JP6226207B2 - Endoscope - Google Patents
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Description
本発明は、内視鏡用レンズユニットを備えた内視鏡に関する。 The present invention relates to an endoscope having an endoscopic lens unit.
従来、医療分野又は工業分野において、人の体内、機器、又は構造物の内部を撮像するための内視鏡が普及している。この種の内視鏡として、観察対象の内部に挿入される挿入部において、撮像レンズ、撮像素子を含む撮像ユニットを搭載した電子内視鏡がある。電子内視鏡では、撮像部位からの光を撮像レンズによって撮像素子の撮像面に結像させると共に、その結像光を撮像素子によって電気信号に変換し、信号ケーブルを介して外部の画像処理装置等に映像信号として送信する。内視鏡においては、観察対象の範囲拡大、被観察者の負担軽減、構造の簡素化、コスト低減などのために、以前より挿入部の小型化が課題として挙げられ、電子内視鏡では、撮像ユニットを含む先端部の更なる小型化、細径化が重要となっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, endoscopes for imaging the inside of a human body, equipment, or structure are widely used in the medical field or the industrial field. As this type of endoscope, there is an electronic endoscope in which an image pickup unit including an image pickup lens and an image pickup element is mounted in an insertion portion inserted into an observation target. In an electronic endoscope, light from an imaging region is imaged on an imaging surface of an imaging element by an imaging lens, and the imaging light is converted into an electrical signal by the imaging element, and an external image processing device is connected via a signal cable. Etc. as a video signal. In endoscopes, for the purpose of expanding the range of observation objects, reducing the burden on the subject, simplifying the structure, reducing costs, etc., miniaturization of the insertion part has been cited as an issue, and in electronic endoscopes, It is important to further reduce the size and diameter of the tip including the imaging unit.
例えば、特許文献1には、内視鏡等の光学機器の小型化を図るために、レンズユニットの撮像素子側に平凹レンズを設け、平凹レンズの平面部を鏡筒の端部から突出させて撮像素子の表面を覆うカバー部材に固定した撮像機構及び内視鏡が開示されている。また、特許文献2には、内視鏡の対物レンズにおいて、球面レンズのみでもディストーションを低減可能とし、低コスト化を実現した3つのレンズ群を有する内視鏡対物レンズが開示されている。 For example, in Patent Document 1, in order to reduce the size of an optical device such as an endoscope, a plano-concave lens is provided on the image sensor side of the lens unit, and the flat portion of the plano-concave lens is projected from the end of the lens barrel. An imaging mechanism and an endoscope fixed to a cover member that covers the surface of the imaging element are disclosed. Further, Patent Document 2 discloses an endoscope objective lens having three lens groups that can reduce distortion by using only a spherical lens in an endoscope objective lens and realize cost reduction.
電子内視鏡の撮像ユニットは、通常、撮像レンズを収納する鏡筒と撮像素子とを保持する枠体(先端硬性部)を用いて、撮像レンズと撮像素子の撮像面とのフォーカス調整を行う構成となっている。従来の撮像レンズの構成では、優れた光学性能を実現しようとすると、バックフォーカスが長くなり、撮像レンズの最終面から撮像素子のカバー部材表面まで所定の距離を確保する必要があった。このため、小型化を目的として撮像レンズと撮像素子とを接着剤等で固定する構造を実現するのが困難であった。特許文献2に記載の内視鏡対物レンズでは、全光学長が6.51〜7.22mm程度、バックフォーカスが0.70〜0.87mm程度であり、全光学長に対してバックフォーカスが長いため、撮像レンズと撮像素子とを枠体等を介さずに固定することができない。また、特許文献1に記載の撮像機構では、撮像素子側の最終面の平面を撮像素子のカバー部材に固定する構成となっているが、最終面における屈折力が無いため、被写体からの光線の収束及び光学系の収差の低減に寄与させることができない。このため、撮像レンズの小型化を図りつつ所望の光学性能を得ることが困難であった。 The imaging unit of an electronic endoscope normally performs focus adjustment between the imaging lens and the imaging surface of the imaging device using a frame (tip rigid portion) that holds a lens barrel that houses the imaging lens and the imaging device. It has a configuration. In the configuration of the conventional imaging lens, when it is intended to realize excellent optical performance, the back focus becomes long, and it is necessary to secure a predetermined distance from the final surface of the imaging lens to the cover member surface of the imaging element. For this reason, it has been difficult to realize a structure in which the imaging lens and the imaging element are fixed with an adhesive or the like for the purpose of downsizing. In the endoscope objective lens described in Patent Document 2, the total optical length is about 6.51 to 7.22 mm, the back focus is about 0.70 to 0.87 mm, and the back focus is long with respect to the total optical length. Therefore, the imaging lens and the imaging element cannot be fixed without using a frame or the like. In addition, the imaging mechanism described in Patent Document 1 is configured to fix the plane of the final surface on the imaging element side to the cover member of the imaging element. However, since there is no refractive power on the final surface, It cannot contribute to the convergence and the reduction of aberration of the optical system. For this reason, it has been difficult to obtain desired optical performance while reducing the size of the imaging lens.
本発明は、撮像レンズと撮像素子とを接着剤等で固定する構造を実現可能とした内視鏡を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a endoscope inner an imaging lens and an imaging device and can be realized a structure for fixing with an adhesive or the like.
本発明は、鏡筒と、前記鏡筒の内部に収容される前群レンズ及び後群レンズと、撮像面がカバーガラスによって覆われる撮像素子と、前記後群レンズの撮像側最終面と前記鏡筒の撮像側端面とからなる面と、前記撮像素子の前記カバーガラスの対物側の面との間に介在し、それらを固定する、透光性を有する接着用樹脂による単一の接着層と、を有し、前記前群レンズの焦点距離fF、前記後群レンズの焦点距離fB、前記前群レンズ、前記後群レンズ、前記接着層及び前記カバーガラスを含む光学系全体の焦点距離fel、及び、前記前群レンズの被写体側最前面から前記カバーガラスの撮像側後端面までの距離に相当する全光学長OL、前記後群レンズの撮像側最終面から前記カバーガラスの被写体側前端面までの距離に相当するメタルバックMBは、fel/fF<0 かつ fel/fB>0 かつ OL/MB>7.0の関係を満たす、内視鏡を提供する。 The present invention includes a lens barrel, a front lens group and a rear lens group housed in the lens barrel, an image sensor whose imaging surface is covered with a cover glass, an imaging side final surface of the rear lens group, and the mirror a surface consisting of an imaging side end surface of the cylinder, interposed between the objective side surface of the cover glass of the image sensor, they are fixed, single bonding by contact wear resin that have a light-transmitting An optical system including a focal length f F of the front group lens, a focal length f B of the rear group lens, the front group lens, the rear group lens, the adhesive layer, and the cover glass. The focal length f el , the total optical length OL corresponding to the distance from the foreground front side of the front group lens to the imaging side rear end surface of the cover glass, and the imaging side final surface of the rear group lens from the imaging side final surface Memories equivalent to the distance to the front edge on the subject side Callback MB satisfy the relationship of f el / f F <0 and f el / f B> 0 and OL / MB> 7.0, to provide an endoscope.
本発明によれば、内視鏡の撮像ユニットにおいて撮像レンズと撮像素子とを接着剤等で固定する構造を実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the structure which fixes an imaging lens and an image pick-up element with an adhesive agent etc. in the imaging unit of an endoscope is realizable.
以下、本発明に係る内視鏡用レンズユニット及び内視鏡の実施形態(以下、「本実施形態」という)について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、医療用の内視鏡に適用した構成例を示す。 Hereinafter, embodiments of an endoscope lens unit and an endoscope according to the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment”) will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, a configuration example applied to a medical endoscope is shown.
図1は、本発明の実施形態に係る内視鏡を用いた内視鏡システムの全体構成図である。図2は、本実施形態に係る内視鏡の先端部の構成を示す斜視図である。図3は、本実施形態に係る内視鏡の先端部の断面図である。図4は、本実施形態に係る内視鏡の先端部においてモールド樹脂を除いた部分の構成を示す斜視図である。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of an endoscope system using an endoscope according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the distal end portion of the endoscope according to the present embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of the distal end portion of the endoscope according to the present embodiment. FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a portion excluding the mold resin at the distal end portion of the endoscope according to the present embodiment.
図1では、内視鏡11及びビデオプロセッサ19を含む内視鏡システム13の全体構成を斜視図にて示している。図2では、図1に示した内視鏡11の先端部15の構成を斜視図にて示している。図3では、図2に示した先端部15の構成を断面図にて示している。図4では、図2に示した先端部15においてモールド樹脂17を除いた構成を斜視図にて示している。
FIG. 1 is a perspective view showing the entire configuration of the
なお、本明細書において説明に用いる方向については、各図中の方向の記載に従うものとする。ここで、「上」、「下」は、水平面に置かれたビデオプロセッサ19の上と下にそれぞれ対応し、「前(先)」、「後」は、内視鏡本体(以降「内視鏡11」と呼称する)の挿入部21の先端側とプラグ部23の基端側にそれぞれ対応する。
In addition, about the direction used for description in this specification, it shall follow the description of the direction in each figure. Here, “upper” and “lower” correspond to the upper and lower sides of the
図1に示すように、内視鏡システム13は、医療用の軟性鏡である内視鏡11と、観察対象(ここでは、人体)の内部を撮影して得られた静止画及び動画に対して周知の画像処理等を行うビデオプロセッサ19と、を有して構成される。内視鏡11は、略前後方向に延在し、観察対象の内部に挿入される挿入部21と、挿入部21の後部が接続されるプラグ部23とを備える。
As shown in FIG. 1, the
挿入部21は、プラグ部23に後端を接続された可撓性の軟性部29と、軟性部29の先端に連なる先端部15とを有している。軟性部29は各種の内視鏡検査、内視鏡手術等の方式に対応する適切な長さを有する。
The
ビデオプロセッサ19は、前面パネル25に開口するソケット部27を有し、機器内部に画像処理部及び電源部を備えている。ソケット部27には、内視鏡11のプラグ部23の後端部が挿入されて係合し、これにより、内視鏡11はビデオプロセッサ19との間で電力及び各種信号(映像信号、制御信号など)の送受が可能である。
The
上述した電力及び各種信号は、軟性部29の内部を挿通された伝送ケーブル31(図2、図3参照)を介してプラグ部23から軟性部29、先端部15に導かれる。内視鏡11の先端部15に設けられた撮像素子33が出力した画像信号は、伝送ケーブル31を介してプラグ部23からビデオプロセッサ19に伝送される。ビデオプロセッサ19は、画像処理部において受信した画像信号に対して色補正、階調補正等の画像処理を施して、画像処理済みの画像信号を表示装置(図示略)に出力する。表示装置は、例えば液晶表示パネル等の表示デバイスを有するモニタ装置であり、内視鏡11によって撮像された被写体の画像を表示する。
The power and various signals described above are guided from the
図2、図3に示すように、本実施形態に係る内視鏡11は、先端部15に撮像ユニットを搭載しており、撮像レンズを構成するレンズユニット35と、撮像素子33とを有する。レンズユニット35は、鏡筒39の内部に複数のレンズ(例えば後述する第1レンズL1〜第3レンズL3)を収容して構成される。レンズユニット35の撮像素子33側(後側)の端部、撮像素子33の外周部、及び伝送ケーブル31の撮像素子33側(前側)の端部は、封止用の樹脂部材であるモールド樹脂17によって被覆される。すなわち、内視鏡11の挿入部21の先端部15は、撮像素子33の全体と、レンズユニット35の撮像素子33側の少なくとも一部分とがモールド樹脂17によって覆われている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図3に示すように、撮像素子33は、撮像面41がカバーガラス43によって覆われる。レンズユニット35の撮像側の端部は、接着層を形成する接着用樹脂37によって撮像素子33のカバーガラス43に接着され固定される。接着用樹脂37は、例えば透明のUV・熱硬化性樹脂によって構成され、レンズユニット35と撮像素子33のカバーガラス43とを離間部47を有して固定する。この際、レンズユニット35と撮像素子33とを、撮像面41の中心にレンズの光軸を一致させて位置合わせした後、レンズユニット35の光軸方向のフォーカス位置調整(ピント合わせ)を行い、接着用樹脂37により接着固定する。これにより、レンズユニット35と撮像素子33とが接着用樹脂37によって直接接着され固定される構成となっている。接着用樹脂37は、例えば、最終的な硬度を得るためには熱処理を必要とするが、紫外線照射によってもある程度の硬度まで硬化が進行するタイプの接着剤である。
As shown in FIG. 3, the
また、モールド樹脂17は、例えば黒色などの遮光性を有する樹脂材料により構成される。このように、レンズユニット35と撮像素子33との接続固定部位は、被写体像の光線を透過する透明材料などの透光性を有する接着用樹脂37の外周部に、黒色などの遮光性を有するモールド樹脂17を設けて被覆する二重構造としている。
The
撮像素子33のカバーガラス43と反対側(後側)の面には、回路基板49が実装され、静電気対策用のコンデンサ45が取り付けられている。伝送ケーブル31は、回路基板49の後部において電気的に接続され、回路基板49の接続部位は封止用のモールド樹脂17にて被覆される。なお、以降の説明において「接着剤」の用語は、固体物の面と面とを接着するために用いる物質という厳密な意味ではなく、2つの物の結合に用いることができる物質、或いは硬化した接着剤が気体及び液体に対する高いバリア性を備えている場合は、封止材としての機能を有する物質という広い意味で用いられる。
A
鏡筒39は、剛性の高い円筒材料、例えば金属製の筒状部材によって構成される。鏡筒39に硬質材料を用いることで、先端部15は硬性部を構成する。鏡筒39を構成する金属材料として、例えばニッケルが用いられる。ニッケルは、剛性率が比較的高くかつ耐食性も高く、先端部15を構成する材料として適している。ニッケルに代えて例えば銅ニッケル合金を用いてもよい。銅ニッケル合金も高い耐食性を有しており、先端部15を構成する材料として適している。また、鏡筒39を構成する金属材料としては、好ましくは、電鋳(電気めっき)によって製造が可能な材料を選択する。ここで、電鋳を利用する理由は、電鋳によって製造される部材の寸法精度は1μm未満(いわゆるサブミクロン精度)と極めて高く、さらに多数の部材を製造した際のばらつきも小さいからである。後に説明するように、鏡筒39は極めて小さな部材であり、内外径寸法の誤差は内視鏡11の光学性能(画質)に影響を与える。鏡筒39を例えばニッケル電鋳管により構成することで、小径にもかかわらず高い寸法精度を確保して高画質な画像を撮像することが可能な内視鏡11が得られる。
The
鏡筒39には、光学材料(ガラス、樹脂等)により形成された複数(図示例では、3枚)のレンズ(第1レンズL1〜第3レンズL3)と、第1レンズL1及び第2レンズL2に挟まれた絞り51とが互いに光軸LCの方向に密接した状態で組み込まれている。第1レンズL1、第3レンズL3は、全周にわたって鏡筒39の内周面に接着剤により固定されている。鏡筒39の前端は第1レンズL1によって、後端は第3レンズL3によって密閉(封止)されており、鏡筒39の内部に空気又は水分等が侵入しないよう構成されている。従って、空気等は鏡筒39の一端から他端へと抜けることができない。以降の説明では、第1レンズL1〜第3レンズL3を合わせて光学レンズ群LNZと呼称する。なお、複数のレンズによる光学レンズ群LNZは、3枚のレンズ構成に限らず、2枚又は4枚以上など、前群レンズと後群レンズとを有する構成であれば、レンズ枚数は任意である。
The
図3、図4に示すように、撮像素子33は、例えば前後方向から見て正方形形状をなす小型のCCD(Charge Coupled Device)又はCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の撮像デバイスにより構成される。この場合、撮像素子33の中央部には、前面視において正方形形状をなす撮像面41が設けられる。外部から撮像ユニットへ入射した光は、鏡筒内の光学レンズ群LNZによって撮像素子33の撮像面41に結像する。撮像素子33の後部(背面側)に実装された回路基板49は、後方から見て撮像素子33よりもやや小さい外形を有している。撮像素子33は、例えば背面にLGA(Land Grid Array)を備えており、回路基板49に形成された電極パターンと電気的に接続される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
ここで、鏡筒39の外周をなす円は、撮像素子33が構成する正方形に略内接し、かつ撮像面41が構成する正方形に外接する関係としている。そして、撮像面41の中央(撮像面41の対角線の交点)、レンズユニット35の中央(レンズユニット35の内周がなす円の中心)、鏡筒39の中央(鏡筒39の外周がなす円の中心)の位置は一致しており、ここを光軸LCが貫通する。より正確には、撮像面41の中央を貫通する法線が光軸LCであって、この光軸LCがレンズユニット35の中央を貫通するように、レンズユニット35が撮像素子33に対して位置合わせされている。
Here, the circle forming the outer periphery of the
次に、内視鏡11のレンズユニット35における光学レンズ群LNZ(第1レンズL1〜第3レンズL3)の構成例を説明する。
Next, a configuration example of the optical lens group LNZ (first lens L1 to third lens L3) in the
図5は、第1の実施形態に係るレンズユニットの光学レンズ群の構成を示す断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical lens group of the lens unit according to the first embodiment.
第1の実施形態は、内視鏡の先端部15におけるレンズユニット35の光学レンズ群LNZの第1構成例を示すものである。本実施形態のレンズユニット35は、第1レンズL1が前群レンズ、第2レンズL2及び第3レンズL3が後群レンズとして機能する。ここで、第1レンズL1が光学レンズ群LNZの先頭レンズ、第3レンズL3が光学レンズ群LNZの最終レンズである。レンズユニット35は、被写体側から撮像側に向かって順に、最前面である第1レンズL1の第1面L1R1が凹面、第2面L1R2が凹面、第2レンズL2の第1面L2R1が凸面、第2面L2R2が凸面、第3レンズL3の第1面L3R1が凹面、最終面である第2面L3R2が凹面を有して構成される。
1st Embodiment shows the 1st structural example of the optical lens group LNZ of the
第1レンズL1と第2レンズL2との間、すなわち前群レンズと後群レンズとの間には、絞り51が設けられる。凹面である第3レンズL3の第2面L3R2(最終面)と撮像素子33のカバーガラス43との間は、接着用樹脂37が充填され、接着層を形成している。
A
図6は、第1の実施形態のレンズユニットのレンズデータを示す図である。図6において、面は、第1レンズL1〜第3レンズL3の各面L1R1〜L3R2と、絞り51、接着層(接着用樹脂37)にそれぞれ対応し、各面の曲率半径(mm)、コーニック係数、有効径(mm)が示されている。また、厚み(mm)は、該当する面から次の面までの光学中心における光軸方向の距離(厚み)を示し、屈折率とアッベ数は、該当する面を形成する光学部材の屈折率とアッベ数を示している。ここで、光学レンズ群LNZの外径φ(第1レンズL1及び第3レンズL3の外径)は、φ=0.9〜1.0mm程度とする。撮像素子33のカバーガラス43の厚みは0.4mmとする。
FIG. 6 is a diagram illustrating lens data of the lens unit according to the first embodiment. In FIG. 6, the surfaces correspond to the surfaces L1R1 to L3R2 of the first lens L1 to the third lens L3, the
第1の実施形態では、光学レンズ群LNZの全体の焦点距離felは、fel=0.58mm、前群レンズ(第1レンズL1)の焦点距離fF は、fF =−0.714、後群レンズ(第2レンズL2及び第3レンズL3)の焦点距離fB は、fB =0.481としている。また、光学レンズ群LNZの全光学長OLを、先頭レンズの最前面(第1レンズL1の第1面L1R1)から撮像面(撮像素子33のカバーガラス43の撮像側の後端面)までの長さとすると、全光学長OL=2.287mmとなっている。
In the first embodiment, the overall focal length f el of the optical lens group LNZ is f el = 0.58 mm, and the focal length f F of the front group lens (first lens L1) is f F = −0.714. The focal length f B of the rear lens group (the second lens L2 and the third lens L3) is set to f B = 0.481. Further, the total optical length OL of the optical lens group LNZ is the length from the forefront surface of the first lens (the first surface L1R1 of the first lens L1) to the imaging surface (the rear end surface on the imaging side of the
また、最終レンズの最終面(第3レンズL3の第2面L3R2)の周辺部端面から撮像素子33のカバーガラス43の被写体側の前端面までの長さをメタルバック(MetalBack)MBとすると、メタルバックMB=0.04mmである。なお、メタルバックMBは、最終レンズの最終面の凹凸によってバックフォーカス(BackFocus)という場合もある。ここでは、バックフォーカスBFを含む概念のパラメータとしてメタルバックMBを用い、メタルバックMBに統一して説明している。図6に示したように、接着層の光学中心における厚みは0.05mmであるが、第3レンズL3の第2面L3R2は凹面であるので、第2面L3R2の周辺部端面からカバーガラス43の前端面までの距離に相当するメタルバックMBは、光学中心よりも短くなる。
Further, when the length from the peripheral end surface of the final surface of the final lens (the second surface L3R2 of the third lens L3) to the front end surface on the subject side of the
このとき、fel/fF =−0.812、fel/fB =1.206、OL/MB=38.12であり、
fel/fF <0 かつ fel/fB >0 かつ OL/MB>7.0
の関係を満たしている。
At this time, f el / f F = −0.812, f el / f B = 1.206, OL / MB = 38.12,
f el / f F <0 and f el / f B > 0 and OL / MB> 7.0
Meet the relationship.
また、後群レンズの撮像側最終面(第3レンズL3の第2面L3R2)の曲率半径rLbR2(rL3R2)は、rLbR2=−214.043≠∞である。また、後群レンズの最終レンズ(第3レンズL3)の屈折率nbe(n3)は、nbe=1.68であり、接着層の屈折率nadは、nad=1.52であり、nbe≠nadである。 In addition, the radius of curvature rLbR2 (rL3R2) of the imaging side final surface of the rear lens group (the second surface L3R2 of the third lens L3) is rLbR2 = −214.043 ≠ ∞. Further, the refractive index n be (n3) of the final lens (third lens L3) of the rear group lens is n be = 1.68, and the refractive index n ad of the adhesive layer is n ad = 1.52. , N be ≠ nad .
また、後群レンズの最終レンズ(第3レンズL3)のアッベ数νbe(ν3)は、νbe=31>25となっており、最終レンズの屈折率nbe=1.68であるので、1.40<nbe<1.90の関係を満たしている。 The Abbe number ν be (ν3) of the final lens (third lens L3) of the rear group lens is ν be = 31> 25, and the refractive index n be = 1.68 of the final lens. The relationship of 1.40 <n be <1.90 is satisfied.
また、前群レンズの最前面(第1レンズL1の第1面L1R1)は凹面であり、凹面のサグ(SAG)量dは、d=0.021mmとしている。ここで、凹面のサグ量dと光学レンズ群LNZのレンズ外径φとは、φ=1.0mmとした場合、d/φ=0.021となり、−0.1<d/φ<0.1の関係を満たしている。 The forefront lens (the first surface L1R1 of the first lens L1) is a concave surface, and the sag (SAG) amount d of the concave surface is d = 0.021 mm. Here, the concave sag amount d and the lens outer diameter φ of the optical lens group LNZ are d / φ = 0.021 when φ = 1.0 mm, and −0.1 <d / φ <0. The relationship of 1 is satisfied.
図7は、第2の実施形態に係るレンズユニットの光学レンズ群の構成を示す断面図である。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical lens group of the lens unit according to the second embodiment.
第2の実施形態は、内視鏡の先端部15におけるレンズユニット35の光学レンズ群LNZの第2構成例を示すものである。本実施形態のレンズユニット35は、第1の実施形態と同様、第1レンズL1が前群レンズ、第2レンズL2及び第3レンズL3が後群レンズとして機能する。ここで、第1レンズL1が光学レンズ群LNZの先頭レンズ、第3レンズL3が光学レンズ群LNZの最終レンズである。レンズユニット35は、被写体側から撮像側に向かって順に、最前面である第1レンズL1の第1面L1R1が凹面、第2面L1R2が凹面、第2レンズL2の第1面L2R1が凸面、第2面L2R2が凸面、第3レンズL3の第1面L3R1が凹面、最終面である第2面L3R2が凸面を有して構成される。
2nd Embodiment shows the 2nd structural example of the optical lens group LNZ of the
図8は、第2の実施形態のレンズユニットのレンズデータを示す図である。図8において、図6と同様に、各面L1R1〜L3R2、絞り、接着層における曲率半径(mm)、コーニック係数、厚み(mm)、有効径(mm)と、該当する面を形成する光学部材の屈折率とアッベ数を示している。ここで、光学レンズ群LNZの外径φ(第1レンズL1及び第3レンズL3の外径)は、φ=0.9〜1.0mm程度とする。撮像素子33のカバーガラス43の厚みは0.4mmとする。
FIG. 8 is a diagram illustrating lens data of the lens unit according to the second embodiment. In FIG. 8, as in FIG. 6, each surface L <b> 1 </ b> R <b> 1 to L <b> 3 </ b> R <b> 2, diaphragm, radius of curvature (mm), conic coefficient, thickness (mm), effective diameter (mm) in the adhesive layer, The refractive index and Abbe number are shown. Here, the outer diameter φ of the optical lens group LNZ (the outer diameters of the first lens L1 and the third lens L3) is about φ = 0.9 to 1.0 mm. The thickness of the
第2の実施形態では、光学レンズ群LNZの全体の焦点距離felは、fel=0.61mm、前群レンズ(第1レンズL1)の焦点距離fF は、fF =−0.79、後群レンズ(第2レンズL2及び第3レンズL3)の焦点距離fB は、fB =0.501としている。また、光学レンズ群LNZの全光学長OLは、OL=2.300mmとなっている。また、メタルバックMBは、MB=0.08mmである。図8に示したように、接着層の光学中心における厚みは0.05mmであるが、第3レンズL3の第2面L3R2は凸面であるので、第2面L3R2の周辺部端面からカバーガラス43の前端面までの距離に相当するメタルバックMBは、光学中心よりも長くなる。
In the second embodiment, the overall focal length f el of the optical lens group LNZ is f el = 0.61 mm, and the focal length f F of the front group lens (first lens L1) is f F = −0.79. The focal length f B of the rear lens group (second lens L2 and third lens L3) is set to f B = 0.501. Further, the total optical length OL of the optical lens group LNZ is OL = 2.300 mm. The metal back MB is MB = 0.08 mm. As shown in FIG. 8, the thickness of the adhesive layer at the optical center is 0.05 mm. However, since the second surface L3R2 of the third lens L3 is a convex surface, the
このとき、fel/fF =−0.772、fel/fB =1.217、OL/MB=37.1であり、
fel/fF <0 かつ fel/fB >0 かつ OL/MB>7.0
の関係を満たしている。
At this time, f el / f F = −0.772, f el / f B = 1.217, OL / MB = 37.1,
f el / f F <0 and f el / f B > 0 and OL / MB> 7.0
Meet the relationship.
また、後群レンズの撮像側最終面(第3レンズL3の第2面L3R2)の曲率半径rLbR2(rL3R2)は、rLbR2=−1.345≠∞である。また、後群レンズの最終レンズ(第3レンズL3)の屈折率nbe(n3)は、nbe=1.55であり、接着層の屈折率nadは、nad=1.52であり、nbe≠nadである。 In addition, the radius of curvature rLbR2 (rL3R2) of the imaging-side final surface of the rear lens group (the second surface L3R2 of the third lens L3) is rLbR2 = −1.345 ≠ ∞. Further, the refractive index n be (n3) of the final lens (third lens L3) of the rear group lens is n be = 1.55, and the refractive index n ad of the adhesive layer is n ad = 1.52. , N be ≠ nad .
また、後群レンズの最終レンズ(第3レンズL3)のアッベ数νbe(ν3)は、νbe=71.7>25となっており、最終レンズの屈折率nbe=1.55であるので、1.40<nbe<1.90の関係を満たしている。 The Abbe number ν be (ν3) of the final lens (third lens L3) of the rear group lens is ν be = 71.7> 25, and the refractive index n be = 1.55 of the final lens. Therefore, the relationship of 1.40 <n be <1.90 is satisfied.
また、前群レンズの最前面(第1レンズL1の第1面L1R1)は凹面であり、凹面のサグ量dは、d=0.030mmとしている。ここで、凹面のサグ量dと光学レンズ群LNZのレンズ外径φとは、φ=1.0mmとした場合、d/φ=0.030となり、−0.1<d/φ<0.1の関係を満たしている。 Further, the forefront lens (the first surface L1R1 of the first lens L1) is a concave surface, and the sag amount d of the concave surface is d = 0.030 mm. Here, when the sag amount d of the concave surface and the lens outer diameter φ of the optical lens unit LNZ are φ = 1.0 mm, d / φ = 0.030, and −0.1 <d / φ <0. The relationship of 1 is satisfied.
ここで、本実施形態に係る内視鏡用レンズユニット及び内視鏡の寸法の一例を示す。なお、以下に示す数値は一つの具体例を示すものであり、用途、使用環境等に応じて種々の例が考えられる。一例として、レンズユニット35は、上記例のように全光学長OLが2.2〜2.3mm、レンズ外径φが1.0mmであり、鏡筒39及び撮像素子33を含む撮像ユニットの長手方向寸法が2.5mm程度、外径が1.1mm程度である。また、撮像ユニットを搭載した先端部15の長さが3.5mm程度、最大外径が1.5mm程度である。
Here, an example of the dimensions of the endoscope lens unit and the endoscope according to the present embodiment will be shown. In addition, the numerical value shown below shows one specific example, and various examples can be considered according to a use, a use environment, etc. As an example, the
上述した本実施形態では、内視鏡用のレンズユニット35において、負パワーを有する前群レンズ(第1レンズL1)と正パワーを有する後群レンズ(第2レンズL2、第3レンズL3)とを設け、メタルバックMBに対して全光学長OLが大きい構成としている。これにより、全光学長OLに対してメタルバックMBが小さく、光学レンズ群LNZの最終面から撮像素子33のカバーガラス43の前端面までの距離が短くなるため、接着用樹脂37によって光学レンズ群LNZと撮像素子33のカバーガラス43とを直接接着して固定する構造とすることが可能である。よって、撮像ユニットを高強度かつ部品点数の少ない構造とすることができ、短い焦点距離の撮像レンズを実現可能とし、撮像レンズの長さの短縮、小型化を図ることができる。
In the present embodiment described above, in the
このように、本実施形態では、撮像レンズを細径化するとともに、撮像レンズと撮像素子を含む撮像ユニットの長さを短縮した光学設計とし、撮像レンズと撮像素子とを直接接着層にて固定する構造として、さらに小型の撮像ユニットを実現している。 As described above, in this embodiment, the imaging lens is reduced in diameter, and the optical design is made by shortening the length of the imaging unit including the imaging lens and the imaging device, and the imaging lens and the imaging device are directly fixed by the adhesive layer. As a structure to achieve this, an even smaller imaging unit is realized.
また、接着用樹脂37の接着層により光学レンズ群LNZとカバーガラス43とを直接固定した構造において、光学レンズ群LNZの最終面(L3R2)を曲面とし、最終レンズ(第3レンズL3)と接着層の屈折率を異なるものにしている。これにより、光学レンズ群LNZの最終面において屈折力を持たせることができるため、レンズユニット35を通過する被写体からの光線の収束性をより高めることができ、収差の低減に寄与させることができる。また、光学レンズ群LNZの光学性能(解像度、色収差、歪など)に関して、必要な光学性能を得るためのレンズ枚数を削減できる。したがって、撮像レンズの小型化及びコスト低減を図りつつ所望の光学性能を得ることが可能となる。
Further, in the structure in which the optical lens group LNZ and the
また、最終レンズ(第3レンズL3)のアッベ数νbe(ν3)を25より大きくし、屈折率nbe(n3)を1.40〜1.90の範囲とすることによって、倍率色収差を低減でき、撮像素子33のピクセルピッチよりも小さくできるため、撮像画像周辺部における色にじみを低減できる。
Further, the chromatic aberration of magnification is reduced by setting the Abbe number ν be (ν3) of the final lens (third lens L3) to be greater than 25 and the refractive index n be (n3) in the range of 1.40 to 1.90. In addition, since it can be smaller than the pixel pitch of the
また、光学レンズ群LNZの最前面(L1R1)を凹面とし、凹面のサグ量dをレンズ外径φに対して相対比率d/φの絶対値が0.1より小さくなるようにすることによって、最前面を平面に近づけることができ、内視鏡使用時の汚れの付着を低減できる。なお、光学レンズ群LNZの最前面(L1R1)は凸面であってもよい。この場合、凸面のサグ量dをd/φの絶対値が0.1より小さくなるようにする。 Further, the forefront surface (L1R1) of the optical lens group LNZ is a concave surface, and the sag amount d of the concave surface is set so that the absolute value of the relative ratio d / φ to the lens outer diameter φ is smaller than 0.1. The forefront can be brought close to a flat surface, and the adhesion of dirt when using an endoscope can be reduced. The forefront surface (L1R1) of the optical lens group LNZ may be a convex surface. In this case, the sag amount d of the convex surface is set so that the absolute value of d / φ is smaller than 0.1.
本発明に係る実施形態の種々の態様として、以下のものが含まれる。 Various aspects of the embodiment according to the present invention include the following.
本発明の一態様の内視鏡用レンズユニットは、鏡筒と、前記鏡筒の内部に収容される前群レンズと後群レンズと、前記前群レンズと前記後群レンズとの間に配置される絞りと、を有し、前記後群レンズの撮像側最終面は、撮像素子のカバーガラスに対して接着層により固定される構造であり、前記前群レンズの焦点距離fF 、前記後群レンズの焦点距離fB 、前記前群レンズ及び前記後群レンズを含む光学レンズ群全体の焦点距離fel、及び、前記光学レンズ群の全光学長OL、前記光学レンズ群のメタルバックMBは、
fel/fF <0 かつ fel/fB >0 かつ OL/MB>7.0
の関係を満たすものである。
An endoscope lens unit according to an aspect of the present invention is disposed between a lens barrel, a front group lens and a rear group lens housed in the lens barrel, and the front group lens and the rear group lens. A final surface on the imaging side of the rear lens group is fixed to the cover glass of the image sensor by an adhesive layer, and the focal length f F of the front lens group, the rear lens group The focal length f B of the group lens, the focal length f el of the entire optical lens group including the front group lens and the rear group lens, the total optical length OL of the optical lens group, and the metal back MB of the optical lens group are: ,
f el / f F <0 and f el / f B > 0 and OL / MB> 7.0
It satisfies the relationship.
この構成によれば、後群レンズの最終面から撮像素子のカバーガラスの前端面までの距離が短くなるため、接着層によって光学レンズ群と撮像素子のカバーガラスとを直接接着して固定する構造とすることが可能である。このため、内視鏡の撮像ユニットを高強度かつ部品点数の少ない構造とすることができ、短い焦点距離の撮像レンズを実現可能とし、撮像レンズの長さの短縮、小型化を図れる。 According to this configuration, since the distance from the final surface of the rear lens group to the front end surface of the cover glass of the image sensor is shortened, the optical lens group and the cover glass of the image sensor are directly bonded and fixed by the adhesive layer. Is possible. For this reason, the imaging unit of the endoscope can have a structure with high strength and a small number of parts, an imaging lens with a short focal length can be realized, and the length and size of the imaging lens can be reduced.
また、本発明の一態様の内視鏡用レンズユニットは、前記後群レンズの撮像側最終面の曲率半径rLbR2は、rLbR2≠∞であり、前記後群レンズの撮像側の最終レンズの屈折率nbeと、前記後群レンズが前記接着層により固定された場合の前記接着層の屈折率nadとは、nbe≠nadであるものでもよい。 In the endoscope lens unit of one aspect of the present invention, the curvature radius rLbR2 of the imaging-side final surface of the rear group lens is rLbR2 ≠ ∞, and the refractive index of the final lens on the imaging side of the rear group lens n be and the refractive index n ad of the adhesive layer when the rear lens group is fixed by the adhesive layer may be n be ≠ n ad .
この構成によれば、撮像素子の結像面に最も近い面を曲面とし、この曲面において屈折力を得ることができ、被写体からの光線の収束及び光学系の収差の低減に寄与させることができる。 According to this configuration, the surface closest to the imaging surface of the image sensor is a curved surface, and refractive power can be obtained on this curved surface, which can contribute to the convergence of light rays from the subject and the reduction of aberrations in the optical system. .
また、本発明の一態様の内視鏡用レンズユニットは、前記後群レンズの撮像側の最終レンズのアッベ数νbeは、νbe>25であり、前記後群レンズの撮像側の最終レンズの屈折率nbeは、1.40<nbe<1.90であるものでもよい。 In the endoscope lens unit of one aspect of the present invention, the Abbe number ν be of the final lens on the imaging side of the rear group lens is ν be > 25, and the final lens on the imaging side of the rear group lens The refractive index n be may be 1.40 <n be <1.90.
この構成によれば、レンズユニットの倍率色収差を低減でき、撮像画像の周辺部における色にじみを低減できる。 According to this configuration, it is possible to reduce the lateral chromatic aberration of the lens unit, and it is possible to reduce color bleeding in the peripheral portion of the captured image.
また、本発明の一態様の内視鏡用レンズユニットは、前記前群レンズの被写体側最前面は凹面、乃至は凸面であり、前記凹面乃至は凸面のサグ量dと、前記光学レンズ群のレンズ外径φとは、−0.1<d/φ<0.1の関係を満たすものでもよい。 In the endoscope lens unit of one aspect of the present invention, the forefront side of the front group lens is a concave surface or a convex surface, the sag amount d of the concave surface or the convex surface, and the optical lens group. The lens outer diameter φ may satisfy a relationship of −0.1 <d / φ <0.1.
この構成によれば、レンズユニットの最前面を平面に近づけて平坦化することができ、内視鏡使用時の汚れの付着を低減できる。 According to this configuration, the forefront surface of the lens unit can be flattened close to a flat surface, and adhesion of dirt when using an endoscope can be reduced.
本発明の一態様の内視鏡は、上記いずれかに記載の内視鏡用レンズユニットと、撮像面がカバーガラスによって覆われる撮像素子と、前記内視鏡用レンズユニットにおける前記後群レンズの撮像側最終面と、前記撮像素子の前記カバーガラスとを固定する接着用樹脂による接着層と、を有する。 An endoscope according to one aspect of the present invention includes an endoscope lens unit according to any one of the above, an imaging element whose imaging surface is covered with a cover glass, and the rear group lens in the endoscope lens unit. An imaging-side final surface and an adhesive layer made of an adhesive resin that fixes the cover glass of the imaging element.
この構成によれば、撮像ユニットにおいて撮像レンズと撮像素子とを接着剤等で固定する構造を実現でき、さらなる小型化を図りつつ必要な光学性能を得ることのできる内視鏡を提供できる。 According to this configuration, it is possible to provide an endoscope that can realize a structure in which the imaging lens and the imaging element are fixed with an adhesive or the like in the imaging unit, and can obtain necessary optical performance while further downsizing.
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 While various embodiments have been described above with reference to the drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood. In addition, the constituent elements in the above-described embodiment may be arbitrarily combined without departing from the spirit of the invention.
本発明は、内視鏡の撮像ユニットにおいて撮像レンズと撮像素子とを接着剤等で固定する構造を実現できる効果を有し、例えば医療分野に用いる細径の内視鏡用レンズユニットを備えた内視鏡等として有用である。 The present invention has an effect of the imaging unit of the endoscope can be realized a structure for fixing the imaging lens and the imaging device with an adhesive or the like, comprising an endoscope lens units of small diameter to be used, for example, in the medical field It is useful as an endoscope.
11…内視鏡
15…先端部
21…挿入部
31…伝送ケーブル
33…撮像素子
35…レンズユニット
37…接着用樹脂(接着層)
39…鏡筒
41…撮像面
43…カバーガラス
51…絞り
L1、L2、L3…レンズ
LNZ…光学レンズ群
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記鏡筒の内部に収容される前群レンズと後群レンズと、
撮像面がカバーガラスによって覆われる撮像素子と、
前記後群レンズの撮像側最終面と前記鏡筒の撮像側端面とからなる面と、前記撮像素子の前記カバーガラスの対物側の面との間に介在し、それらを固定する、透光性を有する接着用樹脂による単一の接着層と、を有し、
前記前群レンズの焦点距離fF、前記後群レンズの焦点距離fB、前記前群レンズ、前記後群レンズ、前記接着層及び前記カバーガラスを含む光学系全体の焦点距離fel、及び、前記前群レンズの被写体側最前面から前記カバーガラスの撮像側後端面までの距離に相当する全光学長OL、前記後群レンズの撮像側最終面から前記カバーガラスの被写体側前端面までの距離に相当するメタルバックMBは、
fel/fF<0 かつ fel/fB>0 かつ OL/MB>7.0
の関係を満たす、内視鏡。 A lens barrel,
A front group lens and a rear group lens housed in the lens barrel;
An imaging device whose imaging surface is covered by a cover glass;
Interposed between the imaging side end surface of the rear lens group and the surface constituted by the image pickup side end surface of the lens barrel, and the objective side surface of the cover glass of the image pickup device, to fix them, translucent a single adhesive layer by contact wear resin that have a have,
The focal length f F of the front group lens, the focal length f B of the rear group lens, the focal length f el of the entire optical system including the front group lens, the rear group lens, the adhesive layer, and the cover glass, and Total optical length OL corresponding to the distance from the foreground front side of the front group lens to the imaging side rear end surface of the cover glass, and the distance from the imaging side final surface of the rear group lens to the subject side front end surface of the cover glass The metal back MB corresponding to
f el / f F <0 and f el / f B > 0 and OL / MB> 7.0
An endoscope that satisfies the relationship.
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