JP4054094B2 - 電子内視鏡 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歪曲収差の補正対策、及びシェーディングの防止対策がなされた電子内視鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、細長い挿入部を狭い管腔や体腔内に挿入して臓器を観察する内視鏡が広く普及している。なかでも、内視鏡の先端部や接眼部にCCD等の固体撮像素子を配設しモニタを通して観察することができる電子内視鏡が、よく用いられている。
【0003】
ところで、最近、CCDの受光面に配列される画素の増加に伴い画素の小型化が進んだために、電子内視鏡の対物レンズ系を通った軸外主光線が本来入射すべき画素とは異なった画素に入射してしまい、正しい色が再現されなくなるという問題が発生している。これを色シェーディングという。
図25は従来のCCDにおける感光体とマイクロレンズとの位置関係を示す図である。この図において、P1 ,P2 は何れも射出瞳OからCCDに向かう主光線を示しているが、主光線P1 が光軸付近に位置するCCDの感光体に入射する場合と、主光線P2 が光軸から離れた位置にあるCCDの感光体に入射する場合ついて考えてみる。
主光線P1 はマイクロレンズAm を経てこれに対応する位置にある感光体Bm に入射する。しかし、主光線P2 はマイクロレンズAn を通過した後これと対応する位置にある感光体Bn には入射しない。このように、光軸から離れた位置にあるCCDの感光体Bn では、周辺光束がけられてしまって形成される画像が暗くなる現象が生じることがある。これを輝度シェーデイングという。
以下、単にシェーディングという場合は、色シェーディング及び輝度シェーディングの双方を示すものとする。
【0004】
電子内視鏡において、このようなシェーディングが発生する原因としては、対物レンズ系を通過した光線のうち、CCDの感光体に対して斜めに入射する光線が生じてしまうことが挙げられる。
そこで、この問題を解決するため、例えば、対物レンズ系とCCDとの間にフィールドレンズを配置して、前記対物レンズ系からの射出光線がCCDにほぼ垂直に入射し得るようにした装置が特開平1−218286号公報において提案されている。
【0005】
又、一般に内視鏡に用いられる対物レンズ系は、広い領域の観察が可能なように大きな画角を有しているため、歪曲収差の発生が顕著である。
そこで、歪曲収差を良好に補正するための対物レンズ系として提案されたのが、特開昭61−35414号公報に開示されている内視鏡対物レンズである。この内視鏡対物レンズは、4群のレンズ成分からなり、特に最も像側に位置するレンズ群にメニスカスレンズが含まれていることを特徴とする。
【0006】
ところで、この対物レンズにはメニスカスレンズが含まれている分だけ対物レンズの全長が長くなっている。そこで、前記メニスカスレンズを省略することができれば、レンズ系の全長を短縮することができる。図26は、このような目的のために3群のレンズ成分により構成された対物レンズ系を示している。しかしながら、ここに示された対物レンズ系では、シェーディングの発生を防止する目的で射出光をCCDに垂直に入射させるためには、どうしても後群のレンズ口径を大きくしなければならないという不都合が生じる。
【0007】
しかしながら、内視鏡においては、特に医療に用いられる場合には、挿入時の患者の苦痛低減や挿入性を向上させるために、可能な限り挿入部の細径化,及び対物レンズ系等が配置される先端硬質部長の短縮化がなされることが好ましい。内視鏡に用いられる対物レンズ系としては、できるだけレンズ口径が小さく全長の短いものが適している。
この目的を達成するために提案された対物レンズ系としては、特開平5−107470号公報に開示されたものがある。この対物レンズ系は、レンズ3枚により構成しフィールドレンズを省略することにより、口径及び全長を小さくすると共に諸収差を良好に補正したものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開昭61−35414号公報に開示された内視鏡対物レンズでは、歪曲収差を補正することは可能であるが、この対物レンズから射出される全ての光束をCCDに対して垂直に入射させることはできず、シェーディングが発生してしまう。
又、前記特開平5−107470号公報に開示された内視鏡対物レンズでも、同様の理由でシェーディングの発生を防止することはできない。
【0009】
一方、最近では、例えば特開平5−346556号公報に開示されたCCDのように、各感光体に対応させて設けられるマイクロレンズを、各感光体の位置に比べ光軸よりに配置することによって、シェーディングの発生を防止したCCDが提案されている。このようなCCDを用いた場合には、対物レンズ系側でシェーディング防止対策をとる必要はない。
このように、シェーディング防止対策が施されたCCDは内視鏡に用いるのに最適なものではあるが、現在のところかかるCCDを内視鏡に用いた例は見られない。
【0010】
そこで、本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑み、歪曲収差が良好に補正されると共にシェーデイングの防止対策がなされた電子内視鏡を提供することを目的とする。
又、対物レンズ系の小型化を図り、可能な限り挿入部の細径化及び先端硬質部長の短縮化がなされた電子内視鏡を提供することも、本発明の目的である。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による電子内視鏡は以下のような特徴を備えている。
【0012】
請求項1に記載の発明によれば、電子内視鏡は、最大像高に向かう主光線を光軸に対して外向きに傾斜させる対物レンズ系と、多数の画素が配列されて構成された受光面を有しこの受光面の中心部から離れる程受光面に垂直に入射する光束よりも光軸に対して外向きに傾斜して受光面に入射する光束に対して大きな出力を発生させる固体撮像素子と、を備えている。
【0013】
請求項2に記載の発明によれば、電子内視鏡は、最大像高に向かう主光線を光軸に対して外向きに傾斜させる複数の対物レンズ系と、多数の画素が配列されて構成された受光面を有し前記複数の対物レンズ系により形成された像を1つの受光面で受けるように構成された固体撮像素子とを備え、この固体撮像素子をその受光面上に結像する前記各対物レンズ系の像の中心部から離れた部分程、受光面に垂直に入射する光束よりも光軸に対して外向きに傾斜して受光面に入射する光束に対して大きな出力を発生させ得るようにしたものである。
【0014】
請求項3に記載の発明によれば、電子内視鏡は、対物レンズ系と、この対物レンズ系の視野の中心よりもその周辺部の照度が低くなるような配向特性を備えた照明光学系と、受光面に一様な強度の光が入射したとき中心部よりもその周辺部の画素の方が大きな出力を発生させる固体撮像素子と、が備えらている。
請求項4に記載の発明によれば、電子内視鏡は、上記対物レンズ系の画角は100°以上であることを特徴としている。
請求項5に記載の発明によれば、電子内視鏡は、上記対物レンズ系を構成する各レンズ成分の口径の最大値は上記固体撮像素子の短辺の長さよりも小さくなるようにしたことを特徴としている。
請求項6に記載の発明によれば、電子内視鏡は、上記対物レンズ系の最大像高に向かう光束に対する開口効率が1より小さくなっていることを特徴としている。
請求項7に記載の発明によれば、電子内視鏡は、上記対物レンズ系は3枚以下のレンズからなることを特徴としている。
請求項8に記載の発明によれば、電子内視鏡は、上記対物レンズ系の前端から上記固体撮像素子の受光面に至るまでの光路中に反射プリズムが配置され、上記固体撮像素子は内視鏡挿入部の長手方向に水平に配置されていることを特徴としている。
請求項9に記載の発明によれば、電子内視鏡は、上記反射プリズムの入射面,射出面,反射面のうち少なくとも1つが光学パワーを備えていることを特徴としている。
請求項10に記載の発明によれば、電子内視鏡は、上記反射プリズムの入射面又は射出面に光学パワーを備えた光学素子が接合されていることを特徴としている。
請求項11に記載の発明によれば、電子内視鏡は、先端部が対物レンズ系の入射窓の近傍を最高点とする山形に形成され、照明系がその対物レンズ系の入射窓の周りに少なくとも2つの射出窓を有しており、各射出窓の内側にライトガイドファイバ束が上記対物レンズ系に沿って凸状に湾曲して配設されていることを特徴としている。
請求項12に記載の発明によれば、電子内視鏡は、上記対物レンズ系は偏心したレンズを含み、上記固体撮像素子は受光面の中央部においてその受光面に垂直に入射する光束よりも受光面に対して傾斜して入射する光束に対して大きな出力を生じるように構成されていることを特徴としている。
請求項13に記載の発明によれば、電子内視鏡は、上記固体撮像素子は各画素の光の入射側に各々集光部材を備えており、これら集光部材の集光能力が上記固体撮像素子に投影される物体像の中央部から周辺部にいくに従って徐々に大きくなるようにしたことを特徴としている。
請求項14に記載の発明によれば、電子内視鏡は、上記固体撮像素子は各画素の光の入射側に各々マイクロレンズを備えており、これらマイクロレンズの光軸と各画素の中心との変位がその固体撮像素子に投影される物体像の中央部から周辺部にいくに従って徐々に大きくなるようにしたことを特徴としている。
請求項15に記載の発明によれば、電子内視鏡は、上記固体撮像素子は各画素の光の入射側に各々マイクロレンズを備えており、これらマイクロレンズの口径がその固体撮像素子に投影される物体像の中央部から周辺部にいくに従って徐々に大きくなるようにしたことを特徴としている。
請求項16に記載の発明によれば、電子内視鏡は、上記固体撮像素子は各画素の光の入射側に各々マイクロレンズを備えており、これらマイクロレンズの光軸と各画素の中心とが固体撮像素子に投影される物体像の中央部において変位しており、この変位は固体撮像素子の一方の側へ行くほど大きく他方へ行く程小さくなっていることを特徴としている。
請求項17に記載の発明によれば、電子内視鏡は、上記対物レンズ系は屈折力を有するレンズが3枚以下あるいは3群以下であって、次の条件式を満足することを特徴としている。
1.5<L/f<4
L:射出瞳位置から像面までの空気換算長
f:焦点距離
請求項18に記載の発明によれば、電子内視鏡は、次の条件式を満足することを特徴としている。
L′/f<1.5
L′:射出瞳位置から明るさ絞りまでの空気換算長
f:焦点距離
請求項19に記載の発明によれば、電子内視鏡は、上記対物レンズ系は物体側から順に第1レンズと第2レンズと第3レンズ群とからなり、第3レンズ群は接合レンズであって、その接合面は像側に凸であることを特徴としている。
請求項20に記載の発明によれば、電子内視鏡は、CCDカバーガラスにレンズ又は平行平面板が接着されていて、次の条件式を満足することを特徴としている。
φ/2<1.2×IH
φ:CCDカバーガラスに接着したレンズまたは平行平面板の外径
IH:最大像高
請求項21に記載の発明によれば、電子内視鏡は、対物レンズ系と、該対物レンズ系により形成された像を受光面で受けるように構成された固体撮像素子と、を含む電子内視鏡において、前記固体撮像素子は複数の感光体が配列されてなり、前記対物レンズ系の光軸上に配置された感光体を中心に、周辺部に配置された感光体ほど感度が高いことを特徴としている。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【0016】
第1実施例
図1は本実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。本実施例の電子内視鏡の対物系は、対物レンズ系1とこの光の射出側に配置されたCCD2とにより構成される。対物レンズ系1は、図示しない物体側から順に、負レンズからなる第1群3,正レンズからなる第2群4,接合正レンズからなる第3群5,及び物体側に凹面を有するメニスカスレンズからなる第4群6が配置されて構成されている。又、第2群4と第3群5との間には、明るさ絞り7が配置されている。
【0017】
本実施例の電子内視鏡では、対物レンズ系1を構成する各レンズ成分のうち、最も像側に配置される第4群6に物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを用いることにより、レトロフォーカスタイプの内視鏡対物レンズ系の欠点であった全長が長くレンズ口径が大きくなるうえ歪曲収差も大きく発生するといった不具合の改善を図った。ここでは、対物レンズ系1を構成するレンズ成分の口径をCCD2の短辺よりも短くなるようにしている。又、明るさ絞り7を第2群4と第3群5との間に配置したことにより、更なる歪曲収差の補正を容易にした。
【0018】
ここで、前記対物レンズ系1は、第1群3,第4群6の各レンズ面における主光線の高さの平均値を夫々h1 ,h4 、第1群3,第4群6の焦点距離を夫々f1 ,f4 、第3群5の最も物体側のレンズ面の曲率半径をR3 、対物レンズ系1全系の焦点距離をfとしたとき、以下に示す条件式を満足していることが好ましい。
|h1 /f1 |>1.15×|h4 /f4 | ・・・・(1)
3 <5f ・・・・(2)
【0019】
条件式(1)は、対物レンズ系1を構成している各レンズの口径の小型化を図ると共に良好な歪曲収差の補正を可能とするための条件を示すものである。前記|h1 /f1 |は第1群3による主光線の屈折力,|h4 /f4 |は第4群6による主光線の屈折力を示している。条件式(1)では、|h1 /f1 |の値を|h4 /f4 |の値より大きくなるように定義している。これによって第1群3を広角化し、第4群6では、主光線を適度に曲げて周辺光量があまり低下しない範囲で歪曲収差を補正し、対物レンズ系1の全長(第1面から像面までの距離)及び各レンズ口径を小さくした。
又、条件式(2)は球面収差が補正されるための条件を示すものである。この条件式(2)が満たされない場合には、球面収差の補正は十分になされない。
【0020】
尚、対物レンズ系1は内視鏡に用いられることを考慮して、その画角はできるだけ大きい方が望ましく、少なくとも100°以上であることが好ましい。
更に、対物レンズ系1の最大像高に向かう光束に対する開口効率は1より小さくなっている。又、対物レンズ系1の主光線の傾斜角は光軸に対して10〜30°程度であることが好ましい。10°より小さいと歪曲収差の補正が不十分であり、30°より大きいとシェーディングの防止が不十分となる。
【0021】
以下、本実施例の電子内視鏡に用いられる対物レンズ系1を構成する各光学部材の数値データを示す。
f=1.00,Fナンバ3.78,像高1.0040,画角115°
【0022】
1 =∞
1 =0.2520 n1 =1.51633 ν1 =64.15
2 =0.6655
2 =1.2601
3 =2.2444
3 =0.2520 n3 =1.74100 ν3 =52.68
4 =-6.8676
4 =0.0504
5 =∞(明るさ絞り7)
5 =0.0504
【0023】
6 =2.5764
6 =0.5544 n6 =1.62041 ν6 =60.27
7 =-0.5040
7 =0.2016 n7 =1.80518 ν7 =25.43
8 =-0.9738
8 =0.7436
9 =-0.6990
9 =0.2520 n9 =1.72825 ν9 =28.46
10=-1.2601
【0024】
1 /f1 =0.541 ,h4 /f4 =0.184
(h1 /f1 )/(h4 /f4 )=2.94
1 =-1.29 ,f23(第2群と第3群の焦点距離)=1.08,f4 =-2.66
【0025】
但し、上記各数値データにおいて、r1 ,r2 ,・・・・は各レンズ面等の曲率半径、d1 ,d2 ,・・・・は各レンズ等の肉厚又はそれらの間隔、n1 ,n2 ,・・・・は各レンズの屈折率、ν1 ,ν2 ,・・・・は各レンズのアッベ数を示している(以下、同様)。
又、対物レンズ系1にかかる収差曲線図は図2に示す通りである。
【0026】
一方、レンズ系自身で歪曲収差の補正を行うと、そこから射出される光線の射出角は大きくなる傾向がある。対物レンズ系1からの光線の射出角が大きくなる程、シェーディングの発生が顕著となる。
そこで、このような不具合を回避するために、本実施例の電子内視鏡では、CCD2にシェーディングの発生を防止するための工夫が施されている。
【0027】
図3は、本実施例の電子内視鏡に用いられるCCD2の概略構成を示す断面図である。このCCD2は、基板2a上に各感光体2b1,2b2,・・・・,2bnが縦横に配列されてなる感光部2b,同様に各色フィルタ2c1,2c2,・・・・,2cnが縦横に配列されてなる色フィルタ部2c,各マイクロレンズ2d1,2d2,・・・・,2dnが縦横に配列されてなるマイクロレンズ部2d,及びカバーガラス2eが順次積層されて一体的に構成されている。
特に、CCD2では、各感光体2b1,2b2,・・・・,2bn及び各色フィルタ2c1,2c2,・・・・,2cnに対応して配列されているマイクロレンズ2d1,2d2,・・・・,2dnの位置が、対物レンズ系1の光軸から離れた位置にあるもの程、前記各感光体及び色フィルタの位置に比べ前記光軸よりになっている。即ち、CCD2の受光面において、対物レンズ系1の光軸から離れる程、感光体及び色フィルタの中心とこれらに対応させて配置されているマイクロレンズの光軸とのずれが対物レンズ系1の光軸よりに大きくなるように構成されているのである。
このような構成により、対物レンズ系の射出瞳Oから射出された各主光線が前記各マイクロレンズを経てこれらに対応する前記各色フィルタ,各感光体に確実に入射させることができ、色シェーディング及び輝度シェーディングの発生を防止することができる。
【0028】
ところで、歪曲収差を補正するとCCD2について前述のような工夫を施しても、光軸近傍に位置する感光体と比べてCCD2の周辺部に位置する感光体程、入射する光の開口数が小さくなる傾向がある(所謂開口効率が1より小さくなる)。この結果、感光体の周辺部分に入射する光量が減少し、形成される画像が暗くなるという不具合が発生しかねない(所謂輝度シェーディングと同様な現象が発生する)。
【0029】
そこで、更に本実施例の電子内視鏡に用いられるCCD2を、この受光面の中心(対物レンズ系1の光軸と一致する)部分から離れた位置にある感光体程、高い出力を発生し得るものとしてもよい。即ち、垂直に近い入射光を受光する感光体よりも、斜めの光を受光する傾向にある感光体の出力を高めたのである。
このようにすることにより、CCD2において輝度シェーディングの発生を防止することが可能になる。
【0030】
以上のような構成により、本実施例の電子内視鏡では、歪曲収差を良好に補正できると共に、シェーディングの発生も確実に防止することが可能になる。
【0031】
第2実施例
図4は本実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。本実施例では、更なる対物系の全長の短縮を図るために、対物レンズ系をフィルードレンズを省略して3枚のレンズ成分により構成している。
図4に示すように、本実施例の電子内視鏡の対物系は、対物レンズ系10とこの光の射出側に配置されたCCD2とにより構成される。対物レンズ系10は、図示しない物体側から順に、負レンズからなる第1群11,夫々正レンズからなる第2群12及び第3群13が配置されて構成されている。又、第1群11と第2群12との間には、必要に応じて赤外カットフィルタ又はレーザカットフィルタ14が配置される。第3群13の光の入射面には、明るさ絞り15が設けられている。CCD2は第1実施例の電子内視鏡に用いられたものと同様のものであり、シェーディングの防止機能を備えたCCDである。
【0032】
本実施例の電子内視鏡では、対物レンズ系10において、明るさ絞り15を第2群12と第3群13との間に配置することにより、この明るさ絞り15よりも物体側に正の屈折力を有するレンズ(第2群12)が少なくとも1枚配置されることになる。よって、負の屈折力を有する第1群11で発生する倍率の色収差を、正の屈折力を有する第2群12でその収差を補正する方向に発生させて倍率の色収差を除去することができる。このように対物レンズ系10では、倍率の色収差の補正のために従来設けられていた接合レンズが不要になり、レンズ系の構成の簡略化がなされている。
又、第2群12,明るさ絞り15及び第3群13を互いに近接させて配置したことにより、第2群12及び第3群13のレンズ口径を小さくすることが可能になる。
【0033】
以下、本実施例の電子内視鏡に用いられる対物レンズ系10を構成する各光学部材の数値データを示す。
f(対物レンズ系10の焦点距離)=1.001,Fナンバ3.833,
画角100°
【0034】
1 =∞
1 =0.4984 n1 =1.88300 ν1 =40.78
2 =1.2048
2 =0.5708
3 =∞
3 =0.6431 n3 =1.51633 ν3 =64.15
4 =∞
4 =0.0322
5 =1.3000
5 =0.7464 n5 =1.51728 ν5 =69.56
【0035】
6 =-3.0866
6 =0.2912
7 =∞(明るさ絞り15)
7 =0.9419 n7 =1.51728 ν7 =69.56
8 =-1.0736
8 =0.5266
9 =∞
9 =1.6077 n9 =1.51633 ν9 =64.15
10=∞
【0036】
以上のような構成により、本実施例の電子内視鏡は対物系の全長及び口径を小さくすることができるので、挿入部の細径化と共に先端硬質部長の短縮化を図ることができる。そのうえ、シェーディングの発生を回避することもできる。
【0037】
第3実施例
電子内視鏡に限らず全て内視鏡には、その細長の挿入部を狭い管腔や体腔内に挿入しなければならないので、挿入部の細径化が望まれている。又、屈曲した部位に対しては挿入性の向上、更に医療内視鏡にあっては患者へ与える苦痛の低減のため、挿入部の先端硬質部長を短縮することも望まれている。
これらの要求に応えるために、特に電子内視鏡では、その先端部又は接眼部に配設される固体撮像装置のより一層の小型化、ひいてはCCDの小型化が必要となる。しかし、CCDを小型化すると、画素サイズが小さくなりCCDの感光部の面積も小さくなって、CCDのイメージエリアに入射し得る物体像を形成する光量が減少して信号の出力レベルが次第に低下するという問題が発生する。かかる点でCCDの小型化には限界がある。
そこで、本実施例の電子内視鏡では、CCDを内視鏡挿入部の長手方向に対して水平に配置することにより、内視鏡挿入部の細径化を図った。
【0038】
図5(a)は本実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。本実施例の電子内視鏡の対物系は、図示しない物体側から順に、対物レンズ系20とこの光の射出側に内視鏡挿入部の長手方向に対して水平に配置されたCCD2とからなっている。対物レンズ系20は、物体側から順に、負レンズからなる第1群21,明るさ絞り22,正レンズからなる第2群23及び前記物体側に凹面が形成され負の屈折力が備えられた反射プリズム24が配置されて構成されている。又、CCD2には、第1実施例に示されたものと同様、シェーディングの防止機能を備えたものを用いている。
尚、反射プリズム24は、第2群23からの光の入射面に凹面が形成さているが、これを図5(b)に示すように、物体側に凹面を向けた負レンズ25と反射プリズム26とを接合して構成してもよい。
【0039】
このように、本実施例の電子内視鏡に備えられた対物レンズ系20は、最も像側に凹面(負のパワー)が配置されているため、歪曲収差を良好に補正することができる。更に、シェーディング防止機能が施されたCCD2を備えていることから、シェーディングが発生する虞もない。又、反射プリズム24によって光軸を90°折り曲げたことから、CCD2を内視鏡挿入部の長手方向と水平に配置することが可能となる。
このように、本実施例の電子内視鏡では、対物レンズ系20の光軸を曲げてCCD2を対物レンズ系20と並列させて配置した分、先端硬質部長の短縮化がなれると共に挿入部の細径化を図ることができる。又、シェーディングの発生も回避できる。
【0040】
又、対物レンズ系20は図6(a)に示すように構成されてもよい。即ち、対物レンズ系20は、図示しない物体側から順に配置された、負レンズからなる第1群27,正レンズからなる第2群28,明るさ絞り29,光の射出側に凹面が形成され負の屈折力を備えた反射プリズム30により構成されてもよい。このように、凹面が光の射出側に形成された反射プリズム30を用いても、図5(a)に示された電子内視鏡の対物系と同様の効果が得られる。
尚、反射プリズム30は、このプリズム自体に負の屈折力が備えられているが、図6(b)に示すように、通常の反射プリズム31と光の射出側に凹面を向けた負レンズ32とを接合して構成することも可能である。
【0041】
更に、対物レンズ系20は図7に示すように構成されてもよい。即ち、この対物レンズ系20は、図示しない物体側から順に配置された、負レンズからなる第1群33,明るさ絞り34,正レンズからなる第2群35,正レンズからなる第3群36,及び第3群36の光の射出面に接合され反射面に凹面が形成された反射プリズム37により構成されてもよい。
このように、反射プリズム37の反射面に凹面を形成しここに負の屈折力を備えることによっても、図5(a)に示された電子内視鏡の対物系と同様の効果が得られる。
【0042】
図8も図5(a)に示された電子内視鏡の対物系の変形例を示す図である。この例では、対物レンズ系20が、図示しない物体側から順に、負レンズからなる第1群38,正レンズからなる第2群39,明るさ絞り40,正レンズからなる第3群41,反射プリズム42,反射プリズム42の光の射出面に接合され光の射出面に凹面が形成された負レンズ43,及び負レンズ43の凹面に接合された正レンズ44が配置されて構成されている。特に、負レンズ43と正レンズ44との間で、負レンズ43が有する負の屈折力が正レンズ44が有する正の屈折力よりも大きくなるように設定することにより、負レンズ43,正レンズ44全体として負の屈折力を備えることができる。
このような構成によっても、最も像側に負の屈折力を配置することができ、歪曲収差を良好に補正することが可能となる。
【0043】
第4実施例
図9は従来の電子内視鏡の挿入先端部の構成を示す光軸に沿う断面図である。ここに示すように、従来の電子内視鏡では、対物レンズ系とCCDとからなる対物系から構成される撮像ユニット45の外側に、この撮像ユニット45と平行になるようにライトガイド46が配設されている。
このような従来の電子内視鏡では、2つの照明系を備えてはいるものの、その口径は対物レンズ系の口径よりも小さいため、照野はあまり広いものではない。よって、撮像ユニット45が広い画角の対物レンズ系を備えていても、照明系の照野が狭いために、撮像ユニット45の性能を十分に引き出すことは不可能であった。
【0044】
そこで、本実施例にかかる電子内視鏡では、第2実施例に示した対物レンズ系10とCCD2とからなる細径の対物系を用いて撮像ユニットを構成した。第2実施例の対物レンズ系10は、前述のように、第2群12と第3群13とを明るさ絞り15に近接させて配置したため、それらを構成するレンズの口径を小さくすることを可能としたものである。図10は本実施例にかかる電子内視鏡の挿入部先端の構成を示す光軸に沿う断面図である。本実施例の電子内視鏡では、第2実施例の対物系を用いて撮像ユニット47を構成しているため、撮像ユニット47の中央部を細くくびれた筒形状に形成することが可能になる。そこで、この撮像ユニット47の外側面に沿って2本のライトガイド48を夫々前記くびれた部分に入るように撮像ユニット側へ凸状に湾曲させて撮像ユニットに沿うように配設すれば、自ずからライトガイド48の射出面は挿入部の先端の外側へ向くようになる。よって、かかるライトガイド48の射出面の直前に照明レンズ49を配設して射出窓を形成すれば、従来の内視鏡よりも広い範囲の照野を形成することができる。従って、広画角である対物レンズ系10の観察可能な範囲と照明系の照野とを容易に一致させることができ、広い観察範囲を有する電子内視鏡を構成することができる。
【0045】
尚、撮像ユニット47は細径の対物レンズ系10を備えていることから、ライトガイド48を屈曲状に配設しても、従来の内視鏡挿入部よりもその口径が太くなるようなことはない。
更に、本実施例の電子内視鏡では、照明光の射出面が外側に向いているため、内視鏡の挿入部先端を対物レンズ系10の入射面を最高点とする山形の流線型に形成することが可能なため、内視鏡の挿入がより容易になるという利点も備えている。
【0046】
第5実施例
図11(a)は本実施例にかかる電子内視鏡の挿入部先端の構成を示す光軸に沿う断面図である。本実施例の電子内視鏡の先端部には、図示しない物体側から順に、対物レンズ系50とCCD51とが配置されている。対物レンズ系50は、図示しない物体側から順に配置された、負レンズからなる第1群52,明るさ絞り53,正レンズからなる第2群54により構成されている。又、対物レンズ系50を構成する第1群52は、内視鏡挿入部の先端を丸みを帯びた流線型に形成するために、第1面を傾斜させて偏心させ、先端部が尖った形状になっている。従って、対物レンズ系50から射出され図示したCCD51の最上部に入射する主光線は、CCD51に対してほぼ垂直に入射し得るが、その下側に入射する主光線は斜入射となる。そのうえ、CCD51への主光線の入射位置が下側に向かうにつれて徐々にその入射角度が大きくなっていく。よって、CCD51の下側に行く程シェーディングが生じ易くなる。
【0047】
そこで、本実施例の電子内視鏡に用いられるCCD51は、最上位側から下へ行く程、各色フィルタ及び感光体に対応させて配列されているマイクロレンズの位置が上側にずらされている。図11(b),(c)は夫々このように構成されたCCD51の断面図,正面図である。CCD51も第1実施例に示されたCCD2と同様に、各感光体が配列されてなる感光部,各色フィルタが配列されてなる色フィルタ部,前記各感光体及び色フィルタに対応させて配列されているマイクロレンズ部,及びカバーガラスが順次積層されて構成されている。しかしながら、前述した特性を備えた対物レンズ系50と共に用いられることから、CCD51の最上部に配列された各マイクロレンズの光軸はこれに対応する各色フィルタ及び感光体の中心部と一致している。そして、CCD51の下方に向かうに従って、各色フィルタ及び感光体の中心部とこれに対応させて配列されているマイクロレンズの光軸とのずれが徐々に上側に大きくなっている。
本実施例では、CCD51のマイクロレンズの配列をこのようにすることにより、シェーディングの発生を回避している。
【0048】
以上のように、本実施例の電子内視鏡では、挿入部の先端を流線型にするために、偏心したレンズを用いて対物レンズ系50を構成しているが、前述した特性を備えたCCD51を共に用いているため、シェーディングが発生する虞はなく、良好な内視鏡像を得ることができる。
【0049】
第6実施例
図12(a)は本実施例の電子内視鏡における挿入部先端の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【0050】
本実施例の電子内視鏡の対物系は、側視用の対物レンズ系61,直視用の対物レンズ系62及びCCD63により構成されている。側視用の対物レンズ系61は、図示しない物体側から順に、負レンズからなる第1群61a,第1群61aから射出される光束を偏向するためのプリズム61b,明るさ絞り61c,及び正レンズからなる第2群61dが配置されて構成されている。プリズム61b及び第2群61dは共に明るさ絞り61cを挟みその近傍に配置されているため、プリズム61bの射出面及び第2群61dのレンズ口径を小さくすることができると共に対物レンズ系61の全長も短くすることができる。
又、対物レンズ系61は、最大像高に向かう主光線を光軸に対し外向きに傾斜させることにより、歪曲収差を補正している。
【0051】
一方、直視用の対物レンズ系62は、図示しない物体側から順に、負レンズからなる第1群62a,正レンズからなる第2群62b,明るさ絞り62c,及び正レンズからなる第3群62dが配置されて構成されている。この対物レンズ系62は、第2実施例に示したものと同様に、第2群62b及び第3群62dが明るさ絞り62cを挟みその近傍に配置されているため、第2群62b,第3群62d共にそのレンズ口径を小さくすることができるうえ、対物レンズ系62の全長も短く構成できる。
又、対物レンズ系62は、最大像高に向かう主光線を光軸に対し外向きに傾斜させることにより、歪曲収差を補正している。
【0052】
このように、側視用の対物レンズ系61,直視用の対物レンズ系62共に口径の小さいレンズにより構成されているため、2種類の対物レンズ系が内視鏡の先端硬質部内に並列配置されていても、内視鏡挿入部の口径が大型化することはない。又、前記各対物レンズ系の全長も短く構成されているため、内視鏡の先端硬質部長を短く形成することができる。
【0053】
ところで、本実施例の電子内視鏡では、側視用の対物レンズ系61が形成する像と直視用の対物レンズ系62が形成する像とでは、CCD63における結像位置が異なる。このため、CCD63は、対物レンズ系61による像が結像する領域63Aと、対物レンズ系62による像が結像する領域63Bとの2つの領域により構成されている。図12(b)はCCD63の構成を示す光軸に沿う断面図、同図(c)はCCD63の正面図である。
【0054】
次に、CCD63の領域63A,63Bの構成について説明する。尚、領域63Aと領域63Bとは同様の構成であるため、ここでは領域63Aの構成についてのみ述べる。
CCD63の領域63Aは、基板上の対物レンズ系61の光軸上に配置された感光体を中心に縦横に感光体が配列されてなる感光部,前記感光部に対応させて縦横に色フィルタが配列されてなる色フィルタ部,前記各感光体及び色フィルタに対応させて縦横にマイクロレンズが配列されてなるマイクロレンズ部,及びカバーガラスが順次積層されて構成されている。
【0055】
ここで、対物レンズ系61の光軸上に配置されているマイクロレンズは、光軸を対物レンズ系61の光軸と一致させている。又、このマイクロレンズの光軸は、これに対応させて配置されている色フィルタ及び感光体の中心と一致している。そして、CCD63の光の入射面において、対物レンズ系61の光軸から離れる程、マイクロレンズの光軸とこれに対応させて配置されている色フィルタ及び感光体の中心とのずれが、対物レンズ系61の光軸よりに大きくなっている。
このようにすることにより、対物レンズ系61からの光束を本来到達すべき感光体に確実に入射させ、シェーディングが発生するのを防止している。
【0056】
更に、対物レンズ系61の光軸から遠い位置にあるマイクロレンズ程、その口径を大きくした。又、その光軸から遠い位置にあるマイクロレンズ程、レンズ面の曲率を小さくしてレンズパワーを強化した。このようにすることで、対物レンズ系61の光軸上に位置するマイクロレンズに比べて領域63Aの外周部に近い位置にあるマイクロレンズ程、集光性が向上するように工夫している。従って、領域63Aの外周部付近に到達する光束もけられることなく各感光体に入射させることができ、輝度シェーディングの発生を防止することが可能になる。
【0057】
以上のように、本実施例の電子内視鏡では、先端硬質部内に配置される対物系は側視用,直視用の2種類の対物レンズ系を有しているため、観察領域の拡大が図れる。しかも、前記2種類の対物レンズ系はいずれも小型なものであり、並列に配置しても内視鏡挿入部の口径が大きくなるようなことはない。
又、前記2種類の対物レンズ系により歪曲収差を良好に補正できると共に、それら対物レンズ系の像を結像するCCDもシェーディングを発生することはない。
【0058】
第7実施例
図13は本実施例の電子内視鏡における挿入部先端の構成を示す光軸に沿う断面図である。図のように、本実施例の内視鏡挿入部の先端には、最大像高に向かう主光線を光軸に対し外向きに傾斜させる対物レンズ系と、CCDとからなる撮像ユニット71が配置されている。又、この撮像ユニット71と平行に2本のライトガイド72が配設されている。ライトガイド72の射出側には夫々照明レンズ73が配置されている。
【0059】
このように、本実施例の電子内視鏡では、照明系が撮像ユニット71を挟むかたちで配設されているため、照明レンズ73を介してライトガイド72から射出れさる照明光は、撮像ユニット71の観察可能範囲の中心付近で明るくこの中心から離れるに従って暗くなる。このようすを示すグラフが図14(a)である。このため、撮像ユニット71のCCDに到達する光も、観察範囲の中心部からの観察光よりもその周辺部からの観察光の方が暗いものとなる。観察光のCCDにおける入射位置は、観察範囲の中心部からのものはCCDの中心部に、その周辺部からのものはCCDの周辺部に入射することになる。このとき、CCDの感光部が一様の感度を有している場合には、得られる像も周辺部がその中心部と比べ暗いものとなり、観察し難いものとなる。
【0060】
ここで、照明系の配光特性が図14(a)に示すグラフのような場合には、CCDの感光部の感度分布を同図(b)に示すグラフのように設定すれば、電子内視鏡により得られる像は、同図(c)に示すグラフのように、像全体が一様な明るさを有するものとなるはずである。
【0061】
そこで、本実施例では、図15に示すようなCCDを採用した。このCCDは、基板上の前記対物レンズ系の光軸上に配置された感光体を中心に縦横に感光体が配列されてなる感光部,前記感光部に対応させて縦横に色フィルタが配列されてなる色フィルタ部,前記各感光体及び色フィルタに対応させて縦横にマイクロレンズが配列されてなるマイクロレンズ部,及びカバーガラスが順次積層されて構成されている。
【0062】
ここで、前記対物レンズ系の光軸上に配置される感光体に光を導くためのマイクロレンズは、その感光体に対応させて配置されている色フィルタの直前に配置されている(即ち、マイクロレンズの光軸と色フィルタ及び感光体の中心とを一致させている)。そして、前記対物レンズ系の光軸から離れた位置にある感光体に光を導くためのマイクロレンズ程、その感光体に対応させて配置されている色フィルタに対して前記光軸よりに配置されている(即ち、前記対物レンズ系の光軸から離れる程、マイクロレンズの光軸と色フィルタ及び感光体の中心とのずれが前記対物レンズの光軸よりに大きくなる)。
更に、各感光体は、照明系の配光特性に合わせて、CCDの中央部よりその周辺部に配置されているもの程、感度が高くなっているため、CCD全体において一様な明るさの像が得られるようになっている。
このような構成により、本実施例の電子内視鏡では、シェーディングの発生を防止できると共に、照明系の配光特性を考慮して一様な明るさを有する観察像を得ることもできる。
【0063】
尚、CCDのマイクロレンズは、中央部よりも周辺部に配置されているもの程曲率が徐々に小さくなるようにしてもよいし、中央部付近に配置されているマイクロレンズのみを除去することによっても、電子内視鏡による像の明るさを一様にすることができる。又、照明系の配光特性に合わせて、CCDの中央部よりその周辺部に配置されているマイクロレンズの口径を大きく形成しても、周辺部の感光体への集光性能を向上させることができ、同様の効果が得られる。
【0064】
第8実施例
図16は本実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。本実施例の電子内視鏡の対物レンズ系180は、物体側から順に、平行平板のカバーガラス81,正レンズの第1レンズ82,正レンズの第2レンズ83とから構成されている。カバーガラス81の射出面に明るさ絞り84が設けられている。第2レンズ83は赤外光を吸収する物質で形成されている。第2レンズ83はその光軸をCCDの撮像エリアの中心と合わせて、CCDカバーガラス85に接着されている。CCDのパッケージは角形状であるため枠に固定しづらいが、CCDを円形の第2レンズ83に固定した状態で第2レンズ83を内形が円の枠に入れることで固定している。
【0065】
図17(a)で、従来、CCDカバーガラスに接着するレンズ83′や平行平面板の外径は最大像高に対してかなり大であった。すなわち、この図の例では対物レンズがテレセントリックであるため軸外の上側光線をけらないようにするとCCDカバーガラスにはりあわせるレンズの外径が大にならざるを得なかった。そのため、枠の外径も大きくなり内視鏡先端部の外径を大にしていた。
【0066】
図17(b)で、本発明では軸外の主光線を傾けているため、CCDカバーガラスにはりあわせるレンズ83の外径を小にできる。そのため、枠の外径も小にできる。はりあわせるレンズ又は平行平面板の外径をφ、最大像高をIHとすると、本発明では
φ/2<1.2×IH ・・・・(3)
さらに好ましくは
φ/2<1.1×IH ・・・・(4)
となるようにしている。
【0067】
本発明では、CCDすなわち像面に入射する際の主光線の傾斜角θは10゜〜30゜程度であることが好ましい。10゜より小さいと像面に近いレンズ(この場合は第2レンズ)の外径が大となり、その結果内視鏡先端部の外径が大となるため好ましくない。30゜より大きいとシェーディングの防止が不十分となるため好ましくない。
【0068】
図18に示すように、傾斜角θを10゜〜30゜程度の範囲にするために次の条件式を満足することが好ましい。
1.5<L/f<4 ・・・・(5)
L:射出瞳位置から像面までの空気換算長
f:焦点距離
【0069】
L/fが1.5より小さいと傾斜角θが大きすぎ、4より大きいと傾斜角θが小さすぎる。さらに、レンズ枚数が3枚程度以下と少ない場合は収差補正上から次の関係式を満足することが好ましい。
L′/f<1.5 ・・・・(6)
L′:射出瞳位置から明るさ絞りまでの空気換算長
L′/fが1.5より大きいと特に像周辺の収差が悪化するため好ましくない。
【0070】
以下、本実施例の電子内視鏡に用いられる対物レンズ系80を構成する各光学部材の数値データを示す。
f=1.477 ,Fナンバ7.8 ,像高1.533 ,画角133゜
【0071】
1 =∞
1 =0.6000 n1 =1.51633 ν1 =64.14
2 =∞(明るさ絞り84)
2 =0.0300
3 =∞
3 =0.9633 n3 =1.72916 ν3 =54.68
4 =-1.3173
4 =0.2891
5 =3.5010
5 =1.6000 n5 =1.51400 ν5 =75.00
【0072】
6 =∞
6 =0.5000 n6 =1.49700 ν6 =81.54
7 =∞
L/f=1.887 , L′/f=0.352
【0073】
第9実施例
図19は本実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。本実施例の電子内視鏡の対物レンズ系90は、物体側から順に、平行平板のカバーガラス91、正レンズの第1レンズ92、正レンズの第2レンズ93、平行平板板の赤外吸収フィルター94とから構成されている。第1レンズ92の入射面に明るさ絞り95が設けられている。赤外吸収フィルター94はCCDカバーガラス96に接着されている。
【0074】
以下、本実施例の電子内視鏡に用いられる対物レンズ系90を構成する各光学部材の数値データを示す。
f=0.991 ,Fナンバ4.0 ,像高0.8 ,画角113゜
【0075】
1 =∞
1 =0.4000 n1 =1.51633 ν1 =64.14
2 =∞(明るさ絞り95)
2 =0.0800
3 =-1.0297
3 =0.6803 n3 =1.88300 ν3 =40.76
4 =-0.9766
4 =0.0678
5 =1.6673
5 =0.5674 n5 =1.88300 ν5 =40.76
【0076】
6 =∞
6 =0.3256
7 =∞
7 =0.4000 n7 =1.51400 ν7 =75.00
8 =∞
8 =0.7000 n8 =1.51633 ν8 =64.14
9 =∞
L/f=2.266 , L′/f=0.467
【0077】
第10実施例
図20は本実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。本実施例の電子内視鏡の対物レンズ系100は、物体側から順に、凹レンズの第1レンズ101、正レンズの第2レンズ102、正レンズの第3レンズ103、平行平板の赤外吸収フィルター104とから構成されている。第2レンズ102の入射面に明るさ絞り105が設けられている。赤外吸収フィルター104はCCDカバーガラス106に接着されている。
【0078】
以下、本実施例の電子内視鏡に用いられる対物レンズ系100を構成する各光学部材の数値データを示す。
f=0.585 ,Fナンバ4.0 ,像高0.5 ,画角113゜
【0079】
1 =∞
1 =0.2000 n1 =1.51633 ν1 =64.14
2 =0.9068
2 =0.1392
3 =∞(明るさ絞り105)
3 =0.6105 n3 =1.88300 ν3 =40.76
4 =-0.6105
4 =0.0500
5 =2.3470
5 =0.3780 n5 =1.88300 ν5 =40.76
【0080】
6 =∞
6 =0.0300
7 =∞
7 =0.4000 n7 =1.51400 ν7 =75.00
8 =∞
8 =0.4000 n8 =1.51633 ν8 =64.14
9 =∞
L/f=2.8 , L′/f=0.863
【0081】
第11実施例
図21は本実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。本実施例の電子内視鏡の対物レンズ系110は、物体側から順に、凹レンズの第1レンズ111、正レンズの第2レンズ112、正レンズの第3レンズ113、平行平板の赤外吸収フィルター114とから構成されている。第2レンズ112の入射面に明るさ絞り115が設けられている。赤外吸収フィルター114はCCDカバーガラス116に接着されている。第3レンズ113は凸レンズと凹レンズとの接合レンズである。この場合、接合面は像側に凸の面であると明るさ絞りに対してコンセントリックな条件となり、収差補正上好ましい。また、凸レンズのコバ厚の確保の上からも接合面は像側に凸であることが好ましい。
【0082】
以下、本実施例の電子内視鏡に用いられる対物レンズ系110を構成する各光学部材の数値データを示す。
f=1.371 ,Fナンバ3.7 ,像高1.2 ,画角113゜
【0083】
1 =∞
1 =0.5000 n1 =1.51633 ν1 =64.14
2 =1.0425
2 =0.1200
3 =∞(明るさ絞り115)
3 =1.3606 n3 =1.88300 ν3 =40.76
4 =-1.1686
4 =0.0500
5 =5.5829
5 =1.6832 n5 =1.77250 ν5 =49.60
【0084】
6 =-1.2720
6 =0.2000 n6 =1.84666 ν6 =23.78
7 =∞
7 =0.3279
8 =∞
8 =0.5000 n8 =1.51400 ν8 =64.14
9 =∞
9 =0.4000 n9 =1.51633 ν9 =64.15
10=∞
L/f=2.653 , L′/f=0.646
【0085】
第12実施例
図22は本実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。本実施例の電子内視鏡の対物レンズ系120は、物体側から順に、凹レンズの第1レンズ121、正レンズの第2レンズ122、正レンズの第3レンズ123、平行平板の赤外吸収フィルター124とから構成されている。第2レンズ122と第3レンズ123との間に明るさ絞り125が設けられている。赤外吸収フィルター124はCCDカバーガラス126に接着されている。第3レンズ123は凸レンズと凹レンズとの接合レンズである。
【0086】
以下、本実施例の電子内視鏡に用いられる対物レンズ系120を構成する各光学部材の数値データを示す。
f=0.99 ,Fナンバ4.7 ,像高0.925 ,画角113゜
【0087】
1 =∞
1 =0.3800 n1 =1.88300 ν1 =40.76
2 =0.5995
2 =0.4354
3 =1.2166
3 =1.1110 n3 =1.88300 ν3 =40.76
4 =-1.3029
4 =0.0662
5 =∞(明るさ絞り125)
5 =0.3600
【0088】
6 =-7.0966
6 =0.6392 n6 =1.77250 ν6 =49.60
7 =-0.6360
7 =0.1487 n7 =1.84666 ν7 =23.78
8 =-2.5814
8 =0.2133
9 =∞
9 =1.0000 n9 =1.51400 ν9 =75.00
10=∞
10=0.4000 n10=1.51633 ν10=64.14
11=∞
L/f=2.125 , L′/f=0.167
【0089】
第13実施例
図23は本実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。本実施例の電子内視鏡の対物レンズ系130は、物体側から順に、凹レンズの第1レンズ131、正レンズの第2レンズ132、正レンズの第3レンズ133、プリズム134とから構成されている。第2レンズ132と第3レンズ133との間に明るさ絞り135が設けられている。プリズム134はCCDカバーガラス136に接着されている。CCDをスコープ長手方向に対して水平に配置し、細径化を図っている。
【0090】
以下、本実施例の電子内視鏡に用いられる対物レンズ系130を構成する各光学部材の数値データを示す。
f=1.288 ,Fナンバ4.9 ,像高1.2 ,画角114゜
【0091】
1 =∞
1 =0.5000 n1 =1.88300 ν1 =40.76
2 =0.9218
2 =0.3000
3 =1.7808
3 =1.4410 n3 =1.84666 ν3 =23.78
4 =∞(明るさ絞り135)
4 =0.0300
5 =∞
5 =0.7939 n5 =1.88300 ν5 =40.76
【0092】
6 =-1.3483
6 =0.4295
7 =∞
7 =1.2000 n7 =1.51633 ν7 =64.14
8 =∞(反射面)
8 =1.2000 n8 =1.51633 ν8 =64.14
9 =∞
9 =0.5000 n9 =1.51633 ν9 =64.14
10=∞
L/f=2.316 , L′/f=0.147
【0093】
第14実施例
図24は本実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。本実施例の電子内視鏡の対物レンズ系140は、物体側から順に、凹レンズの第1レンズ141、第1プリズム142、正レンズの第2レンズ143、第2プリズム144とから構成されている。第1プリズム142と第2レンズ143との間に明るさ絞り145が設けられている。視野方向が側視のスコープで、CCDをスコープ長手方向に対して水平に配置し細径化を図った。また、第2プリズム144をカバーガラスを介さず、CCD撮像面に直接接着することでも、スコープの細径化を図っている。
【0094】
以下、本実施例の電子内視鏡に用いられる対物レンズ系140を構成する各光学部材の数値データを示す。
f=0.631 ,Fナンバ6.5 ,像高0.5 ,画角96゜
【0095】
1 =∞
1 =0.2000 n1 =1.88300 ν1 =40.76
2 =0.8797
2 =0.1200
3 =∞
3 =0.4000 n3 =1.80610 ν3 =40.92
4 =∞(反射面)
4 =0.4000 n4 =1.80610 ν4 =40.92
5 =∞(明るさ絞り145)
5 =0.0300
【0096】
6 =∞
6 =0.5289 n6 =1.90135 ν6 =31.55
7 =-0.6525
7 =0.4545
8 =∞
8 =0.6000 n8 =1.51633 ν8 =64.14
9 =∞(反射面)
9 =0.6000 n9 =1.51633 ν9 =64.14
10=∞
L/f=2.826 , L′/f=0.363
【0097】
以上説明したように、本発明による電子内視鏡は、特許請求の範囲に記載された特徴と併せ、以下の(1)〜(17)に示すような特徴も備えている。
【0098】
(1)上記対物レンズ系の画角は100°以上であることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
【0099】
(2)上記対物レンズ系を構成する各レンズ成分の口径の最大値は上記固体撮像素子の短辺の長さよりも小さくなるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
【0100】
(3)上記対物レンズ系の最大像高に向かう光束に対する開口効率が1より小さくなっていることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
【0101】
(4)上記対物レンズ系は3枚以下のレンズからなることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
【0102】
(5)上記対物レンズ系の前端から上記固体撮像素子の受光面に至るまでの光路中に反射プリズムが配置され、上記固体撮像素子は内視鏡挿入部の長手方向に水平に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
【0103】
(6)上記反射プリズムの入射面,射出面,反射面のうち少なくとも1つが光学パワーを備えていることを特徴とする上記(5)に記載の電子内視鏡。
【0104】
(7)上記反射プリズムの入射面又は射出面に光学パワーを備えた光学素子が接合されていることを特徴する上記(5)に記載の電子内視鏡。
【0105】
(8)先端部が対物レンズ系の入射窓の近傍を最高点とする山形に形成され、照明系がその対物レンズ系の入射窓の周りに少なくとも2つの射出窓を有しており、各射出窓の内側にライトガイドファイバ束が上記対物レンズ系に沿って凸状に湾曲して配設されていることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
【0106】
(9)上記対物レンズ系は偏心したレンズを含み、上記固体撮像素子は受光面の中央部においてその受光面に垂直に入射する光束よりも受光面に対して傾斜して入射する光束に対して大きな出力を生じるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
【0107】
(10)上記固体撮像素子は各画素の光の入射側に各々集光部材を備えており、これら集光部材の集光能力が上記固体撮像素子に投影される物体像の中央部から周辺部にいくに従って徐々に大きくなるようにしたことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の電子内視鏡。
【0108】
(11)上記固体撮像素子は各画素の光の入射側に各々マイクロレンズを備えており、これらマイクロレンズの光軸と各画素の中心との変位がその固体撮像素子に投影される物体像の中央部から周辺部にいくに従って徐々に大きくなるようにしたことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の電子内視鏡。
【0109】
(12)上記固体撮像素子は各画素の光の入射側に各々マイクロレンズを備えており、これらマイクロレンズの口径がその固体撮像素子に投影される物体像の中央部から周辺部にいくに従って徐々に大きくなるようにしたことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の電子内視鏡。
【0110】
(13)上記固体撮像素子は各画素の光の入射側に各々マイクロレンズを備えており、これらマイクロレンズの光軸と各画素の中心とが固体撮像素子に投影される物体像の中央部において変位しており、この変位は固体撮像素子の一方の側へ行くほど大きく他方へ行く程小さくなっていることを特徴とする上記(9)に記載の電子内視鏡。
【0111】
(14)上記対物レンズ系は屈折力を有するレンズが3枚以下あるいは3群以下であって、下式を満足することを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
1.5<L/f<4
L:射出瞳位置から像面までの空気換算長
f:焦点距離
【0112】
(15)下式を満足することを特徴とする上記(14)に記載の電子内視鏡。
L′/f<1.5
L′:射出瞳位置から明るさ絞りまでの空気換算長
f:焦点距離
【0113】
(16)上記対物レンズ系は物体側から順に第1レンズと第2レンズと第3レンズ群とからなり、第3レンズ群は接合レンズであって、その接合面は像側に凸であることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
【0114】
(17)CCDカバーガラスにレンズ又は平行平面板が接着されていて、下式を満足することを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
φ/2<1.2×IH
φ:CCDカバーガラスに接着したレンズまたは平行平面板の外径
IH:最大像高
【0115】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、電子内視鏡の挿入部の細径化及び先端硬質部長の短縮化が図れるうえ、シェーディングの発生を防止でき良好な内視鏡像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図2】図1に示された対物レンズ系1にかかる収差曲線図である。
【図3】図1に示されたCCD2の概略構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図4】第2実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図5】(a)は第3実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
(b)は(a)に示された反射プリズム24の他の構成を示す一例である。
【図6】(a)は第3実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
(b)は(a)に示された反射プリズム30の他の構成を示す一例である。
【図7】第3実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図8】第3実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図9】従来の電子内視鏡の挿入部先端の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図10】第4実施例にかかる電子内視鏡の挿入部先端の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図11】(a)は第5実施例にかかる電子内視鏡の挿入部先端構成を示す光軸に沿う断面図である。
(b)は(a)に示されたCCD51の構成を示す断面図、(c)はその正面図である。
【図12】(a)は第6実施例にかかる電子内視鏡の挿入部先端構成を示す光軸に沿う断面図である。
(b)は(a)に示されたCCD63の構成を示す断面図、(c)はその正面図である。
【図13】第7実施例にかかる電子内視鏡の挿入部先端構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図14】(a)は第7実施例の電子内視鏡における照明系の配光特性を示すグラフ、(b)は第7実施例の電子内視鏡におけるCCDの光感度分布を示すグラフ、(c)は第7実施例の電子内視鏡により得られる像の明るさを示すグラフである。
【図15】図13に示されたCCDの構成を示す正面図である。
【図16】第8実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図17】(a)は従来の電子内視鏡において、レンズ外径が大きくなる状態を示す図である。
(b)は第8実施例において(a)の欠陥の改良を説明する図である。
【図18】主光線の傾斜角を10〜30゜にするための説明図である。
【図19】第9実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図20】第10実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図21】第11実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図22】第12実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図23】第13実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図24】第14実施例の電子内視鏡における挿入部の先端硬質部内に配置される対物系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図25】従来のCCDの感光部とその直前に配置されるマイクロレンズとの構成を示す断面図である。
【図26】従来のシェーディング防止機能を有する対物レンズ系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【符号の説明】
1,10,20,50,61,62,80,90,100,110,120,130,140 対物レンズ系
2,51,63 CCD
2a 基板
2b 感光部
2c 色フィルタ部
2d マイクロレンズ部
2e,85,96,106,116,126,136 カバーガラス
3,11,21,27,33,38,52,61a,62a,82,92,101,111,121,131,141 第1群
4,12,23,28,35,39,54,61d,62b,83,93,102,112,122,132,143 第2群
5,13,36,41,62d,103,113,123,133 第3群
6 第4群
7,15,22,29,34,40,53,61c,62c,84,95,105,115,125,135,145 明るさ絞り
14,94,104,114,124 フィルタ
24,26,30,31,37,42,61b,134,142,144 プリズム
25,32,43 負レンズ
44 正レンズ
45,47,71 撮像ユニット
46,48,72 ライトガイド
49,73 照明レンズ
63A,63B 領域
m ,An マイクロレンズ
m ,Bn 感光体

Claims (21)

  1. 最大像高に向かう主光線を光軸に対して外向きに傾斜させる対物レンズ系と、多数の画素が配列されて構成された受光面を有し該受光面の中心部から離れる程該受光面に垂直に入射する光束よりも光軸に対して外向きに傾斜して該受光面に入射する光束に対して大きな出力を発生させる固体撮像素子と、が備えられていることを特徴とする電子内視鏡。
  2. 最大像高に向かう主光線を光軸に対して外向きに傾斜させる複数の対物レンズ系と、多数の画素が配列されて構成された受光面を有し前記複数の対物レンズ系により形成された像を1つの受光面で受けるように構成された固体撮像素子とを備え、該固体撮像素子をその受光面上に結像する前記各対物レンズ系の像の中心部から離れた部分程、該受光面に垂直に入射する光束よりも光軸に対して外向きに傾斜して該受光面に入射する光束に対して大きな出力を発生させ得るようにしたことを特徴とする電子内視鏡。
  3. 対物レンズ系と、該対物レンズ系の視野の中心よりもその周辺部の照度が低くなるような配向特性を備えた照明光学系と、受光面に一様な強度の光が入射したとき中心部よりもその周辺部の画素の方が大きな出力を発生させる固体撮像素子と、が備えられていることを特徴とする電子内視鏡。
  4. 上記対物レンズ系の画角は100°以上であることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
  5. 上記対物レンズ系を構成する各レンズ成分の口径の最大値は上記固体撮像素子の短辺の長さよりも小さくなるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
  6. 上記対物レンズ系の最大像高に向かう光束に対する開口効率が1より小さくなっていることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
  7. 上記対物レンズ系は3枚以下のレンズからなることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
  8. 上記対物レンズ系の前端から上記固体撮像素子の受光面に至るまでの光路中に反射プリズムが配置され、上記固体撮像素子は内視鏡挿入部の長手方向に水平に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
  9. 上記反射プリズムの入射面,射出面,反射面のうち少なくとも1つが光学パワーを備えていることを特徴とする請求項8に記載の電子内視鏡。
  10. 上記反射プリズムの入射面又は射出面に光学パワーを備えた光学素子が接合されていることを特徴する請求項8に記載の電子内視鏡。
  11. 先端部が対物レンズ系の入射窓の近傍を最高点とする山形に形成され、照明系がその対物レンズ系の入射窓の周りに少なくとも2つの射出窓を有しており、各射出窓の内側にライトガイドファイバ束が上記対物レンズ系に沿って凸状に湾曲して配設されていることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
  12. 上記対物レンズ系は偏心したレンズを含み、上記固体撮像素子は受光面の中央部においてその受光面に垂直に入射する光束よりも受光面に対して傾斜して入射する光束に対して大きな出力を生じるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
  13. 上記固体撮像素子は各画素の光の入射側に各々集光部材を備えており、これら集光部材の集光能力が上記固体撮像素子に投影される物体像の中央部から周辺部にいくに従って徐々に大きくなるようにしたことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の電子内視鏡。
  14. 上記固体撮像素子は各画素の光の入射側に各々マイクロレンズを備えており、これらマイクロレンズの光軸と各画素の中心との変位がその固体撮像素子に投影される物体像の中央部から周辺部にいくに従って徐々に大きくなるようにしたことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の電子内視鏡。
  15. 上記固体撮像素子は各画素の光の入射側に各々マイクロレンズを備えており、これらマイクロレンズの口径がその固体撮像素子に投影される物体像の中央 部から周辺部にいくに従って徐々に大きくなるようにしたことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の電子内視鏡。
  16. 上記固体撮像素子は各画素の光の入射側に各々マイクロレンズを備えており、これらマイクロレンズの光軸と各画素の中心とが固体撮像素子に投影される物体像の中央部において変位しており、この変位は固体撮像素子の一方の側へ行くほど大きく他方へ行く程小さくなっていることを特徴とする請求項12に記載の電子内視鏡。
  17. 上記対物レンズ系は屈折力を有するレンズが3枚以下あるいは3群以下であって、次の条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
    1.5<L/f<4
    L:射出瞳位置から像面までの空気換算長
    f:焦点距離
  18. 次の条件式を満足することを特徴とする請求項17に記載の電子内視鏡。
    L′/f<1.5
    L′:射出瞳位置から明るさ絞りまでの空気換算長
    f:焦点距離
  19. 上記対物レンズ系は物体側から順に第1レンズと第2レンズと第3レンズ群とからなり、第3レンズ群は接合レンズであって、その接合面は像側に凸であることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
  20. CCDカバーガラスにレンズ又は平行平面板が接着されていて、次の条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
    φ/2<1.2×IH
    φ:CCDカバーガラスに接着したレンズまたは平行平面板の外径
    IH:最大像高
  21. 対物レンズ系と、該対物レンズ系により形成された像を受光面で受けるように構成された固体撮像素子と、を含む電子内視鏡において、前記固体撮像素子は複数の感光体が配列されてなり、前記対物レンズ系の光軸上に配置された感光体を中心に、周辺部に配置された感光体ほど感度が高いことを特徴とする電子内視鏡。
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