KR20020035588A - 내시경 촬상 광학계 - Google Patents

내시경 촬상 광학계 Download PDF

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KR20020035588A
KR20020035588A KR1020027003007A KR20027003007A KR20020035588A KR 20020035588 A KR20020035588 A KR 20020035588A KR 1020027003007 A KR1020027003007 A KR 1020027003007A KR 20027003007 A KR20027003007 A KR 20027003007A KR 20020035588 A KR20020035588 A KR 20020035588A
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optical element
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홈마히로유끼
곤노사야까
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기시모토 마사도시
올림파스 고가꾸 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 고체 촬상 소자의 화소 피치의 소형화에 수반하는 고밀도화나, 초점거리가 짧은 광학계나 F넘버가 큰 광학계에 있어서의 대물 선단 광학 소자의 종래의 구성이 원인이 되어 화질이 흐트러지기 때문에, 진단에 지장을 초래하였던 종래의 결점을 해소하여, 항상 양호한 내시경 화상을 얻을 수 있는 내시경 광학계에 관한 것으로서, 모니터 주사선에 대해 수평 방향의 화소 피치(H)와 수직 방향의 화소 피치(V)의 평균 화소 피치((H+V)/2)가 4.65㎛ 이하인 모노크롬 고밀도 고체 촬상 소자, 또는 3.1㎛ 이하인 인터라인 타입의 컬러 고밀도 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 장치에 있어서, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측의 평행평판(F1)과 평면오목 부렌즈(L1) 사이의 공기층의 체적(V1)이
V1＜ 4㎣- - - (1)
를 만족하는 것을 특징으로 하는 촬영 광학계이다.

Description

내시경 촬상 광학계{IMAGE PICKUP OPTICAL SYSTEM FOR ENDOSCOPE}
삽입부를 체강(cavities)내 등에 삽입하여 체강내 등을 검진, 치료하는 수단으로서, 선단부에 고체 촬상 소자(이하, CCD라 함)를 내장한 전자 내시경이 널리 이용되고 있다.
단판식 전자 내시경의 촬상 방식에는, 모노크롬 CCD를 이용하여 피사체에 R·G·B광으로 차례로 빛을 조사하여 피사체로부터의 반사광을 촬상하는 면순차 방식과, 컬러 CCD를 이용한, 원색 또는 보색 필터에 의해 촬상하는 동시 방식의 2가지가 있다.
수평 방향에 흑백의 구형파 패턴을 갖는 피사체에 있어서, 흑백의 1세트를 분리하고 있음을 식별하는 데 필요한 화소수는 통상 다음과 같이 생각할 수 있다.
모노크롬 CCD를 이용했을 때에 필요한 최저 화소수는 2화소이고, 대부분의 전자 내시경에서 이용되고 있는 인터라인 타입의 보색 컬러 필터를 이용한 컬러 CCD를 이용하였을 때에 필요한 최저 화소수는 3화소이다.
따라서, 모노크롬 CCD에 있어서의 1화소, 컬러 CCD에 있어서의 1.5화소는, 상기한 바와 같이 수평 방향에 있어서 최소의 화상 1개를 만들어내기 위해 필요한 최소 단위로 생각할 수 있다(이하, CCD의 수평 방향의 1화상을 만드는 최소 단위 화소라 함).
최근, CCD의 화소 피치의 소형화에 따라 고밀도화가 진행되어, 종래의 8㎛ 또는 그 이상의 화소 피치에서는 볼 수 없었던 매우 미세한 부분까지 관찰할 수 있는 고화질의 내시경이 실현되고 있다. 그 반면, 종래에는 진단의 방해가 되지 않았던 촬상 화상 광학 소자의 흠집이나 일그러짐이나 이물질의 부착에서도, 고분해능의 화질이기 때문에 미세한 흠집이나 일그러짐이나 이물질의 부착이 진단의 방해가 되어 문제가 된다.
또한, 내시경 촬상 광학계에 있어서 광학계가 커지지 않고, 초점거리가 작아지거나 또는 F넘버가 커지면, CCD의 수평 방향의 1화상을 만드는 최소 단위 화소에 입사하는 광속이 종래 이상으로 가늘어져서, 지금까지는 문제가 되지 않았던 대물 광학 소자의 흠집이나 일그러짐이나 이물질의 부착에서도 진단의 방해가 되어 문제가 된다.
상기한 바와 같은 흠집이나 일그러짐이나 이물질의 부착이 촬상 광학 소자내에 있음으로 인해 화질을 흐트러뜨리는 원인중에서, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자에 의한 3가지 요인이 빈번하게 문제시된다.
요인 1은, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측 광학 소자의 상면측 표면의 흐림으로 인한 화질의 열화이다. 내시경을 체강내에 삽입하였을 때, 내시경 촬상광학계의 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자 표면(이하, 관찰창이라 함)에 체강내의 내용물이나 점액 등이 부착되어 명시(明視)를 방해하는 경우가 있다. 이것을 내시경 선단부의 세정용 노즐을 통해 세정수를 보내 관찰창의 부착을 흘려보내는데, 세정수가 체내 온도로 따뜻해져 있는 관찰창에 비해 낮기 때문에, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자 상면측 표면이 결로되어, 그 광학 소자의 흐림으로 인해 양호한 화상을 얻을 수 없게 된다. 일본 공개특허공보 평5-281492호에서는, 도12에 도시한 바와 같은 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측 광학 소자(1)와 그 다음으로 물체에 가까운 측 광학 소자(2)의 접합부(3)를 기밀하게 밀봉하여, 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자(1)와 그 다음으로 물체에 가까운 측의 광학 소자(2) 사이의 공기층으로 수증기가 침입하는 것을 방지함으로써 흐림을 방지하는 수단이 기재되어 있다. 그런데, 선단 및 제2 광학 소자를 기밀을 목표로 접착하면 모세관 현상으로 인해 접착제가 CCD로 입사하는 광선이 뻗는 광속의 내측(이하, 시야내라고 함)으로 들어가서 플레어의 원인이 되어 문제가 된다. 종래, 이러한 문제 발생시에는 촬상 광학계 및 촬상부를 꺼내서 수리하였기 때문에, 수리 비용이 들어 문제가 되었다.
요인 2는, 관찰창 물체측 표면에 물이 부착함으로 인한 화질의 열화이다. 내시경에는 도13에 도시한 바와 같이 대물 광학계(6), 조명 광학계(7), 노즐(5)이 탑재되어 있다. 관찰창 물체측 표면에 부착된 오물을 노즐(5)로부터의 세정수에 의해 떨어뜨리고, 노즐(5)로부터 공기를 보내 세정수를 불어 날려버린다. 그런데, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측 광학 소자의 주변에 입혀지는 접착제가, 기체를 보냄으로써 세정수나 이물질을 불어 날려버릴 때에, 방해가 되어 세정수 등이 모두 흐르지 않고 관찰창 상의 주변에 물방울이 남아 명시를 방해한다(이하, 물 제거성이 나쁘다라고 함). 이 물 제거성의 악화를 개선하기 위해, 일본 공개특허공보 평2-129613호와 같이 발수성 코팅을 관찰창에 피착하는 것이 있는데, 의료용 내시경에 있어서는 소독·멸균 등 지나치게 가혹한 사용 환경을 거쳐야만 하기 때문에, 이와 같은 발수성 코팅으로는 렌즈로부터 벗겨질 가능성이 높아서 계속적으로는 사용할 수 없다. 그리고, CCD의 화소 피치가 작아지고 있는 오늘날, CCD의 수평 방향의 1화상을 만드는 최소 단위 화소에 입사하는 광속이 종래 이상으로 가늘어져서, 관찰창 물체측 표면상에 부착되어 있는 이물질이 눈에 띄기 쉬운 가운데, 물 제거성의 악화로 인해 명시를 방해하는 경향이 강했던 관찰창 주변부의 광속은 더욱 가늘어짐으로써, 지금까지 문제가 되지 않았던 관찰창 물체측 표면상의 주변에 남아 있는 작은 물방울도 진단의 방해가 되어 문제가 된다.
요인 3은, 관찰창 물체측 표면의 흠집이나 일그러짐으로 인한 화질의 열화이다. 병원내 등에서 내시경을 운반할 때 등에, 실수로 부딪혀서 관찰창에 흠집이나 일그러짐이 생기게 된다. CCD의 수평 방향의 1화상를 만드는 최소 단위 화소로 입사하는 광속이, 종래와 같은 화소 피치 8㎛ 정도의 것 또는 그 이상의 것에서는 진단에 문제가 되지 않았던 미세한 흠집이나 일그러짐에서도 화상이 고분해능이기 때문에 눈에 띄어 진단의 방해가 되어 문제가 된다.
이것들은 내시경 촬상 광학계와 같은 작은 광학계에 있어서 초점거리가 2.2㎜ 이하이며 F넘버가 3.5 이상일 때, 상기한 이유로 미세한 흠집이나 일그러짐이더욱 눈에 띤다.
본 발명은 전자 촬상 소자에 상을 형성하는 내시경 촬상 광학계에 관한 것으로, 특히 고밀도 고체 촬상 소자를 이용한 전자 카메라 및 내시경에 있어서 화질의 흐트러짐이 없는 양호한 화상을 얻을 수 있는 전자 촬상 광학계에 관한 것이다.
도1은 실시예 1의 전자 카메라의 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도이다.
도2는 실시예 2의 내시경 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도이다.
도3은 실시예 1의 내시경 선단의 레이아웃을 도시한 도면이다.
도4는 실시예 3의 내시경 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도이다.
도5는 실시예 3의 내시경 선단의 레이아웃을 도시한 도면이다.
도6은 실시예 4의 내시경 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도이다.
도7은 실시예 5의 촬상 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도이다.
도8은 실시예 6의 촬상 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도이다.
도9는 실시예 7의 촬상 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도이다.
도10은 실시예 8의 내시경 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도이다.
도11은 본 발명에 있어서 대물 광학계의 선단 광학 소자를 평면오목렌즈로 한 경우와 평행평판으로 한 경우를 대비해서 도시한 도면이다.
도12는 종래의 내시경 대물 광학계의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도13은 종래의 내시경 대물 광학계의 다른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도14는 본 발명의 촬상 광학계를 적용한 전자 카메라의 외관을 도시한 전방 사시도이다.
도15는 도14의 전자 카메라의 후방 사시도이다.
도16은 도14의 전자 카메라의 구성을 도시한 단면도이다.
도17은 φ와 h의 정의를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은, 고체 촬상 소자의 화소 피치의 소형화에 수반하는 고밀도화나 초점거리가 짧은 광학계나 F넘버가 큰 광학계에 있어서의 촬상 선단 광학 소자의 종래의 구성이 원인이 되어 화질이 흐트러지기 때문에 진단에 지장을 초래하였던 종래의 결점을 해소하여, 항상 양호한 내시경 화상을 얻을 수 있는 내시경을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다. 진단이나 치료를 위해 체강내에 삽입되는 전자 내시경은, 이상부 등을 확실하게 비춰내는 고화질을 달성할 필요가 있다.
본 발명의 제1 내시경 촬상 광학계는, 모니터 주사선에 대해 수평 방향의 화소 피치(H)와 수직 방향의 화소 피치(V)의 평균 화소 피치 (H+V)/2가 4.65㎛ 이하인 모노크롬 고밀도 고체 촬상 소자 또는 3.1㎛ 이하인 컬러 고밀도 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 장치에 있어서, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측과 그 상측 방향 직후의 제2 광학 소자 사이의 공기층의 체적(V1)이,
V1＜ 4㎣- - - (1)
를 만족하는 것을 특징으로 한다.
이 제1 구성의 작용을 설명하면, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자와 그 다음으로 물체에 가까운 측의 제2 광학 소자의 사이에 있는 공기층 체적(V1)이 크면, 그 공기층 중의 습기로 인해 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자 상면측 표면에 결로를 발생시킨다. CCD의 수평 방향의 1화상을 만드는 최소 단위 화소가 각각 모노크롬 CCD에 있어서의 1화소가 4.65㎛, 컬러 CCD에 있어서의 1화소가 3.1㎛ 이하인 고분해능의 화상에서는 결로되는 물방울이 매우 미세한 것일지라도 진단의 방해가 된다. 따라서, 본 발명의 제1 구성과 같이 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자와 그 다음으로 물체에 가까운 측의 제2 광학 소자 사이에 있는 공기층 체적을 4㎣ 이하로 작게 하면, 결로가 최소한으로 억제되기 때문에 효과적이 된다.
그리고, 공기층 체적을 3㎣ 이하, 나아가 2㎣나 1㎣ 이하로 하면 더욱 좋다. 또한, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측 광학 소자의 상측 표면에서 상측 방향 직후의 제2 광학 소자 물체측 표면까지의 광축에 있어서의 간격(d)이 다음 조건
d ＜ 1㎜- - - (2)
를 만족하고, 또한 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자가 상측에 오목면을 갖는 (부)렌즈 또는 평행평판에 평오목 렌즈를 서로 접합한 것일 때에, 그 오목면측의 대략 구면형상으로 파여 있는 부분의 체적(이하, 구결 체적이라 함)(V2)이 다음 조건
V2＜ 1.5㎣- - - (3)
를 만족하면 된다.
이것은, 상기와 마찬가지로 공기층의 체적이 작으면 좋고, 또한 선단 광학 소자로서 상면측에 (부의) 오목렌즈 또는 평행평판의 커버 글라스에 평오목렌즈로 한 구성으로 하면, 내시경의 쵤상 광학계로서 적당한 광각의 화각을 쉽게 얻을 수있기 때문임과 동시에, 수학식 2와 같이 상기 공기층의 체적을 작게 하기 위해 간격(d)을 작게 하여도, 구결 체적은 수학식 3을 만족시키면, 내시경 선단 광학 소자의 외경을 작게 유지하면서 구결 체적을 작게 하여 화각을 광각으로 하기 쉽다. 이것은 또한 V2를 1㎣로 하거나 간격(d)을 0.7㎜, 0.5㎜로 짧게 하면 공기층이 더욱 작아져서 흐림에 대해 효과적이다.
또한, 선단에 가장 가까운 광학 소자가 물체측부터 차례로 평면, 상면측으로 오목면 형상의 부렌즈이면 더욱 좋다.
이것은 선단에 가장 가까운 광학 소자의 물체측 면을 평면으로 함으로써, 내시경 선단의 면에 대해 동면으로 되어, 흠집 등이 생기기 어렵고 또한 물 등이 타고 올라가기 어려운 구조가 되기 때문이다.
그리고, 촬상 광학계의 초점거리가 2.2㎜ 이하이면, 상기 구성은 더욱 효과적으로 된다. 이것은, 내시경 촬상 광학계와 같은 소형 광학계에 있어서, 초점거리가 짧은 광학계로 되면 CCD의 수평 방향의 1화상을 만드는 최소 단위 화소에 입사되는 광속이 가늘어져서, 흐림에 대해 약한 구조가 되기 때문이다.
그리고, 촬상 광학계의 F넘버가 3.5 이상이면, 상기 구성은 더욱 효과적이 된다. 이것은, 내시경 촬상 광학계의 피사계 심도를 깊게 취하기 위해 F넘버가 큰 광학계가 바람직하다. 그러나, F넘버가 커지면 CCD의 수평 방향의 1화상을 만드는 최소 단위 화소에 입사하는 광속 직경이 가늘어져서 흐림에 대해 약한 구조가 되기 때문이다.
본 발명의 제2 내시경 촬상 광학계는, 모니터 주사선에 대해 수평 방향의 화소 피치(H)와 수직 방향의 화소 피치(V)의 평균 화소 피치 (H+V)/2가 4.65㎛ 이하인 모노크롬 고밀도 고체 촬상 소자 또는 3.1㎛ 이하인 컬러 고밀도 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 장치에 있어서, 촬상 광학계의 물체에서 가장 가까운 측의 광학 소자의 물체측 표면의 관찰창 중심에서 끝까지의 길이(φ), 상기 광학 소자의 물체측 표면의 대물 광학계의 광축에서 시야내 광선의 최대 광선고를 h라 하였을 때, 관찰창의 광선고에 대한 끝까지의 여유량(Y(=φ-h))은 다음 조건
1.0㎜ ＜ φ ＜ 3.5㎜- - - (4)
0.12㎜ ＜ Y ＜ 0.6㎜- - - (5)
를 만족하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 제2 구성의 작용을 설명하면, 관찰창 물체측상에 물방울 등이 올라가 있을 때, 관찰창과 틀 사이의 접착제가 다소 요철되어 있기 때문에, 노즐에 의해 공기를 보내도 관찰창 물체측 표면상에 올라가 있는 물방울이 완전히 날아가지 못해서 관찰창 주변부, 즉 출력 화상상 주변부에 남아 출력 화상의 주변부에 물방울이 보여 진단의 방해가 되는 경우가 있다.
이와 같이 물 제거성의 나빠서 관찰창 물체측 표면의 주변상에 미세한 물방울이 남아 있을 때에, CCD의 수평 방향의 1화상을 만드는 최소 단위 화소가 각각 모노크롬 CCD에 있어서의 1화소가 4.65㎛, 컬러 CCD에 있어서의 1화소가 3.1㎛ 이하와 같은 고분해능의 화상에서는 종래 이용해 왔던 것 이상으로 물방울이 눈에 띄어서 진단의 방해가 된다.
따라서, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측 광학 소자의 물체측 표면의 관찰창 중심에서 끝까지의 길이를 수학식 4와 같이 크게 하고, 관찰창의 시야내 최대 광선고를 낮게 하고, 관찰창의 시야내 최대 광선고(h)와 광학 소자 가장자리까지의 여유(Y)를 수학식 5와 같이 취함으로써, 접착제와 광학 소자 가장자리 사이에 물이 부착되어도 시야내에는 물방울이 고이기 어렵게 되어 물에 의해 광선이 일축되는 일이 없어지는 구조로 된다.
여기에서, φ와 h를 다음과 같이 정의한다.
촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자가 물체측에서 보아 원형일 때에는, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측 광학 소자의 물체측 표면상에 있어서 관찰창 중심에서 끝까지의 길이, 즉 반경을 φ라 하고, 시야내 광선중 최대 상고에 결상되는 최대 광선고를 h라 하면, 관찰창의 광선고에 대한 끝까지의 여유량(Y)은 Y=φ-h가 된다.
이어서, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자가, 물체측에서 보아 원형인 광학 소자 주변의 일부를 직선으로 1부분 또는 여러 부분 절단한 것인 때에도 상기 φ와 h는 동일하다 (도17의(a)).
또한, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측의 광학소자가, 물체측에서 보아 사각형 또는 그 사각형의 모서리를 모따기를 한 듯한 다각형인 때에는, 다음과 같이 2가지 점을 고려하여 선택할 필요가 있다.
관찰창 물체측 표면에 있어서, 관찰창의 길이방향에 있어서의 상고가 가장 높은 위치에 결상되는 최대 광선고를 h라 하고, 그 방향에 있어서의 광축에서 관찰창 끝까지의 거리를 φ라 하거나 (도17의(b)), 또는 관찰창에 있어서 광축에서 관찰창 끝까지의 거리가 가장 가까운 곳까지의 거리를 φ, 그 방향에 있어서의 시야내 최대 광선을 h라 할(도17의(c)) 때에, 관찰창의 광선고에 대한 끝까지의 여유량((Y)=φ-h)은 여유량(Y)이 작아지는 쪽의 φ및 h의 값을 이용한다.
그리고 촬상 광학계의 초점거리가 2.2㎜ 이하이면, 상기 구성은 더욱 효과적이 된다. 이것은, 내시경 촬상 광학계와 같은 소형 광학계에 있어서, 초점거리가 짧은 광학계로 되면 CCD의 수평 방향의 1화상을 만드는 최소 단위 화소에 입사하는 광속이 가늘어져서 물 제거성의 양호함에 비해 약한 구조가 되기 때문이다.
그리고, 촬상 광학계의 F넘버가 3.5 이상이면, 상기 구성은 더욱 효과적이 된다. 이것은 내시경 촬상 광학계의 피사계 심도를 길게 취하기 때문에, F넘버가 큰 광학계가 바람직하다. 그러나, F넘버가 커지면 CCD의 수평 방향의 1화상을 만드는 최소 단위 화소에 입사하는 광속 직경이 가늘어져서 물 제거성의 양호함에 비해 약한 구조로 되기 때문이다.
본 발명의 제3 내시경 촬상 광학계는, 모니터 주사선에 대해 수평 방향의 화소 피치(H)와 수직 방향의 화소 피치(V)의 평균 화소 피치((H+V)/2)가 4.65㎛ 이하인 모노크롬 고밀도 고체 촬상 소자 또는 3.1㎛ 이하인 컬러 고밀도 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 장치에 있어서, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자의 누프경도가 800 이상인 재질을 이용한 것을 특징으로 하는 것이다.
단, 누프경도란, 시료의 평면 연마면에 다이아몬드 마름모꼴 압자(대 모서리각 172°30'과 130°)를 0.98N{0.1Kgf}의 하중을 가하여 15초간 눌러, 홈을 부여하였을 때에 다음 수학식 6에 의해 산출되는 양이다.
누프경도 = 1.451 F/l2- - - (6)
F : 하중(N)
l : 긴 쪽의 대각선의 길이(㎜)
이 제3 구성의 작용을 설명하면, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자의 누프경도가 800 이상인 재질은, 종래 사용되었던 광학 유리에 비해 단단한 재질이기 때문에, 실수로 부딪히는 정도의 충격으로는 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자에 흠집이나 일그러짐은 생기지 않는다. 따라서, 작은 화소 피치의 고분해능의 화상에서 미세한 흠집이나 일그러짐이 있어도 비추어져서 진단 등의 방해가 되었던 것도, 흠집, 일그러짐을 방지함으로써 문제를 해소할 수 있다. 이것은, CCD의 수평 방향의 1화상을 만드는 최소 단위 화소의 크기가 모노크롬 CCD의 화소 피치가 4㎛, 나아가 3㎛로 됨으로써, 컬러 CCD에서는 화소 피치 2㎛로 됨으로써 한층 더 효과가 나타난다.
또한, 본 발명에서는 촬상 광학계의 초점거리가 2.2㎜ 이하일 때에, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자에 상기 광학 소자를 이용하면 더욱 좋다. 이것은, 예컨대 내시경의 촬상 대물 광학계로서 적당한 사양을 갖는 광학계에서, 화소 피치가 작아져서 광학 소자도 소형화되면, 초점거리가 더욱 짧은 광학계로 되는 경향이 있기 때문에, 상기 고체 촬상 소자의 화상을 만드는 최소 단위내로 입사되는 광속이 가늘어지고, 특히 밝기 조리개로부터 떨어진 물체에 가장 가까운측의 광학 소자에서는 광속이 가늘어진다. 따라서, 초점거리가 짧은 광학계에서는 특히 효과적이고, 초점거리가 2㎜, 1.5㎜, 1㎜, 나아가 0.7㎜로 짧아지면, 상기 소자를 이용하는 광학계의 효과가 보다 잘 나타난다.
또한, 본 발명에서는 F넘버가 3.5 이상일 때에, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측 광학 소자에 상기 광학 소자를 이용하면 더욱 좋다. F넘버가 큰 광학계는 광속이 가늘기 때문에 마찬가지로 흠집, 일그러짐이 눈에 띄기 쉬워져서 효과적이다.
또한, 본 발명에서는 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측 광학 소자부터 차례로 평면, 상면측에 오목면 형상의 부렌즈로 하면 더욱 좋다. 내시경의 시야각은 통상 100°이상인 광각의 광학계로 구성되어 있기 때문에, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측 광학 소자를 평행평판으로 하면, 도11의(b)에 도시한 바와 같이 고체 촬상 소자(9)의 유효한 촬상 범위(10)(유효 이미지 영역)로 입사하는 광선이 뻗는 광속에 있어서 관찰창에 묘사하는 시야내 범위(8)의 면적이 커진다. 그 결과, 선단 광학 소자의 외경이 대형화하여 내시경 선단부의 외경이 굵어진다. 따라서, 도11의(a)에 도시한 바와 같이 선단 광학 소자를 평면오목렌즈로 하면, 시야내 광선이 묘사하는 면적이 작아지고 내시경의 직경 미세화가 가능해진다.
또한, 본 발명은 촬상 선단 광학 소자의 재질이 사파이어이면 좋다. 사파이어 유리를 이용하면, 누프 경도가 1370으로 매우 단단하여, 다이아몬드 등, 불과 몇 종류의 물질에 의해서만 흠집을 낼 수 있기 때문에 보다 효과적으로 된다.
이하, 본 발명의 촬상 광학계의 실시예에 대해 설명한다.
(실시예 1)
도1에 실시예 1의 전자 카메라의 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도를 도시한다. 이 실시예 1은 후기하는 표 1과 같은 렌즈 데이터를 갖는 것이다. 단, 표 중에서 f는 전계(全系)의 초점거리, 2ω는 화각, FNo는 F넘버이고, r1, r2…는 각 렌즈의 곡률반경, d1, d2…는 각 렌즈의 면간 및 렌즈 간격, nd1, nd2…는 각 렌즈의 d-라인(587㎚)에서의 굴절률, νd1, νd2…는 각 렌즈의 d-라인(587㎚)에서의 아베수를 나타낸다. 이하, 동일.
실시예 1은, 물체측부터 차례로 물체측에 오목면을 향하게 한 부 메니스커스 렌즈(L1), 양면볼록 정렌즈(L2), 양면볼록 정렌즈(L3)와 양면오목 부렌즈(L4)의 접합렌즈, 평행평판인 F1 내지 F5 및 CCD로 구성되어 있다. 그리고, 평행평판(F1)부터 평행평판(F4)까지는 광학 접착제로 접착되어 있다. 또한, 본 촬상 광학계의 CCD는 인터라인 타입의 원색계 컬러 필터를 이용한 평균 화소 피치 4.5㎛의 고밀도 CCD이다.
이 촬상 광학계의 초점거리는 7.316㎜, F넘버 5이다. 여기에서, 이 대물 광학계의 물체에서 가장 가까운 측의 렌즈(L1)는 누프경도 1370의 합성 사파이어로 이루어져, 강한 충격에도 대물창에 흠집이나 일그러짐이 발생하지 않는 구성으로 되어 있기 때문에 이들로 인한 화상의 흐트러짐은 없다.
(실시예 2)
도1에 실시예 2의 내시경 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도를 도시한다. 이 실시예 2는 후기하는 표 2와 같은 렌즈 데이터를 갖는 것이다.
실시예 2는, 물체측부터 차례로 평행평판의 유리 또는 광학 필터(F1), 평면오목 부렌즈(L1), 단 이들 광학 소자는 CCD의 유효 촬상 범위의 형태로 맞추고, 촬상 광학계의 크기를 소형화하기 위해 사각 형태를 띤 광학 소자이고, 이어서 양면볼록 정렌즈(L2), CCD로 적외광이 입사되는 것을 방지하기 위한 평행평판의 필터(F2), 볼록평면 정렌즈(L3) 및 CCD의 커버 글라스(CG)로 구성되어 있다. 그리고, 볼록평면 정렌즈(L3)의 상측 평면과 CCD 커버 글라스(CG)는 광학 접착제로 접착한다.
본 촬상 광학계에서 사용하는 CCD는, 모노크롬 CCD, 평면 화소 피치 4.6㎛의 고밀도 CCD이다.
이 촬상 광학계의 초점거리는 1.8㎜, F넘버 6.8이다. 이 때, 시야내 광선중에서 상고가 가장 높은 1점에 결상되는 광속의 관찰창 상에서의 면적은 0.056㎟로 매우 작다.
그런데, 이 촬상 광학계의 물체에서 가장 가까운 측의 평행평판의 광학 소자(F1)는, 누프경도 936인 ZrO2를 포함한 유리(SiO243.48%, ZrO 256.52%)로 이루어져서, 강한 충격에 대해서도 관찰창에 흠집이나 일그러짐이 발생하지 않는 구조로 되어 있기 때문에, 이들로 인한 화상의 흐트러짐은 없다.
또한, 평행평판(F1)과 평면오목 부렌즈(L1) 사이에서 거울틀에 둘러싸인 공기층의 체적은 0.7065㎣이다. 이 공기층을 작게 함으로써, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측 광학 소자의 상면측의 흐림이 억제된다. 여기에서, 광학계 전체가 작아지면, 공기층 체적을 0.5㎣ 이하로 하기가 쉬워지며, 이와 같이 하면 흐림 방지의 효과를 더 얻을 수 있다.
또한, 촬상 광학계의 관찰창에 있어서, 광축에서 시야내 광선의 최대 광선고(h)가 1.25㎜이고, 이 때의 광축에서 최대 광선고 방향의 관찰창 가장자리까지의 길이(φ)가 1.45㎜, 시야내 최대 광선고와 관찰창의 가장자리까지의 여유(Y)를 0.2㎜로 취하고 있기 때문에, 물 제거성의 악화로 인한 화상의 흐트러짐은 일어나지 않는 구성으로 되어 있다.
도3은 이 촬상 광학계를 탑재하는 내시경 선단의 레이아웃을 도시한다. 도시한 바와 같이 내시경 선단에는 관찰창(대물렌즈)(31), 조명창(조명렌즈)(32), 세정용 노즐(33) 및 겸자구(도시 생략)가 각각 관찰 및 처치하기 쉽도록 적당한 위치에 각각 배치되어 있다. 여기에서, 관찰창(31)의 내측 점선은 점선 내측이 시야내 광선으로 되어 CCD의 유효 촬상 범위로 입사되는 범위를 표시하고, 이 관찰창(31)을 통해 입사된 모니터 화상은 도13과 같이 된다. 도3에 도시한 바와 같이, 모니터 화상의 4모서리의 모따기변 대 모따기변 방향 연장상에 상당하는 위치에 조명창(32)이 위치하고, 모니터 출력 화상의 중심에서 출력 화상의 끝까지의 길이가 가장 긴 점과 모니터 화상의 중심을 잇는 직선을 기준으로 하고, 모니터 출력 화상의 중심을 중심으로 하여 12°의 위치에 조명창(32)의 중심이 배치되어 있다.
그리고, 관찰창(31) 중심과 조명창(32) 중심을 잇는 선분상에서 관찰창(31)의 외주와 교차하는 부분에 흑색의 접착제가 ±1㎜의 범위로 채워져 있다.
(실시예 3)
도4에 실시예 3의 내시경 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도를 도시한다. 이 실시예 3은 후기하는 표 3과 같은 렌즈 데이터를 갖는 것이다.
실시예 3은, 물체측부터 차례로 평면오목 부렌즈(L1), 평행평판(F1), 양면 오목 정렌즈(L2), CCD로 적외광이 입사되는 것을 방지하기 위한 평행평판의 필터(F2), 볼록평면 정렌즈(L3) 및 CCD의 커버 글라스(CG)로 구성되어 있다. 그리고, 볼록평면 정렌즈(L3)의 상측 평면과 CCD 커버 글라스(CG)는 광학 접착제로 접착한다.
본 촬상 광학계의 CCD는, 인터라인 타입의 보색계 컬러 필터를 이용한 컬러 CCD, 평균 화소 피치 2.8㎛의 고밀도 CCD이다.
이 촬상 광학계의 초점거리는 1.539㎜, F넘버는 5.6이다. 이 때, 시야내 광선중에서 상고가 가장 높은 1점에 결상되는 광속의 면적은 0.077㎟로 작다.
여기에서, 물체에 가장 가까운 측의 평면오목 부렌즈(L1)는 누프경도 1380의 사파이어이기 때문에 흠집에 강한 구조이고, 물체에 가장 가까운 측 렌즈(L1)와 평행평판(F1) 사이의 공기층 체적은 1㎣로 흐림 방지 구조이다.
여기에서, 구결 체적(V2)은 0.78㎣이고, 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자(L1)의 상측에서 상측 방향 직후의 제2 광학 소자(F1)의 물체측 표면까지의 광축상의 간격(d)=0.6㎜이다.
또한, 촬상 광학계의 관찰창에 있어서, 광축에서 시야내 광선의 최대 광선고(h)가 1.21㎜이고, 이 때의 관찰창 중심에서 최대 광선고 방향의 관찰창 가장자리까지의 길이(φ)가 1.34㎜, 시야내 최대 광선고와 관찰창의 가장자리까지의 여유(Y)를 0.13㎜로 취하고 있기 때문에, 물 제거성의 악화로 인한 화상의 흐트러짐은 일어나지 않는 구조가 된다.
도5는 이 촬상 광학계를 탑재하는 내시경 선단의 레이아웃을 도시한다. 여기에서 실시예 2와 마찬가지로, 관찰창(31)의 내측 점선은 점선 내측이 시야내 광선이 되어 CCD의 유효 촬상 범위로 입사되는 범위를 표시하고, 이 관찰창(31)을 통해 입사된 모니터 화상은 도13과 같이 된다. 이와 같이, 모니터 화상의 대변방향 연장상에 상당하는 위치에 조명창(32)을 배치하고, 모니터 출력 화상의 중심에서 출력 화상의 끝까지의 길이가 가장 긴 점과 모니터 중심을 잇는 직선을 기준으로 하고, 출력 화상 중심을 중심으로 하여, 일측 조명창(조명 렌즈)(32)의 중심을 20°의 위치로, 타측 조명창(조명 렌즈)(32)의 중심을 40°의 위치로 배치하고 있다.
그리고, 관찰창(31) 중심과 조명창(32) 중심을 잇는 선분상에서 관찰창(31)의 외주와 교차하는 부분에 흑색의 접착제가 ±0.7㎜의 범위로 채워져 있다.
(실시예 4)
도6에 실시예 4의 내시경 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도를 도시한다. 이 실시예 4는 후기하는 표 4와 같은 렌즈 데이터를 갖는 것이다.
실시예 4는, 물체측부터 차례로 평면오목 부렌즈(L1), 평행평판(F1), 양면볼록 정렌즈(L2), CCD로 적외광이 입사되는 것을 방지하기 위한 평행평판의 필터(F2), 볼록평면 정렌즈(L3) 및 CCD의 커버 글라스(CG)로 구성되어 있다. 그리고, 볼록평면 정렌즈(L3)의 상측 평면과 CCD 커버 글라스(CG)는 광학 접착제로 접착한다.
본 촬상 광학계에 사용하는 CCD는, 인터라인 타입의 보색계 컬러 필터를 이용한 컬러 CCD, 평균 화소 피치 2.5㎛의 고밀도 CCD이다.
이 촬상 광학계의 초점거리는 0.6629㎜, F넘버 4.6이다. 이 때, 시야내 광선중에서 상고가 가장 높은 1점에 결상되는 광속의 면적은 0.02㎟로 작다. 여기에서, 물체에 가장 가까운 측 평면오목 렌즈(L1)는 누프경도 1380의 사파이어이기 때문에 흠집에 강한 구성이고, 물체에 가장 가까운 측 렌즈(L1)와 평행평판(F1) 사이의 공기층 체적은 0.1㎣로 흐림 방지 구조이다.
여기에서, 구결 체적(V2)은 0.08㎣이고, 물체에 가장 가까운 측 광학 소자(L1)의 상측에서 상측 방향 직후의 제2 광학 소자(F1)의 물체측 표면까지의 광축상의 간격(d)=0.284㎜이다.
또한, 촬상 광학계의 관찰창에 있어서, 광축에서 시야내 광선의 최대 광선고(h)가 0.69㎜이고, 이 때의 관찰창 중심에서 최대 광선고 방향의 관찰창 가장자리까지의 길이(φ)가 0.84㎜, 시야내 최대 광선고와 관찰창의 가장자리까지의 여유(Y)를 0.15㎜로 취하고 있기 때문에, 물 제거성의 악화로 인한 화상의 흐트러짐은 일어나지 않는 구조로 되어 있다.
(실시예 5)
도7에 실시예 5의 촬상 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도를 도시한다. 이 실시예 5는 후기하는 표 5와 같은 렌즈 데이터를 갖는 것이다.
실시예 5는, 물체측부터 차례로 평면오목 부렌즈(L1), 밝기 조리개(S), 물체측 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈(L2), 물체측에 볼록면을 향하게 한 부 메니스커스 렌즈(L3)와 볼록평면 정렌즈(L4)의 접합렌즈, CCD의 커버 글라스(CG)로 구성되어 있다. 본 촬상 광학계에 사용하는 CCD는, 인터라인 타입의 보색계 컬러 필터를 이용한 컬러 CCD, 평균 화소 피치 3㎛의 고밀도 CCD이다.
이 촬상 광학계의 초점거리는 1.44㎜, F넘버 5.6이다.
이 촬상 광학계에 있어서는, 물체에 가장 가까운 측의 부렌즈(L1)와 그 상측에 배치되어 있는 정렌즈(L2)의 광축상의 간격(d)=0.13㎜로 작고, 부렌즈(L1)와 정렌즈(L2) 사이의 공기층 체적(V1)은 0.055㎣이고, 물체에 가장 가까운 측 부렌즈(L1)의 구결 체적(V2)은 0.036㎣로 작기 때문에, 흐려지기 어려운 구조로 되어 있다.
본 실시예는 또한 다음의 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.
(1) -1.5 ＜ f1/f ＜ -0.8
(2) -0.8 ＜ R4/f ＜ -0.4
(3) 0.05 ＜ d2/f ＜ 0.3
단, f1 : 제1 렌즈의 초점거리,
f : 전계의 초점거리,
R4 : 제2 렌즈의 상측 면의 곡률반경,
d2 : 제1 렌즈와 제2 렌즈의 간격이다.
조건식 (1) (-1.5 ＜ f1/f ＜ -0.8, f1 : 제1 렌즈의 초점거리, f : 전계의 초점거리)는, 페츠발 합의 증대를 억제하여 작게 유지하여, 상면 만곡을 보정하기 위한 조건이다. 제1 렌즈의 부의 파워를 비교적 강하게 설정함으로써, 부의 페츠발 양을 크게 발생시켜 전계의 페츠발 합이 정으로 증대되는 것을 방지한다. 이 조건식 (1)의 하한을 초과하면, 제1 렌즈의 부의 파워가 너무 약해져서 상기 효과를 얻을 수 없다. 상한을 초과하면, 부의 파워가 지나치게 강해져서 구면수차 및 색수차의 증대를 초래한다.
조건식 (2) (-0.8 ＜ R4/f ＜ -0.4, R4 : 제2 렌즈의 상측 면의 곡률반경)는, 구면수차를 언더상태로 유지하기 위해 제2 렌즈의 상측 면의 곡률반경에 대해 필요한 조건이다. 본 실시예의 렌즈에 있어서, 조건식 (1)을 만족해도 상면 만곡이 완전하게 0로 되는 것은 아니다. 축상과 축외의 밸런스, 즉 시야 전체의 상질의 균일성은 상면 만곡과 구면수차의 양에 의해 결정된다. 상면 만곡이 잔존하는 상태에서 구면수차를 아무리 0에 가깝게 하여 축상 성능을 향상시켜도 시야 전체의 밸런스는 부족하다. 본 실시예는, 정렌즈에 비교적 굴절률이 낮은 초석재를 이용하기 때문에, 페츠발 합이 커져서 상면 만곡이 커지기 쉽다. 따라서, 시야 전체의 밸런스를 맞추기 위해 구면수차를 어느 정도 발생시켜 적당하게 언더상태로 유지할 필요가 있다. 조건식 (2)는 구면수차를 언더상태로 유지하기 위한 조건이다. 이조건식 (2)의 하한을 초과하면, 곡률반경이 너무 느슨해져서 구면수차를 언더로 하는 효과가 상실되고, 렌즈 전체에서 구면수차가 오버로 되어 축외 성능과의 밸런스를 맞출 수 없게 된다. 상한을 초과하면, 반대로 곡률반경이 꽉 죄여서 구면수차가 지나치게 언더로 된다.
조건식 (3) (0.05 ＜ d2/f ＜ 0.3, d2 : 제1 렌즈와 제2 렌즈의 간격)은, 조건식 (2)와 함께 구면수차량을 적절하게 유지하기 위해 제1 렌즈와 제2 렌즈의 간격에 요구되는 것이다. 본 실시예에서는, 상술한 바와 같이 페츠발 합을 작게 하기 위해 제1 렌즈의 부의 파워를 약간 강하게 설정한다. 따라서, 제1 렌즈에서는 모든 수차, 특히 구면수차, 색수차가 오버로 된다. 이들 오버의 수차는 정의 파워를 갖는 제2 렌즈에 의해 발생하는 언더의 수차에 의해 상쇄되는데, 적절한 상쇄를 발생시키기 위하여 이들 2개의 렌즈 사이의 간격에 조건식 (3)이 요구된다. 조건식 (3)의 범위를 벗어나면, 상술한 바와 같은 적절한 수차의 상쇄가 가능하지 않고, 구면수차, 색수차 등이 잔존하여 화상의 질을 저하시킨다. 또한, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 물리적인 간격을 확보하기 위해서도 조건식 (3)의 하한은 필요하다.
(실시예 6)
도8에 실시예 6의 촬상 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도를 도시한다. 이 실시예 6은 후기하는 표 6과 같은 렌즈 데이터를 갖는 것이다.
실시예 6은, 실시예 5와 동일한 렌즈 배치의 촬상 광학계의 선단부에 합성 사파이어제 커버 글라스(F1)를 배치한 것이다. 이 촬상 광학계와 같이, 평면오목 부렌즈(L1)와 그 상측에 배치되어 있는 정 메니스커스 렌즈(L2)의 광축상의 간격이0.13㎜(＜1㎜)로 좁고, 또한 부렌즈(L1)와 정렌즈(L2) 사이에 밝기 조리개(S)가 배치되어 있는 구성의 경우, 밝기 조리개(S)보다 물체측에 배치되어 있는 부렌즈(L1)와 합성 사파이어제 커버 글라스(F1)상의 최대 광선고를 낮출 수 있다. 따라서, 합성 사파이어제 커버 글라스(F1)의 외경을 고체 촬상 소자의 유효 촬상면의 최대 치수(예컨대, 대각치수)에 대해 1.2배 이하로 줄일 수 있다. 여기에서, 본 촬상 광학계에 사용하는 CCD는, 모노크롬, 평균 화소 피치 3㎛의 고밀도 CCD이다.
(실시예 7)
도9에 실시예 7의 촬상 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도를 도시한다. 이 실시예 7은 후기하는 표 7과 같은 렌즈 데이터를 갖는 것이다.
실시예 7은 촬상 광학계의 선단부에 합성 사파이어제 커버 글라스(F1)를 배치한 것이다. 여기에서, 본 촬상 광학계에 사용하는 CCD는, 인터라인 타입의 보색계 필터를 이용한 컬러 CCD, 평면 화소 피치 2.5㎛의 고밀도 CCD이다.
(실시예 8)
도10에 실시예 8의 내시경 광학계를 구성하는 렌즈계의 단면도를 도시한다. 이 실시예 8은 후기하는 표 8과 같은 렌즈 데이터를 갖는 것이다.
실시예 8은, 물체측부터 차례로 평면오목 부렌즈(L1), 양면볼록 정렌즈(L2), CCD로 적외광이 입사되는 것을 방지하기 위한 평행평판의 필터(F1), 양면볼록 정렌즈(L3) 및 상면측에 볼록면을 향하게 하는 메니스커스 렌즈(L4)가 접합되어 있는 접합렌즈, 평행평판(F2) 및 CCD의 커버 글라스(CG)로 구성되어 있다. 그리고, 평행평판(F2)의 상측 평면과 CCD의 커버 글라스(CG)는 광학 접착제로 접착한다.
본 촬상 광학계에 사용하는 CCD는, 모노크롬 CCD, 평균 화소 피치 4㎛의 고밀도 CCD이다.
이 촬상 광학계의 초점거리는 1.063㎜, F넘버 3.6이다. 이 때, 시야내 광선중에서 상고가 가장 높은 1점에 결상되는 광속의 면적은 0.07㎟로 작다.
또한, 물체에 가장 가까운 측 렌즈(L1)와 양면오목 정렌즈(L2) 사이의 공기층 체적은 2.75㎣로, 흐림 방지 구조이다.
여기에서, 구결 체적(V2)은 0.39㎣이고, 물체에 가장 가까운 측의 광학 소자(L1)의 상측에서 상측 방향 직후의 제2 광학 소자(L2)의 물체측 표면까지의 광축상의 간격(d)=0.934㎜이다.
또한, 촬상 광학계의 관찰창에 있어서, 광축에서 시야내 광선의 최대 광선고(h)가 1.013㎜이고, 이 때의 관찰창 중심에서 최대 광선고 방향의 관찰창 가장자리까지의 길이(φ)가 1.245㎜, 시야내 최대 광선고와 관찰창의 가장자리까지의 여유(Y)를 0.232㎜로 취하고 있기 때문에, 물 제거성의 악화로 인한 화상의 흐트러짐이 일어나지 않는 구조로 되어 있다.
이하, 상기 실시예 1 내지 8의 광학계의 렌즈 데이터를 나타낸다.
그리고. 누프경도가 800 이상인 광학 재료로서는, 상기 실시예에서 예로 든 사파이어, 이산화 티타늄 외에 스피넬, YAG(yttrium aluminium garnet), ALON(aluminium oxynitride) 등을 이용해도 된다.
도14 내지 도16은 본 발명의 촬상 광학계를 전자 카메라의 촬상 광학계(41)에 이용한 구성의 개념도를 도시한다. 도14는 전자 카메라(40)의 외관을 도시한 전방 사시도, 도15는 동 후방 사시도, 도16은 전자 카메라(40)의 구성을 도시한 단면도이다. 전자 카메라(40)는 이 예의 경우, 촬영용 광로(42)를 갖는 촬영 광학계(41), 파인더용 광로(44)를 갖는 파인더 광학계(43), 셔터(45), 플래시(46), 액정 표시 모니터(47) 등을 포함하고, 카메라(40)의 상부에 배치된 셔터(45)를 누르면, 이것과 연동하여 촬영용 대물 광학계(48)를 통해 촬영이 이루어진다. 촬영용 대물 광학계(48)에 의해 형성된 물체 상이, 로우패스 필터, 적외 컷 필터 등의 필터를 통해 CCD(49)의 촬상면(50) 상에 형성된다. 이 CCD(49)에서 수광된 물체 상은 처리수단(52)을 통해 전자 화상으로서 카메라 배면에 설치된 액정 표시 모니터(47)에 표시된다. 또한, 이 처리수단(52)에는 메모리 등이 배치되어 촬영된 전자 화상을 기록할 수도 있다. 그리고, 이 메모리는 처리수단(52)와 별체로 설치되어도 되고, 플로피디스크 등에 의해 전자적으로 기록 기입을 행할 수 있도록 구성해도 된다. 또한, CCD(49) 대신에 은염 필름을 배치한 은염 카메라로서 구성해도 된다.
파인더용 광로(44)상에는 파인더용 대물 광학계(53)와, 이 파인더용 대물 광학계(53)에 의해 형성된 물체 상을 정립시키는 포로프리즘(54)과, 접안 광학계(55)가 배치되어 있고, 피사체의 정립정상으로 된 상을 관찰자 안구(E)가 관찰할 수 있도록 되어 있다.
이 예에 있어서, 촬영용 대물 광학계(48)는, 커버 글라스를 겸하는 부렌즈(LN)와 편심 프리즘으로 이루어지며, 프리즘을 구성하는 굴절면, 반사면에 자유곡면, 애너모픽 면 등의 회전 비대칭면을 이용하고 있는 전군(GF)과, 밝기 조리개(S)와, 전군(GF)과 마찬가지로 편심 프리즘으로 이루어지며 프리즘을 구성하는 굴절면, 반사면에 자유곡면, 애너모픽 면 등의 회전 비대칭면을 이용하고 있는 후군(GR)으로 이루어진 것으로서, 전군(GF)의 편심 프리즘은 3면으로 이루어지고, 제1면은 입사 굴절면, 제2면은 사출 굴절면과 내부 전반사면을 겸용하는 곡면, 제3면은 내부 반사면으로 이루어지고, 후군(GR)의 편심 프리즘도 3면으로 이루어지고, 제1면은 입사 굴절면, 제2면은 사출 굴절면과 내부 전반사면을 겸용하는 곡면, 제3면은 내부 반사면으로 이루어지는 것이다.
그리고, 촬영용 대물 광학계(48)의 부렌즈(LN)가, 본 발명에 의거하여 누프경도가 800 이상인 재질, 예컨대 합성 사파이어를 이용하고 있고, 또한 CCD(49)로서 평균 화소 피치((H+V)/2)가 3.1㎛ 이하인 인터라인 타입의 고밀도 컬러 CCD를 이용하고 있다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 내시경 광학계에 의하면, 흠집이나 일그러짐, 결로로 인한 물방울, 세정수의 물방울 등으로 인한 화질의 흐트러짐이 발생하지 않고, 항상 양호하고 고화질의 내시경 화상을 얻을 수 있다.

Claims (14)

  1. 모니터 주사선에 대해 수평 방향의 화소 피치(H)와 수직 방향의 화소 피치(V)의 평균 화소 피치 (H+V)/2이 4.65㎛ 이하인 모노크롬 고밀도 고체 촬상 소자, 또는 3.1㎛ 이하인 인터라인 타입의 컬러 고밀도 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 장치에 있어서,
    촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측과 그 상측(像側) 방향 직후의 제2 광학 소자 사이의 공기층의 체적(V1)이
    V1＜ 4㎣- - - (1)
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 내시경 촬상 광학계.
  2. 제1항에 있어서, 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측 광학 소자의 상측(像側) 표면에서 상측 방향 직후의 제2 광학 소자 물체측 표면까지의 광축에 있어서의 간격(d)이 다음 조건
    d ＜ 1㎜- - - (2)
    를 만족하고, 또한 촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측 광학 소자가 상측에 오목면을 갖는 렌즈이거나 또는 평행평판에 평오목 렌즈를 접합시킨 것일 때에, 그 오목면측의 대략 구면형상으로 파여 있는 부분의 체적(이하, 구결 체적이라 함)(V2)이 다음 조건
    V2＜ 1.5㎣- - - (3)
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 내시경 촬상 광학계.
  3. 제2항에 있어서, 선단에 가장 가까운 광학 소자가 물체측부터 차례로 평면, 상측(像側)을 향한 오목면 형상의 부렌즈인 것을 특징으로 하는 내시경 촬상 광학계.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 촬상 광학계의 초점거리가 2.2㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 내시경 촬상 광학계.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 촬상 광학계의 F넘버가 3.5 이상인 것을 특징으로 하는 내시경 촬상 광학계.
  6. 모니터 주사선에 대해 수평 방향의 화소 피치(H)와 수직 방향의 화소 피치(V)의 평균 화소 피치 (H+V)/2이 4.65㎛ 이하인 모노크롬 고밀도 고체 촬상 소자, 또는 3.1㎛ 이하인 인터라인 타입의 컬러 고밀도 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 장치에 있어서,
    촬상 광학계의 물체에서 가장 가까운 측 광학 소자의 물체측 표면의 관찰창 중심에서 끝까지의 길이(φ), 상기 광학 소자의 물체측 표면의 대물 광학계의 광축에서 시야내 광선의 최대 광선고(光線高)를 h라 하였을 때, 대물창의 광선고에 대한 선까지의 최소 여유량 Y(=φ-h)는 다음 조건
    1.0㎜ ＜ φ ＜ 3.5㎜- - - (4)
    0.12㎜ ＜ Y ＜ 0.6㎜- - - (5)
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 내시경 촬영 광학계.
  7. 제6항에 있어서, 촬상 광학계의 초점거리가 2.2㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 내시경 촬영 광학계.
  8. 제6항에 있어서, 촬상 광학계의 F넘버가 3.5 이상인 것을 특징으로 하는 내시경 대물 광학계.
  9. 모니터 주사선에 대해 수평 방향의 화소 피치(H)와 수직 방향의 화소 피치(V)의 평균 화소 피치 (H+V)/2이 6㎛ 이하인 모노크롬 고밀도 고체 촬상 소자, 또는 3.1㎛ 이하인 컬러 고밀도 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 장치에 있어서,
    촬상 광학계의 물체에 가장 가까운 측 광학 소자의 누프경도가 800 이상인 재질을 이용한 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
  10. 제9항에 있어서, 촬상 광학계의 초점거리가 2.2㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
  11. 제9항에 있어서, 촬상 광학계의 F넘버가 3.5 이상인 것을 특징으로 하는 대물 광학계.
  12. 제10항에 있어서, 선단에 가장 가까운 광학 소자가 물체측부터 차례로 평면, 상측을 향한 오목면 형상의 부렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
  13. 제11항에 있어서, 선단에 가장 가까운 광학 소자가 물체측부터 차례로 평면, 상측을 향한 오목면 형상의 부렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 물체에 가장 가까운 측 광학 소자의 재질이 사파이어인 것을 특징으로 하는 내시경 광학계.
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