JPS6026918A - 内視鏡用対物光学系 - Google Patents

内視鏡用対物光学系

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JPS6026918A
JPS6026918A JP58134872A JP13487283A JPS6026918A JP S6026918 A JPS6026918 A JP S6026918A JP 58134872 A JP58134872 A JP 58134872A JP 13487283 A JP13487283 A JP 13487283A JP S6026918 A JPS6026918 A JP S6026918A
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prism
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endoscope
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JP58134872A
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Ryoichi Doi
良一 土居
Toshiro Kishikawa
岸川　利郎
Yasumasa Sunaga
須永　康正
Takashi Miyano
俊 宮野
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Fujinon Corp
Original Assignee
Fujinon Corp
Fuji Photo Optical Co Ltd
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    • G02B5/04—Prisms

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、撮像デバイスとして固体撮像素子を用いた内
視鏡の対物光学系に関するものである。
近年、自己走査機能を持つＣＣＤなどの電荷転送素子を
、多数の受光素子を面板上にマトリクス配置したものと
組み合わせた所謂固体撮像素子の実用化が活発に行なわ
れてきている。また固体撮像素子自体の改良も盛んに行
なわれ、そのチップサイズとしても数ミリ四方のものま
で提供されている。
このような背景から、このような固体撮像素子を内祝使
先端部に組み込んで使用しようとする試みも、例えば特
開昭５５−５４９３３号公報で知られるような形態でな
されている。第１図はこのような従来例の一例を示すも
ので、１は固体撮像素子、ｂは対物レンズ系で、固体撮
像素子１の受光面１Ａは、対物レンズ系の光軸Ｏに垂直
に、その結像面（×印で示す。）に一致して配設される
。この構成は確かに簡略ではあるが、内視鏡先端部とし
ては欠点がある。というのは、内視鏡先端部は周知のと
おシ、食道、胃、腸あるいは気管などの体腔、細管内に
挿入使用されることから、外径を細くしたいという要求
があるのに対し、第１図の構成では固体撮像素子１の外
形寸法に制限されあまり細くできない。しかも固体撮像
素子として第１図に示したもののように、受光部１Ａの
外に信号電荷を一時的に蓄積するための蓄積部１Ｂを備
えるものではさらに事態は悪化する。さらに内視鏡本体
内には、前記光軸０に沿う方向に照明用ライトガイド、
送気、送水パイプ、鉗子チャンネルなどが設けられるの
で、図示の形態で固体撮像素子面板が配置されることは
設計自由度を著しく阻害することにもなる。
このような観点から第２図に示した構成、すなわち固体
撮像素子１を内視鏡の長手方向に沿うように配置するこ
とが提案されている。
なお第２図中２は光軸０を折り曲げるだめの光路変換プ
リズムである。かかる構成によれば、固体撮像素子１の
機械的寸法からくる先端部形状の拡大化が回避できるこ
とになる。
ところで内視鏡対物光学系においては、観察視野を広く
するために広角化光学系が利用される。これは例えば第
２図に示すような、前群発散レンズ系ＬＡ、後群収斂レ
ンズ系ＬＢよりなるレトロフォーカス型光学系で実現さ
れる。しかしながら、図から明らかなように、本発明の
対象である第２図の構成においては、第１図のものと異
なり対物光学系と固体撮像素子との間に光路変換プリズ
ムが配置されるため、光学系のバックフォーカスを長く
する必要がある。また、第２図の構成を現実のものとし
て実現するためには、広角化に寄与する前群発散レンズ
系ＬＡの外径を小さくし、また、光路変換プリズム２の
形状を小さくするために、対物光学系の射出瞳位置を後
群レンズ系ＬＢの射出面を基準にして物体側にすること
が好ましい。さらに対物光学系の長さ方向での寸法もコ
ンパクト化することが要求される。
本発明は以上に述べたような、対物光学系に要求される
諸元を満足し得る内視鏡対物光学系を提供することを目
的とする。
以下、図面に従い本発明の実施例について詳述する。
第３図は本発明対物レンズを示す基本構成図で、ｈは前
群発散レンズ系、ｈは後群収斂レンズ系、ｐ、ｐ’はそ
れぞれ物点位置、像点位置を示すものである。
一般に第３図のような２群構成の対物レンズ系の合成焦
点距離ｆは、次式で表せる。
ｆＩ：前群レンズ系焦点距離 ｆ、：後群レンズ系焦点距離 ｄ：前群と後群の主点間隔 一方第３図より次式が導かれる。
ｌ　ｆｌ　ｌ　ｌ　βｌ＝ｆ・・−・・・・・・・・イ
２）β：後群の結像倍率 ｆ、：前群の焦点距離 ｆ：全系の焦点距離 前群レンズ系Ｌ１の後側主点Ｈ７と後群レンズ系Ｌ！の
前側焦点Ｆｔの間隔をｅ　（ｅ＞ｏ）とすれば、 で表される。上記（２）および（３）式から前群レンズ
系Ｌ１の外径Φ１は で表わされる。一方対物レンズ系のバックフォーカスは
１βｌｆｔに関係する。
（４）式において、結像画面寸法りは、固体撮像素子の
撮像有効画面寸法により、先に決定されるので、前群ｌ
／ンズ例径Φ１を決める要因としては、１ｆ、１／ｆお
よびｆ／ｆ、である。従って前群レンズ外径Φ１を小さ
くするためにはまず第１に、１ｆｌｌ／ｆが小さいほど
望ましいが、（２）式より明らかなように１β１が逆比
例して増大する。このことは対物レンズ光学系の全長り
が長くなることを意味し、これを内視鏡に用いた場合先
端硬性部が長くなり患者に苦痛を与えるので１ｆｌｌ／
ｆを無制限に小さくすることは現実的でない。さらに外
径の制約もあるため、全長が長くなると充分な周辺光量
が得られにくくなり、好ましいことではない。
このような理由から、実際上１ｆ１１／ｆの下限として
ｏ、ｓ＜ｌｆ、　ｌ／ｉが望ましい。一方、前群レンズ
外径Φ１を大きくせず、また対物レンズ系のバックフォ
ーカスを極端に短かくしないだめにＩ　ｆｌ　ｌ／ｆ≦
１．５が好ましい。従って前群レンズ外径Φ１を小さく
シ、対物レンズのバックフォーカスを好ましい長さにす
る第１の条件として ０．８　＜　ｌ　ｆｓ　ｌ／ｆ≦１．５が望ましい。
次に前群レンズ外径Φ□を小さくする２番目の要素とし
て、ｆ／ｆ、が大なること、すなわちｆ２／ｆが小なる
ことが好ましい。
しかしながら（３）式よｆｉｌ＜ｆ、／ｆとなる。
一方、前群レンズ外径Φ１を小さく保ち、かつ対物レン
ズ系全長りを長くしすぎないためには、ｆｚ／ｆ≦１．
５が望ましい。従って前群レンズ外径Φ１を小さくし、
対物レンズ系全長を長くしすぎない第２の条件として １〈ｆ２／ｆ≦１．５ が望ましい。
まだ内視鏡先端部のコンパクト化のためには、第２図に
おける光路変換プリズム２の屈折率Ｎｐを大きくして光
路長を節約することが好ましく、第３の条件として、 Ｎｐ　＞　１．７ が望ましい。
なお第３図において、明るさ絞りＳは後群収斂レンズＬ
、の前側焦点近傍に配置され、テレ七ントリック系から
大きくかけ離れていない。従って光路変換プリズムをこ
のレンズ系後方に配置するにｈｆｃυ、プリズムの大き
さ、特に入射面の大きさを節約できる。
また、具体的実施態様として前述した第１〜３の各条件
をそれぞれ１．１６．１，４０．１．８８３にして良好
表結果が得られておυ、バックフォーカスが１．４６ｆ
、画角２θとしても１１５°が達成されている。
ところで、第２図に示した構成において固体撮像素子１
とプリズム２の射出面が結像面に近くなるため、プリズ
ム射出面上のゴミ、（９） キズ等が像質を劣化させる要因となシやすく好ましく女
い。従ってこれら両部材が近接する場合、これらを接着
してゴミ、キズ等の影響を未然に防ぐようにすることが
好ましい。
このように両部材を接着するにあたシ、接着剤の屈折率
を考慮すれば、プリズム射出面からの不要反射光が低減
でき、ゴースト、フレアなどによる像質の劣化も防ぐこ
とができる。
また第２図、第３図に示した本発明光学系においてピン
ト調整を行なう場合、前群発散レンズ系あるいは後群収
斂レンズ系を光軸方向に移動させることで可能であシ、
これらのレンズ群をそれぞれ複数に分割し、適宜のレン
ズを移動させるようにすることも光学設計上種々可能で
ある。
第４図、第５図はそれぞれ本発明の他の実施例を示すも
ので、第４図では前群発散レンズ系と後群収斂レンズ系
との間に平行平面板１０を挿入し、前群発散レンズ系の
外径を増加させること彦く広角化するようにしたもの。
（１０） であり、第５図では第４図実施例のもつ作用と共にこれ
を側視内視鏡に適用すべく、直角プリズム２０を利用し
たものである。また、第４図、第５図中に破線部Ｃとし
て図示したように、光路変換プリズム２の後方スペース
を利用し、この部分に固体撮像素子１の駆動のための駆
動回路部、あるいは信号出力をＡ／Ｄ変換する必要のあ
る場合にはそのだめのコンバータその他の回路素子など
を収納することができる。さらに、これまで述べてきた
実施例では、光路変換プリズムとして、９０゜の光路変
換（第５図における角度γ）を前提として述べてきたが
必ずしもこれに限定されず、光軸、固体撮像素子の配置
形態に応じて若干の変東を行なってもよい。
なお、第２図あるいは第４図の実施例ではけ記録が可能
となる。
以上に詳述してきたように、本発明によれ（１１） ば固体撮像素子を先端部に内蔵した内視鏡に好適な対物
光学系が得られ、広角化対物レンズ系であシながら先端
外径を縮小化し、かつ光路変換プリズムを挿入するのに
適したバックフォーカスを与えると共にコンパクトな構
成が達成できるものである。なお、本発明光学系のもつ
特徴は必ずしも生体内に挿入される内視鏡のみならず、
工業用内視鏡などについても同様の効果を発揮できるこ
とは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来技術の一例を示す対物光学系の構成図であ
る。 第２図は本発明の適用対象とされる対物光学系の一例を
示す構成図である。 第３図は本発明対物レンズ系の基本構成図である。 第４図、第５図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す構
成図である。 Ｌｏ・・・・・・対物レンズ系、ＬＡ、Ｌｌ・・・・・
・前群発（１２） 散レンズ系、ＬＢ、　Ｌ、・・・・・・後群収斂レンズ
系、Ｓ・・・・・・明るさ絞シ、１・・・・・・固体撮
像素子、２・・・・・・光路変換プリズム。 （１３） ６４図 Ｉ 躬５図 手続補正書く自発） 昭和５８年１２月）ｙ口 斗の表示　昭和５８年特許願第１３４８７２５２、発明
の名称　内視鏡対物光学系 “　′″−工をする者 および「図面」 ５、補正の内容　（１）願書を別紙の通り補正します（
２）明細書および図面の浄書（内容に変更なし）手続補
正書（自発） 昭和５９年　１月ユ３０ ！− １、事件の表示　昭和５８年特許願第１３４８７２号２
、発明の名称　内視鏡用対物光学系 ３、補正をする者 ５、補正の対象　明細書の「発明の詳細な説明」の欄６
、補正の内容 （１）明細書第９頁第２行 「好ましく、第３の条件として、」とあるを「好ましい
こと　、またレンズ　Ｌｏからプリズム２に入射する光
束をプリズム２の反射面で容易に全反射させて光束を有
効に結像面に導くための第３の条件として、」と補正し
ます。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 前群発散レンズ系、明るさ絞り、後群収斂レンズ系、プ
    リズムの順に構成されるレトロフォーカス型対物レンズ
    系の結像面に自己走査型固体撮像素子を配設すると共に
    、前記対物レンズ系が以下の各条件を満足する内視鏡用
    対物光学系。 （ｉ）　ｏ、ｓ＜　Ｉｆ＋ｌ　／　ｔ≦１．５（２）　
    １＜　ｉｔ　／ｌ≦１，５ （３）　Ｎ　ｐ　）　１．７ ただし上式において ｆは全系の合成焦点距離 ｆ、は前群発散レンズ系の合成焦点距離ｆ！は後群収斂
    レンズ系の合成焦点距離Ｎｐはプリズムの屈折率 とする。
JP58134872A 1983-07-23 1983-07-23 内視鏡用対物光学系 Pending JPS6026918A (ja)

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