KR101594957B1

KR101594957B1 - 캡슐형 내시경용 촬상광학계

Info

Publication number: KR101594957B1
Application number: KR1020117021965A
Authority: KR
Inventors: 토모유키 바바; 히토시 미야노
Original assignee: 후지필름 가부시키가이샤
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2016-02-17
Also published as: KR20110137780A; CN102369472B; WO2010110349A1; EP2413176A4; US8542444B2; US20120016199A1; EP2413176A1; JP2010246906A; CN102369472A; JP5412348B2

Abstract

화각을 넓게 함과 아울러 화각 전역에 있어서 상면을 촬상면 부근에 맞춘다.
캡슐형 내시경(10)은 오목형상 반구면의 물체(12)를 촬상하는 촬상광학계(20)를 구비하고 있다. 촬상광학계(20)는 -5≤ΔZr/ΔZp≤5를 충족시키고 있다. 여기에서, 최대 반화각을 ωmax라고 했을 때, ΔZr은 2ωmax의 광속에 대한 실상면 위치와, ωmax의 광속에 대한 실상면 위치의 차를 나타내고 있고, ΔZp는 물체(12)와 2ωmax의 주광선의 교점(P1)을 지나고 광축(XP)에 수직인 평면을 가상 물체면(24)으로 했을 때의 근축 상면 위치와, 피사체(12)와 ωmax의 주광선의 교점(P2)을 지나 광축(Xp)에 수직인 평면을 가상 물체면(25)으로 했을 때의 근축 상면 위치의 차를 나타내고 있다.

Description

캡슐형 내시경용 촬상광학계{IMAGE-CAPTURING OPTICAL SYSTEM FOR CAPSULE ENDOSCOPE}

본 발명은 체내에 삼켜져서 사용되는 캡슐형 내시경의 촬상광학계에 관한 것이다.

최근의 의료(醫療) 분야에 있어서는 긴 삽입부의 선단에 촬상장치를 설치한 삽입형 내시경 외에, 캡슐 내에 촬상장치를 수납한 캡슐형 내시경을 이용한 진단이 행해지고 있다. 캡슐형 내시경은 피검자가 삼킬 수 있는 사이즈이기 때문에 삽입형 내시경과 같이 삽입부를 삼킬 때의 환자의 부담이나 삽입부를 장시간 체내에 계속해서 삽입하는 것에 의한 환자의 부담이 없어진다고 하는 이점을 갖는다.

캡슐형 내시경은 체내에 삼켜진 후에 관 형상의 경로를 따라 진행하기 쉽도록 선두 부분의 투명 커버가 돔 형상으로 정형되고, 이 투명 커버에 원통 형상의 캡슐 본체부가 연결되어 있다. 촬상광학계의 광축은 투명 커버의 중심을 지나도록 설계되는 것이 통상이며, 따라서 촬상광학계에는 광축에 가까운 광속(光束) 뿐만 아니라 투명 커버의 주변부를 통해서 큰 입사각을 가진 광속도 입사된다. 그리고, 광축 상에서는 물체(피사체) 거리가 멀어지고, 촬상의 화각이 커질수록 물체 거리가 가까워지는 경향을 가지기 때문에, 평면 형상의 피사체를 광축에 수직인 평면 형상의 촬상면에 결상시키는 통상의 촬상광학계에서는 양호한 결상을 얻을 수 있는 범위가 매우 한정되어 버린다.

이러한 사정으로부터, 특허문헌 1에서 알 수 있는 바와 같이 광화각의 촬상광학계가 알려져 있지만, 피사체의 주변 부분에 초점이 맞도록 광학 설계하면 중심 부분이 피사계 심도의 범위 밖으로 되어서 흐려져 버리고, 반대로 중심 부분을 중시해서 초점을 맞추면 주변 부분이 피사계 심도의 범위 밖으로 되어 주변 부분이 흐려져 버린다. 이 문제에 대하여 특허문헌 2 및 특허문헌 3에 나타내어지는 촬상광학계는 화면 중심 및 최대 화각에 있어서 상면을 촬상면 부근에 맞춤으로써 피사체의 중심 부분 뿐만 아니라 주변 부분을 포함하는 피사체 전체를 피사계 심도 내에 수용하도록 고안되어 있다.

일본 특허공개 2006-61438호 공보 일본 특허 4128504호 공보 일본 특허 4128505호 공보

캡슐형 내시경에서는 반드시 광축 근방으로부터의 광속 뿐만 아니라, 투명 커버의 주변부를 통해서 광축에 큰 각도로 입사되어 오는 광속도 진단 상에서 유익한 정보를 많이 포함하기 때문에 촬상광학계에는 광화각화가 요구된다. 이 점, 상기 특허문헌 2 및 특허문헌 3의 촬상광학계는 캡슐형 내시경에 요구되는 화각과 물체 거리의 관계가 최적화되어는 있지만, 화각이 최대에서도 113.6°로 아직 불충분하다. 또한, 상기 선행문헌 기재의 광학계는 프론트 조리개를 채용하고 있기 때문에 물체측의 렌즈의 외경을 작게 억제하는 점에서는 유리하지만, 조리개의 두께에 의해 광선에 비네팅(vignetting)이 생기거나, 또는 조리개 직후의 렌즈면의 곡률반경이 크기 때문에 보다 광각화했을 때의 광량 손실이 커진다는 결점이 있다.

촬상광학계에 오목면을 향한 물체를 광축에 수직인 평면 형상의 촬상면에 결상시키기 위해서는 광학계로서는 네거티브의 상면만곡을 발생시키면 좋다. 또한, 이와 같이 상면만곡을 컨트롤하기 위해서는 3차 수차 계수에 의해 페츠발 합(Petzval sum)을 포지티브의 값으로 크게 하면 좋다. 이러한 네거티브의 상면만곡을 가지는 광학계를 얻기 위해서는 광학계를 구성하는 포지티브 렌즈(positive lens)에 저굴절율재를 사용하고, 네거티브 렌즈(negative lens)에 고굴절율재를 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, 1회 사용을 기본으로 하는 캡슐형 내시경의 촬상광학계에는 저비용화를 위해서 플라스틱 렌즈가 사용되는 것을 고려하면 고굴절율재가 얻기 어려워져서 페츠발 합의 조정이 어렵게 된다. 또한, 렌즈 매수를 늘려서 페츠발 합의 조정에 자유도를 가지게 하는 것은 가능하지만, 광학계의 전체 길이가 길어져서 캡슐의 장대화를 피할 수 없고, 삼켜서 사용되는 캡슐형 내시경에는 채용하기 어렵다.

본 발명은 이상의 배경을 고려해서 이루어진 것으로서, 화각을 넓게 함과 아울러 화각 전역에 있어서 상면을 광축에 수직인 촬상면의 근방에 맞춤으로써 촬상광학계를 향해서 오목면 형상으로 만곡된 물체 전체를 거의 피사계 심도 내에 수용할 수 있도록 한 캡슐형 내시경용 촬상광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 촬상광학계는 촬상 대상이 되는 물체를 오목면 형상으로 하고, 이 물체에 정대향시켜서 촬상했을 때 -5.0≤ΔZr/ΔZp≤5.0의 조건을 만족시키도록 구성되어 있다. 단, 상기 ΔZr은 최대 화각(2ωmax)의 광속에 대한 실상면 위치와 반화각(ωmax)의 광속에 대한 실상면 위치 차를 나타내고, 또한 상기 Zp는 상기 물체와 2ωmax의 주광선의 교점을 지나 광축에 수직인 평면을 가상 물체면으로 했을 때의 근축 결상 위치와, 상기 물체와 ωmax의 주광선의 교점을 지나 광축에 수직인 평면을 가상 물체면으로 했을 때의 근축 결상 위치의 차를 나타내는 것이다. 이 조건은 바람직하게는 최대 화각(2ωmax)을 135° 이상으로 한 광학계에 적합하다. 한편, 광학계의 최대 화각(2ωmax)을 120°로 할 경우에는 앞의 조건 상·하한값을 -0.5≤ΔZr/ΔZp≤0.5로 좁혀 두는 것이 바람직하다.

이와 같이 ΔZr/ΔZp의 값에 대해서 조건이 바뀌는 이유는 이하와 같다. 촬상광학계의 피사계 심도는 일반적으로 착란원의 지름에 의해 정의된다. 그러나, 실제 상은 원거리의 물체일수록 상면 상에서는 소사이즈의 화상으로 되어서 미세한 해상력이 요구되는 것에 대해, 근거리의 물체일수록 상 배율이 커지기 때문에 원거리측 만큼의 해상력은 요구되지 않는다. 본 발명의 촬상광학계는 물체거리가 가까워질수록 광선의 입사각이 커지고, 물체거리가 멀어질수록 광선의 입사각이 작아진다고 하는 캡슐 내시경 특유의 사용 형태를 고려한 설계로 되어 있다. 따라서, 촬영 화각이 좁아질수록 촬상 화면 내에는 원거리 물체가 많이 포함되고, 높은 해상력도 요구되게 되기 때문에 상기 ΔZr/ΔZp의 조건은 좁게 해 둘 필요가 있다.

디스토션을 마이너스측으로 크게 해서 광학계의 광화각화를 도모하는 것은 가능하지만, 본 발명과 같이 화상 주변부의 근거리 물체를 양호하게 촬상하려고 해도 디스토션에 의해 화상이 크게 변형되어 상 배율도 저하되어 버리기 때문에 입사각이 큰 근거리 물체로부터의 광속에 대한 결상 성능을 충분히 높이는 것이 어렵게 된다. 이 점, 본 발명의 촬상광학계에 있어서는 임의의 화각(ω)에 대한 상높이를 Y(ω), 화각(ω)의 미소 변위량을 Δω라고 했을 때, 0.7<(Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)의 관계가 충족되도록 하고 있기 때문에, 디스토션에 의한 화상의 변형도 실용상 문제 없는 정도로 억제되고, 양호한 결상 성능이 얻어지고 있다.

본 발명의 촬상광학계 특유의 상면만곡을 얻기 위해서는 가장 물체측에 가까운 위치에 물체에 볼록면을 향한 네거티브 렌즈를 사용하는 것이 바람직하고, 적어도 그 물체측의 면을 비구면으로 함과 아울러 가장 상면측에 가까운 위치에 설치한 포지티브 렌즈의 적어도 어느 하나의 면을 비구면으로 해 두는 것이 비용면, 광학계 전체 길이의 단축화의 점에서 유리하게 된다. 또한, 상기 네거티브 렌즈의 물체측으로 향해진 볼록면으로서는, 반드시 정점이 가장 돌출된 볼록면이 아니어도 좋고, 예를 들면 근축 영역에서는 오목면이여도 외주측이 상면측에 근접하도록 만곡된 비구면이어도 좋다.

가장 물체측에 이러한 네거티브 렌즈를 사용함으로써 주변으로부터 큰 각도로 입사된 광선도 최초의 네거티브 파워에 의해 광축에 대하여 작은 각도로 출사되어 조리개로의 입사각도 작아지기 때문에, 프론트 조리개를 가지는 광학계와 비교해서 조리개의 두께에 의한 광량 손실도 억제되게 된다. 이 네거티브 렌즈의 배후에는 복수의 렌즈로 구성되어 전체적으로 포지티브의 파워를 가지는 포지티브 렌즈군이 설치되지만, 이 포지티브 렌즈군 중의 가장 물체측에 위치하는 렌즈와 가장 상면측에 위치하는 렌즈를 포지티브 렌즈로 구성해서 포지티브의 파워를 분산시켜 두면, 상기 네거티브 렌즈에서 발생한 수차를 보정하면서 상면만곡을 용이하게 조정하는 것이 가능해진다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면 화각을 넓게 함과 아울러 화각 전역에 있어서 상면을 광축에 수직인 촬상면 근방에 맞춤으로써 피사체 전체를 피사계 심도 내에 수용할 수 있고, 병변부가 피사체의 어느 위치에 있어도 흐림이 없는 선명한 병변부의 화상을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 캡슐형 내시경을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 캡슐형 내시경을 광축 둘레로 90도 회전시켰을 때의 단면도이다.
도 3은 캡슐 내의 4개의 LED의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 [수1]에 관한 설명도이다.
도 5(A)는 오목형상 반구면의 피사체 상에 부여된 동심원을, 도 5(B)∼도 5(E)는 도 5(A)의 동심원을 촬상했을 때의 화상을 나타내는 설명도이다.
도 6은 실시예 1의 촬상광학계를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 7은 실시예 1의 촬상광학계의 수차도이다.
도 8은 실시예 1의 촬상광학계의 디스토션을 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예 2의 촬상광학계를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 10은 실시예 2의 촬상광학계의 수차도이다.
도 11은 실시예 2의 촬상광학계의 디스토션을 나타내는 그래프이다.
도 12는 실시예 3의 촬상광학계를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 13은 실시예 3의 촬상광학계의 수차도이다.
도 14는 실시예 3의 촬상광학계의 디스토션을 나타내는 그래프이다.
도 15는 실시예 4의 촬상광학계를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 16은 실시예 4의 촬상광학계의 수차도이다.
도 17은 실시예 4의 촬상광학계의 디스토션을 나타내는 그래프이다.
도 18은 실시예 5의 촬상광학계를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 19는 실시예 5의 촬상광학계의 수차도이다.
도 20은 실시예 5의 촬상광학계의 디스토션을 나타내는 그래프이다.
도 21은 실시예 6의 촬상광학계를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 22는 실시예 6의 촬상광학계의 수차도이다.
도 23은 실시예 6의 촬상광학계의 디스토션을 나타내는 그래프이다.
도 24는 실시예 7의 촬상광학계를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 25는 실시예 7의 촬상광학계의 수차도이다.
도 26은 실시예 7의 촬상광학계의 디스토션을 나타내는 그래프이다.
도 27은 실시예 8의 촬상광학계를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 28은 실시예 8의 촬상광학계의 수차도이다.
도 29는 실시예 8의 촬상광학계의 디스토션을 나타내는 그래프이다.
도 30은 실시예 9의 촬상광학계를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 31은 실시예 9의 촬상광학계의 수차도이다.
도 32는 실시예 9의 촬상광학계의 디스토션을 나타내는 그래프이다.
도 33은 실시예 10의 촬상광학계를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 34는 실시예 10의 촬상광학계의 수차도이다.
도 35는 실시예 10의 촬상광학계의 디스토션을 나타내는 그래프이다.
도 36은 실시예 11의 촬상광학계를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 37은 실시예 11의 촬상광학계의 수차도이다.
도 38은 실시예 11의 촬상광학계의 디스토션을 나타내는 그래프이다.
도 39는 실시예 12의 촬상광학계를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 40은 실시예 12의 촬상광학계의 수차도이다.
도 41은 실시예 12의 촬상광학계의 디스토션을 나타내는 그래프이다.
도 42는 실시예 13의 촬상광학계를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 43은 실시예 13의 촬상광학계의 수차도이다.
도 44는 실시예 13의 촬상광학계의 디스토션을 나타내는 그래프이다.
도 45는 실시예 14의 촬상광학계를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 46은 실시예 14의 촬상광학계의 수차도이다.
도 47은 실시예 14의 촬상광학계의 디스토션을 나타내는 그래프이다.
도 48은 실시예 15의 촬상광학계를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 49는 실시예 15의 촬상광학계의 수차도이다.
도 50은 실시예 15의 촬상광학계의 디스토션을 나타내는 그래프이다.

도 1에서는 선두 부분만을 나타내고 있지만, 캡슐형 내시경(10)은 피검자가 용이하게 삼킬 수 있도록 직경이 10밀리 전후, 길이가 20수밀리 정도 사이즈의 캡슐 형상으로 덩어지고, 피검자가 삼키고나서 체외로 배출할 때까지의 동안에 위나 장의 내부 등을 일정한 시간마다 촬상한다. 캡슐형 내시경(10)에 장착된 본 발명의 촬상광학계는 물체(피사체)(12)가 오목형상의 반구면인 것을 상정하고, 그 물체를 광축에 수직인 평면에 양호하게 결상시키는 기능을 갖고 있다. 또한, 물체(12)는 반드시 정확한 오목형상의 반구면이 아니어도 좋고, 기타 오목형상의 곡면 형상이어도 좋다.

도 2는 캡슐형 내시경(10)을 중심축의 둘레로 90°회전시킨 상태를 나타낸다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 캡슐형 내시경(10)은 후단측이 막혀진 불투명한 캡슐 본체(22)의 전단측을 돔 형상의 투명 커버(23)로 막은 캡슐(13)이 외장(外裝)으로 되고, 그 내부에 커버 유리(21)에 의해 전면이 덮여진 에리어형의 촬상소자(14)와, 조명 광원이 되는 제 1 LED∼제 4 LED(Light Emitting Diode)(15∼18)와, 촬상광학계(20)가 장착되어 있다. 캡슐(13) 내에는 또한 촬상소자(14)를 구동하는 전지나 촬상소자(14)에서 얻어진 화상신호를 피검자의 주위에 부착한 수신기에 송신하는 안테나(모두 도시생략) 등이 수납되어 있다. 촬상광학계(20)는 파워가 없는 투명 커버(23)를 통해서 얻어진 피사체광을 촬상소자(14)의 촬상면 상에 결상시킨다.

캡슐형 내시경(10)을 투명 커버(23)를 통해서 정면으로 본 모양을 도 3에 나타낸다. 도 3에 나타내는 바와 같이 제 1 LED∼제 4 LED(15∼18)는 촬상광학계(20)의 둘레에 약 90° 피치로 이간해서 설치되어 있다. 제 2 LED 및 제 4 LED(16, 18)는 촬상광학계(20)의 광축(XP)의 방향에 관하여, 제 1 LED 및 제 3 LED(15, 17)보다 촬상소자(14)측으로 어긋나져 있다. 제 1 LED 및 제 3 LED(15, 17)는 그 조명 광축(X1, X3)이 촬상광학계(20)의 광축(XP)과 평행해지도록 설치되어 있고, 주로 피사체(12)의 중심 및 그 주변을 포함하는 피사체(12)의 중심 부분을 조명한다. 또한, 제 2 LED 및 제 4 LED(16, 18)는 그 조명 광축(X2, X4)이 촬상광학계(20)의 광축(XP)에 대하여 일정한 각도로 비스듬해지도록 설치되어 있고, 주로 피사체(12)의 중심 부분부터 단부까지를 포함하는 피사체(12)의 주변 부분을 조명한다. 이것에 의해, 오목형상 반구면의 피사체(12)의 거의 전체에 걸쳐 조명광을 편차 없이 균일하게 조사할 수 있다. 또한, 캡슐(13) 내에서 각 LED(15∼18)로부터 광을 조사해도 플레어(flare)가 생길 일은 없다.

도 4에 나타내는 바와 같이 촬상광학계(20)는 피사체(12)측으로부터 순차적으로, 제 1 렌즈(L1), 개구 조리개(S6), 제 2 렌즈(L2), 제 3 렌즈(L3), 제 4 렌즈(L4), 제 5 렌즈(L5)로 구성되어 있다. 또한, 도 4에서는 도면의 복잡화를 피하기 위해서 LED(15∼18)에 대해서는 도시를 생략하고, 투명 커버(23)에 대해서는 그 표면을 2점 쇄선으로 나타냈다. 이 촬상광학계(20)는 네거티브의 상면만곡을 갖고, 오목면 형상의 물체(12)를 광축(Xp)에 수직인 촬상면 상에 양호하게 결상시키는 작용을 갖는다. 이러한 결상 성능을 얻기 위해서 촬상광학계(20)는 기본적으로 제 1 렌즈(L1)가 물체(12)에 볼록면을 향한 네거티브 렌즈로 구성되고, 바람직하게는 이 제 1 렌즈(L1)의 적어도 물체측의 면이 비구면으로서 설계되며, 또한 제 5 렌즈(L5) 중 어느 하나의 면도 비구면으로 되어 있다.

또한, 최대 화각(2ωmax)의 광속에 대한 광축(Xp) 상에서의 실상면 위치와, 최대 반화각(ωmax)의 광속에 대한 광축(Xp) 상에서의 실상면 위치의 차가 작을수록 결상 성능으로서는 바람직하고, 또한 물체(12)와 최대 화각(2ωmax)의 주광선의 교점(P1)을 통과하여 광축(Xp)에 수직인 가상 평면(24)의 근축 결상 위치(26, 27) 중 어느 한쪽과, 물체(12)와 최대 반화각(ωmax)의 주광선의 교점(P2)을 지나 광축(Xp)에 수직인 가상 평면(25)의 근축 결상 위치(26, 27) 중 어느 다른쪽의 차가 작을수록 결상 성능으로서 바람직하다. 특히, 촬상광학계(20)의 최대 화각(2ωmax)이 120°이상일 때에는 이하의 [수1]을 만족시키도록 설계된다.

[수1]

[수1]식 중의 ΔZr, ΔZp는 촬상광학계(20)의 최대 화각을 2ωmax, 최대 반화각을 ωmax라고 했을 때, 이하를 나타낸다.

ΔZr : 2ωmax의 광속에 대한 실상면 위치와, ωmax의 광속에 대한 실상면 위치의 차

ΔZp : 피사체(12)와 2ωmax의 주광선의 교점(P1)을 지나고 광축(XP)에 수직인 평면을 가상 물체면(24)으로 했을 때의 근축 상면 위치와, 피사체(12)와 ωmax의 주광선의 교점(P2)을 지나고 광축(XP)에 수직인 평면을 가상 물체면(25)으로 했을 때의 근축 상면 위치의 차

촬상광학계(20)가 [수1]식을 만족시킴으로써 상면만곡이 충분하게 보정됨과 아울러 오목형상 반구면의 중심 부분과 주변 부분을 포함하는 물체(12)의 전체가 촬상광학계(20)의 피사계 심도 내가 된다. 따라서, 화상의 중심 부분 및 주변 부분 모두 초점이 맞은 선명한 화상을 촬상할 수 있기 때문에 화상의 주변 부분에 병변부가 있었다고 해도 병변부를 확실하게 발견할 수 있다.

ΔZr/ΔZp가 -0.5보다 작아지면 촬상광학계(20)의 상면만곡의 영향에 의해 2ωmax의 광속에 의한 실상면 위치가 ωmax의 광속에 의한 실상면 위치보다 물체측으로 크게 벗어나 버린다. 한편, ΔZr/ΔZp가 0.5보다 커지면 물체(12)가 오목형상의 곡면형상인 영향에 의해 2ωmax의 광속에 의한 실상면 위치가 ωmax의 광속에 의한 실상면 위치보다 물체면과 반대측으로 크게 벗어나 버린다. 어느쪽의 경우도 2ωmax의 광속에 의한 실상면과 ωmax의 광속에 의한 실상면이 광축(Xp) 방향으로 크게 벗어나 버리기 때문에 그 쌍방을 광축(Xp)에 수직인 촬상 평면 상에 양호하게 결상시킬 수 없어지기 때문에, 최대 화각(2ωmax)이 120°이상인 촬상광학계(20)에서는 ABS(ΔZr/ΔZp)≤0.5의 조건을 만족시키도록 하는 것이 좋다. 또한, ABS는 ( )내의 값의 절대치를 나타낸다.

촬상광학계(20)의 최대 화각(2ωmax)을 더욱 넓혀, 이것을 135° 이상으로 할 경우에는 ABS(ΔZr/ΔZp)의 값을 완화하는 것이 가능해지고, 다음 수식[수2]을 만족시키는 범위 내에서 설계할 수도 있다.

[수2]

또한, 상기 식에 있어서의 ΔZr, ΔZp가 나타내는 의미는, 상술의 [수1]과 공통이다. 그리고, ΔZr/ΔZp가 하한값 -5.0보다 작아졌을 경우, 또는 ΔZr/ΔZp가 상한치 5.0보다 커졌을 경우에는 [수1]에 있어서의 ΔZr/ΔZp가 하한값 -0.5보다 작아졌을 경우, ΔZr/ΔZp가 상한치보다 커졌을 경우와 각각 공통의 경향을 나타내기 때문에, 최대 화각(2ωmax)이 135°이상인 촬상광학계(20)에서는 ABS(ΔZr/ΔZp)≤5.0의 조건을 만족시키도록 하는 것이 좋다.

또한, 촬상광학계(20)는 최대 화각(2ωmax)이 120°이상 또는 135°이상의 어느 경우이여도 화각 ω일 때의 상높이를 Y(ω)로 했을 때에 이하의 [수3]식을 만족시키도록 설계되어 있다. 또한, 화각 45°이하의 조건 하에서 [수3]을 만족시키도록 하여도 좋다.

[수3]

[수3]의 「Y(ω+Δω)-Y(ω)」은 화각을 ω로부터 Δω만큼 미소 변화시킨 화각 ω+Δω일 때의 상높이 Y(ω+Δω)와, 화각 ω일 때의 상높이 Y(ω)의 차분을 나타내고 있다. 또한, [수3]의 「Y(Δω)」은 화각을 0°로부터 Δω만큼 미소 변화시킨 화각 Δω일 때의 상높이 Y(Δω)와, 화각 0°일 때의 상높이 Y(0)의 차분 Y(0+Δω)-Y(0)을 나타내고 있고, Y(0)=0이기 때문에 Y(0+Δω)-Y(0)=Y(Δω)로 된다. 따라서, [수3]의 「(Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)」은 화상의 중심 부분에 대하여 화상의 주변 부분에 어느 정도의 왜곡(디스토션)을 발생시키는지를 나타낸다.

여기에서, (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)을 왜곡지수(Q)로 하고, Q의 값이 「1.0」, 「0.7」, 「0.5」, 「0.3」이 되도록 촬상광학계(20)를 설계했을 경우에 각각의 촬상광학계에서 얻어진 화상에 나타나는 왜곡의 정도를 평가한다. 평가시에는, 도 5(A)에 나타내는 바와 같이 반경이 「r」, 「2r」, 「3r」, 「4r」, 「5r」의 복수의 원(동심원)(30a∼30e)을, 그 중심이 광축(Xp)에 일치하도록 물체(12)에 설정하고, 이들 동심원을 각각의 촬상광학계(20)를 통과시켜서 촬상한다. 그리고, 촬상에서 얻어진 화상의 주변 부분에 있어서의 동심원 상호의 간격이 어떻게 변화되고 있는지에 의거하여 화상의 주변 부분의 왜곡의 정도를 평가한다.

도 5(B)는 Q=1.0이 되도록 설계한 촬상광학계(20)로 촬상했을 때의 화상을 나타내고 있다. 이 화상이 나타내는 바와 같이, 피사체(12)에 설치한 복수의 원(30a∼30e)의 간격과 마찬가지로 화상 상에 있어서의 각 원의 간격은 거리(r)이다. 이와 같이, 화상의 중심 부분에 있어서의 원의 간격과, 화상의 주변 부분에 있어서의 원의 간격이 같다고 하는 것은 화상의 주변 부분에 디스토션이 발생하고 있지 않은 것을 나타내고 있다. 따라서, 이러한 촬상광학계(20)를 장착한 캡슐형 내시경(10)으로 피검자의 체내를 촬상하면 화상의 주변 부분에 비추어지는 화상에도 거의 왜곡이 나타나는 일 없고, 병변부의 시인이 용이해진다.

도 5(C)의 화상은 Q=0.7이 되도록 설계한 촬상광학계(20)로 촬상했을 때의 화상을 나타내고 있다. 이 화상이 나타내는 바와 같이 화상의 중심 부분의 원의 간격은 r보다 조금 크고, 또한 화상의 주변 부분에 있어서의 원의 간격은 r보다 조금 작게 되어 있다. 단, 그 차는 약간이기 때문에 화상으로서는 중심 부분과 주변 부분에서 큰 변형으로서 관찰되는 것은 아니고, 이 촬상광학계(20)를 사용한 경우에도 화상진단 상에서는 실용적으로는 만족할 수 있는 범위 내의 것이라고 할 수 있다.

도 5(D)의 화상은 Q=0.5로 설계한 촬상광학계(20)로 촬상했을 때의 화상을 나타내고 있다. 이 화상으로부터는 원의 간격이 중심 부분에서는 넓고, 주변 부분에서는 좁은 것을 용이하게 관찰할 수 있다. 이 경향은 광화각의 촬상광학계가 가지는 일반적인 특징이지만, 이 정도까지 왜곡이 나타나면 의료 진단용의 화상으로서는 적절하지 않고, 특히 화상의 주변 부분에서는 병변부가 있어도 못보고 넘겨질 가능성도 높아진다. 또한, Q=0.3의 촬상광학계로 촬상한 화상을 도 5(E)에 나타낸다. 이 화상에서는 화상의 중심 부분에서의 원의 간격이 넓고, 주변 부분에서는 좁아져 있는 것이 현저하게 관찰되어, 의료 진단에는 적합하지 않는 것이 명확해서 실용에는 사용되지 않는다.

이상으로부터, 최대 화각(2ωmax)이 120°이상, 135°이상의 어느 것이여도 왜곡지수(Q)의 값, 즉 (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)의 값이 0.7을 초과하도록 촬상광학계를 설계하면 화상의 주변 부분에 있어서의 디스토션을 실용상 문제가 안되는 정도까지 억제되는 것을 알 수 있다. 이와 같이 디스토션을 억제해 두면 화상의 주변 부분이여도 병변부의 간과를 확실하게 막을 수 있고, 화상진단의 신뢰성을 높이는 것이 가능해진다. 또한, 왜곡지수(Q)의 값으로서는 0.7보다 크고 1.3보다 작은 것이 바람직하고, 0.8<Q<1.2의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 촬상광학계(20)를 제 1 렌즈∼제 5 렌즈의 5장으로 구성해 둠으로써 중심 부분과 주변 부분을 포함하는 물체(12)의 전체가 촬상광학계(20)의 피사계 심도 내에 수용된다. 따라서, 중심 부분 및 주변 부분 모두 초점이 맞은 선명한 화상이 얻어지고, 또한 화상의 주변 부분에 있어서의 디스토션도 거의 문제가 안된다. 또한, 이러한 촬상광학계(20)는 반드시 5장 구성에 한정되지 않고, 제 1 렌즈∼제 4 렌즈의 4장으로 구성한 경우에도 거의 동일한 효과를 얻는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 촬상광학계는 체강 내에 삼켜진 후에 외부로부터의 제어신호에 따라 체강 내의 위치나 촬영의 자세를 제어할 수 있게 한 캡슐형 내시경용의 촬상광학계에도 사용할 수 있다.

실시예

캡슐형 내시경에 탑재한 촬상광학계에 대해서 이하의 실시예 1∼실시예 15 및 비교예 1∼비교예 6에 있어서 구체적인 수치를 나타냄으로써 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

도 6에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 촬상광학계(20)는 5장의 제 1 렌즈∼제 5 렌즈(L1∼L5)와 개구 조리개(S6)를 구비하고, 캡슐(13) 내에 있어서 오목형상 반구면의 물체(12)측으로부터 제 1 렌즈(L1), 개구 조리개(S6), 제 2 렌즈(L2), 제 3 렌즈(L3), 제 4 렌즈(L4), 제 5 렌즈(L5)의 순서로 배치되어 있다. 제 3 렌즈(L3)와 제 4 렌즈(L4)는 서로 접합 렌즈로 되어 있다.

물체(12)의 면을 S1로 하고, 투명 커버(23)도 포함시킨 상에서 상면측을 향해서 면번호(Si)를 부여해서 촬상광학계(20)의 각 면을 나타내면, 투명 커버(23)의 표면이 S2, 그 이면이 S3이 된다. 이후, 제 1 렌즈(L1)∼제 5 렌즈(L5)의 표리면, 커버 유리(21)의 이면(S15)까지 순차적으로 면번호(Si)를 할당한다. 또한, 제 3 렌즈(L3)의 이면과 제 4 렌즈(L4)의 표면은 접합면(S10)에서 공통으로 되고, 커버 유리(21)의 이면(S15)은 촬상소자(14)의 촬상면과 일치한다. 또한, 촬상광학계(20)의 광축방향에 대한 면 Si와 면 Si+1의 간격(면 간격)은 Di로서 나타내어지고, 면 S1과 면 S2의 면 간격은 D1, 면 S2와 면 S3의 면 간격은 D2, 그리고 면 S14와 면 S15의 면 간격 D14까지 마찬가지로 나타내어진다.

촬상광학계(20)는 이하의 표 1에 나타내는 렌즈 데이터에 의거하여 설계된다.

표 1에 있어서, 「OBJ」는 오목형상 반구면의 물체(12)를, 「조리개」는 개구 조리개(S6)를, 「IMG」은 촬상소자(14)의 촬상면을, 「곡률반경」은 각 면 Si의 곡률반경(mm)을, 「면 간격」은 각 면 간격 Di(㎜)을, 「Nd」는 d선(파장 587.6㎚)에 대한 굴절율을, 「νd」는 아베수를, 「f」는 촬상광학계(20) 전체로서의 촛점거리를, 「Fno」는 촬상광학계(20)의 F값 F를, 「2ωmax」는 최대 화각을 나타내고 있다.

또한, 표 1의 면번호란에 *로 나타내는 바와 같이, 제 1 렌즈의 양면(S4, S5), 제 2 렌즈의 양면(S7, S8), 제 5 렌즈의 양면(S12, S13)은 비구면으로 되어 있다. 이들 비구면 형상은 곡률(근축 곡률반경(R)의 역수) c, 원추정수 K, 광축으로부터의 거리 ρ(ρ²=x²+y²), i차의 비구면 차수를 이용하여 이하의 [수4]의 식으로 수치적으로 나타내어진다. 면 S4, S5, S7, S8, S12, S13의 원추정수(K) 및 비구면정수(Ai)를 표 2에 나타낸다. 또한, 후술하는 실시예 2∼실시예 15에 있어서도 렌즈 데이터의 표기나, 비구면의 형상을 정하는 [수4]의 식은 공통적으로 사용된다.

[수4]

도 7은 이 촬상광학계(20)에 의해 투명 커버(23) 및 촬상소자 앞면의 커버 유리(21)를 통해서 물체(12)를 촬상면에 결상시켰을 때의 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 나타내고 있다. 구면수차는 d선(파장 587.6㎚)의 것을 실선으로, F선(파장 486.13㎚)의 것을 제 1 파선으로, C선(파장 656.27㎚)의 것을 각 선의 길이가 제 1 파선보다 큰 제 2 파선으로 나타내고 있다. 또한, 비점수차는 사지탈(sagittal) 방향의 것을 실선으로, 탄젠셜(tangential) 방향의 것을 제 1 파선으로 나타내고 있다. 또한, 배율색수차는 F선의 것을 제 1 파선으로, C선의 것을 각 선의 길이가 제 1 파선보다 큰 제 2 파선으로 나타내고 있다. 또한, 투명 커버(23) 및 커버 유리(21)를 통해서 물체(12)를 촬상면에 결상시키는 것, 그 때의 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 마찬가지로 표기하는 것은 후술하는 실시예 2∼실시예 15에 있어서도 공통이다.

실시예 1의 촬상광학계(20)에서는 ΔZr은 -0.001이며, ΔZp는 0.020이다. 따라서, 최대 화각(2ωmax)이 120°인 이 촬상광학계(20)는 ΔZr/ΔZp가 [수2]는 물론이고 [수1]의 범위 내이기도 하기 때문에, 상면만곡이 충분하게 보정됨과 아울러 중심 부분과 주변 부분을 포함하는 물체(12)의 전체가 촬상광학계(20)의 피사계 심도 내에 수용된다. 이것에 의해, 화상의 중심 부분 및 주변 부분 모두 초점이 맞은 선명한 화상이 비추어지고, 화상의 주변 부분에 병변부가 있었다고 해도 병변부를 확실하게 발견할 수 있다.

도 8에 나타내는 바와 같이, (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)는 반화각(ω)의 전체 범위에서 0.7보다 커지고 있다. 따라서, 이 촬상광학계(20)는 [수3]식을 만족시키고, 화상의 주변 부분에 있어서의 디스토션을 억제할 수 있다. 따라서, 화상의 주변 부분에 병변부가 비추어졌다고 해도 병변부를 간과할 만큼 왜곡되지 않기 때문에 병변부를 확실하게 발견할 수 있다.

[실시예 2]

도 9에 나타내는 바와 같이, 실시예 2의 촬상광학계(30)는 4장의 제 1 렌즈∼제 4 렌즈(L1∼L4)와 개구 조리개(S8)를 구비하고, 캡슐(13) 내에 있어서 오목형상 반구면의 물체(12)측으로부터 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2), 개구 조리개(S8), 제 3 렌즈(L3), 제 4 렌즈(L4)의 순서로 배치되어 있다. 이 촬상광학계(30)는 이하의 [표 3]에 나타내는 렌즈 데이터로 되어 있다.

표 3의 면번호란에 *로 나타내는 바와 같이, 제 1 렌즈의 양면(S4, S5), 제 2 렌즈의 양면(S6, S7), 제 3 렌즈의 양면(S9, S10), 제 4 렌즈의 양면(S11, S12)은 비구면으로 되어 있다. 이들 면 S4, S5, S6, S7, S9, S10, S11, S12의 원추정수(K) 및 비구면정수(Ai)를 표 4에 나타낸다.

도 10에 촬상광학계의 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 나타낸다. 실시예 2의 촬상광학계(30)의 최대 화각은 130°이며, ΔZr은 -0.005이며, ΔZp는 0.028이다. 따라서, ΔZr/ΔZp는 -0.167이고, [수2]는 물론이고 [수1]의 범위 내에 수용되어 있다. 그 때문에, 상면만곡이 충분하게 보정됨과 아울러 중심 부분과 주변 부분을 포함하는 물체(12)의 전체가 촬상광학계(30)의 피사계 심도 내에 수용된다. 이것에 의해, 화상의 중심 부분 및 주변 부분 모두에 초점이 맞은 선명한 화상이 비추어져서, 화상의 주변 부분에 병변부가 있었다고 해도 병변부를 확실하게 발견할 수 있다.

도 11에 나타내는 바와 같이, (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)는 반화각(ω)의 전체 범위에서 0.7보다 크게 되어 있다. 따라서, 촬상광학계(30)는 [수3]식의 범위 내이며, 화상의 주변 부분에 있어서의 디스토션을 억제할 수 있다. 따라서, 화상의 주변 부분에 병변부가 비추어졌다고 해도 병변부는 간과할 만큼 왜곡되지 않기 때문에 병변부를 확실하게 발견할 수 있다.

[실시예 3]

도 12에 나타내는 바와 같이, 실시예 3의 촬상광학계(40)는 5장의 제 1 렌즈∼제 5 렌즈(L1∼L5)와 개구 조리개(S6)를 구비하고, 캡슐(13) 내에 있어서 오목형상 반구면의 피사체(12)측으로부터 제 1 렌즈(L1), 개구 조리개(S6), 제 2 렌즈(L2), 제 3 렌즈(L3), 제 4 렌즈(L4), 제 5 렌즈(L5)의 순서로 배치되어 있다. 이 촬상광학계(40)의 렌즈 데이터는 다음의 표 5와 같다.

표 5의 면번호란에 *로 나타내는 바와 같이, 제 1 렌즈(L1)의 양면(S4, S5), 제 5 렌즈(L5)의 양면(S13, S14)은 비구면으로 되어 있다. 이들 면 S4, S5, S13, S14의 원추정수(K) 및 비구면정수(Ai)를 표 6에 나타낸다.

도 13은 마찬가지로 해서 촬상광학계(40)의 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 나타내는 것으로, ΔZr은 0.003, ΔZp는 0.036이다. 따라서, 최대 화각(2ωmax)이 130°인 이 촬상광학계(40)의 ΔZr/ΔZp의 값은 0.081이 되고, [수2]의 범위는 물론이고 [수1]의 범위 내이기도 하다. 그 때문에, 상면만곡이 충분하게 보정됨과 아울러 피사체(12)의 중심 부분과 주변 부분을 포함하는 피사체(12)의 전체가 촬상광학계(40)의 피사계 심도 내에 수용된다. 또한, 도 14에 나타내는 바와 같이, (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)는 반화각(ω)의 영역 중 대부분에서 0.7보다 크고, 디스토션을 억제할 수 있기 때문에 화상의 중심 부분 및 주변 부분 모두에 초점이 맞은 선명한 화상이 비추어져서, 화상의 주변 부분에 병변부가 있었다고 해도 병변부를 확실하게 발견할 수 있다.

[실시예 4]

실시예 4의 촬상광학계(50)는 도 15에 나타내는 바와 같으며, 물체(12)로부터 순차적으로 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2), 개구 조리개(S8), 제 3 렌즈(L3), 제 4 렌즈(L4), 제 5 렌즈(L5)로 배치되고, 제 3 렌즈(L3)와 제 4 렌즈(L4)는 접합 렌즈로 되어 있다. 지금까지의 실시예와 마찬가지로, 표 7에 렌즈 데이터, 표 8에 면번호란에 *이 붙여진 각각의 비구면의 데이터를 나타낸다.

이 촬상광학계(50)의 최대 화각은 125°이며, 그 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 도 16에 나타낸다. ΔZr은 -0.005, ΔZp는 0.018이며, ΔZr/ΔZp는 -0.279로 되기 때문에 [수2]의 범위를 만족시킬 뿐만 아니라 [수1]의 범위도 만족시키고 있다. 그 때문에, 상면만곡이 충분하게 보정됨과 아울러 피사체(12)의 중심 부분과 주변 부분을 포함하는 피사체(12)의 전체가 촬상광학계(50)의 피사계 심도내에 수용된다. 이것에 의해, 화상의 중심 부분 및 주변 부분 모두에 초점이 맞은 선명한 화상이 비추어져서, 화상의 주변 부분에 병변부가 있었다고 해도 병변부를 확실하게 발견할 수 있다. 또한, 도 17에 나타내는 바와 같이, (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)는 0.7보다 크게 되어 있다. 따라서, 촬상광학계(50)는 [수3]식의 범위 내이며, 화상의 주변 부분에 있어서의 디스토션도 양호하게 억제되게 된다.

[실시예 5]

실시예 5의 촬상광학계(60)의 구성을 도 18에 나타낸다. 상기 실시예와 마찬가지로, 표 9에 렌즈 데이터, 표 10에 면번호 S4, S5, S11, S12에서 사용되어 있는 비구면의 데이터, 도 19에 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 나타낸다.

실시예 5의 촬상광학계(60)는 최대 화각이 170°이며, ΔZr이 -0.018, ΔZp가 0.202이다. 그리고, ΔZr/ΔZp는 -0.088이 되기 때문에 [수2]는 물론이고 [수1]의 범위 내이기도 하다. 또한, 도 20에 나타내는 바와 같이, (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)는 0.7보다 크다. 따라서, 이 촬상광학계(60)에 있어서도 [수3]의 조건이 만족시켜지고, 중심 부분 및 주변 부분을 포함하여 물체(12)의 상을 양호하게 피사계 심도 내에 수용시킬 수 있고, 주변 부분도 크게 왜곡되지 않고 양호한 결상이 얻어진다.

[실시예 6]

실시예 6의 촬상광학계(70)의 구성을 도 21에 나타낸다. 상기 실시예와 마찬가지로, 표 11에 렌즈 데이터, 표 12에 비구면의 데이터, 도 22에 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 나타낸다.

최대 화각 170°의 이 촬상광학계(70)에서는 ΔZr이 -0.015, ΔZp가 0.186이며, ΔZr/ΔZp는 -0.080이 되기 때문에 [수2]는 물론이고 [수1]도 만족시키고 있다. 또한, 도 23에 나타내는 바와 같이, (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)는 0.7보다 크다. 따라서, 이 촬상광학계(70)에 있어서도 [수3]의 조건이 만족시켜지고, 중심 부분 및 주변 부분을 포함하여 물체(12)의 상을 양호하게 피사계 심도 내에 수용할 수 있고, 주변 부분도 크게 왜곡되지 않고 양호한 결상이 얻어진다.

[실시예 7]

실시예 7의 촬상광학계(80)의 구성을 도 24에 나타낸다. 상기 실시예와 마찬가지로 표 13에 렌즈 데이터, 표 14에 비구면의 데이터, 도 25에 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 나타낸다.

최대 화각 150°의 이 촬상광학계(80)에서는 ΔZr이 0.010, ΔZp가 0.075이며, ΔZr/ΔZp는 0.128이 되기 때문에 [수1], [수2]의 범위 내이다. 또한, 도 26에 나타내는 바와 같이, (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)는 0.7보다 크다. 따라서, 이 촬상광학계(80)에 있어서도 [수3]의 조건이 만족시켜지고, 중심 부분 및 주변 부분을 포함하여 물체(12)의 상을 양호하게 피사계 심도 내에 수용할 수 있고, 주변 부분도 크게 왜곡되지 않고 양호한 결상이 얻어진다.

[실시예 8]

실시예 8의 촬상광학계(90)의 구성을 도 27에 나타낸다. 상기 실시예와 마찬가지로, 표 15에 렌즈 데이터, 표 16에 비구면의 데이터, 도 28에 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 나타낸다.

이 촬상광학계(90)는 최대 화각이 170°이며, ΔZr이 -0.031, ΔZp가 0.133이다. ΔZr/ΔZp는 -0.235로 되기 때문에 [수2] 및 [수1]의 범위 내이다. 또한, 도 29에 나타내는 바와 같이, (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)는 0.7보다 크다. 따라서, 이 촬상광학계(90)에 있어서도 [수3]의 조건이 만족시켜지고, 중심 부분 및 주변 부분을 포함하여 물체(12)의 상을 양호하게 피사계 심도 내에 수용할 수 있고, 주변 부분도 크게 왜곡되지 않고 양호한 결상이 얻어진다.

[실시예 9]

실시예 9의 촬상광학계(100)의 구성을 도 30에 나타낸다. 상기 실시예와 마찬가지로, 표 17에 렌즈 데이터, 표 18에 비구면의 데이터, 도 31에 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 나타낸다.

이 촬상광학계(100)는 최대 화각이 170°이고, ΔZr이 0.036, ΔZp가 0.168이며, ΔZr/ΔZp는 0.215로 되기 때문에 [수2]는 물론이고 [수1]의 범위 내이기도 하다. 또한, 도 32에 나타내는 바와 같이, (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)는 0.7보다 크다. 따라서, 이 촬상광학계(100)에 있어서도 [수3]의 조건이 만족시켜지고, 중심 부분 및 주변 부분을 포함하여 물체(12)의 상을 양호하게 피사계 심도 내에 수용할 수 있고, 주변 부분도 크게 왜곡되지 않고 양호한 결상이 얻어진다.

[실시예 10]

실시예 10의 촬상광학계(110)의 구성을 도 33에 나타낸다. 상기 실시예와 마찬가지로 표 19에 렌즈 데이터, 표 20에 비구면의 데이터, 도 34에 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 나타낸다.

이 촬상광학계(110)는 최대 화각이 155°이고, ΔZr이 -0.020, ΔZp가 0.069이다. 그리고, ΔZr/ΔZp는 -0.295로 되기 때문에 [수2]는 물론이고 [수1]의 범위 내이기도 하다. 또한, 도 35에 나타내는 바와 같이, (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)는 0.7보다 크다. 따라서, 이 촬상광학계(110)에 있어서도 [수3]의 조건이 만족시켜지고, 중심 부분 및 주변 부분을 포함하여 물체(12)의 상을 양호하게 피사계 심도 내에 수용할 수 있고, 디스토션에 대해서도 억제할 수 있고, 양호한 결상 성능이 얻어진다.

[실시예 11]

실시예 11의 촬상광학계(120)의 구성을 도 36에 나타낸다. 상기 실시예와 마찬가지로 표 21에 렌즈 데이터, 표 22에 비구면의 데이터, 도 37에 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 나타낸다. 또한, 마찬가지로 (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)의 값에 근거하는 디스토션의 정도를 나타내는 그래프를 도 38에 나타낸다.

이 최대 화각160°의 이 촬상광학계(120)에서는 ΔZr이 0.117, ΔZp가 0.119이며, ΔZr/ΔZp는 0.981로 되어서 [수1]의 범위 밖으로 된다. 그러나, 촬상광학계(120)의 최대 화각(2ωmax)은 135°이상이기 때문에 [수2]의 범위 내이면 물체(12)의 화상을 중앙 부분, 주변 부분 모두 피사계 심도 내에 수용할 수 있다. 또한, 도 38에 나타내는 바와 같이 (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)는 0.7보다 크다. 따라서, 이 촬상광학계(120)에 있어서도 [수3]의 조건이 만족시켜지고, 디스토션에 대해서도 문제 없는 정도까지 억제하는 것이 가능해진다.

[실시예 12]

실시예 12의 촬상광학계(130)의 구성을 도 39에 나타낸다. 상기 실시예와 마찬가지로 표 23에 렌즈 데이터, 표 24에 비구면의 데이터, 도 40에 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 나타낸다. 또한, 마찬가지로 (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)의 값에 근거하는 디스토션의 정도를 나타내는 그래프를 도 41에 나타낸다.

이 촬상광학계(130)의 최대 화각은 150°이고, ΔZr이 0.078, ΔZp가 0.069이며, ΔZr/ΔZp는 1.120으로 된다. 촬상광학계(130)의 최대 화각은 135°이상이기 때문에 [수2]을 만족시키고 있으면 충분하다. 따라서, 물체(12)의 화상을 중앙 부분, 주변 부분 모두 피사계 심도 내에 수용할 수 있다. 또한, 도 41에 나타내는 바와 같이 (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)는 0.7보다 크고, [수3]의 조건을 만족시키고 있기 때문에 디스토션에 대해서도 문제 없는 정도까지 억제할 수 있다.

[실시예 13]

실시예 13의 촬상광학계(140)의 구성을 도 42에 나타낸다. 상기 실시예와 마찬가지로 표 25에 렌즈 데이터, 표 26에 비구면의 데이터, 도 43에 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 나타낸다. 또한, 마찬가지로 (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)의 값에 근거하는 디스토션의 정도를 나타내는 그래프를 도 44에 나타낸다.

이 촬상광학계(140)에서는 ΔZr이 -0.036, ΔZp가 0.034이며, ΔZr/ΔZp는 -1.048이 된다. 촬상광학계(140)의 최대 화각(2ωmax)은 140°이기 때문에 [수2]를 만족시키고 있으면 좋다. 따라서, 물체(12)의 화상을 중앙 부분, 주변 부분 모두 피사계 심도 내에 수용할 수 있다. 또한, 도 44에 나타내는 바와 같이 (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)는 0.7보다 커서 [수3]의 조건을 만족시키고 있기 때문에 주변 부분에 생기기 쉬운 디스토션을 문제 없는 정도까지 억제할 수 있다.

[실시예 14]

실시예 14의 촬상광학계(150)의 구성을 도 45에 나타낸다. 상기 실시예와 마찬가지로 표 27에 렌즈 데이터, 표 28에 비구면의 데이터, 도 46에 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 나타낸다. 또한, 마찬가지로 (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)의 값에 근거하는 디스토션의 정도를 나타내는 그래프를 도 47에 나타낸다.

이 촬상광학계(150)에서는 ΔZr이 -0.034, ΔZp가 0.060이며, ΔZr/ΔZp는 -0.566이 된다. 촬상광학계(150)의 최대 화각(2ωmax)은 150°이기 때문에 [수2]를 만족시키고 있으면 충분하다. 따라서, 물체(12)의 화상을 중앙 부분, 주변 부분 모두 피사계 심도 내에 수용할 수 있다. 또한, 도 47에 나타내는 바와 같이 (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)는 0.7보다 커서 [수3]의 조건을 만족시키고 있기 때문에 주변 부분에 생기기 쉬운 디스토션을 문제 없는 정도까지 억제할 수 있다.

[실시예 15]

실시예 15의 촬상광학계(160)의 구성을 도 48에 나타낸다. 상기 실시예와 마찬가지로 표 29에 렌즈 데이터, 표 30에 비구면의 데이터, 도 49에 구면수차, 비점수차, 배율색수차를 나타낸다. 또한, 마찬가지로 (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)의 값에 근거하는 디스토션의 정도를 나타내는 그래프를 도 50에 나타낸다.

이 촬상광학계(160)에서는 ΔZr이 -0.018, ΔZp가 0.202이며, ΔZr/ΔZp는 -0.088이 된다. 촬상광학계(160)의 최대 화각(2ωmax)은 170°이지만 [수1] 및 [수2]의 어느 것이나 충족시키고 있다. 따라서, 물체(12)의 화상을 중앙 부분, 주변 부분 모두 피사계 심도 내에 수용할 수 있다. 또한, 도 50에 나타내는 바와 같이 (Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)는 0.7보다 커서 [수3]의 조건을 만족시키고 있기 때문에 주변 부분에 생기기 쉬운 디스토션을 문제 없는 정도까지 억제할 수 있다.

[비교예 1]

특허문헌 2의 「첨부 광학계 데이터 1」에 나타내어지는 촬상광학계에서, 광학적인 파워를 가지지 않는 투명 커버를 통해서 촬상렌즈의 입사동 위치를 중심으로 한 구면 형상의 물체면을 촬상하면 ΔZr은 -0.109가 되고, ΔZp는 0.016이 된다. 따라서, 이 촬상광학계에서는 최대 화각이 120°미만임에도 불구하고 ΔZr/ΔZp는 -6.683으로 되어서 [수1]의 범위 밖이 된다. 그 때문에, 2ωmax의 광속에 대한 실상면 위치가 ωmax의 광속에 대한 실상면 위치보다 물체측으로 크게 벗어나 버려 촬상에 의해 얻어지는 화상의 일부가 피사계 심도 밖으로 되어서 양호한 결상을 얻을 수 없다.

[비교예 2]

마찬가지로, 특허문헌 2의 「첨부 광학계 데이터 2」에 나타내어지는 촬상광학계에서, 광학적인 파워를 가지지 않는 투명 커버를 통해서 촬상렌즈의 입사동 위치를 중심으로 한 구면 형상의 물체면을 촬상하면 ΔZr은 -0.010, ΔZp는 0.017이 된다. 따라서, 최대 화각이 120°미만임에도 ΔZr/ΔZp는 -0.594가 되고, 역시 [수1]의 범위 밖이 된다. 그 때문에, 2ωmax의 광속에 대한 실상면 위치가 ωmax의 광속에 대한 실상면 위치보다 물체측으로 크게 벗어나 버려 촬상에 의해 얻어지는 화상의 일부가 피사계 심도 밖으로 되어서 양호한 결상을 얻을 수 없다.

[비교예 3]

마찬가지로, 특허문헌 2의 「첨부 광학계 데이터 3」에 나타내어지는 촬상광학계에서 광학적인 파워를 가지지 않는 투명 커버를 통해서 촬상렌즈의 입사동 위치를 중심으로 한 구면 형상의 물체면을 촬상하면 ΔZr은 -0.158, ΔZp는 0.015가 된다. 따라서, 최대 화각이 120°미만임에도 ΔZr/ΔZp는 -10.849가 되어서 [수1]의 범위 밖이다. 그 때문에, 2ωmax의 광속에 대한 실상면 위치가 ωmax의 광속에 대한 실상면 위치보다 물체측으로 크게 벗어나 버려 촬상에 의해 얻어지는 화상의 일부가 피사계 심도 밖으로 되어서 양호한 결상을 얻을 수 없다.

[비교예 4]

마찬가지로 해서 특허문헌 2의 「첨부 광학계 데이터 4」에 나타내어지는 촬상광학계를 사용한 경우에도 ΔZr은 -0.024, ΔZp는 0.035이며, ΔZr/ΔZp는 -0.687이 된다. 최대 화각이 120°미만이여도 [수1]의 범위 밖으로 되고, 2ωmax의 광속에 대한 실상면 위치가 ωmax의 광속에 대한 실상면 위치보다 물체측으로 크게 벗어나 버린다. 이 결과, 화상의 일부가 피사계 심도 밖으로 되어서 양호한 결상을 얻을 수 없다.

[비교예 5]

특허문헌 3의 「첨부 광학계 데이터 1」에 나타내어지는 촬상광학계를 마찬가지로 해서 사용했을 경우에는 ΔZr은 -0.021, ΔZp는 0.031이 되기 때문에 ΔZr/ΔZp는 -0.691이 된다. 역시 최대 화각 120°미만임에도 불구하고 [수1]의 범위 밖으로 되고, 2ωmax의 광속에 대한 실상면 위치가 ωmax의 광속에 대한 실상면 위치보다 물체측으로 크게 어긋나 양호한 결상 성능을 얻을 수는 없다.

[비교예 6]

특허문헌 3의 「첨부 광학계 데이터 2」에 나타내어지는 촬상광학계를 사용했을 경우도 마찬가지이고, ΔZr은 -0.024, ΔZp는 0.036이 되기 때문에 최대 화각이 120°미만임에도 불구하고 ΔZr/ΔZp는 -0.666이 되어서 [수1]의 범위 밖이다. 그 때문에, 2ωmax의 광속에 대한 실상면 위치가 ωmax의 광속에 대한 실상면 위치보다 물체측으로 크게 벗어나 양호한 결상 성능을 얻을 수는 없다.

10 : 캡슐형 내시경 20 : 촬상광학계
L1 : 제 1 렌즈 L2 : 제 2 렌즈
L3 : 제 3 렌즈 L4 : 제 4 렌즈
L5 : 제 5 렌즈

Claims

체내에 삼켜지는 캡슐의 내부에 수용되고, 상기 캡슐의 일부를 구성하는 구면 형상의 투명 커버를 통해서 체강 내부의 촬상에 사용하는 캡슐형 내시경용 촬상광학계에 있어서:
오목형상의 곡면형상의 물체에 정대향시켜서 촬상했을 때,
-5.0≤ΔZr/ΔZp≤5.0을 만족시키는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경용 촬상광학계.
[단, 상기 ΔZr은 최대 화각(2ωmax)의 광속에 대한 실상면 위치와 반화각(ωmax)의 광속에 대한 실상면 위치의 차를 나타내고, 상기 ΔZp는 상기 물체와 2ωmax의 주광선의 교점을 지나 광축에 수직인 평면을 가상 물체면으로 했을 때의 근축 결상 위치와, 상기 물체와 ωmax의 주광선의 교점을 지나 광축에 수직인 평면을 가상 물체면으로 했을 때의 근축 결상 위치의 차를 나타낸다]
제 1 항에 있어서,
상기 최대 화각(2ωmax)은 135°이상인 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경용 촬상광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 최대 화각(2ωmax)은 120°이상이며, 또한 -0.5≤ΔZr/ΔZp≤0.5인 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경용 촬상광학계.
제 2 항에 있어서,
임의의 화각(ω)에 대한 상높이를 Y(ω), 임의의 화각(ω)의 미소 변화량을 Δω라고 할 때,
0.7<(Y(ω+Δω)-Y(ω))/Y(Δω)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경용 촬상광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 물체에 가장 가까운 위치에 물체로 볼록면을 향한 네거티브 렌즈, 상면측에 가장 가까운 위치에 포지티브 렌즈를 갖고, 상기 네거티브 렌즈 중 적어도 상면측의 면과 상기 포지티브 렌즈 중 어느 한쪽의 면이 비구면인 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경용 촬상광학계.
제 5 항에 있어서,
상기 네거티브 렌즈보다 상면측에 복수의 렌즈로 구성되어 전체로서 포지티브 파워의 포지티브 렌즈군을 갖고, 상기 포지티브 렌즈군 중에서 가장 물체측에 위치하는 렌즈와 가장 상면측에 위치하는 렌즈가 포지티브 렌즈인 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경용 촬상광학계.