JP5084331B2

JP5084331B2 - 観察光学系

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Publication number: JP5084331B2
Application number: JP2007101803A
Authority: JP
Inventors: 聖幸水澤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2007-04-09
Filing date: 2007-04-09
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2027-04-09
Also published as: US8456762B2; US20080247039A1; JP2008257123A

Description

本発明は、観察光学系に関し、特に通常の前方観察と同時に後方観察も行うことが可能な観察光学系に関する。

従来、前方観察と後方観察とが同時に可能な観察光学系としては、例えば、次の特許文献１，２に記載の光学系が開示されている。
特開２００２−３３９４３号公報特開２０００−３２２５６４号公報

特許文献１の光学系は、全方位視覚センサに関するものである。この光学系は、回転体ミラーと広角レンズとで構成されている。回転体ミラーは、撮像側に凸面を向け、その中心部に切り欠き部を有している。広角レンズは、回転体ミラーの切り欠き部に設けられている。そして、広角レンズを介して前方視野、回転体ミラーを介して後方を含む周囲の視野を、共通の撮像手段を用いてそれぞれ撮像することが可能となっている。

また、特許文献２の光学系は、特許文献１と同様、全方位視覚センサに関するものである。この光学系は、広角レンズと曲面状反射鏡とで構成されている。広角レンズは、水平及び上方向の視覚情報を撮像するためのレンズである。曲面状反射鏡は、広角レンズの下部（撮像側）に設けられ、水平及び下方向の視覚情報を撮像するために用いられる。そして、広角レンズと凹面状反射鏡のそれぞれを介した視覚情報を、共通の撮像手段を用いて撮像するようになっている。

しかし、特許文献１や特許文献２に記載の光学系のような構成では、前方観察では光がレンズを透過するのに対し、後方観察では光がレンズを透過しない。そのため、前方観察と後方観察とで発生する倍率色収差に差が生じる。そうすると、前方観察と後方観察の双方で、倍率色収差が良好に補正された像の観察、あるいは観察像の画像を得ることが難しい。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、観察視野の前方と後方の両方で色収差が良好に補正された像の観察、あるいは画像を得ることが可能な観察光学系を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による観察光学系は、最も物体側に配置された負レンズと、前記負レンズの像側に配置された環状プリズムと、前記負レンズ及び前記環状プリズムの像側に配置された結像レンズ群と、からなり、前記環状プリズムは、前方視野からの光の光軸近傍には、該前方視野からの光が通過する開口部を有しており、該開口部の周辺には、後方視野からの光が入射する入射面と、該入射面に入射した光を反射する前記負レンズ側に構成された反射面と、該反射面で反射された光を前記結像レンズ群側へ出射する出射面を有しており、前記負レンズ及び前記環状プリズムの側方に、前記負レンズ及び前記環状プリズムのいずれに対しても死角となる領域を有し、該死角となる領域に照明手段を配置することを特徴としている。

また、本発明の観察光学系においては、前記負レンズと前記結像レンズ群とで構成される光学系を前方観察光学系、前記環状プリズムと前記結像レンズ群とで構成される光学系を後方観察光学系としたとき、結像面上において前記後方観察光学系による像と前記前方観察光学系による像とが異なる位置に形成されるのが好ましい。

また、本発明の観察光学系においては、前記負レンズと前記環状プリズムとが接合されているのが好ましい。

また、本発明の観察光学系においては、前記前方観察光学系と前記後方観察光学系とが、互いに共通の開口絞りを有するのが好ましい。

また、本発明の観察光学系は、内視鏡に用いるのが好ましい。
また、本発明の観察光学系は、前記負レンズより像側の光学系と前記環状プリズムより像側の光学系とが、共通の光学部材によって構成されていることが好ましい。
また、本発明の観察光学系は、前記環状プリズムが、前記入射面に入射した光を１回のみ反射することが好ましい。

本発明の観察光学系によれば、従来の前方観察と後方観察における双方の倍率色収差を同時に良好に補正することができる。その結果、観察視野の前方と後方の両方で、色収差が良好に補正された像の観察、あるいは画像を得ることが可能な観察光学系が得られる。

図１は本発明の一実施形態にかかる観察光学系の概略構成を示す説明図、図２は図１の観察光学系を備えた内視鏡システムの全体図、図３は本実施形態の観察光学系を備えた内視鏡の先端部における観察光学系と照明光学系の配置の一例を示す説明図で、(a)内視鏡先端正面図、(b)は内視鏡先端側面図である。
本実施形態の観察光学系は、図２に示す内視鏡の先端部に設けられた、内視鏡観察光学系であり、図１に示すように、物体側から、負レンズ１と、環状プリズム２と、結像レンズ群３を有して構成されている。なお、図１中、１０は結像面であって本実施形態では撮像素子の撮像面が配置される。
負レンズ１は、最も物体側に配置されている。この負レンズ１は、前方視野からの入射光を透過させて、発散光を結像レンズ群３側へ出射する。
ここで、前方視野から負レンズ１に入射し、開口絞り３ａを通過する入射光のうち最大画角の光線が、環状プリズム２に入射しないことが好ましい。
また、環状プリズム２は、入射面２ａと反射面２ｂと出射面２ｃを有している。反射面２ｂには、ミラーコーティング２ｂ’が施されている。また、環状プリズム２は、反射面２ｂが負レンズ１側に位置するようにして、負レンズ１の像側に配置されている。そして、環状プリズム２では、後方視野から入射面２ａに入射した光を反射面２ｂで反射し、反射光が出射面２ｃより結像レンズ群３側へ出射するように、各面が構成されている。
なお、出射面２ｃは、曲面であることが好ましい。さらには、出射面２ｃは、自由曲面であってもよい。
また、本実施形態の観察光学系では、負レンズ１と環状プリズム２は接合されている。すなわち、負レンズ１の外側の面１ｂと環状プリズム２の反射面２ｂが、ミラーコーティング２ｂ’を挟んで接合されている。

また、結像レンズ群３は、負レンズ１を通過した光と反射面２ｂで反射された光の両方を通過させる外径（有効径）を有している。結像レンズ群３は、負レンズ１を出射した前方視野からの光を結像面１０の中央部１０ａへ結像するとともに、環状プリズム２の反射面２ｂで反射して出射した後方視野からの光を結像面１０の周辺部１０ｂへ結像するように構成されている。このようにして、本実施形態の観察光学系は、負レンズ１と結像レンズ群３とで前方観察光学系が構成されると共に環状プリズム２と結像レンズ群３とで後方観察光学系が構成されている。
また、結像レンズ群３は、前方観察光学系と後方観察光学系とに共通の開口絞り３ａを有している。

このように構成された本実施形態の観察光学系によれば、前方視野からの光は、負レンズ１に入射し、レンズ面１ａを出射した光が結像レンズ群３に入射し、結像レンズ群３を介して結像面１０の中央部１０ａに結像される。また、それと同時に、後方視野からの光は、環状プリズム２の入射面２ａに入射し反射面２ｂで反射して出射面２ｃを出射し、結像レンズ群３を介して結像面１０の周辺部１０ｂに結像される。
これにより、前方視野と後方視野を同時に観察することができる。

以上説明したように、本実施形態の観察光学系は、前方観察光学系と後方観察光学系を備えている。そのため、例えば、大腸内視鏡観察の分野においては、いわゆるひだうら部分の観察が行える。すなわち、ひだうら部分の病変部の見落としを少なくすることができる。特に、近年は、ハイビジョン画質やＮＢＩ（特殊波長観察）の進歩により早期癌を発見することができるようになっている。このような技術との組み合わせにより、ひだうら部分の病変（早期癌）を発見することが容易になる。

また、本実施形態の観察光学系によれば、前方視野の観察において、結像レンズ群３より物体側では、光は負レンズ１のみを通過する。一方、後方視野の観察において、結像レンズ群３より物体側では、光は環状プリズム２のみを通過する。ここで、環状プリズム２では、少なくとも出射面２ｃが曲面となっている。そのため、入射面２ａと出射面２ｃで屈折レンズ（屈折光学系）を構成していることになる。すなわち、環状プリズム２のみを通過する光は、反射面２ｂによる反射作用だけでなく、レンズ入射面２ａと出射面２ｃによる屈折作用を受けることになる。そのため、負レンズ１を出射する光に生じる倍率色収差と同様に、環状プリズム２を出射する光においても、倍率色収差を発生させることができる。さらに、レンズ入射面２ａと出射面２ｃの面の形状を適宜設定することにより、環状プリズム２を出射する光に生じる倍率色収差の量と、負レンズ１を出射する光に生じる倍率色収差の量とをほぼ同じにすることができる。このようにすることで、結像レンズ群３を介して負レンズ１と環状プリズム２の両方から生じた倍率色収差を、同時に良好に補正することができる。
このため、本実施形態の観察光学系によれば、視野の前方と後方の観察において、同時に良好な像の観察、あるいは画像を得ることが可能となる。そのため、例えば、従来の内視鏡観察、特に大腸内視鏡観察に用いた場合において、ひだうら部分の病変部の見落としを大幅に減少させることができる。

また、本実施形態の観察光学系では、負レンズ１と環状プリズム２とを接合している。ここで負レンズ１と環状プリズム２は、基本的には分離して配置しても構わない。ただし、環状プリズム２が負レンズ１から離れるにしたがって、環状プリズム２が結像レンズ群３側に近づく。その場合、環状プリズム２からの反射光を短い距離で結像レンズ群３に入射させることになるので、諸収差が悪化しやすくなる。これを避けるために、結像レンズ群３を環状プリズム２から離そうとすると、負レンズ１と結像レンズ群３の間の距離が長くなる。この場合、負レンズ１から射出する光束が広がるので、光学系が大きくなる。
以上のようなことから、負レンズ１と環状プリズム２とを接合するのが好ましい。このようにすれば、負レンズ１から発散する光束の広がりを抑えることができる。これにより、負レンズ１の像側に配置する環状プリズム２の径を小型化することができる。また、結像レンズ群３の外径も小型化できる。その結果、観察光学系全体の径を小型化することができる。

さらに、本実施形態の観察光学系では、前方の観察範囲と後方の観察範囲の間に、死角となる領域を設けている。負レンズ１、環状プリズム２及び結像レンズ群３は、このような死角が形成されるように設計されている。この死角領域は、例えば、光軸に対して垂直な方向であって、負レンズ１及び環状プリズム２の側方に形成することができる。そして、この死角領域に、照明光源を配置することが好ましい。照明光源は、前方観察用と後方観察用に、別個に設けても良い。あるいは、前方観察用と後方観察用を兼用する光源を設けてもよい。このようにすれば、観察装置全体の大型化を抑えることができる。特に内視鏡などの観察装置においては、大型化を極力抑えることの効果は顕著である。

本実施形態の観察光学系の死角領域に照明光源を配置した一例を図３に示す。
図３の例では、観察光学系の死角領域は、光軸に対して垂直な方向であって、負レンズ１及び環状プリズム２の側方に形成されている。そして、照明光源４は、前方照明用ＬＥＤのブロック４ａと、後方照明用ＬＥＤのブロック４ｂを、それぞれ交互に４ブロックずつ別個に、この死角領域に設けて構成されている。なお、図３中、５は内視鏡先端部のハウジングである。

また、本実施形態の観察光学系によれば、結像レンズ群３が、前方観察光学系と後方観察光学系とに共通の開口絞り３ａを有している。そのため、前方観察と後方観察の光量調整のための部材を減らすことができるとともに、観察光学光学系全体をより小型化することができる。

また、本実施形態の観察光学系において環状プリズム２の出射面２ｃを曲率を設けた凹面で構成し、所望の曲率を設けることで、観察倍率を所望の倍率にすることができ、前方観察像と同じ倍率で後方観察像を観察することが可能となる。
さらに、その場合、環状プリズム２の出射面２ｃを自由曲面で構成すれば、環状プリズム２の肉厚をより薄くすることができ、観察光学系全体をより小型化することができる。

なお、本実施形態では、通常の内視鏡観察光学系の例を用いて説明したが、本発明の観察光学系はカプセル内視鏡においても適用可能である。また、本発明の観察光学系は、内視鏡観察光学系に限定されるものではなく、内視鏡観察以外の他の用途に用いられる観察光学系にも適用可能である。

本発明の観察光学系は、特に大腸内視鏡観察など、視野の前方及び後方を同時に高精度な観察をすることが必要とされる分野において有用である。

本発明の一実施形態にかかる観察光学系の概略構成を示す説明図である。図１の観察光学系を備えた内視鏡装置の全体図である。図２の内視鏡装置の先端部における観察光学系と照明光学系との配置を示す説明図で、(a)は正面図、(b)は(a)のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１負レンズ
１ａ出射側のレンズ面
１ｂレンズ面１ａの外側の面
２環状プリズム
２ａ入射面
２ｂ反射面
２ｂ’ ミラーコーティング
３結像レンズ群
３ａ開口絞り
４照明光源
４ａ前方照明用ＬＥＤのブロック
４ｂ後方照明用ＬＥＤのブロック
５先端部ハウジング１０結像面
１０ａ中央部
１０ｂ周辺部

Claims

最も物体側に配置された負レンズと、
前記負レンズの像側に配置された環状プリズムと、
前記負レンズ及び前記環状プリズムの像側に配置された結像レンズ群と、
からなり、
前記環状プリズムは、前方視野からの光の光軸近傍には、該前方視野からの光が通過する開口部を有しており、該開口部の周辺には、後方視野からの光が入射する入射面と、該入射面に入射した光を反射する前記負レンズ側に構成された反射面と、該反射面で反射された光を前記結像レンズ群側へ出射する出射面を有しており、
前記負レンズ及び前記環状プリズムの側方に、前記負レンズ及び前記環状プリズムのいずれに対しても死角となる領域を有し、該死角となる領域に照明手段を配置することを特徴とする観察光学系。
前記負レンズと前記結像レンズ群とで構成される光学系を前方観察光学系、前記環状プリズムと前記結像レンズ群とで構成される光学系を後方観察光学系としたとき、結像面上において前記後方観察光学系による像と前記前方観察光学系による像とが異なる位置に形成されることを特徴とする請求項１に記載の観察光学系。
前記負レンズと前記環状プリズムとが接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の観察光学系。
前記前方観察光学系と前記後方観察光学系とが、互いに共通の開口絞りを有することを特徴とする請求項２又は請求項２に従属する請求項３に記載の観察光学系。
内視鏡に用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の観察光学系。
前記負レンズと前記結像レンズ群との間には、光学部材として、前記環状プリズムのみが配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の観察光学系。
前記負レンズより像側の光学系と前記環状プリズムより像側の光学系とが、共通の光学部材によって構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の観察光学系。
前記環状プリズムが、前記入射面に入射した光を１回のみ反射することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の観察光学系。