JP4694014B2 - 内視鏡の撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の技術分野】
本発明は、観察部位に対向する内視鏡の先端部に設ける内視鏡の撮像装置に関する。
【0002】
【従来技術及びその問題点】
周知のように、一般に、写真レンズのような結像レンズは、平面物体を平面状の像面であるフィルム面に結像させるようになっており、このため例えば像面湾曲などについても収差の補正が各種の方法・手段で行われている。
【0003】
ところで、内視鏡には、観察部位に対向する先端部に、対物レンズを設けており、この対物レンズについても同様に、この像面湾曲について補正が行われている。これによって、平面状の物体が平面状の像面、例えばCCDやイメージバンドルに結像するようになっている。
【0004】
このような内視鏡では、観察対象が例えば上部消化器官などの場合、例えば図15に示すように、胃壁のようにほぼ平面状の観察対象物7であれば画面中心から周辺まで最良の状態で観察できるから問題ない。ところが、例えば図16に示すように、ポリープのような突起物8の観察では、それを画面中央で捕らえようとすると、例えば図17に示すように、突起物8の先端のピットパターンを観察すると、突起の周辺部分は最良の状態からずれた位置での観察になる。また、逆に、突起の周辺部分を最良の状態で観察しようとすると、図16に示すように突起の先端部分は最良の状態からずれた位置での観察になってしまう。
そこで、このような場合には、平面物体に対する像面形状が周辺部ほど対物レンズから離れるような、いわゆる像面湾曲オーバーな状態で結像するような特性を有した対物光学系を用いると、突起の先端から周辺までほぼ同一平面上に結像できるので、一度に観察できて都合がよい。
【0005】
一方、例えば下部消化器官などの場合、例えば図18に示すように、大腸のように観察対象部分が管空状を呈するもの(以下、管空状物9)では、管空状物9の側壁は観察距離が非常に近接した位置関係になってしまい、レンズ性能が最良の位置関係とはずれてしまうために、観察対象部分の観察像が悪くなってしまう。そこで、良好な状態で観察しようとすれば、現在の観察位置から内視鏡を離して遠ざけることにより、所望のレンズ性能で観察できるようになるが、狭い空間では、内視鏡を思うような観察位置に移動できなかったり、検査時間が長びくといった不都合を生じる虞れがある。
そこで、このような場合には、平面物体に対する像面形状が周辺部ほど対物レンズ側に近づくような、いわゆる像面湾曲アンダーな状態で結像するような特性を有した対物レンズを用いると、観察距離が接近した管空状物の側壁に対しても、レンズ性能が最良の位置関係で結像することができるので、良好な像質で観察することが可能になる。
【0006】
【発明の目的】
そこで、本発明は、上記した事情に鑑み、観察対象物の位置や形状に応じて像面湾曲量を適宜調整することにより、最良の観察状態を実現できるようにした内視鏡の撮像装置を提供することを目的とする。
【0007】
【発明の概要】
本発明の内視鏡の撮像装置は、観察対象物の側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、正又は負の屈折力を有する第3レンズ群とを備えた内視鏡の対物レンズ;前記対物レンズの光軸に沿った後方に配置された撮像素子;及び前記第3レンズ群を光軸方向に移動させて前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔を変化させることにより像面湾曲量を変化させるとともに、前記第3レンズ群と前記撮像素子の双方を光軸方向に移動させて前記第3レンズ群と前記撮像素子の撮像面との間隔を変化させることにより、前記像面湾曲量の変化によって生じる像面位置の変化を補償する位置調整手段;を有することを特徴としている。
【0008】
本発明の内視鏡の撮像装置は、観察対象物の側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、正又は負の屈折力を有する第3レンズ群とを備えた内視鏡の対物レンズ;前記対物レンズの光軸に沿った後方に配置された撮像素子;及び前記第2レンズ群と前記第3レンズ群を光軸方向に移動させて前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔及び前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔を変化させることにより像面湾曲量を変化させるとともに、前記第3レンズ群と前記撮像素子の双方を光軸方向に移動させて前記第3レンズ群と前記撮像素子の撮像面との間隔を変化させることにより、前記像面湾曲量の変化によって生じる像面位置の変化を補償する位置調整手段;を有することを特徴としている。
【0009】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図1は、この発明の第1の実施形態に係る内視鏡の対物レンズを備えた撮像装置を示すものであり、この撮像装置は、対物レンズ1と、撮像素子であるCCD(またはイメージバンドル)2とから構成されている。
【0010】
対物レンズ1は、第1レンズ群11と、第2レンズ群12と、第3レンズ群13とから構成されており、特にこの実施形態では、観察対象物の形状に応じて第2レンズ群12と第3レンズ群13との間隔d23及び第3レンズ群13とCCD2との間隔fbを変化させるため、図示外の位置調整手段を備えている。
【0011】
第1レンズ群11は、負の屈折力を有し、この実施形態では、1個の像側凹の負メニスカスレンズで構成されている。
【0012】
第2レンズ群12は、正の屈折力を有し、この実施形態では、1個の像側凸の平凸レンズで構成されている。
【0013】
第3レンズ群13は、負の屈折力を有し、この実施形態では、両凹レンズ13A及び両凸レンズ13Bの張り合せで構成されている。
【0014】
位置調整手段は、第2レンズ群12と第3レンズ群13との間隔d23を変化させることにより像面湾曲量を変化させ、これによる像面位置の変化を第3レンズ群13とCCD2との間隔fbを変化させることで補償するものである。より具体的には、間隔d23の変化は、第3レンズ群13を光軸に沿って移動させることによって行う。間隔fbの変化は、上記第3レンズ群13を光軸に沿って移動させることによって発生する変化とあわせてCCD2を光軸に沿って移動させることによって行う。これらの位置調整手段(移動手段)には、例えば円筒形のカム環にそれぞれの動作に応じたカム溝を設けてそれぞれを保持し、カム環を回転させることによって第3レンズ群13及びCCD2を光軸方向に沿って前後に移動させるような機構を用いることができる。なお、第1レンズ群は内視鏡の先端部に固定されていて先端部の水密性を維持する為のカバーガラスを兼ねている。
【0015】
次に、この実施形態の作用について説明する。
観察しようとする観察対象物の形状に応じて像面湾曲を変化させるべく第3レンズ群13及びCCD2を光軸方向に適宜移動させ、CCD2と各レンズ群との間隔を変化させる。この場合、CCD2撮像面に対してピント位置が移動してしまうと、再度ピント調整を必要とするため、使い難いものとなってしまうので、像面湾曲変化に伴うピント位置の移動は多くとも焦点深度の範囲内に留めることが望ましい。そこで、この実施形態では、像面湾曲を変化させる為のレンズ群の移動に際して、CCD撮像面に対するピント位置の変化は殆どないように構成されている。
【0016】
例えば、図5に示すように、大腸のような管空状のものの場合には、像面湾曲がアンダーの特性を有するように、第3レンズ群13及びCCD2を光軸方向に適宜移動させれば、CCD撮像面に結像する観察対象物の位置は、画面中央付近に対して周辺部が対物レンズに接近した状態となる。一方、例えば図6に示すように、突起物8のようなものの場合には、像面湾曲がオーバーの特性を有するように、第3レンズ群13及びCCD2を光軸方向に適宜移動させれば、CCD撮像面に結像する観察対象物の位置は、画面中央付近に対して周辺部が対物レンズに離反した状態となる。
これにより、凹凸を有していて、従来は同時に観察することができないような被検面に対しても、画面中心から周辺まで、最良の性能で観察対象物の観察が行える。なお、この場合、画角の変化も小さいことが望ましい。画角が大きく変わると、変化の前後で、今まで見えていたものが見えなくなる虞れがあるからである。従って、画角の変化があまり発生しないよう、第3レンズ群13とCCD2の移動量比を定めている。
【0017】
次に第1の実施形態の具体的な実施例を示す。図1には、基準として、像面湾曲をほぼゼロに補正した時の各レンズ群の位置を示している。図2、図3、図4は、それぞれ、像面湾曲をほぼゼロに補正した状態、像面湾曲をオーバー側に適量発生させた状態、像面湾曲をアンダー側に適量発生させた状態での諸収差図を示している。これらの収差図においては、球面収差で表される色収差(軸上色収差)図及び倍率色収差図中のd線、g線、c線はそれぞれの波長に対する収差曲線であり、非点収差図中Sはサジタル像面、Mはメリディオナル像面である。また、表中のFEは実効Fナンバー、fは全系の焦点距離、Wは半画角(゜)、fB はバックフォーカス、rは曲率半径、dはレンズ厚またはレンズ間隔、Nd はd線の屈折率、νはアッベ数を示す。
【0018】
回転対称非球面は、次式で定義される。
x=cy2/[1+[1-(1+K)c2y2]1/2]+A4y4+A6y6+A8y8 +A10y10+A12y12・・・
(但し、cは曲率(1/r)、yは光軸からの高さ、Kは円錐係数、A4、A6、A8、・・・・・は各次数の非球面係数)である。
下記に示す表1はその数値データで、像面湾曲がほぼゼロ、オーバー、アンダーの順で記載している。
【0019】
面No. 1,2は負の第1レンズ群11、面No. 3,4は正の第2レンズ群12、面No. 5乃至7は第3レンズ群13であり、第3レンズ群13は、物体側から順に負レンズと正レンズの接合レンズで構成され、第1の実施形態では第3レンズ群13は負のパワーを有している。面No. 8乃至10はフィルター群である。
【0020】
【表1】
【0021】
次に、この発明の第2の実施形態について説明する。
図7は、この発明の第2の実施形態に係る内視鏡の対物レンズを備えた撮像装置を示すものであり、対物レンズ3と、撮像素子であるCCD(イメージバンドル)4とから構成されている。
【0022】
対物レンズ3には、負の屈折力を有する第1レンズ群31と、側視型内視鏡に対応する為の偏向プリズム34と、絞り35、正の屈折力を有する第2レンズ群32と、正の屈折力を有する第3レンズ群33とを備えている。特に、この実施形態では、観察対象物の形状に応じて第2レンズ群32と第3レンズ群33との間隔d23及び第3レンズ群33とCCD4との間隔fbを変化させるため、図示外の位置調整手段を備えている。なお、図7では偏向プリズム34の反射面を展開して光軸を一直線状にして表示している。
【0023】
位置調整手段は、第2レンズ群32と第3レンズ群33との間隔d23を変化させることにより像面湾曲量を変化させ、これによる像面位置の変化を第3レンズ群33とCCD4との間隔fbを変化させることにより補償するものである。より具体的には、間隔d23の変化は、第3レンズ群33を光軸に沿って移動させることによって行う。間隔fbの変化は、上記第3レンズ群33を光軸に沿って移動させることによって発生する変化とあわせてCCD4を光軸に沿って移動させることによって行う。これらの位置調整手段(移動手段)には、例えば円筒形のカム環にそれぞれの動作に応じたカム溝を設けてそれぞれを保持し、カム環の回転させることによって第3レンズ群33及びCCD4を光軸方向に沿って前後に移動させるような機構を用いることができる。なお、第1レンズ群は内視鏡先端部側面に固定されていて先端部の水密性を維持するカバーガラスを兼ねている。
【0024】
次に第2の実施形態の具体的な実施例を示す。図7には、基準として、像面湾曲をほぼゼロに補正した時の各レンズ群の位置を示している。図8、図9、図10はそれぞれ、像面湾曲をほぼゼロに補正した状態、像面湾曲をオーバー側に適量発生させた状態、像面湾曲をアンダー側に適量発生させた状態での諸収差図を示している。なお、下記の表2はその数値データで、像面湾曲がほぼゼロ、オーバー、アンダーの順で記載している。
【0025】
面No. 1,2は負の第1レンズ群31、面No.3,4は側視用偏向プリズム、面No. 5,6は正の第2レンズ群32、面No. 7乃至9は第3レンズ群33であり、第3レンズ群33は、物体側から順に負レンズと正レンズの接合レンズで構成され、第2の実施形態では第3レンズ群33は正のパワーを有している。面No. 10乃至12はフィルター群である。
【0026】
【表2】
【0027】
次に、この発明の第3の実施形態について説明する。
図11は、この発明の第3の実施形態に係る内視鏡の対物レンズを備えた撮像装置を示すものであり、対物レンズ5と、撮像素子であるCCD(イメージバンドル)6とから構成されている。
【0028】
対物レンズ5には、負の屈折力を有する第1レンズ群51と、正の屈折力を有する第2レンズ群52と、正又は負の屈折力を有する第3レンズ群53とを備えている。特に、この実施形態では、観察対象物の形状に応じて第1レンズ群51と第2レンズ群52との間隔d12、第2レンズ群52と第3レンズ群53との間隔d23及び第3レンズ群53とCCD6との間隔fbを変化させるため、図示外の位置調整手段を備えている。なお、この実施形態では、第1レンズ群51乃至第3レンズ群53をそれぞれ構成するレンズとして、先の第1の実施形態のものと同一のものを用いた。
【0029】
位置調整手段は、第1レンズ群51と第2レンズ群52との間隔d12及び第2レンズ群52と第3レンズ群53との間隔d23を変化させることにより像面湾曲量を変化させ、これによる像面位置の変化を第3レンズ群53とCCD6との間隔fbを変化させることにより補償するものである。より具体的には、間隔d12の変化は第2レンズ群52を光軸に沿って移動させることによって行う。間隔d23の変化は、上記第2レンズ群52を光軸に沿って移動させることによって発生する変化とあわせて第3レンズ群53を光軸に沿って移動させることによって行う。間隔fbの変化は、上記第3レンズ群53を光軸に沿って移動させることによって発生する変化とあわせてCCD6を光軸に沿って移動させることによって行う。これらの位置調整手段(移動手段)には、例えば円筒形のカム環にそれぞれの動作に応じたカム溝を設けてそれぞれを保持し、カム環の回転させることによって第2レンズ群52、第3レンズ群53及びCCD6を光軸方向に沿って前後に移動させるような機構を用いることができる。
【0030】
次に第3の実施形態の具体的な実施例を示す。図11には、基準として、像面湾曲をほぼゼロに補正した時の各レンズ群の位置を示している。図12、図13、図14はそれぞれ、図11、像面湾曲をアンダー側に適量発生させた状態、像面湾曲をオーバー側に適量発生させた状態での諸収差図を示している。なお、下記の表3はその数値データで、像面湾曲がほぼゼロ、アンダー、オーバーの順で記載している。
【0031】
面No. 1,2は負の第1レンズ群51、面No. 3,4は正の第2レンズ群52、面No. 5乃至7は第3レンズ群53であり、第3レンズ群53は、物体側から順に負レンズと正レンズの接合レンズで構成され、第3の実施形態では第3レンズ群53は負のパワーを有している。面No. 8乃至10はフィルター群である。
【0032】
【表3】
【0033】
従って、以上の実施形態によれば、観察対象物の形状に応じて、位置調整手段によって各距離を調整することで、観察対象物を最良の観察状態で観察できるようになる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、正又は負の屈折力を有する第3レンズ群とを備えた内視鏡の対物レンズであって、第2レンズ群と第3レンズ群との間隔を変化させることにより像面湾曲量を変化させ、これによる像面位置の変化を第3レンズ群と像面との間隔を変化させることで補償するように構成しており、各レンズ群の間隔を適宜変更させて、観察対象物の位置や形状に応じて像面湾曲量を適宜調整することにより、最良の観察状態を実現できる。
【0035】
また、この発明によれば、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔及び第2レンズ群と第3レンズ群との間隔を変化させることにより、像面湾曲量を変化させ、かつ、像面位置の変化を補償するように構成しており、同様に、観察対象物の位置や形状に応じて像面湾曲量を適宜調整することにより、最良の観察状態を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施形態に係る内視鏡の対物レンズを備えた撮像装置を示す構成図である。
【図2】図1のレンズ構成の諸収差図である。
【図3】実施例1のズームレンズ系の像面湾曲をオーバー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図4】実施例1のズームレンズ系の像面湾曲をアンダー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図5】この発明の対物レンズで管空状の観察対象物を観察するときの状態を示す説明図である。
【図6】この発明の対物レンズで突起状の観察対象物を観察するときの状態を示す説明図である。
【図7】この発明の第2の実施形態に係る内視鏡の対物レンズを備えた撮像装置を示す構成図である。
【図8】図7のレンズ構成の諸収差図である。
【図9】実施例2のズームレンズ系の像面湾曲をオーバー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図10】実施例2のズームレンズ系の像面湾曲をアンダー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図11】この発明の第3の実施形態に係る内視鏡の対物レンズを備えた撮像装置を示す構成図である。
【図12】図11のレンズ構成の諸収差図である。
【図13】実施例3のズームレンズ系の像面湾曲をアンダー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図14】実施例3のズームレンズ系の像面湾曲をオーバー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図15】従来の対物レンズで観察部位を観察するときの状態を示す説明図である。
【図16】従来の対物レンズで突起状の観察部位を観察するときの状態を示す説明図である。
【図17】従来の対物レンズで突起状の観察部位を観察するときの欠点を示す説明図である。
【図18】従来の対物レンズで管空状の観察部位を観察するときの欠点を示す説明図である。
【符号の説明】
1 対物レンズ
11 第1レンズ群
12 第2レンズ群
13 第3レンズ群
2 CCD
3 対物レンズ
31 第1レンズ群
32 第2レンズ群
33 第3レンズ群
34 側視用偏向プリズム
35 光彩絞り
4 CCD
5 対物レンズ
51 第1レンズ群
52 第2レンズ群
53 第3レンズ群
6 CCD
7 観察対象物
8 突起物
9 管空状物
Claims (2)
- 観察対象物の側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、正又は負の屈折力を有する第3レンズ群とを備えた内視鏡の対物レンズ;
前記対物レンズの光軸に沿った後方に配置された撮像素子;及び
前記第3レンズ群を光軸方向に移動させて前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔を変化させることにより像面湾曲量を変化させるとともに、前記第3レンズ群と前記撮像素子の双方を光軸方向に移動させて前記第3レンズ群と前記撮像素子の撮像面との間隔を変化させることにより、前記像面湾曲量の変化によって生じる像面位置の変化を補償する位置調整手段;
を有することを特徴とする内視鏡の撮像装置。 - 観察対象物の側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、正又は負の屈折力を有する第3レンズ群とを備えた内視鏡の対物レンズ;
前記対物レンズの光軸に沿った後方に配置された撮像素子;及び
前記第2レンズ群と前記第3レンズ群を光軸方向に移動させて前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔及び前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔を変化させることにより像面湾曲量を変化させるとともに、前記第3レンズ群と前記撮像素子の双方を光軸方向に移動させて前記第3レンズ群と前記撮像素子の撮像面との間隔を変化させることにより、前記像面湾曲量の変化によって生じる像面位置の変化を補償する位置調整手段;
を有することを特徴とする内視鏡の撮像装置。
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