現することが可能となるとともに、光学系自体の小型化を実現することで、装置自体の小型化をも実現することが可能となる。また、以下で詳述するような条件を満足する光学系は、医療分野への適用においても信用性の高い、耐温特性・耐薬品特性に優れる一般的な硝材を用いて構成可能であることから、医療分野への適用に際しても信頼性の高い光学系を実現することができる。
【００６６】
本実施形態に係る結像光学系１０は、結像光学系１０の焦点距離をｆ［ｍｍ］とし、結像光学系１０から撮像素子までの空気換算光学長をＦｂ［ｍｍ］としたときに、焦点距離ｆ及び空気換算光学長Ｆｂが、以下の式（１０１）で表される条件を満足する。
【００６７】
Ｆｂ／ｆ  ＞  ０．７２  ・・・式（１０１）
【００６８】
上記式（１０１）で表される条件は、結像光学系１０と、結像光学系１０の後段に位置する色分離プリズム２０１（例えば、図３に示したような２つのプリズムを接合させた色分離プリズム２０１）の大きさと、を考慮した、結像光学系１０のバックフォーカスに関する条件式である。
【００６９】
Ｆｂ／ｆで表される値が０．７２以下である場合には、プリズムの内面反射などを考慮した上で、色分離プリズム２０１を設置する物理的な空間を確保することができず、硬性鏡用光学系１自体の高解像度化を妨げてしまう。また、Ｆｂ／ｆで表される値の上限値は、特に規定するものではないが、Ｆｂ／ｆで表される値が大きくなりすぎると、最終玉のレンズ外径が大きくなりすぎ、プリズムブロック前側の有効径を大きくしなければならず、小型化に貢献しないことから、好ましくない。硬性鏡用光学系１の小型化という観点から、Ｆｂ／ｆの上限値は、例えば、１．００とすることが好ましい。Ｆｂ／ｆで表される値は、より好ましくは、０．７５以上１．００以下であり、更に好ましくは、０．８０以上０．９６以下である。
【００７０】
なお、本実施形態に係る硬性鏡用光学系１では、可視光用撮像素子３に至る空気換算光学長と、蛍光用撮像素子４に至る空気換算光学長の２種類が考慮しうるが、蛍光用撮像素子４に至る空気換算光学長は、可視光用撮像素子３に至る空気換算光学長＋位置ズレ量として捉えることが可能であるため、上記式（１０１）においては、Ｆｂとして、可視光用撮像素子３に至る空気換算光学長を用いればよい。
【００７１】
上記のようなバックフォーカスに関する条件を満足する結像光学系１０は、例えば図４に模式的に示したように、物体側から像側に向かう順に、絞り１０１と、正の屈折力を有する第１レンズ群１０３と、正の屈折力を有する第２レンズ群１０５と、を少なくとも有していることが好ましい。
【００７２】
以下、本明細書において、「第ｎレンズ群」という呼称を多用するが、かかる呼称で取り扱われるレンズ群は、２以上の複数のレンズの集合体で構成される場合に加えて、１つのレンズで構成される場合も含むものとする。また、各レンズ群は、各種の球面レンズで構成されていてもよいし、各種の非球面レンズで構成されていてもよいし、球面レンズと非球面レンズの組み合わせで構成されていてもよい。
【００７３】
ここで、第１レンズ群１０３は、物体側から像側に向かう順に、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するレンズと、少なくとも１つの正の屈折力を有するレンズと、を有していることが好ましく、第２レンズ群１０５は、物体距離に応じて焦点を合わせるフォーカス群であることが好ましい。
【００７４】
第１レンズ群１０３が、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するレンズを、最も物体側に有していない場合には、光学系のテレセントリック性を有することが困難になり、上記式（１０１）を満たすような長いＦｂを実現することができない。また、第１レンズ群１０３が、上記のような負の屈折力を有するレンズと、少なくとも１つの正の屈折力を有するレンズとの組み合わせではない場合、第１レンズ群１０３全体として、正の屈折力を有するレンズ群を実現することができない。
【００７５】
また、第２レンズ群１０５が、全体として正の屈折力を有するレンズ群ではない場合には、コマ収差を適正に補正することができないために、より優れた解像度を実現することができず、第２レンズ群１０５がフォーカス群ではない場合には、光学系の全体を動かさねばならず、画角変動を抑制することが困難となる。
【００７６】
この際に、本実施形態に係る結像光学系１０は、結像光学系１０から色分離プリズム光学系２０までの空気換算光学長をＬ［ｍｍ］としたときに、以下の式（１０２）で表される条件を満足することが好ましい。
【００７７】
１．４  ＜  Ｌ／ｆ  ＜  １．８  ・・・式（１０２）
【００７８】
上記式（１０２）で表される条件式は、結像光学系１０の全長について規定する条件式である。Ｌ／ｆで表される値が１．４以下である場合には、結像光学系１０の後段に位置する色分離プリズム２０１の大きさを確保するために、レンズを薄くするなどしなければならず、製造性を低下させるだけでなく、医療分野における信頼性を保ちながら、結像光学系１０の小型化を図ることが困難となる場合がある。また、レンズ枚数を少なくする必要がある場合は、高解像化を求めながら結像光学系１０の小型化を図ることが困難となる場合がある。一方、Ｌ／ｆで表される値が１．８以上となる場合には、結像光学系１０の全長が長くなりすぎて、硬性鏡用光学系１としての小型化を図ることが困難となる場合がある。Ｌ／ｆで表される値は、より好ましくは、１．５以上１．７以下であり、更に好ましくは、１．５５以上１．６５以下である。
【００７９】
また、本実施形態に係る結像光学系１０において、第２レンズ群１０５は、第２レンズ群１０５の焦点距離をｆ２［ｍｍ］としたときに、以下の式（１０３）で表される条件を更に満足することが好ましい。
【００８０】
１．０  ＜  ｆ２／ｆ  ＜  １．４  ・・・式（１０３）
【００８１】
上記式（１０３）で表される条件式は、第２レンズ群１０５で実現されるフォーカスレンズ群の焦点距離ｆ２を規定した条件式である。ｆ２／ｆで表される値が１．０以下となる場合には、フォーカスストロークは短くできるものの、収差補正のバランスを崩してしまう可能性があり、結像光学系１０で実現する光学特性の観点から、好ましくない。一方、ｆ２／ｆで表される値が１．４以上である場合には、フォーカスストロークが大きくなり過ぎて、結像光学系１０の小型化を図ることが困難となる場合がある。ｆ２／ｆで表される値は、より好ましくは、１．１５以上１．３５以下であり、更に好ましくは、１．２以上１．３以下である。
【００８２】
また、本実施形態に係る結像光学系１０は、図４に模式的に示したように、絞り１０１と、第１レンズ群１０３との間において、物体側から像側に向かう順に、正の屈折力を有する第３レンズ群１０７、又は、負の屈折力を有する第４レンズ群１０９の少なくとも何れかを更に有していることが好ましい。
【００８３】
かかる場合に、上記第４レンズ群１０９は、結像光学系１０における第４レンズ群１０９の焦点距離をｆ４［ｍｍ］としたときに、以下の式（１０４）で表される条件を満足することが好ましい。
【００８４】
−０．８０  ＜  ｆ４／ｆ  ＜  −０．３５  ・・・式（１０４）
【００８５】
上記式（１０４）で表される条件式は、負の屈折力を実現するために設けられる第４レンズ群１０９の凹レンズのパワーと、結像光学系１０全体のパワーと、の比率を規定した条件式である。ｆ４／ｆで表される値が−０．３５以上である場合には、第４レンズ群１０９を構成する凹レンズのパワーが強くなりすぎて、図４に示したようなレンズ群を配置を実現することが困難となる場合がある。一方、ｆ４／ｆで表される値が−０．８０以下である場合には、第４レンズ群１０９を構成する凹レンズのパワーが弱くなり、長いバックフォーカスに求められるテレセントリック性を持たせることが困難となる場合がある。ｆ４／ｆで表される値は、より好ましくは、−０．６０以上−０．３０以下であり、更に好ましくは、−０．５５以上−０．４０以下である。
【００８６】
また、結像光学系１０が、上記のような第３レンズ群１０７を有している場合に、第２レンズ群１０５は、第３レンズ群１０７において一番物体側に位置するレンズの物体側面の曲率半径をＲ３［ｍｍ］としたときに、以下の式（１０５）で表される関係を更に満足することが好ましい。
【００８７】
０．８５  ＜  Ｒ３／ｆ  ・・・式（１０５）
【００８８】
上記式（１０５）は、第３レンズ群１０７の曲率について規定した条件式である。第３レンズ群１０７の曲率は、結像光学系１０の全体としての球面収差に大きくかかわるものであり、結像光学系１０全体としては、球面収差はなるべく抑制することが好ましい。Ｒ３／ｆで表される値が０．８５以下である場合には、結像光学系１０全体としての球面収差が大きくなりすぎるため、好ましくない。一方、Ｒ３／ｆで表される値の上限値は、特に規定するものではないが、２．５未満とすることが好ましい。Ｒ３／ｆで表される値が２．５以上となる場合には、第３レンズ群１０７の所望の焦点距離ｆ３を満足するための硝材の選定が困難となる場合がある。
【００８９】
また、本実施形態に係る結像光学系１０は、図４に模式的に示したように、第２レンズ群１０５の後段（更に像側）に、負の屈折力を有する第５レンズ群１１１を更に有していてもよい。かかる第５レンズ群１１１を更に設けることで、光学系をテレフォト化させ、フォーカスのストロークを大型化させずに、光学系全体の小型化を図ることが可能となる。
【００９０】
また、本実施形態に係る結像光学系１０は、結像光学系１０の着目する蛍光波長での焦点距離をｆ（ＮＩＲ）［ｍｍ］とし、結像光学系１０の可視光波長での焦点距離をｆ（Ｖ）［ｍｍ］としたときに、以下の式（１０６）で表される条件を満足することが好ましい。
【００９１】
０．００２５  ＜  （ｆ（ＮＩＲ）−ｆ（Ｖ））／ｆ（Ｖ）  ＜  ０．００６０
・・・式（１０６）
【００９２】
上記式（１０６）で表される条件式は、可視光波長帯域に属する光の焦点位置と、近赤外波長帯域に属する光の焦点位置とのズレ量（すなわち、結像光学系１０全体としての軸上色収差の大きさ）の範囲を規定する条件式である。焦点位置のズレ量を０．００２５以下とする場合には、可視光波長帯域から近赤外波長帯域にわたる全波長帯域の色収差を全て補正することが求められるため、硝材の選定が困難となる場合がある。また、完全な色収差補正を実現しようとすると、医療分野への適用に際して信頼性に欠ける硝材を選定する必要が生じるため、好ましくない。一方、焦点位置のズレ量が０．００６０以上となる場合には、可視光波長帯域の色収差補正が不十分となる可能性があり、好ましくない。焦点位置のズレ量は、より好ましくは０．００３０以上０．００５５以下であり、更に好ましくは、０．００４０以上０．００５０以下である。
【００９３】
なお、上記以外の各レンズ群に関する各種レンズ特性については、特に限定されるものではなく、結像光学系１０全体として所望の条件式を満足するように、上記条件式の範囲内で適宜設定すればよい。
【００９４】
また、本実施形態に係る結像光学系１０を構成する各レンズの硝材については、医療分野への適用に際して高い信頼性を有する硝材であれば、任意の硝材を用いることが可能であり、特に限定されるものではない。ただし、温度変化の大きく、キズの付きやすい軟硝材や、高屈折率を有し、低波長の光を通しにくく、撮像時の色再現に影響のある硝材などは、用いないことが好ましい。
【００９５】
以上、本実施形態に係る結像光学系１０について、詳細に説明した。
【００９６】
以上説明したような構成を有する、本実施形態に係る硬性鏡用光学系１は、装置としての信頼性を担保しつつ小型化を図り、かつ、得られる撮像画像の更なる解像度化を実現することが可能である。
【００９７】
＜撮像装置について＞
以上説明したような硬性鏡用光学系１を用いることで、各種の内視鏡システム（例えば、硬性内視鏡システム）に適用可能な撮像装置（具体的には、カメラヘッドユニット（ＣＨＵ））を実現することが可能となる。
【００９８】
＜内視鏡システムについて＞
続いて、本実施形態に係る硬性鏡用光学系１を適用した内視鏡システムについて、図５及び図６を参照しながら、簡単に説明する。図５は、本実施形態に係る内視鏡システムの全体構成について模式的に示した説明図であり、図６は、本実施形態に係る内視鏡システムが備えるＣＣＵのハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【００９９】
以上説明したような、硬性鏡用光学系１（より詳細には、硬性鏡用光学系１を有する撮像装置）と、内視鏡ユニット（例えば、硬性鏡ユニット）と、を組み合わせることで、内視鏡システムを構築することが可能である。
【０１００】
かかる内視鏡システム５００は、図５に模式的に示したように、硬性鏡ユニット５０１と、本実施形態に係る硬性鏡用光学系１、可視光用撮像素子３及び蛍光用撮像素子４を有する撮像ユニット５０３と、撮像ユニット５０３が有する各機能を統括的に制御するカメラコントロールユニット（ＣＣＵ）５０５と、表示装置５０７と、を少なくとも有している。
【０１０１】
ここで、硬性鏡用光学系１を有する撮像ユニット５０３については、先だって説明した硬性鏡用光学系１を有することで、硬性鏡用光学系１で実現されるものと同様の効果を奏するため、以下では詳細な説明は省略する。
【０１０２】
内視鏡ユニットの一例としての硬性鏡ユニット５０１は、物体側（撮像対象物側）から順に、対物レンズ（図示せず。）、複数個のリレーレンズ（図示せず。）、及び、接眼レンズ（図示せず。）で構成されるものである。対物レンズが撮像対象物の空中像を形成し、リレーレンズが形成された空中像を複数回、等倍リレー結像する。その後、接眼レンズが最後の空中像をアフォーカル結像することにより、肉眼での空中像の観察が可能となる。
【０１０３】
撮像ユニット５０３で生成された撮像画像（可視光画像及び蛍光画像）は、ＣＣＵ５０５へと出力され、例えばＣＣＵ５０５によってこれらの画像が重畳されることにより、重畳画像が生成される。撮像された可視光画像及び蛍光画像や、生成された重畳画像は、ＣＣＵ５０５の制御のもとで、表示装置５０７へと表示される。
【０１０４】
ここで、ＣＣＵ５０５及び表示装置５０７については、特に限定されるものではなく、公知のＣＣＵや表示装置を適宜利用することができる。
【０１０５】
［ＣＣＵ５０５のハードウェア構成について］
次に、図６を参照しながら、本開示の実施形態に係るＣＣＵ５０５のハードウェア構成について、詳細に説明する。
【０１０６】
ＣＣＵ５０５は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、ＣＣＵ５０５は、更に、ホストバス９０７と、ブリッジ９０９と、外部バス９１１と、インターフェース９１３と、入力装置９１５と、出力装置９１７と、ストレージ装置９１９と、ドライブ９２１と、接続ポート９２３と、通信装置９２５とを備える。
【０１０７】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１９、又はリムーバブル記録媒体９２７に記録された各種プログラムに従って、ＣＣＵ５０５内の動作全般又はその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるホストバス９０７により相互に接続されている。
【０１０８】
ホストバス９０７は、ブリッジ９０９を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス９１１に接続されている。
【０１０９】
入力装置９１５は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９１５は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、ＣＣＵ５０５の操作に対応した携帯電話やＰＤＡ等の外部接続機器９２９であってもよい。さらに、入力装置９１５は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。ＣＣＵ５０５のユーザは、この入力装置９１５を操作することにより、ＣＣＵ５０５に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１１０】
出力装置９１７は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１７は、例えば、ＣＣＵ５０５が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、ＣＣＵ５０５が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１１１】
ストレージ装置９１９は、ＣＣＵ５０５の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１９は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１９は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種データなどを格納する。
【０１１２】
ドライブ９２１は、記録媒体用リーダライタであり、ＣＣＵ５０５に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、ＤＶＤメディア、ＨＤ−ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２７は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、又は、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃａｒｄ）又は電子機器等であってもよい。
【０１１３】
接続ポート９２３は、機器をＣＣＵ５０５に直接接続するためのポートである。接続ポート９２３の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。接続ポート９２３の別の例として、ＲＳ−２３２Ｃポート、光オーディオ端子、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。この接続ポート９２３に外部接続機器９２９を接続することで、ＣＣＵ５０５は、外部接続機器９２９から直接各種データを取得したり、外部接続機器９２９に各種データを提供したりする。
【０１１４】
通信装置９２５は、例えば、通信網９３１に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９２５は、例えば、有線又は無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９２５は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９２５は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９２５に接続される通信網９３１は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。
【０１１５】
以上、本開示の実施形態に係るＣＣＵ５０５の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【０１１６】
以上、図５及び図６を参照しながら、本実施形態に係る硬性鏡用光学系１を利用した内視鏡システム５００について、簡単に説明した。
【実施例】
【０１１７】
以下では、実施例を示しながら、本開示に係る硬性鏡用光学系が備える結像光学系について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本開示に係る硬性鏡用光学系が備える結像光学系のあくまでも一例にすぎず、本開示に係る結像光学系が、以下に示す例に限定されるものではない。【０１１８】
以下に示す実施例では、図７Ａに示した実施例１の結像光学系１０、図７Ｂに示した実施例２の結像光学系１０、図７Ｃに示した実施例３の結像光学系１０、図７Ｄに示した実施例４の結像光学系１０、及び、図７Ｅに示した実施例５の結像光学系１０をそれぞれ利用して、市販のレンズ設計用アプリケーション（Ｓｙｎｏｐｓｙｓ社製ＣｏｄｅＶ）を用いて、各結像光学系１０の光学特性について、シミュレーションを行った。【０１１９】
ここで、以下の図７Ａ〜図７Ｅにおいて、符号Ａで表した部分は、シミュレーションを実施するための条件設定の必要から、本開示における色分離プリズム２０１（例えば、図３に示した色分離プリズム２０１）と等価なレンズ構成を設定した部分に対応している。【０１２０】
また、図７Ａ〜図７Ｃに示した実施例１〜実施例３は、第１レンズ群〜第４レンズ群を備える結像光学系１０の一例であり、図７Ｄに示した実施例４は、第１〜第３レンズ群、及び、第５レンズ群を備える結像光学系１０の一例であり、図７Ｅに示した実施例５は、第１〜第３レンズ群を備える結像光学系１０の一例である。【０１２１】
以下、各実施例についての設定条件と、得られたシミュレーション結果について、具体的に説明する。【０１２２】
＜実施例１＞
図７Ａに示した実施例１の結像光学系１０は、３枚のレンズで構成される第１レンズ群と、１枚のレンズで構成される第２〜第４レンズ群と、で実現される結像光学系である。【０１２３】
ここで、各レンズのレンズパラメータは、以下の表１に示す通りである。【０１２４】
【表１】
2019187874.tif 000003
【０１２５】
また、かかるレンズ群により実現される、上記式（１０１）〜（１０６）のパラメータの値は、以下の表２の通りである。【０１２６】
【表２】
2019187874.tif 000004
【０１２７】
また、得られた収差図を、図８Ａ〜図８Ｃに示した。図８Ａは、実施例１の結像光学系１０の可視光波長帯域における縦収差図であり、図８Ｂは、実施例１の結像光学系１０の可視光波長帯域における横収差図であり、図８Ｃは、可視光波長帯域及び蛍光波長帯域における縦収差をあわせて示した縦収差図である。また、図８Ａ及び図８Ｃにおいて、左側から順に、球面収差、像面湾曲、歪曲収差に対応している。【０１２８】
図８Ａ〜図８Ｃに示した収差図から明らかなように、本実施形態に係る条件式（１０１）〜（１０６）のそれぞれを満足することで、実施例１の結像光学系１０は、球面収差、像面湾曲、歪曲収差（図８Ａ、図８Ｃ）について優れた特性を示すとともに、コマ収差（図８Ｂ）についても、優れた特性を示すことがわかる。【０１２９】
＜実施例２＞
図７Ｂに示した実施例２の結像光学系１０は、２枚のレンズで構成される第１レンズ群と、１枚のレンズで構成される第２〜第４レンズ群と、で実現される結像光学系である。【０１３０】
ここで、各レンズのレンズパラメータは、以下の表３に示す通りである。【０１３１】
【表３】
2019187874.tif 000005
【０１３２】
また、かかるレンズ群により実現される、上記式（１０１）〜（１０６）のパラメータの値は、以下の表４の通りである。【０１３３】
【表４】
2019187874.tif 000006
【０１３４】
また、得られた収差図を、図９Ａ〜図９Ｃに示した。図９Ａは、実施例２の結像光学系１０の可視光波長帯域における縦収差図であり、図９Ｂは、実施例２の結像光学系１０の可視光波長帯域における横収差図であり、図９Ｃは、可視光波長帯域及び蛍光波長帯域における縦収差をあわせて示した縦収差図である。また、図９Ａ及び図９Ｃにおいて、左側から順に、球面収差、像面湾曲、歪曲収差に対応している。【０１３５】
図９Ａ〜図９Ｃに示した収差図から明らかなように、本実施形態に係る条件式（１０１）〜（１０６）のそれぞれを満足することで、実施例２の結像光学系１０は、球面収差、像面湾曲、歪曲収差（図９Ａ、図９Ｃ）について優れた特性を示すとともに、コマ収差（図９Ｂ）についても、優れた特性を示すことがわかる。ただ、図８Ａ〜図８Ｃに示した実施例１の結果と比較すると、第１レンズ群１０３を構成するレンズの枚数が１枚少ないために、コマ収差及び像面湾曲については、実施例１より劣っていることがわかる。【０１３６】
＜実施例３＞
図７Ｃに示した実施例３の結像光学系１０は、３枚のレンズで構成される第１レンズ群と、１枚のレンズで構成される第２レンズ群及び第３レンズ群と、２枚のレンズで構成される第４レンズ群と、で実現される結像光学系である。【０１３７】
ここで、各レンズのレンズパラメータは、以下の表５に示す通りである。【０１３８】
【表５】
2019187874.tif 000007
【０１３９】
また、かかるレンズ群により実現される、上記式（１０１）〜（１０６）のパラメータの値は、以下の表６の通りである。なお、本実施例では、焦点距離ｆ４を定義することができず、式（１０４）で表される条件については、成立していない。【０１４０】
【表６】
2019187874.tif 000008
【０１４１】
得られた収差図を、図１０Ａ〜図１０Ｃに示した。図１０Ａは、実施例３の結像光学系１０の可視光波長帯域における縦収差図であり、図１０Ｂは、実施例３の結像光学系１０の可視光波長帯域における横収差図であり、図１０Ｃは、可視光波長帯域及び蛍光波長帯域における縦収差をあわせて示した縦収差図である。また、図１０Ａ及び図１０Ｃにおいて、左側から順に、球面収差、像面湾曲、歪曲収差に対応している。【０１４２】
図１０Ａ〜図１０Ｃに示した収差図から明らかなように、本実施形態に係る条件式（１０１）〜（１０６）のそれぞれを満足することで、実施例３の結像光学系１０は、球面収差、像面湾曲、歪曲収差（図１０Ａ、図１０Ｃ）について優れた特性を示すとともに、コマ収差（図１０Ｂ）についても、優れた特性を示すことがわかる。【０１４３】
なお、かかる実施例３は、入射瞳径を大きくし、Ｆナンバーを小さくした例である。Ｆナンバーを小さくしたことで、限界解像度を高めることができ、今後、高解像度が求められる場合に有効な例である。【０１４４】
＜実施例４＞
図７Ｄに示した実施例４の結像光学系１０は、２枚のレンズで構成される第１レンズ群と、１枚のレンズで構成される第２レンズ群及び第３レンズ群と、１枚のレンズで構成される第５レンズ群と、で実現される結像光学系である。【０１４５】
ここで、各レンズのレンズパラメータは、以下の表７に示す通りである。【０１４６】
【表７】
2019187874.tif 000009
【０１４７】
また、かかるレンズ群により実現される、上記式（１０１）〜（１０６）のパラメータの値は、以下の表８の通りである。なお、本実施例では、焦点距離ｆ４が以下の表１０のように規定される結果、式（１０４）で表される条件については、成立していない。【０１４８】
【表８】
2019187874.tif 000010
【０１４９】
得られた収差図を、図１１Ａ〜図１１Ｃに示した。図１１Ａは、実施例４の結像光学系１０の可視光波長帯域における縦収差図であり、図１１Ｂは、実施例４の結像光学系１０の可視光波長帯域における横収差図であり、図１１Ｃは、可視光波長帯域及び蛍光波長帯域における縦収差をあわせて示した縦収差図である。また、図１１Ａ及び図１１Ｃにおいて、左側から順に、球面収差、像面湾曲、歪曲収差に対応している。【０１５０】
図１１Ａ〜図１１Ｃに示した収差図から明らかなように、本実施形態に係る条件式（１０１）〜（１０３）、条件式（１０５）〜（１０６）のそれぞれを満足することで、実施例４の結像光学系１０は、球面収差、像面湾曲、歪曲収差（図１１Ａ、図１１Ｃ）について優れた特性を示すとともに、コマ収差（図１１Ｂ）についても、優れた特性を示すことがわかる。【０１５１】
なお、かかる実施例４は、入射瞳径を小さくし、比較的細い径の硬性鏡のみに対応を制限したものである。対応硬性鏡を制限したことで、設計難易度を低くし、レンズ枚数を少なくしつつも、収差の補正しやすくしている。【０１５２】
＜実施例５＞
図７Ｅに示した実施例５の結像光学系１０は、２枚のレンズで構成される第１レンズ群と、１枚のレンズで構成される第２レンズ群及び第３レンズ群と、で実現される結像光学系である。【０１５３】
ここで、各レンズのレンズパラメータは、以下の表９に示す通りである。【０１５４】
【表９】
2019187874.tif 000011
【０１５５】
また、かかるレンズ群により実現される、上記式（１０１）〜（１０６）のパラメータの値は、以下の表１０の通りである。なお、本実施例では、結像光学系１０から色分離プリズム光学系までの空気換算光学長Ｌが表１２のように規定される結果、式（１０２）で表される条件については、成立していない。また、本実施例では、焦点距離ｆ４が以下の表１２のように規定される結果、式（１０４）で表される条件については、成立していない。【０１５６】
【表１０】
2019187874.tif 000012
【０１５７】
得られた収差図を、図１２Ａ〜図１２Ｃに示した。図１２Ａは、実施例５の結像光学系１０の可視光波長帯域における縦収差図であり、図１２Ｂは、実施例５の結像光学系１０の可視光波長帯域における横収差図であり、図１２Ｃは、可視光波長帯域及び蛍光波長帯域における縦収差をあわせて示した縦収差図である。また、図１２Ａ及び図１２Ｃにおいて、左側から順に、球面収差、像面湾曲、歪曲収差に対応している。【０１５８】
図１２Ａ〜図１２Ｃに示した収差図から明らかなように、本実施形態に係る条件式（１０１）〜（１０３）、条件式（１０５）〜（１０６）のそれぞれを満足することで、実施例５の結像光学系１０は、球面収差、像面湾曲、歪曲収差（図１２Ａ、図１２Ｃ）について優れた特性を示すとともに、コマ収差（図１２Ｂ）についても、優れた特性を示すことがわかる。【０１５９】
なお、かかる実施例は、撮像素子を大きくした場合の例である。入射瞳径は、実施例１などと一緒であるが、同じ画角を得るために焦点距離を大きくすることで、Ｆナンバーを大きくすることができる。そのため、球面収差が出にくくなり、レンズ枚数を少なく設計が可能となっている。【０１６０】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。【０１６１】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。【０１６２】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
［１］
近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域と、可視光波長帯域と、のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させる結像光学系と、
前記結像光学系により結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、
を備え、
前記結像光学系は、当該結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量と、前記色分離プリズム光学系を経て結像する蛍光及び可視光の光路長の差と、が対応するように配設された蛍光用撮像素子及び可視光用撮像素子のそれぞれに対して、像を結像させ、
前記結像光学系は、前記結像光学系の焦点距離をｆ［ｍｍ］とし、前記結像光学系から撮像素子までの空気換算光学長をＦｂ［ｍｍ］としたときに、前記焦点距離及び前記空気換算光学長が、以下の式（１）で表される条件を満足する、硬性鏡用光学系。
Ｆｂ／ｆ  ＞  ０．７２  ・・・式（１）
［２］
前記結像光学系は、物体側から像側に向かう順に、
絞りと、正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、を少なくとも有しており、
前記第１レンズ群は、物体側から像側に向かう順に、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するレンズと、少なくとも１つの正の屈折力を有するレンズと、を有しており、
前記第２レンズ群は、物体距離に応じて焦点を合わせるフォーカス群であり、
前記結像光学系から前記色分離プリズム光学系までの空気換算光学長をＬ［ｍｍ］としたときに、以下の式（２）で表される条件を満足する、［１］に記載の硬性鏡用光学系。
１．４  ＜  Ｌ／ｆ  ＜  １．８          ・・・式（２）
［３］
前記結像光学系は、前記絞りと前記第１レンズ群との間において、物体側から像側に向かう順に、正の屈折力を有する第３レンズ群、又は、負の屈折力を有する第４レンズ群の少なくとも何れかを更に有しており、
前記第４レンズ群は、前記結像光学系における当該第４レンズ群の焦点距離をｆ４［ｍｍ］としたときに、以下の式（３）で表される条件を満足する、［２］に記載の硬性鏡用光学系。
−０．８０  ＜  ｆ４／ｆ  ＜  −０．３５  ・・・式（３）
［４］
前記結像光学系は、前記第３レンズ群を有しており、
前記第２レンズ群は、前記第３レンズ群において一番物体側に位置するレンズの物体側面の曲率半径をＲ３［ｍｍ］としたときに、以下の式（４）で表される関係を更に満足する、［３］に記載の硬性鏡用光学系。
０．８５  ＜  Ｒ３／ｆ  ・・・式（４）
［５］
前記結像光学系における前記第２レンズ群は、当該第２レンズ群の焦点距離をｆ２［ｍｍ］としたときに、以下の式（５）で表される条件を更に満足する、［２］〜［４］の何れか１つに記載の硬性鏡用光学系。
１．０  ＜  ｆ２／ｆ  ＜  １．４  ・・・式（５）
［６］
前記結像光学系は、前記第２レンズ群の後段に、負の屈折力を有する第５レンズ群を更に有する、［２］〜［５］の何れか１つに記載の硬性鏡用光学系。
［７］
前記結像光学系は、前記結像光学系の蛍光波長での焦点距離をｆ（ＮＩＲ）［ｍｍ］とし、前記結像光学系の可視光波長での焦点距離をｆ（Ｖ）［ｍｍ］としたときに、以下の式（６）で表される条件を満足する、［１］〜［６］の何れか１つに記載の硬性鏡用光学系。
０．００２５  ＜  （ｆ（ＮＩＲ）−ｆ（Ｖ））／ｆ（Ｖ）  ＜  ０．００６０
・・・式（６）
［８］
前記可視光用撮像素子は、前記結像光学系の結像面の位置に固定されており、
前記蛍光用撮像素子は、光路差が前記式（６）を満足する位置に固定されている、［７］に記載の硬性鏡用光学系。
［９］
前記可視光用撮像素子は、前記結像光学系の結像面の位置に固定されており、
前記蛍光用撮像素子は、前記色分離プリズム光学系との間の離隔距離が可変となるように設けられており、
前記硬性鏡用光学系は、前記式（６）を満足するように光路差を変化させる蛍光画像合焦機構を更に備える、［７］に記載の硬性鏡用光学系。
［１０］
前記色分離プリズム光学系は、
前記ダイクロイック膜を有する色分解プリズムと、
前記色分解プリズムと前記蛍光用撮像素子との間に配設され、光軸に対して垂直な入射面を有するバンドパスフィルタと、
を有する、［１］〜［９］の何れか１つに記載の硬性鏡用光学系。
［１１］
前記ダイクロイック膜は、波長７８０〜８８０ｎｍの帯域の透過率が９０％以上であり、かつ、波長４００〜７２０ｎｍの帯域の透過率が１０％以下であり、
前記バンドパスフィルタは、波長８１３〜８５０ｎｍの帯域の透過率が９０％以上であり、かつ、波長３５０〜８０５ｎｍの帯域における透過率が１０％以下である、［１０］に記載の硬性鏡用光学系。
［１２］
近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域と、可視光波長帯域と、のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させる結像光学系と、
前記結像光学系により結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、
前記可視光波長帯域での像が結像する可視光用撮像素子と、
前記蛍光波長帯域での像が結像する蛍光用撮像素子と、
を備え、
前記可視光用撮像素子及び前記蛍光用撮像素子は、前記色分離プリズム光学系を経て前記可視光用撮像素子に結像する可視光波長帯域の光路長と、前記色分離プリズム光学系を経て前記蛍光用撮像素子に結像する蛍光波長帯域の光路長との光路差が、前記結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量に対応するように配設されており、
前記結像光学系は、前記結像光学系の焦点距離をｆ［ｍｍ］とし、前記結像光学系から撮像素子までの空気換算光学長をＦｂ［ｍｍ］としたときに、前記焦点距離及び前記空気換算光学長が、以下の式（１）で表される条件を満足する硬性鏡用光学系を有する、撮像装置。
Ｆｂ／ｆ  ＞  ０．７２  ・・・式（１）
［１３］
所定の撮像対象物について、近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域、及び、可視光波長帯域での像を生成する硬性鏡ユニットと、
前記硬性鏡ユニットと接続される硬性鏡用光学系と、前記可視光波長帯域での像が結像する可視光用撮像素子と、前記蛍光波長帯域での像が結像する蛍光用撮像素子と、を有し、前記蛍光波長帯域及び前記可視光波長帯域での前記撮像対象物の撮像画像を生成する撮像ユニットと、
を含み、
前記硬性鏡用光学系は、
前記蛍光波長帯域及び前記可視光波長帯域のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させる結像光学系と、
前記結像光学系により結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、
を備え、
前記可視光用撮像素子及び前記蛍光用撮像素子は、前記色分離プリズム光学系を経て前記可視光用撮像素子に結像する可視光波長帯域の光路長と、前記色分離プリズム光学系を経て前記蛍光用撮像素子に結像する蛍光波長帯域の光路長との光路差が、前記結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量に対応するように配設されており、
前記結像光学系は、前記結像光学系の焦点距離をｆ［ｍｍ］とし、前記結像光学系から撮像素子までの空気換算光学長をＦｂ［ｍｍ］としたときに、前記焦点距離及び前記空気換算光学長が、以下の式（１）で表される条件を満足する、内視鏡ユニット。
Ｆｂ／ｆ  ＞  ０．７２  ・・・式（１）
【符号の説明】
【０１６３】
１    硬性鏡用光学系
３    可視光用撮像素子
４    蛍光用撮像素子
１０    結像光学系
２０    色分離プリズム光学系
３０    蛍光画像合焦機構
１０１    絞り
１０３    第１レンズ群
１０５    第２レンズ群
１０７    第３レンズ群
１０９    第４レンズ群
１１１    第５レンズ群
２０１    色分離プリズム
２０３    ダイクロイック膜
２１１    第１プリズム
２１３    第２プリズム
２１５    狭帯域バンドパスフィルタ
２１７    赤外カットフィルタ
５００    内視鏡システム
５０１    硬性鏡ユニット
５０３    撮像ユニット
５０５    ＣＣＵ
５０７    表示装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
2019187874.tif 000025
【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【国際調査報告】
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