JP4717383B2

JP4717383B2 - 内視鏡用撮像ユニット及びその組立方法

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Publication number: JP4717383B2
Application number: JP2004178589A
Authority: JP
Inventors: 慎一齋藤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2024-06-16
Also published as: JP2006003549A

Description

本発明は、内視鏡用撮像ユニット及びその組立方法に関し、特に、外径・全長がコンパクトで、視野角が１４０゜以上と超広角な単焦点対物光学系を用いた内視鏡用撮像ユニットの組立方法に関するものである。

内視鏡診断時の見落とし防止に対する解決手段の一つとして、対物光学系の視野角の広角化があげられる。従来の対物光学系の視野角はせいぜい１４０゜程度であり、これを１４０゜以上と超広角にすることで、画面周辺部の視野範囲が広大になり、その結果、管腔内では一度により広い範囲を観察でき、診断に有利なことが知られている。

従来、コンパクトながら視野角が１４０゜以上と超広角な内視鏡用対物光学系として、例えば特許文献１に記載された３群４枚構成の対物光学系が知られている。
特開平４−２７５５１４号公報

一般的に、視野角を大きくすると、画面中心部の観察倍率が低下し、それによって従来の内視鏡像と印象が大きく変わってしまうことが考えられる。そこで、対物光学系の歪曲収差を大きくして、画面中央の倍率の低下を最小限に抑えつつ、周辺の視野角を広げる手段が考えられる。ただし、このような対物光学系を用いた撮像ユニットを組み立てる場合、従来の組立方法では、対物光学系を構成する光学部品の製造ばらつきの影響が増大して、必要な観察性能を確保することが困難となってしまう。

対物光学系の視野角が広角になればなる程、部品の加工精度や組立誤差等の影響により、設計上の視野角に対して撮像ユニットを組み立てた後の実際の視野角のばらつき量が大きくなる。１００〜１４０゜の一般的な視野角の場合、これらのばらつきの影響は比較的小さいが、視野角が１４０゜を超えるような超広角な対物光学系では、撮像ユニットを組み立てた後の実際の視野角が大きくばらつく状況が考えられる。この場合、特に視野角の周辺で画像が暗くケラレる現象が発生し、所望の観察性能が得られない恐れがある。この“画像ケラレ”は内視鏡診断に支障をきたすため、特に医療用内視鏡では許容することはできない。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、視野角が１４０°以上の対物光学系を用いた内視鏡用撮像ユニットにおいて、対物光学系の設計上の視野角に対して撮像ユニットを組み立てた後の実際の視野角のばらつき量を小さくして、容易に所望の観察性能を得ることができる内視鏡用撮像ユニット及びその組立方法を提供することである。

本発明の内視鏡用撮像ユニットの組立方法は、単焦点で視野角が１４０゜以上の対物光学系と、その対物光学系からの光学像を電気的な信号に変換して出力する撮像素子とからなる内視鏡用撮像ユニットにおいて、次の手順によって組み立てが行われることを特徴とする方法である。
（ｉ）対物光学系に対し、撮像素子を対物光学系の光軸方向に動かすことで対物光学系に対してピント調整を行い、
（ii）対物光学系中の一部を対物光学系の光軸方向に動かすことで、条件式（１）を満足する面間隔の中の少なくとも１つを調整して、所望の視野角を得る。

（１）０．５＜｜ΔＦＯＶ／ｆ｜＜５
ただし、ΔＦＯＶは面間隔を０．０１ｍｍ変化させたときの視野角の変化量（°）、ｆは全系の合成焦点距離（ｍｍ）である。

また、本発明の内視鏡用撮像ユニットは、単焦点で視野角が１４０゜以上の対物光学系を有する対物部組と、その対物光学系からの光学像を電気的な信号に変換して出力する撮像素子を有する撮像部組とで構成された内視鏡用撮像ユニットにおいて、前記対物光学系が互いに一部嵌合する２つの部組に分離した構造であって、撮像ユニット全体として３つの部組からなり、次の条件式（２）を満足することを特徴とするものである。

（２）０．００３＜ＣＬ・ＩＨ／ｆ＜０．０３
ただし、ＣＬは対物部組の部組同士の嵌合クリアランスであり、ＣＬ＝（最も物体側の部組の嵌合部の最大内径−最も像側の部組の嵌合部の最大外径）／２であり、ＩＨは撮像面上での最大像高、ｆは対物光学系全系の合成焦点距離である。

また、本発明のもう１つの内視鏡用撮像ユニットは、単焦点で視野角が１４０゜以上の対物光学系と、その対物光学系からの光学像を電気的な信号に変換して出力する撮像素子とで構成された内視鏡用撮像ユニットにおいて、前記対物光学系の一部の面間隔をスペーサーの枚数又は厚みを増減して調整することを特徴とするものである。

以上の本発明によれば、特に、視野角が１４０゜以上と超広角な対物光学系において、光学部品の加工精度や組立誤差等によって視野角がばらついたとしても、組み立て時の視野角の調整が容易に行える。

以下、本発明の内視鏡用撮影ユニットの組立方法について、図を参照にしながら説明する。

図１は、本発明の内視鏡用撮像ユニットに用いられる、単焦点で視野角が１４０°以上の対物光学系の一例（後記の実施例１）の断面図である。物体側から順に、負のパワーの平凹レンズと平行平面板からなる負のパワーの第１群Ｇ１と、正のパワーの両凸レンズ、明るさ絞り、両凸レンズと物体側に凹の負メニスカスレンズを貼り合わせた正レンズを備え、全体として正のパワーを持つ第２群Ｇ２と、平行平面板を含み対物光学系からの光学像を電気的な信号に変換して出力する撮像素子Ｃとよりなる。

図２は、図１に示したような構成の本発明の内視鏡用撮像ユニットの組立方法の説明図であり、組み立て手順に応じた撮像ユニットの構成部品の動きを概念的に示したものである。先ず、図２（ａ）に示すように、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の位置関係を仮固定した状態で、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２からなる対物光学系の光軸方向に撮像素子Ｃを移動して、対物光学系の焦点位置にピントを合わせる。次に、図２（ｂ）に示すように、第１群Ｇ１と撮像素子Ｃの位置関係を固定した状態で、第２群Ｇ２のみ対物光学系の光軸方向に移動させ、視野角の調整を行う。所望の視野角が得られたら、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２と撮像素子Ｃの位置関係を仮固定し、再度ピント確認を行う。このとき、ピント位置がずれていなければ、調整は完了である。このとき、ピント位置のずれが発生していた場合、再度図２（ａ）と（ｂ）のピント出しを行い、続いて視野角調整を行う。このようにして、所望のピント位置と視野角が得られた状態で、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２と撮像素子Ｃの位置関係を固定する。

なお、図２には図示されていないが、撮像ユニットの物体側には、ピント調整用の被写体（例えば、白と黒の帯が交互に並んだ解像チャート）が配置されている。また、撮像素子Ｃは画像処理装置とＴＶモニターに接続されており、ピント調整や視野角の調整は、そのＴＶモニターに映し出される画像を観察しながら行われる。

図３は本発明の上記の組立方法の手順を図示したものである。図３において、（Ａ）は撮像ユニットのピントを調整するステップであり、図２（ａ）に対応する。（Ｂ）は撮像ユニットの視野角を調整するステップであり、図２（ｂ）に対応する。

図２（ｂ）の工程において、視野角を調整するに当たり、変化させる面間隔は次の条件式（１）を満たすことが望ましい。

条件式（１）は、視野角調整の際に変化させる面間隔を選ぶための条件式である。条件式（１）の上限値の５を越えた場合、面間隔の変化による視野角の変化の感度が大きくなりすぎ、調整が困難となってしまうので、面間隔調整には適さない。下限値の０．５を越えた場合、面間隔の変化による視野角の変化が少なすぎ、視野角調整の際のストロークが大きくなるため、対物光学系全体の全長が長くなってしまうので、面間隔調整には適さない。なお、図１に示した対物光学系は、第１群Ｇ１の最も物体側のレンズの像側の面と、第２群Ｇ２の最も物体側のレンズの物体側の面の面間隔が上記条件式（１）を満たしている。

ここで、第２群Ｇ２は、物体方向に移動すると視野角が小さくなり、像面方向に移動すると視野角が大きくなる。視野角調整を開始する際の第２群Ｇ２の初期位置としては設計位置が考えられるが、部品の製造ばらつきによって視野角が大になり、その結果、画面周辺部が暗くケラレて正確な視野角が測定できないことが考えられる。そのため、視野角調整を開始する際の第２群Ｇ２の初期位置は、設計位置よりも物体側の位置から開始するとよい。

図４は、本発明の組立方法の手順を図示したものである。図４において、（Ｃ）は設計位置よりも物体側の位置に移動させるステップで、（Ａ）は撮像ユニットのピントを調整するステップで、（Ｂ）は撮像ユニットの視野角を調整するステップである。

図５は、本発明の第２の発明を適用した内視鏡用撮像ユニットの断面図である。部組Ｕ１は図１の構成の第１群Ｇ１、部組Ｕ２は第２群Ｇ２、部組ＵＣは撮像素子Ｃをそれぞれ含み、接着剤等によって枠に固定される。さらに、部組Ｕ１の内径と部組Ｕ２の外径は嵌合し、部組Ｕ２の外径は部組ＵＣの内径に嵌合しており、それぞれ別々に光軸方向へ移動が可能である。

なお、本発明における部組とは、金属等の枠に対して、少なくとも１個の光学部品を接着剤やそれに代わる手段により固定又は仮固定したものを呼ぶ。接着剤に代わる手段としては、外部からの押圧により光学部品を枠に固定する治具等を用いるのがよい。

さて、本発明の第２の発明を適用した撮像ユニットによれば、次の条件式（２）を満たすことが望ましい。

条件式（２）は、対物部組の部組同士の嵌合クリアランスの範囲を限定したものである。条件式（２）の上限値の０．０３を越えると、部組同士の隙間が大きくなり、一方の部組の光軸に対して、他方の部組の光軸が偏心を起こす。その結果、像面上で片ボケ等の現象が発生し、光学性能が劣化する。条件式（２）の下限値の０．００３を越えると、嵌合クリアランスが小さくなりすぎて、部組同士が引っかかってしまい、調整のための移動が困難になってしまう。

次に、図５に示した内視鏡用撮像ユニットの組立方法について説明する。先ず、部組Ｕ２を部組Ｕ１に突き当てまで挿入し、部組ＵＣを部組Ｕ２に突き当てまで挿入する。次に、部組Ｕ１とチャートまでの距離を固定した状態で、部組ＵＣのみ像側光軸方向に移動しながらピント調整を行う。所望のピント位置が得られたら、一度全ての部組の位置関係を仮固定する。次に、部組Ｕ２のみ像側の光軸方向に移動させて視野角調整を行う。所望の視野角が得られたら、再度全ての部組の位置関係を仮固定する。次に、再度ピント確認を行い、ピント位置のずれの発生がなければ、全ての部組を接着剤等により固定する。ここで、ピント位置のずれが発生している場合は、再度同様のピント調整を行い、続いて視野角調整を行う必要がある。

ここで、所望のピント位置と視野角が得られた状態で、全ての部組を同時に接着固定してもよいし、それぞれの部組を別々に固定しても構わない。

また、図６に示したように、視野角調整の衝（要）となる部組ＵＣを１台のみ用意し、多数の対物部組ＯＵ１〜ＯＵＮに対して上記のような調整を行い、後工程でそれぞれに対応する部組ＵＣに対してピント調整及び固定を行うようにしてもよい。この場合、対物光学系の組み立てと撮像ユニットの組み立てをそれぞれ別工程にできるため、工程管理を簡単にできて好適である。ここで、視野角調整の衝（要）となる部組ＵＣのばらつきが大きいと、後工程で組み合わせる別の部組ＵＣとのズレが大きくなり、ピント調整時に影響を与えることがあるため、衝となる部組ＵＣのばらつきは極力小さいことが望ましい。

また、本発明による対物光学系は、部組Ｕ１及び部組Ｕ２と、対物部組が２体構成となっているため、内視鏡全体の気密封止に好適である。内視鏡では、最も物体側のレンズのみ外界に触れる構成になっており、高温高圧水蒸気滅菌を行う際、最も物体側のレンズと枠の接着強度に課題がある。一般的に、内視鏡では、接着剤を用いてレンズを接着固定しているため、高温高圧水蒸気滅菌に対する耐性の確保が難しい。それに対し、最も物体側のレンズの外周に金属性のメッキを行い、これを金属等の枠に対してはんだ付けやロウ付け等による気密封止を行い、耐性を確保する方法が知られている。しかし、これらのはんだ付けやロウ付けは、フラックスの残留や、加熱による部品の劣化や、はんだやロウの流れ出しによって、光学部品へ影響を与えることがあるため、はんだ付けの際には、最も物体側のレンズとそれを固定する枠以外の部品は分離しておくことが望ましい。

図７は、本発明の第３の発明を適用した内視鏡用撮像ユニットの一例の断面図である。部組ＵＬは、対物光学系の第１群Ｇ１及び第２群Ｇ２、さらに、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間に視野角調整用のスペーサーＳを複数枚備え、視野角に応じてスペーサーＳの枚数及び厚みが変化可能となっている。図７に示した撮像ユニットにおいて、スペーサーＳの厚みは０．０３ｍｍである。ここで、部組ＵＬの最も物体側のレンズＬ１は、枠に接着固定されておらず、外部からの押圧により光学部品を枠に仮固定する治具を用いるか、取り外し可能な接着剤を用いて枠に仮固定されている。そして、部組ＵＣは撮像素子Ｃを含み、接着剤等によって枠に固定される。さらに、部組ＵＬの外径は部組ＵＣの内径に一部嵌合しており、対物光学系の光軸方向に移動可能である。

次に、図７に示された内視鏡用撮像ユニットの組立方法について説明する。先ず、部組ＵＬと最も物体側のレンズＬ１の間に適当な厚みのスペーサーＳを数枚挿入した状態で、最も物体側のレンズＬ１を仮固定し、部組ＵＣに部組ＵＬを突き当てまで挿入する。次に、部組ＵＬとチャートまでの距離を固定した状態で、部組ＵＣのみ対物レンズの像側の光軸方向に移動しながらピント調整を行う。所望のピントが得られたら、一度部組ＵＬと部組ＵＣの位置関係を仮固定する。ここで、視野角の測定を行い、所望の視野角が得られれば、部組ＵＬと部組ＵＣを接着剤等により固定する。所望の視野角が得られない場合、一度部組ＵＬからレンズＬ１を取り外して、スペーサーＳの枚数を増減させ、再度上記手順を繰り返す。

図８は、第３の発明を適用した内視鏡用撮像ユニットの上記組立方法の手順を図示したものである。

ここで、所望のピント位置と視野角が得られた状態で、全ての部組を同時に固定してもよいし、部組ＵＣを部組ＵＬから一旦取り外し、部組ＵＬの像側のレンズを接着固定した後、再度部組ＵＣと組み合わせて接着固定してもよい。特に、組み立ての衝となる部組ＵＣを１台のみ用意し、多数の部組ＵＬに対して調整を行ってもよい。この場合、部組ＵＬのみ接着硬化させればよいので、最も像側のレンズと枠の接着固定を簡単にすることができる。ここで、部組ＵＣのばらつきが大きいと、部組ＵＬの視野角調整に影響を与え、後工程で視野角がばらついてしまうことが考えられるため、組み立ての衝となる部組ＵＣのばらつきは極力小さいことが望ましい。

また、視野角調整時に変化させる面間隔は、最も物体側のレンズＬ１の像側の面から明るさ絞りの間の面間隔がよい。一般的に、内視鏡の対物光学系はレトロフォーカスタイプなので、明るさ絞りよりも物体側に強い負のパワーのレンズが配置される。したがって、明るさ絞りよりも物体側の面間隔の変化に対する視野角の変動が大きく、調整には好適である。なお、最も物体側のレンズＬ１の像側の面から明るさ絞りとの間の面間隔とは、内挿される光学素子の肉厚と、その前後の空気間隔の総和であり、面間隔の変化には光学素子の前後の空気間隔が変化する場合も含まれる。

本実施例では、スペーサーＳの枚数を増やすか、若しくは、スペーサーＳを厚くすることにより、視野角は大きくなり、逆に枚数を減らすか、若しくは、スペーサーＳを薄くすることによって、視野角は小さくすることができる。また、面間隔を変化させることによる視野角の変化量は計算で求められるので、視野角を調整する際、一度目の測定結果を基に、必要な面間隔の差分を計算によって算出し、その結果を基にスペーサーＳの枚数若しくは厚みを増減させると、多くても２回の組み立てにて調整が完了できるため、組立効率が良く好適である。

さらに、視野角調整用のスペーサーＳは、極力薄いことが望ましく、その製造公差も極力小さいことが望ましい。厚みが薄ければ薄い程、視野角調整のピッチが細かくでき、精度の良い調整が可能である。特に、０．１ｍｍ未満、望ましくは０．０５ｍｍ以下のスペーサーを用いるのがよい。調整を簡単にするために、厚みを変えたものを複数枚用意しておいてもよい。また、スペーサーＳは燐青銅板等の金属製の絞りでもよく、樹脂製のスペーサーでもよい。むろんそれ以外の素材でも構わない。また、フレアーやゴーストの可能性が低い部分への使用であれば、黒色クロムメッキ等により処理されたものでなくても構わない。

また、本発明の第２の発明の内視鏡用撮像ユニットに適用する対物光学系は、対物光学系の第１群Ｇ１と撮像素子Ｃを固定した状態における、対物光学系の第２群Ｇ２の光軸方向の移動に伴う像面位置の変動が極力少ないことが望ましい。第２群Ｇ２の移動によって像面位置が大きく変化すると、例え所望の視野角が得られたとしても、像面位置が対物光学系の焦点深度を外れることによってピントずれが発生し、再度ピント位置の調整が必要となるため、作業時間が長くなり効率が悪い。

そこで、本発明の第２の発明の内視鏡用撮像ユニットに適用する対物光学系においては、対物光学系が下記条件（３）又は（３）' 、（４）を満たすことが望ましい。

（３）０．８＜｜ＭＧ２｜＜１．２
（３）’０．９＜｜ＭＧ２｜＜１．１
（４）０．８≦｜ＩＨ／ｆ｜≦１．２
ただし、ＭＧ２は第２群Ｇ２の合成光学倍率、ＩＨは撮像面上での最大像高、ｆは全系の合成焦点距離である。

条件式（３）は、第２群Ｇ２の合成光学倍率の範囲を限定するものである。条件式（３）の値を１に近づけることによって、第２群Ｇ２の光軸方向の移動に伴うピント位置の変動を小さくすることができる。前述したように、本発明の視野角調整作業によれば、第２群Ｇ２の移動に伴うピント位置の変動は極力小さいことが望ましい。この条件式の下限の０．８を下回る場合、また、上限の１．２を上回る場合、第２群Ｇ２の変動に伴うピント位置の変動が大きくなってしまう。また、条件式（３）を（３）’のようにすると、第２群Ｇ２の移動に伴う倍率の変動をより抑えることができ、好適である。

次に、条件式（４）は、最大像高に対する焦点距離の範囲を限定したものであって、視野角を広角にし、対物レンズの全長を小さくするための条件である。そして、この条件式（４）の上限の１．２を越えた場合には、対物レンズの全長が大きくなってしまう。下限の０．８を越えた場合には、対物レンズの視野角が小さくなってしまう。

次に、本発明の第２の発明及び第３の発明の内視鏡用撮像ユニットと組み合わせるのに好ましい対物光学系の実施例１〜５を説明する。それらの実施例のレンズ構成の断面図を図９〜図１３に示す。また、実施例１〜５のレンズデータを以下に示すが、各レンズデータに用いられている記号は、上記の外、ｒ₁、ｒ₂…は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…は各レンズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は各レンズのｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は各レンズのアッベ数である。

実施例１
ｒ₁= ∞ ｄ₁= 0.3383 ｎ_d1 =1.88300 ν_d1 =40.78
ｒ₂= 0.8346 ｄ₂= 0.4511
ｒ₃= ∞ ｄ₃= 0.4511 ｎ_d2 =1.52287 ν_d2 =59.89
ｒ₄= ∞ ｄ₄= 0.3383
ｒ₅= 7.6963 ｄ₅= 1.7481 ｎ_d3 =1.75500 ν_d3 =52.32
ｒ₆= -1.8361 ｄ₆= 0.0564
ｒ₇= ∞（明るさ絞り）ｄ₇= 0.0338
ｒ₈= ∞ ｄ₈= 1.1278 ｎ_d4 =1.49400 ν_d4 =75.00
ｒ₉= ∞ ｄ₉= 0.2368
ｒ₁₀= 3.0948 ｄ₁₀= 1.2293 ｎ_d5 =1.72916 ν_d5 =54.68
ｒ₁₁= -1.2654 ｄ₁₁= 0.2594 ｎ_d6 =1.84666 ν_d6 =23.78
ｒ₁₂= -8.1249 ｄ₁₂= 0.9733
ｒ₁₃= ∞ ｄ₁₃= 0.8459 ｎ_d7 =1.51633 ν_d7 =64.14
ｒ₁₄= ∞ ｄ₁₄= 0.0113 ｎ_d8 =1.51000 ν_d8 =64.10
ｒ₁₅= ∞ ｄ₁₅= 0.4511 ｎ_d9 =1.61090 ν_d9 =50.20
ｒ₁₆= ∞（像面）
ｆ=1mm, Ｆナンバー=5.6, 視野角=161゜
｜ΔＦＯＶ／ｆ｜=2.32,｜ＭＧ２｜=1.1, ｜ＩＨ／ｆ｜=1.03 。

実施例２
ｒ₁= ∞ ｄ₁= 0.3462 ｎ_d1 =1.76820 ν_d1 =71.79
ｒ₂= 0.7698 ｄ₂= 0.7109
ｒ₃= 14.2136 ｄ₃= 1.7888 ｎ_d2 =1.72916 ν_d2 =54.68
ｒ₄= -1.5257 ｄ₄= 0.0219
ｒ₅= ∞（明るさ絞り）ｄ₅= 0.0346
ｒ₆= ∞ ｄ₆= 1.1541 ｎ_d3 =1.49400 ν_d3 =75.00
ｒ₇= ∞ ｄ₇= 0.1893
ｒ₈= 5.3803 ｄ₈= 1.0040 ｎ_d4 =1.78800 ν_d4 =47.37
ｒ₉= -1.2014 ｄ₉= 0.2885 ｎ_d5 =1.92286 ν_d5 =18.90
ｒ₁₀= -3.2349 ｄ₁₀= 0.0577
ｒ₁₁= ∞ ｄ₁₁= 0.4616 ｎ_d6 =1.51633 ν_d6 =64.14
ｒ₁₂= ∞ ｄ₁₂= 0.6728
ｒ₁₃= ∞ ｄ₁₃= 0.8656 ｎ_d7 =1.51633 ν_d7 =64.14
ｒ₁₄= ∞ ｄ₁₄= 0.0115 ｎ_d8 =1.51000 ν_d8 =63.00
ｒ₁₅= ∞ ｄ₁₅= 0.4616 ｎ_d9 =1.61090 ν_d9 =50.20
ｒ₁₆= ∞（像面）
ｆ=1mm, Ｆナンバー=5.69,視野角=161゜
｜ΔＦＯＶ／ｆ｜=2.62,｜ＭＧ２｜=1.05,｜ＩＨ／ｆ｜=1.05 。

実施例３
ｒ₁= ∞ ｄ₁= 0.4239 ｎ_d1 =1.88300 ν_d1 =40.76
ｒ₂= 0.9998 ｄ₂= 1.1965
ｒ₃= ∞ ｄ₃= 0.6079 ｎ_d2 =1.51800 ν_d2 =75.00
ｒ₄= ∞ ｄ₄= 0.0304
ｒ₅= ∞（明るさ絞り）ｄ₅= 0.0709
ｒ₆= -10.1318 ｄ₆= 1.8237 ｎ_d3 =1.88300 ν_d3 =40.76
ｒ₇= -2.1894 ｄ₇= 0.2120
ｒ₈= 4.3077 ｄ₈= 1.7443 ｎ_d4 =1.75500 ν_d4 =52.32
ｒ₉= -1.5685 ｄ₉= 0.5299 ｎ_d5 =1.92286 ν_d5 =18.90
ｒ₁₀= -6.7513 ｄ₁₀= 1.3565
ｒ₁₁= ∞ ｄ₁₁= 0.8479 ｎ_d6 =1.51633 ν_d6 =64.14
ｒ₁₂= ∞ ｄ₁₂= 0.0212 ｎ_d7 =1.51000 ν_d7 =64.10
ｒ₁₃= ∞ ｄ₁₃= 0.8479 ｎ_d8 =1.61090 ν_d8 =50.20
ｒ₁₄= ∞（像面）
ｆ=1mm, Ｆナンバー=6.19,視野角=152゜
｜ΔＦＯＶ／ｆ｜=1.58,｜ＭＧ２｜=0.93,｜ＩＨ／ｆ｜=1.01 。

実施例４
ｒ₁= 14.6967 ｄ₁= 0.3685 ｎ_d1 =1.88300 ν_d1 =40.78
ｒ₂= 0.8955 ｄ₂= 0.5896
ｒ₃= ∞ ｄ₃= 0.3685 ｎ_d2 =1.51400 ν_d2 =75.00
ｒ₄= ∞ ｄ₄= 0.1228
ｒ₅= 2.6343 ｄ₅= 0.9519 ｎ_d3 =1.51633 ν_d3 =64.14
ｒ₆= 12.415 3 ｄ₆= 0.2457
ｒ₇= ∞（明るさ絞り）ｄ₇= 0.0369
ｒ₈= 7.0497 ｄ₈= 0.9263 ｎ_d4 =1.88300 ν_d4 =40.76
ｒ₉= -2.2997 ｄ₉= 0.4918
ｒ₁₀= 3.9292 ｄ₁₀= 0.8599 ｎ_d5 =1.75500 ν_d5 =52.32
ｒ₁₁= -1.4741 ｄ₁₁= 0.3685 ｎ_d6 =1.84666 ν_d6 =23.78
ｒ₁₂= -35.4582 ｄ₁₂= 0.6549
ｒ₁₃= ∞ ｄ₁₃= 0.9213 ｎ_d7 =1.51633 ν_d7 =64.14
ｒ₁₄= ∞ ｄ₁₄= 0.0123 ｎ_d8 =1.51000 ν_d8 =64.10
ｒ₁₅= ∞ ｄ₁₅= 0.4914 ｎ_d9 =1.61090 ν_d9 =50.20
ｒ₁₆= ∞（像面）
ｆ=1mm, Ｆナンバー=4.51,視野角=173゜
｜ΔＦＯＶ／ｆ｜=2.74,｜ＭＧ２｜=0.96,｜ＩＨ／ｆ｜=1.12 。

実施例５
ｒ₁= 135.4211 ｄ₁= 0.2238 ｎ_d1 =1.88300 ν_d1 =40.78
ｒ₂= 0.7814 ｄ₂= 0.4644
ｒ₃= ∞ ｄ₃= 0.2238 ｎ_d2 =1.52287 ν_d2 =59.89
ｒ₄= ∞ ｄ₄= 0.2030
ｒ₅= 2.3005 ｄ₅= 1.6882 ｎ_d3 =1.72916 ν_d3 =54.68
ｒ₆= -1.5776 ｄ₆= 0.0559
ｒ₇= ∞（明るさ絞り）ｄ₇= 0.0168
ｒ₈= ∞ ｄ₈= 0.5595 ｎ_d4 =1.51800 ν_d4 =75.00
ｒ₉= ∞ ｄ₉= 0.1749
ｒ₁₀= 2.9110 ｄ₁₀= 0.7833 ｎ_d5 =1.72916 ν_d5 =54.68
ｒ₁₁= -1.1189 ｄ₁₁= 0.2238 ｎ_d6 =1.84666 ν_d6 =23.78
ｒ₁₂= -25.0853 ｄ₁₂= 0.9702
ｒ₁₃= ∞ ｄ₁₃= 0.5141 ｎ_d7 =1.51633 ν_d7 =64.14
ｒ₁₄= ∞ ｄ₁₄= 0.0056 ｎ_d8 =1.51000 ν_d8 =63.00
ｒ₁₅= ∞ ｄ₁₅= 0.3126 ｎ_d9 =1.50600 ν_d9 =63.00
ｒ₁₆= ∞（像面）
ｆ=1mm, Ｆナンバー=7.28,視野角=145゜
｜ΔＦＯＶ／ｆ｜=1.26,｜ＭＧ２｜=1.19,｜ＩＨ／ｆ｜=1.03 。

実施例１の対物光学系は本発明の一般的な構成であり、図９に示すように、物体側から順に、平凹レンズと平行平面板からなる負のパワーの第１群Ｇ１と、両凸レンズと、明るさ絞りと、平行平面板と、両凸レンズと物体側に凹の負メニスカスレンズを貼り合わせた接合レンズとからなる正のパワーび第２群Ｇ２と、平行平面板を２枚貼り合わせた平行平面板群とその像側面に撮像面が位置する撮像素子Ｃとよりなる。このように、第１レンズと第２レンズの間と、第２レンズと第３レンズの間に平行平面板が配置されている。これらは、赤外カットフィルター等の色補正フィルターやＹＡＧレーザー等の光をカットするレーザーカットフィルター等に用いるのがよい。また、それらの場合、フィルター単独で配置してもよいし、接合したフィルター群として配置しても構わない。このようなフィルターの配置の必要がない場合には、平行平面板と等価な空気換算長に置き換えてもよい。なお、撮像素子Ｃの平行平面板を２枚貼り合わせた平行平面板群中、最も像側に配置されているのがＣＣＤカバーガラスであり、それに接着されているのがカバーガラスである。

実施例２の対物光学系は、図１０に示すように、物体側から順に、平凹レンズからなる負のパワーの第１群Ｇ１と、両凸レンズと、明るさ絞りと、平行平面板と、両凸レンズと物体側に凹の負メニスカスレンズを貼り合わせた接合レンズと、平行平面板とからなる正のパワーび第２群Ｇ２と、平行平面板を２枚貼り合わせた平行平面板群とその像側面に撮像面が位置する撮像素子Ｃとよりなる。この例は、第１群Ｇ１の最も物体側の平凹レンズにサファイアを用いたものである。また、撮像素子Ｃの平行平面板を２枚貼り合わせた平行平面板群中、最も像側に配置されているのがＣＣＤカバーガラスであり、それに接着されているのがカバーガラスである。この実施例では、ＣＣＤカバーガラス、カバーガラス共に通常ガラスであるが、同様にサファイアを用いても構わない。また、第２レンズと第３レンズの間と、第３レンズと撮像素子Ｃの間に平行平面板を配置したものである。

また、上記のサファイアの他にも、合成石英、スピネル、ＹＡＧ（yttrium aluminium garnet）、ＡＬＯＮ（aluminium oxynitride）等は、硼珪酸ガラスや硼珪クラウンガラス等の光学材料に比べて、化学的安定性が高く、これらを第１群Ｇ１の最も物体側のレンズやＣＣＤカバーガラス、カバーガラスに使用すると、消毒や高温高圧水蒸気滅菌等の滅菌処理等に対する充分な耐久性が確保できて好適である。

実施例３の対物光学系は、図１１に示すように、物体側から順に、平凹レンズからなる負のパワーの第１群Ｇ１と、平行平面板と、明るさ絞りと、物体側に凹の正メニスカスレンズと、両凸レンズと物体側に凹の負メニスカスレンズを貼り合わせた接合レンズとからなる正のパワーび第２群Ｇ２と、平行平面板を２枚貼り合わせた平行平面板群とその像側面に撮像面が位置する撮像素子Ｃとよりなる。この例は、明るさ絞りを第２群Ｇ２の前方に配置して、第１群Ｇ１中の最も物体側のレンズの物体側の面の光線高を下げたものである。一般的に、視野角を広角にすればする程、第１群Ｇ１の最も物体側のレンズの物体側の面の光線高が上がり、レンズ外径が大きくなってしまうが、このように明るさ絞りを前方に配置することで、レンズ外径を小さく抑えることができ、特に内視鏡に用いる場合は、先端挿入部の外径を小さく抑えることができて好適である。また、第２群Ｇ２の物体側のレンズ外径を小さく抑えることで、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の枠が嵌合する部分の径を小さく抑えることができ、撮像ユニット全体の外径を小さく抑えることができる。

実施例４及び５の対物光学系は、図１２、図１３に示すように、物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスレンズと平行平面板からなる負のパワーの第１群Ｇ１と、物体側に凸の正メニスカスレンズ（実施例４）又は両凸レンズ（実施例５）と、明るさ絞りと、両凸レンズと物体側に凹の負メニスカスレンズを貼り合わせた接合レンズとからなる正のパワーび第２群Ｇ２と、平行平面板を２枚貼り合わせた平行平面板群とその像側面に撮像面が位置する撮像素子Ｃとよりなる。これらの実施例では、第１群Ｇ１中の最も物体側のレンズに物体側に凸の負メニスカスレンズを用い、実施例４については視野角を１７３゜にしたものである。実施例５は、全長を短く抑え、第２群Ｇ２のレンズ外径を一定に揃えたため、枠構造を簡単にできて好適である。

図１４に上記実施例２の対物光学系の球面収差、像面湾曲、歪曲収差、コマ収差を示す収差図を示す。ここで、“ＦＩＹ”は像高を示す。

以上説明したように、本発明の内視鏡用撮像ユニット及びその組立方法は、例えば次のように構成することができる。

〔１〕単焦点で視野角が１４０゜以上の対物光学系と、その対物光学系からの光学像を電気的な信号に変換して出力する撮像素子とからなる内視鏡用撮像ユニットにおいて、次の手順によって組み立てが行われることを特徴とする内視鏡用撮像ユニットの組立方法。
（ｉ）対物光学系に対し、撮像素子を対物光学系の光軸方向に動かすことで対物光学系に対してピント調整を行い、
（ii）対物光学系中の一部を対物光学系の光軸方向に動かすことで、条件式（１）を満足する面間隔の中の少なくとも１つを調整して、所望の視野角を得る。

〔２〕手順（ii）を０．１ｍｍ未満の厚みのスペーサーを用いて行うことを特徴とする上記１記載の内視鏡用撮像ユニットの組立方法。

〔３〕最も物体側のレンズの像側の面と明るさ絞りの間の面間隔を調整することで視野角調整を行うことを特徴とする上記２記載の内視鏡用撮像ユニットの組立方法。

〔４〕単焦点で視野角が１４０゜以上の対物光学系を有する対物部組と、その対物光学系からの光学像を電気的な信号に変換して出力する撮像素子を有する撮像部組とで構成される内視鏡用撮像ユニットにおいて、その対物部組が互いに一部嵌合する２つの部組に分離した構造であって、撮像ユニット全体として３つの部組からなり、次の手順によって組み立てが行われることを特徴とする内視鏡用撮像ユニットの組立方法。
（ｉ）対物部組に対し、撮像部組を対物光学系の光軸方向に動かすことで撮像ユニットのピント調整を行い、
（ii）最も物体側に位置する対物部組中の部組と撮像部組を固定し、最も像側に位置する対物部組中の部組を対物光学系の光軸方向に動かすことで撮像ユニットの視野角調整を行い、
（iii ）対物部組中の２つの部組を固定し、撮像部組を対物光学系の光軸方向に動かして撮像ユニットのピントの微調整を行う。

〔５〕以下の条件式（２）を満足する対物部組を使用した上記４記載の内視鏡用撮像ユニットの組立方法。

〔６〕最も物体側のレンズの像側の面から明るさ絞りの間の面間隔を調整することで視野角調整を行うことを特徴とする上記４記載の内視鏡用撮像ユニットの組立方法。

〔７〕手順（ｉ）の前に次の手順（iv）を含むことを特徴とする上記４記載の内視鏡用撮像ユニットの組立方法。
（iv）設計値よりも視野角が小さい位置で、対物部組の最も像側の部組を対物部組の最も物体側の部組に対して仮固定する。

〔８〕単焦点で視野角が１４０゜以上の対物光学系を有する対物部組と、その対物光学系からの光学像を電気的な信号に変換して出力する撮像素子を有する撮像部組とで構成された内視鏡用撮像ユニットにおいて、前記対物光学系が互いに一部嵌合する２つの部組に分離した構造であって、撮像ユニット全体として３つの部組からなり、次の条件式（２）を満足することを特徴とする内視鏡用撮像ユニット。

〔９〕前記対物部組中の最も物体側の部組中の最も物体側のレンズが、枠に気密封止に固定されていることを特徴とする上記８記載の内視鏡用撮像ユニット。

〔１０〕単焦点で視野角が１４０゜以上の対物光学系と、その対物光学系からの光学像を電気的な信号に変換して出力する撮像素子とで構成された内視鏡用撮像ユニットにおいて、前記対物光学系の一部の面間隔をスペーサーの枚数又は厚みを増減して調整することを特徴とする内視鏡用撮像ユニット。

〔１１〕前記対物光学系の調整が０．１ｍｍ未満の厚みのスペーサーを用いて行うことを特徴とする上記１０記載の内視鏡用撮像ユニット。

〔１２〕最も物体側のレンズの像側の面と明るさ絞りの面間隔を調整することでピント調整又は視野角調整、あるいは、両方を行うことを特徴とする上記１０又は１１記載の内視鏡用撮像ユニット。

本発明の内視鏡用撮像ユニットに用いられる対物光学系の一例の断面図である。本発明の内視鏡用撮像ユニットの組立方法の説明図である。図２の組立方法の手順を示した図である。本発明の内視鏡用撮像ユニットの別の組立方法の手順を示した図である。本発明の第２の発明を適用した内視鏡用撮像ユニットの断面図である。本発明の第２の発明を適用した内視鏡用撮像ユニットの組立方法の別の例を示した図である。本発明の第３の発明を適用した内視鏡用撮像ユニットの一例の断面図である。第３の発明を適用した内視鏡用撮像ユニットの組立方法の手順を示した図である。本発明の内視鏡用撮像ユニットと組み合わせるのに好ましい対物光学系の実施例１の断面図である。本発明の内視鏡用撮像ユニットと組み合わせるのに好ましい対物光学系の実施例２の断面図である。本発明の内視鏡用撮像ユニットと組み合わせるのに好ましい対物光学系の実施例３の断面図である。本発明の内視鏡用撮像ユニットと組み合わせるのに好ましい対物光学系の実施例４の断面図である。本発明の内視鏡用撮像ユニットと組み合わせるのに好ましい対物光学系の実施例５の断面図である。実施例２の収差図である。

符号の説明

Ｇ１…第１群
Ｇ２…第２群
Ｃ…撮像素子
Ｕ１…第１群を含む部組
Ｕ２…第２群を含む部組
ＵＣ…撮像素子を含む部組
ＯＵ１〜ＯＵＮ…対物部組
ＵＬ…第１群、第２群、スペーサーを備えた部組
Ｓ…スペーサー
Ｌ１…最も物体側のレンズ

Claims

単焦点で視野角が１４０゜以上の対物光学系と、その対物光学系からの光学像を電気的な信号に変換して出力する撮像素子とからなる内視鏡用撮像ユニットにおいて、次の手順によって組み立てが行われることを特徴とする内視鏡用撮像ユニットの組立方法。
（ｉ）対物光学系に対し、撮像素子を対物光学系の光軸方向に動かすことで対物光学系に対してピント調整を行い、
（ii）対物光学系中の最も物体側のレンズを、対物光学系のうち前記最も物体側のレンズ以外のレンズと前記撮像素子に対して、対物光学系の光軸方向に動かすことで、条件式（１）を満足する面間隔の中の少なくとも１つを調整して、所望の視野角を得る。
（１）０．５＜｜ΔＦＯＶ／ｆ｜＜５
ただし、ΔＦＯＶは面間隔を０．０１ｍｍ変化させたときの視野角の変化量（°）、ｆは全系の合成焦点距離（ｍｍ）である。
手順（ii）において、対物光学系中の最も物体側のレンズを、対物光学系のうち前記最も物体側のレンズ以外のレンズと前記撮像素子に対して、対物光学系の光軸方向に動かすことで、条件式（１）’を満足する面間隔の中の少なくとも１つを調整して、所望の視野角を得ることを特徴とする請求項１記載の内視鏡用撮像ユニットの組立方法。
（１）’１．５８≦｜ΔＦＯＶ／ｆ｜＜５
手順（ii）を０．１ｍｍ未満の厚みのスペーサーの枚数を増減させて前記面間隔の中の少なくとも１つを調整することを特徴とする請求項１又は２記載の内視鏡用撮像ユニットの組立方法。
手順（ii）を０．１ｍｍ未満の同じ厚さのスペーサーを少なくとも２枚以上組み合わせて前記面間隔の中の少なくとも１つを調整することを特徴とする請求項３記載の内視鏡用撮像ユニットの組立方法。
手順（ii）を０．１ｍｍ未満の異なる厚みのスペーサーを少なくとも２枚以上組み合わせて前記面間隔の中の少なくとも１つを調整することを特徴とする請求項３記載の内視鏡用撮像ユニットの組立方法。
単焦点で視野角が１４０゜以上の対物光学系と、その対物光学系からの光学像を電気的な信号に変換して出力する撮像素子とからなる内視鏡用撮像ユニットにおいて、次の手順によって組み立てが行われることを特徴とする内視鏡用撮像ユニット。
（ｉ）対物光学系に対し、撮像素子を対物光学系の光軸方向に動かすことで対物光学系に対してピント調整を行い、
（ii）対物光学系中の最も物体側のレンズを、対物光学系のうち前記最も物体側のレンズ以外のレンズと前記撮像素子に対して、対物光学系の光軸方向に動かすことで、条件式（１）を満足する面間隔の中の少なくとも１つを調整して、所望の視野角を得る。
（１）０．５＜｜ΔＦＯＶ／ｆ｜＜５
ただし、ΔＦＯＶは面間隔を０．０１ｍｍ変化させたときの視野角の変化量（°）、ｆは全系の合成焦点距離（ｍｍ）である。
手順（ii）において、対物光学系中の最も物体側のレンズを、対物光学系のうち前記最も物体側のレンズ以外のレンズと前記撮像素子に対して、対物光学系の光軸方向に動かすことで、条件式（１）’を満足する面間隔の中の少なくとも１つを調整して、所望の視野角を得ることを特徴とする請求項１記載の内視鏡用撮像ユニット。
（１）’１．５８≦｜ΔＦＯＶ／ｆ｜＜５
手順（ii）を０．１ｍｍ未満の厚みのスペーサーの枚数を増減させて前記面間隔の中の少なくとも１つを調整することを特徴とする請求項６又は７記載の内視鏡用撮像ユニット。
手順（ii）を０．１ｍｍ未満の同じ厚さのスペーサーを少なくとも２枚以上組み合わせて前記面間隔の中の少なくとも１つを調整することを特徴とする請求項８記載の内視鏡用撮像ユニット。
手順（ii）を０．１ｍｍ未満の異なる厚みのスペーサーを少なくとも２枚以上組み合わせて前記面間隔の中の少なくとも１つを調整することを特徴とする請求項８記載の内視鏡用撮像ユニット。