JP5172490B2

JP5172490B2 - 撮像レンズ及びカプセル型内視鏡

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Publication number: JP5172490B2
Application number: JP2008157892A
Authority: JP
Inventors: 力山本
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2008-06-17
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-06-17
Also published as: JP2009297401A

Description

本発明は、生体内を撮像する内視鏡に用いられる撮像光学系に関し、さらに詳しくは、飲み込んで使用されるカプセル型の内視鏡に用いられる撮像光学系に関する。

従来、医療分野においては、挿入型の内視鏡が普及している。挿入型内視鏡はフレキシブルな挿入部を被検者の体内に挿入し、挿入部の先端に設けられた撮像部で被検者の体内を撮像する。挿入部は被検者の体腔内の形状に応じて自在に湾曲するうえに、撮像部の設けられた先端部分の無機を自在に変化させられるようになっている。このため、挿入型内視鏡は任意の観察部位を的確に撮像することができ、正確な診断の助けとなっている。

挿入型の内視鏡による診断は、長い挿入部を長時間にわたって体内に挿入し続けなければならないので被検者に与える負荷が非常に大きい。このため、近年では、できるだけ被検者に負荷を与えずに体腔内を撮像するために、容易に飲み込むことができるサイズのカプセルに撮像装置を収めたカプセル型内視鏡が知られている。カプセル型内視鏡は、被検者に飲み込まれて使用され、被検者の体内を自然に移動する間にその体腔内を撮像する。このカプセル型内視鏡は、被検者への負荷を大きく軽減できる反面、被検者体内での位置や姿勢を制御することが難しい。

このためカプセル型内視鏡には、体腔内で姿勢を制御しなくてもできるだけ広い範囲を撮像することができるように、広角の撮像レンズが搭載される。さらに、カプセル型内視鏡は飲み込みやすくするために、できるだけコンパクトに構成されることが求められるので、カプセル型内視鏡に搭載される撮像レンズは広角であるばかりでなく、２群２枚構成等、少数のレンズで構成することで小さなカプセル内に収まるようにしている。

上述のようなカプセル型の内視鏡としては、広い撮像範囲を確保しつつカプセルサイズを小型化したものが知られている（特許文献１）。また、コンパクトかつ広角であるだけでなく、最適な被写界深度を得られるようにしたカプセル型内視鏡や（特許文献２）、円筒状の被写体を良好に照明できるようにしたカプセル型内視鏡（特許文献３）などが知られている。

ところで、撮像に利用する光の波長程度の間隔で同心円状のレリーフ（いわゆる輪帯）を表面に設けることで光を回折させ、アッベ数が負になるようにしたレンズ（以下、回折レンズという）が知られている。

回折レンズは、例えば、ＣＤやＤＶＤ等の使用する波長の異なる光ディスクを一つの光学系で扱う光ピックアップで、使用する波長に応じて開口を制限する対物レンズとして利用されている。また、アッベ数が負となることを利用して、撮像レンズの中に、回折レンズを色収差補正用のレンズとして利用することが知られている（特許文献４，５）。
特開２００５−８０７８９号公報特開２００５−８０７９０号公報特開２００６−６１４３８号公報特開平１０−１８６２２３号公報特開２００７−８６４８５号公報

撮像レンズは、画角が大きいほど取得画像の周辺部分にディストーションや倍率色収差といった収差の影響が顕著に生じやすいため、広画角の撮像レンズは何枚ものレンズを組み合わせることでこれらの収差を補正するようにしている。しかし、カプセル型内視鏡は、カプセルサイズがコンパクトであることが要求されるために、これに搭載する撮像レンズは、広角のレンズでありながらも少数のレンズで構成することを余儀なくされる。このため、カプセル型内視鏡用の撮像レンズは、倍率色収差等の各種収差を十分に補正することが難しい。

広角で顕著になる各種収差の補正が十分でない撮像レンズをカプセル型内視鏡に搭載すると、取得した画像の周辺部分は、実際の被撮影部位よりも小さく歪められてしまったり、色のにじみが生じていたりするために、病変の見落としや誤認を招きやすく、撮像レンズが広角であることがかえって適切な診断の妨げとなってしまうこともある。

また、カプセル型内視鏡から得られた画像をもとに行う診断では、被撮影部位の形状や大きさだけでなく、特にその色が重要な判断要素とされる。このため、カプセル型内視鏡に搭載する撮像レンズは、広角であるだけでなく、各種収差（特に色収差）が良好に補正されたものとすることが求められている。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、コンパクトかつ広角でありながらも、色収差が良好に補正されたカプセル型内視鏡用の撮像光学系を提供することを目的とする。また、この撮像光学系を搭載することにより、診断に適切な画像を容易に得ることができるカプセル型内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の撮像光学系は、被検者に飲み込まれて使用され、前記被検者の体腔内部を撮像するカプセル型内視鏡用の撮像光学系であり、前記カプセル型内視鏡の外形をなし、透明でドーム状に形成されたドームカバーと、物体側から順に、負の屈折力を有する第１群、絞り、正の屈折力を有する第２群とからなり、前記被検者の体内から前記ドームカバーを通って入射する光を撮像素子に結像させる撮像レンズと、前記撮像素子の撮像面を覆う平行平板のカバーガラスと、を備え、前記撮像レンズの前記第２レンズ群に回折面を有し、前記回折面の形状を表す位相差関数の２次の係数をＢ _２とするときに、Ｂ _２＜０を満たすことを特徴とする。

また、前記撮像レンズは、２枚のレンズからなることを特徴とする。

また、前記撮像レンズは、３枚のレンズからなることを特徴とする。

また、前記撮像レンズを構成するレンズが、全て樹脂材料からなることを特徴とする。

また、前記撮像レンズの画角が１００度以上であることを特徴とする。

本発明のカプセル型内視鏡は、上述の撮像光学系を備えることを特徴とする。

本発明によれば、コンパクトかつ広角でありながらも、色収差が良好に補正されたカプセル型内視鏡用の撮像光学系を提供することができる。また、この撮像レンズを搭載することにより、コンパクトながらも適切な診断を行うことのできる広い範囲を撮像した画像を容易に得ることができるカプセル型内視鏡を提供することができる。

図１に示すように、カプセル型内視鏡１１は、カプセル１２内に小型の撮像装置を収納した内視鏡であり、被検者に飲み込まれて使用され、被検者の体腔内を自然に移動するうちに、被検者の体内（以下、被写体１３という）を撮像する。

カプセル１２は、円筒形の両端をドーム状に形成した中空の容器であり、被検者が容易に飲み込むことができる大きさに設けられている。また、カプセル１２内には、撮像レンズ１６や照明素子（図示しない）等からなる撮像光学系１７や撮像素子１８等からなる撮像装置と、この撮像装置を駆動する電池、撮像した画像を外部に送信するアンテナ等が水密に収められている。

カプセル１２の前端部分は、ドーム状に形成されているだけでなく、略均一な厚さであるとともに、撮像レンズ１６の画角に合わせて十分に広い範囲が透明な材料で構成されている。照明素子からの照明光は、このカプセル１２の透明な部分を通って被写体１３に照射される。また、被写体１３からの光はこの透明部分を通って撮像レンズ１６に入射する。このため、カプセル１２の前端部分は、単にカプセル型内視鏡１１の外形を形作るだけでなく、光学的性能に大きく関与するので、以下ではカプセル１２の透明な前端部分をドーム（ドームカバー）２１と称し、カプセル型内視鏡１１の撮像光学系１７の一部として説明する。

カプセル型内視鏡１１の撮像光学系１７は、ドーム２１と、被写体からの光を平面である撮像素子１８の撮像面に結像させる撮像レンズ１６と、撮像素子１８に撮像面を覆うように設けられたカバーガラス２２等から構成される。ドーム２１は、前述のようにカプセル１２の前端部分であり、その内面及び外面は球面状に形成されている。また、カバーガラス２２は、平行平板のガラスであり、撮像素子１８と一体に設けられている。

撮像レンズ１６は、画角２ωが１００度以上の広画角レンズとなるように設けられており、負の屈折力を有する第１群Ｇ１、開口絞りＳ６、正の屈折力を有する第２群Ｇ２からなる。また、撮像レンズ１６を構成するレンズ及び開口絞りは、被写体１３側（物体側）から第１群Ｇ１，開口絞りＳ６，第２群Ｇ２の順に配置される。さらに、撮像レンズ１６を構成する各レンズは、全て樹脂材料からなる。

さらに、撮像レンズ１６を構成する各レンズの面は、何れも曲面となっているが、第２群Ｇ２のレンズのうち最後方（最も撮像素子１８側）の面には、可視光の波長程度の間隔で同心円状の凹凸（以下、レリーフという）が光軸を中心に設けられている。このため、被写体１３からの光が、レリーフの設けられた面（以下、回折面という）を通るときには、その曲面形状に応じて屈折されるだけでなく、回折される。

レリーフの設けられていない正の屈折力を有する面で光を屈曲させると、通常、長波長の光ほどレンズから遠い位置に集光するため、アッベ数は正の値になる。ところが、レリーフの設けられたレンズ（以下、回折レンズという）は、長波長の光ほどレンズに近い位置に集光するようになるため、アッベ数は負の値となる。このため、回折レンズは、撮像レンズ１６の他のレンズや、ドーム２１、カバーガラス２２などによる色収差を補正する役割を果たす。

撮像レンズ１６を構成するレンズの各面の形状は、曲率ｃ、円錐定数Ｋ、光軸からの距離ρ（ρ^２＝ｘ^２＋ｙ^２）、ｉ次の非球面係数Ａ_ｉを用いて、数１の式で表される。また、レリーフの形状は、下記数２に示すように、光軸からの距離ρ（ρ^２＝ｘ^２＋ｙ^２）、位相差係数Ｂ_２ｊを用いて、位相差関数φによって表される。したがって、回折面全体の詳細な形状は、数１のｚと数２のφとの和で表される。

回折面を設けることによって撮像光学系１７の色収差をより良好に補正するには、開口絞りＳ６に対する回折面の位置によって位相差関数φの係数を適切に定める必要があり、回折面を開口絞りＳ６よりも前方（被写体１３側）に設ける場合には、位相差関数φの２次の係数Ｂ_２が正（Ｂ_２＞０）となるように定めることが好ましい。一方、回折面を開口絞りＳ６よりも後方（撮像素子１８側）に設ける場合には、位相差関数φの２次の係数Ｂ_２が負（Ｂ_２＜０）となるように定めることが好ましい。

撮像レンズ１６では、前述のように回折面が開口絞りＳ６よりも後方（撮像素子１８側）に設けられているので、位相差関数φの２次の係数Ｂ_２（ｊ＝１）の値が負（Ｂ_２＜０）となるように定められている。

以下に、上述の撮像光学系１７の例として、撮像レンズ１６が３枚のレンズで構成する例を実施例１，２及び参考例１に、撮像レンズ１６を２枚のレンズで構成する例を参考例２及び実施例３に説明する。

＜実施例１＞
図２に示すように、撮像光学系３１は、ドーム３２、撮像レンズ３３、カバーガラス３４とから構成され、球面状の被写体１３を平面である撮像面に結像させるように構成されている。ドーム３２は、樹脂製で、被写体１３側，像側（撮像素子１８側）ともに球面に形成されている。また、カバーガラス３４は、平行平板のガラス板であり、撮像素子１８の撮像面に密着して設けられている。このため、カバーガラス３４の像側の面は撮像面に一致する。

撮像レンズ３３は、負の屈折力を有する第１群Ｇ１、開口絞りＳ６、正の屈折力を有する第２群Ｇ２から構成される。撮像レンズ３３の第１群Ｇ１は、負の屈折力の第１レンズＬ１からなる。この第１レンズＬ１は、樹脂製であり、被写体１３側に凸のメニスカス形状となっている。また、第２群Ｇ２は、正の屈折力の第２レンズＬ２と、正の屈折力の第３レンズＬ３とからなり、被写体１３側から、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３の順に配置されている。第２レンズＬ２は、樹脂製で両凸形状となっており、第３レンズＬ３は、樹脂製で被写体１３側に凸のメニスカス形状となっている。

以下では、被写体１３表面をＳ１、ドーム３２の被写体１３側（物体側）の面をＳ２、ドーム３２の像側の面をＳ３、第１レンズＬ１の被写体１３側の面をＳ４、第１レンズＬ１の像側の面をＳ５、開口絞りをＳ６、第２レンズＬ２の被写体１３側の面をＳ７、第２レンズＬ２の像側の面をＳ８、第３レンズＬ３の被写体１３側の面をＳ９、第３レンズＬ３の像側の面をＳ１０、カバーガラス３４の被写体１３側の面をＳ１１、カバーガラス３４の像側の面をＳ１２とし、面Ｓｉ（面番号ｉ＝１〜１２）で表す。また、面Ｓｉとこれに隣り合う像側の面Ｓｉ＋１との光軸上での間隔を面間隔Ｄ_ｉ（ｉ＝１〜１１）で表す。なお、被写体１３及び撮像光学系３１の各面や面間隔の表し方は、後述する実施例２及び参考例１についても同様とする。

上述のように構成される撮像光学系３１のデータとして、各面Ｓｉの曲率半径Ｒ_ｉ（ｍｍ）、各面間隔Ｄ_ｉ（ｍｍ）、ｅ線（波長５４６．１ｎｍ）に対する屈折率Ｎｅ、及びアッベ数νｅを表１に示す。ここに示すアッベ数ν_ｅは、ｅ線の屈折率Ｎ_ｅ、Ｆ線の屈折率Ｎ_Ｆ、Ｃ線の屈折率Ｎ_Ｃを用いて算出されるものであり、ν_ｅ＝（Ｎ_ｅ−１）／（Ｎ_Ｆ−Ｎ_Ｃ）で算出されるものである。また、表１の下段には、撮像レンズ３３の画角２ωを示す。なお、表１に示す撮像レンズ３３のレンズデータは、全系の焦点距離ｆの値が１．０となるように規格化した場合のレンズデータとなっている。また、撮像光学系のデータの表し方は、後述する実施例２〜５についても同様とする。

表１の面番号欄に＊で示すように、撮像レンズ３３は、第１レンズＬ１の面Ｓ４，Ｓ５、第２レンズＬ２の面Ｓ８、第３レンズＬ３の面Ｓ９，Ｓ１０が非球面となっており、第２レンズＬ２の面Ｓ７は球面となっている。さらに、撮像レンズ３３は、第３レンズＬ３が回折レンズとなっており、表１の面番号欄に＃で示すように、第３レンズＬ３の像側の面Ｓ１０に回折面設けられている。したがって、第３レンズＬ３の像側の面Ｓ１０は、非球面であるとともに、回折面でもある。

撮像光学系３１の各面の形状は、前述の数１の式及び数２の式で表されるので、撮像光学系３１の各面の中でも、非球面または回折面となっているものについては、その非球面係数Ａ_ｉを表２に示し、位相差係数Ｂ_２ｊを表３に示す。

さらに、撮像光学系３１の球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差を図３に示す。球面収差についてはｅ線（波長５４６．１ｎｍ）のものを実線で、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）のものを破線で、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）のものを二点鎖線で示す。また、非点収差については、サジタル方向のものを実線で、タンジェンシャル方向のものを破線で示す。倍率色収差は、Ｆ線のものを破線で、Ｃ線のものを二点鎖線で示す。なお、これらの各収差図の表し方は、後述する実施例２〜５についても同様とする。

＜実施例２＞
図４に示すように、撮像光学系４１は、ドーム４２、撮像レンズ４３、カバーガラス４４とから構成され、球面状の被写体１３を平面である撮像面に結像させるように構成されている。ドーム４２は、樹脂製で、被写体１３側，像側ともに球面に形成されている。また、カバーガラス３４は、平行平板のガラス板であり、撮像素子１８の撮像素子１８の撮像面に密着して設けられている。このため、カバーガラス４４の像側の面は撮像面に一致する。

撮像レンズ４３は、負の屈折力を有する第１群Ｇ１、開口絞りＳ６、正の屈折力を有する第２群Ｇ２から構成される。撮像レンズ４３の第１群Ｇ１は、負の屈折力の第１レンズＬ１からなる。この第１レンズＬ１は、樹脂製であり、被写体１３側に凸のメニスカス形状となっている。また、第２群Ｇ２は、正の屈折力の第２レンズＬ２と、正の屈折力の第３レンズＬ３とからなり、被写体１３側から第２レンズＬ２、第３レンズＬ３の順に配置されている。第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３は、いずれも樹脂製で両凸形状となっている。

上述のように構成される撮像光学系４１のデータを表４に示す。表４の面番号欄に＊で示すように、撮像レンズ４３は、第１レンズＬ１の面Ｓ４，Ｓ５、第２レンズＬ２の面Ｓ８、第３レンズＬ３の面Ｓ９，Ｓ１０が非球面となっており、第２レンズＬ２の面Ｓ７は球面となっている。さらに、撮像レンズ４３は、第２レンズＬ２が回折レンズとなっており、表４の面番号欄に＃で示すように、第２レンズＬ２の像側の面Ｓ８が回折面となっている。したがって、第２レンズＬ２の像側の面Ｓ８は、非球面であるとともに、回折面でもある。

撮像光学系４１の各面の形状は、前述の数１及び数２の式で表されるので、撮像光学系４１の各面の中でも、非球面または回折面となっているものついて、その非球面係数Ａ_ｉを表５に示し、位相差係数Ｂ_２ｊを表６に示す。さらに、撮像光学系４１の球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差を図５に示す。

＜参考例１＞
図６に示すように、撮像光学系５１は、ドーム５２、撮像レンズ５３、カバーガラス５４とから構成され、球面状の被写体１３を平面である撮像面に結像させるように構成されている。ドーム５２は、樹脂製で、被写体１３側，像側ともに球面に形成されている。また、カバーガラス５４は、平行平板のガラス板であり、撮像素子１８の撮像面に密着して設けられている。このため、カバーガラス５４の像側の面は撮像面に一致する。

撮像レンズ５３は、負の屈折力を有する第１群Ｇ１、開口絞りＳ６、正の屈折力を有する第２群Ｇ２から構成される。撮像レンズ５３の第１群Ｇ１は、負の屈折力の第１レンズＬ１からなる。この第１レンズＬ１は、樹脂製であり、被写体１３側に凸のメニスカス形状となっている。また、第２群Ｇ２は、正の屈折力の第２レンズＬ２と、正の屈折力の第３レンズＬ３とからなり、被写体１３側から第２レンズＬ２、第３レンズＬ３の順に配置されている。第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３は、いずれも樹脂製で、両凸形状となっている。

上述のように構成される撮像光学系５１のデータを表７に示す。表７の面番号欄に＊で示すように、撮像レンズ５３は、第１レンズＬ１の面Ｓ４，Ｓ５、第２レンズＬ２の面Ｓ８、第３レンズＬ３の面Ｓ９，Ｓ１０が非球面となっており、第２レンズＬ２の面Ｓ７は球面となっている。さらに、撮像レンズ５３は、第１レンズＬ１が回折レンズとなっており、表７の面番号欄に＃で示すように、第１レンズＬ１の被写体１３側の面Ｓ４が回折面となっている。したがって、第１レンズＬ１の被写体１３側の面Ｓ４は、非球面であるとともに、回折面でもある。

撮像光学系５１の各面の形状は、前述の数１及び数２の式で表されるので、撮像光学系５１の各面の中でも、非球面または回折面となっているものについて、その非球面係数Ａ_ｉを表８に示し、位相差係数Ｂ_２ｊを表９に示す。さらに、撮像光学系４１の球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差を図７に示す。

＜参考例２＞
図８に示すように、撮像光学系６１は、ドーム６２、撮像レンズ６３、カバーガラス６４とから構成され、球面状の被写体１３を平面である撮像面に結像させるように構成されている。ドーム６２は、樹脂製で、被写体１３側，像側ともに球面に形成されている。また、カバーガラス６４は、平行平板のガラス板であり、撮像素子１８の撮像面に密着して設けられている。このため、カバーガラス６４の像側の面は撮像面に一致する。

撮像レンズ６３は、負の屈折力を有する第１群Ｇ１、開口絞りＳ６、正の屈折力を有する第２群Ｇ２から構成される。撮像レンズ６３の第１群Ｇ１は、負の屈折力の第１レンズＬ１からなる。この第１レンズＬ１は、樹脂製であり、被写体１３側に凸のメニスカス形状となっている。また、第２群Ｇ２は、正の屈折力の第２レンズＬ２からなる。第２レンズＬ２は、樹脂製であり、両凸形状となっている。

以下では、被写体１３の表面をＳ１、ドーム６２の被写体１３側（物体側）の面をＳ２、ドーム６２の像側の面をＳ３、第１レンズＬ１の被写体１３側の面をＳ４，第１レンズＬ１の像側の面をＳ５、開口絞りをＳ６、第２レンズＬ２の被写体１３側の面をＳ７、第２レンズＬ２の像側の面をＳ８、カバーガラス６４の被写体１３側の面をＳ９、カバーガラス６４の像側の面をＳ１０とし、面Ｓｉ（面番号ｉ＝１〜１０）で表す。また、面Ｓ_ｉとこれに隣り合う像側の面Ｓｉ＋１との光軸上での間隔を面間隔Ｄ_ｉ（ｉ＝１〜９）で表す。なお、被写体１３及び撮像光学系６１の各面や面間隔の表し方は、後述する実施例３についてもこれと同様とする。

上述のように構成される撮像光学系６１のデータを表１０に示す。表１０の面番号欄に＊で示すように、撮像レンズ６３は、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の両面Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８が全て非球面となっている。さらに、撮像レンズ６３は、第１レンズＬ１が回折レンズとなっており、表１０の面番号欄に＃で示すように、第１レンズＬ１の被写体１３側の面Ｓ４が回折面となっている。したがって、第１レンズＬ１の被写体１３側の面Ｓ４は、非球面であるとともに、回折面でもある。

撮像光学系６１の各面の形状は、前述の数１及び数２の式で表されるので、撮像光学系６１の各面の中でも、非球面または回折面となっているものについて、その非球面係数Ａ_ｉを表１１に示し、位相差係数Ｂ_２ｊを表１２に示す。さらに、撮像光学系６１の球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差を図９に示す。

＜実施例３＞
図１０に示すように、撮像光学系７１は、ドーム７２、撮像レンズ７３、カバーガラス７４とから構成され、球面状の被写体１３を平面である撮像面に結像させるように構成されている。ドーム７２は、樹脂製で、被写体１３側，像側ともに球面に形成されている。また、カバーガラス７４は、平行平板のガラス板であり、撮像素子１８の撮像面に密着して設けられている。このため、カバーガラス７４の像側の面は撮像面に一致する。

撮像レンズ７３は、負の屈折力を有する第１群Ｇ１、開口絞りＳ６、正の屈折力を有する第２群Ｇ２とから構成される。撮像レンズ７３の第１群Ｇ１は、負の屈折力の第１レンズＬ１からなる。この第１レンズＬ１は、樹脂製であり、被写体１３側に凸のメニスカス形状となっている。また、第２群Ｇ２は、正の屈折力の第２レンズＬ２からなる。第２レンズＬ２は、樹脂製であり、両凸形状となっている。

上述のように構成される撮像光学系７１のデータを表１３に示す。表１３の面番号欄に＊で示すように、撮像レンズ７３は、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の両面Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８の全てが非球面となっている。さらに、撮像レンズ７３は、第２レンズＬ２が回折レンズとなっており、表１３の面番号欄に＃で示すように、第２レンズＬ２の像側の面Ｓ８が回折面となっている。したがって、第２レンズＬ２の像側の面Ｓ８は、非球面であるとともに、回折面でもある。

撮像光学系７１の各面の形状は、前述の数１及び数２の式で表されるので、撮像光学系７１の中でも、非球面または回折面となっているものについて、その非球面係数Ａ_ｉを表１４に示し、位相差係数Ｂ_２ｊを表１５に示す。さらに、撮像光学系７１の球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差を図１１に示す。

上述の実施形態及び実施例からわかるように、カプセル型内視鏡１１の撮像光学系１７に回折面を設けることにより、２〜３枚という少数のレンズでコンパクトかつ広角の撮像光学系とすることができるとともに、色収差やディストーションを、特に広角で顕著になる倍率色収差を容易に補正することができる。

また、回折面を設ける位置は、撮像レンズに限らず、ドームやカバーガラスを含めた撮像光学系の任意の位置に設けても良いが、精密な位置合わせが容易なことや、カプセル１２や撮像素子１８等の他の部分の製造に干渉しなくても良いこと等から、上述の実施形態及び実施例の撮像光学系のように、回折面は撮像レンズに設けることが最も好ましい。

さらに、上述の実施形態及び実施例からわかるように、撮像レンズは、回折面によって色収差を良好に補正するだけでなく、被写体１３側から順に、負の屈折力を有する第１群、開口絞り、正の屈折力を有する第２群で構成されていることにより、球面収差や非点収差、歪曲収差を、容易に良好に補正することができる。

また、上述の実施例１，２，５に示すように、撮像光学系に、開口絞りＳ６よりも後方に回折面を設ける場合には、位相差関数φの２次の係数Ｂ_２が負の値となるように定めるから、回折面による色収差の補正をさらに良好なものとすることができる。同様に、参考例１，２に示すように、開口絞りＳ６よりも前方に回折面を設ける場合には、位相差関数φの２次の係数Ｂ_２を正の値に定めることで、回折面による色収差の補正をさらに良好なものとすることができる。

樹脂材料は、非球面形状等の複雑な形状に容易に成形することができるが、選択できる屈折率の選択の幅も狭く、樹脂材料には複屈折性を示すものがあるなど、レンズとして利用できる樹脂材料は、硝材と比較して少ない。このため、撮像レンズを全て樹脂材料から構成しようとすると、材料の選定は難しく、ガラスレンズを用いる場合よりも、各種収差をバランス良く補正することが難しく、色収差が残りやすい。しかし、上述の実施形態及び実施例のように、回折面を設けた撮像光学系では、撮像レンズの各レンズを全て樹脂材料からなるレンズとしても、色収差までも容易に良好に補正することができ、かつ、撮像レンズを、安価かつ軽量，コンパクトに構成することができる。同時に、撮像レンズに樹脂材料からなるレンズを用いることで、撮像レンズに回折面を設ける場合には、複雑な形状とならざるを得ない回折面を容易に成形することができる。

また、上述の実施形態及び実施例に示すように、カプセル型内視鏡１１に搭載するレンズなので、撮像レンズの画角は、コンパクトでありながらも、できる限り広画角であることが好ましく、上述の実施形態及び実施例で説明した撮像レンズのように画角２ωを１００度以上とすることがより好ましい。さらに、画角２ωを１３０度以上とすることが特に好ましい。

また、上述の実施例１，２及び参考例１で示したように、撮像レンズは、カプセル型内視鏡１１に搭載するレンズなので、広角でありながらもコンパクトに構成されることが望まれるから、上述の実施例１，２及び参考例１のように３枚のレンズで構成することが好ましく、上述の参考例２及び実施例３のように２枚のレンズで構成することが特に好ましい。

なお、上述の実施形態では、被写体１３が球面の場合に最適な撮像光学系の例を説明したが、これに限らず、カプセル型内視鏡１１から見た被検者の体腔内のより実際的な形状に合わせた他の曲面形状を被写体１３とする場合に適した撮像光学系としても良い。

なお、上述の実施形態及び実施例では、撮像光学系のなかに回折面を１面設ける例を説明したが、これに限らず、複数の回折面を設けても良い。しかし、回折面の数が多くなるほど撮像光学系は高価なものとなり、またフレアも生じやすくなるので、上述の実施形態及び実施例のように、回折面は１面設けることが好ましい。

なお、上述の実施形態及び実施例では、カバーガラス２２がガラス板である例を説明したが、これに限らず、カバーガラスをも樹脂製のものとしても良い。

なお、上述の実施形態及び実施例では、回折面として単にレリーフが設けられている面を例に説明したが、これに限らず、さらに不要光の発生を抑えるために、互いに凹凸が嵌り合うようにレリーフが設けられた１対のレンズを張り合わせたものを回折レンズ、その貼り合わせ面を回折面としても良い。

なお、上述の実施形態及び実施例では、撮像レンズの様々な位置に回折面を設ける例を説明したが、倍率色収差をより良好に補正するためには、開口絞りからできるだけ離れた位置に回折面を設けることが好ましい。したがって、撮像レンズに回折面を設ける場合であって、開口絞りＳ６よりも物体側の面を回折面とする場合には、第１群の最も物体側の面に回折面を設けることが好ましい。同様に、撮像レンズに回折面を設ける場合であって、開口絞りＳ６よりも像側の面を回折面とする場合には、第２群の最も像側の面に回折面を設けることが好ましい。このことは、ドームやカバーガラスに回折面を設ける場合も同様である。

なお、上述の実施形態及び実施例では、回折面を凹凸形状のレリーフによって形成する例を説明したが、これに限らず、凹凸形状の変わりに、同心円状に粗面化したスリットを設けたり、同心円状に屈折率の分布を形成したりすることによって回折面を形成しても良い。このため、「レリーフ」は、物理的な凹凸構造だけを意味するのではなく、回折を生じさせるような光学的な性質の起伏，分布をも意味するものとする。また、回折面は、レンズ等の表面に設けられていることに限られず、レンズ等の内部にレーザーによって加工されたものであっても良い。

なお、上述の実施形態及び実施例では、被写体が球面であり、これを平面に結像させる例を説明するが、これに限らない。撮像光学系及び撮像レンズを、被検者の体腔内の形状に応じた他の形状（円筒形等）に適したものとしても良い。また、結像させる面も平面でなく任意の形状として良い。

なお、上述の実施形態では、撮像レンズを、絞りを挟んだ２群構成のレンズとする例を説明したが、これに限らず、撮像レンズは他の３群構成とする等、他の群構成であっても良い。

カプセル型内視鏡の構成を概略的に示す説明図である。実施例１の撮像光学系の構成を示す断面図である。実施例１の撮像光学系の収差図である。実施例２の撮像光学系の構成を示す断面図である。実施例２の撮像光学系の収差図である。参考例１の撮像光学系の構成を示す断面図である。参考例１の撮像光学系の収差図である。参考例２の撮像光学系の構成を示す断面図である。参考例２の撮像光学系の収差図である。実施例３の撮像光学系の構成を示す断面図である。実施例３の撮像光学系の収差図である。

符号の説明

１１カプセル型内視鏡
１２カプセル
１３被写体
１６，３３，４３，５３，６３，７３撮像レンズ
１７，３１，４１，５１，６１，７１撮像光学系
１８撮像素子
２１，３２，４２，５２，６２，７２ドーム（ドームカバー）
２２，３４，４４，５４，６４，７４カバーガラス
Ｇ１第１群
Ｇ２第２群
Ｌ１第１レンズ
Ｌ２第２レンズ
Ｌ３第３レンズ
Ｓ６開口絞り

Claims

被検者に飲み込まれて使用され、前記被検者の体腔内部を撮像するカプセル型内視鏡用の撮像光学系において、
前記カプセル型内視鏡の外形をなし、透明でドーム状に形成されたドームカバーと、
物体側から順に、負の屈折力を有する第１群、絞り、正の屈折力を有する第２群とからなり、前記被検者の体内から前記ドームカバーを通って入射する光を撮像素子に結像させる撮像レンズと、
前記撮像素子の撮像面を覆う平行平板のカバーガラスと、を備え、
前記撮像レンズの前記第２レンズ群に回折面を有し、前記回折面の形状を表す位相差関数の２次の係数をＢ _２とするときに、Ｂ _２＜０を満たすことを特徴とする撮像光学系。
前記撮像レンズは、２枚のレンズからなることを特徴とする請求項１記載の撮像光学系。
前記撮像レンズは、３枚のレンズからなることを特徴とする請求項１記載の撮像光学系。
前記撮像レンズを構成するレンズが、全て樹脂材料からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の撮像光学系。
前記撮像レンズの画角が１００度以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の撮像光学系。
請求項１ないし５のいずれかに記載の撮像光学系を備えることを特徴とするカプセル型内視鏡。