WO2019111360A1 - 内視鏡 - Google Patents

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WO2019111360A1
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imaging optical
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研野孝吉
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オリンパス株式会社
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    • G02B23/26—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes using light guides
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    • A61B1/307—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 for the urinary organs, e.g. urethroscopes, cystoscopes

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope, and, for example, to an endoscope that can observe piping and observe organs of the urinary system.
  • the observation is performed via water.
  • the observation in the fuel tank the observation is performed via oil.
  • observation is performed via a liquid having a refractive index of 1.45.
  • observation is performed via urine.
  • observation is performed via saline.
  • Patent documents 1 to 5 disclose optical systems having a wide angle of view.
  • the optical system of Patent Document 1 has a rotationally symmetric transparent medium.
  • a transparent medium has at least two internally reflective surfaces and at least two refractive surfaces. Also, the transparent medium is mounted on the incident side of an imaging lens having positive refractive power, or mounted on the exit side of a projection lens having positive refractive power.
  • the optical system of Patent Document 2 has an optical element made of a transparent medium, a front group, an aperture stop, and a rear group.
  • the transparent medium has a first transmission surface, a first reflection surface, a second reflection surface, and a second transmission surface.
  • the optical systems of Patent Documents 3 and 4 each have a front group having negative refractive power, an aperture stop, and a rear group having positive refractive power.
  • the optical system of Patent Document 5 has a rotationally symmetric front group and a rotationally symmetric, rear group having positive refractive power.
  • the front group has two transmission planes.
  • a transparent cylinder is disposed around the optical system.
  • Patent Document 6 discloses a unit provided with a transparent member.
  • the cap portion is disposed around the tip of the endoscope.
  • observation in air an optical system that assumes observation of a subject filled with air
  • the refractive index of the object space is the liquid due to the refractive index of air It is difficult to obtain a wide field of view because it changes to the refractive index of
  • the optical system disclosed in Patent Document 1 and the optical system disclosed in Patent Document 2 can perform observation in a direction orthogonal to the optical axis (hereinafter, referred to as “lateral vision direction”).
  • lateral vision direction a direction orthogonal to the optical axis
  • these optical systems are optical systems used for observation in air. Therefore, it is not supposed to be used for in-liquid observation.
  • the optical system disclosed in Patent Document 3 and the optical system disclosed in Patent Document 4 are optical systems used for underwater observation. In these optical systems, widening of the angle of view is performed at an angle of view in a direction along the optical axis (hereinafter, referred to as “direct viewing direction”). However, in these optical systems, observation in the side vision direction can not be performed.
  • the optical system disclosed in Patent Document 5 can perform observation in the side-viewing direction.
  • this optical system is an optical system assuming that the object is brought into close contact with the outer cylindrical surface of the transparent cylindrical body for observation. Therefore, it is not supposed to be used for in-liquid observation.
  • Patent Document 6 The cap portion disclosed in Patent Document 6 is used for observation in air. Therefore, it is not supposed to use for in-liquid observation.
  • the present invention has been made in view of such problems, and it is an object of the present invention to provide an endoscope capable of obtaining a clear optical image in a side view direction while observing in liquid while having a small diameter. Do.
  • an endoscope according to at least some embodiments of the present invention, A cylindrical member, a tip member, and an imaging optical system,
  • the cylindrical member has an inner circumferential surface and an outer circumferential surface, The space between the inner and outer circumferential surfaces is filled with a transparent material having a refractive index greater than 1;
  • the tip member is located at one end of the cylindrical member,
  • the imaging optical system is disposed inside the cylindrical member such that the optical axis of the imaging optical system coincides with or is parallel to the central axis of the cylindrical member, By the imaging optical system, an object plane located outside the outer peripheral surface and an image plane of the imaging optical system are conjugated.
  • the imaging optical system consists of only the transmission surface, All the transmission surfaces are arranged so that the surface normal at the point intersecting the optical axis coincides with the optical axis,
  • the imaging optical system has curvature of field and It is characterized by satisfying the following conditional expression (1).
  • P ′ is the Petzval sum, and is represented by the following formula, r i is the radius of curvature of the i-th transmission surface, n ' i is the refractive index at the exit side of the i-th transmission surface, n i is the refractive index at the incident side of the i-th transmission surface, n 'is the refractive index of the image space, i is the number of the transparent surface, k is the total number of transparent surfaces, It is.
  • an endoscope which can obtain a clear optical image in a side view direction at the time of in-liquid observation while having a small diameter.
  • FIG. 2 is a lens cross-sectional view of the imaging optical system of Example 1.
  • FIG. 7 is a lens cross-sectional view of the imaging optical system of Example 2.
  • FIG. 18 is a lens cross-sectional view of the imaging optical system of Example 3.
  • FIG. 18 is a lens cross-sectional view of the imaging optical system of Example 4.
  • 5 is a lens aberration diagram of the imaging optical system of Example 1.
  • FIG. 5 is a lens aberration diagram of the imaging optical system of Example 2.
  • FIG. FIG. 16 is a lens aberration diagram of the imaging optical system of Example 3.
  • FIG. 16 is a lens aberration diagram of the imaging optical system of Example 4. 7 shows a first example of an optical unit. It is a second example of the optical unit.
  • the endoscope of this embodiment has a cylindrical member, a tip member, and an imaging optical system
  • the cylindrical member has an inner peripheral surface and an outer peripheral surface, and the inner peripheral surface and the outer peripheral surface
  • the tip member is located at one end of the cylindrical member
  • the imaging optical system includes the optical axis of the imaging optical system and the cylindrical member.
  • the imaging optical system is disposed so that the object plane located outside the outer peripheral surface and the image plane of the imaging optical system are conjugately arranged by the imaging optical system such that the central axis coincides with or is parallel to the central axis.
  • the imaging optical system comprises only the transmission surface, and all the transmission surfaces are arranged such that the normal of the surface at the point intersecting the optical axis coincides with the optical axis, and the imaging optical system is It has a curvature of field aberration and is characterized by satisfying the following conditional expression (1).
  • P ′ is the Petzval sum, and is represented by the following formula, r i is the radius of curvature of the i-th transmission surface, n ' i is the refractive index at the exit side of the i-th transmission surface, n i is the refractive index at the incident side of the i-th transmission surface, n 'is the refractive index of the image space, i is the number of the transparent surface, k is the total number of transparent surfaces, It is.
  • the endoscope of the present embodiment has a cylindrical member, a tip member, and an imaging optical system.
  • An optical unit can be configured by the cylindrical member, the tip member, and the imaging optical system.
  • the optical unit is disposed at the distal end of the insertion portion of the endoscope. Below, it demonstrates in order of an optical unit and an insertion part.
  • the optical unit of the endoscope of the present embodiment (hereinafter, referred to as “the optical unit of the present embodiment”) is shown in FIG.
  • the optical unit 1 has a cylindrical member 2, a tip member 3, and an imaging optical system 4.
  • the cylindrical member 2 has an inner circumferential surface 2 a and an outer circumferential surface 2 b.
  • the space between the inner circumferential surface 2a and the outer circumferential surface 2b is filled with a transparent substance 2c having a refractive index greater than one.
  • the tip member 3 is located at one end of the cylindrical member 2.
  • the tip member 3 is formed of a transparent medium.
  • the shape of the tip member 3 is a substantially hemispherical shape, but is not limited to this shape. For example, it may be a plane. Also, as described later, the tip member 3 may be formed of an opaque medium.
  • a holding member (not shown) is disposed at the other end of the cylindrical member 2.
  • a sealed space is formed by the cylindrical member 2, the tip member 3 and the holding member.
  • the imaging optical system 4 can be disposed in this enclosed space. Since the inside of the cylindrical member 2 is kept airtight, the imaging optical system 4 can be positioned in the air and can be protected from dirt and the like.
  • An illumination optical system (not shown) can be disposed in the enclosed space.
  • the cylindrical member 2 and the tip member 3 are made of separate members.
  • the cylindrical member 2 and the tip member 3 may be integrated, for example, by adhesion or the like.
  • the cylindrical member 2 and the tip member 3 may be made of one member.
  • the imaging optical system 4 is disposed inside the cylindrical member 2. At this time, the optical axis AXo of the imaging optical system 4 and the central axis AXc of the cylindrical member 2 may or may not coincide. If the two optical axes do not coincide with each other, the two optical axes may be in parallel. In FIG. 1, the imaging optical system 4 is disposed inside the cylindrical member 2 so that the optical axis AXo and the central axis AXc coincide with each other.
  • the imaging optical system 4 makes the object plane OB and the image plane I conjugate.
  • the object plane OB is shown in dashed lines.
  • the object surface OB is located outside the outer peripheral surface 2b.
  • the object plane OB is illuminated by illumination optics (not shown).
  • the imaging optical system 4 is configured of one single lens.
  • the imaging optical system 4 has a transmission surface 4a and a transmission surface 4b. As described above, the imaging optical system 4 is configured of only the transmission surface.
  • an aperture stop is located on the transmission surface 4a.
  • the transmission surface 4a and the transmission surface 4b are arranged such that the normal to the surface at a point intersecting the optical axis AXo coincides with the optical axis AXo.
  • all transmission surfaces of the imaging optical system 4 are arranged such that the normals of the surfaces at the points intersecting the optical axis AXo coincide with the optical axis AXo.
  • the cylindrical member 2 is located in the side view direction.
  • the tip member 3 is located in the direct view direction.
  • the cylindrical member 2 and the tip member 3 are formed of a transparent material. Therefore, in the optical unit 1, an image in the side view direction is formed on the image plane I through the cylindrical member 2, and an image in the direct view direction is formed on the image plane I through the tip member 3.
  • an imaging element can be disposed on the image plane I.
  • the image of the object formed on the image plane I is electronically converted by the imaging device.
  • an image of an object can be acquired.
  • the acquired image is transmitted, for example, to the image processing apparatus by the transmission means.
  • the imaging optical system 4 and the imaging device can be positioned in the air, and can be protected from dirt and the like.
  • the first space 5 is a space formed by a space located inside the cylindrical member 2 and a space located inside the tip member 3.
  • the first space 5 is filled with air.
  • the second space 6 is a space formed by a space located outside the cylindrical member 2 and a space located outside the tip member 3.
  • the second space 6 is filled with liquid.
  • the object plane OB is located in the second space 6. An image of the object plane OB is formed in the first space 5.
  • the second space 6 corresponds to the object space
  • the first space 5 corresponds to the image space. Since the object plane OB is located in the second space 6, an image of the object plane OB is formed through the liquid.
  • the object plane OB in the side view direction is a cylindrical plane.
  • the image plane I is a plane. Therefore, in the imaging optical system 4, an image of a cylindrical surface has to be formed on a plane.
  • FIG. 2 is a view showing an imaging relationship of an optical system having field curvature aberration.
  • FIG. 2A shows the case where the object plane is flat
  • FIG. 2B shows the case where the object plane is curved.
  • the sign of the Petzval sum represents the direction of occurrence of curvature of field aberration, and the value represents the amount of curvature of field aberration generated. In general, in an optical system having positive refractive power, the sign of the Petzval sum is negative. In an optical system in which the Petzval sum has a minus sign, as shown in FIG. 2A, when the object surface OB is a flat surface, a curved surface having a concave surface facing the object side is formed on the image surface I.
  • the object and the image can be reversed.
  • the object plane OB in FIG. 2A is an image plane and the image plane I is an object plane
  • the object plane OB is a curved surface with a concave surface facing the image side.
  • the image plane I is a plane.
  • a curved object can be formed on a plane. It is preferable that the object surface OB be a curved surface having a concave surface facing the image side, since the range in which the object is in focus is wide.
  • an optical system with a negative Petzval sum sign is used for the imaging optical system 4. Therefore, since the imaging optical system 4 has curvature of field aberration, an image of the object plane can be formed on a plane even if the object plane is a curved surface.
  • Both the inner circumferential surface 2a and the outer circumferential surface 2b are cylindrical surfaces. That is, the inner peripheral surface 2a and the outer peripheral surface 2b do not have refractive power in the direction along the optical axis AXo, but have refractive power in the direction orthogonal to the optical axis AXo. Therefore, astigmatism occurs when the light beam passes through the inner circumferential surface 2a and the outer circumferential surface 2b. When astigmatism is largely generated, it becomes difficult to form a clear object image.
  • the refractive index n5 in the first space 5 is 1.0.
  • the refractive index n2c of the substance 2c is 1.51
  • the refractive index n6 in the second space 6 is 1.33.
  • the magnitude relationship of the refractive index is as follows. n5 ⁇ n2c n2c> n6
  • the refractive index changes in the order of n5, n2c, n6.
  • the refractive index difference in this direction is as follows. n5-n2c ⁇ 0 n2c-n6> 0
  • the refractive index difference on both sides of the inner peripheral surface 2a is a negative value, and the refractive index difference on both sides of the outer peripheral surface 2b is a positive value. Therefore, the direction in which astigmatism occurs in the inner circumferential surface 2a is opposite to the direction in which astigmatism occurs in the outer circumferential surface 2b.
  • the astigmatism is larger, so that the astigmatism generated in the inner circumferential surface 2a is larger than the astigmatism generated in the outer circumferential surface 2b.
  • the influence on the formation of the image is larger in the astigmatism generated in the inner peripheral surface 2 a than in the astigmatism generated in the outer peripheral surface 2 b.
  • astigmatism generated on the inner circumferential surface 2a will be described.
  • FIG. 3 is a view showing a state of light flux refracted by the cylindrical member.
  • the optical axis of the imaging optical system coincides with the central axis of the cylindrical member. However, the imaging optical system is not shown. Instead, the entrance pupil P of the imaging optics is shown.
  • FIG. 3 shows the light flux from the entrance pupil P to the object plane OB. Only a part of the cylindrical member 2 and the object surface OB is drawn.
  • Inner peripheral surface 2a cylindrical surface with a diameter of 1.0 mm
  • Outer peripheral surface 2b cylindrical surface with a diameter of 1.2 mm
  • Refractive index of substance 2c 1.5163
  • Diameter of entrance pupil P 0.1 mm
  • Object surface OB A cylindrical surface with a diameter of 4 mm
  • the astigmatism increases.
  • the distance from the object point to the optical system on the object plane OB is as the object point moves away from the optical axis AXo become longer. Therefore, when the image of the object surface OB is formed through the cylindrical member 2, the astigmatism generated on the inner circumferential surface 2a increases as the object point on the object surface OB moves away from the optical axis AXo.
  • the object surface OB is a curved surface with the concave surface facing the image side
  • the distance from the object point on the object surface OB to the optical system is the object point It gets shorter as you move away from AXo. Therefore, when an image of the object surface OB is formed through the cylindrical member 2, the astigmatism generated on the inner circumferential surface 2a decreases as the object point on the object surface OB moves away from the optical axis.
  • the object surface OB is made to be a concave surface to a hemispherical concave surface, and the object surface OB is further brought close to the inner circumferential surface 2a. By doing this, it is possible to suppress the occurrence of astigmatism on the inner circumferential surface 2a.
  • the relationship between the distance from the inner circumferential surface 2a to the object plane and astigmatism will be described.
  • light beams La, Lb and Lc of real images and light beams La ', Lb' and Lc 'of virtual images are drawn.
  • the luminous flux of a real image is a luminous flux that enters the entrance pupil P from the object plane OB.
  • the luminous flux of the virtual image is a luminous flux obtained by extending the luminous flux of the real image from the inner peripheral surface 2a to the entrance pupil P toward the object surface OB.
  • the angle between the chief ray and the optical axis AXo is different for each light flux.
  • the angle formed between the chief ray and the optical axis increases in the order of the light flux La, the light flux Lb, and the light flux Lc.
  • the luminous fluxes La, Lb, and Lc include luminous fluxes in the meridional section and luminous fluxes in the sagittal section, respectively.
  • FIG. 4 is a view showing the appearance of luminous flux in the meridional cross section.
  • FIG. 5 is a view showing the appearance of luminous flux in the sagittal section.
  • the diameter of the light beam is smallest at the position Pa'm at the light beam La ', and the diameter of the light beam is smallest at the position Pb'm at the light beam Lb' and the light beam Lc ' At the position Pc'm, the diameter of the light beam is the smallest.
  • the position where the diameter of the light flux is the smallest (hereinafter referred to as the "position of the minimum diameter") is arranged in the order of the position Pa'm, the position Pb'm and the position Pc'm.
  • the diameter of the light beam is smallest at the position Pa's at the light beam La ', and the diameter of the light beam is smallest at the position Pb's at the light beam Lb', and the light beam Lc ' At the position Pc's, the diameter of the light beam is the smallest.
  • the positions of the smallest diameter are arranged in the order of the position Pa's, the position Pb's, and the position Pc's in the order from the inner circumferential surface 2a.
  • the inner circumferential surface 2a has no refractive power.
  • the inner circumferential surface 2a has a refractive power. Therefore, position Pa'm and position Pa's do not correspond. Similarly, the position Pb'm and the position Pb's do not coincide. Moreover, position Pc'm and position Pc's do not correspond.
  • the difference between the two positions is caused by the difference between the optical power in the meridional section and the optical power in the sagittal section.
  • the difference between the refractive power in the meridional section and the refractive power in the sagittal section is one of the causes of astigmatism. Therefore, the astigmatism can be evaluated using a predetermined position difference.
  • the predetermined position difference is the difference between the position of the smallest diameter in the meridional section and the position of the smallest diameter in the sagittal section. From FIG. 4 and FIG. 5, the difference between the predetermined positions is as follows. Difference between position Pa'm and position Pa's Difference between position Pb'm and position Pb's Difference between position Pc'm and position Pc's
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the difference between predetermined positions and a predetermined angle.
  • the vertical axis is a difference between predetermined positions, and the horizontal axis is a predetermined angle.
  • the predetermined angle is the angle between the central axis and the chief ray at the outside of the cylindrical member.
  • the graph of FIG. 6 represents the result of simulation.
  • the conditions of the simulation are as follows.
  • Inner peripheral surface A cylindrical surface with a diameter of 0.6 mm
  • Outer peripheral surface A cylindrical surface with a diameter of 1 mm
  • Refractive index between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface 1.516
  • Refractive index between inner surface and imaging optics 1 Refractive index between outer peripheral surface and object surface: 1.33
  • the inside of the cylindrical member is filled with air and the outside of the cylindrical member is filled with water.
  • the optical axis of the imaging optical system and the central axis of the cylindrical member coincide with each other. Therefore, the predetermined angle can be regarded as the angle of view of the imaging optical system.
  • the position of the minimum diameter is based on the optical axis of the imaging optical system. The position where the spot diagram is at a minimum is taken as the position of the minimum diameter.
  • the object distance in the side-viewing direction is made different to obtain a predetermined position difference.
  • the object distance in the side vision direction is the distance from the optical axis to the object plane in a plane orthogonal to the optical axis of the imaging optical system.
  • the outer peripheral surface is a cylindrical surface having a diameter of 1 mm. Therefore, when the object distance in the side view direction is 0.5 mm, the object surface coincides with the outer peripheral surface.
  • the relationship between the object distance in the side vision direction and the difference between the predetermined position is as follows. The larger the object distance in the side-viewing direction, the larger the difference in the predetermined position. This means that the amount of astigmatism generation increases as the object distance in the side vision direction increases. In addition, astigmatism occurs in the negative direction.
  • the optical unit according to the present embodiment it is desirable to form an image of the object surface in a state where the object surface and the outer peripheral surface coincide with each other.
  • FIG. 7 is a view showing how a light beam is refracted in a sagittal section.
  • FIG. 7A shows the case where the object distance in the side vision direction is short
  • FIG. 7B shows the case where the object distance in the side vision direction is long.
  • the difference ⁇ between the light collecting position of the solid line and the light collecting position of the broken line is smaller when the object distance in the side vision direction is shorter than when the object distance in the side vision direction is long.
  • the condensing position of the broken line is the position when the light flux is not refracted on the inner peripheral surface 2a. This position represents the focusing position of the luminous flux in the meridional cross section. It can be understood from FIGS. 7A and 7B that the difference in the predetermined position is smaller when the object distance in the side vision direction is shorter than when the object distance in the side vision direction is long.
  • FIG. 8 is a view showing the appearance of luminous flux in the meridional cross section.
  • the position of the plane PL indicates the position of the best plane in the meridional section. In the best plane position, the spot diagram is minimized.
  • the plane PL is the best plane when the object distance in the side vision direction is 2 mm and the angle of view is 20 °.
  • the amount of astigmatism generated increases as the object distance in the side vision direction increases. Therefore, in the side view direction, it is desirable that the object surface be located near the outer peripheral surface. Since the object distance in the side vision direction is related to the magnitude of curvature of the image plane, it is desirable to make the Petzval sum value appropriate.
  • the image of the object is formed through the liquid. Therefore, it is desirable to determine the value of the Petzval sum in the imaging optical system 4 in consideration of the formation of an image of an object through the liquid.
  • the endoscope of the present embodiment satisfies the following conditional expression (1). -10 ⁇ P ' ⁇ -0.8
  • P ′ is the Petzval sum, and is represented by the following formula, r i is the radius of curvature of the i-th transmission surface, n ' i is the refractive index at the exit side of the i-th transmission surface, n i is the refractive index at the incident side of the i-th transmission surface, n 'is the refractive index of the image space, i is the number of the transparent surface, k is the total number of transparent surfaces, It is.
  • the value of the Petzval sum can be made appropriate. If the conditional expression (1) is satisfied, it is possible to make the imaging optical system have curvature of field that matches the shape of the object while keeping astigmatism generated on the inner peripheral surface of the cylindrical member to a minimum. As a result, at the time of liquid observation, a clear optical image can be obtained in the side view direction. As a result, according to the endoscope of the present embodiment, for example, the inner surface in the lumen can be clearly observed.
  • the optical unit 10 has a cylindrical member 11, a tip member 12, and an imaging optical system 13.
  • the cylindrical member 11 has an inner circumferential surface 11 a and an outer circumferential surface 11 b.
  • a space between the inner circumferential surface 11a and the outer circumferential surface 11b is filled with a transparent substance 11c having a refractive index greater than one.
  • the tip member 12 is located at one end of the cylindrical member 11.
  • the imaging optical system 13 is disposed inside the cylindrical member 11 so that the optical axis AXo and the central axis AXc coincide with each other.
  • the object plane OB and the image plane I are conjugated by the imaging optical system 13.
  • the object plane OB is shown in dashed lines.
  • the object plane OB is located outside the outer circumferential surface 11 b.
  • the imaging optical system 13 is configured of one single lens.
  • the imaging optical system 13 has a transmission surface 13a and a transmission surface 13b. As described above, the imaging optical system 13 is configured of only the transmission surface.
  • an aperture stop is positioned on the transmission surface 13a.
  • the transmission surface 13a and the transmission surface 13b are arranged such that the normal to the surface at a point intersecting the optical axis AXo coincides with the optical axis AXo. As described above, all transmission surfaces of the imaging optical system 13 are arranged such that the normals of the surfaces at the points intersecting the optical axis AXo coincide with the optical axis AXo.
  • the cylindrical member 11 is located in the side view direction.
  • the tip member 12 is located in the direct view direction.
  • the cylindrical member 11 is formed of a transparent material, while the tip member 12 is formed of an opaque material.
  • an image in the side view direction is formed on the image plane I through the cylindrical member 11, but an image in the direct view direction is not formed. If the tip member 12 is formed of a transparent material, an image in the direct view direction is formed.
  • the first space 5 is a space formed by a space located inside the cylindrical member 11 and a space located inside the tip member 12.
  • the first space 5 is filled with air.
  • the second space 6 is a space formed by a space located outside the cylindrical member 11 and a space located outside the tip member 12.
  • the second space 6 is filled with water. Since the object plane OB is located in the second space 6, an image of the object is formed via water.
  • the object surface OB in the side view direction is a cylindrical surface as is the outer peripheral surface 11 b. Therefore, in the imaging optical system 13, an image of a cylindrical surface is formed on a plane.
  • the outer peripheral surface 11 b is a cylindrical surface having a diameter of 1 mm.
  • the object surface OB is a cylindrical surface having a diameter of 3 mm.
  • the half angle of view ⁇ in in the first space 5 is ⁇ 24.9 °, and the half angle of view ⁇ out in the second space 6 is ⁇ 53.3 °.
  • the angle of view wider than the angle of view that the imaging optical system 13 has in the first space 5 can be obtained in the second space 6.
  • Such an angle-of-view enlargement effect is due to the fact that the first space 5 is air and the second space 6 is water.
  • the structure of the optical unit disposed at the distal end of the insertion portion is complicated. Therefore, for example, it was difficult to insert into a capillary having a diameter of 10 mm or less.
  • the endoscope of the present embodiment it is possible to insert into the capillary tube, and the cylindrical member is transmitted by the above-mentioned angle-of-view enlargement effect to form an image of the inner wall of the capillary tube in all directions. be able to.
  • the endoscope of this embodiment satisfies the following conditional expression (2). 0.1 mm ⁇ f ⁇ 0.8 mm (2) Where f is the focal length of the imaging optics, It is.
  • the focal length of the imaging optical system is made extremely short in order to miniaturize the optical unit.
  • the focal length of the imaging optical system is 0.296 mm.
  • the inner surface of a capillary having a diameter of 3 mm can be observed.
  • Conditional expression (2) is a conditional expression necessary to generate a curvature of field aberration that causes a sharp image to be formed even when the object distance in the side vision direction is short.
  • the Petzval sum is an index representing curvature of field. The value of the Petzval sum depends on the focal length of the imaging optical system. Therefore, it is desirable to satisfy conditional expression (2).
  • the amount of curvature of field aberration generated becomes too small. In this case, a clear optical image can not be obtained around the observation range. If the upper limit value of the conditional expression (2) is exceeded, the amount of curvature of field aberration generated becomes too large. In this case, a sharp optical image can not be obtained at an object point located far in the optical axis direction.
  • the endoscope of this embodiment satisfies the following conditional expression (3).
  • ⁇ in is an angle between the chief ray and the normal to the inner circumferential surface in the first space (where ⁇ in ⁇ 0), ⁇ out is the angle between the chief ray and the normal to the outer peripheral surface in the second space,
  • the first space is a space between the imaging optical system and the inner circumferential surface
  • the second space is a space outside the cylindrical member
  • the chief ray is a chief ray from a central object point obtained by measuring the cylindrical member in the optical axis direction, It is.
  • an image of the object plane located in the side view direction is formed via the cylindrical object.
  • the chief ray in the conditional expression (3) is a chief ray that reaches the aperture stop of the imaging optical system from the center of the range of the object plane where an image can be formed.
  • the endoscope of the present embodiment satisfies the following conditional expression (4). 1 ⁇ R2 / R1 ⁇ 5 (4) here, R1 is the radius of curvature of the inner circumferential surface, R2 is the radius of curvature of the outer peripheral surface, It is.
  • the thickness of the cylindrical member becomes too thin. Therefore, the strength of the cylindrical member is insufficient. If the upper limit value of the conditional expression (4) is exceeded, the amount of astigmatism generated in the cylindrical member becomes too large. Therefore, the astigmatism can not be corrected by the imaging optical system.
  • the endoscope of this embodiment satisfies the following conditional expression (5). 1 ⁇ OB / R2 ⁇ 10 (5) here, OB is the distance from the optical axis to the object plane in the plane orthogonal to the optical axis, R2 is the curvature of the outer peripheral surface, It is.
  • the imaging optical system includes, in order from the tip member side, a first positive lens and a second positive lens, and the first predetermined surface is a first positive lens.
  • the lens surface on the image plane side of the lens, the second predetermined surface is the lens surface on the tip member side of the second positive lens, and the first predetermined surface faces the second positive lens
  • it is convex and the second predetermined surface is convex towards the first positive lens.
  • astigmatism can be generated on the positive side by facing convex surfaces having positive refractive power. That is, the amount of astigmatism generated on the minus side can be made smaller than that of the ball lens. As a result, the generation amount of astigmatism can be reduced as a whole.
  • a convex surface having positive refractive power can be realized by a plano-convex lens.
  • a plano-convex lens can be obtained by scraping one side of a ball lens into a flat surface.
  • the ball lens can be manufactured with high accuracy and a low degree of manufacturing difficulty. Therefore, the plano-convex lens can be easily manufactured with high accuracy.
  • the endoscope of the present embodiment satisfies the following conditional expressions (6) and (7).
  • ⁇ is the refractive power of the imaging optical system
  • ⁇ 1 is the refractive power of the first predetermined surface
  • ⁇ 2 is the refractive power of the second predetermined surface
  • the imaging optical system In the side-viewing direction, as the object distance increases, astigmatism occurring in the negative direction increases. Therefore, it is more preferable that the imaging optical system have a lens surface that generates astigmatism on the plus side. As described above, astigmatism can be generated on the positive side by facing convex surfaces having positive refractive power.
  • the imaging optical system preferably comprises a plano-convex lens.
  • the diameter of the imaging optical system is very small.
  • the diameter is 1 mm or less, it is difficult to manufacture the lens, which increases the cost. Also, assembly becomes difficult.
  • a plano-convex lens can be obtained, for example, by shaving one side of a ball lens into a flat surface. As described above, since the plano-convex lens is easy to manufacture, an imaging optical system with a small diameter can be realized inexpensively.
  • the imaging optical system is preferably made of a ball lens.
  • a ball lens can be used as a lens as it is. Therefore, an imaging optical system with a small diameter can be realized inexpensively.
  • the imaging optical system preferably comprises a refractive index distributed lens.
  • both end faces can be planar. Therefore, the assembly of the optical system becomes easy.
  • the imaging optical system is disposed at the tip of the insertion portion of the endoscope, the tip of the insertion portion has a connection portion, and the cylindrical member has a connection portion at the other end.
  • the cylindrical member is attached to and detached from the insertion portion through the two connection portions.
  • the diameter of the insertion portion is thin, it is possible to obtain a clear image in the side view direction at the time of in-liquid observation.
  • connection part is provided in each of the cylindrical member and the insertion part of the endoscope, the cylindrical member can be attached to and detached from the insertion part.
  • a tip member is located at one end of the cylindrical member. Therefore, the tip member can also be attached to and detached from the insertion portion.
  • both the cylindrical member and the tip member can be exchanged.
  • the cover unit can be configured by the cylindrical member and the tip member.
  • the shape, size, thickness or material can be variously changed. Therefore, a plurality of cover units having different specifications can be prepared. In this way, observation can be performed with a cover unit suitable for observation.
  • the imaging optical system be disposed at the tip of the insertion portion of the endoscope, and the cylindrical member be always fixed at the tip of the insertion portion.
  • the diameter of the insertion portion is thin, it is possible to obtain a clear image in the side view direction at the time of in-liquid observation.
  • the cylindrical member is always fixed to the tip of the insertion portion, high airtightness can be maintained. Therefore, according to the endoscope of the present embodiment, the imaging optical system can be protected from dirt and the like.
  • FIG. 1 A lens sectional view of the image forming optical system of Example 1 is shown in FIG.
  • the imaging optical system of the first embodiment is configured of a plano-convex lens L1.
  • the aperture stop S is disposed on the object side of the plano-convex lens L1.
  • FIG. 1 A lens sectional view of the image forming optical system of Example 2 is shown in FIG.
  • the imaging optical system of the second embodiment is composed of a biconvex lens L1.
  • the aperture stop S is disposed on the object side of the biconvex lens L1.
  • the biconvex lens L1 is preferably a ball lens.
  • FIG. 3 A lens sectional view of the imaging optical system of Example 3 is shown in FIG.
  • the imaging optical system of the third embodiment is configured of a plano-convex lens L1 and a plano-convex lens L2.
  • the aperture stop S is disposed on the object side of the plano-convex lens L1.
  • the lens sectional view of the imaging optical system of Example 4 is shown in FIG.
  • the imaging optical system of the fourth embodiment is composed of a plano-convex lens L1 and a plano-convex lens L2.
  • the aperture stop S is disposed on the object side of the plano-convex lens L1.
  • r is the radius of curvature of each lens surface
  • d is the distance between the lens surfaces
  • nd is the refractive index of the d line of each lens
  • d d is the Abbe number of each lens.
  • f is the focal length of the entire system, FNO. Is the f-number, ⁇ is the half angle of view, IH is the image height, and ⁇ ap is the diameter of the stop.
  • the image in the direct viewing direction is formed in a circular shape.
  • the image in the side view direction is formed outside the image in the direct view direction.
  • the image in the side view direction is formed in an annular shape.
  • the image height IH represents the outer diameter of the annular image.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4 (1) P '-1.002-3.366-2.640-1.362 (2) f 0.494 0.296 0.252 0.163 (4) R2 / R1 1.20 1.20-- (5) OB / R2 1.17 1.17-- (6) ⁇ 1 / ⁇ --0.504 0.674 (7) ⁇ 2 / ⁇ --0.504 0.337
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4
  • R1--0.50 0.50 R2--0.60 0.60
  • OB--0.70 0.70 ⁇ 1--2.001 4.130 ⁇
  • FIGS. 14 to 17 Aberration diagrams of the examples are shown in FIGS. 14 to 17. Aberration diagrams of each example will be described.
  • SA spherical aberration
  • AS astigmatism
  • DT distortion
  • FIG. 18 is a diagram showing a first example of the optical unit.
  • the optical unit 20 has a cylindrical member 21, a tip member 22, and an imaging optical system 23.
  • the cylindrical member 21 has an inner circumferential surface 21 a and an outer circumferential surface 21 b.
  • a space between the inner circumferential surface 21a and the outer circumferential surface 21b is filled with a transparent substance 21c having a refractive index greater than one.
  • the tip member 22 is a parallel flat plate and is located at one end of the cylindrical member 21.
  • the tip member 22 has an inner side surface 22a and an outer side surface 22b.
  • the space between the inner surface 22a and the outer surface 22b is filled with a transparent material 22c having a refractive index greater than one.
  • the imaging optical system 23 is disposed inside the cylindrical member 21 so that the optical axis AXo and the central axis AXc coincide with each other.
  • the object plane OB and the image plane I are conjugated by the imaging optical system 23.
  • the object plane OB is shown in dashed lines.
  • the object surface OB is located outside the outer peripheral surface 21b and outside the outer surface 22b.
  • the imaging optical system of Embodiment 1 is used for the imaging optical system 23.
  • an image in the side view direction and an image in the direct view direction are formed on the image plane I.
  • the thickness of the cylindrical member is the thickness of the substance 21c, and the refractive index of the cylindrical member is the refractive index of the substance 21c.
  • the thickness of the tip member is the thickness of the substance 22c, and the refractive index of the tip member is the refractive index of the substance 22c.
  • Object distance 1 and object distance 2 are distances in the direct viewing direction.
  • the object distance 1 is the distance from the aperture stop of the imaging optical system 23 to the object plane OB.
  • the object distance 2 is the distance from the outer surface 22 b to the object surface OB.
  • the object distance 3 is a distance in the side vision direction.
  • the object distance 3 is a distance from the optical axis to the object plane OB in a plane orthogonal to the optical axis of the imaging optical system 23.
  • Inner surface diameter 1 mm Outer diameter: 1.2 mm Thickness of cylindrical member: 0.1 mm Refractive index of cylindrical member: 1.51633 Thickness of tip member: 0.1 mm Refractive index of tip member: 1.51633 Refractive index of the first space: 1 Refractive index of second space: 1.33 Object distance 1: 1.5 mm Object distance 2: 0.535 mm Object distance 3: 0.7 mm
  • FIG. 19 is a view showing a second example of the optical unit.
  • the optical unit 30 has a cylindrical member 31, a tip member 32, and an imaging optical system 33.
  • the cylindrical member 31 has an inner circumferential surface 31 a and an outer circumferential surface 31 b.
  • a space between the inner circumferential surface 31a and the outer circumferential surface 31b is filled with a transparent substance 31c having a refractive index greater than one.
  • the tip member 32 is a hemispherical plate and is located at one end of the cylindrical member 31.
  • the tip member 32 has an inner side surface 32a and an outer side surface 32b.
  • the space between the inner side surface 32a and the outer side surface 32b is filled with a transparent substance 32c having a refractive index greater than one.
  • the imaging optical system 33 is disposed inside the cylindrical member 31 so that the optical axis AXo and the central axis AXc coincide with each other.
  • the object plane OB and the image plane I are conjugated.
  • the object plane OB is shown in dashed lines.
  • the object surface OB is located outside the outer peripheral surface 31 b and outside the outer surface 32 b.
  • the imaging optical system of Embodiment 1 is used for the imaging optical system 33.
  • an image in the side view direction and an image in the direct view direction are formed on the image plane I.
  • the specifications of the optical unit 30 are shown below.
  • the imaging element is disposed on the image plane of the imaging optical system, and the optical image formed by the imaging optical system is imaged by the imaging element.
  • the imaging device may not be disposed on the image plane of the imaging optical system.
  • an optical image formed by an imaging optical system may be transmitted by an image fiber (fiber bundle).
  • the optical image formed by the imaging optical system may be visually observed.
  • FIG. 20 is a view showing a first example of the insertion portion of the present embodiment.
  • the same components as in FIG. 1 are assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • the insertion portion 40 includes the optical unit 1, the holding member 41, and the guide wire 42.
  • the tip end member 3 is disposed at one end of the cylindrical member 2 and the holding member 41 is disposed at the other end.
  • a sealed space is formed by the cylindrical member 2, the tip member 3 and the holding member 41.
  • the imaging optical system 4 is disposed in the enclosed space.
  • An imaging device 43 is disposed on the image plane I. An image of an optical image can be acquired by the imaging device 43.
  • the imaging optical system 4 and the imaging device 43 are fixed near the tip of the insertion unit 40. Therefore, the imaging optical system 4 and the imaging device 43 can not be removed from the insertion portion 40.
  • the holding member 41 and the guide wire 42 constitute an insertion portion 40.
  • the holding member 41 is located at the tip of the guide wire 42.
  • the holding member 41 is made of, for example, metal.
  • a guide wire 42 is connected to one end of the holding member 41.
  • the guide wire 42 has a flexible structure. Therefore, for example, the endoscope can be easily put in and out of the thin tube.
  • the cylindrical member 2 and the holding member 41 are fixed, for example, by an adhesive. Therefore, the cylindrical member 2 is always fixed to the tip of the insertion portion 40. Thus, in the first example, the cylindrical member 2 can not be attached to or removed from the insertion portion 40.
  • FIG. 21 is a view showing a second example of the insertion portion of the present embodiment.
  • the same components as in FIG. 1 are assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • the imaging optical system and the imaging device are not shown but are shown as light rays.
  • the insertion portion 50 includes the cylindrical member 2, the distal end member 3, and the holding member 51.
  • the imaging optical system and the imaging device are fixed near the tip of the insertion unit 50. Therefore, the imaging optical system and the imaging device can not be removed from the insertion unit 50.
  • the holding member 51 constitutes an insertion portion 50.
  • the holding member 51 is located at the tip of the insertion portion 50.
  • the cylindrical member 2 has a connecting portion 52 at the other end.
  • the holding member 51 also has the connection portion 53. Therefore, in the second example, the cylindrical member 2 can be attached to and detached from the insertion portion 50 via the connection portion 52 and the connection portion 53.
  • a screw can be used for the connection portion 52 and the connection portion 53.
  • the tip member 3 is located at one end of the cylindrical member 2. Therefore, the tip member 3 can also be attached to and detached from the insertion portion 50. Thus, in the second example, both the cylindrical member 2 and the tip member 3 can be exchanged.
  • the cover unit may be configured by the cylindrical member and the tip member, and the cover unit may be attached to and removed from the insertion portion.
  • FIG. 22 is a diagram showing a third example of the insertion portion of the present embodiment.
  • the same components as in FIG. 1 are assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • the imaging optical system and the imaging device are not shown.
  • the insertion portion 60 includes the optical unit 1 and a holding member 61.
  • An imaging optical system is disposed in the optical unit 1.
  • the imaging optical system and the imaging device are fixed to the insertion unit 60. Therefore, the imaging optical system and the imaging device can not be removed from the insertion unit 60.
  • the diameter of the optical unit 1 is smaller than the diameter of the holding member 61. Then, the optical axis of the imaging optical system does not coincide with the central axis of the holding member 61. That is, the optical unit 1 is disposed at the periphery of the holding member 61.
  • the holding member 61 has a flat portion 62. Therefore, the illumination optical system can be disposed on the flat portion 62. Alternatively, the flat portion 62 can be provided with an opening for inserting and removing the treatment tool.
  • the cylindrical member 2 can be always fixed to the insertion portion 60, for example, by adhesion. Alternatively, the cylindrical member 2 can be attached to and detached from the insertion portion 60 by, for example, a screw.
  • FIG. 23 is a view showing an arrangement example of the illumination optical system.
  • the same components as in FIG. 22 will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • the specific configuration of the imaging optical system and the imaging device are not shown.
  • the insertion portion 60 includes the optical unit 1 and a holding member 61.
  • an imaging optical system 70 and an illumination optical system 71 are disposed in the optical unit 1.
  • the shape of the illumination optical system 71 is annular.
  • the illumination optical system 71 is located outside the imaging optical system 70.
  • the illumination light from the illumination optical system 71 illuminates the object plane.
  • Light from the object plane is focused on the image plane by the imaging optical system 70.
  • an optical image of the object is formed on the image plane.
  • the imaging optical system is treated as an optical system for forming an optical image of an object.
  • the imaging optical system can be used as a scanning optical system for scanning illumination light.
  • the imaging optical system 70 for example, the imaging optical system 4 shown in FIG. 1 can be used.
  • the imaging optical system 4 shown in FIG. 1 can be used.
  • light from one point on the object plane OB is condensed at one point on the image plane I. This means that when the light source is disposed at one point on the image plane I, the light emitted from the light source is condensed at one point on the object plane OB.
  • a point light source is disposed at the position of the image plane I.
  • one point on the object plane OB can be illuminated.
  • a light receiving element may be disposed at the location of the illumination optical system 71.
  • the movement of the point light source may be performed, for example, by moving the end of a single optical fiber in the plane of the image plane I.
  • the movement of the end of the optical fiber can be realized, for example, by disposing an actuator near the end of the optical fiber.
  • the movement trajectory of the optical fiber can be, for example, spiral.
  • the light source disposed at the position of the image plane I may be any as long as it can be regarded as a point light source. If the size of the light emitting surface of the optical fiber can be regarded as a point light source, the light emitting surface can also be called a point light source.
  • the optical fiber for example, a single mode fiber can be used.
  • the light exit surface of the fiber bundle may be arranged at the position of the image plane.
  • a fiber bundle a plurality of optical fibers are bundled into one. By changing the optical fiber through which the illumination light is incident, the movement of the point light source can be realized without moving the optical fiber.
  • FIG. 24 is a view showing an example of an endoscope.
  • FIG. 24 (a) is a view showing a rigid endoscope
  • FIG. 24 (b) is a view showing a flexible endoscope.
  • an optical unit 81 is disposed at the tip of the insertion portion of the endoscope 80.
  • the optical unit of the present embodiment can be used. Thereby, an image in the side view direction can be acquired in all directions. Therefore, various regions can be imaged from an angle different from that of the conventional endoscope.
  • an optical unit 91 is disposed at the tip of the insertion portion of the endoscope 90.
  • the optical unit of the present embodiment can be used. Thereby, an image in the side view direction can be acquired in all directions. Therefore, various regions can be imaged from an angle different from that of the conventional endoscope.
  • the acquired image can be displayed on the display device 93 via the image processing device 92.
  • the image processing apparatus 92 can perform various image processing.
  • both the cylindrical member and the tip member may be replaceable with respect to the insertion portion or may be always fixed to the insertion portion.
  • the imaging optical system may be fixed to the insertion portion, but may be detachable from the insertion portion together with the cylindrical member and the tip member.
  • the optical unit can be attached to and detached from the insertion portion.
  • the optical unit may satisfy at least one of conditional expressions (1) to (7).
  • the optical unit is detachable with respect to the insertion portion, replacement of the optical unit becomes possible. For example, if a plurality of optical units having different optical specifications are prepared, observation can be performed by an optical unit suitable for observation.
  • optical unit and the imaging device may be integrated and detachably attached to the insertion portion.
  • the present invention is suitable for an endoscope capable of obtaining a clear optical image in a side view direction during observation in liquid while having a small diameter.

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Abstract

細径でありながら、液中観察時に、側視方向において鮮明な光学像が得られる内視鏡を提供する。　内視鏡は、円筒部材２と、先端部材３と、結像光学系４と、を有し、円筒部材２は、内周面２ａと、外周面２ｂと、を有し、内周面２ａと外周面２ｂとの間は、屈折率が１よりも大きい透明な物質で満たされ、先端部材３は、円筒部材２の一方の端に位置し、結像光学系４は、結像光学系４の光軸ＡＸｏと円筒部材２の中心軸ＡＸｃとが一致、又は平行になるように、円筒部材２の内部に配置され、結像光学系４によって、外周面２ｂの外側に位置する物体面ＯＢと、結像光学系４の像面Ｉとが、共役になっており、結像光学系４は透過面のみから構成され、全ての透過面は、光軸と交差する点における面の法線が、光軸と一致するように配置され、結像光学系４は像面湾曲収差を有し、以下の条件式（１）を満足する。　－１０＜Ｐ'＜－０．８　（１）

Description

内視鏡
　本発明は、内視鏡に関するもので、例えば、配管の観察や泌尿器系の臓器が観察できる内視鏡に関するものである。
　例えば、水道管の観察や蒸気発生器の配管の観察では、水を介して観察が行われる。燃料タンク内の観察では、油を介して観察が行われる。例えば、油の種類が軽油の場合、屈折率が１．４５の液体を介して、観察が行われることになる。
　また、泌尿器系の臓器の観察では、尿を介して観察が行われる。また、消化器系の臓器の観察や関節の観察では、生理食塩水が還流液として用いられるので、生理食塩水を介して観察が行われる。
　液体で満たされた被写体の観察（以下、「液中観察」という）では、広い視野が求められる。そのため、光学系の画角は広いことが望ましい。広い画角を持つ光学系が、特許文献１～特許文献５に開示されている。
　特許文献１の光学系は、回転対称な透明媒体を有する。透明媒体は、少なくとも２つの内面反射面と、少なくとも２つの屈折面と、を有する。また、透明媒体は、正の屈折力を有する結像レンズの入射側に装着されるか、又は、正の屈折力を有する投影レンズの射出側に装着される。
　特許文献２の光学系は、透明媒体からなる光学素子と、前群と、開口絞りと、後群と、を有する。透明媒体は、第１透過面と、第１反射面と、第２反射面と、第２透過面と、を有する。
　特許文献３、４の光学系は、負の屈折力を有する前群と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する後群と、を有する。
　特許文献５の光学系は、回転対称な前群と、回転対称で正の屈折力を有する後群と、を有する。前群は、２つの透過面を有する。また、透明円筒体が、光学系の周囲に配置されている。
　透明部材を備えたユニットが、特許文献６に開示されている。特許文献６では、キャップ部が内視鏡先端の周囲に配置されている。
特許第４５４４９３９号公報 特許第５０２５３５４号公報 特許第５７５３３２６号公報 特許第６０６４１０５号公報 特許第５２１４１６１号公報 特許第３７９０８６６号公報
　空気で満たされている被写体の観察（以下、「空気中観察」という）を想定した光学系を、液中観察に使用する光学系に用いると、物体空間の屈折率が空気の屈折率から液体の屈折率に変わるため、広い視野を得ることが難しい。
　特許文献１に開示された光学系や、特許文献２に開示された光学系は、光軸と直交する方向（以下、「側視方向」という）の観察を行うことができる。ただし、これらの光学系は、空気中観察に使用する光学系である。そのため、液中観察に使用することは想定されていない。
　また、これらの光学系では、光学系に反射面が用いられているため、光学系の構造が複雑になっている。よって、これらの光学系では、光学系を細径化することが困難である。例えば、細径の環状物体に挿入可能な光学系を、これらの光学系で実現するのが難しい。
　特許文献３に開示された光学系や、特許文献４に開示された光学系は、水中観察に使用する光学系である。これらの光学系では、光軸に沿う方向（以下、「直視方向」という）の画角について、広画角化が行われている。しかしながら、これらの光学系では、側視方向の観察は行うことができない。
　特許文献５に開示された光学系では、側視方向の観察を行うことができる。ただし、この光学系は、物体を透明円筒体の外円筒面と密着させて観察を行うことを想定した光学系である。そのため、液中観察に使用することは想定されていない。
　特許文献６に開示されたキャップ部は、空気中観察に使用するものである。よって、液中観察に使用することは想定されていない。
　本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、細径でありながら、液中観察時に、側視方向において鮮明な光学像が得られる内視鏡を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る内視鏡は、
　円筒部材と、先端部材と、結像光学系と、を有し、
　円筒部材は、内周面と、外周面と、を有し、
　内周面と外周面との間は、屈折率が１よりも大きい透明な物質で満たされ、
　先端部材は、円筒部材の一方の端に位置し、
　結像光学系は、結像光学系の光軸と円筒部材の中心軸とが一致、又は平行になるように、円筒部材の内部に配置され、
　結像光学系によって、外周面の外側に位置する物体面と、結像光学系の像面とが、共役になっており、
　結像光学系は透過面のみから構成され、
　全ての透過面は、光軸と交差する点における面の法線が、光軸と一致するように配置され、
　結像光学系は像面湾曲収差を有し、
　以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
　－１０＜Ｐ’＜－０．８　　　（１）
　ここで
　Ｐ’は、ペッツバール和であって、以下の式で表され、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  　ｒｉは、ｉ番目の透過面の曲率半径、
　ｎ’ｉは、ｉ番目の透過面の射出側における屈折率、
　ｎｉは、ｉ番目の透過面の入射側における屈折率、
　ｎ’は、像空間の屈折率、
　ｉは、透過面の番号、
　ｋは、透過面の総数、
である。
　以上の本発明によれば、細径でありながら、液中観察時に、側視方向において鮮明な光学像が得られる内視鏡を提供することができる。
本実施形態の内視鏡の光学ユニットを示す図である。 像面湾曲収差を有する光学系の結像関係を示す図である。 円筒部材によって屈折される光束の様子を示す図である。 メリジオナル断面における光束の様子を示す図である。 サジタル断面における光束の様子を示す図である。 所定の位置の差と所定の角度との関係を示すグラフである。 サジタル断面における光束の屈折の様子を示す図である。 メリジオナル断面における光束の様子を示す図である。 本実施形態の別の光学ユニットを示す図である。 実施例１の結像光学系のレンズ断面図である。 実施例２の結像光学系のレンズ断面図である。 実施例３の結像光学系のレンズ断面図である。 実施例４の結像光学系のレンズ断面図である。 実施例１の結像光学系のレンズ収差図である。 実施例２の結像光学系のレンズ収差図である。 実施例３の結像光学系のレンズ収差図である。 実施例４の結像光学系のレンズ収差図である。 光学ユニットの第１の例を示すである。 光学ユニットの第２の例を示すである。 本実施形態の挿入部の第１の例を示す図である。 本実施形態の挿入部の第２の例を示す図である。 本実施形態の挿入部の第３の例を示す図である。 照明光学系の配置例を示す図である。 本実施形態の内視鏡の例を示す図である。
　実施例の説明に先立ち、本発明のある態様にかかる実施形態の作用効果を説明する。なお、本実施形態の作用効果を具体的に説明するに際しては、具体的な例を示して説明することになる。しかし、後述する実施例の場合と同様に、それらの例示される態様はあくまでも本発明に含まれる態様のうちの一部に過ぎず、その態様には数多くのバリエーションが存在する。したがって、本発明は例示される態様に限定されるものではない。
　本実施形態の内視鏡は、円筒部材と、先端部材と、結像光学系と、を有し、円筒部材は、内周面と、外周面と、を有し、内周面と外周面との間は、屈折率が１よりも大きい透明な物質で満たされ、先端部材は、円筒部材の一方の端に位置し、結像光学系は、結像光学系の光軸と円筒部材の中心軸とが一致、又は平行になるように、円筒部材の内部に配置され、結像光学系によって、外周面の外側に位置する物体面と、結像光学系の像面とが、共役になっており、結像光学系は透過面のみから構成され、全ての透過面は、光軸と交差する点における面の法線が、光軸と一致するように配置され、結像光学系は像面湾曲収差を有し、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
　－１０＜Ｐ’＜－０．８　　　（１）
　ここで
　Ｐ’は、ペッツバール和であって、以下の式で表され、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　ｒｉは、ｉ番目の透過面の曲率半径、
　ｎ’ｉは、ｉ番目の透過面の射出側における屈折率、
　ｎｉは、ｉ番目の透過面の入射側における屈折率、
　ｎ’は、像空間の屈折率、
　ｉは、透過面の番号、
　ｋは、透過面の総数、
である。
　本実施形態の内視鏡は、円筒部材と、先端部材と、結像光学系と、を有する。円筒部材、先端部材及び結像光学系で、光学ユニットを構成することができる。光学ユニットは、内視鏡の挿入部の先端に配置されている。以下では、光学ユニット、挿入部の順で説明を行う。
　本実施形態の内視鏡の光学ユニット（以下、「本実施形態の光学ユニット」という）を図１に示す。光学ユニット１は、円筒部材２と、先端部材３と、結像光学系４と、を有する。円筒部材２は、内周面２ａと、外周面２ｂと、を有する。内周面２ａと外周面２ｂとの間は、屈折率が１よりも大きい透明な物質２ｃで満たされている。
　先端部材３は、円筒部材２の一方の端に位置している。先端部材３は透明な媒質で形成されている。先端部材３の形状は略半球であるが、この形状に限られない。例えば、平面であっても良い。また、後述のように、先端部材３は、不透明な媒質で形成されていても良い。
　円筒部材２の他方の端には、保持部材（不図示）が配置されている。円筒部材２、先端部材３及び保持部材によって、密閉された空間内が形成される。この密閉された空間内に、結像光学系４を配置することができる。円筒部材２の内側は気密性が保たれているので、結像光学系４を空気中に位置させることができると共に、汚れなどから守ることができる。密閉された空間内には、照明光学系（不図示）を配置することができる。
　光学ユニット１では、円筒部材２と先端部材３は、別々の部材で作られている。円筒部材２と先端部材３は、例えば、接着等によって一体にすれば良い。円筒部材２と先端部材３は、１つの部材で作られていても良い。
　結像光学系４は、円筒部材２の内部に配置されている。このとき、結像光学系４の光軸ＡＸｏと円筒部材２の中心軸ＡＸｃとは、一致していても、一致していなくても良い。２つの光軸が一致していない場合、２つの光軸が平行になるようにすれば良い。図１では、結像光学系４は、光軸ＡＸｏと中心軸ＡＸｃとが一致するように、円筒部材２の内部に配置されている。
　結像光学系４によって、物体面ＯＢと像面Ｉとが共役になっている。図１では、物体面ＯＢが破線で示されている。物体面ＯＢは、外周面２ｂの外側に位置している。物体面ＯＢは、照明光学系（不図示）によって照明される。
　結像光学系４は、１つの単レンズで構成されている。結像光学系４は、透過面４ａと、透過面４ｂと、を有する。このように、結像光学系４は、透過面のみから構成されている。結像光学系４では、透過面４ａに、開口絞りが位置している。
　透過面４ａと透過面４ｂは、光軸ＡＸｏと交差する点における面の法線が、光軸ＡＸｏと一致するように配置されている。このように、結像光学系４の全ての透過面は、光軸ＡＸｏと交差する点における面の法線が、光軸ＡＸｏと一致するように配置されている。
　円筒部材２は、側視方向に位置している。先端部材３は、直視方向に位置している。円筒部材２と先端部材３は、透明な物質で形成されている。よって、光学ユニット１では、円筒部材２を介して側視方向の像が像面Ｉに形成され、先端部材３を介して直視方向の像が像面Ｉに形成される。
　像面Ｉには、例えば、撮像素子を配置することができる。この場合、像面Ｉに形成された物体の像は、撮像素子によって電子的に変換される。これにより、物体の画像を取得することができる。取得した画像は、伝送手段によって、例えば、画像処理装置に伝送される。上述のように、円筒部材２の内側は気密性が保たれているので、結像光学系４や撮像素子を空気中に位置させることができると共に、汚れなどから守ることができる。
　第１の空間５は、円筒部材２の内側に位置する空間と、先端部材３の内側に位置する空間と、で形成される空間である。第１の空間５は、空気で満たされている。第２の空間６は、円筒部材２の外側に位置する空間と、先端部材３の外側に位置する空間と、で形成される空間である。第２の空間６は、液体で満たされている。
　物体面ＯＢは、第２の空間６に位置している。物体面ＯＢの像は、第１の空間５に形成される。よって、第２の空間６は物体空間に対応し、第１の空間５は像空間に対応する。物体面ＯＢは第２の空間６に位置しているので、液体を介して物体面ＯＢの像が形成される。
　側視方向における物体面ＯＢは円筒面である。一方、像面Ｉは平面である。よって、結像光学系４では、円筒面の像が平面に形成されなければならない。
　図２は、像面湾曲収差を有する光学系の結像関係を示す図である。図２（ａ）は、物体面が平面の場合を示し、図２（ｂ）は、物体面が曲面の場合を示している。
　ペッツバール和の符号は像面湾曲収差の発生方向を表し、値は像面湾曲収差の発生量を表している。一般的に、正の屈折力を有する光学系では、ペッツバール和の符号はマイナスになる。ペッツバール和の符号がマイナスの光学系では、図２（ａ）に示すように、物体面ＯＢが平面の場合、像面Ｉには、物体側に凹面を向けた曲面が形成される。
　光学系では、物体と像を逆にすることができる。そこで、図２（ａ）における物体面ＯＢを像面と見なし、像面Ｉを物体面と見なすと、図２（ｂ）に示すように、物体面ＯＢは、像側に凹面を向けた曲面になる。一方、像面Ｉは平面になる。このように、ペッツバール和の符号がマイナスの光学系では、曲面の物体を、平面上に形成することができる。物体面ＯＢが像側に凹面を向けた曲面だと、ピントの合う範囲が広くなるので好ましい。
　本実施形態の光学ユニットでは、ペッツバール和の符号がマイナスの光学系を、結像光学系４に用いている。そのため、結像光学系４は像面湾曲収差を有しているので、物体面が曲面であっても、物体面の像を平面上に形成することができる。
　より広い範囲で鮮明な物体の像を形成するためには、適切な量の像面湾曲収差を結像光学系４で発生させることが望ましい。すなわち、ペッツバール和の値を適切にすることが望ましい。
　物体の像の形成は、円筒部材２を介して行われる。内周面２ａと外周面２ｂは、共に、シリンドリカル面である。すなわち、内周面２ａと外周面２ｂは、光軸ＡＸｏに沿う方向では屈折力を持たないが、光軸ＡＸｏと直交する方向では屈折力を有する。そのため、光束が内周面２ａを通過する際と外周面２ｂを通過する際に、非点収差が発生する。非点収差が大きく発生すると、鮮明な物体像の形成が困難になる。
　第１の空間５は空気で満たされているので、第１の空間５における屈折率ｎ5は１．０である。ここで、例えば、物質２ｃの屈折率ｎ2cを１．５１、第２の空間６における屈折率ｎ6を１．３３とする。この場合、屈折率の大小関係は以下のようになる。
　ｎ5＜ｎ2c
　ｎ2c＞ｎ6
　第１の空間５から第２の空間６へ向かって、屈折率は、ｎ5、ｎ2c、ｎ6の順で変化する。この方向における屈折率差は、以下のようになる。
　ｎ5-ｎ2c＜０
　ｎ2c-ｎ6＞０
　内周面２ａの両側における屈折率差はマイナスの値になり、外周面２ｂの両側における屈折率差はプラスの値になる。そのため、内周面２ａで発生する非点収差の発生方向は、外周面２ｂで発生する非点収差の発生方向と逆になる。
　また、ｎ5＜ｎ6なので、屈折率差の大小関係は以下のようになる。
　｜ｎ5-ｎ2c｜＞｜ｎ2c-ｎ6｜
　屈折率差が大きいほど非点収差は大きくなるので、内周面２ａで発生する非点収差は、外周面２ｂで発生する非点収差よりも大きくなる。
　円筒部材２の外側が液体の場合、直径が小さい円筒部材２を使うと、特に内周面２ａで大きな非点収差が発生する。そのため、鮮明な像の形成がより困難になる。
　このように、像の形成に及ぼす影響は、外周面２ｂで発生する非点収差と比べて、内周面２ａで発生する非点収差の方が大きい。以下では、内周面２ａで発生する非点収差について説明する。
　図３は、円筒部材によって屈折される光束の様子を示す図である。結像光学系の光軸は円筒部材の中心軸と一致している。ただし、結像光学系は図示されていない。その代わりに、結像光学系の入射瞳Ｐが図示されている。図３では、入射瞳Ｐから物体面ＯＢまでの光束の様子が示されている。円筒部材２と物体面ＯＢは、一部だけが描かれている。
　円筒部材２、入射瞳Ｐ、物体面ＯＢに関する値は以下の通りである。
　内周面２ａ：直径が１．０ｍｍの円筒面
　外周面２ｂ：直径が１．２ｍｍの円筒面
　物質２ｃの屈折率：１．５１６３
　入射瞳Ｐの直径：０．１ｍｍ
　物体面ＯＢ：直径が４ｍｍの円筒面
　光学系から物点までの距離が長くなるほど、非点収差は大きくなる。図２（ａ）に示すように、物体面ＯＢが光軸ＡＸｏに対して垂直な平面の場合、物体面ＯＢ上の物点から光学系までの距離は、物点が光軸ＡＸｏから遠ざかるにつれて長くなる。そのため、円筒部材２を介して物体面ＯＢの像の形成を行うと、内周面２ａで発生する非点収差は、物体面ＯＢ上の物点が光軸ＡＸｏから遠ざかるにつれて大きくなる。
　これに対して、図２（ｂ）に示すように、物体面ＯＢが像側に凹面を向けた曲面の場合、物体面ＯＢ上の物点から光学系までの距離は、物点が光軸ＡＸｏから遠ざかるにつれて短くなる。そのため、円筒部材２を介して物体面ＯＢの像の形成を行うと、内周面２ａで発生する非点収差は、物体面ＯＢ上の物点が光軸から遠ざかるにつれて小さくなる。
　物点の位置を光学系に近づけると、光学系の屈折作用は限りなく小さくなる。そこで、図３に示すように、物体面ＯＢを平面から半球状の凹面にして、更に、物体面ＯＢを内周面２ａに近づける。このようにすることで、内周面２ａにおける非点収差の発生を抑制することができる。
　内周面２ａから物体面までの距離と、非点収差の関係について説明する。図３では、実像の光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃと、虚像の光束Ｌａ’、Ｌｂ’、Ｌｃ’と、描かれている。実像の光束は、物体面ＯＢから入射瞳Ｐに入射する光束である。虚像の光束は、内周面２ａから入射瞳Ｐまで実像の光束を、物体面ＯＢ側に延長した光束である。
　光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃでは、主光線と光軸ＡＸｏとなす角度が、各々の光束で異なる。主光線と光軸となす角度は、光束Ｌａ、光束Ｌｂ、光束Ｌｃの順で大きくなっている。
　光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃには、各々、メリジオナル断面における光束とサジタル断面における光束とが含まれている。図４は、メリジオナル断面における光束の様子を示す図である。図５は、サジタル断面における光束の様子を示す図である。
　メリジオナル断面では、図４に示すように、光束Ｌａ’では、位置Ｐａ’ｍで光束の径が最も小さくなり、光束Ｌｂ’では、位置Ｐｂ’ｍで光束の径が最も小さくなり、光束Ｌｃ’では、位置Ｐｃ’ｍで光束の径が最も小さくなる。光束の径が最も小さくなる位置（以下、「最小径の位置」という）は、内周面２ａから近い順番に、位置Ｐａ’ｍ、位置Ｐｂ’ｍ、位置Ｐｃ’ｍと並んでいる。
　サジタル断面では、図５に示すように、光束Ｌａ’では、位置Ｐａ’ｓで光束の径が最も小さくなり、光束Ｌｂ’では、位置Ｐｂ’ｓで光束の径が最も小さくなり、光束Ｌｃ’では、位置Ｐｃ’ｓで光束の径が最も小さくなる。最小径の位置は、内周面２aから近い順番に、位置Ｐａ’ｓ、位置Ｐｂ’ｓ、位置Ｐｃ’ｓと並んでいる。
　メリジオナル断面では、内周面２ａは屈折力を有していない。一方、サジタル断面では、内周面２ａは屈折力を有している。そのため、位置Ｐａ’ｍと位置Ｐａ’ｓとは一致しない。同様に、位置Ｐｂ’ｍと位置Ｐｂ’ｓとは一致しない。また、位置Ｐｃ’ｍと位置Ｐｃ’ｓとは一致しない。
　２つの位置の差は、メリジオナル断面における屈折力とサジタル断面における屈折力の違いによって生じる。メリジオナル断面における屈折力とサジタル断面における屈折力の違いは、非点収差の発生要因の１つである。そこで、所定の位置の差を用いて、非点収差の評価を行うことができる。
　所定の位置の差は、メリジオナル断面での最小径の位置とサジタル断面での最小径の位置との差である。図４と図５から、所定の位置の差は以下のようになる。
　位置Ｐａ’ｍと位置Ｐａ’ｓとの差
　位置Ｐｂ’ｍと位置Ｐｂ’ｓとの差
　位置Ｐｃ’ｍと位置Ｐｃ’ｓとの差
　図６は、所定の位置の差と所定の角度との関係を示すグラフである。縦軸は所定の位置の差、横軸は所定の角度である。所定の角度は、中心軸と円筒部材の外側における主光線とのなす角度である。
　図６のグラフは、シミュレーションを行った結果を表している。シミュレーションの条件は、次の通りである。
　内周面：直径が０．６ｍｍの円筒面
　外周面：直径が１ｍｍの円筒面
　内周面と外周面との間の屈折率：１．５１６
　内周面と結像光学系との間の屈折率：１
　外周面と物体面との間の屈折率：１．３３
　円筒部材の内側は空気で満たされ、円筒部材の外側は水で満たされている。また、結像光学系の光軸と円筒部材の中心軸とは一致している。よって、所定の角度は、結像光学系の画角と見なすことができる。最小径の位置は、結像光学系の光軸を基準にしている。スポットダイアグラムが最小になる位置を、最小径の位置としている。
　シミュレーションでは、側視方向の物体距離を異ならせて、所定の位置の差を求めている。側視方向の物体距離は、結像光学系の光軸と直交する面内における、光軸から物体面までの距離である。
　グラフにおける線の種類と側視方向の物体距離との関係は、以下の通りである。上述のように、外周面は直径が１ｍｍの円筒面である。よって、側視方向の物体距離が０．５ｍｍの場合、物体面が外周面と一致している。
　　線の種類　　　側視方向の物体距離
　実線　　　　　　　０．５ｍｍ
　破線　　　　　　　１ｍｍ
　一点鎖線　　　　　２ｍｍ
　２点鎖線　　　　　４ｍｍ
　側視方向の物体距離と所定の位置の差の関係は、以下の通りである。側視方向の物体距離が大きくなるほど所定の位置の差が大きくなる。これは、側視方向の物体距離が大きくなるほど非点収差の発生量が多くなることを意味している。また、非点収差は、マイナス方向に発生する。
　側視方向の物体距離　　　　所定の位置の差
　　　　　　　　　　　　　最小　　　　　最大
　　　０．５ｍｍ　　　　　０　　　　　　０．０８
　　　１ｍｍ　　　　　　－０．１　　　　０．１
　　　２ｍｍ　　　　　　－０．４　　　－０．０５
　　　４ｍｍ　　　　　　－１．２１　　－０．４７
　側視方向の物体距離が０．５ｍｍの場合、非点収差の発生量が最も少ない。よって、本実施形態の光学ユニットでは、物体面と外周面とを一致させた状態で、物体面の像を形成することが望ましい。
　図７は、サジタル断面における光束の屈折の様子を示す図である。図７（ａ）は、側視方向の物体距離が短い場合を示し、図７（ｂ）は側視方向の物体距離が長い場合を示している。光束が内周面２ａを通過する際、サジタル断面では、屈折によって光束が広がる。実線は屈折された光束を示し、破線は屈折されない光束を示している。
　側視方向の物体距離が短い場合、すなわち、物体面の位置が外周面に近い場合、光束の広がりは小さい。側視方向の物体距離が長い場合、すなわち、物体面の位置が外周面から遠い場合、光束の広がりは大きい。よって、実線の集光位置と破線の集光位置との差Δは、側視方向の物体距離が長い場合に比べて、側視方向の物体距離が短い場合の方が小さくなる。
　破線の集光位置は、内周面２ａで光束が屈折されないときの位置である。この位置は、メリジオナル断面における光束の集光位置を表している。図７（ａ）、（ｂ）から、側視方向の物体距離が長い場合に比べて、側視方向の物体距離が短い場合の方が所定の位置の差が小さいことが分かる。
　図８は、メリジオナル断面における光束の様子を示す図である。面ＰＬの位置は、メリジオナル断面におけるベスト面の位置を示している。ベスト面の位置では、スポットダイアグラムが最小になる。面ＰＬは、側視方向の物体距離が２ｍｍで、画角が２０°のときのベスト面である。
　以上のように、側視方向の物体距離が大きくなるほど非点収差の発生量が多くなる。よって、側視方向では、物体面は外周面の近くに位置していることが望ましい。側視方向の物体距離は、像面の湾曲の大きさと関連するので、ペッツバール和の値を適切にすることが望ましい。
　本実施形態の内視鏡では、液体を介して物体の像の形成が行われる。よって、結像光学系４におけるペッツバール和の値は、液体を介して物体の像が形成されることを考慮して決めることが望ましい。
　このようなことから、本実施形態の内視鏡は、以下の条件式（１）を満足する。
　－１０＜Ｐ’＜－０．８　　　（１）
　ここで
　Ｐ’は、ペッツバール和であって、以下の式で表され、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　ｒｉは、ｉ番目の透過面の曲率半径、
　ｎ’ｉは、ｉ番目の透過面の射出側における屈折率、
　ｎｉは、ｉ番目の透過面の入射側における屈折率、
　ｎ’は、像空間の屈折率、
　ｉは、透過面の番号、
　ｋは、透過面の総数、
である。
　条件式（１）を満足することで、ペッツバール和の値を適切にすることができる。条件式（１）を満足すると、円筒部材の内周面で発生する非点収差を最小に保ちつつ、物体の形状に合った像面湾曲を結像光学系に持たせることができる。その結果、液体観察時に、側視方向において鮮明な光学像を得ることができる。その結果、本実施形態の内視鏡によれば、例えば、管腔内の内面を明瞭に観察することができる。
　本実施形態の別の光学ユニットを図９に示す。光学ユニット１０は、円筒部材１１と、先端部材１２と、結像光学系１３と、を有する。円筒部材１１は、内周面１１ａと、外周面１１ｂと、を有する。内周面１１ａと外周面１１ｂとの間は、屈折率が１よりも大きい透明な物質１１ｃで満たされている。先端部材１２は、円筒部材１１の一方の端に位置している。
　結像光学系１３は、光軸ＡＸｏと中心軸ＡＸｃとが一致するように、円筒部材１１の内部に配置されている。結像光学系１３によって、物体面ＯＢと像面Ｉとが共役になっている。物体面ＯＢは破線で示されている。物体面ＯＢは、外周面１１ｂの外側に位置している。
　結像光学系１３は、１つの単レンズで構成されている。結像光学系１３は、透過面１３ａと、透過面１３ｂと、を有する。このように、結像光学系１３は、透過面のみから構成されている。結像光学系１３では、透過面１３ａに、開口絞りが位置している。
　透過面１３ａと透過面１３ｂは、光軸ＡＸｏと交差する点における面の法線が、光軸ＡＸｏと一致するように配置されている。このように、結像光学系１３の全ての透過面は、光軸ＡＸｏと交差する点における面の法線が、光軸ＡＸｏと一致するように配置されている。
　円筒部材１１は、側視方向に位置している。先端部材１２は、直視方向に位置している。円筒部材１１は透明な物質で形成されているが、先端部材１２は不透明な物質で形成されている。よって、光学ユニット１０では、円筒部材１１を介して側視方向の像が像面Ｉに形成されるが、直視方向の像は形成されない。先端部材１２を透明な物質で形成すれば、直視方向の像が形成される。
　第１の空間５は、円筒部材１１の内側に位置する空間と、先端部材１２の内側に位置する空間と、で形成される空間である。第１の空間５は、空気で満たされている。第２の空間６は、円筒部材１１の外側に位置する空間と、先端部材１２の外側に位置する空間と、で形成される空間である。第２の空間６は、水で満たされている。物体面ＯＢは第２の空間６に位置しているので、水を介して物体の像の形成が行われる。
　側視方向における物体面ＯＢは、外周面１１ｂと同様に円筒面である。よって、結像光学系１３では、円筒面の像が平面上に形成される。
　外周面１１ｂは、直径が１ｍｍの円筒面である。物体面ＯＢは、直径が３ｍｍの円筒面である。第１の空間５における半画角ωinは±２４．９°で、第２の空間６における半画角ωoutは±５３．３°である。
　このように、光学ユニット１０では、結像光学系１３が第１の空間５において持つ画角よりも広い画角を、第２の空間６で得ることができる。このような画角拡大効果は、第１の空間５が空気で、第２の空間６が水であることによる。
　従来の細径の内視鏡では、挿入部の先端に配置された光学ユニットの構造が複雑であった。そのため、例えば、直径が１０ｍｍ以下の細管に挿入することが困難であった。本実施形態の内視鏡によれば、細管に挿入することが可能であり、また、上述の画角拡大効果により、円筒部材を透過して、細管の内壁の像を、全方位において形成することができる。
　本実施形態の内視鏡は、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
　０．１ｍｍ＜ｆ＜０．８ｍｍ　　　（２）
　ここで
　ｆは、結像光学系の焦点距離、
である。
　本実施形態の内視鏡では、光学ユニットを小型にするために、結像光学系の焦点距離を非常に短くしている。例えば、後述の実施例２では、結像光学系の焦点距離は、０．２９６ｍｍである。実施例２の結像光学系では、例えば、直径が３ｍｍの細管の内面を観察することができる。
　条件式（２）は、側視方向における物体距離が短い場合であっても、鮮明な像が形成されるような像面湾曲収差を発生させるために必要な条件式である。上述のように、ペッツバール和は像面湾曲収差を表す指標である。ペッツバール和の値は、結像光学系の焦点距離に依存する。よって、条件式（２）を満足することが望ましい。
　条件式（２）の下限値を下回ると、像面湾曲収差の発生量が少なくなりすぎる。この場合、観察範囲の周辺において、鮮明な光学像が得られなくなる。条件式（２）の上限値を上回ると、像面湾曲収差の発生量が多くなりすぎる。この場合、光軸方向の遠方に位置する物点で、鮮明な光学像が得られなくなる。
　本実施形態の内視鏡は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
　θout＜θin　　　（３）
　ここで、
　θinは、第１の空間における、主光線と内周面の法線とのなす角度（ただし、θin≠０）、
　θoutは、第２の空間における、主光線と外周面の法線とのなす角度、
　第１の空間は、結像光学系と内周面との間の空間、
　第２の空間は、円筒部材の外側の空間、
　主光線は、円筒部材を光軸方向に測った中心の物点からの主光線、
である。
　本実施形態の内視鏡では、円筒物体を介して、側視方向に位置する物体面の像が形成される。条件式（３）における主光線は、像の形成が可能な物体面の範囲の中心から結像光学系の開口絞りに到達する主光線である。
　本実施形態の内視鏡は、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
　１＜Ｒ２／Ｒ１＜５　　　（４）
　ここで、
　Ｒ１は、内周面の曲率半径、
　Ｒ２は、外周面の曲率半径、
である。
　条件式（４）の下限値を下回ると、円筒部材の厚さが薄くなりすぎる。そのため、円筒部材の強度が不足する。条件式（４）の上限値を上回ると、円筒部材で発生する非点収差の量が大きくなりすぎる。そのため、結像光学系で、非点収差を補正することができなくなる。
　本実施形態の内視鏡は、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
　１≦ＯＢ／Ｒ２＜１０　　　（５）
　ここで、
　ＯＢは、光軸と直交する面内における、光軸から物体面まで距離、
　Ｒ２は、外周面の曲率、
である。
　条件式（５）の下限値を下回ると、側視方向において鮮明な光学像を得ることができない。条件式（５）の上限値を上回ると、非点収差が大きくなりすぎる。この場合、サジタル方向の解像性能が低下する。そのため、側視方向において鮮明な光学像を得ることができない。
　本実施形態の内視鏡は、結像光学系は、先端部材側から順に、第１の正レンズと、第２の正レンズと、からなり、第１の所定の面は、第１の正レンズの像面側のレンズ面であり、第２の所定の面は、第２の正レンズの先端部材側のレンズ面であり、第１の所定の面は、第２の正レンズに向かって凸面であり、第２の所定の面は、第１の正レンズに向かって凸面であることが好ましい。
　正の屈折力を有する凸面を向かい合わせることで、適切な量の像面湾曲収差を容易に発生させることができる。
　製作の難易度が低く、高い精度で製作できるレンズとして、ボールレンズがある。但し、ボールレンズでは、非点収差がマイナス側に大きく発生する。また、上述のように、円筒部材を介した液中観察では、非点収差はマイナス方向に発生する。そのため、結像光学系にボールレンズを用いると、非点収差がさらに大きく発生してしまう。
　そこで、正の屈折力を有する凸面を向かい合わせることで、プラス側に非点収差を発生させることができる。すなわち、マイナス側に発生する非点収差の量を、ボールレンズに比べて小さくすることができる。その結果、非点収差の発生量を、全体的に小さくすることができる。
　正の屈折力を有する凸面は、平凸レンズによって実現することができる。平凸レンズは、ボールレンズの片側を平面に削ることで得ることができる。上述のように、ボールレンズは、製作の難易度が低く、高い精度で製作することができる。よって、平凸レンズも、容易に、高い精度で製作することができる。
　本実施形態の内視鏡は、以下の条件式（６）、（７）を満足することが好ましい。
　０．５＜φ１／φ＜５．０　　　（６）
　０．１＜φ２／φ＜２．０　　　（７）
　ここで、
　φは、結像光学系の屈折力、
　φ１は、第１の所定の面の屈折力、
　φ２は、第２の所定の面の屈折力、
である。
　側視方向では、物体距離が長くなると、マイナス方向に発生する非点収差が大きくなる。よって、結像光学系は、プラス側に非点収差を発生させるレンズ面を持つことがより好ましい。上述のように、正の屈折力を有する凸面を向かい合わせることで、プラス側に非点収差を発生させることができる。
　条件式（６）の下限値と条件式（７）の下限値を共に下回ると、非点収差をプラス側に発生させることができない。条件式（６）の上限値と条件式（７）の上限値を共に上回ると、非点収差がプラス側に大きく発生する。そのため、鮮明な光学像が得られる画角を、広く取れなくなる。
　本実施形態の内視鏡では、結像光学系は平凸レンズからなることが好ましい。
　本実施形態の内視鏡では、結像光学系の直径は非常に小さい。特に、直径が１ｍｍ以下になると、レンズの製作が難しくなるので、コストが高くなる。また、組み立ても難しくなる。しかしながら、平凸レンズは、例えば、ボールレンズの片側を平面に削ることで得ることができる。このように、平凸レンズは製作が容易であるので、安価に小径の結像光学系を実現することができる。
　本実施形態の内視鏡では、結像光学系はボールレンズからなることが好ましい。
　ボールレンズは、そのままレンズとして使用することができる。そのため、安価に小径の結像光学系を実現することができる。
　本実施形態の内視鏡では、結像光学系は屈折率分布型レンズからなることが好ましい。
　屈折率分布型レンズでは、両方の端面を平面にすることができる。そのため、光学系の組み立てが容易になる。
　本実施形態の内視鏡では、結像光学系は、内視鏡の挿入部の先端に配置され、挿入部の先端は接続部を有し、円筒部材は、他方の端に接続部を有し、２つの接続部を介して、円筒部材が挿入部に対して着脱されることが好ましい。
　本実施形態の内視鏡によれば、挿入部の径が細いにもかかわらず、液中観察時に、側視方向において鮮明な画像を取得することができる。
　円筒部材と内視鏡の挿入部の各々に、接続部が設けられているので、円筒部材を挿入部に対して着脱させることができる。円筒部材の一方の端には、先端部材が位置している。よって、先端部材も、挿入部に対して着脱させることができる。このように、本実施形態の内視鏡によれば、円筒部材と先端部材の両方を、交換することができる。
　円筒部材と先端部材とで、カバーユニットを構成することができる。円筒部材と先端部材については、例えば、形状、大きさ、厚み、又は材質を様々に変えることができる。よって、仕様が異なるカバーユニットを、複数用意することができる。このようにしておけば、観察に適したカバーユニットで観察を行うことができる。
　本実施形態の内視鏡では、結像光学系は、内視鏡の挿入部の先端に配置され、円筒部材は、挿入部の先端に常時固定されていることが好ましい。
　本実施形態の内視鏡によれば、挿入部の径が細いにもかかわらず、液中観察時に、側視方向において鮮明な画像を取得することができる。
　また、円筒部材が挿入部の先端に常時固定されているので、高い気密性を保つことができる。そのため、本実施形態の内視鏡によれば、結像光学系を汚れなどから守ることができる。
　以下に、内視鏡に用いられる結像光学系の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
　実施例１の結像光学系のレンズ断面図を図１０に示す。実施例１の結像光学系は、平凸レンズＬ１で構成されている。開口絞りＳは、平凸レンズＬ１の物体側面に配置されている。
　実施例２の結像光学系のレンズ断面図を図１１に示す。実施例２の結像光学系は、両凸レンズＬ１で構成されている。開口絞りＳは、両凸レンズＬ１の物体側面に配置されている。両凸レンズＬ１は、ボールレンズにすることが好ましい。
　実施例３の結像光学系のレンズ断面図を図１２に示す。実施例３の結像光学系は、平凸レンズＬ１と、凸平レンズＬ２と、で構成されている。開口絞りＳは、平凸レンズＬ１の物体側面に配置されている。
　実施例４の結像光学系のレンズ断面図を図１３に示す。実施例４の結像光学系は、平凸レンズＬ１と、凸平レンズＬ２と、で構成されている。開口絞りＳは、平凸レンズＬ１の物体側面に配置されている。
　以下に、上記各実施例の数値データを示す。面データにおいて、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｄは各レンズのｄ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数である。
　また、各種データにおいて、ｆは全系の焦点距離、ＦＮＯ．はＦナンバー、ωは半画角、ＩＨは像高、φapは絞りの直径である。各実施例の結像光学系では、直視方向の像は円形に形成される。側視方向の像は、直視方向の像の外側に形成される。よって、側視方向の像は、円環状に形成される。像高ＩＨは、円環状の像の外径を表している。
数値実施例１
単位  ｍｍ
 
面データ
面番号        r        d         nd      νd
物体面       ∞       2.300
   1(絞り)   ∞       0.000
   2         ∞       0.500    2.0033    28.3
   3       -0.500     0.611
像面         ∞
 
各種データ
ｆ          0.494
ＦＮＯ．   
２         70°
ＩＨ        1.17
φap        0.1
数値実施例２
単位  ｍｍ
 
面データ
面番号        r        d         nd      νd
物体面       ∞       2.000
   1(絞り)   ∞       0.000
   2        0.202     0.405    1.5163    64.1
   3       -0.202     0.137
像面         ∞
 
各種データ
ｆ          0.296
ＦＮＯ．   
ω         25°
ＩＨ        0.26
φap        0.06
数値実施例３
単位  ｍｍ
 
面データ
面番号        r        d         nd      νd
物体面       ∞       1.400
   1(絞り)   ∞       0.000
   2         ∞       0.258    1.5163    64.1
   3       -0.258     0.010
   4        0.258     0.258    1.5163    64.1
   5         ∞       0.124
像面         ∞
 
各種データ
ｆ          0.252
ＦＮＯ．   
ω         32°
ＩＨ        0.26
φap        0.06
数値実施例４
単位  ｍｍ
 
面データ
面番号        r        d         nd      νd
物体面       ∞       1.000
   1(絞り)   ∞       0.000
   2         ∞       0.125    1.5163    64.1
   3       -0.125     0.010
   4        0.250     0.250    1.5163    64.1
   5         ∞       0.018
像面         ∞
 
各種データ
ｆ          0.163
ＦＮＯ．   
ω         47.4°
ＩＨ        0.26
φap        0.06
　次に各実施例の条件式の値を以下に示す。
          実施例１    実施例２    実施例３    実施例４
(1)P’    -1.002      -3.366      -2.640      -1.362
(2)f       0.494       0.296       0.252       0.163
(4)R2/R1   1.20        1.20         -           -
(5)OB/R2   1.17        1.17         -           -
(6)φ1/φ    -          -          0.504       0.674
(7)φ2/φ    -          -          0.504       0.337
　各実施例のパラメータの値を以下に示す。
          実施例１    実施例２    実施例３    実施例４
R1           -          -          0.50        0.50
R2           -          -          0.60        0.60
OB           -          -          0.70        0.70
φ1          -          -          2.001       4.130
φ2          -          -          2.001       2.065
φ=1/F     2.023       3.375       3.971       6.131
　各実施例の収差図を図１４～図１７に示す。各実施例の収差図について説明する。（ａ）は球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は歪曲収差（ＤＴ）を示している。
　光学ユニットの例を示す。図１８は、光学ユニットの第１の例を示す図である。光学ユニット２０は、円筒部材２１と、先端部材２２と、結像光学系２３と、を有する。円筒部材２１は、内周面２１ａと、外周面２１ｂと、を有する。内周面２１ａと外周面２１ｂとの間は、屈折率が１よりも大きい透明な物質２１ｃで満たされている。
　先端部材２２は平行平板で、円筒部材２１の一方の端に位置している。先端部材２２は、内側面２２ａと、外側面２２ｂと、を有する。内側面２２ａと外側面２２ｂとの間は、屈折率が１よりも大きい透明な物質２２ｃで満たされている。
　結像光学系２３は、光軸ＡＸｏと中心軸ＡＸｃとが一致するように、円筒部材２１の内部に配置されている。結像光学系２３によって、物体面ＯＢと像面Ｉとが共役になっている。物体面ＯＢは破線で示されている。物体面ＯＢは、外周面２１ｂの外側と外側面２２ｂの外側に位置している。
　結像光学系２３に、実施例１の結像光学系が用いられている。光学ユニット２０では、側視方向の像と直視方向の像が像面Ｉに形成される。
　光学ユニット２０の仕様を以下に示す。円筒部材の厚みは物質２１ｃの厚み、円筒部材の屈折率は物質２１ｃの屈折率である。先端部材の厚みは物質２２ｃの厚み、先端部材の屈折率は物質２２ｃの屈折率である。
　物体距離１と物体距離２は、直視方向における距離である。物体距離１は、結像光学系２３の開口絞りから物体面ＯＢまでの距離である。物体距離２は、外側面２２ｂから物体面ＯＢまでの距離である。物体距離３は、側視方向における距離である。物体距離３は、結像光学系２３の光軸と直交する面内における、光軸から物体面ＯＢまでの距離である。
　内周面の直径：１ｍｍ
　外周面の直径：１．２ｍｍ
　円筒部材の厚み：０．１ｍｍ
　円筒部材の屈折率：１．５１６３３
　先端部材の厚み：０．１ｍｍ
　先端部材の屈折率：１．５１６３３
　第１の空間の屈折率：１
　第２の空間の屈折率：１．３３
　物体距離１：１．５ｍｍ
　物体距離２：０．５３５ｍｍ
　物体距離３：０．７ｍｍ
　図１９は、光学ユニットの第２の例を示す図である。光学ユニット３０は、円筒部材３１と、先端部材３２と、結像光学系３３と、を有する。円筒部材３１は、内周面３１ａと、外周面３１ｂと、を有する。内周面３１ａと外周面３１ｂとの間は、屈折率が１よりも大きい透明な物質３１ｃで満たされている。
　先端部材３２は半球状の板で、円筒部材３１の一方の端に位置している。先端部材３２は、内側面３２ａと、外側面３２ｂと、を有する。内側面３２ａと外側面３２ｂとの間は、屈折率が１よりも大きい透明な物質３２ｃで満たされている。
　結像光学系３３は、光軸ＡＸｏと中心軸ＡＸｃとが一致するように、円筒部材３１の内部に配置されている。結像光学系３３によって、物体面ＯＢと像面Ｉとが共役になっている。物体面ＯＢは破線で示されている。物体面ＯＢは、外周面３１ｂの外側と外側面３２ｂの外側に位置している。
　結像光学系３３に、実施例１の結像光学系が用いられている。光学ユニット３０では、側視方向の像と直視方向の像が像面Ｉに形成される。光学ユニット３０の仕様を以下に示す。
　内周面の直径：１ｍｍ
　外周面の直径：１．２ｍｍ
　円筒部材の厚み：０．１ｍｍ
　円筒部材の屈折率：１．５１６３３
　内側面の曲率半径：０．５ｍｍ
　外側面の曲率半径：０．６ｍｍ
　先端部材の厚み：０．１ｍｍ
　先端部材の屈折率：１．５１６３３
　第１の空間の屈折率：１
　第２の空間の屈折率：１．３３
　物体距離１：１．５ｍｍ
　物体距離２：０．５３５ｍｍ
　物体距離３：０．７ｍｍ
　本実施形態の内視鏡の挿入部（以下、「本実施形態の挿入部」という）の例を以下に示す。以下の例では、結像光学系の像面に撮像素子を配置して、結像光学系で形成された光学像を撮像素子で撮像している。しかしながら、結像光学系の像面に撮像素子を配置しなくても良い。例えば、結像光学系で形成された光学像を、イメージファイバ（ファイババンドル）で伝送しても良い。また、結像光学系で形成された光学像を、目視で観察しても良い。
　図２０は、本実施形態の挿入部の第１の例を示す図である。図１と同じ構成要素については同じ番号を付し、説明は省略する。
　挿入部４０は、光学ユニット１と、保持部材４１と、ガイドワイヤー４２と、を有する。円筒部材２の一方の端には先端部材３が配置され、他方の端には保持部材４１が配置されている。円筒部材２、先端部材３及び保持部材４１によって、密閉された空間内が形成される。
　密閉された空間内に結像光学系４が配置されている。像面Ｉには、撮像素子４３が配置されている。撮像素子４３によって、光学像の画像を取得することができる。結像光学系４と撮像素子４３は、挿入部４０の先端付近に固定されている。よって、結像光学系４と撮像素子４３は、挿入部４０から取り外すことはできない。
　保持部材４１とガイドワイヤー４２は、挿入部４０を構成している。保持部材４１は、ガイドワイヤー４２の先端に位置している。保持部材４１は、例えば、金属で構成されている。保持部材４１の一端には、ガイドワイヤー４２が接続されている。ガイドワイヤー４２は、フレキシブルな構造を備えている。よって、例えば、細管への内視鏡の出し入れを容易に行うことができる。
　円筒部材２と保持部材４１は、例えば、接着剤で固定されている。よって、円筒部材２は、挿入部４０の先端に常時固定されている。このように、第１の例では、円筒部材２を挿入部４０に対して着脱させることができない。
　図２１は、本実施形態の挿入部の第２の例を示す図である。図１と同じ構成要素については同じ番号を付し、説明は省略する。結像光学系と撮像素子は図示を省略し、光線を図示している。
　挿入部５０は、円筒部材２と、先端部材３と、保持部材５１と、を有する。結像光学系と撮像素子は、挿入部５０の先端付近に固定されている。よって、結像光学系と撮像素子は、挿入部５０から取り外すことはできない。
　保持部材５１は、挿入部５０を構成している。保持部材５１は、挿入部５０の先端に位置している。円筒部材２は、他方の端に接続部５２を有している。保持部材５１も接続部５３を有している。よって、第２の例では、接続部５２と接続部５３を介して、円筒部材２を挿入部５０に対して着脱させることができる。接続部５２と接続部５３には、例えば、ネジを用いることができる。
　円筒部材２の一方の端には、先端部材３が位置している。よって、先端部材３も、挿入部５０に対して着脱させることができる。このように、第２の例では、円筒部材２と先端部材３の両方を、交換することができる。円筒部材と先端部材とで、カバーユニットを構成し、カバーユニットを挿入部に対して着脱させることもできる。
　図２２は、本実施形態の挿入部の第３の例を示す図である。図１と同じ構成要素については同じ番号を付し、説明は省略する。結像光学系や撮像素子は図示を省略している。
　挿入部６０は、光学ユニット１と、保持部材６１と、を有する。光学ユニット１には、結像光学系が配置されている。結像光学系と撮像素子は、挿入部６０に固定されている。よって、結像光学系と撮像素子は、挿入部６０から取り外すことはできない。
　第３の例では、光学ユニット１の直径は、保持部材６１の直径よりも小さい。そして、結像光学系の光軸が、保持部材６１の中心軸と一致していない。すなわち、光学ユニット１は、保持部材６１の周辺部に配置されている。
　そのため、保持部材６１は平坦部６２を有する。そこで、この平坦部６２に、照明光学系を配置することができる。あるいは、平坦部６２に、処置具を出し入れする開口を設けることができる。
　円筒部材２は、例えば、接着によって、挿入部６０に常時固定することができる。或いは、円筒部材２は、例えば、ネジによって、挿入部６０に対して着脱することができる。
　図２３は、照明光学系の配置例を示す図である。図２２と同じ構成要素については同じ番号を付し、説明は省略する。結像光学系の具体的な構成や撮像素子は図示を省略している。
　挿入部６０は、光学ユニット１と、保持部材６１と、を有する。光学ユニット１には、結像光学系７０と、照明光学系７１と、が配置されている。照明光学系７１の形状は、円環状である。照明光学系７１は、結像光学系７０の外側に位置している。
　照明光学系７１からの照明光によって、物体面が照明される。物体面からの光は、結像光学系７０によって像面に集光される。このようにして、像面に、物体の光学像が形成される。
　以上の説明では、結像光学系を、物体の光学像を形成するための光学系として扱っている。しかしながら、結像光学系は、照明光を走査させる走査光学系として利用することができる。
　結像光学系７０には、例えば、図１に示す結像光学系４を用いることができる。図１に示すように、物体面ＯＢ上の一点からの光は、像面Ｉ上の一点に集光する。これは、像面Ｉ上の一点に光源を配置した場合、光源から出た光は物体面ＯＢ上の一点に集光することを意味している。
　そこで、像面Ｉの位置に、例えば、点光源を配置する。このようにすることで、物体面ＯＢ上の一点を照明することができる。また、照明された一点からの光を受光することで、物体面ＯＢの一点の情報を取得することができる。物体面ＯＢからの光は、例えば、照明光学系７１の場所に受光素子を配置すれば良い。
　更に、点光源を移動させることで、物体面ＯＢ全体の情報を取得することができる。点光源の移動は、例えば、一本の光ファイバの端部を像面Ｉの面内で移動させれば良い。光ファイバの端部の移動は、例えば、光ファイバの端部の近傍にアクチュエータを配置することで実現できる。光ファイバの移動軌跡は、例えば、渦巻状にすることができる。
　像面Ｉの位置に配置する光源は、点光源と見なすことができるものであれば、どのようなものであっても良い。光ファイバの光出射面の大きさが点光源と見なせる程度の大きさであれば、光出射面も点光源ということができる。光ファイバとしては、例えば、シングルモードファイバを用いることができる。
　ファイババンドルの光出射面を、像面の位置に配置しても良い。ファイババンドルでは、複数の光ファイバが１つに束ねられている。照明光を入射させる光ファイバを変えることで、光ファイバを移動させることなく、点光源の移動を実現することができる。
　図２４は、内視鏡の例を示す図である。図２４（ａ）は硬性内視鏡を示す図、図２４（ｂ）は軟性内視鏡を示す図である。
　図２４（ａ）に示すように、内視鏡８０の挿入部の先端には、光学ユニット８１が配置されている。光学ユニット８１に、本実施形態の光学ユニットを用いることができる。これにより、側視方向の画像を、全方位において取得することができる。そのため、従来の内視鏡とは異なる角度から、様々な部位を撮察することができる。
　また、図２４（ｂ）に示すように、内視鏡９０の挿入部の先端には、光学ユニット９１が配置されている。光学ユニット９１に、本実施形態の光学ユニットを用いることができる。これにより、側視方向の画像を、全方位において取得することができる。そのため、従来の内視鏡とは異なる角度から、様々な部位を撮察することができる。
　取得された画像は、画像処理装置９２を介して表示装置９３に表示することができる。画像処理装置９２では、様々な画像処理を施すことができる。
　光学ユニット８１と光学ユニット９１では、円筒部材と先端部材の両方は、挿入部に対して交換可能であっても、挿入部に常時固定されていても良い。
　結像光学系は挿入部に固定されていても良いが、円筒部材や先端部材と共に、挿入部に対して着脱できるようにしても良い。このようにすると、光学ユニットを、挿入部に対して着脱することができる。光学ユニットは、条件式（１）から（７）の少なくとも１つを満足すれば良い。
　光学ユニットが挿入部に対して着脱可能であるため、光学ユニットの交換が可能になる。例えば、光学的な仕様が異なる光学ユニットを複数用意しておけば、観察に適した光学ユニットで観察を行うことができる。
　また、光学ユニットと撮像素子を一体で、挿入部に対して着脱するようにしても良い。
　以上のように、本発明は、細径でありながら、液中観察時に、側視方向において鮮明な光学像が得られる内視鏡に適している。
　１、１０、２０、３０　光学ユニット
　２、１１、２１、３１　円筒部材
　２ａ、１１ａ、２１ａ、３１ａ　内周面
　２ｂ、１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ　外周面
　２ｃ、１１ｃ、２１ｃ、３１ｃ　透明な物質
　３、１２、２２、３２　先端部材
　４、１３、２３、３３　結像光学系
　４ａ、４ｂ、１３ａ、１３ｂ　透過面
　５　第１の空間
　６　第２の空間
　２２ａ、３２ａ　内側面
　２２ｂ、３２ｂ　外側面
　２２ｃ、３２ｃ　物質
　４０、５０、６０　内視鏡の挿入部
　４１、５１、６１　保持部材
　４２　ガイドワイヤー
　４３　撮像素子
　５２、５３　接続部
　６２　平坦部
　７０　結像光学系
　７１　照明光学系
　８０、９０　内視鏡
　８１、９１　光学ユニット
　９２　画像処理装置
　９３　表示装置
　ＡＸｃ　中心軸
　ＡＸｏ　光軸
　ＯＢ　物体面
　Ｉ　像面
　Ｐ　入射瞳
　Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ　実像の光束
　Ｌａ’、Ｌｂ’、Ｌｃ’　虚像の光束
　Ｐａ’ｍ、Ｐｂ’ｍ、Ｐｃ’ｍ　位置
　Ｐａ’ｓ、Ｐｂ’ｓ、Ｐｃ’ｓ　位置
　ＰＬ　面（ベスト面）

Claims (12)

  1. 　円筒部材と、先端部材と、結像光学系と、を有し、
    　前記円筒部材は、内周面と、外周面と、を有し、
    　前記内周面と前記外周面との間は、屈折率が１よりも大きい透明な物質で満たされ、
    　前記先端部材は、前記円筒部材の一方の端に位置し、
    　前記結像光学系は、前記結像光学系の光軸と前記円筒部材の中心軸とが一致、又は平行になるように、前記円筒部材の内部に配置され、
    　前記結像光学系によって、前記外周面の外側に位置する物体面と、前記結像光学系の像面とが、共役になっており、
    　前記結像光学系は透過面のみから構成され、
    　全ての前記透過面は、前記光軸と交差する点における面の法線が、前記光軸と一致するように配置され、
    　前記結像光学系は像面湾曲収差を有し、
    　以下の条件式（１）を満足することを特徴とする内視鏡。
    　－１０＜Ｐ’＜－０．８　　　（１）
    　ここで
    　Ｐ’は、ペッツバール和であって、以下の式で表され、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　ｒｉは、ｉ番目の透過面の曲率半径、
    　ｎ’ｉは、ｉ番目の透過面の射出側における屈折率、
    　ｎｉは、ｉ番目の透過面の入射側における屈折率、
    　ｎ’は、像空間の屈折率、
    　ｉは、透過面の番号、
    　ｋは、透過面の総数、
    である。
  2. 　以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
    　０．１ｍｍ＜ｆ＜０．８ｍｍ　　　（２）
    　ここで
    　ｆは、前記結像光学系の焦点距離、
    である。
  3. 　以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
    　θout＜θin　　　（３）
    　ここで、
    　θinは、第１の空間における、主光線と前記内周面の法線とのなす角度（ただし、θin≠０）、
    　θoutは、第２の空間における、前記主光線と前記外周面の法線とのなす角度、
    　前記第１の空間は、前記結像光学系と前記内周面との間の空間、
    　前記第２の空間は、前記円筒部材の外側の空間、
    　前記主光線は、前記円筒部材を光軸方向に測った中心の物点からの主光線、
    である。
  4. 　以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
    　１＜Ｒ２／Ｒ１＜５　　　（４）
    　ここで、
    　Ｒ１は、前記内周面の曲率半径、
    　Ｒ２は、前記外周面の曲率半径、
    である。
  5. 　以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
    　１≦ＯＢ／Ｒ２＜１０　　　（５）
    　ここで、
    　ＯＢは、前記光軸と直交する面内における、前記光軸から前記物体面まで距離、
    　Ｒ２は、前記外周面の曲率、
    である。
  6. 　前記結像光学系は、前記先端部材側から順に、第１の正レンズと、第２の正レンズと、からなり、
    　第１の所定の面は、前記第１の正レンズの前記像面側のレンズ面であり、
    　第２の所定の面は、前記第２の正レンズの前記先端部材側のレンズ面であり、
    　前記第１の所定の面は、前記第２の正レンズに向かって凸面であり、
    　前記第２の所定の面は、前記第１の正レンズに向かって凸面であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
  7. 　以下の条件式（６）、（７）を満足することを特徴とする請求項６に記載の内視鏡。
    　０．５＜φ１／φ＜５．０　　　（６）
    　０．１＜φ２／φ＜２．０　　　（７）
    　ここで、
    　φは、前記結像光学系の屈折力、
    　φ１は、前記第１の所定の面の屈折力、
    　φ２は、前記第２の所定の面の屈折力、
    である。
  8. 　前記結像光学系は平凸レンズからなることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
  9. 　前記結像光学系はボールレンズからなることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
  10. 　前記結像光学系は屈折率分布型レンズからなることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
  11. 　前記結像光学系は、前記内視鏡の挿入部の先端に配置され、
    　前記挿入部の先端は接続部を有し、
    　前記円筒部材は、他方の端に接続部を有し、
    　２つの前記接続部を介して、前記円筒部材が前記挿入部に対して着脱されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の内視鏡。
  12. 　前記結像光学系、前記内視鏡の挿入部の先端に配置され、
    　前記円筒部材は、前記挿入部の先端に常時固定されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の内視鏡。
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