JP2006251272A - 内視鏡撮像ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 対物光学系と固体撮像素子とより構成される内視鏡撮像ユニットで、外径が細く、部品や組立のばらつきによる視野角の変動が小さく、最大視野角が１５０°以上の撮像ユニットを得る。
【解決手段】 対物光学系と固体撮像素子とよりなり、対物光学系を物体側に凸面を向けた負のパワーのメニスカス形状の第１レンズを含む負の第１群と、１枚の凸レンズを含む正の第２群と、第１群と第２群の間に配置された明るさ絞りとにて構成し、下記条件（１）、（２）、（３）を満足するようにした。
（１） ０．７＜ｆ／ＩＨ＜１
（２） −１．２＜ｆ１／ｆ＜−０．７
（３） ０．９＜Ｄ／｜ｆ１｜＜１．８
【選択図】 図１

Description

本発明は、対物光学系と固体撮像素子とより構成される最大視野角が１５０°以上の内視鏡撮像ユニットに関するものである。

対物光学系と固体撮像素子とより構成されている内視鏡撮像ユニットを備えた電子内視鏡は、体腔内等の比較的狭い空間の観察に用いられる。

この電子内視鏡を使用する際、病変部等の異物を発見しやすいように、比較的視野角が広い内視鏡ユニットが用いられる。

例えば、近年の医療用内視鏡は、最大視野角が９０°〜１４０°程度のものが一般的である。しかし、この医療用内視鏡は、体腔内のような空間を見落とすことなく観察するためには時間がかかり、そのため検査時間が長くなる。

この検査時間を短くするためには、内視鏡は視野角の一層の広角化が求められる視野角が必要である。視野角を１５０°以上と一層広角にすることにより、管腔内でより広い範囲を一度に観察することができ、検査時間の短縮にとって好ましい。

このような、視野角１５０°以上の内視鏡対物光学系の従来例として、次の文献に記載されている光学系が知られている。
特開平３−２００９１１号公報 特開平４−２７５５１４号公報 特開平１０−３９２０６号公報 特開２００２−７２０８５号公報 特開２００２−３２８２９９号公報 これら特許文献のうち、特許文献１には実施例７、８として、また特許文献２には実施例５として、夫々視野角が１５０°以上の内視鏡対物レンズが記載されている。しかし、これら従来例の内視鏡対物レンズは、量産品と製品化されていない。

また、内視鏡対物レンズ以外で、最大視野角が１５０°以上のレンズ系が前記特許文献３、４、５に記載されている。これら文献に記載されているレンズ系は、スチルビデオカメラや監視カメラ等の用途に用いられるレンズ系である。

最大視野角が９０°〜１４０°程度の内視鏡は、例えば大腸のような管腔内にひだがある形状の被写体を観察する場合、ひだの裏側を見るためには、内視鏡先端を湾曲させるという操作が必要になり、操作が煩雑になり時間がかかるという問題がある。

前記特許文献２に開示されている内視鏡対物レンズは、３群４枚タイプのレンズ系で、レンズの製造誤差やレンズ枠の製造誤差、撮像ユニットの組立時の製造誤差が視野角変化に及ぼす影響が特に大きいため、安定した生産が難しいという問題がある。

また、この内視鏡対物レンズは、画像周辺部の歪みが大きく、周辺部に写る被写体がつぶれ、観察しにくい。

一方、特許文献１に記載されている対物レンズは、歪曲収差が小さいため画像周辺部は比較的観察しやすいが、画像中心部の倍率が小さくなりすぎる。そのため、詳細に観察したい部位を大きく見ることができない。また、この対物レンズは、最も物体側のレンズ面の出っ張りが大きく、レンズに傷がつきやすく、水きれがよくない。

また、特許文献３、４に記載されているレンズ系は、いずれも最も物体側のレンズの外径がそれ以降のレンズに比べて著しく大である。そのために、これら文献に記載されたレンズ系を、内視鏡対物レンズとして用いた場合、例えば図 １８や図１９に示すようになる。

これら図から明らかなように、撮像ユニットの径方向で見たとき、最も物体側のレンズの外径が、撮像素子よりも大である。そのために、これら文献に記載されたレンズ系を用いるとき、撮像ユニットの最大外径が最も物体側のレンズの外径により決まり、撮像ユニットが大になる。

更に、特許文献１、特許文献４、特許文献５のレンズ系は、レンズ系中に非球面が用いられている。そのため、非球面の精度が要求され、精度が悪いと画質が劣化する。また、非球面レンズは、高い精度での加工が難しく、そのために、歩留りが悪く、製造コストが高くなる。

本発明は、画像の中心と周辺の倍率のバランスが良好であり、外径が細く、部品や組立のばらつきによる視野角の変動が小さい、最大視野角が１５０°以上である内視鏡撮像ユニットを提供するものである。

本発明の内視鏡撮像ユニットの第１の構成は、対物光学系と固体撮像素子とにて構成され、対物光学系が物体側に凸面を向けた負のパワーのメニスカス形状の第１レンズを含み全体として負の屈折力を有する第１群と、少なくとも１枚の凸レンズを含む全体として正のパワーを有する第２群と、第１群と第２群との間に配置された明るさ絞りとより構成され、下記条件（１）、（２）、（３）を満足し、最大視野角が１５０°以上であることを特徴とする。

（１） ０．７＜ｆ／ＩＨ＜１
（２） −１．２＜ｆ１／ｆ＜−０．７
（３） ０．９＜Ｄ／｜ｆ１｜＜１．８
ただし、ｆは対物光学系の焦点距離、ＩＨは固体撮像素子の表示エリア内での最大像高、ｆ１は第１群の焦点距離、Ｄは第１群の第１レンズの像側の面から明るさ絞りまでの光軸上の空気換算長である。

条件（１）は、対物光学系の焦点距離と最大像高との関係を規定したものである。尚、最大像高ＩＨは図２１に示す。この条件（１）において、ｆ／ＩＨの値が下限値を超えて０．７より下回ると、第１レンズの外径が大になり、中心倍率が低くなり、本発明の目的を達成し得なくなる。また、ｆ／ＩＨの値が上限値を超えて１より大になると最大視野角１５０°を超えるのが困難になる。

条件（２）は対物光学系の第１群のパワー配分を規定したものである。

本発明の対物光学系は、視野角が１５０°以上の超広角であり、このような視野角を広げるためには、第１群を比較的強い負のパワーにする必要がある。しかし、第１群の負のパワーを光学系の全系に対しあまり強くすると、第１群のレンズの形状や位置が、製造のばらつきにより、視野角や偏角が大きく変化する。 以上のことから設けたのが条件（２）である。この条件（２）においてｆ１／ｆの値が上限値を超えた−０．７より大になると第１群のパワーが強くなりすぎてレンズの形状等のばらつきに弱く、安定した生産が困難になる。

また、ｆ１／ｆが下限値を超えて−１．２より小になると、第１レンズの外径が大になり、最も物体側のレンズ表面の出っ張りが大になり、レンズに傷がつきやすくなり、洗浄性に問題がでる。

条件（３）は、第１群（第１レンズ）と明るさ絞りの位置関係を規定するための条件である。

条件（３）において、Ｄ／｜ｆ１｜が下限値を超えて０．９より小になると周辺部での倍率が低くなり、画像が見にくくなり、また、部品や組立のばらつきにより視野角の変動が大きくなり、安定した生産が困難になる。条件（３）の上限値を超えて、１．８より大になると、第１レンズ（最も物体側のレンズ）の外径が大になり、また、中心倍率が低くなるため本発明の目的を達成し得なくなる。

本発明の撮像ユニットは、その対物光学系の第２群を少なくとも１枚の凸レンズを含み全体として正の屈折力を有する前群と、少なくとも一つの接合レンズを含む後群とにて構成することが望ましい。第２群を前記の通りの構成にすることにより、軸上色収差、倍率の色収差、像面湾曲を良好に補正することが可能である。

本発明の撮像ユニットは、前記構成を有することにより、視野角が１５０°以上であって、比較的少ない枚数の球面レンズを用いて、画角の中心と周辺との倍率のバランスが良く、外径が細くて部品や組立のばらつきによる視野角の変動の少ないという効果が得られる。

更に、本発明の撮像ユニットで用いる対物光学系は、第１群が物体側に凸面を向けた負の屈折力を有する１枚のメニスカスレンズにて構成され、第２群中の前群が物体側の面が平面で像側の面が凸面である平凸レンズ１枚もしくは物体側の面が凹面であり像側の面が凸面の正の屈折力を有するメニスカスレンズ１枚にて構成され、第２群の後群が全体として正の屈折力を有する一つの接合レンズにて構成された構成にすることにより、光学系全体が４枚のレンズよりなるコンパクトな構成で、諸収差が良好に補正された光学系になし得る。

あるいは、前記光学系の第２群中の前群を、明るさ絞りを蒸着した平行平面板、もしくは色調を補正するフィルタやレーザー光等をカットするフィルタからなる平行平面板と物体側の面が平面で像側の面が凹面である平凸レンズとを接合した接合レンズにすることにより、撮像ユニットの部品点数を少なくすることができる。

また、次の第２の構成の内視鏡撮像ユニットも本願の目的を達成し得る。

対物光学系が球面レンズと平行平面板のみからなり、最も物体側に第１レンズを有し、次の条件（４）、（５）を満足することを特徴とする。

（４） ４ｆ＜ｒ₁＜１２ｆ
（５） ｜ＬＨ｜≦ＩＨ
ただし、ｒ₁は第１レンズの最も物体側の面の曲率半径、ＬＨは固体撮像素子の表示エリア内での最大像高に入射する主光線の最も物体側表面における光軸からの距離である。

上記条件のうち、条件（４）は、第１レンズの最も物体側の面である凸面の形状を規定したものである。この条件（４）において、下限値を超えてｒ₁の値が４ｆより小になると、レンズ表面の出っ張りが大になり、レンズに傷がつきやすく、また水切れが悪くなり洗浄性が問題になる。また、中心倍率が小になり、詳細に観察したい部位が見つかったときにその部位の拡大しての観察が行ないにくくなる。また、条件（４）の上限値を超えたｒ₁が１２ｆよりも大になると、画像周辺部の歪みが大きくなりすぎ、周辺部の被写体の像がつぶれ観察しにくくなる。

条件（５）は、対物光学系を通る光線の経路を規定するものである。この条件（５）を満足する範囲内であれば図１７に示すように、内視鏡の最大外径 が、撮像ユニットの径方向の固体撮像素子のサイズにて決まるため、内視鏡挿入部先端の外径を比較的細くできる。条件（５）より外れて｜ＬＨ｜の値が最大像高ＩＨよりも大になると、撮像ユニットの外径が、第１レンズの外径に依存して大になり、外径の細い内視鏡を実現することが困難になる。

以上のように、本発明の内視鏡撮像ユニットの第２の構成は、対物光学系が、条件（４）、（５）を満足するように構成され、これにより、最大視野角１５０°以上の撮像ユニットで、洗浄性や水きれが良く、レンズ面に傷がつきにくく、画像の中心と周辺の倍率のバランスが良好で、外径を細くし得るという効果が得られる。

また、本発明の内視鏡撮像ユニットは、次のように構成することが、本発明の目的を達成する上でより望ましい。

即ち、本発明の内視鏡撮像ユニットの第３の構成は、最大視野角が１５０°以上であり、図２０に示すように光軸に対し７５°の方向から対物光学系に入射する光線が結像する像高をＩＨ１、光軸に対し５０°の方向から対物光学系に入射する光線が結像する像高をＩＨ２とするとき、次の条件（６）を満足することを特徴とする。

（６） ０．６８＜ＩＨ２／ＩＨ１＜０．７６
この条件（６）は対物光学系に光軸に対し夫々７５°、５０°にて入射する光線の像高の比を規定する条件で、最大視野角が１５０°以上の広角の撮像ユニットにおいて、内視鏡にての観察に適した画像中心部の倍率と、画像周辺部の歪み方を規定する。

本発明のように、最大視野角１５０°以上の広角の撮像ユニットを備えた内視鏡は、スクリーニング時に捉えた被写体の一部が視野の中心に来るように操作して、近接させて詳細に観察するといった使い方が行なわれる。

本発明のように、従来の内視鏡に比べて広角の効果を得るようにするためには、最大視野角が１５０°（半画角７５°）程度以上必要であると考えられ、その際の注視するための領域が１００°以内（半画角５０°以内）であると考えられる。

そのために、画像の中心と周辺の倍率のバランスをよくするためには、半画角５０°までの視野範囲と、半画角７５°までの視野範囲の比率を適切なものに規定することが効果的である。

条件（６）において、上限を超えてＩＨ２／ＩＨ１の値が０．７６以上になると画像周辺部の被写体像がつぶれてしまい、周辺部の観察が行ないにくくなる。また下限を超えてＩＨ２／ＩＨ１の値が０．６８以下になると被写体像の周辺部はみやすくなるが、中心の倍率が小さくなりすぎて、拡大して詳細に観察することが困難になる。

条件（６）を満足する範囲内であれば、画像の中心と周辺の倍率のバランスが良好に保たれ、スクリーニング時に周辺部までの広い範囲にわたって観察しやすく、また中心部の倍率が小さくなりすぎないため近接拡大して詳細に観察することが可能になる。

この場合、像高ＩＨ１と像高０．９５×ＩＨ１との歪曲収差の差ΔＤＴが下記条件を満足することがより望ましい。

−１２＜ΔＤＴ＜−８
上記条件にて規定するΔＤＴは、最大像高付近における歪曲収差の変化の大きさに対応する。

この条件においてがΔＤＴが下限を超えて−１２以下になると、画像周辺部における被写体像がつぶれてしまうため、周辺部の観察を行ないにくくなる。また、部品や組立のばらつきにより視野角の変動が大きくなり、安定した生産が行ないにくくなる。またΔＤＴの値が条件の上限を超えて−８以上になると、周辺部の観察は容易になるが中心の倍率が小さくなりすぎて拡大して詳細に観察することが困難になる。

以上述べた第２、第３の構成の撮像ユニットにおいて、対物光学系のレンズ構成は第１の構成の対物光学系と同様、物体側に凸面を向けた負のパワーのメニスカス形状の第１レンズを含み全体として負の屈折力を有する第１群と、少なくとも１枚の凸レンズを含み全体として正の屈折力を有する第２群と、第１群と第２群の間に配置された明るさ絞りとにて構成することが望ましい。

また、第２群中に平行平面板と平凸レンズを接合したレンズユニットを配置してもよい。

また、本発明の第１、第２、第３の構成の撮像ユニットにおいて、固体撮像素子として画素毎に色フィルタを配置したカラーの固体撮像素子を用いる場合、図２１に示す固体撮像素子が次の条件（７）、（８）、（９）を満足することが望ましい。

（７） Ｗ／ｐ＞５００
（８） ２４０＜ｆ／ｐ＜４８０
（９） ２４００×ｐ＜Ｆｎｏ．＜４２００×ｐ
ただし、Ｗは図２１に示す固体撮像素子の有効撮像エリアの水平方向の長さ、ｐは固体撮像素子の水平方向の画素ピッチ、Ｆｎｏ．は対物光学系のＦナンバーである。

上記条件（７）、（８）、（９）は、以上述べた画像の中心と周辺の倍率がバランスよく保たれるようにした撮像ユニットにおいて、対物光学系と、画素毎に色フィルタが配置されたカラーの固体撮像素子とを組み合わせたときに、被写界深度や解像力を向上させて、良好な観察性能を実現させるために設けた条件である。

前述のような画像の中心と周辺の倍率のバランスが良好に保たれている内視鏡撮像ユニットであっても、広い視野角を実現する場合、画像の周辺部は適度な歪みが生じ、これにより中心部に比べ周辺部の倍率が小さくなる。この歪んだ領域においても、前記条件（７）を満足することにより高精細な画像を得ることが可能になる。

この条件（７）においてＷ／ｐの値が５００以下になると高精細な画像が得にくくなる。

また、条件（７）を満足する画素毎に色フィルタが配置されたカラーの固体撮像素子を、上記条件（８）、（９）を満足する対物光学系と組み合わせることにより、被写界深度を深くすることが可能になる。

条件（８）において、ｆ／ｐの値が上限値の４８０を超えると、焦点距離に対して画素ピッチが小さすぎるため、被写界深度が狭くなってしまう。このため、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う。

また条件（８）において、ｆ／ｐの値が下限値の２４０を超えると、焦点距離に対して画素ピッチが大きすぎるため、高精細な画像が得られなくなる。

また、条件（９）において、Ｆｎｏ．が上限値の４２００×ｐを超えると、Ｆナンバーが大きくなりすぎるため、光の回折の影響により鮮鋭な像が得られなくなる。また条件（９）において、Ｆｎｏ．が下限値の２４００×ｐを超えると、Ｆナンバーが小さくなりすぎるため、被写界深度が狭くなってしまう。このため、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う。

前記本発明の第１、第２、第３の構成の撮像ユニットにおいて、撮像ユニットを構成する固体撮像素子として、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場合は、下記条件（１０）、（１１）、（１２）を満足することが望ましい。

（１０） Ｗ／ｐ＞３４０
（１１） １６０＜ｆ／ｐ＜３２０
（１２） １６００×ｐ＜Ｆｎｏ．＜２８００×ｐ
ただし、Ｗは図２１に示す固体撮像素子の有効撮像エリアの水平方向の長さ、ｐは同固体撮像素子の水平方向の画素ピッチ、Ｆｎｏ．は対物光学系の有効Ｆナンバーである。

上記の各条件は、前述の画素中心と周辺のバランスが良好に保たれた内視鏡ユニットにおいて、対物光学素子と各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子との組み合わせを規定することにより被写界深度や解像力を向上させてさらに良好な観察状態を実現するための条件である。

前述のような画像中心と周辺の倍率のバランスが良好に保たれた本発明の内視鏡撮像ユニットにおいて、対物光学系と固体撮像素子とを組み合わせる際の適切な条件を規定することにより被写界深度や解像力を向上させ、更に良好な観察性能が得られるようになる。

画像の中心と周辺の倍率のバランスが良好に保たれるようにした本発明の内視鏡撮像ユニットにおいて、広い視野角を実現すると、画像の周辺部は、適当に歪みが生じ、中心部に比べて周辺部の倍率が小さくなる。

前記条件（１０）を満足することにより、前記の歪んだ領域でも高精細な画像を得ることが可能になる。

この条件（１０）において、Ｗ／ｐの値が３４０以下になると前記の歪んだ領域での高精細な画像を得ることが困難になる。

また、条件（１０）を満足するようにした固体撮像素子に対し、条件（１１）、条件（１２）を満足する対物光学系を組み合わせることにより、被写界深度を深くすることが可能になる。

上記条件（１１）において、ｆ／ｐの値が上限値の３２０を超えると、焦点距離に対して画素ピッチが小さすぎるため、被写界深度が狭くなってしまう。このため、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う。

条件（１１）において、ｆ／ｐの値が下限値の１６０を超えると、焦点距離に対して画素ピッチが大きすぎるため、高精細な画像が得られなくなる。

また、条件（１２）において、Ｆｎｏ．が上限値の２８００×ｐを超えると、Ｆナンバーが大きくなりすぎるため、光の回折の影響により鮮鋭な像が得られなくなる。また条件（１２）において、Ｆｎｏ．が下限値の１６００×ｐを超えると、Ｆナンバーが小さくなりすぎるため、被写界深度が狭くなってしまう。このため、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う。

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撮像ユニットは、画像処理の方法が若干異なるものの、経験的に、固体撮像素子の２画素分に相当する空間周波数で、光軸上のＭＴＦが１０〜３０％以上あれば合焦範囲内とみなすことができる。

一般に、被写界深度は、焦点距離が短くなればなる程広くなり、また焦点距離は視野角が広い程短くなる。

したがって、視野角が１５０°を超える撮像ユニットは、通常の視野角が９０°〜１４０°程度の撮像ユニットよりも被写界深度は深い。

上記条件（１１）、（１２）は、このような広角な撮像ユニットにおいて用いる際に効果を発揮し、この条件を満足することによって、近点４ｍｍ以下まで近接での観察が可能になり、遠点が１００ｍｍ程度以上でも十分な被写界深度を有する内視鏡撮像ユニットを実現し得る。

なお、近年、図２２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だけずらし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は、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る。つまり出力される画素信号における分解能が、画素が縦横に格子状に配列された従来の固体撮像素子の１．６倍の画素数と同等であるとの報告｛日本写真学会誌 ６３巻３号 １ー５頁（２０００年）｝がなされている。

したがって、図２２において斜め方向の画素ピッチをｐ’とするとき、下記の式にもとづきｐの値を算出することによって、本発明の前記第１、第２、第３の構成の撮像ユニットであって、固体撮像素子が画素毎に色フィルタが配置された固体撮像素子を用い、条件（７）または条件（７）、（８）、（９）を満足するようにした発明や、固体撮像素子が各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子であって、条件（８）、（９）または条件（８）、（９）、（１０）を満足する発明に適用できる。

また、いわゆる３板式とよばれる固体撮像素子を３個使用している一つの画像信号を生成する方式の撮像ユニットを用いる場合、被写体からの光を三つに分け、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色夫々に対応する固体撮像素子に割り当てられる。各固体撮像素子において、各画素毎に対応する色の信号が生成される。そして、Ｒの輝度信号、Ｇの輝度信号、Ｂの輝度信号の三つから、一つの輝度信号と一つの色情報が得られる。したがって、３板式の場合、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子と同様に考えられ、前記の各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を備えた本発明の内視鏡撮像ユニットに適用できる。

また、本発明の各構成の内視鏡撮像ユニットにおいて、対物光学系がその最も物体側のレンズ（第１レンズ）の材質としてｅ線（波長５４６．０ｎｍ）での屈折率が２．０以上の材料を用いることが望ましい。

この本発明で用いられる対物光学系の第１レンズは、強い負の屈折力を有し、画角を広くする役割を有している。一般に光学材料は、屈折率が高いほど、光を曲げるパワーが強い。そのために、本発明で用いる対物光学系は、第１レンズの屈折率が高い程最も物体側のレンズ面の曲率半径を大きくすることが可能になり、傷のつき易さ、水切れ、洗浄性等の点で有利になる。また、第１レンズの屈折率を高くすることにより、最も物体側の面の曲率半径を小さくすることなく、その面でのパワーを維持できるため、光線高を低くでき、レンズの外径を小さくすることができる。

また、本発明にて用いる対物光学系は、その最も物体側の面を凸面にする場合、この面で平面の場合に比べて、傷のつきやすさ等の点では若干不利である。しかし、対物光学系の第１レンズに、固くて傷がつきにくく、しかも屈折率の高い、サファイア等の結晶材料や透光性のセラミック材料を使うことにより前記欠点を解消し得ることから望ましい。

本発明の内視鏡撮像ユニットは、視野角が１５０°以上でありそのため一度に広い範囲を観察し得る。また非球面を用いない球面レンズのみでしかも３〜５枚程度の少ないレンズにて構成し得て、対物光学系のレンズ外径が撮像ユニットの径方向のサイズにおいて固体撮像素子より大きくならないため撮像ユニットを細く構成することができる。更に、画像中心と周辺の倍率のバランスが良好なためスクリーニング時には広い範囲の観察が行ないやすく画像中心部での倍率が確保でき、更に被写界深度が広いため被写体に近接させ拡大しての詳細な観察が可能であり、部品や組立のばらつきによる視野角の変化が小さく、安定した生産が可能であり、また洗浄性や水切れが良好でレンズ面へ傷がつきにくい等の効果を有する。

本発明の内視鏡撮像ユニットの実施の形態は、図１７に示す構成で、１は対物光学系、２は固体撮像素子、３は固体撮像素子の受光面、４は信号ケーブルである。この実施の形態を次に述べる各実施例にもとづいて詳細に説明する。

本発明の内視鏡撮像ユニットの実施例１は、図１に示す通りの構成で、下記データを有する対物光学系と画素毎に色フィルタが配置された固体撮像素子とを組み合わせた構成である。

ＩＨ＝1.2mm ，２ω＝165.6°，ｆ＝1.005mm ，ｆＩ＝-1.102mm
ｒ１＝7.135mm，Ｄ＝1.582mm，ＬＨ＝1.159mm ，ＩＨ１＝1.138mm
ＩＨ２＝0.839mm, Ｗ＝2.200mm ，Ｆno.＝9.237, ｐ＝0.0025mm

ｒ₁ ＝7.135 ｄ₁ ＝0.36 ｎ₁ ＝1.88815 ν₁ ＝40.76
ｒ₂ ＝0.84 ｄ₂ ＝0.52
ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝0.4 ｎ₂ ＝1.52498 ν₂ ＝59.89
ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝0.8
ｒ₅ ＝∞（絞り） ｄ₅ ＝0.03
ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝1.88 ｎ₃ ＝1.88815 ν₃ ＝40.76
ｒ₇ ＝-1.972 ｄ₇ ＝0.09
ｒ₈ ＝4.925 ｄ₈ ＝1.45 ｎ₄ ＝1.73234 ν₄ ＝54.68
ｒ₉ ＝-1.446 ｄ₉ ＝0.36 ｎ₅ ＝1.93429 ν₅ ＝18.9
ｒ₁₀＝-8.728 ｄ₁₀＝0.09
ｒ₁₁＝∞ ｄ₁₁＝0.5 ｎ₆ ＝1.51965 ν₆ ＝75
ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝0.83
ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝0.9 ｎ₇ ＝1.51825 ν₇ ＝64.14
ｒ₁₄＝∞ ｄ₁₄＝0.9 ｎ₈ ＝1.61379 ν₈ ＝50.2
ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝0

上記データにおいて、ＩＨは最大像高、２ωは視野角、ｆは対物光学系の焦点距離である。また、ｒ₁、ｒ₂、・・・は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂、・・・は各レンズの肉厚および空気間隔、ｎ₁、ｎ₂、・・・は各レンズのｅ線（波長５４６．１ｎｍ）に対する屈折率、ν₁、ν₂、・・・は各レンズのｄ線におけるアッベ数である。なお、ｆ，ｒ，ｄ等の長さの単位はｍｍである。

この実施例１の光学系は、図１に示すように、第１レンズである物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ（ｒ₁〜ｒ₂）よりなる第１群と、平凸の単レンズ（ｒ₆〜ｒ₇）と両凸レンズ（ｒ₈〜ｒ₉）と負のメニスカスレンズ（ｒ₉〜ｒ₁₀）を接合した接合レンズよりなる第２群とよりなり、明るさ絞り（ｒ₅）は第２群の平凸レンズの物体側の面に接するように配置されている。

また、色フィルタが配置されたカラーの固体撮像素子は、最も像側の平行平面板の像側面（ｒ₁₅）に接合配置されている。

第１群と第２群の間（第１群と絞りとの間）に配置されている平行平面板（ｒ₃〜ｒ₄）はレーザー光をカットするためのフィルタ、第２群の像側に配置されている平面板（ｒ₁₁〜ｒ₁₂）は、色調を補正するためのフィルタ、最も像側の平行平面板（ｒ₁₄〜ｒ₁₅）は前述の固体撮像素子の撮像面に接合されたカバーガラス、その物体側の平行平面板（ｒ₁₃〜ｒ₁₄）は固体撮像素子を保護するためのフィルタである。

この実施例１は、対物光学系の構成が本発明の第１、第２、第３の構成に対応するもので、データに示すように条件（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）を満足する。また、実施例１は、固体撮像素子として画素毎に色フィルタが配置されたカラーの固体撮像素子を用いた実施例である。したがって、データ（後に記載するデータ表参照）に示すように条件（７）、（８）、（９）を満足する。

また、この実施例１は対物光学系を構成するレンズが３枚のレンズで、すべて球面レンズであって、極めてシンプルな光学系である。

また、この実施例１は、データに示すように、条件（７）、（８）、（９）を満足し、３〜１０ｍｍの広い被写界深度を有している。そのため、例えば医療用内視鏡として用いた場合、一度に広い範囲の観察が可能であり、検査時間の短縮によって有利である。また、近接させての観察により発見した病変部を拡大して詳細に観察することができる。

本発明の内視鏡撮像ユニットの実施例２は、図２に示す通りの構成で、下記データを有する。またこの実施例２は対物光学系と各画素毎に輝度信号が生成された固体撮像素子とを組み合わせた構成である。

ＩＨ＝0.9mm ，２ω＝160.1°，ｆ＝0.783mm ，ｆＩ＝-0.795mm
ｒ１＝5.948mm，Ｄ＝0.962mm，ＬＨ＝0.867mm ，ＩＨ１＝0.869mm
ＩＨ２＝0.642mm, Ｗ＝1.548mm ，Ｆno.＝5.440, ｐ＝0.003mm

ｒ₁ ＝5.948 ｄ₁ ＝0.35 ｎ₁ ＝1.77066 ν₁ ＝71.79
ｒ₂ ＝0.541 ｄ₂ ＝0.36
ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝0.4 ｎ₂ ＝1.52498 ν₂ ＝59.89
ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝0.34
ｒ₅ ＝∞（絞り） ｄ₅ ＝0.03
ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝1.4 ｎ₃ ＝1.88815 ν₃ ＝40.76
ｒ₇ ＝-1.427 ｄ₇ ＝0.08
ｒ₈ ＝3.701 ｄ₈ ＝1.09 ｎ₄ ＝1.73234 ν₄ ＝54.68
ｒ₉ ＝-1.265 ｄ₉ ＝0.3 ｎ₅ ＝1.93429 ν₅ ＝18.9
ｒ₁₀＝-6.184 ｄ₁₀＝0.14
ｒ₁₁＝∞ ｄ₁₁＝0.6 ｎ₆ ＝1.51965 ν₆ ＝75
ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝0.43
ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝0.75 ｎ₇ ＝1.51825 ν₇ ＝64.14
ｒ₁₄＝∞ ｄ₁₄＝0.4 ｎ₈ ＝1.6135 ν₈ ＝50.2
ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝0

この実施例２の内視鏡撮像ユニットも、図２に示すように、第１レンズである負のメニスカスレンズ（ｒ₁〜ｒ₂）よりなる第１群と、両凸単レンズ（ｒ₆〜ｒ₇）と両凸レンズ（ｒ₈〜ｒ₉）と負のメニスカスレンズ（ｒ₉〜ｒ₁₀）を接合した接合レンズよりなる第２群と、第１群と第２群の間である第２群の平凸単レンズの物体側の面に接するように配置された明るさ絞り（ｒ₅）よりなる対物光学系と、その撮像面である最も像側のカバーガラスの像側の面に接合された各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子とを組み合わせた構成である。

また、第１レンズと絞りとの間に配置されている平行平面板（ｒ₃〜ｒ₄）はレーザー光をカットするためのフィルタ、第２群の像側に配置されている平面板（ｒ₁₁〜ｒ₁₂）は、色調を補正するためのフィルタ、最も像側の２枚平行平面板（ｒ₁₃〜ｒ₁₅）は夫々カバーガラスである。

この実施例２は、本発明の第１、第２、第３の構成に対応するもので、データに示すように条件（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）を満足する。また、この実施例２は、固体撮像素子として各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子が用いられている。したがって、データに示すように条件（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）を満足するものである。

また、この実施例２はすべてのレンズが球面レンズで４枚の少ないレンズ枚数にて構成されたシンプルな光学系である。

また、この実施例２は、第１レンズの硝材がサファイアであり、最も物体側の面が固くて傷のつきにくい光学系である。

本発明の内視鏡撮像ユニットの実施例３は、図３に示す通りの構成で、下記データを有する。この実施例３は固体撮像素子として画素毎に色フィルタが配置されたカラーの固体撮像素子である。

ＩＨ＝1.4mm ，２ω＝161.5°，ｆ＝1.229mm ，ｆＩ＝-1.015mm
ｒ１＝10.400mm，Ｄ＝1.652mm，ＬＨ＝1.039mm ，ＩＨ１＝1.352mm
ＩＨ２＝1.016mm, Ｗ＝2.519mm ，Ｆno.＝8.923, ｐ＝0.0034mm

ｒ₁ ＝10.4 ｄ₁ ＝0.416 ｎ₁ ＝2.08841 ν₁ ＝30.4
ｒ₂ ＝0.978 ｄ₂ ＝0.6
ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝0.4 ｎ₂ ＝1.52498 ν₂ ＝59.89
ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝0.79
ｒ₅ ＝∞（絞り） ｄ₅ ＝0.03
ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0.5 ｎ₃ ＝1.51825 ν₃ ＝64.14
ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝1.6 ｎ₄ ＝1.88815 ν₄ ＝40.76
ｒ₈ ＝-2.214 ｄ₈ ＝0.104
ｒ₉ ＝6.933 ｄ₉ ＝1.556 ｎ₅ ＝1.73234 ν₅ ＝54.68
ｒ₁₀＝-1.511 ｄ₁₀＝0.416 ｎ₆ ＝1.93429 ν₆ ＝18.9
ｒ₁₁＝-9.673 ｄ₁₁＝2.33
ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝1 ｎ₇ ＝1.51825 ν₇ ＝64.14
ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝1 ｎ₈ ＝1.61379 ν₈ ＝50.2
ｒ₁₄＝∞ ｄ₁₄＝0

この実施例３は、図３に示すように、第１レンズである物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ（ｒ₁〜ｒ₂）よりなる第１群と、平行平面板（ｒ₆〜ｒ₇）と平凹レンズ（ｒ₇〜ｒ₈）を接合した平凹形状の接合レンズと両凸レンズ（ｒ₉〜ｒ₁₀）と負のメニスカスレンズ（ｒ₁₀〜ｒ₁₁）とを接合した全体として正の屈折力を有する接合レンズよりなる第２群と、第１群と第２群の間である第２群の平行平面板に接して配置された絞り（ｒ₅）とよりなる対物光学系と、カバーガラス（ｒ₁₂〜ｒ₁₄）の像側の面に接合した画素毎にフィルタが配置されたカラーの固体撮像素子とを組み合わせた構成である。

また、第１レンズの像側に配置された平行平面板（ｒ₃〜ｒ₄）は、レーザ光をカットするためのフィルタ、最も像側に配置された平行平面板（ｒ₁₃〜ｒ₁₄）は、固体撮像素子の撮像面に接合されたカバーガラス、その物体側の平行平面板（ｒ₁₂〜ｒ₁₃）は固体撮像素子を保護するためのカバーガラスである。

この実施例３は、本発明の第１〜第３の構成に夫々対応するもので、条件（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）を満足する。

また、この実施例３は、固体撮像素子として画素毎に色フィルタを配置したカラーの固体撮像素子が用いられている。したがって、データに示すように条件（７）、（８）、（９）を満足する。

また、この実施例３は、対物光学系の第１群が物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ１枚よりなり、このメニスカスレンズの硝材は屈折率が２．０８８４１で高い屈折率である。

本発明の内視鏡撮像ユニットの実施例４は、図４に示す通りの構成で、下記データを有する。

この実施例４は、対物光学系の像面に各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を配置した構成である。

ＩＨ＝0.784mm ，２ω＝154.9°，ｆ＝0.680mm ，ｆＩ＝-0.781mm
ｒ１＝5.280mm，Ｄ＝0.874mm，ＬＨ＝0.750mm ，ＩＨ１＝0.770mm
ＩＨ２＝0.566mm, Ｗ＝1.552mm ，Ｆno.＝7.268, ｐ＝0.0041mm

ｒ₁ ＝5.28 ｄ₁ ＝0.27 ｎ₁ ＝1.77066 ν₁ ＝71.79
ｒ₂ ＝0.528 ｄ₂ ＝0.58
ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝0.44 ｎ₂ ＝1.49557 ν₂ ＝75
ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝0
ｒ₅ ＝∞（絞り） ｄ₅ ＝0.05
ｒ₆ ＝-2.395 ｄ₆ ＝0.722 ｎ₃ ＝1.88815 ν₃ ＝40.76
ｒ₇ ＝-0.805 ｄ₇ ＝0.044
ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝0.598 ｎ₄ ＝1.73234 ν₄ ＝54.68
ｒ₉＝-0.86 ｄ₉ ＝0.22 ｎ₅ ＝1.9343 ν₅ ＝18.9
ｒ₁₀＝-2.589 ｄ₁₀＝0.05
ｒ₁₁＝∞ ｄ₁₁＝0.45 ｎ₆ ＝1.49557 ν₆ ＝75
ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝0.79
ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝0.6 ｎ₇ ＝1.88815 ν₇ ＝40.76
ｒ₁₄＝∞ ｄ₁₄＝0.4 ｎ₈ ＝1.61379 ν₈ ＝50.2
ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝0

この実施例４は、図４に示すように、物体側に凸面を向けたメニスカス形状のサファイヤレンズ（ｒ₁〜ｒ₂）１枚よりなる第１群と、像側に凸面を向けた正のメニスカス単レンズ（ｒ₆〜ｒ₇）と平凸レンズ（ｒ₈〜ｒ₉）とメニスカスレンズ（ｒ₉〜ｒ₁₀）とを接合した全体として正の屈折力を有する接合レンズよりなる第２群と、第２群のメニスカス単レンズの物体側の面に接して配置された明るさ絞り（ｒ₅）にて構成された対物光学系と、カバーガラス（ｒ₁₄〜ｒ₁₅）の物体側の面ｒ₁₅に接合された固体撮像素子とを組み合わせた構成である。

また、第１群と第２群との間（第１群と絞りとの間）に配置されている平行平面板（ｒ₃〜ｒ₄）は、レーザー光をカットするためのフィルタであり、第２群の像側に配置されている平行平面板（ｒ₁₁〜ｒ₁₂）は、色調を補正するためのフィルタである。更に最も像側の平行平面板（ｒ₁₄〜ｒ₁₅）は固体撮像素子の撮像面に接合されたカバーガラスであり、その物体側の平行平面板（ｒ₁₃〜ｒ₁₄）は固体撮像素子を保護するためのカバーガラスである。

この実施例４は、本発明の第１〜第３の構成に対応する実施例であって、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を有する内視鏡ユニットである。したがってデータより明らかなように、条件（１０）、（１１）、（１２）を満足する。

また、この実施例４は、対物光学系のすべてのレンズが球面レンズである。 この実施例４も第１レンズの硝材がサファイアであり、物体側へ出る最も物体側の面が固くて傷がつきにくい。

本発明の内視鏡撮像ユニットの実施例５は、図５に示す通りの構成で、下記データを有する。また、対物光学系と画素毎に色フィルタが配置された固体撮像素子とを組み合わせた構成の実施例である。

ＩＨ＝1.207mm ，２ω＝156.7°，ｆ＝1.048mm ，ｆＩ＝-1.252mm
ｒ１＝8.360mm，Ｄ＝1.471mm，ＬＨ＝1.044mm ，ＩＨ１＝1.179mm
ＩＨ２＝0.874mm, Ｗ＝2.052mm ，Ｆno.＝9.050, ｐ＝0.003mm

ｒ₁ ＝8.36 ｄ₁ ＝0.36 ｎ₁ ＝1.88815 ν₁ ＝40.76
ｒ₂ ＝0.83 ｄ₂ ＝0.86
ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝0.7 ｎ₂ ＝1.51825 ν₂ ＝64.14
ｒ₄ ＝-8.04 ｄ₄ ＝0.15
ｒ₅ ＝∞（絞り） ｄ₅ ＝0.03
ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝1.89 ｎ₃ ＝1.88815 ν₃ ＝40.76
ｒ₇ ＝-2.04 ｄ₇ ＝0.09
ｒ₈ ＝4.95 ｄ₈ ＝1.46 ｎ₄ ＝1.73234 ν₄ ＝54.68
ｒ₉ ＝-1.455 ｄ₉ ＝0.36 ｎ₅ ＝1.93429 ν₅ ＝18.9
ｒ₁₀＝-8.78 ｄ₁₀＝0.09
ｒ₁₁＝∞ ｄ₁₁＝0.5 ｎ₆ ＝1.51965 ν₆ ＝75
ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝0.78
ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝1 ｎ₇ ＝1.51825 ν₇ ＝64.14
ｒ₁₄＝∞ ｄ₁₄＝0.8 ｎ₈ ＝1.61379 ν₈ ＝50.2
ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝0

この実施例５は、図５に示すように、物体側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズ（ｒ₁〜ｒ₂）と平凸レンズ（ｒ₃〜ｒ₄）の２枚のレンズよりなる第１群と、平凸単レンズ（ｒ₆〜ｒ₇）と両凸レンズ（ｒ₈〜ｒ₉）と負のメニスカスレンズ（ｒ₉〜ｒ₁₀）とを接合した全体として正の屈折力の接合レンズよりなる第２群と、第２群の平凸単レンズの物体側の面に接して配置された明るさ絞り（ｒ₅）にて構成された対物光学系と、その像側に配置された固体撮像素子とにて構成されている。第２群の像側の平行平面板（ｒ₁₁〜ｒ₁₂）は、色調を補正するためのフィルタであり、最も像側の平行平面板（ｒ₁₄〜ｒ₁₅）はカラーの固体撮像素子が像面に接合されたカバーガラスであり、その物体側の平行平面板（ｒ₁₃〜ｒ₁₄）は、固体撮像素子を保護するためのカバーガラスである。

この実施例５も、本発明の第１〜第３の構成に夫々対応する内視鏡撮像ユニットである。したがって、条件（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）を満足する。

また、実施例５は、固体撮像素子として画素毎に色フィルタを配置したカラーの固体撮像素子を用いた例である。したがって、データに示すように条件（７）、（８）、（９）を満足する。

また、この実施例５は、レンズ枚数が５枚で、他の実施例よりも多いが、第１群に正の屈折力のレンズを１枚加えたことにより本発明の対物光学系中では比較的屈折力が強くなりやすい第２群の物体側の正レンズの屈折力を弱くすることができる。これによりレンズの形状や位置の製造上のばらつきによる視野角や偏角の変動を小さくできる。

本発明の内視鏡撮像ユニットの実施例６は、図６に示す通りの構成で、下記データを有する。この実施例は対物光学系と画素毎に色フィルタが配置されたカラーの固体撮像素子とを組み合わせた構成である。

ＩＨ＝1.2mm ，２ω＝150.4°，ｆ＝1.110mm ，ｆＩ＝-0.885mm
ｒ１＝13.200mm，Ｄ＝1.172mm，ＬＨ＝0.834mm ，ＩＨ１＝1.199mm
ＩＨ２＝0.910mm, Ｗ＝2.120mm ，Ｆno.＝9.790, ｐ＝0.004mm

ｒ₁ ＝13.2 ｄ₁ ＝0.36 ｎ₁ ＝1.88815 ν₁ ＝40.76
ｒ₂ ＝0.732 ｄ₂ ＝0.5
ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝0.4 ｎ₂ ＝1.52498 ν₂ ＝59.89
ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝0.41
ｒ₅ ＝∞（絞り） ｄ₅ ＝0.03
ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝2 ｎ₃ ＝1.88815 ν₃ ＝40.76
ｒ₇ ＝-2.183 ｄ₇ ＝0.09
ｒ₈ ＝3.884 ｄ₈ ＝1.55 ｎ₄ ＝1.73234 ν₄ ＝54.68
ｒ₉ ＝-1.284 ｄ₉ ＝0.36 ｎ₅ ＝1.93429 ν₅ ＝18.9
ｒ₁₀＝-6.924 ｄ₁₀＝1.85
ｒ₁₁＝∞ ｄ₁₁＝0.9 ｎ₆ ＝1.51825 ν₆ ＝64.14
ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝0.9 ｎ₇ ＝1.61379 ν₇ ＝50.2
ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝0

この実施例６は、図６に示すように、物体側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズ（ｒ₁〜ｒ₂）１枚のレンズよりなる第１群と、平凸単レンズ（ｒ₆〜ｒ₇）と両凸レンズ（ｒ₈〜ｒ₉）と負のメニスカスレンズ（ｒ₉〜ｒ₁₀）とを接合した全体として正の屈折力を有する接合レンズとよりなる第２群とにて対物光学系を構成する。また、この光学系は第１群と第２群の間である第２群の平凸レンズの物体側の面に接するように明るさ絞り（ｒ₅）を設けてある。

また、第１群と第２群との間に配置されている平行平面板（ｒ₃〜ｒ₄）は、レーザー光をカットするためのフィルタ、最も像側の平行平面板（ｒ₁₂〜ｒ₁₃）は、固体撮像素子の撮像面に接合されたカバーガラス、その物体側の平行平面板（ｒ₁₁〜ｒ₁₂）は、固体撮像素子を保護するためのカバーガラスである。

この実施例６も、本発明の第１〜第３の構成の内視鏡撮像ユニットで、条件（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）を満足する。

また、実施例６にて用いられる固体撮像素子は、実施例５と同様に、画素毎に色フィルタを配置したカラーの固体撮像素子であって、データに示すように条件（７）、（８）、（９）を満足する構成の内視鏡撮像ユニットである。

この実施例６は、対物光学系のレンズがすべて球面レンズである。

この実施例６は、最も物体側の面の曲率半径を大にして、洗浄性や水切れが良くまた傷がつきにくい構成にした。

本発明の実施例７は、図７に示す通りの構成で対物光学系と画素毎に色フィルタを配置したカラーの固体撮像素子とを組み合わせたもので、下記データを有する。

ＩＨ＝1.2mm ，２ω＝170.3°，ｆ＝0.937mm ，ｆＩ＝-0.994mm
ｒ１＝4.440mm，Ｄ＝1.220mm，ＬＨ＝1.120mm ，ＩＨ１＝1.103mm
ＩＨ２＝0.789mm, Ｗ＝2.111mm ，Ｆno.＝7.723, ｐ＝0.0028mm

ｒ₁ ＝4.44 ｄ₁ ＝0.36 ｎ₁ ＝1.88815 ν₁ ＝40.76
ｒ₂ ＝0.708 ｄ₂ ＝1.22
ｒ₃ ＝∞（絞り） ｄ₃ ＝0.03
ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝2.17 ｎ₂ ＝1.88815 ν₂ ＝40.76
ｒ₅ ＝-1.737 ｄ₅ ＝0.09
ｒ₆ ＝6.531 ｄ₆ ＝1.44 ｎ₃ ＝1.73234 ν₃ ＝54.68
ｒ₇ ＝-1.373 ｄ₇ ＝0.36 ｎ₄ ＝1.93429 ν₄ ＝18.9
ｒ₈ ＝-6.433 ｄ₈ ＝1.07
ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0.9 ｎ₅ ＝1.51825 ν₅ ＝64.14
ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝0.9 ｎ₆ ＝1.61379 ν₆ ＝50.2
ｒ₁₁＝∞ ｄ₁₁＝0

この実施例７は、図７に示すように、物体側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズ（ｒ₁〜ｒ₂）１枚のレンズよりなる第１群と、平凸単レンズ（ｒ₄〜ｒ₅）と両凸レンズ（ｒ₆〜ｒ₇）と負のメニスカスレンズ（ｒ₇〜ｒ₈）を接合した全体として正の屈折力を有する接合レンズとよりなる第２群とにて構成された内視鏡対物光学系とその像位置に配置されたカラーの固体撮像素子とを組み合わせた構成である。

また、対物光学系において、第１群と第２群の間である第２群の平凸レンズの物体側の面に接して配置した明るさ絞り（ｒ₃）を有している。

また、最も像側の平行平面板（ｒ₁₀〜ｒ₁₁）は、固体撮像素子に接合されたカバーガラス、その物体側の平行平面板（ｒ₉〜ｒ₁₀）は、固体撮像素子を保護するためのカバーガラスである。

この実施例７も、本発明の第１〜第３の構成に対応する実施例で、条件（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）を満足する。

また、この実施例７の撮像ユニットにて用いられる固体撮像素子は、画素毎に色フィルタを配置したカラーの固体撮像素子である。したがって、条件（７）、（８）、（９）を満足する。

この実施例７の対物光学系を構成するレンズは、すべて球面レンズである。 この実施例７は、対物光学系の最も物体側の面（ｒ₁）の曲率半径が比較的小で洗浄性や水切れ、傷がつきにくいという点ではやや不利であるが、画像周辺部の歪みが小さく、周辺部の観察を重視する場合に適した構成である。

本発明の内視鏡撮像ユニットの実施例８は、図８に示す通りの構成で、下記データを有する。また、対物光学系とその像位置に各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子とを組み合わせたものである。

ＩＨ＝1.2mm ，２ω＝155.7°，ｆ＝1.042mm ，ｆＩ＝-1.166mm
ｒ１＝7.000mm，Ｄ＝1.130mm，ＬＨ＝1.006mm ，ＩＨ１＝1.174mm
ＩＨ２＝0.865mm, Ｗ＝2.016mm ，Ｆno.＝7.690, ｐ＝0.0036mm

ｒ₁ ＝7 ｄ₁ ＝0.36 ｎ₁ ＝1.88815 ν₁ ＝40.76
ｒ₂ ＝0.88 ｄ₂ ＝1.13
ｒ₃ ＝∞（絞り） ｄ₃ ＝0.05
ｒ₄ ＝-11 ｄ₄ ＝2 ｎ₂ ＝1.88815 ν₂ ＝40.76
ｒ₅ ＝-1.85 ｄ₅ ＝0.09
ｒ₆ ＝3.884 ｄ₆ ＝1.55 ｎ₃ ＝1.73234 ν₃ ＝54.68
ｒ₇ ＝-1.284 ｄ₇ ＝0.36 ｎ₄ ＝1.93429 ν₄ ＝18.9
ｒ₈ ＝-6.924 ｄ₈ ＝1.07
ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0.9 ｎ₅ ＝1.51825 ν₅ ＝64.14
ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝0.9 ｎ₆ ＝1.61379 ν₆ ＝50.2
ｒ₁₁＝∞ ｄ₁₁＝0

この実施例８は、図８に示すように、物体側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズ（ｒ₁〜ｒ₂）１枚のレンズよりなる第１群と、像側に凸面を向けた全体として正の屈折力の正のメニスカスレンズ（ｒ₄〜ｒ₅）と両凸レンズ（ｒ₆〜ｒ₇）と負のメニスカスレンズ（ｒ₇〜ｒ₈）を接合した全体として正の屈折力の接合レンズとよりなる第２群とにて構成された光学系で、第１群と第２群の間に明るさ絞りを設けた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とを組み合わせた構成である。

また、最も像側の平行平面板（ｒ₁₀〜ｒ₁₁）は、その像側の面に固体撮像素子が接合されたカバーガラスと、その物体側の平行平面板（ｒ₉〜ｒ₁₀）は、固体撮像素子を保護するためのカバーガラスである。

この実施例８も、本発明の第１〜第３の構成に対応す撮像ユニットであって、したがって、条件（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）を満足する実施例である。

また、実施例８は、固体撮像素子として、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である。したがってデータからも明らかなように、条件（１０）、（１１）、（１２）を満足する撮像ユニットである。

また、実施例８は、対物光学系中の第１群と第２群の空気換算長が短く、対物光学系の全長、外径共に小であって、コンパクトな撮像ユニットである。

以上の各実施例における各条件の値は次の通りである。

なお、前記実施例１乃至８の対物光学系の収差状況は夫々図９〜１６に示す通りである。

本発明の内視鏡撮像ユニットは、例えばこの撮像ユニットを備えた電子内視鏡として使用するもので、体腔内の比較的狭い空間の観察のために用いられる。 本発明の内視鏡撮像ユニットは、発明の効果にても述べたように、小型で細かい撮像ユニットに構成し得るため前記の空間の観察にとって極めて有効であり、しかも被写体の広い範囲での観察と、被写体に近接しての拡大しての詳細な観察とを可能にするものである。

本発明の実施例１の対物光学系の断面図 本発明の実施例２の対物光学系の断面図 本発明の実施例３の対物光学系の断面図 本発明の実施例４の対物光学系の断面図 本発明の実施例５の対物光学系の断面図 本発明の実施例６の対物光学系の断面図 本発明の実施例７の対物光学系の断面図 本発明の実施例８の対物光学系の断面図 実施例１の収差曲線図 実施例２の収差曲線図 実施例３の収差曲線図 実施例４の収差曲線図 実施例５の収差曲線図 実施例６の収差曲線図 実施例７の収差曲線図 実施例８の収差曲線図 本発明の撮像ユニットの構成を示す図 従来の内視鏡撮像ユニットの構成を示す図 従来の他の内視鏡撮像ユニットの構成を示す図 本発明の撮像ユニットにおける像高ＩＨ１、ＩＨ２の説明図 固体撮像素子における各エリアおよび最大像高ＩＨ、水平方向の長さＷの説明図 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

符号の説明

１ 対物光学系
２ 固体撮像素子
３ 固体撮像素子の受光面
４ 固体撮像素子の信号ケーブル
５ 反射プリズム
６ 光軸に対して５０°の方向から対物光学系に入射する主光線
７ 光軸に対して７５°の方向から対物光学系に入射する主光線
８ 固体撮像素子
９ 有効撮像エリア
１０ 表示エリア
１１ 固体撮像素子の画素

Claims (8)

1. 対物光学系と固体撮像素子とよりなり、最大視野角が１５０°以上の内視鏡撮像ユニットで、前記対物光学系が球面レンズと平行平面板とよりなり、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第１レンズを含み全体として負の屈折力を有する第１群と、少なくとも１枚の凸レンズを含み全体として正の屈折力を有する第２群と、第１群と第２群との間に配置された明るさ絞りとより構成されていて、下記条件（１）、（２）、（３）を満足する内視鏡撮像ユニット。
   （１） ０．７＜ｆ／ＩＨ＜１
   （２） −１．２＜ｆ１／ｆ＜−０．７
   （３） ０．９＜Ｄ／｜ｆ１｜＜１．８
   ただし、ｆは対物光学系の焦点距離、ＩＨは固体撮像素子の表示エリア内での最大像高、ｆ１は第１群の焦点距離、Ｄは第１群の第１レンズの像側の面から明るさ絞りまでの光軸上の空気換算長である。
2. 対物光学系と固体撮像素子とよりなり、最大視野角が１５０°以上の内視鏡撮像ユニットで、前記対物光学系が球面レンズと平行平面板で構成され、下記条件（４）、（５）を満足する内視鏡撮像ユニット。
   （４） ４ｆ＜ｒ₁＜１２ｆ
   （５） ｜ＬＨ｜≦ＩＨ
   ただし、ｆは対物光学系の焦点距離、ｒ₁は第１レンズの最も物体側の面の曲率半径、ＩＨは固体撮像素子の表示エリア内での最大像高、ＬＨは前記最大像高に入射する主光線の最も物体側表面における光軸からの距離である。
3. 対物光学系と固体撮像素子とよりなり、最大視野角が１５０°以上の内視鏡撮像ユニットで、下記条件（６）を満足する内視鏡撮像ユニット。
   （６） ０．６８＜ＩＨ２／ＩＨ１＜０．７６
   ただし、ＩＨ１は光軸に対し７５°の方向から対物光学系に入射する光線が結像する像高、ＩＨ２は光軸に対し５０°の方向から対物光学系に入射する光線が結像する像高である。
4. 前記固体撮像素子が画素毎に色フィルタを配置したカラー固体撮像素子で、下記条件（７）を満足する請求項１、２または３の内視鏡撮像ユニット。
   （７） Ｗ／ｐ＞５００
   ただし、Ｗは固体撮像素子の有効撮像エリアの水平方向の長さ、ｐは固体撮像素子の有効撮像エリアの水平方向の画素ピッチである。
5. 下記条件（８）、（９）を満足する請求項４の内視鏡撮像ユニット。
   （８） ２４０＜ｆ／ｐ＜４８０
   （９） ２４００×ｐ＜Ｆｎｏ．＜４２００×ｐ
   ただし、ｆは対物光学系の焦点距離、ｐは固体撮像素子の有効撮像エリアの水平方向の画素ピッチ、Ｆｎｏ．は対物光学系のＦナンバーである。
6. 前記固体撮像素子が各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子で、下記条件（１０）を満足する請求項１、２または３の内視鏡撮像ユニット。
   （１０） Ｗ／ｐ＞３４０
   ただし、Ｗは固体撮像素子の有効撮像エリアの水平方向の長さ、ｐは固体撮像素子の有効撮像エリアの水平方向の画素ピッチである。
7. 下記条件（１１）、（１２）を満足する請求項６の内視鏡撮像ユニット。
   （１１） １６０＜ｆ／ｐ＜３２０
   （１２） １６００×ｐ＜Ｆｎｏ．＜２８００×ｐ
   ただし、ｆは対物光学系の焦点距離、ｐは固体撮像素子の有効撮像エリアの水平方向の画素ピッチ、Ｆｎｏ．は対物光学系のＦナンバーである。
8. 光学系の最も物体側の第１レンズの材質のｅ線における屈折率が２．０以上である請求項１、２または３の内視鏡撮像ユニット。
   

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