WO2005110201A1 - 内視鏡および内視鏡装置 - Google Patents

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WO2005110201A1
WO2005110201A1 PCT/JP2005/008483 JP2005008483W WO2005110201A1 WO 2005110201 A1 WO2005110201 A1 WO 2005110201A1 JP 2005008483 W JP2005008483 W JP 2005008483W WO 2005110201 A1 WO2005110201 A1 WO 2005110201A1
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WO
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optical system
solid
objective optical
conditional expression
endoscope
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Application number
PCT/JP2005/008483
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English (en)
French (fr)
Inventor
Takayuki Kato
Kazuhiro Kumei
Original Assignee
Olympus Corporation
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
    • A61B1/00071—Insertion part of the endoscope body
    • A61B1/0008—Insertion part of the endoscope body characterised by distal tip features
    • A61B1/00096—Optical elements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
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    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2407—Optical details
    • G02B23/2423—Optical details of the distal end
    • G02B23/243—Objectives for endoscopes

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope and an endoscope apparatus, and more particularly to an electronic endoscope provided with a fixed focus type imaging unit including an objective optical system and a solid-state imaging device.
  • An endoscope provided with a so-called fixed focus type imaging unit in which a solid-state imaging device is fixed at an image position of an objective optical system and has no moving part can reduce the cost because the structure of the imaging unit can be simplified and reduced. Also, it is advantageous in that the outer diameter of the endoscope insertion part is reduced and the length of the rigid part at the tip is shortened. Also, since there is no need for focusing, the user can concentrate on the operation of the endoscope, which makes it easy to handle, and is widely used in various fields such as medical and industrial use.
  • An endoscope equipped with such a fixed-focus type imaging unit observes the distal end of the endoscope insertion section, performs an operation of guiding to a site, and selects a desired observation site while viewing a wide range!
  • the focus position is set so that a clear image can be obtained even in a distant view (for example, about 50 to 100 mm for a general medical endoscope) so as to obtain a loose screen.
  • the object distance at which a clear image can be obtained when the distance between the end of the endoscope insertion portion and the subject is short is generally about 5 to 10 mm.
  • An endoscope provided with a zoom-type imaging unit has a short focal length! / At almost the same wide end as an endoscope provided with a fixed-focus type imaging unit. Depth of field can be obtained. Therefore, in this case, the same use as the endoscope provided with the fixed focus type imaging unit can be performed.
  • the focal depth At the telephoto end where the focal length is long, the focal depth is wide. Since it is closer to the near point (shallower) than the edge, the focus is out of focus in a distant view (50 to: about LOOmm).
  • the range in focus that is, the depth of field of the objective optical system becomes very narrow at the time of magnifying observation at the telephoto end. There are problems when it becomes difficult to handle endoscopes.
  • the endoscope provided with the above-mentioned zoom type imaging unit a mechanism for moving the variator lens is required, so that the size of the imaging unit is larger than that of the fixed focus type imaging unit.
  • An endoscope provided with this has a problem that the outer diameter of the insertion portion becomes large.
  • the structure including the mechanism for moving the noriator is complicated, and the number of components is increased. Therefore, there is a problem that the manufacturing cost is higher than that of the fixed focus type imaging unit.
  • the endoscope provided with the above-described zoom-type imaging unit
  • the treatment tool enters the field of view because the viewing angle becomes narrow at the tele end. Therefore, it is necessary to operate the noriator lens on the wide side to increase the observation distance and perform the treatment. That is, the operator must perform an operation of guiding the end of the endoscope insertion portion to a desired position, a zooming operation, and an operation of the treatment tool. Therefore, there is a problem that the operation becomes very complicated.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to enable observation of a distant view, perform screening and magnified observation, and smoothly approach an area. It is possible to perform magnified observation in close proximity to the subject to a site of about 3 to 4 mm without performing complicated operations such as zooming, and perform treatment with a treatment tool while performing magnified observation.
  • An object of the present invention is to provide an endoscope and an endoscope apparatus which can be performed and can contribute to reduction of manufacturing cost while suppressing increase in the outer diameter of the insertion portion.
  • an endoscope includes an objective optical system and a fixed-focus type imaging unit including a color solid-state imaging device in which a color filter is arranged for each pixel.
  • the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at an object distance of 4 mm and the MTF and force on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at an object distance of 50 mm are 10% or more.
  • the imaging surface of the solid-state imaging device is arranged at a certain position.
  • the endoscope apparatus of the present invention includes a solid-state imaging device in which a color filter is provided for each pixel and satisfies the conditional expression (1), and satisfies the conditional expressions (2) and (3).
  • An endoscope including a fixed focus type imaging unit constituted by an objective optical system, and an imaging unit And a display means for displaying an image obtained by the imaging unit, wherein a range on the object side of the imaging unit having a resolution of 25 lines or more at the center of the image displayed on the display means is indicated by dl, and Assuming that the range on the object side of the imaging unit where the resolution at the center of the image displayed on the means is 2 or more Zmm is d2, from the most object side surface of the objective optical system that constitutes the imaging unit 3.
  • the object point on the optical axis at 5 mm is included in both dl and d2, and the object point on the optical axis 50 mm from the most object side surface of the objective optical system that constitutes the imaging unit is d2
  • the imaging surface of the solid-state imaging device is arranged in the vicinity of the imaging position of the objective optical system so as to be included only in the imaging optical system.
  • the endoscope apparatus forms an image of an object with the objective optical system satisfying the conditional expressions (2) and (3), and the vicinity of the imaging plane of the objective optical system
  • a fixed-focus type imaging unit in which a color filter is arranged for each pixel and an image signal is obtained by a solid-state image sensor that satisfies the conditional expression (1), and an image signal sent from the solid-state image sensor is processed.
  • An endoscope device having a circuit system the endoscope device has a resolution of 35 ⁇ m or more when the distance force from the objective optical system to the object is mm, and the endoscope device has a resolution from the objective optical system to the object. It is characterized by having a resolution of 0.45 mm or more when the distance is 50 mm.
  • the endoscope of the present invention is an endoscope provided with a fixed focus type imaging unit composed of an objective optical system and a solid-state imaging device that generates a luminance signal for each pixel.
  • the imaging unit is
  • Effective MTF of the objective optical system Consists of an objective optical system that satisfies the F-number.
  • the imaging surface of the solid-state imaging device is arranged at a position where both the MTF and the force on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (2 XP) at an object distance of 50 mm are 10% or more.
  • the endoscope apparatus provides a solid-state imaging device in which a luminance signal is generated for each pixel and satisfies the conditional expression (4), the conditional expression (5) and the conditional expression (6)
  • An endoscope including at least a fixed focus type imaging unit constituted by an objective optical system satisfying the following conditions: and an display means for displaying an image acquired by the imaging unit.
  • the range on the object side of the imaging unit in which the resolution at the center of the image displayed on the display means is 25 lines or more is dl, and the center of the image displayed on the display means (on the optical axis)
  • the distance on the optical axis 3.5 mm from the most object side surface of the objective optical system that composes the imaging unit is The object point is included in both dl and d2, and the objective optical system that constitutes the imaging unit
  • the imaging surface of the solid-state imaging device is arranged near the imaging position of the objective optical system so that the object point on the optical axis located 50 mm from the most object side surface is included only in d2.
  • the endoscope apparatus forms an image of an object with the objective optical system satisfying the conditional expressions (5) and (6), and the vicinity of the imaging plane of the objective optical system
  • a fixed-focus imaging unit that obtains an image signal with a solid-state image sensor that satisfies Condition (4) and a color filter is arranged for each pixel, and processes the image signal sent from the solid-state image sensor
  • This endoscope apparatus has a resolution of 35 ⁇ m or more when the distance from the objective optical system to the object is 111111, and has a resolution of 35 ⁇ m or more from the objective optical system to the object. It is characterized by having a resolution of 0.45 mm or more when the distance is 50 mm.
  • the image of the object is an Airy disk which is a diffraction image of the circular aperture.
  • the diffraction images overlap and the intensity distribution is as shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing an intensity distribution on a straight line passing through the intensity centers of the two diffraction images.
  • the horizontal axis represents distance (unit: mm), and the vertical axis represents intensity (arbitrary unit). ! / Puru.
  • Rayleigh person's name
  • the intensity distribution of the diffraction image is such that a valley having an intensity of 74% with respect to the vertex remains. (From Asakura Shoten's "Optical Technology Handbook”)
  • two points placed in front of the objective optical system 5 disposed at the distal end of the insertion section of the endoscope 4 are connected to the horizontal plane on the imaging surface of the solid-state imaging device 1.
  • An image is picked up so that two point images are aligned in the direction (that is, two point images are horizontally aligned on the screen of the monitor 7), and the output signal from the circuit 6 that processes the image signal from the solid-state imaging device 1 is output.
  • Capture with an oscilloscope 9 and measure the intensity distribution of the two point images. At this time, the minimum distance between two points to be “resolved” is defined as “resolution”.
  • the two points may be replaced by a black and white line pair arranged in the horizontal direction.
  • “resolution” refers to a value obtained by the above method.
  • FIG. 6 a black-and-white line pair placed in front of the objective optical system 5 arranged at the distal end of the insertion section of the endoscope 4 is represented by white and black lines in the horizontal direction on the imaging surface of the solid-state imaging device 1.
  • An image is taken in such a manner that the bands are arranged side by side, and is displayed on a monitor 7 through a circuit system 6 for processing an image signal sent from the solid-state imaging device 1.
  • the black-and-white intensity distribution obtained on the screen of the monitor 7 is as shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a signal waveform when a horizontal image signal output from the monitor 7 is captured by an oscilloscope (not shown in FIG. 6), and the horizontal axis represents the monitor screen.
  • the horizontal axis represents the horizontal position
  • the vertical axis represents the signal strength.
  • the resolving power is expressed as the reciprocal of the width of the black and white line pair when the above-mentioned contrast I is 10%. Define.
  • MTF means d-line (wavelength: 587.6 nm), e-line (wavelength: 546.lnm)
  • F-line (wavelength 486. lnm) means the average value of MTF at each wavelength.
  • the endoscope apparatus mainly includes an endoscope 4, a circuit system 6 for processing image signals, and an image display monitor 7.
  • An image captured by an imaging unit including the objective optical system 5 and the solid-state imaging device 1 is processed by a circuit system 6 that processes an image signal, and is displayed on an image display monitor 7.
  • the “display area” of the solid-state imaging device 1 refers to an area on the solid-state imaging device 1 corresponding to the range displayed on the image display monitor 7 described above.
  • the display area 3 formed on the effective pixel area 2 of the solid-state imaging device 1 as shown in FIG. It has a similar shape.
  • the display range on the image display monitor 7 is limited by the circumferential shape only in the left-right direction, as shown in FIG.
  • the formed display area 3 also has the same shape.
  • the effective pixel area 2 of the solid-state imaging device 1 corresponding to the shape of the display unit of the image display monitor 7 is the display area.
  • IH indicates the distance from the center of the display area of the solid-state imaging device 1 to the farthest position. This is generally called image height.
  • the object image from Xb to ⁇ can be regarded as focused and ⁇ . That is, the range until the diameter of the circle of confusion coincides with ⁇ can be defined as the depth of field on the near point side.
  • Xb is the best distance
  • Xn is the distance to the near point of depth of field
  • Xf is the distance to the far point of depth of field
  • ⁇ is the allowable circle of confusion
  • F is the focal length of the optical system
  • F1 is the effective distance of the optical system.
  • the F number is Fno.
  • conditional expressions (1) and (4) define the conditions of the solid-state imaging device to be used in the present invention, and the condition of the solid-state imaging device with respect to the maximum image height is specified.
  • the range in which the ratio of the pixel pitch should be is shown.
  • the permissible circle of confusion ⁇ is proportional to the pixel pitch of the solid-state imaging device. Therefore, the larger the value of ⁇ ⁇ ⁇ , the smaller ⁇ with respect to the image height ⁇ . Therefore, if the value of ⁇ becomes too large, a wide depth of field cannot be obtained, and the object of the present invention cannot be achieved.
  • a solid-state imaging device satisfying conditional expression (1) is used. It is desirable.
  • conditional expressions (2) and (5) define the focal length of the objective optical system combined with the solid-state imaging device defined by the conditional expressions (1) and (4). are doing.
  • An imaging unit in which an imaging surface of a solid-state imaging device is arranged near an imaging surface of an objective optical system, and an endoscope device including a circuit system for processing an image signal sent from the solid-state imaging device.
  • an endoscope device including a circuit system for processing an image signal sent from the solid-state imaging device.
  • the imaging magnification ⁇ of the object arranged at the object distance X by the optical system is
  • the distance KP on the imaging surface of the solid-state imaging device is KPZ ⁇ on the object side.
  • F1 is the above conditional expression (2) and conditional expression (5) If the lower limit of the range is exceeded, the value of the resolution R becomes too large at the closest point Xn within the depth of field.
  • the object of the present invention cannot be achieved because the object becomes invisible.
  • an objective optical system having a focal length that satisfies the above conditional expression (2) with respect to the pixel pitch P is used. It is desirable to use.
  • an objective optical system having a focal length that satisfies the above conditional expression (5) with respect to the pixel pitch P is used. It is desirable to use.
  • conditional expressions (3) and (6) represent the effective F-number of the objective optical system combined with the solid-state imaging device defined by the above conditional expressions (1) and (4). Is specified.
  • an objective optical system having an effective F-number that satisfies the above conditional expression (3) with respect to the pixel pitch P It is desirable to use
  • an imaging unit using a solid-state imaging device that generates a luminance signal for each pixel is provided.
  • conditional expressions (1), (2), and (3) are conditional expressions (1) ′, (2) ′, (3) ) ′ Is more preferable because the balance between the magnification and the resolution of the imaging unit is good.
  • conditional expressions (4), (5), and (6) are conditional expressions (4) ′, (5) ′, and (6) ′. It is more preferable that the configuration is such that the imaging unit has a good balance between the magnification and the resolution.
  • the endoscope according to the present invention includes a solid-state imaging device and an objective optical system satisfying the above-mentioned conditions, but the position of the imaging surface of the solid-state imaging device arranged near the imaging surface of the objective optical system is required. Also need to be specified.
  • the spatial frequency is 1Z (3 XP) at a spatial frequency of 1 mm (3 XP) when the imaging surface of the solid-state image sensor and the optical axis of the object optical system are perpendicular and the object distance is 4 mm.
  • the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (2 XP) is 10% or more, the diameter of the confusion circle is allowable. Since it can be regarded as within the depth of field without exceeding the diameter of the circle of confusion, the spatial frequency is 1Z (2 XP) at a spatial frequency of 1 mm (2 XP) when the imaging surface of the solid-state image sensor and the optical axis of the objective optical system are perpendicular and the object distance is 4 mm.
  • the imaging surface of the solid-state imaging device at a position where both the MTF on the optical axis of the object and the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (2 XP) at an object distance of 50 mm are 10% or more.
  • a combination of a color solid-state imaging device in which a color filter is arranged for each pixel that satisfies the conditional expressions (1), (2), and (3) and the objective optical system or
  • the imaging surface of the solid-state imaging device is composed of a combination of a solid-state imaging device and an objective optical system that generates a luminance signal for each pixel that satisfies conditional expressions (4), (5), and (6).
  • the optical axis of the objective optical system is perpendicular to the optical axis and the resolution on the optical axis (image center) is 25 lines or more on the object side where the resolution is 25 mm or more, and the resolution on the optical axis (image center) is 2 lines Zmm
  • the range on the object side is d2
  • the object point 3.5 mm from the tip of the objective optical system on the optical axis is included in both dl and d2. It is desirable to arrange the imaging surface of the solid-state imaging device at a position where the object point 50 mm from the front end surface of the system is included only in d2.
  • the object side force at the position of 50mm The range on the object side where the resolving power is two or more Zmm
  • a combination of a color solid-state imaging device in which a color filter is arranged for each pixel that satisfies the conditional expressions (1), (2), and (3) and an objective optical system or
  • the imaging surface of the solid-state imaging device is composed of a combination of a solid-state imaging device and an objective optical system that generates a luminance signal for each pixel that satisfies conditional expressions (4), (5), and (6).
  • the solid-state imaging device has a resolution of 35 m or more, and when the object distance is 50 mm, it has a resolution of 0.45 mm or more. It is desirable to arrange the imaging surface of the image element.
  • a resolution of 0.45 mm or more enables a clear image to be obtained even when observing a distant view.
  • the operation of guiding the end of the endoscope insertion portion to the site to be observed can be easily performed.
  • a treatment tool such as a biopsy forceps
  • the treatment channel When a treatment tool such as a biopsy forceps is protruded through the treatment channel to a distance of 4 mm from the distal end of the endoscope insertion portion, at least a part of the treatment tool enters the field of view of the imaging unit.
  • the imaging unit and the treatment channel By arranging the imaging unit and the treatment channel in this way, it becomes possible to perform tissue sampling while observing the fine structure of the living tissue. Thereby, the treatment accuracy of the lesion can be improved.
  • the endoscope according to the present invention has the following effects.
  • the outer diameter of the insertion section can be made smaller because the imaging unit has no moving parts.
  • the treatment tool enters the field of view while observing the enlarged image, so it is possible to perform highly accurate treatment
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a display area of a solid-state imaging device.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a display area of another solid-state imaging device.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a configuration of an endoscope device.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the definition of resolution.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a method for measuring a resolution.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of a measuring method with another resolution.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the definition of resolution.
  • FIG. 8 is a sectional view of an objective optical system according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the imaging unit of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 10 is a view of the endoscope insertion portion of Example 1 of the present invention viewed from the front end.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of an endoscope insertion section according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 12 is a sectional view of an objective optical system according to Example 2 of the present invention.
  • FIG. 13 is a sectional view of an objective optical system according to Example 3 of the present invention.
  • FIG. 14 is a sectional view of an objective optical system according to Example 4 of the present invention.
  • FIG. 15 is a sectional view of an objective optical system according to Example 5 of the present invention.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the objective optical system of Conventional Example 1.
  • FIG. 17 is a sectional view of an objective optical system according to Conventional Example 2.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram of a solid-state imaging device in which pixels are arranged with a 1Z2 horizontal pitch shift for each line in the horizontal direction.
  • IH is the maximum image height
  • P is the pixel pitch of the solid-state imaging device
  • F1 is the focal length of the objective optical system
  • Fno is the aperture ratio
  • 2 ⁇ is the viewing angle
  • R is the radius of curvature of each lens surface
  • D is The thickness and spacing of each lens
  • Ne is the refractive index at the e-line
  • Vd is the Abbe number.
  • Solid-state image sensor that generates a luminance signal for each pixel
  • FIG. 16 shows a cross-sectional view of the objective optical system of Conventional Example 1.
  • Conventional example 1 is an example of a conventional endoscope apparatus using a solid-state imaging device that generates a luminance signal for each pixel.
  • the maximum resolving power is 24 Zmm at an object distance of 3. Omm, and has a range where the resolving power is 25 Zmm or more.
  • the range on the object side where the resolving power on the optical axis is two or more Zmm is 0 to 33 mm.
  • the resolution is 49 ⁇ m, and when the object distance is 50 mm, the resolution is 0.57 mm.
  • the depth of field is 3. Omm to infinity ( ⁇ ).
  • Conventional example 1 is a case where the value falls below the range defined by conditional expressions (4) and (5). In this case, although the depth of field can be widened, when compared at the same object distance, the resolution is lower than that of the endoscope apparatus according to the present invention.
  • FIG. 17 shows a cross-sectional view of the objective optical system of Conventional Example 2.
  • Conventional example 2 is an example of a conventional endoscope apparatus using a color solid-state imaging device in which a color filter is arranged for each pixel.
  • the range on the object side with a resolution of 25 lines or more on the optical axis is 5.8 to 8. Omm, and the range on the object side with a resolution of 2 lines or more on the optical axis is 0 to LOOmm. .
  • the object distance of 4 mm is outside the depth of field. When the object distance is 50 mm, the resolution is 0.25 mm. Depth of field is 6.5-50mm.
  • Conventional example 2 is a case where the range exceeds the range defined by the conditional expressions (1) and (2).
  • the resolution is higher than that of the endoscope according to the present invention, but the depth of field is narrower, so that the subject becomes out of focus when approaching the subject.
  • FIG. 8 shows a cross-sectional view of the objective optical system of the first embodiment.
  • Example 1 is an example of a medical endoscope apparatus using a color solid-state imaging device in which a color filter is arranged for each pixel.
  • the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at an object distance of 4mm is 12.6%
  • the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at an object distance of 50mm is 10.8%. so is there.
  • the range on the object side with a resolution of 25 lines or more on the optical axis is 3.2 to 5.5 mm, and the range on the object side with a resolution of 2 lines or more on the optical axis is 0 to 80 mm. is there.
  • the resolution is 29 ⁇ m, and when the object distance is 50 mm, the resolution is 0.3 lmm.
  • the endoscope apparatus satisfies the following conditions.
  • the solid-state imaging device satisfies the conditional expression (1) )
  • the objective optical system satisfies conditional expressions (2) and (3), and the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at an object distance of 4 mm and the object
  • the imaging surface of the solid-state imaging device is arranged at a position where the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at a distance of 50 mm is 10% or more.
  • IH Distance from the center of the display area of the solid-state image sensor to the farthest position [mm]
  • F1 Focal length of objective optical system [mm]
  • the endoscope apparatus satisfies the following conditions.
  • an endoscope apparatus provided with at least an endoscope including a fixed focus type imaging unit and a display unit for displaying an image acquired by the imaging unit
  • the imaging unit has a color filter for each pixel.
  • a solid-state image sensor that satisfies conditional expression (1) and an objective optical system that satisfies conditional expressions (2) and (3).
  • Dl is the range on the object side of the imaging unit having a resolution of at least 25 Zmm
  • dl is the range on the object side of the imaging unit having a resolution of 2 Zmm or more at the center of the image displayed on the display means.
  • Is d2 the most of the objective optical system that constitutes the imaging unit
  • the object point on the optical axis located 3.5 mm from the object-side surface is included in both dl and d2, and is located 50 mm from the most object-side surface of the objective optical system that constitutes the imaging unit.
  • the imaging surface of the solid-state imaging device is arranged near the imaging position of the objective optical system so that the object point is included only in d2.
  • IH Distance from the center of the display area of the solid-state image sensor to the farthest position [mm]
  • F1 Focal length of objective optical system [mm]
  • the endoscope apparatus satisfies the following conditions.
  • a fixed-focus imaging system in which an image of an object is formed by an objective optical system and an image signal is obtained by a solid-state imaging device in which a color filter is arranged for each pixel in the vicinity of the imaging surface of the objective optical system
  • the solid-state imaging device satisfies conditional expression (1)
  • the objective optical system satisfies conditional expression (2). Satisfies condition (3) and has a resolution of 35 ⁇ m or more when the distance from the objective optical system to the object is mm, and a resolution of 0.45 mm or more when the distance from the objective optical system to the object is 50 mm Having.
  • IH Distance from the center of the display area of the solid-state image sensor to the farthest position [mm]
  • F1 Focal length of objective optical system [mm]
  • Fno Effective F number of objective optical system
  • the distal end portion of the endoscope has a configuration as shown in FIGS.
  • FIG. 10 is a front view of the distal end face of the endoscope insertion portion.
  • the center of the treatment channel is located at the location.
  • the half angle of view ⁇ in this direction is 59.2 °
  • the ray height H of the first lens surface (the surface closest to the object) of the objective optical system is 1. Olmm
  • the endoscope apparatus according to the first embodiment satisfies the following conditions.
  • the endoscope insertion section is further provided with a treatment tool communication channel, and the endoscope insertion section is processed up to a distance of 4 mm from the distal end of the endoscope insertion section.
  • the imaging unit and the treatment tool communication channel are arranged such that at least a portion of the treatment tool is within the field of view of the imaging unit when the treatment tool is projected through the placement channel.
  • the far point side of the depth of field is 60 mm
  • the near point side of the depth of field is 3.7 mm.
  • the near point has a resolution of 3.7 mm and a resolution of 28 m, and it is possible to observe enlarged pit patterns of the large intestine.
  • the operation of the scope is easy because the operation of zooming like an endoscope provided with a zoom-type imaging unit is unnecessary.
  • the imaging unit does not have a movable part, the outer diameter of the insertion unit is smaller than in an endoscope having a zoom-type imaging unit, so that the manufacturing cost can be reduced.
  • the treatment tool enters the field of view while observing the enlarged image, highly accurate treatment can be performed.
  • the first embodiment also satisfies conditional expressions (1) ′, (2) ′, and (3) ′.
  • the endoscope according to Example 1 has a resolution of 28 m at an object distance of 3.7 mm.
  • the horizontal width of the display area of the solid-state image sensor is 2.4 mm and the horizontal width of the image shown on the monitor is 320 mm, the magnification on the monitor will be 45 times, and the operation will be as follows. Since the balance between the distance o, the resolution, and the magnification becomes very good, it is more preferable.
  • FIG. 12 shows a cross-sectional view of the objective optical system of the second embodiment.
  • an endoscope using a color solid-state imaging device in which a color filter is arranged for each pixel is used. It is an example of a mirror device.
  • the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at an object distance of 4mm is 15.4%
  • the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at an object distance of 50mm is 13.9%. It is.
  • the range on the object side where the resolution on the optical axis is 25 lines or more is 2.9 to 4.9mm, and the range on the object side when the resolution on the optical axis is 2 lines or more is 0 to 80mm.
  • the resolution is 32 ⁇ m, and when the object distance is 50 mm, the resolution is 0.34 mm.
  • the endoscope device satisfies the following conditions.
  • the solid-state imaging device has a conditional expression (1 ),
  • the objective optical system satisfies conditional expressions (2) and (3), and the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at an object distance of 4 mm and the object
  • the imaging surface of the solid-state imaging device is arranged at a position where the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at a distance of 50 mm is 10% or more.
  • IH Distance from the center of the display area of the solid-state image sensor to the farthest position [mm]
  • F1 Focal length of objective optical system [mm]
  • the endoscope apparatus satisfies the following conditions.
  • an endoscope apparatus provided with at least an endoscope including a fixed focus type imaging unit and a display means for displaying an image acquired by the imaging unit
  • the imaging unit has a color filter for each pixel.
  • a solid-state image sensor that satisfies conditional expression (1) and an objective optical system that satisfies conditional expression (2) and conditional expression (3).
  • Dl is the range on the object side of the imaging unit whose resolution in the heart is 25 lines or more, and the object side of the imaging unit is 2 lines or more in the center of the image displayed on the display means.
  • the object point on the optical axis at 3.5 mm from the most object-side surface of the objective optical system that constitutes the imaging unit is included in both dl and d2, and
  • the imaging surface of the solid-state imaging device is located near the imaging position of the objective optical system so that the object point 50 mm from the most object side surface of the objective optical system that constitutes the unit is included only in d2. .
  • IH Distance from the center of the display area of the solid-state image sensor to the farthest position [mm]
  • F1 Focal length of objective optical system [mm]
  • the endoscope apparatus according to the second embodiment satisfies the following conditions.
  • an image of an object is formed by the objective optical system, and an image signal is acquired by a solid-state imaging device in which a color filter is arranged for each pixel in the vicinity of the image forming plane of the objective optical system.
  • the solid-state imaging device satisfies conditional expression (1)
  • the objective optical system satisfies conditional expression (2). Satisfies condition (3) and has a resolution of 35 ⁇ m or more when the distance from the objective optical system to the object is mm, and a resolution of 0.45 mm or more when the distance from the objective optical system to the object is 50 mm Having.
  • Embodiment 2 is characterized in that the viewing angle is 162.6 ° and a wide range can be observed at a time. Therefore, for example, when used as a medical endoscope device, it has a wide field of view in the distant view and is suitable for screening of lesions.In addition, a 3.2 mm resolution of 28 ⁇ m can be obtained, and An endoscope apparatus capable of performing enlarged observation of a pit pattern or the like can be configured.
  • FIG. 13 shows a cross-sectional view of the objective optical system of the third embodiment.
  • Example 3 is an example of an endoscope apparatus using a color solid-state imaging device in which a color filter is arranged for each pixel.
  • the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at an object distance of 4 mm is 9.2%
  • the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at an object distance of 50 mm is 10.6%.
  • the range on the object side with a resolution of 25 lines or more on the optical axis is 3.7 to 6. Omm, and the range on the object side with a resolution of 2 lines or more on the optical axis is 0 to 85mm.
  • the resolution is 30 ⁇ m, and when the object distance is 50 mm, the resolution is 0.28 mm.
  • the endoscope apparatus satisfies the following conditions.
  • an image of an object is formed by the objective optical system, and an image signal is obtained by a solid-state imaging device in which a color filter is arranged for each pixel in the vicinity of the image forming plane of the objective optical system.
  • the solid-state imaging device satisfies conditional expression (1)
  • the objective optical system satisfies conditional expression (2). Satisfies condition (3) and has a resolution of 35 ⁇ m or more when the distance from the objective optical system to the object is mm, and a resolution of 0.45 mm or more when the distance from the objective optical system to the object is 50 mm Having.
  • IH Distance from the center of the display area of the solid-state image sensor to the farthest position [mm]
  • F1 Focal length of objective optical system [mm]
  • Fno . Effective F number of objective optical system
  • each parameter of IHZP, Fl / P, and Fno is a parameter of IHZP, Fl / P, and Fno.
  • the depth of field on the near point side is 4.2 mm and it is slightly difficult to approach
  • the resolution of 27 m is obtained at 4.2 mm, and the object according to the present invention is achieved. Can be sufficiently satisfied.
  • the number of pixels of the solid-state imaging device is relatively large, a high-definition image can be obtained.
  • FIG. 14 shows a cross-sectional view of the objective optical system of the fourth embodiment.
  • Example 4 is an example of an endoscope apparatus using a color solid-state imaging device in which a color filter is arranged for each pixel.
  • the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at an object distance of 4 mm is 24.8%
  • the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at an object distance of 50 mm is 11.5%. It is.
  • the range on the object side with a resolution of 25 lines or more on the optical axis is 3.2 to 3.9 mm, and the range on the object side with a resolution of 2 lines or more on the optical axis is 0 to 55 mm.
  • the resolution is 38 ⁇ m, and when the object distance is 50 mm, the resolution is 0.47 mm.
  • the endoscope device satisfies the following conditions.
  • the solid-state imaging device is defined by a conditional expression (1).
  • the objective optical system satisfies conditional expressions (2) and (3), and the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at an object distance of 4 mm and the object
  • the imaging surface of the solid-state imaging device is arranged at a position where the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (3 XP) at a distance of 50 mm is 10% or more.
  • IH Distance from the center of the display area of the solid-state image sensor to the farthest position [mm]
  • F1 Focal length of objective optical system [mm]
  • the endoscope apparatus satisfies the following conditions.
  • an endoscope apparatus including at least an endoscope including a fixed focus type imaging unit and a display unit for displaying an image acquired by the imaging unit
  • the imaging unit has a color filter for each pixel.
  • a solid-state imaging device that is arranged and satisfies conditional expression (1); Dl, the range on the object side of the imaging unit, in which the resolution at the center of the image displayed on the display means is 25 mm or more, which is composed of an objective optical system that satisfies Condition (3) and Assuming that the range on the object side of the imaging unit in which the resolution at the center of the image displayed on the means is 2 or more Zmm is d2, the distance from the most object side surface of the objective optical system that constitutes the imaging unit is 3
  • the object point on the optical axis at 5 mm is included in both dl and d2, and the object point 50 mm from the most object side surface of the objective optical system that constitutes the imaging unit is only at d2.
  • the imaging plane of the solid-state imaging device is
  • IH Distance from the center of the display area of the solid-state image sensor to the farthest position [mm]
  • F1 Focal length of objective optical system [mm]
  • Embodiment 4 is an example in which the parameter forces of IHZP, Fl / P, and Fno. Are near the lower limit within the ranges defined in the conditional expressions (1), (2), and (3).
  • the endoscope apparatus according to the fourth embodiment can obtain a resolution of 32 / zm at 3.3 mm.
  • the resolution according to the present invention is slightly lower, but the object of the present invention can be sufficiently satisfied.
  • the number of pixels of the solid-state imaging device can be relatively small, it is easy to perform a small diameter reduction of the outer diameter of the endoscope insertion portion, a shortening of a hard distal end, and the like. Is advantageous.
  • Solid-state image sensor that generates a luminance signal for each pixel
  • FIG. 15 shows a cross-sectional view of the objective optical system of the fifth embodiment.
  • Example 5 is an example of an endoscope apparatus using a solid-state imaging device that generates a luminance signal for each pixel.
  • the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (2 XP) at an object distance of 4mm is 14.3%
  • the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (2 XP) at an object distance of 50mm is 11.6%. It is.
  • the range on the object side with a resolution of 25 lines or more on the optical axis is 3.2 to 5.5 mm, and the range on the object side with a resolution of 2 lines or more on the optical axis is 0 to 80 mm.
  • the endoscope device satisfies the following conditions.
  • the solid-state imaging device satisfies conditional expression (4).
  • the objective optical system satisfies conditional expressions (5) and (6), and the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (2 XP) at an object distance of 4 mm and the object optical system at an object distance of 50 mm
  • the imaging surface of the solid-state imaging device is placed at a position where the MTF on the optical axis at a spatial frequency of 1Z (2 XP) is 10% or more.
  • IH Distance from the center of the display area of the solid-state image sensor to the farthest position [mm]
  • F1 Focal length of objective optical system [mm]
  • the endoscope apparatus satisfies the following conditions.
  • an endoscope apparatus including at least an endoscope including a fixed focus type imaging unit and display means for displaying an image obtained by the imaging unit!
  • the imaging unit is composed of a solid-state imaging device that generates a luminance signal for each pixel and satisfies conditional expression (4), and an objective optical system that satisfies conditional expressions (5) and (6).
  • the range on the object side of the imaging unit where the resolving power at the center of the image displayed on the means is 25 lines or more is d1, and the resolving power at the center of the image displayed on the display means is 2 lines or more.
  • the object point on the optical axis at 3.5 mm from the most object side surface of the objective optical system that constitutes the imaging unit is the difference between dl and d2.
  • the object point included in both, and located 50 mm from the most object-side surface of the objective optical system that constitutes the imaging unit, is included only in d2 so that the solid-state imaging device is located near the imaging position of the objective optical system.
  • the image plane is located.
  • Conditional expression (4) 200 ⁇ IH / P ⁇ 360
  • Conditional expression (5) 200 ⁇ F1 / P ⁇ 360
  • IH Distance from the center of the display area of the solid-state image sensor to the farthest position [mm]
  • F1 Focal length of objective optical system [mm]
  • the endoscope apparatus according to the fifth embodiment satisfies the following conditions.
  • a fixed focus type in which an image of an object is formed by an objective optical system and an image signal is obtained by a solid-state imaging device in which a luminance signal is generated for each pixel in the vicinity of the image forming plane of the objective optical system.
  • the solid-state imaging device satisfies conditional expression (4), and the objective optical system satisfies conditional expression (5) Satisfies condition (6) and has a resolution of 35 ⁇ m or more when the distance from the objective optical system to the object is mm, and a resolution of 0.45 mm or more when the distance from the objective optical system to the object is 50 mm Having.
  • IH Distance from the center of the display area of the solid-state image sensor to the farthest position [mm]
  • F1 Focal length of objective optical system [mm]
  • the endoscope device uses a solid-state imaging device in which a luminance signal is generated for each pixel. Therefore, by devising illumination light and a filter in the objective optical system, fluorescence observation and fluorescence observation can be easily performed. It can be used for special light observations such as infrared light observation and narrow band light observation!
  • the endoscope apparatus includes a solid-state imaging device in which a luminance signal is generated for each pixel. Since an element is used, an imaging unit having the same specifications can be configured with a smaller number of pixels than an endoscope using a color solid-state imaging element in which a color filter is arranged for each pixel. For this reason, we have performed small-diameter shading on the outer diameter of the endoscope insertion section and shortened hard-tip length! This is advantageous in that it is easy.
  • the pixel pitch in the horizontal direction can be converted to the pixel pitch P in the horizontal direction by the following calculation formula, so that the present invention can be applied to the endoscope and the endoscope apparatus of the present invention. Can be.

Abstract

本発明は、スクリーニングおよび所望の拡大観察部位への円滑なアプローチをおこなうことができズーミング等の煩雑な操作をせずに被写体に３～４ｍｍ程度まで近接して拡大観察し得る内視鏡および内視鏡装置を提供することを目的とし、そのために本内視鏡は、対物光学系５と、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子１で構成される固定焦点式の撮像ユニットを備え、固体撮像素子は条件式（１）(300<IH/P<550)を満足し、対物光学系は条件式（２）(300<Fl/P<550)および条件式（３）(2400×P<Fno.<4200×P)を満足し、対物光学系の物体距離４ｍｍにおける空間周波数１／（３×Ｐ）での光軸上のＭＴＦと、物体距離５０ｍｍにおける空間周波数１／（３×Ｐ）での光軸上のＭＴＦが共に１０％以上となる位置に固体撮像素子の撮像面を配置した固定焦点式の撮像ユニットを備えて構成する。

Description

明 細 書
内視鏡および内視鏡装置
技術分野
[0001] 本発明は、内視鏡および内視鏡装置、詳しくは対物光学系と固体撮像素子により 構成される固定焦点式の撮像ユニットを備えた電子内視鏡に関するものである。 背景技術
[0002] 対物光学系の像位置に固体撮像素子が固定され可動部がないいわゆる固定焦点 式の撮像ユニットを備えた内視鏡は、撮像ユニットの構造を簡素かつ小さく出来るの で、コストの低減や内視鏡挿入部の外径の細径化ゃ先端硬質部長の短縮と!/、つた 点で有利である。また、ピント合わせの必要がないので、使用者が内視鏡の操作に 集中でき、扱いやすくなることから、医療用や工業用などの各分野において広く使用 されている。
[0003] このような固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡は、内視鏡挿入部先端を観察 した 、部位まで導く操作と、広範囲を見ながら所望の観察部位を選別する!、わゆるス クリーニングをおこな 、得るように、遠景 (例えば一般的な医療用内視鏡では 50〜1 OOmm程度)でも鮮明な画像が得られるピント位置が設定されている。また、内視鏡 挿入部先端と被写体との距離が近づいた際に鮮明な画像が得られる物体距離は 5 〜 10mm程度までとなっているのが一般である。
[0004] 被写体を拡大して詳細に観察した 、場合は、対物光学系内のレンズを移動させて 焦点距離と作動距離を変化させるズーム動作 (ズーミング)をおこな 、得る!/、わゆるズ ーム式の撮像ユニットを備えて構成することが考えられる。このようなズーム式の撮像 ユニットを備えた内視鏡については、例えば特開 2000— 330015号公報ゃ特開 20 01— 33710号公報等によって従来より種々の提案がなされて!/、る。
[0005] ズーム式の撮像ユニットを備えた内視鏡にぉ 、ては、焦点距離が短くなる!/、わゆる ワイド端で、固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡とほぼ同様の被写界深度が 得られる。そのため、この場合には固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡と同様 の使い方ができる。また、焦点距離が長くなるいわゆるテレ端では、焦点深度はワイド 端に比べて近点側に寄る（浅くなる）ので、遠景（50〜： LOOmm程度)ではピントがぼ けてしまう。そのかわりに、内視鏡挿入部先端と被写体との距離が近づくと (例えば一 般的なズーム式の撮像ユニットを備えた内視鏡では 2mmから 3mm程度)鮮明な画 像が得られる。したがって、被写体を拡大して詳細な観察をおこなうことができる。 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 前述の固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡においては、拡大して詳細に観 察したい部位がある場合に、内視鏡挿入部先端をその部位 (被写体）に近づけても 十分な倍率もしくは解像力が得られる以前にピントがぼけてしまうという課題がある。
[0007] 前述のズーム式の撮像ユニットを備えた内視鏡の場合は、ズーム動作をおこなうこ とによって被写体を拡大して詳細に観察をおこなうことが可能となるものの、ワイド端 での観察をおこなった後に、拡大観察したい部位へのアプローチをおこなうには、バ リエータレンズを動かす操作が必要になる。そのために、固定焦点式の撮像ユニット を備えた内視鏡と比べて操作が煩雑になるという課題がある。
[0008] また、前述のズーム式の撮像ユニットを備えた内視鏡では、テレ端での拡大観察時 にはピントの合う範囲、すなわち対物光学系の被写界深度が非常に狭くなるために 内視鏡を扱 ヽ難くなると ヽぅ課題がある。
[0009] さらに、前述のズーム式の撮像ユニットを備えた内視鏡では、バリエ一タレンズを動 かす機構が必要になるために、固定焦点式の撮像ユニットと比べて撮像ユニットが大 きくなり、これを備えた内視鏡は、その挿入部の外径が太くなつてしまうという課題が ある。また、ノリエータを動かす機構を含む構造が複雑になると共に、部品点数も多 くなることから、固定焦点式の撮像ユニットと比べて製造コストが高くなるという課題が ある。
[0010] そして、前述のズーム式の撮像ユニットを備えた内視鏡では、拡大観察後に処置具 による処置をおこなう場合には、テレ端では視野角が狭くなることから処置具が視野 内に入りに《なるので、ー且ワイド側にノリエータレンズを動力して観察距離を離し て力も処置をおこなう必要がある。つまり、操作者は、内視鏡挿入部の先端を見たい 位置に導く操作と、ズーミングの操作と、処置具の操作とをおこなわなければならな いことから、操作が非常に煩雑になるという課題がある。
[0011] 本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、遠 景の観察を可能とし、スクリーニングおよび拡大観察した 、部位へのアプローチをス ムーズにおこなうことができると共に、ズーミング等の煩雑な操作をおこなうことなく被 写体に 3〜4mm程度の部位まで近接して拡大観察をおこなうことができ、さらに拡大 観察をおこな 、ながら処置具による処置を実行でき、加えて挿入部外径の太径化を 抑えつつ製造コストの低減化にも寄与し得る内視鏡および内視鏡装置を提供するこ とである。
[0012] [課題を解決するための手段]
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡は、対物光学系と、画素毎に色フィ ルタが配されたカラーの固体撮像素子で構成される固定焦点式の撮像ユニットを備 えた内視鏡であって、この撮像ユニットは、
条件式（1) 300<IH/P< 550
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] を満足する固体撮像素子と、固体撮像素子の画素ピッチ P (mm)に対して、
条件式（2) 300<F1/P< 550
F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
および
条件式（3) 2400 X P< Fno. < 4200 X P
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
を満足する特性の対物光学系と、によって構成され、
対物光学系の物体距離 4mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFと 、物体距離 50mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFと力 ともに 1 0%以上となる位置に固体撮像素子の撮像面が配置されていることを特徴とする。
[0013] また、本発明の内視鏡装置は、画素毎に色フィルタが配されかつ上記条件式（1) を満たす固体撮像素子と上記条件式 (2)および上記条件式 (3)を満たす対物光学 系とによって構成される固定焦点式の撮像ユニットを含んだ内視鏡と、撮像ユニット が取得した画像を表示する表示手段とを少なくとも備えており、前記表示手段に表示 される画像の中心での解像力が 25本 Zmm以上である撮像ユニットの物体側での範 囲を dlと、表示手段に表示される画像の中心での解像力が 2本 Zmm以上である撮 像ユニットの物体側での範囲を d2としたとき、撮像ユニットを構成する対物光学系の 最も物体側の面から 3. 5mmの位置にある光軸上の物点は dlと d2との両方に含ま れ、撮像ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から 50mmの位置にある 光軸上の物点は d2にのみ含まれるように対物光学系の結像位置近傍に固体撮像素 子の撮像面が配置されて 、ることを特徴とする。
[0014] また、本発明の内視鏡装置は、上記条件式 (2)および上記条件式 (3)を満足する 対物光学系によって物体の像を結像し、対物光学系の結像面近傍で画素毎に色フ ィルタが配されかつ上記条件式（1)を満足する固体撮像素子によって画像信号を取 得する固定焦点式の撮像ユニットと、固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理 する回路系とを備えた内視鏡装置であって、この内視鏡装置は、対物光学系から物 体までの距離力 mmのとき 35 μ m以上の分解能を有し、対物光学系から物体まで の距離が 50mmのとき 0. 45mm以上の分解能を有することを特徴とする。
[0015] また、本発明の内視鏡は、対物光学系と、各画素毎に輝度信号が生成される固体 撮像素子とによって構成される固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡であって、 前記撮像ユニットは、
条件式（4) 200<IH/P< 360
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] を満足する固体撮像素子と、固体撮像素子の画素ピッチ P (mm)に対して、 条件式（5) 200<F1/P< 360
F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
および
条件式（6) 1600 X P<Fno.< 2800 X P
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバーを満足する対物光学系によって構成され、 対物光学系の物体距離 4mmにおける空間周波数 1Z (2 X P)での光軸上の MTFと 、物体距離 50mmにおける空間周波数 1Z (2 X P)での光軸上の MTFと力 ともに 1 0%以上となる位置に固体撮像素子の撮像面が配置されていることを特徴とする。
[0016] また、本発明の内視鏡装置は、各画素毎に輝度信号が生成されかつ上記条件式（ 4)を満たす固体撮像素子と、上記条件式 (5)および上記条件式 (6)を満たす対物 光学系とによって構成される固定焦点式の撮像ユニットを少なくとも含む内視鏡と、 撮像ユニットが取得した画像を表示する表示手段とを備えた内視鏡装置であって、こ の内視鏡装置は、表示手段に表示される画像の中心での解像力が 25本 Zmm以上 である撮像ユニットの物体側での範囲を dlとし、表示手段に表示される画像の中心（ 光軸上)での解像力が 2本 Zmm以上である撮像ユニットの物体側での範囲を d2とし たとき、撮像ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から 3. 5mmの位置に ある光軸上の物点は dlと d2との両方に含まれ、撮像ユニットを構成する対物光学系 の最も物体側の面から 50mmの位置にある光軸上の物点は d2にのみ含まれるように 対物光学系の結像位置近傍に固体撮像素子の撮像面が配置されていることを特徴 とする。
[0017] また、本発明の内視鏡装置は、上記条件式 (5)および上記条件式 (6)を満足する 対物光学系により物体の像を結像し、対物光学系の結像面近傍で画素毎に色フィル タが配されかつ上記条件式 (4)を満足する固体撮像素子によって画像信号を取得 する固定焦点式の撮像ユニットと、固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理す る回路系とを備えた内視鏡装置であって、この内視鏡装置は、対物光学系から物体 までの距離カ 111111のとき35 μ m以上の分解能を有し、対物光学系から物体までの 距離が 50mmのとき 0. 45mm以上の分解能を有することを特徴とする。
[0018] ここで、分解能の定義について説明する。
[0019] 点像がほぼ無収差の円形開口を持つ光学系により結像する場合、物体の像は円 形開口の回折像であるエアリ円板になる。等しい強度を持つ 2つの点が接近している 場合、この回折像が重なりあい図 4に示すような強度分布になる。
[0020] 図 4は、 2つの回折像の強度中心を通る直線上での強度分布を示した図であり、横 軸は距離 (単位： mm)、縦軸は強度 (任意単位)を表して!/ヽる。 Rayleigh (人名 )はこの 2つの回折像の間隔がエアリ円板の半径に一致したときを、 2つの点像が 2つとして 見分けられる限界とした。以来、これが、 Rayleighの基準（Rayleigh criterion)と呼ばれ る一つの基準となっている。このとき、回折像の強度分布は、頂点に対し 74%の強度 を持つ谷を残した状態となる。（朝倉書店刊：「光学技術ハンドブック」より）
そこで、本発明では、 2点間の分布強度の谷が頂点に対し 74%以下である状態を「 解像」しているとして、解像する限界の距離を「分解能」と定義する。
[0021] 具体的には、図 5に示すように内視鏡 4の挿入部先端に配置された対物光学系 5の 前に置いた 2つの点を、固体撮像素子 1の撮像面上の水平方向に 2つの点像が並ぶ (すなわちモニタ 7の画面上で 2つの点像が水平に並ぶ)ように撮像し、固体撮像素 子 1からの画像信号を処理する回路系 6からの出力信号をオシロスコープ 9で捉え、 2つの点像の強度分布を測定する。このとき、「解像」する 2点間の最小の距離を「分 解能」とする。
[0022] また、この際、図 6に示すように 2つの点は水平方向に並べた白黒のラインペアで代 用しても差し支えない。本発明で「分解能」という際は、上記方法により求められる値 を指す。
[0023] 次に、解像力は以下のように定義する。
[0024] 図 6において、内視鏡 4の挿入部先端に配置された対物光学系 5の前に置いた白 黒のラインペアを、固体撮像素子 1の撮像面上の水平方向に白と黒の帯が並ぶよう に撮像し、固体撮像素子 1から送られてくる画像信号を処理する回路系 6を通してモ ユタ 7に表示する。このとき、モニタ 7の画面上で得られる白黒の強度分布は図 7のよ うになる。
[0025] 図 7は、モニタ 7から出力される水平方向の画像信号をオシロスコープ（図 6には図 示せず)で捉えたときの信号波形を示した図であり、横軸はモニタ画面上での水平方 向の位置を、縦軸は信号強度をそれぞれ表している。
[0026] ここで、図 7に示した強度分布の最大値を Imax、最小値を Iminとしたとき、白黒ライ ンペアのモニタ上でのコントラスト Iは、
1= (Imax— Imin) / (Imax+Imin … (i)
として求められる。
[0027] 解像力は、前述のコントラスト Iが 10%となる時の白黒ラインペアの幅の逆数として 定義する。
[0028] したがって、上述の「解像力が 25本 Zmm以上」， 「解像力が 2本 Zmm以上」という 記述は、それぞれ幅 40 m以下，幅 0. 5mm以下の白黒ラインペアのコントラストが モニタ上で 10%以上であることを指して 、る。
[0029] また、本発明において、「MTF」は、 d線（波長 587. 6nm)、 e線（波長 546. lnm)
、 f線 (波長 486. lnm)の各波長における MTFの平均値を指すこととする。
[0030] また、ここで固体撮像素子の「表示エリア」および「IH」について簡単に説明する。
[0031] 内視鏡装置は、図 3に示されるように内視鏡 4と、画像信号を処理する回路系 6と、 画像表示モニタ 7とによって主に構成される。対物光学系 5と固体撮像素子 1よりなる 撮像ユニットにより撮像した画像は、画像信号を処理する回路系 6により処理され、画 像表示モニタ 7上に表示される。固体撮像素子 1の「表示エリア」は、前述の画像表 示モニタ 7上に表示される範囲に対応した固体撮像素子 1上のエリアを指す。
[0032] したがって、画像表示モニタ 7上で表示範囲が八角形の視野マスクにより制限され る場合は、図 1に示すように固体撮像素子 1の有効画素エリア 2上に形成される表示 エリア 3も同様の形状となる。
[0033] また、別の例として、画像表示モニタ 7上での表示範囲が左右方向のみ円周形状 で制限される場合は、図 2に示すように固体撮像素子 1の有効画素エリア 2上に形成 される表示エリア 3も同様の形状となる。
[0034] また、画像表示モニタ 7上で視野マスクがなく全画面表示される場合は、画像表示 モニタ 7の表示部の形状に対応した固体撮像素子 1の有効画素エリア 2が表示エリア となる。
[0035] また、「IH」は、固体撮像素子 1の表示エリア中心から最も遠い位置までの距離を指 す。これは、一般的に像高と呼ばれる。
[0036] 次に、ここで被写界深度の定義について簡単に説明する。
[0037] 一般的な内視鏡にぉ ヽて、ベスト距離を Xbとした場合の像面位置 Xb 'に、画素ピッ チ Pの固体撮像素子を配置する場合を考える。固体撮像素子を固定した条件におい て、物体を Xnまで近接すると、近接時の像面位置 Xn,は固体撮像素子の撮像面位 置力 ずれることになる。 [0038] このとき、ピントが合っていると見なすことができる最大の錯乱円を許容錯乱円とし て、その径を δとすると、固体撮像素子の撮像面における錯乱円径が δよりも小さい と認識できる場合、 Xbから Χηまでの物体像はピントが合って ヽると見なすことができ る。すなわち、錯乱円径が δと一致するまでの範囲を近点側の被写界深度と定義す ることがでさる。
[0039] このとき、ニュートンの結像式から以下の式が成立する。
[0040] (1/Xn)-(1/Xb)= δ Fno./Fl2 … (ii)
同様に被写界深度の遠点側の式も以下のように定義される。
[0041] (1/Xb)-(1/Xf)= δ Fno./Fl2 … (iii)
(ii)式と (iii)式とをあわせると、
(1/Xn)-(1/Xf) = 2 δ Fno./Fl2 •••(iv)
となる。ただし、ベスト距離を Xb,被写界深度近点までの距離を Xn,被写界深度遠 点までの距離を Xf,許容錯乱円径を δ ,光学系の焦点距離を F1,光学系の有効 Fナ ンバーを Fno.としている。
[0042] 上述の条件式（1)および条件式 (4)は、本発明にお 、て使用するべき固体撮像素 子の条件を規定しており、最大像高に対しての固体撮像素子の画素ピッチの比のあ るべき範囲を示している。
[0043] 一般に、許容錯乱円径 δは固体撮像素子の画素ピッチに比例するため、 ΙΗΖΡの 値が大きいほど、像高 ΙΗに対する δは小さくなる。このため、 ΙΗΖΡの値が大きくなり 過ぎると広い被写界深度が得られなくなり、本発明の目的を達成できなくなる。
[0044] 一方、 ΙΗΖΡの値が小さくなると、被写界深度は広くなるものの、像高 ΙΗに対する 固体撮像素子の画素ピッチが大きくなるので、固体撮像素子のサンプリング間隔が 長くなる。したがって、一定の倍率の像に対する分解能が低下する。 ΙΗΖΡの値が小 さくなり過ぎると、被写界深度内の最近点でも必要な分解能が得られなかったり、必 要な分解能を得るため物体に非常に近接しなければならないことになり、本発明の 目的を達成できなくなる。
[0045] したがって、本発明によると、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素 子を用いた撮像ユニットにおいては、条件式（1)を満たす固体撮像素子を使用する ことが望ましい。
[0046] また、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を用いた撮像ユニットにお いては、条件式 (4)を満たす固体撮像素子を使用することが望ま ヽ。
[0047] 一方、上述の条件式 (2)および条件式 (5)は、前述の条件式（1)および条件式 (4) で規定した固体撮像素子と組み合わされる対物光学系の焦点距離を規定している。
[0048] 上述の式 (iv)力もわ力るように、対物光学系の焦点距離 F1が大きくなると、被写界 深度は狭くなる。
[0049] 上述の条件式（1)および条件式 (4)で規定した固体撮像素子と組み合わせる対物 光学系として、 F1が条件式 (2)および条件式 (5)の上限を超えると、被写界深度が狭 くなつてしまい、近点で十分な倍率もしくは解像力が得られなくなったり、遠景でピント がぼけてしまい、本発明の目的を達成できなくなる。
[0050] 次に、条件式 (2)および条件式 (5)の下限値について説明する。
[0051] 対物光学系の結像面近傍に固体撮像素子の撮像面を配置した撮像ユニットと、前 記固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理する回路系を備えている内視鏡装 置では、対物光学系を通して固体撮像素子の撮像面上に 2つの点を結像させた場 合、前述の回路系からの出力信号上で、 2つの点像が解像する固体撮像素子上の 最小距離は、固体撮像素子の画素ピッチと、固体撮像素子から送られてくる画像信 号を処理する回路系の特性によって決まる。このとき、回路系の特性によって決まる 係数を K,固体撮像素子の画素ピッチを Pとすると前述の最小距離は KPと表せる。
[0052] 一般に、光学系の焦点距離を F1,光学系の前側焦点位置を fFとすると、物体距離 Xに配置した被写体の光学系による結像倍率 βは、
β =Fl/ (X+fF) … （V)
なので、固体撮像素子の撮像面上での距離 KPは、物体側では KPZ βとなる。
[0053] これは、固体撮像素子を備えた撮像ユニットと、前記固体撮像素子から送られてく る画像信号を処理する回路系からなる内視鏡装置において、どれだけ細力、いものが 解像する力を表しているので、 Χ=Χη (Χη:被写界深度近点までの距離)とおくと、 近点における内視鏡装置の分解能に他ならない。この値を Rとすると、
R=KP- (Xn+fF) /Fl … (vi) と表される。
[0054] 式 (vi)より、焦点距離 F1の値が小さくなると、 Rの値は大きくなる。
[0055] 上述の条件式（1)および条件式 (4)で規定した画素ピッチ Pの固体撮像素子と組 み合わせる対物光学系として、 F1が上述の条件式（2)および条件式（5)の下限を超 えると、被写界深度内の最近点 Xnにおいて、分解能 Rの値が大きくなりすぎてしまい
、細力 、ものが見えなくなってしまうため、本発明の目的を達成できなくなる。
[0056] したがって、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を用いた撮像ュ ニットにおいては、画素ピッチ Pに対して上述の条件式 (2)を満たす焦点距離の対物 光学系を使用することが望ましい。
[0057] また、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を用いた撮像ユニットにお いては、画素ピッチ Pに対して上述の条件式 (5)を満たす焦点距離の対物光学系を 使用することが望ましい。
[0058] 他方、上述の条件式（3)および条件式 (6)は、上述の条件式（1)および条件式 (4) で規定した固体撮像素子と組み合わされる、対物光学系の有効 Fナンバーを規定し ている。
[0059] レンズによる結像の際、光は回折の影響を受けることが知られている。 Fno.が大きく なるほど点像は回折の影響により大きくなり、この点像の大きさがある限界を越えると いくらピントを合わせても被写体の細部がぼけたように見えてしまう。この限界は、 Rayleighにより、 2つの点像が接近した時、別々の像として識別できる限界の距離とし て規定されており、 λを光の波長， Fno.を有効 Fナンバーとすると， 1. 22· λ -Fno. で表される。
[0060] 上述の条件式（1)および条件式 (4)で規定した固体撮像素子と、上述の条件式 (2 )および条件式（5)で規定した対物光学系の組み合わせにお 、て、 Fno.が条件式の 上限を超えると、ピントを合わせても被写体の細部がぼけたように見えてしまい、本発 明の目的を達成できなくなる。
[0061] また、上述の式 (iv)からわ力るように、 Fno.の値が小さくなると被写界深度は狭くな る。
[0062] 上述の条件式（1)および条件式 (4)で規定した固体撮像素子と、上述の条件式 (2 )および条件式（5)で規定した対物光学系の組み合わせにお 、て、 Fno.が条件式の 下限を超えると被写界深度が狭くなつてしまい、近点で十分な倍率もしくは解像力が 得られなくなったり、遠景でピントがぼけてしまい、本発明の目的を達成できなくなる。
[0063] したがって、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を用いた撮像ュ ニットにおいては、画素ピッチ Pに対して上述の条件式（3)を満たす有効 Fナンバー の対物光学系を使用することが望ましい。
[0064] また、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を用いた撮像ユニットにお
V、ては、画素ピッチ Pに対して上述の条件式 (6)を満たす有効 Fナンバーの対物光 学系を使用することが望ましい。
[0065] なお、上述の条件式（1) ,条件式（2) ,条件式（3)は、何れかあるいは全てが下記 条件式 (1) ' ,条件式 (2) ' ,条件式 (3) 'を満たすように構成すると、撮像ユニットの 拡大倍率と分解能のバランスが良ぐさらに好適である。
[0066] 条件式（1) ' 390<IH/P< 510
条件式（2) ' 390<F1/P< 510
条件式（3)， 3000 X P< Fno. < 4200 X P
また、上述の条件式 (4) ,条件式 (5) ,条件式 (6)は、何れかあるいは全てが下記 条件式 (4) ' ,条件式 (5) ',条件式 (6) 'を満たすように構成すると、撮像ユニットの拡 大倍率と分解能のバランスが良ぐさらに好適である。
[0067] 条件式（4) ' 260<IH/P< 340
条件式（5) ' 260<F1/P< 340
条件式（6)， 2000 X P< Fno. < 2800 X P
本発明による内視鏡は、前述の条件を満たす固体撮像素子および対物光学系に より構成されることが必須であるが、対物光学系の結像面近傍に配置する固体撮像 素子の撮像面位置も規定する必要がある。
[0068] 画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を使用する場合、空間周波 数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFが 10%以上である場合、錯乱円径が許容錯乱円 径を超えず、被写界深度内とみなすことができるため、固体撮像素子の撮像面と対 物光学系の光軸が垂直で、かつ物体距離 4mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)で の光軸上の MTFと、物体距離 50mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上 の MTFが、ともに 10%以上となる位置に上記固体撮像素子の撮像面を配置するの が望ましい。
[0069] あるいは、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を使用する場合、空間 周波数 1Z (2 X P)での光軸上の MTFが 10%以上である場合、錯乱円径が許容錯 乱円径を超えず、被写界深度内とみなすことができるため、固体撮像素子の撮像面 と対物光学系の光軸が垂直で、かつ物体距離 4mmにおける空間周波数 1Z (2 X P )での光軸上の MTFと、物体距離 50mmにおける空間周波数 1Z (2 X P)での光軸 上の MTFが、ともに 10%以上となる位置に上記固体撮像素子の撮像面を配置する のが望ましい。
[0070] あるいは、上述の条件式（1) ,条件式（2) ,条件式（3)にあてはまる画素毎に色フィ ルタが配されたカラーの固体撮像素子と対物光学系の組合せ、または上述の条件式 (4) ,条件式 (5) ,条件式 (6)にあてはまる各画素毎に輝度信号が生成される固体撮 像素子と対物光学系の組合せにより構成され、固体撮像素子の撮像面と対物光学 系の光軸が垂直で、光軸上 (画像中心)での解像力が 25本 Zmm以上である物体側 の範囲を dlと、光軸上 (画像中心)での解像力が 2本 Zmm以上である物体側の範 囲を d2としたとき、光軸上で対物光学系の先端面から 3. 5mmの位置にある物点は dl, d2の両方に含まれ、光軸上で対物光学系の先端面から 50mmの位置にある物 点は d2にのみ含まれるような位置に上記固体撮像素子の撮像面を配置するのが望 ましい。
[0071] 3. 5mmの位置にある物点力 解像力が 2本 Zmm以上である物体側の範囲（d2) に含まれ、かつ解像力が 25本 Zmm以上である物体側の範囲（dl)に含まれるよう に固体撮像素子の撮像面を配置したことで、例えば医療用の内視鏡装置では、大腸 ピットパターン等の生体組織の微細構造が観察可能となり、病変部の正確な診断や 処置をおこなう場合に有用である。
[0072] さらに、 50mmの位置にある物点力 解像力が 2本 Zmm以上である物体側の範囲
(d2)に含まれることで、遠景を観察する場合にも鮮明な画像が得られるので、生体 内部を広範囲に観察しながらスクリーニングをおこなうとともに、内視鏡挿入部先端を 観察した!/ヽ部位まで導く操作を容易におこなうことができる。
[0073] あるいは、上述の条件式（1) ,条件式（2) ,条件式（3)にあてはまる画素毎に色フィ ルタが配されたカラーの固体撮像素子と対物光学系の組合せ、または上述の条件式 (4) ,条件式 (5) ,条件式 (6)にあてはまる各画素毎に輝度信号が生成される固体撮 像素子と対物光学系の組合せにより構成され、固体撮像素子の撮像面と対物光学 系の光軸が垂直で、物体距離力 mmのとき、 35 m以上の分解能を有し、物体距 離が 50mmのとき、 0. 45mm以上の分解能を有するような位置に上記固体撮像素 子の撮像面を配置するのが望ま 、。
[0074] 物体距離 4mmにお 、て、 35 μ m以上の分解能を有することで、例えば医療用内 視鏡装置では、大腸ピットパターン等の生体組織の微細構造が観察可能となり、病 変部の正確な診断や処置をおこなう場合に有用である。
[0075] さらに、物体距離 50mmにおいて、 0. 45mm以上の分解能を有することで、遠景 を観察する場合にも鮮明な画像が得られるので、生体内部を広範囲に観察しながら スクリーニングをおこなうとともに、内視鏡挿入部先端を観察したい部位まで導く操作 を容易におこなうことができる。
[0076] 上述したような形態で対物光学系と固体撮像素子とを配置することで、遠景から近 点まで連続的な広 ヽ被写界深度を有し、かつ 3〜4mmと ヽつた使 、やす 、距離で 高 ヽ分解能を有する鮮明な画像が得られる。
[0077] また、内視鏡挿入部先端カゝら 4mmの距離まで処置用チャンネルを通して生検鉗子 等の処置具を突出させた際に、処置具の少なくとも一部が撮像ユニットの視野内に 入るように撮像ユニットと処置用チャンネルを配置することで、生体組織の微細構造 を観察しながら組織の採取等をおこなうことができるようになる。これにより、病変部の 処置精度を向上させることができる。
[0078] 上述のような構成とすることで、本発明による内視鏡は、以下のような効果が得られ る。
[0079] '遠景が観察可能なため、スコープの挿入及びスクリーニングがおこないやすい
'遠景が観察可能なため、拡大観察した 、部位へのアプローチをスムーズにおこなう ことができる • 3〜4mmと ヽつた使 、やす ヽ距離で高!、分解能を有する拡大画像が得ることがで さる
，拡大観察時、遠景側は連続的に被写界深度内であるため被写体を見失い難い •ズーミング等の煩雑な操作が不要なため、操作が容易である
•撮像ユニットに可動部がないため、挿入部外径を細く構成することができる
•撮像ユニットに可動部がないため、製造コストを低く抑えることができる
•拡大画像を観察しながら処置具が視野内に入るため、精度の高い処置をおこなうこ とができる
[発明の効果]
以上説明したように、本発明によれば、遠景が観察可能なためスクリーニングおよ び拡大観察した 、部位へのスムーズなアプローチをおこなうことができ、ズーミング等 の煩雑な操作をおこなうことなく被写体に 3〜4mm程度まで近接して拡大観察をお こなうことができ、さらに拡大観察しながら処置具による処置をおこなうことができ、挿 入部外径が細く製造コストが低い内視鏡および内視鏡装置を提供することができる。 図面の簡単な説明
[図 1]図 1は、固体撮像素子の表示エリアの説明図である。
[図 2]図 2は、別の固体撮像素子の表示エリアの説明図である。
[図 3]図 3は、内視鏡装置の構成の概念図である。
[図 4]図 4は、分解能の定義の説明図である。
[図 5]図 5は、分解能の測定方法の説明図である。
[図 6]図 6は、別の分解能の測定方法の説明図である。
[図 7]図 7は、解像力の定義の説明図である。
[図 8]図 8は、本発明の実施例 1の対物光学系断面図である。
[図 9]図 9は、本発明の実施例 1の撮像ユニットの断面図である。
[図 10]図 10は、本発明の実施例 1の内視鏡挿入部を先端カゝら見た図である。
[図 11]図 11は、本発明の実施例 1の内視鏡挿入部の断面図である。
[図 12]図 12は、本発明の実施例 2の対物光学系断面図である。
[図 13]図 13は、本発明の実施例 3の対物光学系断面図である。 [図 14]図 14は、本発明の実施例 4の対物光学系断面図である。
[図 15]図 15は、本発明の実施例 5の対物光学系断面図である。
[図 16]図 16は、従来例 1の対物光学系断面図である。
[図 17]図 17は、従来例 2の対物光学系断面図である。
[図 18]図 18は、画素の配列が水平方向の 1ライン毎に 1Z2水平ピッチずれて配置さ れた固体撮像素子の説明図である。
発明を実施するための最良の形態
[0081] 本発明の内視鏡の実施例として、対物光学系のデータおよび固体撮像素子のデ ータを示す。ただし、 IHは最大像高， Pは固体撮像素子の画素ピッチ， F1は対物光 学系の焦点距離， Fno.は開口比， 2 ωは視野角， Rは各レンズ面の曲率半径， Dは 各レンズの肉厚およびレンズ間隔， Neは e線での屈折率， Vdはアッベ数を示す。
[0082] また、比較のため、以下に従来の内視鏡の対物光学系および固体撮像素子として
2例のデータを示す。
[0083] [従来例 1]
各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子
IH=0.76mm P=0.0044mm IH/P=173
対物光学系
Fl=0.77698mm Fno =6.457 2 ω =133.6°
Fl/P=177 1600 X P=6.4 2800 X P=11.2
面 No.R D Ne Vd
1 oo 0.30 1.88814 40.8
2 0.523 0.31
3 oo 0.30 1.51825 64.1
4 ∞ 0.17
5 2.952 0.97 1.73234 54.7
6 -1.102 0.08
7 ∞ (絞り） 0.03
8 ∞ 0.50 1.51563 75.0 9 ∞ 0.15
10 2.610 0.88 1.73234 54.7
11 -0.812 0.23 1.85504 23.8
12 -7.637 0.38
13 oo 0.75 1.51825 64.2
14 oo 0.01 1.5119 64.1
15 oo 0.60 1.52194 64.1
16 ∞ 0.00
図 16に従来例 1の対物光学系の断面図を示した。
[0084] 従来例 1は、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を用いた従来の内 視鏡装置の例である。
[0085] 最高解像力は、物体距離 3. Ommにおいて 24本 Zmmであり、解像力 25本 Zmm 以上となる範囲を有して 、な 、。光軸上の解像力が 2本 Zmm以上である物体側の 範囲は 0〜33mmである。
[0086] また、物体距離が 4mmのときの分解能は 49 μ m,物体距離が 50mmのときの分解 能は 0. 57mmである。被写界深度は 3. Omm〜無限遠（∞)である。
[0087] 従来例 1は、条件式 (4) ,条件式（5)による範囲を下回る場合である。この場合、被 写界深度は広く取れるものの、同じ物体距離で比較すると、分解能は本発明による 内視鏡装置より低くなつてしまう。
[0088] Fno.をさらに大きくして近点側の被写界深度をさらに伸ばし、さらに物体に近寄れ ば、より高い分解能を得ることが可能であるが、その際、物体との距離が近くなりすぎ るため、扱い難くなる。また、拡大観察時には処置具が視野内に入らなくなくなる。
[0089] [従来例 2]
画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子
IH=1.24mm P=0.00205mm IH/P=605
対物光学系
Fl=l.29838mm Fno =8.532 2 ω =141.6°
Fl/P=633 2400 Χ Ρ=5.28 4200 X Ρ=9.24 面 No.R D Ne Vd
00
O oo 0.47 1.51825 64.1
O L 0.14
3 ∞(絞り） 0.03
4 -2.880 1.07 1.69979 55.5
5 -0.844 0.05
6 3.225 0.67 1.69979 55.5
0.28 1.93305 21.3
Figure imgf000019_0001
9 ∞ 0.90 1.52591 65.6
10 ∞ 0.50 1.53211 60.0
11 oo 0.40 1.5432 40.0
12 ∞ 0.00
図 17に従来例 2の対物光学系の断面図を示した。
[0090] 従来例 2は、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を用いた従来 の内視鏡装置の例である。
[0091] 光軸上の解像力 25本 Zmm以上である物体側の範囲は 5. 8〜8. Omm,光軸上 の解像力が 2本 Zmm以上である物体側の範囲は 0〜： LOOmmである。また、物体距 離が 4mmは被写界深度外である。物体距離が 50mmのときの分解能は 0. 25mm である。被写界深度は 6. 5〜50mmである。
[0092] 従来例 2は、上述の条件式（1) ,条件式 (2)による範囲を上回る場合である。同じ 物体距離で比較すると、分解能は本発明による内視鏡より高くなるものの、被写界深 度が狭くなるため、被写体に近寄るとピントボケが生じてしまう。
[0093] Fno.をさらに大きくすると、対物光学系による回折像の大きさが固体撮像素子の許 容錯乱円を超えてしまうため、被写界深度内での像のコントラストが低下してしまう。
[0094] したがって、拡大してみたい部位があっても、近寄ろうとするとピントボケになってし まい、本発明の目的を達成できない。
[0095] 次に、本発明の実施例のデータを示す。 [0096] [実施例 1]
画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子
IH=1.442mm P=0.003mm IH/P=481
対物光学系
Fl=l .47866mm Fno =11.710 2 ω =132.3°
Fl/P=493 2400 X P=7.2 4200 X P=12.6
面 No.R D Ne Vd
oo 0.40 1.88814 40.8
Figure imgf000020_0001
12 -5.513 1.35
13 oo 1.00 1.51825 64.1
14 ∞ 0.01 1.51193 63.0
15 ∞ 1.00 1.6135 50.2
16 ∞ 0.00
図 8に実施例 1の対物光学系の断面図を示した。
[0097] 実施例 1は、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を用いた医療 用内視鏡装置の実施例である。
[0098] 物体距離 4mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFは 12. 6%, 物体距離 50mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFは 10. 8%で ある。
[0099] また、光軸上の解像力 25本 Zmm以上である物体側の範囲は 3. 2〜5. 5mm,光 軸上の解像力が 2本 Zmm以上である物体側の範囲は 0〜80mmである。
[0100] また、物体距離が 4mmのときの分解能は 29 μ m,物体距離が 50mmのときの分解 會は 0. 3 lmmである。
[0101] したがって、実施例 1による内視鏡装置は、以下の条件を満たしている。
[0102] すなわち、対物光学系と画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子で 構成される固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡において、固体撮像素子は、 条件式（1)を満足し、対物光学系は条件式 (2)および条件式 (3)を満足し、対物光 学系の物体距離 4mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFと、物体 距離 50mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFとが、ともに 10%以 上となる位置に、固体撮像素子の撮像面が配置されて 、る。
[0103] 条件式（1) 300<IH/P< 550
条件式（2) 300<F1/P< 550
条件式（3) 2400 X P< Fno. < 4200 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
また、実施例 1による内視鏡装置は、以下の条件を満たしている。
[0104] すなわち、少なくとも固定焦点式の撮像ユニットを含む内視鏡と撮像ユニットが取得 した画像を表示する表示手段とを備えた内視鏡装置において、撮像ユニットは、画 素毎に色フィルタが配され、かつ条件式（1)を満たす固体撮像素子と、条件式 (2)お よび条件式 (3)を満たす対物光学系とで構成され、表示手段に表示される画像の中 心での解像力が 25本 Zmm以上である前記撮像ユニットの物体側での範囲を dlと、 表示手段に表示される画像の中心での解像力が 2本 Zmm以上である前記撮像ュ ニットの物体側での範囲を d2としたとき、撮像ユニットを構成する対物光学系の最も 物体側の面から 3. 5mmの位置にある光軸上の物点は、 dlと d2との両方に含まれ、 撮像ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から 50mmの位置にある物点 は d2にのみ含まれるように、対物光学系の結像位置近傍に固体撮像素子の撮像面 が配置されている。
[0105] 条件式（1) 300<IH/P< 550
条件式（2) 300<F1/P< 550
条件式（3) 2400 X P< Fno. < 4200 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
さらに、実施例 1による内視鏡装置は、以下の条件を満たしている。
[0106] すなわち、対物光学系により物体の像を結像し、対物光学系の結像面近傍で画素 毎に色フィルタが配された固体撮像素子により画像信号を取得する固定焦点式の撮 像ユニットと、固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理する回路系とを備えた 内視鏡装置において、固体撮像素子は条件式（1)を満足し、対物光学系は条件式 ( 2)および条件式（3)を満足し、対物光学系から物体までの距離力 mmのとき 35 μ m以上の分解能を有し、対物光学系から物体までの距離が 50mmのとき 0. 45mm 以上の分解能を有する。
[0107] 条件式（1) 300<IH/P< 550
条件式（2) 300<F1/P< 550
条件式（3) 2400 X P< Fno. < 4200 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー また、内視鏡先端部は、図 10及び図 11に示すような構成になっている。
[0108] 図 10は、内視鏡挿入部先端面を正面から見た図であり、図 11は、図 10における B
B線に沿う断面図である。
[0109] 内視鏡挿入部先端面力も被写体に向力つて、撮像ユニット 10の右下 30° (図 10 では左下 α = 30° )の方向に、撮像ユニットの光軸から 5. 5mm離れた位置に処置 用チャンネルの中心が配置されている。この方向の半画角 Θは 59. 2° ,対物光学 系の第 1レンズ表面（最も物体側の面）の光線高 Hは 1. Olmmであり、処置具を 2. 6 8mm以上突出させると処置具先端が視野範囲に入ることになる。したがって、これに より、実施例 1による内視鏡装置は、以下の条件を満たしている。
[0110] すなわち、固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡において、内視鏡挿入部に は、さらに処置具揷通チャンネルを備え、内視鏡挿入部先端カゝら 4mmの距離まで処 置用チャンネルを通して処置具を突出させた際に、処置具の少なくとも一部が撮像 ユニットの視野内に入るように、前記撮像ユニットと前記処置具揷通チャンネルが配 置されている。
[0111] 実施例 1による内視鏡装置は、被写界深度の遠点側が 60mm,被写界深度の近点 側が 3. 7mmである。
[0112] 遠景では、体内への挿入、病変部のスクリーニングに十分な性能を有している。ま た、近点側は 3. 7mmで 28 mの分解能を有しており、大腸ピットパターン等の拡大 観察をおこなうことが可能である。
[0113] この際、遠景側は連続的に被写界深度内であるため、拡大観察したい部位へのァ ブローチがスムーズにおこなえる上に、被写体を見失 、難 、と 、う特徴がある。
[0114] さらに、ズーム式の撮像ユニットを備えた内視鏡のようなズーミングの操作が不要な ため、スコープの操作が容易である。
[0115] また、撮像ユニットに可動部がないため、ズーム式の撮像ユニットを備えた内視鏡と 比較して、挿入部外径が細ぐ製造コストも低く抑えられる。また、拡大画像を観察し ながら処置具が視野内に入るため、精度の高い処置がおこなうことができる。
[0116] また、実施例 1は、条件式（1) ' ,条件式 (2) ' ,条件式 (3) 'をも満たしている。
[0117] このように、実施例 1による内視鏡は、物体距離 3. 7mmにおいて 28 mの分解能 を有し、このとき固体撮像素子の表示エリアの水平方向の幅を 2. 4mmと、モニタ上 に写る画像の水平方向の幅を 320mmとすると、モニタ上での倍率は 45倍となり、動 作距離 oと分解能と倍率のバランスが非常に良くなるため、さらに好適である。
[実施例 2]
画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子
IH=1.676mm P=0.0035mm IH/P=479
対物光学系
Fl=l.58676mm Fno =12.965 2 ω =162.6°
Fl/P=453 2400 X P=8.4 4200 X P=14.7
面 No.R D Ne Vd
oo 0.50 1.88814 40.8
0.78
3 ∞ 0.50 1.52498 59.9
4 oo 0.35
5 7.625 2.65 1.79196 47.4
6 -2.820 0.04
7 oo (絞り) 0.03
8 ∞ 0.75 1.51965 75.0
9 ∞ 1.45
10 4.878 1.78 1.73234 54.7
Figure imgf000024_0001
12 -9.120 1.15
13 oo 1.20 1.51825 64.1
14 ∞ 0.01 1.51193 63.0
15 ∞ 1.00 1.61379 50.2
16 ∞ 0.00
図 12に実施例 2の対物光学系の断面図を示した。
実施例 2は、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を用いた内視 鏡装置の実施例である。
[0120] 物体距離 4mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFは 15. 4%, 物体距離 50mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFは 13. 9%で ある。
[0121] 光軸上の解像力 25本 Zmm以上である物体側の範囲は 2. 9〜4. 9mm,光軸上 の解像力が 2本 Zmm以上である物体側の範囲は 0〜80mmである。
[0122] また、物体距離が 4mmのときの分解能は 32 μ m,物体距離が 50mmのときの分解 會は 0. 34mmである。
[0123] したがって、実施例 2による内視鏡装置は、以下の条件を満たしている。
[0124] すなわち、対物光学系と画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子で 構成される固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡において、固体撮像素子は、 条件式（1)を満足し、対物光学系は条件式 (2)および条件式 (3)を満足し、対物光 学系の物体距離 4mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFと、物体 距離 50mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFとが、ともに 10%以 上となる位置に、固体撮像素子の撮像面が配置されて 、る。
[0125] 条件式（1) 300<IH/P< 550
条件式（2) 300<F1/P< 550
条件式（3) 2400 X P< Fno. < 4200 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
また、実施例 2による内視鏡装置は、以下の条件を満たしている。
[0126] すなわち、少なくとも固定焦点式の撮像ユニットを含む内視鏡と撮像ユニットが取得 した画像を表示する表示手段とを備えた内視鏡装置において、撮像ユニットは、画 素毎に色フィルタが配され、かつ条件式（1)を満たす固体撮像素子と、条件式 (2)お よび条件式 (3)を満たす対物光学系とで構成され、表示手段に表示される画像の中 心での解像力が 25本 Zmm以上である前記撮像ユニットの物体側での範囲を dlと、 表示手段に表示される画像の中心での解像力が 2本 Zmm以上である前記撮像ュ ニットの物体側での範囲を d2としたとき、撮像ユニットを構成する対物光学系の最も 物体側の面から 3. 5mmの位置にある光軸上の物点は、 dlと d2との両方に含まれ、 撮像ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から 50mmの位置にある物点 は d2にのみ含まれるように、対物光学系の結像位置近傍に固体撮像素子の撮像面 が配置されている。
[0127] 条件式（1) 300<IH/P< 550
条件式（2) 300<F1/P< 550
条件式（3) 2400 X P< Fno. < 4200 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
さらに、実施例 2による内視鏡装置は、以下の条件を満たしている。
[0128] すなわち、対物光学系により物体の像を結像し、対物光学系の結像面近傍で画素 毎に色フィルタが配された固体撮像素子により画像信号を取得する固定焦点式の撮 像ユニットと、固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理する回路系とを備えた 内視鏡装置において、固体撮像素子は条件式（1)を満足し、対物光学系は条件式 ( 2)および条件式（3)を満足し、対物光学系から物体までの距離力 mmのとき 35 μ m以上の分解能を有し、対物光学系から物体までの距離が 50mmのとき 0. 45mm 以上の分解能を有する。
[0129] 条件式（1) 300<IH/P< 550
条件式（2) 300<F1/P< 550
条件式（3) 2400 X P< Fno. < 4200 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm] IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] F1 :対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
実施例 2は、視野角が 162. 6° であり、一度に広い範囲を観察することができると いう特徴を有している。したがって、例えば医療用内視鏡装置として用いた場合、遠 景では、広い視野を有するため病変部のスクリーニングに適しており、さらに 3. 2mm で 28 μ mの分解能を得ることができるため、大腸ピットパターン等の拡大観察をおこ なうことが可能な内視鏡装置を構成することができる。
[実施例 3]
画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子
IH=1.3mm P=0.0025mm IH/P=520
対物光学系
Fl=l.33785mm Fno =10.003 2 ω =132.1°
Fl/P=535 2400 Χ Ρ=6.0 4200 Χ Ρ=10.5
面 No.R D Ne Vd
1 οο 0.40 1.77067 71.7
2 0.977 0.57
3 οο 0.40 1.52498 59.9
4 οο 0.84
5 ∞ (絞り） 0.03
6 οο 1.90 1.81078 40.9
7 -2.192 0.10
8 3.168 1.68 1.51825 64.1
9 -1.676 0.39 1.93429 18.9
10 -5.048 0.10
11 οο 0.60 1.51965 75.0
12 οο 1.16
13 οο 1.00 1.51825 64.1 14 oo 0.03 1.5119 64.1
15 oo 1.00 1.61379 50.2
16 ∞ 0.00
図 13に実施例 3の対物光学系の断面図を示した。
[0131] 実施例 3は、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を用いた内視 鏡装置の実施例である。
[0132] 物体距離 4mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFは 9. 2%,物 体距離 50mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFは 10. 6%である
[0133] 光軸上の解像力 25本 Zmm以上である物体側の範囲は 3. 7〜6. Omm,光軸上 の解像力が 2本 Zmm以上である物体側の範囲は 0〜85mmである。
[0134] また、物体距離が 4mmのときの分解能は 30 μ m,物体距離が 50mmのときの分解 會は 0. 28mmである。
[0135] したがって、実施例 3による内視鏡装置は、以下の条件を満たしている。
[0136] すなわち、対物光学系により物体の像を結像し、対物光学系の結像面近傍で画素 毎に色フィルタが配された固体撮像素子により画像信号を取得する固定焦点式の撮 像ユニットと、固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理する回路系とを備えた 内視鏡装置において、固体撮像素子は条件式（1)を満足し、対物光学系は条件式（ 2)および条件式（3)を満足し、対物光学系から物体までの距離力 mmのとき 35 μ m以上の分解能を有し、対物光学系から物体までの距離が 50mmのとき 0. 45mm 以上の分解能を有する。
[0137] 条件式（1) 300<IH/P< 550
条件式（2) 300<F1/P< 550
条件式（3) 2400 X P< Fno. < 4200 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] F1:対物光学系の焦点距離 [mm] Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
O
実施例 3は、 IHZP, Fl/P, Fno.の各パラメータが上述の条件式（1) ,条件式（2) o
,条件 00式（3)において規定した範囲内の上限近くにある例である。
[0138] 実施例 3による内視鏡装置は、近点側の被写界深度が 4. 2mmとなりやや近接し にくくなるものの、 4. 2mmにおいて 27 mという分解能が得られ、本発明による目 的を十分に満たすことができる。また、固体撮像素子の画素数が比較的多いため、 高精細な画像が得られると 、う特徴がある。
[0139] [実施例 4]
画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子
IH=1.32mm P=0.004mm IH/P=330
対物光学系
Fl=l.27394mm Fno =10.326 2 ω =125.9°
Fl/P=318 2400 Χ Ρ=9.6 4200 Χ Ρ=16.8
面 No.R D Ne Vd
οο 0.20 1.57392 53.0
2 0.422 0.21
0.49 1.81264 25.4
4 οο (絞り) 0.03
5 o 0.60 1.48915 70.2
0.15
7 oo 0.63 1.54212 59.5
8 -0.705 0.21 1.81264 25.4
9 -1.342 0.82
10 ∞ 0.60 1.51825 64.1
11 oo 0.03
12 ∞ 1.80 1.51825 64.1
13 oo 0.00
図 14に実施例 4の対物光学系の断面図を示した。 [0140] 実施例 4は、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を用いた内視 鏡装置の実施例である。
[0141] 物体距離 4mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFは 24. 8%, 物体距離 50mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFは 11. 5%で ある。
[0142] 光軸上の解像力 25本 Zmm以上である物体側の範囲は 3. 2〜3. 9mm,光軸上 の解像力が 2本 Zmm以上である物体側の範囲は 0〜55mmである。
[0143] また、物体距離が 4mmのときの分解能は 38 μ m,物体距離が 50mmのときの分解 會は 0. 47mmである。
[0144] したがって、実施例 4による内視鏡装置は、以下の条件を満たしている。
[0145] すなわち、対物光学系と画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子で 構成される固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡において、固体撮像素子は、 条件式（1)を満足し、対物光学系は条件式 (2)および条件式 (3)を満足し、対物光 学系の物体距離 4mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFと、物体 距離 50mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFとが、ともに 10%以 上となる位置に、固体撮像素子の撮像面が配置されて 、る。
[0146] 条件式（1) 300<IH/P< 550
条件式（2) 300<F1/P< 550
条件式（3) 2400 X P< Fno. < 4200 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
また、実施例 4による内視鏡装置は、以下の条件を満たしている。
[0147] すなわち、少なくとも固定焦点式の撮像ユニットを含む内視鏡と撮像ユニットが取得 した画像を表示する表示手段とを備えた内視鏡装置において、撮像ユニットは、画 素毎に色フィルタが配され、かつ条件式（1)を満たす固体撮像素子と、条件式 (2)お よび条件式 (3)を満たす対物光学系とで構成され、表示手段に表示される画像の中 心での解像力が 25本 Zmm以上である前記撮像ユニットの物体側での範囲を dlと、 表示手段に表示される画像の中心での解像力が 2本 Zmm以上である前記撮像ュ ニットの物体側での範囲を d2としたとき、撮像ユニットを構成する対物光学系の最も 物体側の面から 3. 5mmの位置にある光軸上の物点は、 dlと d2との両方に含まれ、 撮像ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から 50mmの位置にある物点 は d2にのみ含まれるように、対物光学系の結像位置近傍に固体撮像素子の撮像面 が配置されている。
[0148] 条件式（1) 300<IH/P< 550
条件式（2) 300<F1/P< 550
条件式（3) 2400 X P< Fno. < 4200 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
実施例 4は、 IHZP, Fl/P, Fno.の各パラメータ力 上述の条件式（1) ,条件式（2 ) ,条件式（3)において規定した範囲内の下限近くにある例である。
[0149] 実施例 4による内視鏡装置は、 3. 3mmにおいて 32 /z mという分解能が得られる。
上述の条件式（1) ' ,条件式 (2) ' ,条件式 (3) 'を満たした場合と比べ、分解能はや や低くなるものの、本発明による目的を十分に満たすことができる。
[0150] また、固体撮像素子の画素数が比較的少なくて済むため、内視鏡挿入部の外径の 細径ィ匕や先端硬質長の短縮ィ匕などがおこな ヽ易いと ヽぅ点で有利である。
[0151] [実施例 5]
各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子
IH=1.05mm P=0.0035mm IH/P=300
対物光学系
Fl=l.04272mm Fno =8.625 2 ω =133.7° Fl/P=298 1600 X P=5.6 2800 X P=9.8
面 No.R D Ne Vd
oo 0.35 1.88814 40.8
2 0.557 0.50
3 2.469 1.14 1.73234 54.7
4 -1.065 0.07
5 ∞(絞り) 0.03
6 ∞ 0.35 1.51563 75.0
7 oo 0.03
8 ∞ 0.35 1.51563 75.0
9 ∞ 0.32
10 3.740 0.80 1.73234 54.7
11 -0.949 0.20 1.85504 23.8
12 -9.773 0.48
13 oo 0.86 1.51825 64.1
14 ∞ 0.01 1.51193 63.0
15 ∞ 0.70 1.52207 60.0
16 ∞ 0.00
図 15に実施例 5の対物光学系の断面図を示した。
[0152] 実施例 5は、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を用いた内視鏡装 置の実施例である。
[0153] 物体距離 4mmにおける空間周波数 1Z (2 X P)での光軸上の MTFは 14. 3%, 物体距離 50mmにおける空間周波数 1Z (2 X P)での光軸上の MTFは 11. 6%で ある。
[0154] 光軸上の解像力 25本 Zmm以上である物体側の範囲は 3. 2〜5. 5mm,光軸上 の解像力が 2本 Zmm以上である物体側の範囲は 0〜80mmである。
[0155] また、物体距離が 4mmのときの分解能は 29 μ m,物体距離が 50mmのときの分解 會は 0. 34mmである。 [0156] したがって、実施例 5による内視鏡装置は、以下の条件を満たしている。
[0157] すなわち、対物光学系と各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子で構成さ れる固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡において、固体撮像素子は条件式 (4 )を満足し、対物光学系は条件式 (5)および条件式 (6)を満足し、対物光学系の物体 距離 4mmにおける空間周波数 1Z (2 X P)での光軸上の MTFと、物体距離 50mm における空間周波数 1Z (2 X P)での光軸上の MTFとが、ともに 10%以上となる位 置に固体撮像素子の撮像面が配置されている。
[0158] 条件式（4) 200<IH/P< 360
条件式（5) 200<F1/P< 360
条件式（6) 1600 X P<Fno.< 2800 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
また、実施例 5による内視鏡装置は、以下の条件を満たしている。
[0159] すなわち、少なくとも固定焦点式の撮像ユニットを含む内視鏡と、撮像ユニットが取 得した画像を表示する表示手段とを備えた内視鏡装置にお！ヽて、撮像ユニットは各 画素毎に輝度信号が生成され、かつ条件式 (4)を満たす固体撮像素子と、条件式（ 5)および条件式 (6)を満たす対物光学系で構成され、表示手段に表示される画像 の中心での解像力が 25本 Zmm以上である前記撮像ユニットの物体側での範囲を d 1と、表示手段に表示される画像の中心での解像力が 2本 Zmm以上である撮像ュ ニットの物体側での範囲を d2としたとき、撮像ユニットを構成する対物光学系の最も 物体側の面から 3. 5mmの位置にある光軸上の物点は dlと d2との両方に含まれ、 撮像ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から 50mmの位置にある物点 は d2にのみ含まれるように、対物光学系の結像位置近傍に前記固体撮像素子の撮 像面が配置されている。
[0160] 条件式（4) 200<IH/P< 360 条件式（5) 200<F1/P< 360
条件式（6) 1600 X P<Fno.< 2800 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
さらに、実施例 5による内視鏡装置は、以下の条件を満たしている。
[0161] すなわち、対物光学系により物体の像を結像し、対物光学系の結像面近傍で各画 素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子により画像信号を取得する固定焦点式 の撮像ユニットと、固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理する回路系を備え た内視鏡装置において、固体撮像素子は条件式 (4)を満足し、対物光学系は条件式 (5)および条件式 (6)を満足し、対物光学系から物体までの距離力 mmのとき 35 μ m以上の分解能を有し、対物光学系から物体までの距離が 50mmのとき 0. 45mm 以上の分解能を有する。
[0162] 条件式（4) 200<IH/P< 360
条件式（5) 200<F1/P< 360
条件式（6) 1600 X P< Fno. < 2800 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
実施例 5による内視鏡装置は、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子を 使用しているため、照明光や対物光学系内のフィルタを工夫することにより、容易に 蛍光観察や赤外光観察や狭帯域光観察といった特殊光観察に使用することができ ると!/、つた特徴を有して 、る。
[0163] また、実施例 5による内視鏡装置は、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像 素子を使用しているため、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子を 使用した内視鏡と比べて、少ない画素数で同じ仕様の撮像ユニットを構成できる。し たがって、内視鏡挿入部の外径の細径ィ匕や先端硬質長の短縮ィ匕などをおこな！、易 いという点で有利である。
[0164] また、近年、図 18に示すように画素配列の水平方向の 1ライン毎に、画素の位置が 水平方向の画素ピッチ PHに対して PHZ2だけずれて配置された構造の固体撮像 素子がある。このような固体撮像素子の場合、画素が縦横に格子配列された従来の 固体撮像素子とは輝度信号の生成方法が異なり、出力される画像信号における分解 能が、画素が縦横に格子配列された従来の固体撮像素子の 1. 6倍の画素数と同等 との報告がなされている。（日本写真学会誌 63(3), 1-5(2000))
したがって、図 18において斜め方向の画素ピッチを P'としたとき、以下の計算式に より水平方向の画素ピッチ Pに換算することで、本発明の内視鏡および内視鏡装置 に適用することができる。
[0165] Ρ = Ρ' Χ ^1.6
次に、固体撮像素子を 3個使用して 1つの画像信号を生成する方式のいわゆる 3板 式の撮像ユニットについて考える。
[0166] 3板式では、被写体からの光はプリズムにより 3つに分けられ、 R, G, Bの 3原色そ れぞれに対応する固体撮像素子に割り当てられる。各個体撮像素子では、各画素毎 に対応する色の輝度信号が生成される。そして、 Rの輝度信号， Gの輝度信号， Bの 輝度信号の 3つから 1つの輝度信号と 1つの色情報を得る。この際、 IH/P, F1/P, Fno.の値は 3個の固体撮像素子の全てにおいて同じ値となる。
[0167] したがって、 3板式の場合は、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子の 場合と同様に考えれば、本発明の内視鏡および内視鏡装置に適用することができる

Claims

請求の範囲
[1] 対物光学系と、画素毎に色フィルタが配されたカラーの固体撮像素子で構成される 固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡において、
前記固体撮像素子は、条件式 (1)を満足し、
前記対物光学系は条件式 (2)および条件式 (3)を満足し、
前記対物光学系の物体距離 4mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の M TFと、物体距離 50mmにおける空間周波数 1Z (3 X P)での光軸上の MTFと力 と もに 10%以上となる位置に、前記固体撮像素子の撮像面が配置されていることを特 徴とする固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡。
条件式（1) 300<IH/P< 550
条件式（2) 300<F1/P< 550
条件式（3) 2400 X P< Fno. < 4200 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
[2] 少なくとも固定焦点式の撮像ユニットを含む内視鏡と、前記撮像ユニットが取得した 画像を表示する表示手段とを備えた内視鏡装置において、
前記撮像ユニットは、画素毎に色フィルタが配され、かつ条件式（1)を満たす固体撮 像素子と、条件式 (2)および条件式 (3)を満たす対物光学系とで構成され、前記表 示手段に表示される画像の中心での解像力が 25本 Zmm以上である前記撮像ュ- ットの物体側での範囲を dlと、前記表示手段に表示される画像の中心での解像力が 2本 Zmm以上である前記撮像ユニットの物体側での範囲を d2としたとき、前記撮像 ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から 3. 5mmの位置にある光軸上 の物点は、 dlと d2との両方に含まれ、前記撮像ユニットを構成する対物光学系の最 も物体側の面から 50mmの位置にある物点は d2にのみ含まれるように、前記対物光 学系の結像位置近傍に前記固体撮像素子の撮像面が配置されていることを特徴と する内視鏡装置。
条件式（1) 300<IH/P< 550
条件式（2) 300<F1/P< 550
条件式（3) 2400 X P< Fno. < 4200 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm]
F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
[3] 対物光学系により物体の像を結像し、前記対物光学系の結像面近傍で画素毎に色 フィルタが配された固体撮像素子により画像信号を取得する固定焦点式の撮像ュ- ットと、前記固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理する回路系とを備えた内 視鏡装置において、
前記固体撮像素子は条件式 (1)を満足し、
前記対物光学系は条件式 (2)および条件式 (3)を満足し、
前記対物光学系から物体までの距離力 mmのとき 35 m以上の分解能を有し、前 記対物光学系から物体までの距離が 50mmのとき 0. 45mm以上の分解能を有する ことを特徴とする内視鏡装置。
条件式（1) 300<IH/P< 550
条件式（2) 300<F1/P< 550
条件式（3) 2400 X P< Fno. < 4200 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
[4] 対物光学系と、各画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子で構成される固定 焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡において、 前記固体撮像素子は条件式 (4)を満足し、
前記対物光学系は条件式 (5)および条件式 (6)を満足し、
前記対物光学系の物体距離 4mmにおける空間周波数 1Z (2 X P)での光軸上の M TFと、物体距離 50mmにおける空間周波数 1Z (2 X P)での光軸上の MTFと力 と もに 10%以上となる位置に前記固体撮像素子の撮像面が配置されていることを特徴 とする固定焦点式の撮像ユニットを備えた内視鏡。
条件式（4) 200<IH/P< 360
条件式（5) 200<F1/P< 360
条件式（6) 1600 X P<Fno.< 2800 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm]
F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
少なくとも、固定焦点式の撮像ユニットを含む内視鏡と、前記撮像ユニットが取得した 画像を表示する表示手段とを備えた内視鏡装置において、
前記撮像ユニットは各画素毎に輝度信号が生成され、かつ条件式 (4)を満たす固体 撮像素子と、条件式
(5)および条件式 (6)を満たす対物光学系で構成され、前記表 示手段に表示される画像の中心での解像力が 25本 Zmm以上である前記撮像ュ- ットの物体側での範囲を dlと、前記表示手段に表示される画像の中心での解像力が 2本 Zmm以上である前記撮像ユニットの物体側での範囲を d2としたとき、前記撮像 ユニットを構成する対物光学系の最も物体側の面から 3. 5mmの位置にある光軸上 の物点は、 dlと d2との両方に含まれ、前記撮像ユニットを構成する対物光学系の最 も物体側の面から 50mmの位置にある物点は、 d2にのみ含まれるように、前記対物 光学系の結像位置近傍に前記固体撮像素子の撮像面が配置されていることを特徴 とする内視鏡装置。
条件式（4) 200<IH/P< 360
条件式（5) 200<F1/P< 360 条件式（6) 1600 X P<Fno.< 2800 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm]
F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
[6] 対物光学系により物体の像を結像し、前記対物光学系の結像面近傍で各画素毎に 輝度信号が生成される固体撮像素子により画像信号を取得する固定焦点式の撮像 ユニットと、前記固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理する回路系を備えた 内視鏡装置において、
前記固体撮像素子は条件式 (4)を満足し、
前記対物光学系は条件式 (5)および条件式 (6)を満足し、
前記対物光学系から物体までの距離力 mmのとき 35 m以上の分解能を有し、前 記対物光学系から物体までの距離が 50mmのとき 0. 45mm以上の分解能を有する ことを特徴とする内視鏡装置。
条件式（4) 200<IH/P< 360
条件式（5) 200<F1/P< 360
条件式（6) 1600 X P< Fno. < 2800 X P
ただし、
P :固体撮像素子の水平方向画素ピッチ [mm]
IH :固体撮像素子の表示エリア内の中心から最も遠い位置までの距離 [mm] F1:対物光学系の焦点距離 [mm]
Fno.：対物光学系の有効 Fナンバー
[7] 請求項 1または請求項 4のいずれか一方に記載の固定焦点式の撮像ユニットを備え た内視鏡において、
内視鏡挿入部には、さらに処置具揷通チャンネルを備え、内視鏡挿入部先端から 4 mmの距離まで処置用チャンネルを通して処置具を突出させた際に、処置具の少な くとも一部が撮像ユニットの視野内に入るように、前記撮像ユニットと前記処置具揷通 チャンネルが配置されて 、ることを特徴とする内視鏡。
請求項 2または請求項 3または請求項 5または請求項 6のいずれか一つに記載の内 視鏡装置において、
内視鏡挿入部には、さらに処置具揷通チャンネルを備え、内視鏡挿入部先端から 4 mmの距離まで処置用チャンネルを通して処置具を突出させた際に、処置具の少な くとも一部が、撮像ユニットの視野内に入るように、前記撮像ユニットと前記処置具挿 通チャンネルが配置されて 、ることを特徴とする内視鏡装置。
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