JP7205537B2 - 硬性鏡用光学系、撮像装置及び内視鏡システム - Google Patents
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Description
Fb/f > 0.72 ・・・式(1)
Fb/f > 0.72 ・・・式(1)
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1.実施形態
1.1.硬性鏡用光学系について
1.2.撮像装置について
1.3.内視鏡システムについて
2.実施例
<硬性鏡用光学系について>
まず、図1~図4を参照しながら、本開示の第1の実施形態に係る硬性鏡用光学系について、詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る硬性鏡用光学系の全体構成について模式的に示した説明図である。図2A~図3は、本実施形態に係る硬性鏡用光学系が備える色分解プリズム光学系について模式的に示した説明図である。図4は、本実施形態に係る硬性鏡用光学系が備える結像光学系の構成を模式的に示した説明図である。
本実施形態に係る硬性鏡用光学系1は、図1に模式的に示したように、結像光学系10と、色分離プリズム光学系20と、を備える。また、かかる硬性鏡用光学系1の外部には、可視光用撮像素子3と、蛍光用撮像素子4と、がそれぞれ設けられている。
次に、本実施形態に係る色分離プリズム光学系20について、図2A~図3を参照しながら説明する。
続いて、図4を参照しながら、本実施形態に係る結像光学系10について、詳細に説明する。
・・・式(106)
以上説明したような硬性鏡用光学系1を用いることで、各種の内視鏡システム(例えば、硬性内視鏡システム)に適用可能な撮像装置(具体的には、カメラヘッドユニット(CHU))を実現することが可能となる。
続いて、本実施形態に係る硬性鏡用光学系1を適用した内視鏡システムについて、図5及び図6を参照しながら、簡単に説明する。図5は、本実施形態に係る内視鏡システムの全体構成について模式的に示した説明図であり、図6は、本実施形態に係る内視鏡システムが備えるCCUのハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
次に、図6を参照しながら、本開示の実施形態に係るCCU505のハードウェア構成について、詳細に説明する。
図7Aに示した実施例1の結像光学系10は、3枚のレンズで構成される第1レンズ群と、1枚のレンズで構成される第2~第4レンズ群と、で実現される結像光学系である。
図7Bに示した実施例2の結像光学系10は、2枚のレンズで構成される第1レンズ群と、1枚のレンズで構成される第2~第4レンズ群と、で実現される結像光学系である。
図7Cに示した実施例3の結像光学系10は、3枚のレンズで構成される第1レンズ群と、1枚のレンズで構成される第2レンズ群及び第3レンズ群と、2枚のレンズで構成される第4レンズ群と、で実現される結像光学系である。
図7Dに示した実施例4の結像光学系10は、2枚のレンズで構成される第1レンズ群と、1枚のレンズで構成される第2レンズ群及び第3レンズ群と、1枚のレンズで構成される第5レンズ群と、で実現される結像光学系である。
図7Eに示した実施例5の結像光学系10は、2枚のレンズで構成される第1レンズ群と、1枚のレンズで構成される第2レンズ群及び第3レンズ群と、で実現される結像光学系である。
[1]
近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域と、可視光波長帯域と、のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させる結像光学系と、
前記結像光学系により結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、
を備え、
前記結像光学系は、当該結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量と、前記色分離プリズム光学系を経て結像する蛍光及び可視光の光路長の差と、が対応するように配設された蛍光用撮像素子及び可視光用撮像素子のそれぞれに対して、像を結像させ、
前記結像光学系は、前記結像光学系の焦点距離をf[mm]とし、前記結像光学系から撮像素子までの空気換算光学長をFb[mm]としたときに、前記焦点距離及び前記空気換算光学長が、以下の式(1)で表される条件を満足する、硬性鏡用光学系。
Fb/f > 0.72 ・・・式(1)
[2]
前記結像光学系は、物体側から像側に向かう順に、
絞りと、正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、を少なくとも有しており、
前記第1レンズ群は、物体側から像側に向かう順に、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するレンズと、少なくとも1つの正の屈折力を有するレンズと、を有しており、
前記第2レンズ群は、物体距離に応じて焦点を合わせるフォーカス群であり、
前記結像光学系から前記色分離プリズム光学系までの空気換算光学長をL[mm]としたときに、以下の式(2)で表される条件を満足する、[1]に記載の硬性鏡用光学系。
1.4 < L/f < 1.8 ・・・式(2)
[3]
前記結像光学系は、前記絞りと前記第1レンズ群との間において、物体側から像側に向かう順に、正の屈折力を有する第3レンズ群、又は、負の屈折力を有する第4レンズ群の少なくとも何れかを更に有しており、
前記第4レンズ群は、前記結像光学系における当該第4レンズ群の焦点距離をf4[mm]としたときに、以下の式(3)で表される条件を満足する、[2]に記載の硬性鏡用光学系。
-0.80 < f4/f < -0.35 ・・・式(3)
[4]
前記結像光学系は、前記第3レンズ群を有しており、
前記第2レンズ群は、前記第3レンズ群において一番物体側に位置するレンズの物体側面の曲率半径をR3[mm]としたときに、以下の式(4)で表される関係を更に満足する、[3]に記載の硬性鏡用光学系。
0.85 < R3/f ・・・式(4)
[5]
前記結像光学系における前記第2レンズ群は、当該第2レンズ群の焦点距離をf2[mm]としたときに、以下の式(5)で表される条件を更に満足する、[2]~[4]の何れか1つに記載の硬性鏡用光学系。
1.0 < f2/f < 1.4 ・・・式(5)
[6]
前記結像光学系は、前記第2レンズ群の後段に、負の屈折力を有する第5レンズ群を更に有する、[2]~[5]の何れか1つに記載の硬性鏡用光学系。
[7]
前記結像光学系は、前記結像光学系の蛍光波長での焦点距離をf(NIR)[mm]とし、前記結像光学系の可視光波長での焦点距離をf(V)[mm]としたときに、以下の式(6)で表される条件を満足する、[1]~[6]の何れか1つに記載の硬性鏡用光学系。
0.0025 < (f(NIR)-f(V))/f(V) < 0.0060
・・・式(6)
[8]
前記可視光用撮像素子は、前記結像光学系の結像面の位置に固定されており、
前記蛍光用撮像素子は、光路差が前記式(6)を満足する位置に固定されている、[7]に記載の硬性鏡用光学系。
[9]
前記可視光用撮像素子は、前記結像光学系の結像面の位置に固定されており、
前記蛍光用撮像素子は、前記色分離プリズム光学系との間の離隔距離が可変となるように設けられており、
前記硬性鏡用光学系は、前記式(6)を満足するように光路差を変化させる蛍光画像合焦機構を更に備える、[7]に記載の硬性鏡用光学系。
[10]
前記色分離プリズム光学系は、
前記ダイクロイック膜を有する色分解プリズムと、
前記色分解プリズムと前記蛍光用撮像素子との間に配設され、光軸に対して垂直な入射面を有するバンドパスフィルタと、
を有する、[1]~[9]の何れか1つに記載の硬性鏡用光学系。
[11]
前記ダイクロイック膜は、波長780~880nmの帯域の透過率が90%以上であり、かつ、波長400~720nmの帯域の透過率が10%以下であり、
前記バンドパスフィルタは、波長813~850nmの帯域の透過率が90%以上であり、かつ、波長350~805nmの帯域における透過率が10%以下である、[10]に記載の硬性鏡用光学系。
[12]
近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域と、可視光波長帯域と、のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させる結像光学系と、
前記結像光学系により結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、
前記可視光波長帯域での像が結像する可視光用撮像素子と、
前記蛍光波長帯域での像が結像する蛍光用撮像素子と、
を備え、
前記可視光用撮像素子及び前記蛍光用撮像素子は、前記色分離プリズム光学系を経て前記可視光用撮像素子に結像する可視光波長帯域の光路長と、前記色分離プリズム光学系を経て前記蛍光用撮像素子に結像する蛍光波長帯域の光路長との光路差が、前記結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量に対応するように配設されており、
前記結像光学系は、前記結像光学系の焦点距離をf[mm]とし、前記結像光学系から撮像素子までの空気換算光学長をFb[mm]としたときに、前記焦点距離及び前記空気換算光学長が、以下の式(1)で表される条件を満足する硬性鏡用光学系を有する、撮像装置。
Fb/f > 0.72 ・・・式(1)
[13]
所定の撮像対象物について、近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域、及び、可視光波長帯域での像を生成する硬性鏡ユニットと、
前記硬性鏡ユニットと接続される硬性鏡用光学系と、前記可視光波長帯域での像が結像する可視光用撮像素子と、前記蛍光波長帯域での像が結像する蛍光用撮像素子と、を有し、前記蛍光波長帯域及び前記可視光波長帯域での前記撮像対象物の撮像画像を生成する撮像ユニットと、
を含み、
前記硬性鏡用光学系は、
前記蛍光波長帯域及び前記可視光波長帯域のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させる結像光学系と、
前記結像光学系により結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、
を備え、
前記可視光用撮像素子及び前記蛍光用撮像素子は、前記色分離プリズム光学系を経て前記可視光用撮像素子に結像する可視光波長帯域の光路長と、前記色分離プリズム光学系を経て前記蛍光用撮像素子に結像する蛍光波長帯域の光路長との光路差が、前記結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量に対応するように配設されており、
前記結像光学系は、前記結像光学系の焦点距離をf[mm]とし、前記結像光学系から撮像素子までの空気換算光学長をFb[mm]としたときに、前記焦点距離及び前記空気換算光学長が、以下の式(1)で表される条件を満足する、内視鏡ユニット。
Fb/f > 0.72 ・・・式(1)
3 可視光用撮像素子
4 蛍光用撮像素子
10 結像光学系
20 色分離プリズム光学系
30 蛍光画像合焦機構
101 絞り
103 第1レンズ群
105 第2レンズ群
107 第3レンズ群
109 第4レンズ群
111 第5レンズ群
201 色分離プリズム
203 ダイクロイック膜
211 第1プリズム
213 第2プリズム
215 狭帯域バンドパスフィルタ
217 赤外カットフィルタ
500 内視鏡システム
501 硬性鏡ユニット
503 撮像ユニット
505 CCU
507 表示装置
Claims (12)
- 近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域と、可視光波長帯域と、のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させる結像光学系と、
前記結像光学系により結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、
を備え、
前記結像光学系は、当該結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量と、前記色分離プリズム光学系を経て結像する蛍光及び可視光の光路長の差と、が対応するように配設された蛍光用撮像素子及び可視光用撮像素子のそれぞれに対して、像を結像させ、
前記結像光学系は、前記結像光学系の焦点距離をf[mm]とし、前記結像光学系から撮像素子までの空気換算光学長をFb[mm]としたときに、前記焦点距離及び前記空気換算光学長が、以下の式(1)で表される条件を満足し、
Fb/f > 0.72 ・・・式(1)
前記結像光学系は、物体側から像側に向かう順に、
絞りと、正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、を少なくとも有しており、
前記第1レンズ群は、物体側から像側に向かう順に、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するレンズと、少なくとも1つの正の屈折力を有するレンズと、を有しており、
前記第2レンズ群は、物体距離に応じて焦点を合わせるフォーカス群であり、
前記結像光学系から前記色分離プリズム光学系までの空気換算光学長をL[mm]としたときに、以下の式(2)で表される条件を満足する、硬性鏡用光学系。
1.4 < L/f < 1.8 ・・・式(2) - 前記結像光学系は、前記絞りと前記第1レンズ群との間において、物体側から像側に向かう順に、正の屈折力を有する第3レンズ群、又は、負の屈折力を有する第4レンズ群の少なくとも何れかを更に有しており、
前記第4レンズ群は、前記結像光学系における当該第4レンズ群の焦点距離をf4[mm]としたときに、以下の式(3)で表される条件を満足する、請求項1に記載の硬性鏡用光学系。
-0.80 < f4/f < -0.35 ・・・式(3) - 前記結像光学系は、前記第3レンズ群を有しており、
前記第2レンズ群は、前記第3レンズ群において一番物体側に位置するレンズの物体側面の曲率半径をR3[mm]としたときに、以下の式(4)で表される関係を更に満足する、請求項2に記載の硬性鏡用光学系。
0.85 < R3/f ・・・式(4) - 前記結像光学系における前記第2レンズ群は、当該第2レンズ群の焦点距離をf2[mm]としたときに、以下の式(5)で表される条件を更に満足する、請求項1に記載の硬性鏡用光学系。
1.0 < f2/f < 1.4 ・・・式(5) - 前記結像光学系は、前記第2レンズ群の後段に、負の屈折力を有する第5レンズ群を更に有する、請求項1に記載の硬性鏡用光学系。
- 前記結像光学系は、前記結像光学系の蛍光波長での焦点距離をf(NIR)[mm]とし、前記結像光学系の可視光波長での焦点距離をf(V)[mm]としたときに、以下の式(6)で表される条件を満足する、請求項1に記載の硬性鏡用光学系。
0.0025 < (f(NIR)-f(V))/f(V) < 0.0060
・・・式(6) - 前記可視光用撮像素子は、前記結像光学系の結像面の位置に固定されており、
前記蛍光用撮像素子は、光路差が前記式(6)を満足する位置に固定されている、請求項6に記載の硬性鏡用光学系。 - 前記可視光用撮像素子は、前記結像光学系の結像面の位置に固定されており、
前記蛍光用撮像素子は、前記色分離プリズム光学系との間の離隔距離が可変となるように設けられており、
前記硬性鏡用光学系は、前記式(6)を満足するように光路差を変化させる蛍光画像合焦機構を更に備える、請求項6に記載の硬性鏡用光学系。 - 前記色分離プリズム光学系は、
前記ダイクロイック膜を有する色分解プリズムと、
前記色分解プリズムと前記蛍光用撮像素子との間に配設され、光軸に対して垂直な入射面を有するバンドパスフィルタと、
を有する、請求項1に記載の硬性鏡用光学系。 - 前記ダイクロイック膜は、波長780~880nmの帯域の透過率が90%以上であり、かつ、波長400~720nmの帯域の透過率が10%以下であり、
前記バンドパスフィルタは、波長813~850nmの帯域の透過率が90%以上であり、かつ、波長350~805nmの帯域における透過率が10%以下である、請求項9に記載の硬性鏡用光学系。 - 近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域と、可視光波長帯域と、のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させる結像光学系と、
前記結像光学系により結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、
前記可視光波長帯域での像が結像する可視光用撮像素子と、
前記蛍光波長帯域での像が結像する蛍光用撮像素子と、
を備え、
前記可視光用撮像素子及び前記蛍光用撮像素子は、前記色分離プリズム光学系を経て前記可視光用撮像素子に結像する可視光用光路の光路長と、前記色分離プリズム光学系を経て前記蛍光用撮像素子に結像する蛍光用光路の光路長との光路差が、前記結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量に対応するように配設されており、
前記結像光学系は、前記結像光学系の焦点距離をf[mm]とし、前記結像光学系から撮像素子までの空気換算光学長をFb[mm]としたときに、前記焦点距離及び前記空気換算光学長が、以下の式(1)で表される条件を満足する硬性鏡用光学系を有し、
Fb/f > 0.72 ・・・式(1)
前記結像光学系は、物体側から像側に向かう順に、
絞りと、正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、を少なくとも有しており、
前記第1レンズ群は、物体側から像側に向かう順に、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するレンズと、少なくとも1つの正の屈折力を有するレンズと、を有しており、
前記第2レンズ群は、物体距離に応じて焦点を合わせるフォーカス群であり、
前記結像光学系から前記色分離プリズム光学系までの空気換算光学長をL[mm]としたときに、以下の式(2)で表される条件を満足する、撮像装置。
1.4 < L/f < 1.8 ・・・式(2) - 所定の撮像対象物について、近赤外光波長帯域に属する蛍光波長帯域、及び、可視光波長帯域での像を生成する硬性鏡ユニットと、
前記硬性鏡ユニットと接続される硬性鏡用光学系と、前記可視光波長帯域での像が結像する可視光用撮像素子と、前記蛍光波長帯域での像が結像する蛍光用撮像素子と、を有し、前記蛍光波長帯域及び前記可視光波長帯域での前記撮像対象物の撮像画像を生成する撮像ユニットと、
を含み、
前記硬性鏡用光学系は、
前記蛍光波長帯域及び前記可視光波長帯域のそれぞれの波長帯域における像を、所定の撮像素子へと結像させる結像光学系と、
前記結像光学系により結像される光の光路を可視光波長帯域の光路と蛍光波長帯域の光路とに分離するダイクロイック膜を有する色分離プリズム光学系と、
を備え、
前記可視光用撮像素子及び前記蛍光用撮像素子は、前記色分離プリズム光学系を経て前記可視光用撮像素子に結像する可視光用光路の光路長と、前記色分離プリズム光学系を経て前記蛍光用撮像素子に結像する蛍光用光路の光路長との光路差が、前記結像光学系によって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量に対応するように配設されており、
前記結像光学系は、前記結像光学系の焦点距離をf[mm]とし、前記結像光学系から撮像素子までの空気換算光学長をFb[mm]としたときに、前記焦点距離及び前記空気換算光学長が、以下の式(1)で表される条件を満足し、
Fb/f > 0.72 ・・・式(1)
前記結像光学系は、物体側から像側に向かう順に、
絞りと、正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、を少なくとも有しており、
前記第1レンズ群は、物体側から像側に向かう順に、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するレンズと、少なくとも1つの正の屈折力を有するレンズと、を有しており、
前記第2レンズ群は、物体距離に応じて焦点を合わせるフォーカス群であり、
前記結像光学系から前記色分離プリズム光学系までの空気換算光学長をL[mm]としたときに、以下の式(2)で表される条件を満足する内視鏡システム。
1.4 < L/f < 1.8 ・・・式(2)
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