JP2002357773A - 光学コンポーネントとそれを用いた内視鏡、内視鏡光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤーによる従来型の拡大内視鏡の診断能
を損ねることなく、小径な拡大内視鏡を実現する。 【解決手段】 正パワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、
正パワーを有する第２レンズ群Ｇ２、負パワーを有する
第３レンズ群Ｇ３を備えた光学系において、第２レンズ
群Ｇ２と連結している枠部２と電極部６を有する基板部
４とをさらに備え、枠部２は電極部６による静電力の作
用を受けて第２レンズ群Ｇ２を駆動させることにより、
光学系の作動距離を可変とする内視鏡光学系。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学コンポーネン
トとそれを用いた内視鏡、内視鏡光学系に関し、特に、
固体撮像素子を用いた撮像光学系において物体距離を変
動させながら拡大を行う光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、小型のＣＣＤ（固体撮像素子）を
用いた電子式内視鏡が流行っている。電子式内視鏡によ
れば、体腔内の病変をＴＶモニター上で多人数で観察す
ることができるので、複数の医者で観察及び診断が可能
であり、また、患者も自分の病変を見ながら診断しても
らえるという大なる効果がある。

【０００３】このような内視鏡の中でも、病変部を近接
観察してその微細構造を観察することで、微小病変の浸
潤の度合いや切除範囲の診断を目的としたいわゆる拡大
内視鏡が注目されている。

【０００４】拡大内視鏡用の光学系には、例えば特公昭
６１−４４２８３号や、特開平４−２１８０１２号のも
の等がある。これらの光学系は、それぞれ３群式、４群
式の拡大光学系であり、何れも光学系中の特定のレンズ
を軸方向に変位することで観察倍率を可変せしめ、病変
部をより大きな倍率で観察することができる。

【０００５】ところで、従来の拡大型内視鏡におけるレ
ンズを駆動する方法を図１２に示す。図１２中、光学系
中の凹レンズを収めた枠がワイヤーと結合しており、ワ
イヤーを図示しない手元側で押し引きすることで、凹レ
ンズを光軸方向に駆動する。これにより、光学系の作動
距離を可変し、近接観察を実現することができる。

【０００６】一方、最近では、半導体プロセスの技術を
用いて、微細なアクチュエーター素子等を実現する、い
わゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃ
ｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いた研究が
進められている。この技術を利用した例を図１３に示
す。図１３は、可変焦点凹面鏡の断面図を表すものであ
る。図１３において、シリコン部には金属膜が蒸着され
ており、鏡の役割を果たすことができる。ここで、可変
電源を駆動すると、電極とシリコンとの静電力によりシ
リコンが変形し、凹面鏡の作用を発生することができ
る。このような技術を、例えば前述の拡大内視鏡に応用
し、内視鏡の光路中に配置することで、光学系の作動距
離を可変にし、近接したときの像のフォーカス調整を行
うような構成が考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来における拡大内視
鏡だと、レンズの占めるスペース以外に、ワイヤー部分
が占めるスペースが存在してしまうので、内視鏡として
どうしても太径になってしまい、患者が苦痛に感じやす
いという問題がある。

【０００８】この問題を解決する手段として、前述の可
変焦点凹面鏡を図１２に示すような内視鏡光学系に適応
すると、一度光路を折り曲げる関係上、やはり径方向の
大きさが太くなるという欠点がある。また、一回反射に
なるので、像が裏像になってしまうという問題がある。
さらに、静電引力によってミラーを変形させる関係上、
ミラーに対して余り大きな変形が見込めず、内視鏡とし
ては十分なピント調整力を得ることができず、十分に近
接観察することができない。つまり、十分に病変を拡大
観察することができないのである。

【０００９】本発明はこれら従来のＭＥＭＳ技術を用い
て拡大内視鏡を実現する場合の問題点を解決し、ワイヤ
ーによる従来型の拡大内視鏡の診断能を損ねることな
く、小径な拡大内視鏡を実現することを目的としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の光学コンポーネントは、静電力を発生させる
電極部を有する基板部と、静電気の作用を受けることの
できる枠部とを備えており、前記枠部が光学レンズと連
結しており、静電駆動の作用によって前記光学レンズを
駆動可能な光学コンポーネントにおいて、前記基板部に
穴を形成したことを特徴とするものである。

【００１１】図１に、本発明による光学コンポーネント
の概念図を示す。図１は分解斜視図であり、図中、フォ
ーカスレンズ１は通常の光学レンズである。また、フォ
ーカスレンズ１は図３（ａ）に示すような金属枠２に保
持されており、この枠２は、四角形をしており、その四
隅に短冊状にＬ字状の板バネ２₁ 〜２₄ が各々二辺を囲
むように伸びており、板バネ２₁ 〜２₄ の先端を固定し
たとき、図３（ｂ）に示すようにバネ状に変形可能であ
り、レンズ１の光軸方向に駆動可能となっている。図２
は、この光学コンポーネントの縦断面図を示しており、
レンズ１を保持する枠２は上側基板３中に設けられてお
り、その枠２の下側には一方の電極を構成するシリコン
５が、下部基板４の枠２に面する側には電極６が設けら
れ、シリコン５と電極６の間に可変電源８が連結されて
いる。このような配置により、可変電源８を動作させる
と、レンズ１を保持している枠２そのものと電極６の間
に静電引力が働くため、枠２全体を光軸方向に電圧に応
じた距離だけ駆動することが可能となり、結果的に通常
の透過型のフォーカシングレンズ１を光軸方向に駆動す
ることが可能になる。

【００１２】しかしながら、これだけでは光学コンポー
ネントよりも像側に存在する固体撮像素子に像を導くこ
とはできない。このため、下部基板４のフォーカシング
レンズ１に対応する部分に穴７を形成し、その穴７を通
してフォーカシングレンズ１を含むレンズ系による結像
情報が遮られないようにする。これにより、光路を折り
曲げる必要がなく、固体撮像素子に像を形成することが
可能となる。なお、この穴７は結像情報が途中で遮られ
ないように単に穴が開いているだけでもよいが、この穴
７の中に別の光学系を取り付けるようにする方が設計的
自由度がより向上する。

【００１３】以上の構成をとることにより、レンズを移
動させるワイヤーを使用することがないので、従来より
も小径化した拡大内視鏡光学系を達成することができ
る。

【００１４】しかし、枠２の形状は図３のような四角形
状のままだと、レンズ１の周りの枠２が若干大きい。さ
らに工夫することにより、さらなる小型化を行うことか
可能である。そのためには、枠２の周辺を駆動すべきフ
ォーカシングレンズ１と略同形状をなすようにする。枠
２は静電力の力を受けて光軸方向に変位することができ
るように、Ｘ及びＹ方向に短冊状に切断線が施されてい
る。この切断線を９０°方向に対して行うのではなく、
フォーカシングレンズ１と略同形状になるようにするた
めに、枠及び切断処理方向を同心円状に行うのである。
例えば図４にそのような例を示す。また、このような工
夫は枠２のみではなく、下部基板４に対して行っても有
益であることは言うまでもない。

【００１５】ところで、このような光学コンポーネント
と相性の良い内視鏡光学系というのも、最終的な小型拡
大内視鏡を実現するに当たり重要な項目となる。本発明
による光学コンポーネントを内視鏡に利用する際には、
物体側から順に、正パワーを有する第１レンズ群と、正
パワーを有する第２レンズ群よりなり、前記第２レンズ
群中に上記の光学コンポーネントを備えることにより、
第２レンズ群の駆動によって作動距離を変動させるよう
な内視鏡光学系と特に相性が良い。

【００１６】拡大観察を行うための内視鏡光学系には、
大きく分けて、正レンズを変位させて作動距離を変える
タイプと、負レンズを変位させて作動距離を変えるタイ
プの２つに分けられる。ここで、本発明による光学コン
ポーネントは、従来のようなワイヤー駆動の拡大内視鏡
に比べると、比較的小さな力量の静電引力でピント調整
するので、レンズを大きく駆動することができない。こ
のため、フォーカスレンズに負レンズを使用すると、小
さい変位量の中で拡大内視鏡として十分なピント調整量
を得るために、負パワーを大きくする必要が生じてしま
うので、全長が大きく伸びてしまう。

【００１７】したがって、本発明による光学コンポーネ
ントとしては、フォーカスレンズには正レンズ群を使用
することが望ましく、さらに望ましくは、この光学的パ
ワーを最も効果的にピント調整の効果に換算するため
に、フォーカスレンズに入射する光線高をなるべく大き
くする観点から、瞳位置にフォーカスレンズを配置する
構成が望ましい。このためには、正パワーの第２レンズ
群の前に明るさ絞りを配置することが望ましい。

【００１８】なお、第２レンズ群は軽いことが望まれる
が、その望ましい条件とは、具体的には以下の通りであ
る。

【００１９】 ｍ₂ ＜３０（ｍｇ） ・・・（１） ただし、ｍ₂ は第２レンズ群の質量である。もちろんこ
れは軽ければ軽い程供給すべき電圧を低くすることがで
きるので有利であり、 ｍ₂ ＜２０（ｍｇ） ・・・（２） さらには、 ｍ₂ ＜１０（ｍｇ） ・・・（３） を満たすと、各々の質量に応じて電圧を下げることがで
きて、電源装置の制約条件を少なくできるため、コスト
的に有利になっていく。ただし、上記条件式（１）は、
本方式による原理上の限界に近い質量である。

【００２０】また、正パワーの第２レンズ群の駆動距離
はいくらでもよいという訳ではなく、本発明の光学コン
ポーネントにおける静電力から、多くて０．４ｍｍ程度
しか見込めない。すなわち、第２レンズ群の焦点距離ｆ
₂ を、この小さな駆動量と、内視鏡対物レンズとして必
要なピント調整能力とから決める必要がある。

【００２１】ここで、内視鏡対物レンズとして必要なピ
ント調整能力は、およそ焦点距離ｆ _L ＝１．６５ｍｍ、
前側焦点距離ｆ_F ＝０．４ｍｍ程度の内視鏡対物レンズ
において、作動距離が１２ｍｍから２．５ｍｍ程度変動
すればよい。このとき、像面の変動量Δ_img は以下の式
で表される。

【００２２】 Δ_img ＝｛１／（ｆ_F ＋２．５）−１／（ｆ_F ＋１２）｝・ｆ_L ² ・・・（４） ＝０．７２（ｍｍ） ・・・（５） 一方、リアフォーカスレンズにおけるフォーカス移動量
に対する感度ｋを算出する。図５に概念図を示す。図５
において、結像レンズを両矢符で、物体をＯbjで、像面
をＩmgで示し、結像レンズの前側焦点位置からの物体距
離をＺ、後側焦点位置からの距離をＺ’、結像レンズの
焦点距離をｆとした場合、Ｎｅｗｔｏｎの結像関係か
ら、 Ｚ／Ｚ’＝−β² ・・・（６） が成り立つ。これをＺで微分して、 ｄＺ’＝−ｄＺβ² ・・・（７） となる。

【００２３】一方、レンズをΔ分だけ物体側に変動させ
ると、自動的に物体までの距離ＺがΔ分だけ小さくなる
ということなので、 ｄＺ＝−Δ ・・・（８） である。したがって、 ｄＺ’＝Δβ² ・・・（９） レンズがΔ分だけ変動しているため、像面もΔ分変動し
ているから、ピント移動量は、 ピント移動量＝Δ−ｄＺ’＝Δ（１−β² ） ・・・（１０） レンズの移動量はΔなので、レンズの移動に対する像面
の変動量ｋは、 ｋ＝Δ（１−β² ）／Δ＝（１−β² ） ・・・（１１） で表すことができる。

【００２４】ここで、感度とはリアフォーカスレンズの
変動量と像位置の変動量の比である。いま、リアフォー
カスレンズの変動量は静電力から決まり、それは前記の
ようにおよそ０．４ｍｍ以下である。一方、内視鏡とし
て必要なピント調整量は式（５）から０．７２ｍｍであ
るので、満たされなければならない感度の条件は、 １．８＜ｋ ・・・（１２） となる。

【００２５】式（１１）及び式（１２）から、理想的に
は、 １．８＜（１−β² ） ・・・（１３） が内視鏡用として満たすべき条件式となる。ただし、β
は第２レンズ群の倍率である。

【００２６】βはある有限な値をとるので、実際には式
（１２）が１．８を越えることはあり得ない。すなわ
ち、前述のピント移動量を確保することは困難になるの
で、式（１３）の条件を若干外れてしまい、 ０．９＜（１−β² ） ・・・（１４） 程度となる。

【００２７】この場合でも、近接内視鏡の仕様によって
は拡大率が小さめでよいならば有益であるので、かまわ
ない。なお、このときのｋの値は光学系の本質的な特性
を表しているため、ピント移動の前後であまり結果は変
わらない。したがって、第２レンズ群をさらに分割し
て、物体側から順に、正のパワーを有する第１レンズ
と、正のパワーを有する第２レンズ、負のパワーを有す
る第３レンズよりなり、第２レンズの駆動によって作動
距離を変動せしめる内視鏡であるとよりよい。

【００２８】本発明による光学コンポーネントは比較的
小さな力量しかないので、駆動するレンズは極力軽いこ
とが望ましい。このためには、比較的焦点距離の短い単
レンズを本光学コンポーネントで駆動することが望まし
い。一方、内視鏡として必要となるピント調整量から計
算すると、ピント調整に使用する正レンズの焦点距離は
必要な結像性能を得るには短すぎる。逆に、負レンズに
よる補正をその単レンズの後ろに設けると、必要な結像
性能を得ることができる。

【００２９】ここで、前述の光学コンポーネントは下部
基板４に穴７が形成されているから、その穴７にリレー
レンズとしての第３レンズ群を配置することが可能であ
る。図６は後記の実施例１の拡大内視鏡光学系の断面図
であるが、下部基板４の穴７の中に負パワーの最終リレ
ーレンズ群Ｇ３を配置し、その前にピント調整用の焦点
距離の短い第２レンズ群Ｇ２を配置することで、内視鏡
として必要な光学性能を実現している。

【００３０】ここて、前記のフォーカス量を示す式（１
１）に対して、フォーカスレンズのさらに像面側に光学
系が存在し、その倍率がβ_R である場合は、その倍率の
２乗を掛けて、 ｋ＝（１−β² ）・β_R ² ・・・（１５） とすることができる。

【００３１】前記と同様、感度とはリアフォーカスレン
ズの変動量と像位置の変動量の比であり、その比から満
たさなければならない感度の条件が決まる。式（１２）
及び式（１５）から、 １．８＜（１−β² ）・β_R ² ・・・（１６） が満たすべき条件式となる。ただし、βが第２レンズ群
の倍率、β_R が第３レンズ群の倍率である。

【００３２】前記の２群構成の第２レンズ群駆動による
フォーカシング方式に比べ、第２レンズ群と、第３レン
ズ群に分割する構成にすると、第３レンズ群の倍率β_R
を工夫することができるので、条件式（１２）を十分に
満たすことが可能となる。

【００３３】ただし、前記と同様、近接内視鏡の使用に
よっては、拡大率が多少小さめでもよいならば、式（１
６）の条件を若干外れてもかまわない。その際は、 １＜（１−β² ）・β_R ² ・・・（１７） 程度とすることが望ましい。

【００３４】なお、このときも、ｋの値は光学系の本質
的な特性を表しているため、ピント移動の前後であまり
結果は変わりない。したがって、ピント移動の前後の何
れかの位置で満たしていればよい条件である。

【００３５】一方、フォーカシングレンズが単純に焦点
距離が短いと、駆動距離に対して大きなピント調整能力
を持つ。そのため、全系焦点距離に対する第２レンズ群
の焦点距離ｆ₂ の比率を適切に規定する必要がある。こ
こで、正レンズを駆動してフォーカス調整を行う内視鏡
光学系では、厳密にはｆ_Ltele ＜ｆ_Lwide となってしま
い、単純に焦点距離で規定することができないため、以
下のような条件を規定する。

【００３６】 １＜ｆ₂ ／ｆ_Lwide ・・・（１８） ｆ₂ ／ｆ_Ltele ＜２．９ ・・・（１９） ただし、ｆ_Lwide をワイド時（通常観察時）の光学系全
系の焦点距離、ｆ_Lteleを近接観察時の光学系全系の焦
点距離、ｆ₂ を第２レンズ群の焦点距離である。

【００３７】式（１８）の範囲において、ｆ₂ ／ｆ
_Lwide ＜１となると、第２レンズ群の焦点距離が短くな
りすぎるため、第３レンズ群のパワーを相対的に大きく
する必要が生じ、その結果非点格差の発生を抑えること
が困難となってくる。

【００３８】一方、式（１９）の範囲において、２．９
＜ｆ₂ ／ｆ_Ltele であると、第２レンズ群の焦点距離が
長くなりすぎるため、必要なピント調整量を確保するこ
とができない。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明による拡大内視鏡
光学系の実施例１〜４を説明する。図６〜図９にそれぞ
れ実施例１〜４の通常観察時（ａ）と近接観察時（ｂ）
の断面図を示す。これらの実施例の数値データは後記す
る。

【００４０】実施例１から実施例３の何れの拡大内視鏡
光学系も、図６〜図８に示すように、物体側から順に、
正パワーを有する第１レンズ群Ｇ１、正パワーを有する
第２レンズ群Ｇ２、負パワーを有する第３レンズ群Ｇ３
よりなり、平凸正単レンズよりなる第２レンズ群Ｇ２の
光軸方向の駆動によって、作動距離を変動させる実施例
である。

【００４１】第１レンズ群Ｇ１は、何れの実施例も、平
凹負レンズと両凸正レンズからなるレンズグループであ
り、その像面側に開口絞りを有し、第３レンズ群Ｇ３
は、実施例１、２は、像面側に凸の正メニスカスレンズ
と両凹負レンズとの接合レンズ、実施例３は、両凸正レ
ンズと両凹負レンズとの接合レンズからなるレンズグル
ープである。

【００４２】実施例１〜３は、第２レンズ群Ｇ２の正単
レンズの質量として、何れも１０ｍｇ以下として軽量化
を図っている。フォーカスレンズ群Ｇ２は軽ければ軽い
程、駆動のために供給すべき電圧が低くなるので、電気
的な構成上も有利となっている。

【００４３】実施例１〜３には、図６にのみ図示し、図
７、図８には図示を省いたように、穴７の開いた下部基
板４が、その穴７中に第３レンズ群Ｇ３が嵌め込まれそ
の周囲を囲うようにして配置されている。この下部基板
４には電極６が配置されており、第２レンズ群Ｇ２を保
持する枠２に対して静電力を発生し、光軸方向に第２レ
ンズ群Ｇ２をフォーカシングすることができる。これら
実施例の光学系の径方向の大きさは、このような構造を
とることにより、フォーカシング素子Ｇ２を組み込んで
も、元々の光学系の径方向の大きさと略同程度にできる
ので、内視鏡を大径化させることなく、拡大機能を付加
することが可能となる。

【００４４】また、これら実施例では、ワイド観察時
（通常観察時）の焦点距離が、拡大観察時（近接観察
時）の焦点距離に比べて大きいという特徴を持つ。この
ような特性であると、拡大観察時の被写界深度を広くす
ることができて有利である。この点に関して、以下に詳
細に説明する。

【００４５】例えば、先行例における拡大内視鏡は、極
端に被写界深度が狭く、操作性が悪いという欠点を有す
る。

【００４６】ここで、被写界深度の定義を簡単に説明す
る。図１０は、内視鏡光学系の図である。図１０におい
て、ある物体Ｏに対する像Ｉが形成されたとし、像位置
にＣＣＤを配置することで、ピントが合った像を得るこ
とができる。物体Ｏを近接させＯ’の位置とすると、像
位置はＩの位置よりずれることになり、Ｉ’の位置に像
が形成される。逆に、物体Ｏを遠方にしＯ”の位置とす
ると、像位置はＩの位置よりずれることになり、Ｉ”の
位置に像が形成される。ここで、ＣＣＤの位置は固定さ
れているとすると、ＣＣＤ位置における像Ｉ’及びＩ”
は錯乱円径はδとなり、ピントボケした画像になる。し
かしながら、ＣＣＤによる分解能が錯乱円径δより大き
い場合、画像はＣＣＤの分解能で決定され、物体Ｏ’か
らＯ”の範囲はピントが合っているように感じられる。
この範囲を被写界深度と呼ぶ。このときの光学系の実効
口径比をＦ_no、光学系の焦点距離をｆ_L とすると、 ｜１／Ｘ_n −１／Ｘ_f ｜＝２δＦ_no／ｆ_L ² ・・・（２０） が成り立つ。ここで、被写界深度Ｄは、 Ｄ＝Ｘ_f −Ｘ_n ・・・（２１） である。

【００４７】図１１に、Ｙ＝１／Ｘの図を示す。式（２
０）における｜１／Ｘ_n −１／Ｘ_f｜とは、図１１にお
けるＹ方向の大きさを示す。この大きさ２δＦ_no／ｆ_L
² が固定であると、Ｘ_n が小さいとき、すなわち、近接
よりのときの被写界深度Ｄ１はより小さくなる。

【００４８】具体的には、「消化器内視鏡誌」Ｎｏｖ．
１９９７，Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．１１，“増大号／スコー
プと周辺機器のＡｔｏＺ”の１４９５頁に記載されてい
るように、拡大内視鏡の拡大時の被写界深度は２ｍｍか
ら３ｍｍの範囲と狭い。この特性により、術者は１ｍ以
上も大腸に挿入した上で、しかも先端を１ｍｍレベルの
操作を行うなう必要が生じ、内視鏡操作に熟練を要する
という問題がある。この課題を解決するためには、焦点
距離と作動距離を変化させる焦点調整手段によって、通
常観察像と近接観察像を固体撮像素子に撮像し、表示装
置に表示する内視鏡において、通常観察時の焦点距離と
作動距離を各々ｆ_Lwide 、ＷＤ_wide、近接観察時の焦点
距離と作動距離を各々ｆ_Ltele 、ＷＤ_teleとした場合
に、 ＷＤ_wide＞ＷＤ_tele ・・・（２２） ｆ_Lwide ≧ｆ_Ltele ・・・（２３） なる条件を満たしていることが望ましい。

【００４９】一般的に。光学系倍率βは、以下の式で与
えられる。

【００５０】 β＝−ｆ_L ／（ｆ_F ＋Ｚ） ・・・（２３） ただし、ｆ_L は光学系焦点距離、ｆ_F は光学系前側焦点
距離、Ｚは光学系表面から物体までの距離である。

【００５１】すなわち、拡大内視鏡として倍率βをなる
べく大きくするためには、光学系表面から物体までの距
離Ｚをなるべく小さくするか、焦点距離ｆ_L をなるべく
大きくすることが必要である。

【００５２】一方、上記した通り、光学系表面から物体
までの距離Ｚを小さくしたり、焦点距離ｆ_L を短くする
と、被写界深度が狭くなり、操作性が悪くなる。

【００５３】この拡大倍率と被写界深度をうまく両立さ
せるために、本発明では、 ＷＤ_wide＞ＷＤ_tele ・・・（２２） の条件をまずは規定した。これは、拡大倍率を確保する
ために最低限必要な条件である。また、拡大観察を行う
場合には、医者は病変部に色素を散布して病変にコント
ラストをつけることを行うが、これによって被写体から
の反射光が弱まり、暗くなるという問題が時として生ず
る。しかしながら、式（２２）の条件を満たしてさえい
れば、近接して照明レンズと被写体までの距離を近接す
ることで明るさを向上せしめることができるので、この
暗くなる問題も対策できる。

【００５４】次に、拡大観察時の被写界深度をなるべく
広くとるために、本発明では、 ｆ_Lwide ≧ｆ_Ltele ・・・（２３） なる条件を規定した。式（２０）から分かるように、焦
点距離ｆ_L を小さくすると、被写界深度Ｄに対して２乗
で作用する。したがって、被写界深度を広げるために
は、焦点距離が、拡大時にｆ_Lwide ≧ｆ_Ltele となるよ
うに小さくし、また、拡大倍率を大きくするために式
（２２）を満たすように近接するのである。

【００５５】以上のように、式（２２）、式（２３）を
同時に満たすことで、拡大倍率が大きく、しかも被写界
深度が広く、使い勝手の良い拡大内視鏡が提供できるの
である。

【００５６】以上のように、拡大時に焦点距離を短くな
るように構成することは、被写界深度が狭くなる近接観
察時の内視鏡の操作性を向上させる上で大なる効果を有
するのである。

【００５７】実施例４は、図９に示すように、物体側か
ら順に、正パワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、正パワ
ーを有する第２レンズ群Ｇ２よりなり、第２レンズ群Ｇ
２の光軸方向の駆動によって、作動距離を変動させる実
施例である。

【００５８】第１レンズ群Ｇ１は、平凹負レンズと両凸
正レンズからなるレンズグループであり、その像面側に
開口絞りを有し、第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズと
像面側に凸の負メニスカスレンズとの接合レンズからな
るレンズグループである。

【００５９】本実施例には、図示のように、穴７の開い
た下部基板４が配置されているが、ここでの穴７の役割
は、光線が遮られることなしに、像面に配置された固体
撮像素子へ導かれるために、下部基板４に単純に穴７が
開いている。この下部基板４には電極６が配置されてお
り、第２レンズ群Ｇ２を保持する枠２に対して静電力を
発生し、光軸方向に第２レンズ群Ｇ２をフォーカシング
することができる。この実施例の光学系の径方向の大き
さは、このような構造をとることにより、フォーカシン
グ素子Ｇ２を組み込んでも、元々の光学系の径方向の大
きさと略同程度にできるので、内視鏡を大径化させるこ
となく、拡大機能を付加することが可能となる。

【００６０】以下に、上記各実施例の数値データを示す
が、記号は上記の外、ＷＤは作動距離、ｆ_L は全系焦点
距離、ｒ₁ 、ｒ₂ …は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁ 、ｄ
₂ …は各レンズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は各レンズの
ｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は各レンズのアッベ数であ
る。

【００６１】 実施例１ ｒ₁ = ∞ ｄ₁ = 0.4466 ｎ_d1 =1.88300 ν_d1 =40.78 ｒ₂ = 0.9795 ｄ₂ = 0.7280 ｒ₃ = 3.8831 ｄ₃ = 2.0580 ｎ_d2 =1.77250 ν_d2 =49.60 ｒ₄ = -2.2328 ｄ₄ = 0.0971 ｒ₅ = ∞（絞り） ｄ₅ = （可変） ｒ₆ = ∞ ｄ₆ = 0.6019 ｎ_d3 =1.88300 ν_d3 =40.76 ｒ₇ = -2.2328 ｄ₇ = （可変） ｒ₈ = -4.8539 ｄ₈ = 1.2620 ｎ_d4 =1.69680 ν_d4 =55.53 ｒ₉ = -1.4018 ｄ₉ = 0.2718 ｎ_d5 =1.84666 ν_d5 =23.78 ｒ₁₀= 969.8029 ｄ₁₀= 1.4820 ｒ₁₁= ∞ ｄ₁₁= 1.0000 ｎ_d6 =1.52287 ν_d6 =59.89 ｒ₁₂= ∞ ｄ₁₂= （可変） ｒ₁₃= ∞（像面） フォーカスデータ ＷＤ (mm) 12.0000 2.5000 ｆ_L mm) 1.6 1.456 ｄ₅ 0.8472 0.6530 ｄ₇ 0.1553 0.3495 ｄ₁₂ 0.0000 0.0627 β 0.194 0.109 β_R 1.708 1.724 （１−β² ）・β_R ² 2.81 2.94 ｆ₂ ／ｆ_L 1.58 1.74 ｆ₂ ＝2.529 ｍｍ ｍ₂ ＝8.61 ｍｇ 。

【００６２】 実施例２ ｒ₁ = ∞ ｄ₁ = 0.4466 ｎ_d1 =1.88300 ν_d1 =40.78 ｒ₂ = 0.9795 ｄ₂ = 0.7280 ｒ₃ = 3.8831 ｄ₃ = 2.0580 ｎ_d2 =1.77250 ν_d2 =49.60 ｒ₄ = -2.2328 ｄ₄ = 0.0971 ｒ₅ = ∞（絞り） ｄ₅ = （可変） ｒ₆ = ∞ ｄ₆ = 0.6019 ｎ_d3 =1.88300 ν_d3 =40.76 ｒ₇ = -1.6000 ｄ₇ = （可変） ｒ₈ = -2.6000 ｄ₈ = 1.2620 ｎ_d4 =1.69680 ν_d4 =55.53 ｒ₉ = -1.4018 ｄ₉ = 0.2718 ｎ_d5 =1.84666 ν_d5 =23.78 ｒ₁₀= 10.0000 ｄ₁₀= 1.1903 ｒ₁₁= ∞ ｄ₁₁= 1.0000 ｎ_d6 =1.52287 ν_d6 =59.89 ｒ₁₂= ∞ ｄ₁₂= 0.0000 ｒ₁₃= ∞（像面） フォーカスデータ ＷＤ (mm) 12.0000 1.4500 ｆ_L mm) 1.547 1.268 ｄ₅ 0.8472 0.6530 ｄ₇ 0.1553 0.3495 β 0.147 0.041 β_R 2.186 2.183 （１−β² ）・β_R ² 4.675 4.757 ｆ₂ ／ｆ_L 1.17 1.43 ｆ₂ ＝1.812 ｍｍ ｍ₂ ＝7.64 ｍｇ 。

【００６３】 実施例３ ｒ₁ = ∞ ｄ₁ = 0.4466 ｎ_d1 =1.88300 ν_d1 =40.78 ｒ₂ = 0.9795 ｄ₂ = 0.7280 ｒ₃ = 3.8831 ｄ₃ = 2.0580 ｎ_d2 =1.77250 ν_d2 =49.60 ｒ₄ = -2.2328 ｄ₄ = 0.0971 ｒ₅ = ∞（絞り） ｄ₅ = （可変） ｒ₆ = ∞ ｄ₆ = 0.6019 ｎ_d3 =1.88300 ν_d3 =40.76 ｒ₇ = -4.0000 ｄ₇ = （可変） ｒ₈ = 20.0000 ｄ₈ = 1.2620 ｎ_d4 =1.69680 ν_d4 =55.53 ｒ₉ = -1.4018 ｄ₉ = 0.2718 ｎ_d5 =1.84666 ν_d5 =23.78 ｒ₁₀= -90.0000 ｄ₁₀= 1.6540 ｒ₁₁= ∞ ｄ₁₁= 1.0000 ｎ_d6 =1.52287 ν_d6 =59.89 ｒ₁₂= ∞ ｄ₁₂= （可変） ｒ₁₃= ∞（像面） フォーカスデータ ＷＤ (mm) 12.0000 5.0000 ｆ_L mm) 1.636 1.594 ｄ₅ 0.8472 0.6530 ｄ₇ 0.1553 0.3495 ｄ₁₂ 0.0000 0.0479 β 0.302 0.251 β_R 1.123 1.126 （１−β² ）・β_R ² 1.15 1.19 ｆ₂ ／ｆ_L 2.77 2.84 ｆ₂ ＝4.53 ｍｍ ｍ₂ ＝9.58 ｍｇ 。

【００６４】 実施例４ ｒ₁ = ∞ ｄ₁ = 0.4600 ｎ_d1 =1.88300 ν_d1 =40.78 ｒ₂ = 2.0000 ｄ₂ = 0.7500 ｒ₃ = 5.9080 ｄ₃ = 2.1200 ｎ_d2 =1.77250 ν_d2 =49.60 ｒ₄ = -5.0000 ｄ₄ = 0.1000 ｒ₅ = ∞（絞り） ｄ₅ = （可変） ｒ₆ = 4.0000 ｄ₆ = 1.3000 ｎ_d3 =1.69680 ν_d3 =55.53 ｒ₇ = -2.0000 ｄ₇ = 0.2800 ｎ_d4 =1.84666 ν_d4 =23.78 ｒ₈ = -3.0000 ｄ₈ = （可変） ｒ₉ = ∞ ｄ₉ = 1.2500 ｎ_d5 =1.52287 ν_d5 =59.89 ｒ₁₀= ∞ ｄ₁₀= （可変） ｒ₁₁= ∞（像面） フォーカスデータ ＷＤ (mm) 12.0000 3.5000 ｆ_L mm) 1.75 1.753 ｄ₅ 1.0000 0.8000 ｄ₈ 1.9128 2.1128 ｄ₁₀ 0.0000 0.2708 β -0.1 -0.27 （１−β² ） 0.99 0.93 ｆ₂ ／ｆ_L 1.637 1.633 ｆ₂ ＝2.864 ｍｍ ｍ₂ ＝26.8 ｍｇ 。

【００６５】なお、以上の本発明で使用したＭＥＭＳ技
術を用いたフォーカシングコンポーネントは、以上に説
明したように設計的に優れた作用を有するが、他にも優
れた効果を発揮する。

【００６６】例えば、バネ状の枠は比較的可動性に富む
ため、電極部における静電力の発生を一部の電極のみに
発生させることにより、フォーカシングレンズを光軸と
は垂直な方向に対して変動させ、これにより観察の方向
を変えるような構成も考えられる。このようにすると、
例えば細い管腔に内視鏡を使用している場合には、周辺
の病変を発見したとしても内視鏡先端の挿入方向を変え
て病変部を視野の中心に据えることができないが、ユー
ザーの思う通りに視野方向が可変可能ならば、内視鏡先
端の挿入方向を変えずに病変を正面視するように視野方
向に調整することが可能となる。

【００６７】あるいは、本発明によるフォーカシング作
用は、電圧に応じてフォーカスレンズの位置が決まるた
め、光学系倍率等の諸特性が電圧値により容易に予測可
能なため、電圧値を基に現在ユーザーが観察している状
態が何倍の状態なのかモニター画面上に表示したりする
ことも可能であるとのメリットも享受できる。

【００６８】このように、本発明による光学コンポーネ
ントを内視鏡に利用することは、多くの付加機能を生
み、有益である。

【００６９】以上の本発明の光学コンポーネントとそれ
を用いた内視鏡、内視鏡光学系は、例えば次のように構
成することができる。

【００７０】〔１〕 静電力を発生させる電極部を有す
る基板部と、静電気の作用を受けることのできる枠部と
を備えており、前記枠部が光学レンズと連結しており、
静電駆動の作用によって前記光学レンズを駆動可能な光
学コンポーネントにおいて、前記基板部に穴を形成した
ことを特徴とする光学コンポーネント。

【００７１】〔２〕 前記光学レンズが以下の条件を満
たすことを特徴とする上記１記載の光学コンポーネン
ト。

【００７２】 ｍ₂ ＜３０（ｍｇ） ・・・（１） ただし、ｍ₂ は前記光学レンズの質量である。

【００７３】〔３〕 上記１又は２記載の光学コンポー
ネントを備えていることを特徴とする内視鏡。

【００７４】〔４〕 前記光学レンズが正パワーを有す
ることを特徴とする上記３記載の内視鏡。

【００７５】〔５〕 前記光学レンズの駆動により光学
特性が以下の条件を満たすことを特徴とする上記３記載
の内視鏡。

【００７６】 ＷＤ_wide＞ＷＤ_tele ・・・（２２） ｆ_Lwide ≧ｆ_Ltele ・・・（２３） ただし、ｆ_Lwide 、ＷＤ_wideは各々通常観察時の光学系
全系の焦点距離と作動距離、ｆ_Ltele 、ＷＤ_teleは各々
近接観察時の光学系全系の焦点距離と作動距離である。

【００７７】〔６〕 前記枠部の周辺が前記光学レンズ
と略同形状であることを特徴とする上記１又は２記載の
光学コンポーネント。

【００７８】〔７〕 前記下部基板の周辺が前記光学レ
ンズと略同形状であることを特徴とする上記１又は２記
載の光学コンポーネント。

【００７９】〔８〕 前記穴の中に別の光学系が貫通し
ていることを特徴とする上記１又は２記載の光学コンポ
ーネント。

【００８０】

〔９〕 前記光学レンズの前に明るさ絞り
を配置したことを特徴とする上記１又は２記載の光学コ
ンポーネント。

【００８１】〔１０〕 物体側から順に、正パワーを有
する第１レンズ群、正パワーを有する第２レンズ群、負
パワーを有する第３レンズ群を備えた光学系において、
第２レンズ群と連結している枠部と電極部を有する基板
部とをさらに備え、前記枠部は前記電極部による静電力
の作用を受けて前記第２レンズ群を駆動させることによ
り、光学系の作動距離を可変とすることを特徴とする内
視鏡光学系。

【００８２】〔１１〕 前記第２レンズ群が以下の条件
を満たすことを特徴とする上記１０記載の内視鏡光学系 １＜（１−β² ）・β_R ² ・・・（１７） ただし、βは前記第２レンズ群の倍率、β_R は前記第３
レンズ群の倍率である。

【００８３】〔１２〕 前記第２レンズ群が以下の条件
を満たすことを特徴とする上記１０記載の内視鏡光学系 １．８＜（１−β² ）・β_R ² ・・・（１６） ただし、βは前記第２レンズ群の倍率、β_R は前記第３
レンズ群の倍率である。

【００８４】〔１３〕 前記第２レンズ群が以下の条件
を満たすことを特徴とする上記１０〜１２の何れか１項
記載の内視鏡光学系 １＜ｆ₂ ／ｆ_Lwide ・・・（１８） ｆ₂ ／ｆ_Ltele ＜２．９ ・・・（１９） ただし、ｆ_Lwide は通常観察時の光学系全系の焦点距
離、ｆ_Ltele は近接観察時の光学系全系の焦点距離、ｆ
₂ は前記第２レンズ群の焦点距離である。

【００８５】〔１４〕 前記第２レンズ群が以下の条件
を満たすことを特徴とする上記１０〜１３の何れか１項
記載の内視鏡光学系 ｍ₂ ＜３０（ｍｇ） ・・・（１） ただし、ｍ₂ は前記第２レンズ群の質量である。

【００８６】〔１５〕 物体側から順に、正パワーを有
する第１レンズ群と、正パワーを有する第２レンズ群を
備えた光学系において、第２レンズ群と連結している枠
部と電極部を有する基板部とをさらに備え、前記枠部は
前記電極部による静電力の作用を受けて前記第２レンズ
群を駆動させることにより、光学系の作動距離を可変と
することを特徴とする内視鏡光学系。

【００８７】〔１６〕 前記第２レンズ群が以下の条件
を満たすことを特徴とする上記１５記載の内視鏡光学系 ０．９＜（１−β² ） ・・・（１４） ただし、βは前記第２レンズ群の倍率である。

【００８８】〔１７〕 前記第２レンズ群が以下の条件
を満たすことを特徴とする上記１５又は１６記載の内視
鏡光学系 ｍ₂ ＜３０（ｍｇ） ・・・（１） ただし、ｍ₂ は前記第２レンズ群の質量である。

【００８９】〔１８〕 前記第２レンズ群が以下の条件
を満たすことを特徴とする上記１５〜１７の何れか１項
記載の内視鏡光学系 １＜ｆ₂ ／ｆ_Lwide ・・・（１８） ｆ₂ ／ｆ_Ltele ＜２．９ ・・・（１９） ただし、ｆ_Lwide は通常観察時の光学系全系の焦点距
離、ｆ_Ltele は近接観察時の光学系全系の焦点距離、ｆ
₂ は前記第２レンズ群の焦点距離である。

【００９０】〔１９〕 前記第２レンズ群の駆動により
光学特性が以下の条件を満たすことを特徴とする上記１
０〜１８の何れか１項記載の内視鏡光学系 ＷＤ_wide＞ＷＤ_tele ・・・（２２） ｆ_Lwide ≧ｆ_Ltele ・・・（２３） ただし、ｆ_Lwide 、ＷＤ_wideは各々通常観察時の光学系
全系焦点距離と作動距離、ｆ_Ltele 、ＷＤ_teleは各々近
接観察時の光学系全系焦点距離と作動距離である。

【００９１】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、静電
引力によってレンズ枠全体を駆動してフォーカシングす
るような素子を用い、しかも、さらに色々な工夫を凝ら
すことで、ワイヤーによる従来型の拡大内視鏡の診断能
を損ねることなく、小径で苦痛の少ない拡大内視鏡の対
物光学系を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学コンポーネントの分解斜視図
である。

【図２】図１の光学コンポーネントの縦断面図である。

【図３】図１の光学コンポーネントの金属枠の構成を説
明するための図である。

【図４】本発明による光学コンポーネントの金属枠の別
の例を示す図である。

【図５】リアフォーカスレンズにおけるフォーカス移動
量に対する感度を算出するための概念図である。

【図６】実施例１の拡大内視鏡光学系の通常観察時
（ａ）と近接観察時（ｂ）の断面図である。

【図７】実施例２の拡大内視鏡光学系の図６と同様な断
面図である。

【図８】実施例３の拡大内視鏡光学系の図６と同様な断
面図である。

【図９】実施例４の拡大内視鏡光学系の図６と同様な断
面図である。

【図１０】被写界深度の定義を説明するための内視鏡光
学系の図である。

【図１１】近接よりの観察における被写界深度がより小
さくなることを説明するための図である。

【図１２】従来の拡大型内視鏡におけるレンズを駆動す
る方法を示す図である。

【図１３】従来の可変焦点凹面鏡の断面図である。

【符号の説明】

１…フォーカスレンズ ２…金属枠 ２₁ 〜２₄ …板バネ ３…上側基板 ４…下部基板 ５…シリコン ６…電極 ７…穴 ８…可変電源 Ｇ１…第１レンズ群 Ｇ２…第２レンズ群 Ｇ３…第３レンズ群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 13/00 Ｇ０２Ｂ 13/04 Ｄ 13/04 23/24 Ａ 23/24 7/04 Ｅ Ｆターム(参考） 2H040 BA05 CA23 DA41 2H044 BE04 BE07 BE10 DA01 DB00 DB04 DC01 2H087 KA10 MA07 MA08 PA03 PA04 PA18 PB04 PB05 QA06 QA07 QA18 QA21 QA25 QA37 QA38 QA39 QA41 QA45 RA42 4C061 FF40 FF47 JJ06 NN01 PP13

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電力を発生させる電極部を有する基板
   部と、静電気の作用を受けることのできる枠部とを備え
   ており、前記枠部が光学レンズと連結しており、静電駆
   動の作用によって前記光学レンズを駆動可能な光学コン
   ポーネントにおいて、前記基板部に穴を形成したことを
   特徴とする光学コンポーネント。
2. 【請求項２】 物体側から順に、正パワーを有する第１
   レンズ群、正パワーを有する第２レンズ群、負パワーを
   有する第３レンズ群を備えた光学系において、第２レン
   ズ群と連結している枠部と電極部を有する基板部とをさ
   らに備え、前記枠部は前記電極部による静電力の作用を
   受けて前記第２レンズ群を駆動させることにより、光学
   系の作動距離を可変とすることを特徴とする内視鏡光学
   系。
3. 【請求項３】 物体側から順に、正パワーを有する第１
   レンズ群と、正パワーを有する第２レンズ群を備えた光
   学系において、第２レンズ群と連結している枠部と電極
   部を有する基板部とをさらに備え、前記枠部は前記電極
   部による静電力の作用を受けて前記第２レンズ群を駆動
   させることにより、光学系の作動距離を可変とすること
   を特徴とする内視鏡光学系。