JP4426234B2 - 集光光学系、共焦点光学システムおよび走査型共焦点内視鏡 - Google Patents

Description

この発明は、この発明は、体腔内の生体組織の断層像を高倍率で観察することができる走査型共焦点内視鏡における共焦点光学システムに関する。

従来通常の内視鏡光学系によって得られる像よりも高倍率かつ高解像度な像を観察可能な共焦点顕微鏡の光学システムをプローブに採用した共焦点プローブが知られている。共焦点プローブは、レーザ光を体腔内の生体組織に照射して、該生体組織からの反射光もしくは該生体組織の自家蛍光のうち、対物光学系の物体側焦点面における光のみを抽出することを特徴とする。共焦点プローブに使用可能な光学システムは、例えば、以下の特許文献１や特許文献２に開示される。

特開２０００−２９２７０３号公報 特開２０００−２５８６９９号公報

上記の各特許文献に開示される光学系の構成は、ミラー等の反射面を利用することにより生体組織（被検面）上で光を走査している。そのため、反射面を配置するためのスペースを確保するために光源と集光光学系間の距離を長く取ることになり集光光学系の径を大型化する、または広い走査範囲の確保が困難になるといった問題がある。さらに、配置された場所において、該反射面を所定の方向に駆動させるためのスペースも要求される。

また、特許文献１においては、絞りと集光光学系の第一面に反射面を設けて、光束を絞りと該第一面間で往復させることにより必要な光路長を確保しつつ走査を実現している。そのため、反射する度に光量の損失が起こり、光束を効率的に使用することができない。

ところで、近年、術者の操作にかかる負担を軽減するなどのために従来ある内視鏡の機能と共焦点プローブの機能を兼ね備えた一体型の走査型共焦点内視鏡（以下、単に一体型内視鏡という）なるものが要望されている。一体型内視鏡は、一般的な内視鏡観察（以下、通常観察という）用の光学システムといわゆる共焦点観察用の光学システムをそれぞれ独立して備える必要がある。そのため、各光学システム、特に共焦点観察用の光学システムを小型化して、可撓管を細径化することが最も重要な課題の一つとなる。しかし、該共焦点観察用の光学システムに上記各特許文献１、２に開示される構成を採用すると、可撓管の径や長さが大きくなってしまい不適である。そこで、可撓管の小型化を図りつつも、可能な限り広い範囲を走査可能とするために、下記の特許文献３に開示されるような、点光源を振ることにより光の点像を被検面上で走査する構成を共焦点観察用の光学システムに用いることが考えられる。

米国特許第５１６１０５３号明細書

しかし従来、共焦点観察用の光学システムに上記点光源を振る構成を採用した場合に好適、つまり光量の損失や諸収差を良好に抑えることができる集光光学系について具体的な検討、提案はなされていなかった。

そこで本発明は上記の事情に鑑み、点光源を振ることにより光の点像を被検面上で走査する構成に好適な集光光学系を提供することを目的とする。また本発明は、点光源を振ることにより光の点像を被検面上で走査する構成に好適な、諸収差を良好に抑えることができる集光光学系を備え、小型でありながらも広い走査範囲が確保された共焦点光学システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る集光光学系は、共焦点用ピンホールとして機能する点光源を内視鏡可撓管の端面と実質的に平行な面上で移動させて該点光源からの光束を走査することにより、被検面を観察する走査型共焦点内視鏡に搭載される集光光学系であって、倍率をｍ、被検面側の開口数をＮＡとすると、以下の条件式（１）、
0.1＜｜m×NA｜＜0.2・・・（１）
を満たすことを特徴とする。

条件（１）は、点光源を振ることにより得られる走査範囲と被検面側の開口数との関係を規定する条件である。具体的には、条件（１）において、下限を下回ると開口数ＮＡが低下してしまい、十分な解像力が得られない。また上限を上回ると、開口数が大きくなりすぎて球面収差の補正が困難になってしまう。つまり、本発明に係る集光光学系は、限られたスペースしか確保できない内視鏡可撓管内部で点光源を振ることにより光の点像を被検面上で走査する構成に好適である。なお、内視鏡可撓管の端面と実質的に平行な面は、集光光学系の光軸と実質的に直交する面でもある。

上記集光光学系は、詳しくは、点光源側から順に、正のパワーを持つ第一群と、少なくとも被検面側に凹面を向けたレンズを含む第二群と、正のパワーを持つ第三群とから構成される。第一群は、その正のパワーによって、点光源から照射された発散光束を収束させる。つまり第一群は主としてコンデンサーレンズとしての機能を持つ。上記の通り、第二群は、少なくとも被検面側に凹面を持つことを特徴とする。該凹面は、主としてペッツバール和を小さく保つことを目的とし、これにより像面湾曲を補正する。つまり該凹面を備えるレンズは、いわゆるフィールドフラットナーとしての機能を有する。なお第二群は第一群を透過することにより収束する傾向にあった光束を再び発散させてしまう。従って、第三群は、第二群透過後の光束を再度収束させるために正のパワーを持つ。また集光光学系をこのような３群構成とすることにより、系の全長を短く保つことが可能となる。

上記構成の集光光学系において、点光源から該集光光学系の第一面までの距離をｄ０、該集光光学系の全系の合成焦点距離をｆ、第一群の焦点距離をｆ１とすると、以下の条件式（２）、および（３）
0.1＜d0／ｆ1＜0.5・・・（２）
0.2＜｜f1／f｜＜2.0・・・（３）
をともに満たすことが好ましい。

該点光源は該光束を走査するために移動している。また、点光源から照射された光束は、そもそも発散傾向にある。つまり、点光源から照射される光束は該点光源から離れるほど大きく広がって（発散して）いく。本発明に係る集光光学系は、広がりつつある光束を点光源の直後に配置した第一群によって集光する。従って、点光源により近い位置に第一群を配設すればするほど、レンズの径を小型化、換言すれば集光光学系全体を小型化できる反面、あまりに近づけると移動中の点光源と第一群のレンズが接触するおそれがあるため好ましくない。条件（２）は、このような点光源と第一群との位置関係および集光光学系の小型化について規定する。条件（２）の上限を超えると小型化が困難となる一方、下限を下回ると点光源と第一群とが接触してしまう。

上記のように第一群は点光源から照射された発散光束を収束させるために正のパワーを持つ。条件（３）は、系全体のパワーとのバランスを考慮して第一群のパワーを適切に設定するための条件である。条件（３）の下限を下回ると、第一群のパワーが強くなりすぎて歪曲収差が発生してしまう。条件（３）の上限を超えると、第一群のパワーが弱くなりすぎ、構成するレンズの径が大きくなってしまう。

本発明によれば、第三群は、点光源側から順に、正と負の貼り合わせレンズと、少なくとも一枚の正の単レンズと、を含み、全体で正のパワーを持つ第三Ａ群と、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズからなり、負のパワーを持つ第三Ｂ群と、少なくとも一枚の正の単レンズを含み、全体で正のパワーを持つ第三Ｃ群と、で構成することができる。

第三群を上記のように構成することにより、高い開口数と走査に十分なワーキングディスタンス（ＷＤ）を確保することができる。なお、ワーキングディスタンスとは、集光光学系と被検面間の距離のことをいう。具体的には、第三Ａ群は、第二群から射出された発散光束を収束させる。第三Ｂ群は、負レンズ（両凹レンズ）の点光源側に設けられる強い発散面により第三Ａ群から射出された収束光束の球面収差を補正する。同時に該負レンズに両凸レンズを貼り合わせることにより、軸上色収差も良好に補正する。ここで、第三Ａ群のパワーのみでは高ＮＡを得るに相応しい収束効果を得ることはできない。そこで、光束を十分に収束させるために正のパワーを持つ第三Ｃ群が設けられている。なお、第三Ｂ群と第三Ｃ群をいわゆるレトロフォーカスタイプに構成することにより、十分なワーキングディスタンスの確保を実現している。

また本発明によれば、第一群は１枚の単レンズで構成してもよい。但し、一枚の単レンズのみで構成された第一群は、そのアッベ数ν１とすると、以下の条件式（４）、
ν1＜30・・・（４）
を満たすように設計される。

集光光学系のレンズ枚数をできるだけ少なくして簡素な構成にするためには、第一群として一枚の単レンズを使用すればよい。ここで既述の通り、第三Ａ群、第三Ｂ群の接合レンズ（特に接合面）は、主として軸上色収差を補正する役割を担っているが、倍率の色収差を補正することはできない。そこで第一群に適切な色収差を持たせ、総合的に軸上及び倍率の色収差を補正する条件である。第一群を一枚の単レンズで構成する場合、条件（４）を満たすようなアッベ数が与えられた単レンズを用いれば、倍率色収差を効果的に抑えることができる。

第三Ａ群は、正のパワーを持つ単レンズ２枚を含むことが望ましい。また、第三Ｃ群は、両凸レンズと正メニスカスレンズから構成されることが望ましい。このように、各群内において、正のパワーを複数のレンズに分割して与えることにより、各群の構成に球面レンズを使用した場合であっても、球面収差やコマ収差の発生を小さく抑えることが可能となる。

なお、第二群は、上述したフィールドフラットナーとして機能する凹面を持つ単レンズもしくは接合レンズで構成されることが望ましい。

本発明に係る共焦点光学システムは、共焦点用ピンホールとして機能する点光源と、点光源から照射された光束を集光する、上記のいずれかに記載の集光光学系と、集光光学系と前記光束の集光位置との間に配設されるカバーガラスと、点光源を少なくとも集光光学系の光軸と実質的に直交する面上で移動させることにより、光束を走査させる走査手段と、集光光学系とカバーガラスの間隔を変化させることにより、集光光学系の光軸方向に集光位置を移動させる集光位置移動手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る共焦点光学システムによれば、上記の走査手段および集光位置移動手段によって３次元の走査が可能になり、体腔内の生体組織の表面像のみならず断層像まで観察することが可能になる。しかも、該走査手段は従来技術のようにミラーを用いて光束を走査するのではなく、点光源を移動させることにより走査を行うためにシステム全体の小型化が図られる。また、上述した集光光学系を搭載することにより、該走査手段によって移動する点光源から照射される光束を、光量の損失や諸収差を抑えつつ被検面に集光させることができる。これにより、広範囲にわたってより明るく鮮明な画像による観察が可能になる。

本発明に係る共焦点光学システムによれば、上記実質的に直交する面は、集光光学系の光軸上に曲率中心がある曲面であり、集光光学系の全系の合成焦点距離をｆ、移動状態にある点光源から照射される光束の主光線と集光光学系の光軸とが交わる交点と、集光光学系の前側主点との間の距離をｓ（但し、被検面に向かう方向を＋とする）とすると、以下の条件式（５）、
0.1＜-f／s＜1.0・・・（５）
を満たす。

より詳しくは、点光源は、発光部と集光光学系との間であって集光光学系の光軸に沿って配設された一本の光ファイバの射出端であり、走査手段は、射出端近傍を湾曲させることにより、前記点光源を上記の曲面上で移動させる。

上記のように、光ファイバの射出端より光源側を湾曲させることにより点光源としてのファイバ射出端面を移動させることにより、一体型内視鏡にも適用できるように可撓管の細径化を維持しつつ広範囲な走査範囲を得るという目的を比較的容易に達成することができる。

なお、上記のように光ファイバ射出端より光源側を湾曲させることにより、ファイバ射出端面が描く軌跡は、厳密には平面ではなく曲面となる。しかし、ファイバの湾曲中心から射出端までの距離をファイバの走査幅に対し十分長く取れば、略平面と考えることができる。つまり、実質的には、該曲面は集光光学系の光軸と実質的に直交する面と同一視することが可能である。

また、光ファイバの射出端より光源側を湾曲させると、その湾曲の度合いに応じて射出端面が傾く為、照射される光束の主光線と集光光学系の光軸とのなす角度は大きくなる。集光光学系は、射出端面から照射される光束の主光線の延長線と集光光学系の光軸が交わる所定位置に入射瞳位置がくるように配設される。なお、上記所定位置は、ファイバ射出端のＸ-Ｙ平面上の位置（Ｘ、Ｙ）が最大、つまり、光軸から最も離れた時の射出端面から照射される光束の主光線を基準に考えると容易に求まる。このように配置することで、ファイバからの射出光束をケラレなく集光光学系に取り込み、視野周辺部まで十分な光量を確保することができる。

また、共焦点光学システムにおいて、所定位置に移動したファイバ端面からの光束は被検面で反射した後、必ず所定位置にあるファイバ端面に導かれるようにする必要がある。このように被検面からの反射光を利用した走査を行う場合、より効率良くその反射光を集光光学系に戻す為には光学系の被検面側にテレセン性を持たせることが有効である。近軸的には集光光学系の前側（ファイバー側）焦点位置に入射瞳があればよい。しかし、軸外では、瞳の球面収差が大きくなるため、軸外光束についての入射瞳は近軸計算位置からずれた位置にあるのが一般的である。条件（５）は、軸外光束が瞳の球面収差をもっている場合でも、必要最低限のテレセンを確保する為の条件である。つまり、条件（５）の上限と下限のいずれを超えてもテレセン性が著しく失われてしまい周辺部の光量が著しく低下してしまう。

上記のような共焦点光学システムを用いることにより、可撓管の細径化を維持することができるため、被検者の負担を軽減できる一体型内視鏡を実現することができる。

以上のように本発明によれば、低倍率でありながらも高いＮＡを持つ集光光学系が提供される。該集光光学系は、点光源を振ることにより三次元の走査を実現する共焦点光学システムに好適である。このような集光光学系を搭載した共焦点光学システムは、小型化が図れると共に、広い走査範囲が確保できる。また、このような共焦点光学システムを用いることで、細径の可撓管を備えた一体型内視鏡を実現することができる。

以下、この発明に係る共焦点光学システムを備える一体型内視鏡の実施形態を説明する。図１は、一体型内視鏡３００の先端部を拡大して示す側断面図である。図１に示すように、一体型内視鏡３００は、先端部に、体腔内の生体組織４００を高倍率で観察（共焦点観察）するための共焦点光学システム１００と生体組織４００を通常観察するための通常観察用光学システム２００を備える。なお、一体型内視鏡３００は、生体組織４００を照明する発光部や各光学システムによって撮像された生体組織４００の画像に所定の画像処理を施す画像処理部等を含むプロセッサ（不図示）に電気的かつ光学的に接続されている。

なお、図１を含め以下の各図において、集光光学系１０の光軸方向をＺ方向、Ｚ方向と直交し、かつ互いに直交する方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向とする。つまり、Ｘ方向とＹ方向はＺ方向と直交する面（Ｘ−Ｙ面）を規定する。

通常観察用光学システム２００は、図示しないものの、プロセッサからの光束を生体組織４００に照射させる照明光学系や照射された生体組織を撮像する撮像素子等を備える。

共焦点光学システム１００は、集光光学系１０、シングルモード光ファイバ（以下、単に光ファイバという）２０、圧電素子３０Ａ、３０Ｂ、形状記憶合金４０、カバーガラス８０を有する。集光光学系１０、光ファイバ２０、圧電素子３０は、円筒状の枠体５０に保持されている。枠体５０は、該枠体５０の径よりも若干大きめの径を持つ円筒状の金属パイプ６０内にスライド自在に保持されている。

光ファイバ２０は、プロセッサの発光部と集光光学系１０との間に配設される導光手段である。圧電素子３０Ａ、３０Ｂは、光ファイバ２０の射出端２１近傍であって、Ｘ−Ｙ面内において変位する方向が互いに直交する（Ｘ方向とＹ方向）ように配設されている。従って、各圧電素子３０Ａ、３０Ｂは、電圧が印加されると、それぞれＸ方向やＹ方向に光ファイバ２０の射出端２１近傍を押圧し、該方向へ移動させる。各圧電素子３０Ａ、３０Ｂによって射出端２１近傍が集光光学系１０の光軸と直交する方向に移動すると、射出端２１から照射される光束は、該移動に伴って生体組織４００の表面を２次元に走査する。

また、枠体５０の外壁５１と金属パイプ６０の内壁６１間には、形状記憶合金４０と圧縮コイルバネ７０が取り付けられている。内壁５１と外壁６１は、Ｚ方向に略直交する（つまり、Ｘ−Ｙ平面上にある）。形状記憶合金４０は、常温下で外力を加えると変形し、一定温度以上に加熱されると記憶している状態に収縮する機能を有する。より具体的には、形状記憶合金４０は、加熱によりＺ方向に収縮するように配設されている。圧縮コイルバネ７０は、自然長から圧縮された状態で取り付けられている。つまり、圧縮コイルバネ７０は、枠体５０をカバーガラス８０方向、換言すれば内視鏡先端部前方に付勢した状態にある。

印加電圧により加熱作用を受けると、形状記憶合金４０は収縮する。形状記憶合金４０の収縮する力は、圧縮コイルバネ７０の張力よりも大きく設計されている。よって、枠体５０は、カバーガラス８０と逆の方向、換言すれば内視鏡先端部後方にスライドする。これにより、光ファイバ２１から照射され、集光光学系１０を介した光束の集光位置がＺ方向に若干ずれる。つまり、Ｚ方向の走査が可能になる。さらに言えば、上記二つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂ、および形状記憶合金４０、圧縮コイルバネ７０の作用により、共焦点光学システム１００は、生体組織４００に関するＸ−Ｙ−Ｚからなる３次元の画像を得ることができる。

図２は、共焦点光学システム１００における集光光学系１０近傍の拡大図である。光ファイバ２０は、該発光部からの光束をシステム１００内に導き、射出端２１から照射する。つまり、光ファイバ２０の射出端２１は二次的な点光源として機能する。上述したように、圧電素子３０Ａ、３０Ｂにより、射出端２１は、Ｘ−Ｙ面上を移動する。ここで厳密には、図２に示すように、射出端２１の軌跡は、射出端２１から照射される光束の主光線の延長線（太破線）と光軸（一点鎖線）の交点Ｐを曲率中心とする曲面（矢印点線）となる。しかし、射出端２１の移動量は微量であるため、該曲面は実質的にＸ−Ｙ面と略一致すると考えられる。なお、図２に示すように、交点Ｐは、圧電素子３０Ａ、３０Ｂにより移動する光ファイバ２０の射出端の湾曲中心Ｃよりも集光光学系１０側に位置する。集光光学系１０は、交点Ｐに入射瞳が位置するように配設される。

射出端２１から照射された光束は集光光学系１０、カバーガラス８０を介して生体組織４００で集光する。生体組織４００で反射した光は、カバーガラス８０、集光光学系１０、射出端２１の順に戻る。換言すれば、反射光がテレセン性を持つように配置構成される。そのため、集光光学系１０と光ファイバ２０は、集光光学系１０の前側焦点位置に射出端２１が位置するように配置される。これにより、近軸的には反射光のテレセン性が確保される。さらに、軸外でも反射光のテレセン性が確保されるために、共焦点光学システム１００は以下の条件（５）を満たすように構成される。
0.1＜-f／s＜1.0・・・（５）
但し、ｆは、集光光学系の全系の合成焦点距離を、交点Ｐと集光光学系１０の前側主点Ｈとの間の距離をｓ（但し、被検面である生体組織４００に向かう方向を＋とする）とする。

また、光ファイバ２０のコア径は極めて小さいため、射出端２１は点光源としてだけでなく絞りとしても機能する。従って、条件（５）を満たすように構成することにより、所定位置にある射出端２１には、該所定位置にある射出端２１から照射され、生体組織４００で射出端２１と共役な集光点から反射した光のみが入射する。

なお、射出端２１に入射した反射光は、プロセッサに導かれる。そしてプロセッサ内において映像信号に変換される。映像信号がモニタ等に出力されることにより、共焦点光学システムにより得られた高倍率な画像が得られる。

上記のような共焦点光学システム１００に搭載される集光光学系１０について以下詳説する。図３は、集光光学系１０のレンズ配置を示す図の一例である。

集光光学系１０は、射出端２１側、つまり図中左側から順に、正のパワーを持つ第一群Ｇ１と、少なくともカバーガラス８０側に凹面を向けたレンズを含む第二群Ｇ２と、正のパワーを持つ第三群Ｇ３とから構成される。

本実施形態の第一群Ｇ１は、レンズ枚数を減らしてコストダウンや重量の軽減を図るために、一枚の単レンズから構成される。正のパワーを持つ第一群Ｇ１は、射出端２１から照射された発散光束を収束させるコリメータレンズとしての機能を持つ。

第二群Ｇ２も第一群Ｇ１と同様に一枚の単レンズで構成される。なお、第二群Ｇ２は、正と負の貼り合わせレンズで構成することもできる。図３において、カバーガラス８０側に設けられた凹面ｒ４は、像面湾曲を補正する効果を持つ。

第三群Ｇ３は、さらに射出端２１側から順に、第３Ａ群、第３Ｂ群、第３Ｃ群の三つの群に分けることができる。第３Ａ群は、正と負の貼り合わせレンズ一枚と少なくとも一枚の正レンズを有する。第３Ａ群は、全体として正のパワーを持つ。

第３Ｂ群は、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズからなり、全体として負のパワーを持つ。第３Ｂ群において、射出端２１側に向けられた強い発散面ｒ１２によって球面収差を補正する。また、接合面ｒ１３は、軸上色収差の補正に寄与する。但し、接合面ｒ１３のみでは、軸上色収差の補正が不十分となるおそれがあるため、第３Ａ群にも軸上色収差補正機能を与えることにより、より効果的に軸上色収差を補正している。ここで、上述の通り、第一群は一枚の単レンズで構成されている。従って、該単レンズに倍率色収差補正機能を付与するためには、該単レンズに以下の条件（４）を満たすアッベ数ν１を与えればよい。
ν1＜30・・・（４）

第３Ｃ群は、少なくとも一枚の正の単レンズを含み、全体として正のパワーを持つ。第３Ｂ群と第３Ｃ群は、ちょうどレトロフォーカスの構成になっている。これにより、十分なワーキングディスタンスの確保を実現している。

ここで、集光光学系１０は、倍率をｍ、被検面側の開口数をＮＡとすると、以下の条件式（１）、
0.1＜｜m×NA｜＜0.2・・・（１）
を満たすように構成される。条件（１）を満たす集光光学系１０は、射出端２１から照射される光束を、光量の損失を最小限に抑えつつ収差の発生を抑えて可撓管の先端面から照射し、被検面上に集光させることができる。

また、集光光学系１０は、射出端２１から集光光学系１０の第一面ｒ１までの距離をｄ０、該集光光学系の全系の合成焦点距離をｆ、第一群の焦点距離をｆ１とすると、以下の条件式（２）、および（３）
0.1＜d0／ｆ1＜0.5・・・（２）
0.2＜｜f1／f｜＜2.0・・・（３）
をともに満たすように構成される。

条件（２）は、集光光学系１０の小型化を図るための条件である。また条件（３）は、集光光学系１０全体のパワーバランスを図るための条件である。条件（２）と条件（３）を共に満たすことにより、集光光学系１０は、小型化されながらも歪曲収差をはじめとする諸収差を良好に抑えることができる。

以下、集光光学系１０の具体的な実施例を４例説明する。

図３は、実施例１の集光光学系１０のレンズ配置を表す図である。また、表１は実施例１の集光光学系１０の具体的数値構成を表す。

表１中、Ｎｏ．は面番号、ｒはレンズ各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔（単位：ｍｍ）、ｎはｄ線（５８８ｎｍ）での屈折率、νはｄ線でのアッベ数である。また表１中の備考は各面番号が示す光学部材を表す。以下の各表においても同様である。

図４は、実施例２の集光光学系１０のレンズ配置を表す図である。また、表２は実施例２の集光光学系１０の具体的数値構成を表す。

図５は、実施例３の集光光学系１０のレンズ配置を表す図である。また、表３、は実施例３の集光光学系１０の具体的数値構成を表す。

図６は、実施例４の集光光学系１０のレンズ配置を表す図である。また、表４、は実施例４の集光光学系１０の具体的数値構成を表す。

図３〜図６に示すように、各実施例１〜４において、第一群は、レンズの構成枚数を減らして軽量化を図るために一枚の単レンズで構成される。また、実施例１〜３において第二群は単レンズで構成されているが、実施例４は接合レンズとして構成しＮＡ0.48という高ＮＡ化に対応している。第３Ａ群は、正の単レンズを２枚有する。また、第３Ｃ群は、両凸レンズと正メニスカスレンズからなる。このように、正のパワーを２枚以上の単レンズに分割して与えることにより、第３Ａ群や第３Ｃ群に球面レンズを使用した場合に発生する球面収差やコマ収差を良好に抑えている。

各実施例１〜４の集光光学系１０における上記条件（１）〜（５）に必要な数値を表したのが表５である。表５において、Ｈ１は第１面から前側主点までの距離を示す。表５に示した各数値を条件（１）〜（５）に当てはめたときに得られる値を表６に示す。

図７から図１０は、順に実施例１から実施例４の各集光光学系１０において発生する諸収差を表す収差図である。各図中、左から球面収差および軸上色収差を表す収差図、倍率色収差図、非点収差図、歪曲収差図である。なお、球面収差および軸上色収差を表す収差図において、ｅ線は５４６ｎｍ、Ｆ線は４８６ｎｍである。また、非点収差図において、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルである。また、表６に示すように、どの実施例も条件（１）〜（５）を全て満たす。よって、図７から図１０のそれぞれに示すように、どの実施例の集光光学系１０も諸収差が十分に抑えられている。

本発明の実施形態の一体型内視鏡の先端部を拡大して示す側断面図である。 本発明の実施形態の共焦点光学システムにおける集光光学系近傍の拡大図である。 実施例１の集光光学系のレンズ配置を表す図である。 実施例２の集光光学系のレンズ配置を表す図である。 実施例３の集光光学系のレンズ配置を表す図である。 実施例４の集光光学系のレンズ配置を表す図である。 実施例１の集光光学系において発生する諸収差を表す収差図である。 実施例２の集光光学系において発生する諸収差を表す収差図である。 実施例３の集光光学系において発生する諸収差を表す収差図である。 実施例４の集光光学系において発生する諸収差を表す収差図である。

符号の説明

１０ 集光光学系
２０ シングルモード光ファイバ
２１ 射出端
Ｇ１ 第一群
Ｇ２ 第二群
Ｇ３ 第三群
３００ 一体型内視鏡
４００ 生体組織

Claims (10)

1. 共焦点用ピンホールとして機能する点光源を移動させて該点光源からの光束を走査することにより、被検面を観察する走査型共焦点光学システムに搭載される集光光学系であって、
   前記集光光学系は、前記点光源側から順に、
   正のパワーを持つ第一群と、
   少なくとも前記被検面側に凹面を向けたレンズを含む第二群と、
   正のパワーを持つ第三群と、
   から構成され、
   倍率をｍ、前記被検面側の開口数をＮＡとすると、以下の条件式（１）、
   0.1＜｜m×NA｜＜0.2・・・（１）
   を満たし、更に、
   前記点光源から前記集光光学系の第一面までの距離をｄ０、前記集光光学系の全系の合成焦点距離をｆ、前記第一群の焦点距離をｆ１とすると、以下の条件式（２）、および（３）
   0.1＜d0／f1＜0.5・・・（２）
   0.2＜｜f1／f｜＜2.0・・・（３）
   をともに満たすことを特徴とする集光光学系。
2. 請求項１に記載の集光光学系において、
   前記第一群は１枚の単レンズで構成され、
   該第一群のアッベ数ν１とすると、以下の条件式（４）、
   ν1＜30・・・（４）
   を満たすことを特徴とする集光光学系。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の集光光学系において、
   前記第三群は、点光源側から順に、
   正と負の貼り合わせレンズ一枚と、少なくとも一枚の正の単レンズと、を含み、全体で正のパワーを持つ第三Ａ群と、
   両凹レンズと両凸レンズの接合レンズからなり、負のパワーを持つ第三Ｂ群と、
   少なくとも一枚の正の単レンズを含み、全体で正のパワーを持つ第三Ｃ群と、
   から構成されることを特徴とする集光光学系。
4. 前記第三Ａ群は、正のパワーを持つ単レンズ２枚を含むことを特徴とする請求項３に記載の集光光学系。
5. 前記第三Ｃ群は、両凸レンズと正メニスカスレンズから構成されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の集光光学系。
6. 前記第二群は単レンズもしくは接合レンズから構成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の集光光学系。
7. 共焦点用ピンホールとして機能する点光源と、
   点光源から照射された光束を集光する、請求項１から請求項６のいずれかに記載の集光光学系と、
   前記集光光学系と前記光束の集光位置との間に配設されるカバーガラスと、
   前記点光源を少なくとも前記集光光学系の光軸と実質的に直交する面上で移動させることにより、前記光束を走査させる走査手段と、
   集光光学系とカバーガラスの間隔を変化させることにより、集光光学系の光軸方向に前記集光位置を移動させる集光位置移動手段と、を備えることを特徴とする共焦点光学システム。
8. 請求項７に記載の共焦点光学システムにおいて、
   前記実質的に直交する面は、前記集光光学系の光軸上に曲率中心がある曲面であり、
   前記集光光学系の全系の合成焦点距離をｆ、移動状態にある前記点光源から照射される光束の主光線と前記集光光学系の光軸とが交わる交点と、前記集光光学系の前側主点との間の距離をｓ（但し、被検面に向かう方向を＋とする）とすると、以下の条件式（５）、
   0.1＜-f／s＜1.0・・・（５）
   を満たすことを特徴とする共焦点光学システム。
9. 請求項８に記載の共焦点光学システムにおいて、
   前記点光源は、発光部と前記集光光学系との間であって前記集光光学系の光軸に沿って配設された一本の光ファイバの射出端であり、
   前記走査手段は、前記射出端より光源側を湾曲させることにより、前記点光源を前記曲面上で移動させることを特徴とする共焦点光学システム。
10. 請求項７から請求項９のいずれかに記載の共焦点光学システムを搭載したことを特徴とする走査型共焦点内視鏡。

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