JP2010128459A - Imaging optical system - Google Patents
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Description
本発明は、1つの光学系内で、例えば、複数の異なる観察波長等、異なる観察モードに切り替えて観察像の撮像を行なう撮像光学系に関し、特に内視鏡に好適な撮像光学系に関するものである。 The present invention relates to an imaging optical system that captures an observation image by switching to different observation modes such as a plurality of different observation wavelengths in one optical system, and particularly relates to an imaging optical system suitable for an endoscope. is there.
従来、撮像光学系においては、1つの光学系内で、例えば、通常の白色光観察と、蛍光観察などの特殊波長観察等、複数の異なる観察波長の観察モードに切り替えて観察像の撮像を行なう場合、その観察モードに応じてフィルタを撮像光路に挿抜していた。そのような、撮像光学系としては、例えば、次の特許文献1〜3に記載のものがある。
Conventionally, in an imaging optical system, an observation image is captured by switching to an observation mode of a plurality of different observation wavelengths, such as normal white light observation and special wavelength observation such as fluorescence observation, in one optical system. In this case, the filter is inserted into and removed from the imaging optical path according to the observation mode. Examples of such an imaging optical system include those described in the following
特許文献1には、通常観察モードと蛍光観察モードとを切り替えるための切替レバーと、励起光波長成分を除去する除去フィルタと、切替レバーの切替操作に応じて、除去フィルタを対物レンズと撮像素子との間の光路に挿抜する挿抜機構を備えた内視鏡の撮像光学系が記載されている。そして、切替レバーを蛍光観察モードに切り替えたときには、挿抜機構を介して除去フィルタが上記光路に挿入され、通常観察モードに切り替えたときには、除去フィルタが上記光路から引き抜かれるようになっている。
In
また、特許文献2には、CCTVカメラ用レンズのレンズ鏡筒内に、波長に応じて光を遮断又は透過する光学フィルタとして、2つの開口を有する平面形状をしたフィルタ固定板の少なくとも一方に設けられた赤外カットフィルタと、この光学フィルタを光路上に抜き差しするためのフィルタ駆動手段として、フィルタ固定板を往復移動させるフィルタ用ガルバノメータを備えた構成が記載されている。そして、フィルタ用ガルバノメータを回動することにより、赤外カットフィルタがレンズ鏡筒内において光路上から抜き差しされるようになっている。
In
また、特許文献3には、撮像レンズと撮像素子との間の撮像光路上に、軸の周りを回転可能に配置されたフィルタ取り付け板と、フィルタ取り付け板に取り付けられ撮像光路上に選択的に配置可能に設定された可視光用フィルタと吸収光用フィルタを備えると共にその外部に、フィルタ取り付け板を操作する切り替えレバーを備えた、内視鏡装置の撮像光学系が記載されている。そして、切り替えレバーの操作により、フィルタ取り付け板に取り付けられた可視光用フィルタと吸収光用フィルタのうちの一方が撮像光路上に配置されるようになっている。
Further, in
しかし、特許文献1〜3に記載のような撮像光学系では、いずれも、観察モードに応じて光路に挿抜するためのフィルタを撮像光路に対して垂直方向に退避させるスペースが必要となり、その分、撮像光学系を備えた装置全体が大型化してしまい、これでは、特に、細径化が必要とされる挿入部に撮像光学系を備える内視鏡においては、人体への負担が大きくなってしまう。
However, in any of the imaging optical systems described in
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、1つの光学系内で、使用波長帯域の異なる複数の観察波長等の複数の異なる観察モードに切り替えて観察像を撮像可能でき、装置全体を小型化可能な撮像光学系を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and in one optical system, an observation image can be taken by switching to a plurality of different observation modes such as a plurality of observation wavelengths having different use wavelength bands, An object of the present invention is to provide an imaging optical system capable of downsizing the entire apparatus.
上記目的を達成するため、本発明による撮像光学系は、観察対象を撮像する撮像光学系において、互いに交差する向きに設けられた、光を透過可能な少なくとも2つの入射面を有し、該各入射面が前記撮像光学系の入射光軸と交差可能であるとともに、該撮像光学系の入射光軸に対して垂直な軸を中心として回動可能で、該撮像光学系の入射光軸に対して垂直な軸を中心として回動させられることにより、該撮像光学系の入射光軸と交差する入射面が切り替わるように構成された、入射面切替光学部材を備えたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, an imaging optical system according to the present invention has at least two incident surfaces provided in directions intersecting with each other and capable of transmitting light in an imaging optical system for imaging an observation target. The incident surface can intersect the incident optical axis of the imaging optical system, and can rotate about an axis perpendicular to the incident optical axis of the imaging optical system, with respect to the incident optical axis of the imaging optical system And an incident surface switching optical member configured to switch the incident surface intersecting the incident optical axis of the imaging optical system by being rotated about a vertical axis.
また、本発明の入射面切替撮像光学系においては、前記少なくとも1つの入射面は、他の入射面とは光学特性が異なるのが好ましい。 In the incident surface switching imaging optical system of the present invention, it is preferable that the at least one incident surface has optical characteristics different from those of the other incident surfaces.
また、本発明の撮像光学系においては、前記各入射面は、互いに光学特性が異なるのが好ましい。 In the imaging optical system of the present invention, it is preferable that the incident surfaces have different optical characteristics.
また、本発明の撮像光学系においては、前記少なくとも1つの入射面は、他の入射面とは透過波長特性が異なるのが好ましい。 In the imaging optical system of the present invention, it is preferable that the at least one incident surface has a transmission wavelength characteristic different from other incident surfaces.
また、本発明の撮像光学系においては、前記各入射面は、互いに透過波長特性が異なるのが好ましい。 In the imaging optical system of the present invention, it is preferable that the respective incident surfaces have different transmission wavelength characteristics.
また、本発明の撮像光学系においては、前記入射面切替光学部材は、前記各入射面に明るさ絞りを備えているのが好ましい。 In the imaging optical system of the present invention, it is preferable that the incident surface switching optical member includes an aperture stop on each incident surface.
また、本発明の撮像光学系においては、前記少なくとも1つの明るさ絞りは、他の明るさ絞りとは径が異なるのが好ましい。 In the imaging optical system of the present invention, it is preferable that the at least one brightness stop has a diameter different from that of other brightness stops.
また、本発明の撮像光学系においては、前記各明るさ絞りは、互いに径が異なるのが好ましい。 In the imaging optical system of the present invention, it is preferable that the respective aperture stops have different diameters.
また、本発明の撮像光学系においては、前記入射面切替光学部材は、その底面が四角形、六角形又は八角形に形成された透明柱体を有して構成されているのが好ましい。 In the imaging optical system of the present invention, it is preferable that the incident surface switching optical member has a transparent column body whose bottom surface is formed in a quadrilateral, hexagonal or octagonal shape.
また、本発明の撮像光学系においては、前記透明柱体は、前記撮像光学系の入射光軸と交差する入射面が切り替わるごとに光軸方向の空気換算長が異なるように、各入射面から出射面までの硝材の肉厚を異ならせて形成されているのが好ましい。 Further, in the imaging optical system according to the present invention, the transparent column body is separated from each incident surface so that the air conversion length in the optical axis direction changes each time the incident surface intersecting the incident optical axis of the imaging optical system is switched. It is preferable that the thickness of the glass material up to the emission surface is different.
また、本発明の撮像光学系においては、前記入射面切替光学部材は、その底部の輪郭が四角形、六角形又は八角形に形成された角柱形状の枠部材と、該枠部材の側部のそれぞれ異なる枠に設けられた、少なくとも2つの平行平板を有して構成されているのが好ましい。 Further, in the imaging optical system of the present invention, the entrance surface switching optical member includes a prismatic frame member having a bottom, a quadrilateral, a hexagonal shape, or an octagonal outline, and side portions of the frame member. It is preferable to have at least two parallel flat plates provided in different frames.
また、本発明の撮像光学系においては、前記少なくとも2つの平行平板は、前記撮像光学系の入射光軸と交差する入射面が切り替わるごとに光軸方向の空気換算長が異なるように、肉厚を異ならせて形成されているのが好ましい。 In the imaging optical system of the present invention, the at least two parallel plates are thick so that the air conversion length in the optical axis direction changes each time the incident surface intersecting the incident optical axis of the imaging optical system is switched. It is preferable that they are formed differently.
また、本発明の撮像光学系においては、前記各入射面が、平面形状に形成されているのが好ましい。 In the imaging optical system of the present invention, it is preferable that each of the incident surfaces is formed in a planar shape.
また、本発明の撮像光学系においては、前記各入射面が、曲面形状に形成されているのが好ましい。 In the imaging optical system of the present invention, it is preferable that each of the incident surfaces is formed in a curved shape.
また、本発明の撮像光学系においては、前記入射面切替光学部材は、前記撮像光学系の入射光軸と交差する入射面を該入射光軸に対して所望の角度に傾斜可能に構成されているのが好ましい。 In the imaging optical system of the present invention, the incident surface switching optical member is configured such that an incident surface intersecting the incident optical axis of the imaging optical system can be tilted at a desired angle with respect to the incident optical axis. It is preferable.
本発明によれば、1つの光学系内で、使用波長帯域の異なる複数の観察波長等の複数の異なる観察モードに切り替えて観察像を撮像可能でき、装置全体を小型化可能な撮像光学系が得られる。 According to the present invention, there is provided an imaging optical system capable of imaging an observation image by switching to a plurality of different observation modes such as a plurality of observation wavelengths having different use wavelength bands within one optical system and miniaturizing the entire apparatus. can get.
実施形態の説明に先立ち、本発明の作用効果について詳細に説明する。
本発明の撮像光学系は、互いに交差する向きに設けられた、光を透過可能な少なくとも2つの入射面を有し、各入射面が撮像光学系の入射光軸と交差可能であるとともに、撮像光学系の入射光軸に対して垂直な軸を中心として回動可能で、撮像光学系の入射光軸に対して垂直な軸を中心として回動させられることにより、撮像光学系の入射光軸と交差する入射面が切り替わるように構成された、入射面切替光学部材を備えている。
このようにすれば、入射面切替光学部材における少なくとも2つの入射面を、光学特性を異ならせて構成することにより、撮像光路に対して垂直方向にフィルタ等を退避させるスペースを設けることなく、1つの光学系内で、使用波長帯域が異なる複数の観察波長等、複数の異なる観察モードに切り替えて、観察像を撮像することができ、装置全体を小型化することができる。
Prior to the description of the embodiments, the effects of the present invention will be described in detail.
The imaging optical system of the present invention has at least two incident surfaces that are provided in directions intersecting each other and capable of transmitting light, and each incident surface can intersect the incident optical axis of the imaging optical system, The optical axis can be rotated about an axis perpendicular to the incident optical axis of the optical system, and can be rotated about an axis perpendicular to the incident optical axis of the imaging optical system. And an incident surface switching optical member configured to switch the incident surface intersecting with.
In this way, by configuring at least two incident surfaces of the incident surface switching optical member with different optical characteristics, there is no space for retracting a filter or the like in the direction perpendicular to the imaging optical path. In one optical system, it is possible to switch to a plurality of different observation modes, such as a plurality of observation wavelengths having different use wavelength bands, to take an observation image, and to reduce the size of the entire apparatus.
なお、本発明の撮像光学系においては、入射面切替光学部材の少なくとも1つの入射面は、他の入射面とは光学特性が異なるのが好ましい。あるいは、入射面切替光学部材の各入射面は、互いに光学特性が異なるのが好ましい。より詳しくは、例えば、入射面切替光学部材の少なくとも1つの入射面は、他の入射面とは透過波長特性が異なるのが好ましい。あるいは、入射面切替光学部材の各入射面は、互いに透過波長特性が異なるのが好ましい。
このようにすれば、入射面切替光学部材における、撮像光学系の入射光軸と交差する入射面を切り替えることにより、異なる観察波長等、光学特性の異なる複数の観察モードに切り替えて観察像を撮像することができる。
In the imaging optical system of the present invention, it is preferable that at least one incident surface of the incident surface switching optical member is different in optical characteristics from other incident surfaces. Alternatively, it is preferable that the respective incident surfaces of the incident surface switching optical member have different optical characteristics. More specifically, for example, it is preferable that at least one incident surface of the incident surface switching optical member has a transmission wavelength characteristic different from other incident surfaces. Alternatively, it is preferable that the respective incident surfaces of the incident surface switching optical member have different transmission wavelength characteristics.
In this way, by switching the incident surface intersecting the incident optical axis of the imaging optical system in the incident surface switching optical member, the observation image is captured by switching to a plurality of observation modes having different optical characteristics such as different observation wavelengths. can do.
また、本発明の撮像光学系においては、入射面切替光学部材は、各入射面に明るさ絞りを備えているのが好ましい。また、少なくとも1つの明るさ絞りは、他の明るさ絞りとは径が異なるのが好ましい。あるいは、各明るさ絞りは、互いに径が異なるのが好ましい。
例えば、蛍光は、光強度が弱く観察像が暗くなりやすいため、蛍光観察像を撮像する場合には、明るさ絞りの径を極力大きくして、蛍光を極力取り込む必要がある。一方、通常の白色光は、光強度が強く観察像が明るくなりすぎてしまいやすいため、通常の白色光による観察像を撮像する場合には、蛍光観察の場合に比べて、明るさ絞りの径を小さくして適度な明るさになるように、白色光を所定量カットする必要がある。
このように、撮像に使用する波長が異なると、それに応じて光量を調整するために、明るさ絞りの径をその都度異ならせる必要が生じ得る。
しかるに、入射面切替光学部材の各入射面に、径の異なる明るさ絞りを一体的に備えれば、観察波長の切り替えごとに明るさ絞りの径を変えずに済み、光量調整の手間を省くことができる。
In the imaging optical system of the present invention, it is preferable that the incident surface switching optical member includes an aperture stop on each incident surface. Further, it is preferable that at least one brightness stop has a diameter different from that of other brightness stops. Alternatively, it is preferable that each aperture stop has a different diameter.
For example, since fluorescence has a weak light intensity and an observation image tends to be dark, it is necessary to capture the fluorescence as much as possible by increasing the diameter of the aperture stop as much as possible when capturing the fluorescence observation image. On the other hand, normal white light has a strong light intensity and the observation image tends to be too bright. Therefore, when taking an observation image with normal white light, the diameter of the aperture stop is larger than that for fluorescence observation. Therefore, it is necessary to cut a predetermined amount of white light so that the brightness is reduced to an appropriate brightness.
Thus, if the wavelength used for imaging differs, it may be necessary to vary the diameter of the aperture stop each time in order to adjust the amount of light accordingly.
However, if an aperture stop with a different diameter is integrally provided on each entrance surface of the entrance surface switching optical member, it is not necessary to change the diameter of the aperture stop every time the observation wavelength is switched, and the amount of light adjustment is saved. be able to.
また、本発明の撮像光学系においては、入射面切替光学部材は、その底面が四角形、六角形又は八角形に形成された透明柱体を有して構成されているのが好ましい。
入射面切替光学部材をその底面が四角形に形成された透明柱体を有して構成すれば、2種類の観察波長に切り替えて観察像を撮像することができる。入射面切替光学部材をその底面が六角形、又は八角形に形成された透明柱体を有して構成すれば、3種類、又は4種類の観察波長に切り替えて観察像を撮像することができる。
In the imaging optical system of the present invention, it is preferable that the incident surface switching optical member has a transparent column body whose bottom surface is formed in a quadrilateral, hexagonal or octagonal shape.
If the incident surface switching optical member is configured to have a transparent column having a bottom surface formed in a square shape, an observation image can be picked up by switching between two types of observation wavelengths. If the entrance surface switching optical member is configured to have a transparent column having a hexagonal or octagonal bottom surface, an observation image can be picked up by switching between three or four types of observation wavelengths. .
また、本発明の撮像光学系においては、入射面切替光学部材を構成する透明柱体は、撮像光学系の入射光軸と交差する入射面が切り替わるごとに光軸方向の空気換算長が異なるように、各入射面から出射面までの硝材の肉厚を異ならせて形成されているのが好ましい。
一般にレンズは、観察波長が異なると観察像の結像位置が異なるという性質を有しており、撮像光学系において、使用波長帯域が大きく異なる観察波長に切り替えて観察像を観察すると、軸上色収差の影響を受けて結像位置がズレやすい。
このため、入射面切替光学部材を構成する透明柱体において、各入射面から出射面までの硝材の肉厚を同じにしたのでは、撮像光学系の入射光軸と交差する入射面が切り替わるごとに異なる観察波長が出射されるように構成した場合、使用する観察波長によっては観察像が撮像面でボケてしまう。
しかるに、入射面切替光学部材を構成する透明柱体を、撮像光学系の入射光軸と交差する入射面が切り替わるごとに光軸方向の空気換算長が異なるように、各入射面から出射面までの硝材の肉厚を異ならせて形成すれば、結像位置を補正して、入射面切替光学部材を出射する異なる観察波長の観察像を同じ撮像位置に結像させることができ、観察像のボケをなくすことができる。
Further, in the imaging optical system of the present invention, the transparent column body constituting the incident surface switching optical member has a different air conversion length in the optical axis direction every time the incident surface intersecting the incident optical axis of the imaging optical system is switched. In addition, it is preferable that the thickness of the glass material from each entrance surface to the exit surface is different.
In general, a lens has the property that the observation image is formed at different positions when the observation wavelength is different.In the imaging optical system, if the observation image is observed by switching to a different observation wavelength, the axial chromatic aberration The image formation position is easily misaligned under the influence of.
For this reason, in the transparent column body constituting the incident surface switching optical member, when the thickness of the glass material from each incident surface to the exit surface is the same, the incident surface intersecting the incident optical axis of the imaging optical system is switched. If different observation wavelengths are emitted, the observation image may be blurred on the imaging surface depending on the observation wavelength used.
However, the transparent column body constituting the incident surface switching optical member is changed from each incident surface to the exit surface so that the air conversion length in the optical axis direction changes every time the incident surface intersecting the incident optical axis of the imaging optical system is switched. If the glass materials are formed with different thicknesses, it is possible to correct the imaging position and form observation images with different observation wavelengths emitted from the incident surface switching optical member at the same imaging position. The blur can be eliminated.
また、本発明の撮像光学系においては、入射面切替光学部材は、その底部の輪郭が四角形、六角形又は八角形に形成された角柱形状の枠部材と、枠部材の側部のそれぞれ異なる枠に設けられた、少なくとも2つの平行平板を有して構成されているのが好ましい。
このようにすれば、平行平板に既存のフィルタを用いることができ、製造コストを低減できる。
入射面切替光学部材をその底部の輪郭が四角形に形成された角柱形状の枠部材を備えて構成すれば、枠部材の側部のそれぞれ異なる2つの枠に夫々波長特性の異なるフィルタを設けることで、2種類の観察波長に切り替えて観察像を撮像することができる。入射面切替光学部材をその底部の輪郭が六角形、又は八角形に形成された角柱形状の枠部材を備えて構成すれば、枠部材の側部のそれぞれ異なる3つ、又は4つの側部の枠に夫々波長特性の異なるフィルタを設けることで、異なる3種類、又は4種類の観察波長に切り替えて観察像を撮像することができる。
In the imaging optical system of the present invention, the entrance surface switching optical member includes a prismatic frame member whose bottom contour is formed in a quadrilateral, hexagonal or octagonal shape, and different frames on the sides of the frame member. It is preferable to be configured to have at least two parallel flat plates.
If it does in this way, an existing filter can be used for a parallel plate, and manufacturing cost can be reduced.
If the entrance surface switching optical member is configured to include a prismatic frame member having a rectangular outline at the bottom, a filter having different wavelength characteristics is provided on each of two different frames on the side of the frame member. An observation image can be taken by switching to two types of observation wavelengths. If the entrance surface switching optical member is configured to include a prismatic frame member whose bottom contour is formed in a hexagonal shape or an octagonal shape, three or four different side portions of the frame member are provided. By providing filters with different wavelength characteristics on the frames, it is possible to switch to three different types or four types of observation wavelengths to capture observation images.
なお、入射面切替光学部材を構成する少なくとも2つの平行平板は、撮像光学系の入射光軸と交差する入射面が切り替わるごとに光軸方向の空気換算長が異なるように、肉厚を異ならせて形成されているのが好ましい。
上述したように、一般にレンズは、観察波長が異なると観察像の結像位置が異なるという性質を有しており、撮像光学系において、使用波長帯域が大きく異なる観察波長に切り替えて観察像を観察すると、軸上色収差の影響を受けて結像位置がズレやすい。
このため、入射面切替光学部材を構成する少なくとも2つの平行平板の肉厚を同じにしたのでは、撮像光学系の入射光軸と交差する入射面が切り替わるごとに異なる観察波長が出射されるように構成した場合、使用する観察波長によっては観察像が撮像面でボケてしまう。
しかるに、入射面切替光学部材を構成する少なくとも2つの平行平板を、入射面が切り替わるごとに光軸方向の空気換算長が異なるように、肉厚を異ならせて形成すれば、結像位置を補正して、入射面切替光学部材を出射する異なる観察波長の観察像を同じ撮像位置に結像させることができ、観察像のボケをなくすことができる。
Note that at least two parallel flat plates constituting the incident surface switching optical member have different thicknesses so that each time the incident surface intersecting the incident optical axis of the imaging optical system is switched, the air conversion length in the optical axis direction is different. Is preferably formed.
As described above, in general, a lens has a property that an imaging position of an observation image is different when an observation wavelength is different. In an imaging optical system, an observation image is observed by switching to an observation wavelength whose use wavelength band is greatly different. As a result, the imaging position is easily shifted due to the influence of axial chromatic aberration.
For this reason, if the thickness of at least two parallel flat plates constituting the incident surface switching optical member is the same, a different observation wavelength is emitted each time the incident surface intersecting the incident optical axis of the imaging optical system is switched. When configured as above, the observation image is blurred on the imaging surface depending on the observation wavelength used.
However, if at least two parallel flat plates constituting the incident surface switching optical member are formed with different thicknesses so that the air conversion length in the optical axis direction changes each time the incident surface is switched, the imaging position is corrected. As a result, observation images of different observation wavelengths emitted from the incident surface switching optical member can be formed at the same imaging position, and blurring of the observation image can be eliminated.
なお、本発明の撮像光学系においては、入射面切替光学部材の各入射面は、平面に形成するのが良い。平面に形成すれば、入射面切替光学部材の加工が容易になる。また、製造時に撮像光学系内への入射面切替光学部材の組み付けが容易になる。 In the imaging optical system of the present invention, each incident surface of the incident surface switching optical member is preferably formed to be a flat surface. If it forms in a plane, processing of an entrance plane switching optical member will become easy. Further, it is easy to assemble the incident surface switching optical member into the imaging optical system at the time of manufacture.
また、本発明の撮像光学系においては、入射面切替光学部材の各入射面は、曲面形状に形成してもよい。このようにすれば、撮像光学系内の他の光学部材のパワーの一部を入射面切替光学部材の各入射面で分担することができ、他の光学部材の曲率を小さくして収差を補正し易くし、あるいは、撮像光学系全体の光路長を短かくすることができる。 In the imaging optical system of the present invention, each incident surface of the incident surface switching optical member may be formed in a curved surface shape. In this way, a part of the power of the other optical member in the imaging optical system can be shared by each incident surface of the incident surface switching optical member, and the aberration is corrected by reducing the curvature of the other optical member. Or the optical path length of the entire imaging optical system can be shortened.
また、本発明の撮像光学系においては、入射面切替光学部材は、前記撮像光学系の入射光軸と交差する入射面を入射光軸に対して所望の角度に傾斜可能に構成するのが好ましい。
一般に、フィルタは、入射角を大きくなるように変化させるにしたがって、透過率特性が短波長側へシフトするという性質を有している。このため、入射面ごとに波長透過特性を異ならせたフィルタ面を構成した入射面切替光学部材は、撮像光学系の入射光軸と交差する入射面を、入射光軸に対して所望の角度に傾斜可能に構成すると、フィルタの透過率特性を変化させることができ、所望の観察モードにおける観察波長の調整・最適化を行なうことができる。また、一つの入射面において励起・蛍光波長に対応可能な波長帯域を広げることができる。
In the imaging optical system of the present invention, it is preferable that the incident surface switching optical member is configured such that an incident surface intersecting with the incident optical axis of the imaging optical system can be inclined at a desired angle with respect to the incident optical axis. .
Generally, the filter has a property that the transmittance characteristic shifts to the short wavelength side as the incident angle is changed to be larger. For this reason, the incident surface switching optical member configured with the filter surface having different wavelength transmission characteristics for each incident surface has the incident surface intersecting the incident optical axis of the imaging optical system at a desired angle with respect to the incident optical axis. When configured to be tiltable, the transmittance characteristics of the filter can be changed, and the observation wavelength can be adjusted and optimized in a desired observation mode. Further, it is possible to widen the wavelength band that can correspond to the excitation / fluorescence wavelength on one incident surface.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
第一実施形態
図1は本発明の第一実施形態にかかる撮像光学系の概略構成を光軸に沿う断面で示す説明図で、(a)はWLI(white light imaging:白色光観察)モードに切り替えた状態、(b)はAFI(auto-fluorescence imaging:蛍光観察)モードに切り替えた状態を夫々示す図である。図2は図1の撮像光学系の入射面切替光学部材を物体側からみた説明図で、(a)は第一の入射面を入射光軸に直交する方向に切り替えたときの状態を示す図、(b)は第二の入射面を入射光軸に直交する方向に切り替えたときの状態を示す図である。図3は図1の撮像光学系の入射面切替光学部材の入射面の透過波長特性を示すグラフで、(a)は第一の入射面を赤外カットフィルタ面で構成したときの透過波長特性を示すグラフ、(b)は第二の入射面を励起カットフィルタ面で構成したときの透過波長特性を示すグラフ、(c)は一変形例にかかる入射面切替光学部材の入射面の透過波長特性を示すグラフで、第二の入射面を狭帯域透過フィルタ面で構成したときの透過波長特性を示すグラフである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First Embodiment FIG. 1 is an explanatory view showing a schematic configuration of an imaging optical system according to a first embodiment of the present invention in a cross section along the optical axis, and (a) is in a WLI (white light imaging) mode. (B) is a diagram showing the state switched to the AFI (auto-fluorescence imaging) mode, respectively. 2 is an explanatory view of the incident surface switching optical member of the imaging optical system of FIG. 1 as viewed from the object side. FIG. 2A is a diagram showing a state when the first incident surface is switched in a direction orthogonal to the incident optical axis. (B) is a figure which shows a state when the 2nd entrance plane is switched to the direction orthogonal to an incident optical axis. 3 is a graph showing the transmission wavelength characteristic of the incident surface of the incident surface switching optical member of the imaging optical system of FIG. 1, and (a) is the transmission wavelength characteristic when the first incident surface is constituted by an infrared cut filter surface. (B) is a graph showing the transmission wavelength characteristics when the second entrance surface is configured by an excitation cut filter surface, (c) is the transmission wavelength of the entrance surface of the entrance surface switching optical member according to a modification. It is a graph which shows a characteristic, and is a graph which shows the transmission wavelength characteristic when a 2nd entrance plane is comprised by the narrow-band transmission filter surface.
第一実施形態の撮像光学系は、物体側から順に、第1群G1と、入射面切替光学部材1と第2群G2を有している。図1中、FSは視野絞り、CGはカバーガラス、IMは撮像素子である。
The imaging optical system of the first embodiment includes a first group G1, an incident surface switching
入射面切替光学部材1は、その底面11c1,11c2が四角形に形成された直方体形状の透明柱体11を有して構成されている。透明柱体11は、直方体の側面として、第一の入射面11a1と、第二の入射面11a2と、第一の出射面11b1と、第二の出射面11b2を有している。
第一の入射面11a1と第二の入射面11a2は、互いに交差する向きに設けられている。
The incident surface switching
The
また、入射面切替光学部材1は、直方体形状の底面11c1,11c2の中心に、撮像光学系の入射光軸Oに対して直交する軸上に固定された軸部材A1,A2を有している。軸部材A1,A2は、図示省略した軸支持部に回動可能に支持されるとともに、図示省略した回動駆動部材を介して回動させられるようになっている。
そして、入射面切替光学部材1は、軸部材A1,A2を中心として回動させられることにより、撮像光学系の光軸Oと交差する入射面が、第一の入射面11a1又は第二の入射面11a2に切り替わるようになっている。
Further, the incident surface switching
The incident surface switching
第一の入射面11a1は、図3(a)に示すように、390nm〜710nmの可視光帯域の波長を透過し、720nmよりも長い近赤外波長をカットする透過波長特性を有する赤外波長カット被膜がコーティングされた、赤外カットフィルタ面として構成されている。また、第一の入射面11a1には、第一の明るさ絞りS1が設けられている。
第二の入射面11a2は、図3(b)に実線で示すように、480nmよりも短い波長をカットし、485nmよりも長い波長を透過する透過波長特性を示す励起波長カット被膜がコーティングされた、励起カットフィルタ面として構成されている。また、第二の入射面11a2には、第二の明るさ絞りS2が設けられている。
第一の明るさ絞りS1と第二の明るさ絞りS2は、第一の明るさ絞りS1径φ1が第二の明るさ絞りの径φ2に比べて小さい状態で、夫々径が固定されている。
また、第一の入射面11a1から第一の出射面11b1までの硝材の肉厚α1は、第二の入射面11a2から第二の出射面11b2までの硝材の肉厚α2よりも厚くなっている。
As shown in FIG. 3A, the
As shown by the solid line in FIG. 3B, the
The first brightness stop S1 and the second brightness stop S2 are fixed in diameter with the first brightness stop S1 diameter φ1 being smaller than the diameter φ2 of the second brightness stop. .
The thickness α1 of the glass material from the
このように構成された第一実施形態の撮像光学系では、WLI(白色光観察)モードで観察像を撮像するときには、図示省略した回動駆動部材を駆動し、軸部材A1,A2と共に入射面切替光学部材1を回動させて、図1(a)に示すように第一の入射面11a1が光軸Oに直交する位置に来るようにする。
図示省略した観察対象からの光は、第1群G1を通り、入射面切替光学部材1に入射する。第一の明るさ絞りS1を通過したφ1の径の光は、第一の入射面11a1に入射する。第一の入射面11a1に入射した光のうち、390nm〜710nmの波長帯域の可視光は、第一の入射面11a1を透過し、720nmよりも長い波長帯域の近赤外光は、第一の入射面11a1でカットされる。第一の入射面11a1を通過した可視光は、第一の出射面11b1を出射し、第2群G2に入射し、カバーガラスCGを透過して撮像素子IMの撮像面に結像する。
In the imaging optical system of the first embodiment configured as described above, when an observation image is taken in the WLI (white light observation) mode, a rotation driving member (not shown) is driven, and the incident surface together with the shaft members A1 and A2 The switching
Light from an observation target (not shown) passes through the first group G1 and enters the incident surface switching
一方、AFI(蛍光観察)モードで観察像を撮像するときには、図示省略した回動駆動部材を駆動し、軸部材A1,A2と共に入射面切替光学部材1を回動させて、図1(b)に示すように第二の入射面11a2が光軸Oに直交する位置に来るようにする。
図示省略した観察対象からの励起波長と蛍光波長を含む光は、第1群G1を通り、入射面切替光学部材1に入射する。第二の明るさ絞りS2を通過したφ2の径の光は、第二の入射面11a2に入射する。第二の入射面11a2に入射した光のうち、480nmよりも短い、励起光を含む波長帯域の光は、第二の入射面11a2でカットされ、485nmよりも長い波長帯域の蛍光は、第二の入射面11a2を透過する。第二の入射面11a2を通過した蛍光は、第二の出射面11b2を出射し、第2群G2に入射し、カバーガラスCGを透過して撮像素子IMの撮像面に結像する。
On the other hand, when an observation image is captured in the AFI (fluorescence observation) mode, a rotation driving member (not shown) is driven, and the incident surface switching
Light including an excitation wavelength and a fluorescence wavelength from an observation target (not shown) passes through the first group G1 and enters the incident surface switching
このように、第一実施形態の撮像光学系によれば、入射面切替光学部材1を撮像光学系の入射光軸Oに対して直交する軸上に配置された軸部材A1,A2を中心として回動することができる。
このため、第一実施形態の撮像光学系によれば、入射面切替光学部材1における2つの入射面11a1,11a2の光学特性を異ならせて構成することにより、撮像光路に対して垂直方向にフィルタを退避させるスペースを設けることなく、1つの光学系内で、2つの異なる観察モードに切り替えて、観察像を撮像することが可能となる。
しかるに、第一実施形態の撮像光学系では、入射面切替光学部材1の入射面11a1,11a2は、互いに透過波長特性が異なっている。このため、第一実施形態の撮像光学系によれば、撮像光学系の入射光軸Oと交差する入射面11a1,11a2を切り替えることにより、白色光観察モード又は蛍光観察モードに切り替えて観察像を撮像することができる。
Thus, according to the imaging optical system of the first embodiment, the incident surface switching
For this reason, according to the imaging optical system of the first embodiment, the optical characteristics of the two incident surfaces 11a 1 and 11a 2 in the incident surface switching
However, in the imaging optical system of the first embodiment, the incident surfaces 11a 1 and 11a 2 of the incident surface switching
また、第一実施形態の撮像光学系によれば、入射面切替光学部材1が、入射面11a1,11a2に夫々、互いに径の異なる明るさ絞りS1,S2を備えているので、観察波長の切替と同時に光量調整をすることができ、観察波長の切替ごとの明るさ絞りの径の大きさを調整することによる光量調整の手間を省くことができる。なお、第一実施形態の撮像光学系では、蛍光は、光強度が弱く観察像が暗くなりやすいため、蛍光観察モードで観察像を撮像する場合には、明るさ絞りS2の径を極力大きくして、蛍光を極力取り込むようにしている。一方、通常の白色光は、光強度が強く観察像が明るすぎてしまいやすいため、通常の白色光による観察モードで観察像を撮像する場合には、明るさ絞りS1の径を蛍光観察の場合に比べて小さくして光量を適量にカットしている。
Moreover, according to the imaging optical system of the first embodiment, the incident surface switching
また、第一実施形態の撮像光学系によれば、その底面11c1,11c2が四角形に形成された透明柱体(四角柱)11を有して構成したので、2種類の観察波長に切り替えて観察像を撮像することができる。 In addition, according to the imaging optical system of the first embodiment, the bottom surfaces 11c 1 and 11c 2 are configured to have the transparent columnar body (square column) 11 formed in a quadrangle, so that the two types of observation wavelengths are switched. Thus, an observation image can be taken.
さらに、第一実施形態の撮像光学系では、入射面切替光学部材1を構成する透明柱体(四角柱)11は、撮像光学系の入射光軸Oと交差する入射面11a1,11a2が切り替わるごとに光軸方向の空気換算長が異なるように、各入射面から出射面までの硝材の肉厚を異ならせて形成されている。即ち、第一実施形態の撮像光学系では、第一の入射面11a1から第一の出射面11b1までの硝材の肉厚α1が、第二の入射面11a2から第二の出射面11b2までの硝材の肉厚α2よりも長くなっている。
第一実施形態の撮像光学系では、第一の入射面11a1に切り替えたときに通常の白色光での観察像、第二の入射面11a2に切り替えたときに蛍光観察像を撮像するようにした構成において、空気換算長が同じでは、蛍光観察像が白色観察像に比べて結像位置が短くなるため、いずれかの観察波長の観察像が撮像面でボケてしまう。
しかるに、第一実施形態の撮像光学系では、第一の入射面11a1から第一の出射面11b1までの硝材の肉厚α1が、第二の入射面11a2から第二の出射面11b2までの硝材の肉厚α2よりも長くなるようにしたので、結像位置を補正して、入射面切替光学部材1を出射する、異なる観察波長の観察像を同じ撮像位置に結像させることができる。
Furthermore, in the imaging optical system of the first embodiment, the transparent column (quadrangular column) 11 constituting the incident surface switching
In the imaging optical system of the first embodiment, an observation image with normal white light is captured when switched to the
However, in the imaging optical system of the first embodiment, the thickness α1 of the glass material from the
なお、第一実施形態の撮像光学系における、入射面切替光学部材1の各入射面11a1,11a2の透過波長特性は、図3(a),図3(b)に示した組み合わせに限定されるものではない。例えば、第二の入射面11a2に、図3(c)に示すような、狭帯域透過特性(390nm〜450nm、530nm〜555nmの波長のみを透過)を持つ被膜をコーティングしてもよい。その場合には、第二の入射面11a2に切り替えたときには、B(青),G(緑)の狭帯域波長の観察像を撮像することができる。また、この場合は、蛍光のように光強度が弱くはないので、絞りS2の径は、絞りS1の径α1と同じに形成してもよい。
また、第一実施形態の撮像光学系では、軸部材A1,A2を撮像光学系の入射光軸Oに対して直交する軸上に設けたが、軸部材A1,A2は、入射光軸Oに対して垂直な軸上であれば、入射光軸Oと交わらない軸上に設けてもよい。
In the imaging optical system of the first embodiment, the transmission wavelength characteristics of the incident surfaces 11a 1 and 11a 2 of the incident surface switching
In the imaging optical system of the first embodiment, the shaft members A1 and A2 are provided on the axis orthogonal to the incident optical axis O of the imaging optical system. However, the shaft members A1 and A2 are arranged on the incident optical axis O. However, it may be provided on an axis that does not intersect the incident optical axis O as long as the axis is perpendicular to the axis.
第二実施形態
図4は本発明の第二実施形態にかかる撮像光学系の概略構成を光軸に沿う断面で示す説明図である。なお、第一実施形態と基本的構成が同じ部材には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
第二実施形態の撮像光学系は、第一実施形態の撮像光学系の構成に加えて、入射面切替光学部材1は、撮像光学系の入射光軸Oと交差する入射面11a1又は11a2を入射光軸Oに対して所望の角度に傾斜可能に構成されている。
詳しくは、第二の入射面11a2を、入射角0°(即ち、光軸Oに対する角度が90°)から入射角45°(即ち、光軸Oに対する角度が45°)まで無段階で傾斜することができるように構成されている。
Second Embodiment FIG. 4 is an explanatory view showing a schematic configuration of an imaging optical system according to a second embodiment of the present invention in a cross section along the optical axis. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member with the same basic structure as 1st embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
In the imaging optical system of the second embodiment, in addition to the configuration of the imaging optical system of the first embodiment, the incident surface switching
Specifically, the
一般に、フィルタは、入射角を大きくなるように変化させるにしたがって、透過率特性が短波長側へシフトするという斜入射特性を有している。例えば、第二の入射面11a2を45°傾斜させると、図3(b)に2点鎖線で示すように、励起カット波長帯域が35nm程度、短波長側へシフトする。この状態で、入射光軸に第二の入射面11a2を交差させると、青色光を透過させることができるようになる。
また、第二実施形態の撮像光学系では、入射面の傾斜角度を無段階で調節できるようにしたので、カット波長領域を連続的に変化させることができる。
このため、第二実施形態の撮像光学系によれば、所望の観察モードにおける観察波長の調整・最適化を行なうことができる。また、一つの入射面で励起・蛍光波長に対応できる波長帯域を広げることができる。
また、明るさ絞りS1,S2を入射面11a1,11a2に備えているので、入射面を傾斜させることにより、ビネッティング(口径食)の効果(即ち、周辺光量の低下)を利用した明るさ調整が、所望の観察モードにおける観察波長の調整・最適化と同時に行なうことができる。
その他の構成及び作用効果は、第一実施形態の撮像光学系と略同じである。
なお、第二実施形態の撮像光学系では、軸部材A1,A2を撮像光学系の入射光軸Oに対して直交する軸上に設けたが、軸部材A1,A2は、入射光軸Oに対して垂直な軸上であれば、入射光軸Oと交わらない軸上に設けてもよい。
In general, a filter has oblique incidence characteristics in which the transmittance characteristic shifts to the short wavelength side as the incident angle is changed to be larger. For example, when the
In the imaging optical system according to the second embodiment, since the inclination angle of the incident surface can be adjusted steplessly, the cut wavelength region can be continuously changed.
For this reason, according to the imaging optical system of the second embodiment, the observation wavelength can be adjusted and optimized in a desired observation mode. Moreover, the wavelength band which can respond | correspond to an excitation and fluorescence wavelength with one incident surface can be expanded.
In addition, since the aperture stops S1 and S2 are provided on the incident surfaces 11a 1 and 11a 2 , the brightness using the effect of vignetting (ie, reduction in peripheral light amount) by tilting the incident surfaces. The height adjustment can be performed simultaneously with the adjustment and optimization of the observation wavelength in the desired observation mode.
Other configurations and operational effects are substantially the same as those of the imaging optical system of the first embodiment.
In the imaging optical system of the second embodiment, the shaft members A1 and A2 are provided on the axis orthogonal to the incident optical axis O of the imaging optical system. However, the shaft members A1 and A2 are arranged on the incident optical axis O. However, it may be provided on an axis that does not intersect the incident optical axis O as long as the axis is perpendicular to the axis.
第三実施形態
図5は本発明の第三実施形態にかかる撮像光学系の概略構成を光軸に沿う断面で示す説明図でNBI(Narrow Band imaging:狭帯域光観察)モードに切り替えた状態を夫々示す図である。なお、第一実施形態と基本的構成が同じ部材には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
第三実施形態の撮像光学系では、入射面切替光学部材1の透明柱体11は、その底面11c1,11c2が六角形に形成された六角柱を有して構成されている。透明柱体11は、六角柱の側面として、第一の入射面11a1と、第二の入射面11a2と、第三の入射面11a3と、第一の出射面11b1と、第二の出射面11b2と、第三の出射面11b3を有している。
第一の入射面11a1、第二の入射面11a2、第三の入射面11a3は、夫々、互いに交差する向きに設けられている。
そして、入射面切替光学部材1は、軸部材A1,A2を中心として回動させられることにより、撮像光学系の光軸Oと交差する入射面が、第一の入射面11a1、第二の入射面11a2又は第三の入射面11a3に切り替わるようになっている。
Third Embodiment FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an imaging optical system according to the third embodiment of the present invention in a cross section along the optical axis, and shows a state in which the mode is switched to the NBI (Narrow Band imaging) mode. It is a figure shown, respectively. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member with the same basic structure as 1st embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
In the imaging optical system of the third embodiment, the
The
The incident surface switching
第一の入射面11a1は、図3(a)に示したように、390nm〜710nmの可視光帯域の波長を透過し、720nmよりも長い近赤外波長をカットする透過波長特性を有する赤外波長カット被膜がコーティングされた、赤外カットフィルタ面として構成されている。また、第一の入射面11a1には、第一の明るさ絞りS1が設けられている。
第二の入射面11a2は、図3(b)に実線で示したように、480nmよりも短い波長をカットし、485nmよりも長い波長を透過する透過波長特性を示す励起波長カット被膜がコーティングされた、励起カットフィルタ面として構成されている。また、第二の入射面11a2には、第二の明るさ絞りS2が設けられている。
第三の入射面11a3は、図3(c)に示したように、狭帯域透過特性(390nm〜450nm、530nm〜555nmの波長のみを透過)を持つ被膜をコーティングされた、狭帯域透過フィルタ面として構成されている。また、第三の入射面11a3には、第三の明るさ絞りS3が設けられている。
第一の明るさ絞りS1、第二の明るさ絞りS2、及び第三の明るさ絞りS3は、第一の明るさ絞りS1の径φ1及び第三の明るさ絞りS3の径φ3が第二の明るさ絞りS2の径φ2に比べて小さい状態で、夫々径が固定されている。
また、第一の入射面11a1から第一の出射面11b1までの硝材の肉厚、及び第三の入射面11a3から第三の出射面11b3までの硝材の肉厚よりも厚くなっている。
その他の構成は、図1の撮像光学系と略同じである。
As shown in FIG. 3A, the
As shown by the solid line in FIG. 3B, the
As shown in FIG. 3C, the
The first brightness stop S1, the second brightness stop S2, and the third brightness stop S3 have a diameter φ1 of the first brightness stop S1 and a diameter φ3 of the third brightness stop S3. The diameter of each aperture stop S2 is smaller than the diameter φ2 of the aperture stop S2, and the diameter is fixed.
Further, the thickness of the glass material from the
Other configurations are substantially the same as those of the imaging optical system of FIG.
このように構成された第三実施形態の撮像光学系では、WLI(白色光観察)モードで観察像を撮像するときには、図示省略した回動駆動部材を駆動し、軸部材A1,A2と共に入射面切替光学部材1を回動させて、第一の入射面11a1が光軸Oに直交する位置に来るようにする。
図示省略した観察対象からの光は、第1群G1を通り、入射面切替光学部材1に入射する。第一の明るさ絞りS1を通過したφ1の径の光は、第一の入射面11a1に入射する。第一の入射面11a1に入射した光のうち、390nm〜710nmの波長帯域の可視光は、第一の入射面11a1を透過し、720nmよりも長い波長帯域の近赤外光は、第一の入射面11a1でカットされる。第一の入射面11a1を通過した可視光は、第一の出射面11b1を出射し、第2群G2に入射し、カバーガラスCGを透過して撮像素子IMの撮像面に結像する。
In the imaging optical system of the third embodiment configured as described above, when taking an observation image in the WLI (white light observation) mode, a rotation driving member (not shown) is driven, and the incident surface together with the shaft members A1 and A2 The switching
Light from an observation target (not shown) passes through the first group G1 and enters the incident surface switching
また、AFI(蛍光観察)モードで観察像を撮像するときには、図示省略した回動駆動部材を駆動し、軸部材A1,A2と共に入射面切替光学部材1を回動させて、図5に示すように第二の入射面11a2が光軸Oに直交する位置に来るようにする。
図示省略した観察対象からの励起波長と蛍光波長を含む光は、第1群G1を通り、入射面切替光学部材1に入射する。第二の明るさ絞りS2を通過したφ2の径の光は、第二の入射面11a2に入射する。第二の入射面11a2に入射した光のうち、480nmよりも短い、励起光を含む波長帯域の光は、第二の入射面11a2でカットされ、485nmよりも長い波長帯域の蛍光は、第二の入射面11a2を透過する。第二の入射面11a2を通過した蛍光は、第二の出射面11b2を出射し、第2群G2に入射し、カバーガラスCGを透過して撮像素子IMの撮像面に結像する。
Further, when an observation image is taken in the AFI (fluorescence observation) mode, a rotation driving member (not shown) is driven, and the incident surface switching
Light including an excitation wavelength and a fluorescence wavelength from an observation target (not shown) passes through the first group G1 and enters the incident surface switching
また、NBI(狭帯域観察)モードで観察像を撮像するときには、図示省略した回動駆動部材を駆動し、軸部材A1,A2と共に入射面切替光学部材1を回動させて、第三の入射面11a3が光軸Oに直交する位置に来るようにする。
図示省略した観察対象からの光は、第1群G1を通り、入射面切替光学部材1に入射する。第三の明るさ絞りS3を通過したφ1の径の光は、第三の入射面11a3に入射する。第三の入射面11a3に入射した光のうち、390nm〜450nmの青色光、530nm〜555nmの緑色光は、第三の入射面11a3を透過し、それ以外の波長の光は、第三の入射面11a3でカットされる。第三の入射面11a3を通過したB(青),G(緑)の光は、第三の出射面11b3を出射し、第2群G2に入射し、カバーガラスCGを透過して撮像素子IMの撮像面に結像する。
Further, when an observation image is taken in the NBI (narrow band observation) mode, a rotation driving member (not shown) is driven, and the incident surface switching
Light from an observation target (not shown) passes through the first group G1 and enters the incident surface switching
このように、第三実施形態の撮像光学系によれば、入射面切替光学部材1が、その底面が六角形に形成された透明柱体11を有するので、3種類の観察波長に切り替えて観察像を撮像することができる。
その他の作用効果は、図1の撮像光学系と略同じである。
また、第三実施形態の撮像光学系では、軸部材A1,A2を撮像光学系の入射光軸Oに対して直交する軸上に設けたが、軸部材A1,A2は、入射光軸Oに対して垂直な軸上であれば、入射光軸Oと交わらない軸上に設けてもよい。
Thus, according to the imaging optical system of the third embodiment, the incident surface switching
Other functions and effects are substantially the same as those of the imaging optical system of FIG.
In the imaging optical system of the third embodiment, the shaft members A1 and A2 are provided on the axis orthogonal to the incident optical axis O of the imaging optical system. However, the shaft members A1 and A2 are arranged on the incident optical axis O. However, it may be provided on an axis that does not intersect the incident optical axis O as long as the axis is perpendicular to the axis.
第四実施形態
図6は本発明の第四実施形態にかかる撮像光学系の光学構成を光軸に沿う断面で示す説明図で、NBI(Narrow Band imaging:狭帯域光観察)モードに切り替えた状態を夫々示す図である。図7は図6の撮像光学系における入射面切替光学部材の一部を構成する枠部材の構成を示す斜視図である。なお、第一実施形態と基本的構成が同じ部材には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
Fourth Embodiment FIG. 6 is an explanatory view showing an optical configuration of an image pickup optical system according to the fourth embodiment of the present invention in a cross section along the optical axis, and is switched to an NBI (Narrow Band Imaging) mode. FIG. FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a frame member that constitutes a part of the incident surface switching optical member in the imaging optical system of FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member with the same basic structure as 1st embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
第四実施形態の撮像光学系では、入射面切替光学部材1は、その底部13c1,13c2の輪郭が四角形に形成された直方体形状の枠部材13と、枠部材13のそれぞれ異なる枠位置に設けた、2つの平行平板12a,12bを有して構成されている。
枠部材13は、直方体形状の側方に、第一のフィルタ取り付け枠13a1と、第二のフィルタ取り付け枠13a2と、第一の出射側枠13b1と、第二の出射側枠13b2を有している。
第一のフィルタ取り付け枠13a1と、第二のフィルタ取り付け枠13a2は、互いに交差する向きに設けられている。
In the imaging optical system according to the fourth embodiment, the incident surface switching
The
The first filter mounting frame 13a 1 and the second filter mounting frame 13a 2 are provided so as to cross each other.
底部13c1,13c2は、全面が板状に形成されている。底部13c1,13c2の中心には、軸部材A1,A2が撮像光学系の入射光軸Oに対して直交する軸上に固定されている。軸部材A1,A2は、図示省略した軸支持部に回動可能に支持されるとともに、図示省略した回動駆動部材を介して回動させられるようになっている。
そして、入射面切替光学部材1は、軸部材A1,A2を中心として回動させられることにより、撮像光学系の光軸Oと交差する枠が、第一のフィルタ取り付け枠13a1又は第二のフィルタ取り付け枠13a2に切り替わるようになっている。
The entire bottom portions 13c 1 and 13c 2 are formed in a plate shape. At the center of the bottom portions 13c 1 and 13c 2 , shaft members A1 and A2 are fixed on an axis orthogonal to the incident optical axis O of the imaging optical system. The shaft members A1 and A2 are rotatably supported by a shaft support portion (not shown) and are rotated via a rotation drive member (not shown).
The entrance surface switching the
第一の平行平板12aは、その入射面12a1に、図3(a)に示したように、390nm〜710nmの可視光帯域の波長を透過し、720nmよりも長い近赤外波長をカットする透過波長特性を有する赤外波長カット被膜がコーティングされた赤外カットフィルタとして構成されている。また、第一の平行平板12aは、第一のフィルタ取り付け枠13a1に取り付けられている。また、第一の平行平板12aの入射面12a1には、第一の明るさ絞りS1が設けられている。
As shown in FIG. 3 (a), the first
第二の平行平板12bは、その入射面12b1に、図3(b)に実線で示したように、480nmよりも短い波長をカットし、485nmよりも長い波長を透過する透過波長特性を示す励起波長カット被膜がコーティングされた励起カットフィルタで構成されている。また、第二の平行平板12bは、第二のフィルタ取り付け枠13a2に取り付けられている。また、第二の平行平板12bの入射面12b1には、第二の明るさ絞りS2が設けられている。
第一の明るさ絞りS1と第二の明るさ絞りS2は、第一の明るさ絞りS1径φ1が第二の明るさ絞りの径φ2に比べて小さい状態で、夫々径が固定されている。
また、第一の平行平板12aの硝材の肉厚は、第二の平行平板12bの硝材の肉厚よりも厚くなっている。
その他の構成は、図1の撮像光学系と略同じである。
As shown by the solid line in FIG. 3B, the second
The first brightness stop S1 and the second brightness stop S2 are fixed in diameter with the first brightness stop S1 diameter φ1 being smaller than the diameter φ2 of the second brightness stop. .
Further, the thickness of the glass material of the first
Other configurations are substantially the same as those of the imaging optical system of FIG.
このように構成された第四実施形態の撮像光学系では、WLI(白色光観察)モードで観察像を撮像するときには、図示省略した回動駆動部材を駆動し、軸部材A1,A2と共に入射面切替光学部材1を回動させて、赤外カットフィルタ12aの入射面12a1が光軸Oに交差する位置に来るようにする。
図示省略した観察対象からの光は、第1群G1を通り、入射面切替光学部材1に入射する。第一の明るさ絞りS1を通過したφ1の径の光は、赤外カットフィルタ12aの入射面12a1に入射する。入射面12a1に入射した光のうち、390nm〜710nmの波長帯域の可視光は、入射面12a1を透過し、720nmよりも長い波長帯域の近赤外光は、入射面12a1でカットされる。入射面12a1を通過した可視光は、出射面12a2を出射し、第2群G2に入射し、カバーガラスCGを透過して撮像素子IMの撮像面に結像する。
In the imaging optical system of the fourth embodiment configured as described above, when taking an observation image in the WLI (white light observation) mode, a rotation driving member (not shown) is driven, and the incident surface together with the shaft members A1 and A2 The switching
Light from an observation target (not shown) passes through the first group G1 and enters the incident surface switching
一方、AFI(蛍光観察)モードで観察像を撮像するときには、図示省略した回動駆動部材を駆動し、軸部材A1,A2と共に入射面切替光学部材1を回動させて、図6に示すように、励起カットフィルタ12bの入射面12b1が光軸Oに直交する位置に来るようにする。
図示省略した観察対象からの励起波長と蛍光波長を含む光は、第1群G1を通り、入射面切替光学部材1に入射する。第二の明るさ絞りS2を通過したφ2の径の光は、励起カットフィルタ12bの入射面12b1に入射する。入射面12b1に入射した光のうち、480nmよりも短い、励起光を含む波長帯域の光は、入射面12b1でカットされ、485nmよりも長い波長帯域の蛍光は、入射面12b1を透過する。入射面12b1を通過した蛍光は、出射面12b2を出射し、第2群G2に入射し、カバーガラスCGを透過して撮像素子IMの撮像面に結像する。
On the other hand, when an observation image is taken in the AFI (fluorescence observation) mode, a rotation driving member (not shown) is driven, and the incident surface switching
Light including an excitation wavelength and a fluorescence wavelength from an observation target (not shown) passes through the first group G1 and enters the incident surface switching
このように、第四実施形態の撮像光学系によれば、第一実施形態の撮像光学系と同様、入射面切替光学部材1を撮像光学系の入射光軸Oに対して直交する軸上に配置された軸部材A1,A2を中心として回動することができる。
このため、第四実施形態の撮像光学系によれば、入射面切替光学部材1における2つの入射面12a1,12b1の光学特性を異ならせて構成することにより、撮像光路に対して垂直方向にフィルタを退避させるスペースを設けることなく、1つの光学系内で、2つの異なる観察モードに切り替えて、観察像を撮像することが可能となる。
しかるに、第四実施形態の撮像光学系では、入射面切替光学部材1の入射面12a1,12b1は、互いに透過波長特性が異なっている。このため、第四実施形態の撮像光学系によれば、撮像光学系の入射光軸Oと交差する入射面12a1,12b1を切り替えることにより、白色光観察モード又は蛍光観察モードに切り替えて観察像を撮像することができる。
Thus, according to the imaging optical system of the fourth embodiment, the incident surface switching
For this reason, according to the imaging optical system of the fourth embodiment, the optical characteristics of the two
However, in the imaging optical system of the fourth embodiment, the incident surfaces 12a 1 and 12b 1 of the incident surface switching
また、第四実施形態の撮像光学系によれば、入射面切替光学部材1が、入射面12a1,12b1に夫々、互いに径の異なる明るさ絞りS1,S2を備えているので、観察波長の切替と同時に光量調整をすることができ、観察波長の切替ごとの明るさ絞りの径の大きさを調整することによる光量調整の手間を省くことができる。なお、第四実施形態の撮像光学系では、蛍光は、光強度が弱く観察像が暗くなりやすいため、蛍光観察モードで観察像を撮像する場合には、明るさ絞りS2の径を極力大きくして、蛍光を極力取り込むようにしている。一方、通常の白色光は、光強度が強く観察像が明るすぎてしまいやすいため、通常の白色光による観察モードで観察像を撮像する場合には、明るさ絞りS1の径を蛍光観察の場合に比べて小さくして光量を適量にカットしている。
In addition, according to the imaging optical system of the fourth embodiment, the incident surface switching
また、第四実施形態の撮像光学系によれば、その底部13c1,13c2の輪郭が四角形に形成された角柱形状の枠部材13を有して構成したので、2種類の観察波長に切り替えて観察像を撮像することができる。
Further, according to the imaging optical system of the fourth embodiment, the bottom portions 13c 1 and 13c 2 are configured to have the
さらに、第四実施形態の撮像光学系では、入射面切替光学部材1を構成する角柱形状の枠部材13は、撮像光学系の入射光軸Oと交差する入射面13a1,13a2が切り替わるごとに光軸方向の空気換算長が異なるように、各入射面から出射面までの硝材の肉厚を異ならせて形成されている。即ち、第四実施形態の撮像光学系では、赤外カットフィルタ12aの入射面12a1から出射面12a2までの硝材の肉厚が、励起カットフィルタの入射面12b1から出射面12b2までの硝材の肉厚よりも長くなっている。
第四実施形態の撮像光学系では、赤外カットフィルタ12aに切り替えたときに通常の白色光での観察像、励起カットフィルタ12bに切り替えたときに蛍光観察像を撮像するようにした構成において、空気換算長が同じでは、蛍光観察像が白色観察像に比べて結像位置が短くなるため、いずれかの観察波長の観察像が撮像面でボケてしまう。
しかるに、第四実施形態の撮像光学系では、赤外カットフィルタ12aの入射面12a1から出射面12a2までの硝材の肉厚が、励起カットフィルタの入射面12b1から出射面12b2までの硝材の肉厚よりも長くなるようにしたので、結像位置を補正して、入射面切替光学部材1を出射する、異なる観察波長の観察像を同じ撮像位置に結像させることができる。
Further, in the imaging optical system of the fourth embodiment, the
In the imaging optical system of the fourth embodiment, in the configuration in which an observation image with normal white light is switched to the
However, in the imaging optical system of the fourth embodiment, the thickness of the glass material from the
なお、第四実施形態の撮像光学系における、入射面切替光学部材1の枠部材13に設ける平行平板12a,12bは、入射面12a1,12b1の透過波長特性が、図3(a),図3(b)に示したフィルタの組み合わせに限定されるものではない。例えば、第二のフィルタ取り付け枠13a2に取り付ける平行平板12bには、図3(c)に示すような、狭帯域透過特性(390nm〜450nm、530nm〜555nmの波長のみを透過)を持つ被膜がその表面にコーティングされた、狭帯域透過フィルタを用いてもよい。その場合には、狭帯域透過フィルタに切り替えたときには、B(青),G(緑)の狭帯域波長の観察像を撮像することができる。また、この場合は、蛍光のように光強度が弱くはないので、絞りS2の径を絞りS1の径α1と同じにしてもよい。
また、第四実施形態の撮像光学系では、軸部材A1,A2を撮像光学系の入射光軸Oに対して直交する軸上に設けたが、軸部材A1,A2は、入射光軸Oに対して垂直な軸上であれば、入射光軸Oと交わらない軸上に設けてもよい。
In the imaging optical system of the fourth embodiment, the
In the imaging optical system of the fourth embodiment, the shaft members A1 and A2 are provided on the axis orthogonal to the incident optical axis O of the imaging optical system. However, the shaft members A1 and A2 are arranged on the incident optical axis O. However, it may be provided on an axis that does not intersect the incident optical axis O as long as the axis is perpendicular to the axis.
以上、本発明の撮像光学系の実施形態を説明したが、本発明の撮像光学系は、上記各実施形態の構成に限定されるものではない。
例えば、上記各実施形態における入射面切替光学部材1の各入射面は、曲面形状に形成してもよい。このようにすれば、撮像光学系を構成する他の光学部材のパワーの一部を入射面切替光学部材1の各入射面で分担することができ、他の光学部材の曲率を小さくして収差を補正し易くしたり、撮像光学系全体の光路長を短くしたりすることができる。
なお、各実施形態における入射面切替光学部材1の各入射面は平面に形成してもよい。平面に形成すれば、入射面切替光学部材1の加工が容易になる。また、製造時に撮像光学系内への入射面切替光学部材1の組み付けが容易になる。
While the embodiments of the imaging optical system of the present invention have been described above, the imaging optical system of the present invention is not limited to the configurations of the above embodiments.
For example, each incident surface of the incident surface switching
In addition, you may form each entrance plane of the entrance plane switching
また、上記各実施形態の撮像光学系においては、異なる観察波長を用いた観察モードとして、通常の白色光観察モードと、蛍光観察モードと、狭帯域観察モードのいずれかに切り替え可能な構成を示したが、本発明の撮像光学系は、これらの観察波長での観察モードでの適用に限定されない。 In addition, the imaging optical system of each of the above embodiments has a configuration that can be switched between a normal white light observation mode, a fluorescence observation mode, and a narrow-band observation mode as an observation mode using different observation wavelengths. However, the imaging optical system of the present invention is not limited to application in an observation mode at these observation wavelengths.
例えば、入射面切替光学部材1を、上記いずれかの観察モードと、IRI(Infra Red Imaging:赤外光観察)モードとを切り替えるように構成してもよい。
その場合、例えば、図1に示した撮像光学系における入射面切替光学部材1の第二の入射面11a2に所定の赤外波長(例えば、790nm〜820nm、905nm〜970nm)を透過する特性を有する赤外透過被膜をコーティングするようにしてもよい。
For example, the incident surface switching
In that case, for example, a characteristic of transmitting a predetermined infrared wavelength (for example, 790 nm to 820 nm, 905 nm to 970 nm) to the
さらに、本発明の撮像光学系は、入射面切替光学部材は、上述したような異なる観察波長での観察モードを切り替える構成に限定されるものではなく、さらに偏光イメージングや分子イメージング等の観察モードに切り替えるように、各入射面の特性を異ならせた面として構成してもよい。
即ち、各入射面を偏光特性を異ならせた偏光面や、透過波長の異なる干渉面として構成してもよい。
あるいは、各入射面において透過波長帯域は変えずにその透過率を異ならせても良い。
さらには、各入射面において面のパワーを異ならせて、結像位置を異ならせるようにしてもよい。
Furthermore, in the imaging optical system of the present invention, the incident surface switching optical member is not limited to the configuration for switching the observation mode at different observation wavelengths as described above, and is further in an observation mode such as polarization imaging or molecular imaging. You may comprise as a surface which changed the characteristic of each entrance plane so that it may switch.
That is, each incident plane may be configured as a polarization plane with different polarization characteristics or an interference plane with different transmission wavelengths.
Alternatively, the transmittance may be varied on each incident surface without changing the transmission wavelength band.
Furthermore, the image formation position may be made different by changing the surface power at each incident surface.
本発明の撮像光学系は、1つの光学系内で、光学特性の異なる複数の観察モードに切り替えて観察像の撮像を行なう医用、医学、生物学等の分野に有用である。 The imaging optical system of the present invention is useful in fields such as medical, medical, and biology in which an observation image is captured by switching to a plurality of observation modes having different optical characteristics within one optical system.
1 入射面切替光学部材
11 透明柱体
11c1、11c2 底面
11a1 第一の入射面
11a2 第二の入射面
11a3 第三の入射面
11b1 第一の出射面
11b2 第二の出射面
11b3 第三の出射面
12a 第一の平行平板
12a1 入射面
12b 第二の平行平板
12b1 入射面
13 枠部材
13a1 第一のフィルタ取り付け枠
13a2 第二のフィルタ取り付け枠
13b1 第一の出射側枠
13b2 第二の出射側枠
13c1、13c2 底部
A1、A2 軸部材
CG カバーガラス
FS 視野絞り
G1 第1群
G2 第2群
IM 撮像素子
O 撮像光学系の入射光軸
S1 第一の明るさ絞り
S2 第二の明るさ絞り
S3 第三の明るさ絞り
1 incident plane switching
Claims (15)
互いに交差する向きに設けられた、光を透過可能な少なくとも2つの入射面を有し、該各入射面が前記撮像光学系の入射光軸と交差可能であるとともに、該撮像光学系の入射光軸に対して垂直な軸を中心として回動可能で、該撮像光学系の入射光軸に対して垂直な軸を中心として回動させられることにより、該撮像光学系の入射光軸と交差する入射面が切り替わるように構成された、入射面切替光学部材を備えたことを特徴とする撮像光学系。 In an imaging optical system that images an observation target,
There are at least two incident surfaces that transmit light and are arranged in directions that intersect each other, and each of the incident surfaces can intersect the incident optical axis of the imaging optical system, and the incident light of the imaging optical system It can be rotated about an axis perpendicular to the axis, and is rotated about an axis perpendicular to the incident optical axis of the imaging optical system, thereby intersecting the incident optical axis of the imaging optical system. An imaging optical system comprising an incident surface switching optical member configured to switch an incident surface.
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