WO2020067385A1 - 内視鏡 - Google Patents

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WO2020067385A1
WO2020067385A1 PCT/JP2019/038048 JP2019038048W WO2020067385A1 WO 2020067385 A1 WO2020067385 A1 WO 2020067385A1 JP 2019038048 W JP2019038048 W JP 2019038048W WO 2020067385 A1 WO2020067385 A1 WO 2020067385A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
excitation light
lens
cut filter
light
optical system
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/038048
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English (en)
French (fr)
Inventor
康行 花田
晃典 長田
正史 末吉
Original Assignee
パナソニックｉ－ＰＲＯセンシングソリューションズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックｉ－ＰＲＯセンシングソリューションズ株式会社 filed Critical パナソニックｉ－ＰＲＯセンシングソリューションズ株式会社
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Publication of WO2020067385A1 publication Critical patent/WO2020067385A1/ja
Priority to JP2022144177A priority patent/JP7388767B2/ja

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    • 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
    • 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
    • G02B23/26—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes using light guides

Definitions

  • the present disclosure relates to an endoscope that captures fluorescence generated based on excitation light applied to an observation target.
  • Patent Literature 1 discloses an endoscope in which at least two excitation light cut filters are arranged in an imaging optical system. These excitation light cut filters have the same transmittance characteristics, have a transmittance in the red to near-infrared light region, have a transmittance of 0.1% or less in the wavelength band of the excitation light, and have an incident angle of 25 degrees. The wavelength at which the light transmittance is 0.1% or more and the light transmittance at an incident angle of 0 degree is 50% or more is 680 nm or more.
  • Patent Document 1 a plurality of (for example, two) excitation light cut filters are arranged in the optical system, and further, the first excitation light cut filter and the second excitation light cut filter are arranged on the object side with respect to the first excitation light cut filter.
  • An optical element having power for example, a biconvex lens
  • the present disclosure has been devised in view of the above-described conventional situation, and has a simple structure using a single excitation light cut filter, effectively reducing the passage of excitation light unnecessary for fluorescence imaging, and providing an imaging optical system. It is an object of the present invention to provide an endoscope that realizes a reduction in the optical length of a system and suppresses deterioration of the image quality of a fluorescent image.
  • the present disclosure has a plurality of optical components constituting an optical path, and connects light from the subject, which includes fluorescence based on excitation light for causing a fluorescent agent administered to the subject to emit fluorescent light, to enter the optical path.
  • An endoscope comprising: an excitation light cut filter that blocks transmission of at least a part of the excitation light.
  • the present disclosure has a plurality of optical components constituting an optical path, including fluorescence based on excitation light for causing a fluorescent agent administered to the subject to emit fluorescent light, light from the subject is incident on the optical path.
  • An imaging optical system for forming an image, and an image sensor for photoelectrically converting light from the subject formed by the imaging optical system, and blocking transmission of at least a part of the excitation light among light from the subject.
  • An excitation light cut filter wherein the plurality of optical components include a first lens and a second lens disposed on a rear end side of the first lens, and the second optical component is disposed after the first lens adjacent to each other.
  • the end face and the front end face of the second lens are flat, and the excitation light cut filter is inserted between the rear end face of the first lens and the front end face of the second lens adjacent to each other.
  • the passage of excitation light unnecessary for fluorescence imaging can be effectively reduced, and the optical length of the imaging optical system is shortened. As described above, it is possible to suppress deterioration of the image quality of the fluorescent image.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the appearance of the endoscope system according to the first embodiment.
  • Perspective view showing an example of the appearance of the distal end side of the endoscope Sectional view showing an example of a rigid portion of an endoscope Graph showing an example of characteristics of a band cut filter and characteristics of excitation light and fluorescence.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a main part of the characteristics in the wavelength region of 700 to 900 nm in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a configuration and a configuration of a first imaging optical system and an incident optical path of a light beam;
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration and arrangement of a second imaging optical system and an incident optical path of a light beam;
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a configuration and a configuration of a third imaging optical system and an incident optical path of a light beam
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a configuration and arrangement of a fourth imaging optical system and an incident optical path of a light beam
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a maximum incident angle (in air) corresponding to a generated light beam in each of the first to fourth imaging optical systems.
  • an excitation light cut filter for example, a band cut filter (BCF: Consider placing only one Band Cut Filter)
  • the excitation light causes a fluorescent agent (for example, ICG (indocyanine green)) previously administered to a subject (that is, an observation target into which an insertion portion of an endoscope is inserted; for example, a patient's body) to emit fluorescence. Therefore, the object is irradiated.
  • a fluorescent agent for example, ICG (indocyanine green)
  • the incident angle of the excitation light (for example, 690 nm to 820 nm) incident on the band cut filter is large, sufficient reflection (in other words, cut-off) of the excitation light in the band cut filter is achieved.
  • the excitation light cannot pass through the band cut filter. In this case, since the excitation light passes through the band cut filter and enters the image sensor side of the imaging optical system, stray light that is unnecessary light (in other words, light that deteriorates the quality of a captured image) at the time of imaging. Is more likely to occur.
  • the band cut filter can sufficiently block the incident excitation light.
  • a predetermined threshold for example, 25 degrees
  • a simple structure using a single band-cut filter is used so that the incident angle of the excitation light to the band-cut filter is less than a predetermined threshold (for example, 25 degrees).
  • a predetermined threshold for example, 25 degrees.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of the appearance of the endoscope system 11 according to the first embodiment.
  • the directions used for the description follow the description of the directions in FIG. Specifically, the upward direction and the downward direction of the housing 27 of the video processor 13 placed on the horizontal surface are referred to as “up” and “down”, respectively.
  • the side on which the endoscope 15 captures an image of the observation target is referred to as “front (front)”, and the side connected to the video processor 13 is referred to as “rear”.
  • the right hand side in the direction in which the endoscope 15 is inserted is referred to as “right”, and the left hand side in the direction in which the endoscope 15 is inserted is referred to as “left”.
  • the endoscope system 11 is configured to include an endoscope 15, a video processor 13, and a monitor 17.
  • the endoscope 15 is, for example, a medical flexible endoscope.
  • the video processor 13 converts a captured image (for example, a still image and a moving image) obtained by the endoscope 15 by capturing an image of an observation target (for example, a human body such as a patient or an affected part inside the human body). Then, image processing is performed.
  • the video processor 13 sends the image signal obtained by the image processing to the monitor 17 as an image signal for display.
  • the monitor 17 displays a captured image of the endoscope 15 that has been image-processed by the video processor 13 according to a display image signal output from the video processor 13.
  • the image processing includes, for example, color correction, gradation correction, and gain adjustment, but is not limited thereto.
  • the endoscope 15 is inserted into an observation target (an example of a subject) of a human body such as a patient, and images the observation target.
  • the endoscope 15 includes a scope 19 inserted into the observation target, and a plug 21 to which a rear end of the scope 19 is connected.
  • the scope 19 is configured to include a relatively long flexible portion 23 having flexibility and a rigid portion 25 having rigidity provided at the tip of the flexible portion 23. The structure of the scope 19 will be described later.
  • the video processor 13 has a housing 27, performs image processing on a captured image captured by the endoscope 15, and outputs an image signal after the image processing as a display image signal.
  • a socket portion 31 into which the base end portion 29 of the plug portion 21 is inserted is arranged on the front surface of the housing 27, a socket portion 31 into which the base end portion 29 of the plug portion 21 is inserted is arranged.
  • power and various signals for example, video signals
  • Control signals are transmitted between the endoscope 15 and the video processor 13.
  • These powers and various signals are guided from the plug portion 21 to the flexible portion 23 via the transmission cable 231 (see FIG. 3) inserted inside the scope 19.
  • An image signal of a captured image output from the image sensor 33 (see FIG. 3) provided inside the rigid portion 25 is transmitted from the plug unit 21 to the video processor 13 via the transmission cable 231.
  • the housing 27 includes a visible light source (not shown) for irradiating visible light (white light) and an IR excitation light source (not shown) for irradiating excitation light (for example, excitation light in an IR band). Is built-in.
  • the visible light source emits (irradiates) visible light (white light) when operated by a doctor or the like (including a person assisting a doctor or the like; the same applies hereinafter).
  • the visible light (white light) is guided to the distal end in the insertion direction of the endoscope 15 via the optical fibers 49, 49 (an example of a light guide), and is illuminated toward the observation target.
  • the IR excitation light source emits (irradiates) excitation light in the IR band when operated by a doctor or the like.
  • the excitation light is guided to the distal end in the insertion direction of the endoscope 15 via the optical fibers 39 and 41 (an example of a light guide) and is illuminated toward the observation target.
  • the video processor 13 performs image processing on the image signal transmitted from the endoscope 15 via the transmission cable 231, converts the image signal after the image processing into an image signal for display, and outputs the image signal to the monitor 17. I do.
  • the monitor 17 is configured by a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display), a CRT (Cathode Ray Tube), or an organic EL (Electroluminescence) display.
  • the monitor 17 displays a captured image of the observation target captured by the endoscope 15. Specifically, the monitor 17 displays a visible light image acquired by imaging visible light and a fluorescence image generated by imaging fluorescence based on excitation light.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the appearance of the distal end side of the endoscope 15.
  • An imaging window 35 is arranged on the distal end surface of the rigid portion 25.
  • the imaging window 35 is formed to include, for example, an optical material such as optical glass or optical plastic, and receives light from an observation target (an example of a subject).
  • the light from the observation target is, for example, light reflected by the observation target when the white light is irradiated (that is, visible light), or reflected by the observation target when the excitation light in the IR band is irradiated.
  • Light (ie, excitation light) and fluorescence generated by the excitation light ie, excitation light
  • the endoscope 15 irradiates the object to be observed with excitation light for fluorescence observation, and emits fluorescence emitted from a fluorescent agent (for example, ICG) previously injected into the object by injection or the like based on the irradiation of the excitation light.
  • a fluorescent agent for example, ICG
  • An image can be taken and a fluorescent image can be obtained.
  • fluorescent light for example, ultraviolet light having a wavelength band of 380 nm to 450 nm or excitation light of an IR band having a wavelength band of 690 to 820 nm is used.
  • IR Infrared
  • Illumination windows 43 and 45 for exposing the tips of a pair of optical fibers 39 and 41 for transmitting (guiding) the excitation light from the IR excitation light source are arranged on the distal end surface of the rigid portion 25.
  • a pair of illumination windows 51 for exposing the tips of a pair of optical fibers 49 and 50 for transmitting (guiding) visible light from a visible light source are arranged on the distal end surface of the rigid portion 25.
  • the pair of illumination windows 43 and 45 for IR are arranged on both ends in the diameter direction of a circular distal flange 53 provided at the distal end of the rigid portion 25. Further, a pair of illumination windows 51 for visible light are similarly arranged on both ends of the distal end flange 53 in the diameter direction.
  • the pair of illumination windows 43 and 45 for IR and the pair of illumination windows 51 and 51 for visible light are arranged at equal intervals in the circumferential direction, for example.
  • the number of the pair of optical fibers 39 and 41 for IR and the pair of optical fibers 49 and 49 for visible light may be other than the above.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of the rigid portion 25 of the endoscope 15.
  • the cross section in FIG. 3 may be represented as, for example, a cross section cut by a plane passing through the respective centers of the illumination window 43, the imaging window 35, and the illumination window 45 in FIG. 2, or the illumination window 51 in FIG. ,
  • the imaging window 35 and the illumination window 51 may be represented by a cross section cut by a plane passing through the respective centers thereof.
  • the endoscope 15 includes a lens unit 235 that supports an imaging optical system by a lens support member 239, an image sensor 33 in which an imaging surface 241 is covered by an element cover glass 243, and light from a lens in the center of the imaging surface 241.
  • a transmission cable 231 having four electric wires 245 connected to each of the four conductor connection portions 249.
  • the lens support member 239 includes a plurality (three in the illustrated example) of plano-convex lenses L1, biconvex lenses L2, and biconcave lenses L3 formed of an optical material (eg, glass, resin, etc.), and is formed on the front surface of the plano-convex lens L1.
  • the aperture stop AP1 are assembled in a state of being close to each other in the direction of the optical axis.
  • the stop AP1 is provided for adjusting the amount of light incident on the plano-convex lens L1, so that only light passing through the stop AP1 can be incident on the plano-convex lens L1.
  • plano-convex lens L1, the bi-convex lens L2, and the bi-concave lens L3 are fixed to the inner peripheral surface of the lens support member 239 by an adhesive over the entire circumference.
  • a concave flat lens may be provided instead of the biconcave lens L3.
  • the metal material forming the lens support member 239 for example, nickel is used. Nickel has a relatively high rigidity and a high corrosion resistance, and is suitable as a material forming the hard portion 25. In addition, at the time of the examination or before the operation, the periphery of the lens support member 239 is checked before the examination or before the operation so that nickel constituting the lens support member 239 is not directly exposed from the rigid portion 25 at the time of examination using the endoscope 15 or at the time of surgery. Is preferably coated with the mold resin 217 without unevenness, and the hard portion 25 is preferably provided with a biocompatible coating. Instead of nickel, for example, a copper-nickel alloy may be used. The copper-nickel alloy also has high corrosion resistance, and is suitable as a material forming the hard portion 25. Further, as the metal material forming the lens support member 239, a material that can be manufactured by electroforming (electroplating) is preferably selected.
  • the image sensor 33 is formed of, for example, a small-sized CCD (Charge Coupled Device) or CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) imaging device having a square shape when viewed from the front and rear.
  • CCD Charge Coupled Device
  • CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor
  • the imaging surface 241 is covered so as to be protected by the element cover glass 243 (for example, a sensor glass SG2 described later).
  • the conductor connection portion 249 can be formed by, for example, LGA (Land Grid array).
  • the four conductor connection parts 249 include a pair of power connection parts and a pair of signal connection parts.
  • the four conductor connection portions 249 are electrically connected to the four electric wires 245 of the transmission cable 231.
  • the transmission cable 231 includes a pair of power lines as electric wires 245 and a pair of signal lines as electric wires 245. That is, a pair of power lines of the transmission cable 231 are connected to a pair of power connection portions of the conductor connection portion 249. A pair of signal lines of the transmission cable 231 are connected to a pair of signal connection portions of the conductor connection portion 249.
  • the lens unit 235 and the image sensor 33 are fixed while being held at a predetermined distance by the adhesive resin 37.
  • the optical axis of the lens unit 235 and the center of the imaging surface 241 are aligned.
  • the distance between the lens unit 235 and the image sensor 33 is adjusted such that incident light from a subject passing through the lens unit 235 is focused on the imaging surface 241 of the image sensor 33.
  • the lens unit 235 and the image sensor 33 are fixed after being aligned.
  • a separation portion is formed between the fixed lens unit 235 and the image sensor 33.
  • the shape of the separated portion is determined by the lens unit 235 and the image sensor 33 being relatively aligned and fixed to each other by the adhesive resin 37. That is, the separation portion is an adjustment gap for alignment between the lens unit 235 and the image sensor 33.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of the characteristics of the band cut filter and the characteristics of the excitation light and the fluorescence.
  • a band cut filter an example of an IR excitation light cut filter
  • the band cut filter is a non-absorbing filter, it is called a dielectric filter (that is, a reflection type cut filter) and can be distinguished from a metal filter that shows absorption.
  • the band cut filter is an edge filter in which the boundary 89 (edge) and the boundary 91 between the transmission band and the stop band are steep. What is required in this type of edge filter is that the transition from the stop band to the transmission band is generally as sharp as possible and the transmission band is as close to 100% as possible. In the band cut filter according to the first embodiment, almost the center of the stop band is the wavelength of the excitation light.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a main part of the characteristics in the wavelength region of 700 to 900 nm in FIG.
  • the fluorescence due to the excitation light is slightly weaker than the excitation light by several percent.
  • ICG indocyanine green
  • the video processor 13 adjusts the gain so as to increase the gain of the fluorescent light emission image (fluorescent image). For this reason, the image quality is deteriorated even by the invasion of the weak excitation light. Under such circumstances, it is desired that the stop band has a sufficient range with respect to the wavelength of the excitation light.
  • the fluorescence due to the excitation light has a peak in a gentle wavelength range continuous with the wavelength band of the excitation light. Therefore, the boundary 91 between the stop band and the transmission band of the band cut filter is important. That is, there is a demand that the boundary 91 be separated from the wavelength of the excitation light while capturing the fluorescence wavelength Wk as much as possible.
  • the band-cut filter includes a wavelength whose stop band (transmission forbidden band) corresponds to the peak intensity of the excitation light, a wavelength at which the intensity of the excitation light is equal to or less than 1 / Exp2 of the peak (that is, e 2 ), and The wavelength does not include all of the generated fluorescence wavelength Wk (or a wavelength that includes a part of the generated fluorescence wavelength Wk).
  • e is 2.71828... (hereinafter abbreviated), which is the base of natural logarithm. That is, the band cut filter cuts off the wavelength band which is particularly weak among the fluorescence wavelengths Wk and is close to the excitation light by including it in the stop band. This makes it possible to efficiently capture the effective fluorescence wavelength Wka that is effective among the weak fluorescence wavelengths Wk while minimizing the penetration of the excitation light.
  • the OD value is desirably, for example, 5 or more. By setting the OD value higher, the band cut filter can more easily block the passage of the excitation light.
  • the band cut filter can be constituted by an absorption type cut filter.
  • the absorption type cut filter a filter glass (absorption type) having little dependence on the incident light angle can be used.
  • the stop band transmission forbidden band
  • the stop band has a wavelength corresponding to the peak intensity of the excitation light, and the intensity of the excitation light is equal to or less than 1 / Exp2 of the peak (that is, e 2 ).
  • a wavelength that does not include all of the generated fluorescence wavelength Wk or a wavelength that includes a part of the generated fluorescence wavelength Wk).
  • the absorption type band cut filter cuts off the wavelength band which is particularly weak among the fluorescence wavelengths Wk and is close to the excitation light by including it in the stop band. This makes it possible to efficiently capture the effective fluorescence wavelength Wka that is effective among the weak fluorescence wavelengths Wk while minimizing the penetration of the excitation light.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the configuration and arrangement of the first imaging optical system 55 and an incident optical path of a light beam.
  • the first imaging optical system 55 includes an objective cover glass CG1, a stop AP1, a plano-convex lens L1, a flat convex lens along the optical axis from the distal end side of the endoscope 15 (in other words, the objective side or the excitation light incident side).
  • the glass FG1, the biconvex lens L2, the biconcave lens L3, and the sensor glass SG2 are arranged in this order.
  • a vapor-deposited film of the band-cut filter 111 is formed on the front surface of the flat glass FG1 (that is, the surface on the side of the plano-convex lens L1).
  • the vapor-deposited film of the band cut filter 111 is formed on the imaging side surface of the flat glass FG1 (that is, the surface on the biconvex lens L2 side) or on both sides of the flat glass FG1. May be done.
  • the thickness of the flat glass FG1 is, for example, 0.30 mm.
  • the aperture stop AP1 acts as an aperture stop (Aperture Stop) to restrict the passage of incident light by limiting the incident angle, and corresponds to the F-number.
  • the aperture AP1 allows only the light beam of the portion to be imaged out of the light from the observation target (see above) to pass. The chief ray passes through the center of the aperture even when the aperture stop is sufficiently stopped down.
  • the light beam passing through the stop AP1 is condensed by the first imaging optical system 55 and is imaged by the image sensor 33.
  • the incident light b1 including the excitation light enters the plano-convex lens L1 through the stop AP1, is converged in the optical axis direction by the plano-convex lens L1, and is formed as a vapor-deposited film on the surface of the flat glass FG1.
  • the light enters the formed band cut filter 111.
  • the angle of incidence on the band cut filter 111 that is, the angle from the vertical direction with respect to the band cut filter 111
  • the plano-convex lens L1 having the power to refract light that is, the incident light b1 is incident on the band cut filter 111 at an inclination close to vertical (in other words, an incident angle close to 0 degree).
  • the band cut filter 111 efficiently reflects the excitation light included in the incident light b1 and can sufficiently block the transmission.
  • the image height FA at which the incident angle is considered to be the largest is incident on the position of the value 1.0 (that is, the position farthest from the center of the band cut filter 111 in the light incident on the band cut filter 111).
  • the angle of incidence on the band cut filter 111 (that is, the maximum ray angle) is 24.9 degrees in air conversion, and is a predetermined threshold (for example, 25 degrees). ) (See FIG. 10).
  • the predetermined threshold value indicates an incident angle of light that can sufficiently reflect (that is, hardly pass) light incident on the band cut filter.
  • the incident light b2 transmitted through the band-cut filter 111 passes through the biconvex lens L2 and the biconcave lens L3, converges, and forms an image on the image sensor 33 arranged on the back (rear) of the sensor glass SG2.
  • Table 1 shows various lenses constituting the first imaging optical system 55 and lens data relating to the band cut filter 111 (BCF).
  • BCF band cut filter 111
  • BF represents the back focus (the distance from the rear end of the lens to the image sensor), and so on.
  • the evaporated film of the band cut filter 111 is formed on one surface (for example, the surface on the object side) of the flat glass FG1, and the band cut filter 111 faces the plano-convex lens L1.
  • the flat glass FG1 is easily arranged and arranged between the plano-convex lens L1 and the biconvex lens L2. Therefore, the first imaging optical system 55 in which only one band cut filter 111 is arranged and the endoscope 15 can be easily manufactured.
  • the surface of the band cut filter 111 on which the deposited film is formed may be the back surface (the surface on the image sensor side) of the flat glass FG1. Further, a vapor deposition film of the band cut filter 111 may be formed on both the front surface (the surface on the objective side) and the rear surface (the surface on the imaging side) of the flat glass FG1. In any of these cases, the same effect as when the band cut filter 111 is formed on the surface of the flat glass FG1 (that is, the angle of incidence of the upper ray having the image height FA of 1.0 on the band cut filter 111). Is less than 25 degrees, and an effect of appropriately blocking the excitation light is obtained.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the configuration and arrangement of the second imaging optical system 56 and an incident optical path of a light beam.
  • the same components as those of the first imaging optical system 55 are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration and operation will be simplified or omitted, and different contents will be described. .
  • the flat glass FG1 on which the vapor-deposited film of the band cut filter 111 is formed is omitted from the configuration of the first imaging optical system 55. That is, a vapor-deposited film of the band-cut filter 112 is formed on the exit-side lens surface (specifically, the convex lens curved surface) of the plano-convex lens L1.
  • the second imaging optical system 56 includes an objective cover glass CG1, an aperture AP1, a plano-convex lens L1, a band, and a band along the optical axis from the distal end side of the endoscope 15 (in other words, the objective side or the excitation light incident side).
  • the cut filter 112, the biconvex lens L2, the biconcave lens L3, and the sensor glass SG2 are sequentially arranged.
  • the incident light b1 including the excitation light enters the plano-convex lens L1 through the stop AP1, and is converged in the optical axis direction by the plano-convex lens L1.
  • the incident light in the plano-convex lens L1 enters the band cut filter 112 formed on the exit-side lens curved surface.
  • the incident light b1 is emitted with a nearly vertical inclination to the exit-side lens curved surface of the plano-convex lens L1. That is, the incident angle (angle from the normal direction of the band cut filter 112) to the band cut filter 112 formed on the exit side lens curved surface is small, and the incident light b1 is, like the first imaging optical system 55, The light is incident on the band cut filter 112 at an inclination close to vertical (in other words, an incident angle close to 0 degrees).
  • the band cut filter 112 reflects the excitation light included in the incident light b1, and can sufficiently block the transmission.
  • the upper and lower rays incident on the position where the image height FA at which the incident angle is considered to be the largest is 0.0 (that is, the center position of the band cut filter 112) are incident on the band cut filter 112.
  • the angle of incidence (that is, the maximum ray angle) on the band cut filter 112 is 13.7 degrees in air conversion, and is a predetermined threshold (25 degrees). (See FIG. 10).
  • the incident light b2 transmitted through the band cut filter 112 passes through the biconvex lens L2 and the biconcave lens L3, converges, and forms an image on the image sensor 33 arranged on the back (rear) of the sensor glass SG2.
  • Table 2 shows various lenses constituting the second imaging optical system 56 and lens data relating to the band cut filter 112 (BCF).
  • the vapor deposition film of the band cut filter 112 is formed on the curved surface of the plano-convex lens L1. Therefore, the configuration of the flat glass FG1 on which the deposited film of the band cut filter 111 of the first imaging optical system 55 is formed can be omitted.
  • the total optical length of the second imaging optical system 56 can be further reduced as compared with the first imaging optical system 55, and the second imaging optical system 56 can be designed to have a compact shape.
  • the optical system 56 and the endoscope 15 can be manufactured more easily.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the configuration and arrangement of the third imaging optical system 57 and an incident optical path of a light beam.
  • the same components as those of the first imaging optical system 55 are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration and operation will be simplified or omitted, and different contents will be described. .
  • the flat glass FG1 on which the deposited film of the band cut filter 111 is formed is omitted, as in the second imaging optical system 56.
  • the biconvex lens L2 is composed of a convex-plano-lens L2f on the incident side and a plano-convex lens L2b on the exit-side, whose cross section perpendicular to the optical axis is a flat surface.
  • a vapor-deposited film of the band cut filter 113 is formed on one of the rear surface (rear surface) of the convex-planar lens L2f and the front surface of the plano-convex lens L2b.
  • the back surface of the convex / planar lens L2f and the front surface of the plano-convex lens L2b are bonded together with an adhesive or the like in a state where the deposition film of the band cut filter 113 is interposed.
  • This adhesive has a higher refractive index than air.
  • the biconvex lens L2 in which the band cut filter 113 is disposed is formed.
  • the inside of the biconvex lens L2 is a region in the third imaging optical system 57 where the ray angle is the smallest. Therefore, light can be incident on the band cut filter 113 from a direction nearly perpendicular (in other words, an incident angle close to 0 degrees).
  • the third imaging optical system 57 includes an objective cover glass CG1, an aperture AP1, a plano-convex lens L1, and an objective cover glass CG along the optical axis from the distal end side of the endoscope 15 (in other words, the objective side or the excitation light incident side).
  • the convex lens L2 (specifically, the convex / planar lens L2f, the band-cut filter 113, the plano-convex lens L2b), the biconcave lens L3, and the sensor glass SG2 are arranged in this order.
  • the incident light b1 including the excitation light enters the plano-convex lens L1 through the stop AP1, is converged in the optical axis direction by the plano-convex lens L1, and is converged on the convex-planar lens L2f of the biconvex lens L2.
  • the inclination of the ray angle is small, and a direction close to perpendicular to the band cut filter 113 interposed between the convex-planar lens L2f and the plano-convex lens L2b (in other words, an incident angle close to 0 degree)
  • the band cut filter 113 can efficiently reflect the excitation light included in the incident light b1 and sufficiently block the transmission thereof.
  • the image height FA at which the incident angle is considered to be the largest is incident on the position of the value 1.0 (that is, the position farthest from the center of the band cut filter 113 in the light incident on the band cut filter 113).
  • the angle of incidence on the band cut filter 113 was 17.1 degrees in air conversion, and was less than the predetermined threshold (25 degrees) (see FIG. 10).
  • the band cut filter 113 when the band cut filter 113 is disposed inside the biconvex lens L2, the light incident on the band cut filter 113 enters from the lens medium, not from the air. Therefore, in the lens medium, the incident angle ⁇ 2 to the band cut filter can be calculated according to the formula (1) according to Snell's law.
  • nd1 is the refractive index of air, and has a value of 1.
  • nd2 is the refractive index of the lens medium and has a value of 1.77.
  • ⁇ 11 is an incident angle to air, which is 17.1 degrees.
  • ⁇ 2 is the angle of incidence on the lens medium.
  • ⁇ 2 was 9.6 degrees in terms of lens medium. Therefore, according to the configuration and arrangement of the third imaging optical system 57, the angle of incidence on the band cut filter 113 is closer to the vertical direction (that is, the angle of incidence is closer to 0 degrees).
  • the incident light b2 transmitted through the band cut filter 112 passes through the plano-convex lens L2b and the bi-concave lens L3 of the bi-convex lens L2, converges, and forms an image on the image sensor 33 disposed on the back (rear) of the sensor glass SG2. .
  • the third imaging optical system 57 like the second imaging optical system 56, the total optical length of the third imaging optical system 57 can be further reduced as compared with the first imaging optical system 55,
  • the third imaging optical system 57 can be designed in a compact shape, and the manufacture of the third imaging optical system 57 and the endoscope 15 can be made easier.
  • the angle of incidence inside the lens is smaller than the angle of incidence from air. As a result, light rays enter the band cut filter from a direction almost perpendicular to the band cut filter.
  • the light ray is closest to the optical axis direction, so that the light ray can enter the band cut filter 113 from a direction almost perpendicular to the band cut filter 113. Therefore, the reflection of the excitation light by the band cut filter 113 can be performed efficiently.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the configuration and arrangement of the fourth imaging optical system 58 and an incident optical path of a light beam.
  • the same components as those of the first imaging optical system 55 are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration and operation will be simplified or omitted, and different contents will be described.
  • the flat glass FG1 on which the deposited film of the band cut filter 111 is formed is omitted.
  • the two lenses L10 at the former stage (object side) are configured as lenses for reducing chromatic aberration of incident light, and are combined with the concave and convex lens L11 and the concave and convex lens L12. Note that the two lenses that reduce chromatic aberration are not limited to the example illustrated in FIG. 9, and may be combined with a biconcave lens and a biconvex lens.
  • the latter lens L20 is composed of a plano-convex lens L21 and a plano-concave lens L22 whose cross section perpendicular to the optical axis is a flat surface.
  • a vapor deposition film of the band cut filter 114 is formed on one of the rear surface (rear surface) of the convex-planar lens L21 and the front surface of the plano-concave lens L22.
  • the back surface of the convex / planar lens L21 and the front surface of the plano-concave lens L22 are bonded with an adhesive or the like in a state where the vapor deposition film of the band cut filter 114 is interposed.
  • This adhesive has a higher refractive index than air.
  • the subsequent lens L20 is formed into an uneven lens in which the band cut filter 114 is disposed.
  • the inside of the concave-convex lens is a region where the inclination of the ray angle is the smallest. Therefore, the light beam can be incident on the band cut filter 114 from a direction almost perpendicular (in other words, an incident angle close to 0 degree).
  • the fourth imaging optical system 58 includes an objective cover glass CG1, an aperture AP1, and a lens L10 (specifically, from the distal end side of the endoscope 15 (in other words, the objective side or the excitation light incident side) along the optical axis.
  • the incident light b1 including the excitation light enters the front lens L10 through the stop AP1, is converged in the optical axis direction by the front lens L10, and is incident on the rear lens L20.
  • the chromatic aberration of the incident light is reduced by the concave and convex lenses L11 and L12.
  • the light beam emitted from the former-stage lens L10 enters the latter-stage lens L20.
  • the inclination of the light beam angle is small, and the direction close to perpendicular to the band cut filter 114 interposed between the convex-planar lens L21 and the plano-concave lens L22 (in other words, the incident angle close to 0 degree) A light beam enters from.
  • the band cut filter 114 can efficiently reflect the excitation light included in the incident light b1 and sufficiently block the transmission.
  • the image height FA at which the incident angle is considered to be the largest is a value of 0.6 (that is, the distance from the center to the upper end of the band cut filter 114 in the light incident on the band cut filter 114 is 60% apart).
  • the angle of incidence on the band cut filter 114 was 9.5 degrees in air conversion, which was smaller than a predetermined threshold value (25 degrees) (see FIG. 10).
  • the incident light b2 transmitted through the band cut filter 114 converges through the plano-concave lens L22, and forms an image on the image sensor 33 disposed on the back of the sensor glass SG2.
  • the entirety of the fourth imaging optical system 58 is different.
  • the optical length can be further reduced, the fourth imaging optical system 58 can be designed in a compact shape, and the manufacture of the fourth imaging optical system 58 and the endoscope 15 can be made easier.
  • the angle of incidence inside the lens is smaller than the angle of incidence when converted to air.
  • the light ray is in the direction closest to the optical axis, so that the light ray can enter the band cut filter from a direction almost perpendicular to the band cut filter. Therefore, the excitation light can be efficiently reflected by the band cut filter, and the transmission of the excitation light can be blocked.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the maximum incident angle (in air conversion) corresponding to the generated light beam in each of the first to fourth imaging optical systems. As described above, in each of the first imaging optical system 55 to the fourth imaging optical system 58, the maximum ray angle is smaller than the predetermined threshold (25 °).
  • the first imaging optical system 55 to the fourth imaging optical system 58 only one band cut filter is arranged as compared with the case where two or more band cut filters are conventionally arranged.
  • the total optical length of the imaging optical system can be reduced.
  • a band cut filter is formed as a vapor deposition film inside or outside the lens, so that like the first imaging optical system 55.
  • the thickness (0.3 mm) of the flat glass can be omitted, and the total optical length of the imaging optical system can be further reduced accordingly.
  • the band cut filter can efficiently reflect the excitation light by forming the band cut filter by vapor deposition in a region where the incident angle is small.
  • the endoscope 15 allows the light from the subject to enter the optical path, including the visible light from the subject or the fluorescence based on the excitation light for causing the fluorescent agent administered to the subject to emit fluorescent light.
  • An imaging optical system (for example, the first imaging optical system 55) that forms an image by causing the image to be formed.
  • the endoscope 15 has an image sensor 33 that photoelectrically converts light from a subject formed by the first imaging optical system 55. Only one endoscope 15 is disposed inside the first imaging optical system 55, and a band cut filter 111 (an example of an excitation light cut filter) that blocks transmission of at least a part of excitation light among light from a subject. ).
  • the objective cover glass CG1, the stop AP1, the plano-convex lens L1, the flat glass FG1, the biconvex lens L2, the biconcave lens L3, and the sensor glass SG2 (the optical path An example of a plurality of constituent optical components) is sequentially arranged.
  • the endoscope 15 has a simple structure using a single band-cut filter and can effectively reduce the passage of excitation light unnecessary for fluorescence imaging, thereby realizing a reduction in optical length. Thus, deterioration of the image quality of the captured image due to the excitation light can be suppressed.
  • the band cut filter 111 (an example of the excitation light cut filter) is connected to the object side and the image of the flat glass FG1 adjacent to the plano-convex lens L1 (an example of the most objective side optical component). Formed on either one or both sides.
  • the band cut filter 111 may be formed between the plurality of optical components or in the flat glass FG1 which is closest to the object side of the plurality of optical components. Thereby, the imaging optical system of the endoscope 15 including the band cut filter 111 can be easily manufactured.
  • the band cut filters 113 and 114 are any of the optical components (for example, It is formed on the convex lens L2 and the lens L20) by planar deposition. Thereby, a light beam can be incident from a direction close to the optical axis (in other words, an incident angle close to 0 degrees), and the amount of excitation light received by the image sensor 33 is reduced. Further, the total optical length of the imaging optical system can be reduced.
  • the surfaces of the band cut filters 113 and 114 are formed by any one of optical components adjacent to the biconvex lens L2 and the lens L20 (for example, a convex-planar lens L2f or a plano-convex lens) L2b or the convex / planar lens L21 or the plano-concave lens L22), and the adhesive is filled with an adhesive having a higher refractive index than air.
  • a light beam can be incident from a direction close to the optical axis (in other words, an incident angle close to 0 degrees), and the amount of excitation light received by the image sensor 33 is reduced.
  • the surface of the band cut filter 111 has a gap (that is, an air layer) between any of the adjacent optical components (for example, the plano-convex lens L1). Accordingly, the light beam can be incident from a direction close to the optical axis without spreading the light beam due to the gap, and the amount of excitation light received by the image sensor 33 is reduced.
  • the band cut filter 112 is formed by vapor deposition on a curved surface of any adjacent optical component (for example, the plano-convex lens L1).
  • any adjacent optical component for example, the plano-convex lens L1.
  • other optical components for example, the front lens L10 other than any one of the optical components include two or more lenses (for example, the concave / convex lens L11 and the concave / convex lens L11) capable of reducing chromatic aberration. It is composed of a combination of lenses L12). Thereby, the chromatic aberration can be reduced, and the transmission of the excitation light can be blocked irrespective of the color difference, and the amount of the excitation light received by the image sensor 33 is reduced.
  • the chromatic aberration can be reduced, and the transmission of the excitation light can be blocked irrespective of the color difference, and the amount of the excitation light received by the image sensor 33 is reduced.
  • the band cut filter is formed by vapor deposition on any one of the plurality of optical components constituting the imaging optical system.
  • the angle dependence of the band cut filter the angle of the light beam at which the intensity of the excitation light becomes 1 / e 2 or less of the peak is ⁇ L
  • the refractive index of the optical component on which the band cut filter is formed nL
  • the incident angle is ⁇ F
  • ⁇ F sin ⁇ 1 (nL * sin ⁇ L) is formed on another portion (that is, another optical component) or is excited light inserted into another component (that is, another optical component).
  • the excitation light having the peak intensity of 1 / e 2 or more can be reflected and the transmission of the excitation light can be blocked, and the amount of excitation light received by the image sensor 33 can be reduced.
  • the band-cut filters 111, 112, 113, and 114 are configured by reflection-type cut filters.
  • the wavelength corresponding to the peak intensity of the excitation light and the intensity of the excitation light are equal to or less than 1 / e 2 of the peak as the transmission forbidden band.
  • Each of the band cut filters 111, 112, 113, and 114 is constituted by an absorption type cut filter.
  • the wavelength corresponding to the peak intensity of the excitation light and the intensity of the excitation light are 1 / e 2 or less of the peak.
  • the band-cut filter is described as an example of the reflection-type band-cut filter that reflects the excitation light and blocks transmission of the excitation light.
  • the present disclosure is similarly applicable to a case where an absorption type band cut filter that blocks transmission of light is used.
  • the present disclosure has a simple structure using a single excitation light cut filter, effectively reducing the passage of excitation light unnecessary for fluorescence imaging, and realizing a reduction in the optical length of the imaging optical system. It is useful as an endoscope that suppresses deterioration of the image quality of a fluorescent image.

Abstract

内視鏡は、光路を構成する複数の光学部品を有し、被写体に投与された蛍光薬剤を蛍光発光させるための励起光に基づく蛍光を含む、被写体からの光を光路に入射させて結像する撮像光学系と、撮像光学系により結像された被写体からの光を光電変換するイメージセンサと、撮像光学系の内部に１枚のみ配置され、被写体からの光のうち励起光の少なくとも一部の透過を遮断する励起光カットフィルタと、を備える。

Description

内視鏡
　本開示は、観察対象に照射される励起光に基づいて生じる蛍光を撮像する内視鏡に関する。
　内視鏡が挿入される観察対象（例えば、患者の体内）で生じる蛍光を撮像する際、撮像対象（例えば、患部）に照射される励起光の入射を極力抑えるために、励起光の透過を遮断するための励起光カットフィルタが内視鏡の撮像光学系に配置される。例えば、特許文献１では、撮像光学系に少なくとも２枚の励起光カットフィルタが配置される内視鏡が知られている。これらの励起光カットフィルタは、それぞれ同一の透過率特性を持ち、赤から近赤外光領域において透過率を持ち、励起光の波長帯における透過率が０．１％以下、入射角２５度の光線の透過率が０．１％以上であり、かつ入射角０度の光線の透過率が５０％以上となる波長が６８０ｎｍ以上である。
日本国特許第５３８０６９０号公報
　しかし、特許文献１の構成では、複数（例えば、２枚）の励起光カットフィルタが光学系に配置され、さらに、第１の励起光カットフィルタより対物側、第１励起光カットフィルタと第２励起光カットフィルタとの間、のそれぞれには、パワーを持つ光学素子（例えば、両凸レンズ）が配置されている。このため、撮像光学系の全光学長の短縮化が困難であり、製造が容易でないという課題があった。
　本開示は、上述した従来の状況に鑑みて案出され、１枚の励起光カットフィルタを用いた簡素な構造で、蛍光の撮像に不要な励起光の通過を効果的に低減し、撮像光学系の光学長の短縮化を実現した上で蛍光画像の画質の劣化を抑制する内視鏡を提供することを目的とする。
　本開示は、光路を構成する複数の光学部品を有し、被写体に投与された蛍光薬剤を蛍光発光させるための励起光に基づく蛍光を含む、前記被写体からの光を前記光路に入射させて結像する撮像光学系と、前記撮像光学系により結像された前記被写体からの光を光電変換するイメージセンサと、前記撮像光学系の内部に１枚のみ配置され、前記被写体からの光のうち前記励起光の少なくとも一部の透過を遮断する励起光カットフィルタと、を備える、内視鏡を提供する。
　また、本開示は、光路を構成する複数の光学部品を有し、被写体に投与された蛍光薬剤を蛍光発光させるための励起光に基づく蛍光を含む、前記被写体からの光を前記光路に入射させて結像する撮像光学系と、前記撮像光学系により結像された前記被写体からの光を光電変換するイメージセンサと、前記被写体からの光のうち前記励起光の少なくとも一部の透過を遮断する励起光カットフィルタと、を備え、前記複数の光学部品は第１のレンズおよび前記第１のレンズの後端側に配置される第２のレンズを含み、互いに隣接する前記第１のレンズの後端面および前記第２のレンズの先端面は平面であり、前記励起光カットフィルタは、互いに隣接する前記第１のレンズの後端面および前記第２のレンズの先端面の間に内挿される、内視鏡を提供する。
　本発明によれば、１枚の励起光カットフィルタを用いた簡素な構造で、蛍光の撮像に不要な励起光の通過を効果的に低減でき、撮像光学系の光学長の短縮化を実現した上で蛍光画像の画質の劣化を抑制できる。
実施の形態１に係る内視鏡システムの外観例を示す斜視図 内視鏡の先端側の外観例を示す斜視図 内視鏡の硬性部の一例を示す断面図 バンドカットフィルタの特性と励起光および蛍光の特性との一例を示すグラフ 図４の波長７００～９００ｎｍの領域の特性の要部拡大図 第１の撮像光学系の構成配置および光線の入射光路の一例を示す図 第２の撮像光学系の構成配置および光線の入射光路の一例を示す図 第３の撮像光学系の構成配置および光線の入射光路の一例を示す図 第４の撮像光学系の構成配置および光線の入射光路の一例を示す図 第１～第４のそれぞれの撮像光学系における発生光線に対応する最大入射角（空気換算）の一例を示す図
（本開示に係る一形態を得るに至った経緯）
　先ず、特許文献１に開示された複数枚の励起光カットフィルタを含む撮像光学系に比べ、撮像光学系の全光学長を短縮するために、励起光カットフィルタ（例えば、バンドカットフィルタ（ＢＣＦ：Band Cut Filter））を１枚だけ配置することを検討する。励起光は、被写体（つまり、内視鏡の挿入部が挿入される観察対象のこと。例えば、患者の体内）に予め投与された蛍光薬剤（例えば、ＩＣＧ（インドシアニングリーン））を蛍光発光させるために、被写体に照射される。
　バンドカットフィルタが１枚だけ配置され、そのバンドカットフィルタに入射する励起光（例えば、６９０ｎｍｍ～８２０ｎｍ）の入射角が大きければ、バンドカットフィルタにおいて励起光の十分な反射（言い換えると、遮断）ができず、励起光がバンドカットフィルタを通過してしまう。この場合、励起光がバンドカットフィルタを透過して撮像光学系のイメージセンサ側に進入するので、撮像の際に不要光（言い換えると、撮像画像の画質を劣化させる要因となる光）である迷光が発生する可能性が増す。
　一方で、バンドカットフィルタへの励起光の入射角が所定の閾値（例えば、２５度）未満程度である場合、バンドカットフィルタは、入射してくる励起光を十分に遮断できる。この場合、イメージセンサに結像される励起光の光量が低減されるので、イメージセンサにより撮像された画像の画質の劣化は抑制可能となることが期待される。
　そこで、以下の実施の形態では、バンドカットフィルタへの励起光の入射角が所定の閾値（例えば、２５度）未満程度となるように、１枚のバンドカットフィルタを用いた簡素な構造で、蛍光の撮像に不要な励起光（６９０ｎｍｍ～８２０ｎｍ）の透過を十分に遮断できるようにする。
　以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る内視鏡の構成や動作等を具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
　図１は、実施の形態１に係る内視鏡システム１１の外観例を示す斜視図である。以下の説明において、説明に用いる方向については図１中の方向の記載に従う。具体的には、水平面に載置されたビデオプロセッサ１３の筐体２７の上方向と下方向をそれぞれ「上」、「下」と称する。また、内視鏡１５が観察対象を撮像する側を「前（先）」と称し、ビデオプロセッサ１３に接続される側を「後」と称する。また、内視鏡１５が挿入される方向の右手側を「右」と称し、内視鏡１５が挿入される方向の左手側を「左」と称する。
　内視鏡システム１１は、内視鏡１５と、ビデオプロセッサ１３と、モニタ１７とを含む構成である。内視鏡１５は、例えば、医療用の軟性鏡である。ビデオプロセッサ１３は、内視鏡１５が観察対象（例えば、患者等である人体、あるいは、その人体内部の患部）を撮像することで得られた撮像画像（例えば、静止画および動画を含む）に対して画像処理を施す。ビデオプロセッサ１３は、画像処理により得られた画像信号を表示用の画像信号としてモニタ１７に送る。モニタ１７は、ビデオプロセッサ１３から出力される表示用の画像信号に従って、ビデオプロセッサ１３により画像処理された、内視鏡１５の撮像画像を表示する。画像処理は、例えば、色補正、階調補正、ゲイン調整を含むが、これらに限定されない。
　内視鏡１５は、患者等である人体の観察対象（被写体の一例）に挿入され、その観察対象を撮像する。内視鏡１５は、観察対象の内部に挿入されるスコープ１９と、スコープ１９の後端部が接続されるプラグ部２１とを備える。また、スコープ１９は、比較的長い可撓性を有する軟性部２３と、軟性部２３の先端に設けられた剛性を有する硬性部２５とを含む構成である。スコープ１９の構造については後述する。
　ビデオプロセッサ１３は、筐体２７を有し、内視鏡１５により撮像された撮像画像に対して画像処理を施し、画像処理後の画像信号を表示用の画像信号として出力する。筐体２７の前面には、プラグ部２１の基端部２９が挿入されるソケット部３１が配置される。プラグ部２１がソケット部３１に挿入され、内視鏡１５とビデオプロセッサ１３とが電気的に接続されることで、内視鏡１５とビデオプロセッサ１３との間で電力および各種信号（例えば映像信号、制御信号）の送受信が可能となる。これらの電力および各種信号は、スコープ１９の内部に挿通された伝送ケーブル２３１（図３参照）を介して、プラグ部２１から軟性部２３に導かれる。また、硬性部２５の内側に設けられたイメージセンサ３３（図３参照）から出力される撮像画像の画像信号は、伝送ケーブル２３１を介して、プラグ部２１からビデオプロセッサ１３に伝送される。
　また、筐体２７には、可視光（白色光）を照射するための可視光源（図示略）と励起光（例えば、ＩＲ帯の励起光）を照射するためのＩＲ励起光源（図示略）とが内蔵されている。
　可視光源は、医師等（医師等の補助をする者を含む。以下同様。）により操作されると、可視光（白色光）を発光（照射）する。この可視光（白色光）は、光ファイバ４９，４９（ライトガイドの一例）を介して内視鏡１５の挿入方向先端に導光されて観察対象に向けて照明される。
　同様に、ＩＲ励起光源は、医師等により操作されると、ＩＲ帯の励起光を発光（照射）する。この励起光は、光ファイバ３９，４１（ライトガイドの一例）を介して内視鏡１５の挿入方向先端に導光されて観察対象に向けて照明される。
　ビデオプロセッサ１３は、伝送ケーブル２３１を介して内視鏡１５から伝送された画像信号に対し、画像処理を施し、画像処理後の画像信号を表示用の画像信号に変換して、モニタ１７に出力する。
　モニタ１７は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、あるいは有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイ等の表示デバイスにより構成される。モニタ１７は、内視鏡１５によって撮像された観察対象の撮像画像を表示する。具体的には、モニタ１７は、可視光の撮像により取得した可視光画像と、励起光に基づく蛍光の撮像により発生した蛍光画像とを表示する。
　図２は、内視鏡１５の先端側の外観例を示す斜視図である。硬性部２５の先端面には、撮像窓３５が配置される。撮像窓３５は、例えば、光学ガラスあるいは光学プラスチック等の光学材料を含んで形成され、観察対象（被写体の一例）からの光を入射する。観察対象からの光は、例えば、白色光が照射された場合の観察対象により反射された光（つまり、可視光）、あるいは、ＩＲ帯の励起光が照射された場合の観察対象により反射された光（つまり、励起光）および励起光により生じた蛍光である。
　内視鏡１５は、蛍光観察用の励起光を被写体の観察対象に照射し、励起光の照射に基づいて被写体内に予め注射等で投与された蛍光薬剤（例えば、ＩＣＧ）から発せられる蛍光を撮像し、蛍光画像を取得できる。このような蛍光観察では、例えば３８０ｎｍ～４５０ｎｍの波長帯域を有する紫外線、あるいは、６９０～８２０ｎｍの波長帯域を有するＩＲ帯の励起光が用いられる。以下、実施の形態１では、蛍光観察用の励起光として、ＩＲ（Infrared）励起光を用いる例を説明するが、励起光はこれに限定されない。
　硬性部２５の先端面には、ＩＲ励起光源からの励起光を伝送（導光）するための一対の光ファイバ３９，４１の先端が露出する照明窓４３，４５が配置される。硬性部２５の先端面には、可視光源からの可視光を伝送（導光）するための一対の光ファイバ４９，５０の先端が露出する一対の照明窓５１が配置される。ＩＲ用の一対の照明窓４３，４５は、硬性部２５の先端に設けられる円形状の先端フランジ５３における直径方向の両端側に配置される。また、可視光用の一対の照明窓５１，５１は、同様に先端フランジ５３における直径方向の両端側に配置される。これらＩＲ用の一対の照明窓４３，４５と、可視光用の一対の照明窓５１，５１とは、例えば、円周方向に等間隔で配置される。なお、ＩＲ用の一対の光ファイバ３９，４１、および可視光用の一対の光ファイバ４９，４９の数は、上記以外でもよい。
　図３は、内視鏡１５の硬性部２５の一例を示す断面図である。図３の断面は、例えば、図２の照明窓４３，撮像窓３５，照明窓４５のそれぞれの中心を全て通る平面で切った断面として表されてもよいし、あるいは、図２の照明窓５１，撮像窓３５，照明窓５１のそれぞれの中心を全て通る平面で切った断面として表されてもよい。
　内視鏡１５は、レンズ支持部材２３９により撮像光学系を収容可能に支持するレンズユニット２３５と、撮像面２４１が素子カバーガラス２４３によって覆われるイメージセンサ３３と、撮像面２４１の中心にレンズの光軸を一致させたレンズユニット２３５と素子カバーガラス２４３（センサ用ガラスの一例）とを固定する接着用樹脂３７と、イメージセンサ３３の撮像面と反対側（つまり、後側）の面に設けられた４つの導体接続部２４９のそれぞれに接続される４本の電線２４５を有する伝送ケーブル２３１と、を備える。
　レンズ支持部材２３９には、光学材料（例えばガラス、樹脂等）により形成された複数（図示例では、３枚）の平凸レンズＬ１，両凸レンズＬ２，両凹レンズＬ３と、平凸レンズＬ１の前面に形成された絞りＡＰ１と、が互いに光軸の方向に近接した状態で組み込まれている。絞りＡＰ１は平凸レンズＬ１への入射光量の調整に設けられ、絞りＡＰ１を通過した光だけが平凸レンズＬ１に入射可能となる。平凸レンズＬ１，両凸レンズＬ２，両凹レンズＬ３は、全周にわたってレンズ支持部材２３９の内周面に接着剤により固定されている。なお、以下の説明において、両凹レンズＬ３の代わりに凹平レンズが設けられてもよい。
　レンズ支持部材２３９を構成する金属材料としては、例えばニッケルが用いられる。ニッケルは、剛性率が比較的高くかつ耐食性も高く、硬性部２５を構成する材料として適している。また、内視鏡１５を用いた検査時または手術時に硬性部２５からレンズ支持部材２３９を構成するニッケルが直接的に露出しないように、検査前または手術前の時点で、レンズ支持部材２３９の周囲はモールド樹脂２１７によってムラ無く被覆され、かつ硬性部２５が生体適合コーティングを施されることが好ましい。ニッケルに代えて、例えば銅ニッケル合金を用いてもよい。銅ニッケル合金も高い耐食性を有しており、硬性部２５を構成する材料として適している。また、レンズ支持部材２３９を構成する金属材料としては、好ましくは、電鋳（電気めっき）によって製造が可能な材料が選択される。
　イメージセンサ３３は、例えば前後方向から見て正方形形状をなす小型のＣＣＤ（Charge Coupled Device）あるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）の撮像デバイスにより構成される。イメージセンサ３３では、外部から入射した光が、レンズ支持部材２３９内の光学レンズ群によって集光されて撮像面２４１に結像される。また、イメージセンサ３３では、撮像面２４１が素子カバーガラス２４３（例えば、後述するセンサ用ガラスＳＧ２）によって保護されるように覆われる。
　イメージセンサ３３の背面側の後部には、４つの導体接続部２４９が設けられる。導体接続部２４９は、例えばＬＧＡ（Land grid array）によって形成することができる。４つの導体接続部２４９は、一対の電力接続部と、一対の信号接続部とからなる。４つの導体接続部２４９は、伝送ケーブル２３１の４本の電線２４５と電気的に接続される。伝送ケーブル２３１は、電線２４５である一対の電力線と、電線２４５である一対の信号線とからなる。即ち、導体接続部２４９の一対の電力接続部には、伝送ケーブル２３１の一対の電力線が接続される。導体接続部２４９の一対の信号接続部には、伝送ケーブル２３１の一対の信号線が接続される。
　この内視鏡１５によれば、レンズユニット２３５とイメージセンサ３３とが、接着用樹脂３７によって所定距離保持した状態で固定される。固定されたレンズユニット２３５とイメージセンサ３３とは、レンズユニット２３５の光軸と、撮像面２４１の中心とが位置合わせされている。また、レンズユニット２３５とイメージセンサ３３との距離は、レンズユニット２３５を通る被写体からの入射光が、イメージセンサ３３の撮像面２４１に合焦する距離で位置合わせされている。レンズユニット２３５とイメージセンサ３３とは、位置合わせされた後に固定されている。
　固定されたレンズユニット２３５とイメージセンサ３３との間には、離間部が形成される。離間部は、レンズユニット２３５とイメージセンサ３３とが、相対的に位置合わせされ、相互が接着用樹脂３７によって固定されることで、形状が定まる。即ち、離間部は、レンズユニット２３５とイメージセンサ３３との位置合わせ用の調整ギャップとなっている。
　図４は、バンドカットフィルタの特性と励起光および蛍光の特性との一例を示すグラフである。内視鏡１５は、バンドカットフィルタ（ＩＲ励起光カットフィルタの一例）を、反射型カットフィルタにより構成できる。この場合、バンドカットフィルタは、非吸収性フィルタとなるので、誘電体フィルタ（即ち、反射型カットフィルタ）と称し、吸収を示す金属フィルタと区別することができる。
　バンドカットフィルタは、透過帯と阻止帯との境８９（エッジ）、境９１が急峻なエッジフィルタとなる。この種のエッジフィルタで要請されるのは、一般的に阻止帯から透過帯への変化ができるだけ鋭く、かつ、透過帯ができるだけ１００％に近いことである。実施の形態１に係るバンドカットフィルタでは、阻止帯のほぼ中央が励起光の波長となっている。
　図５は、図４の波長７００～９００ｎｍの領域の特性の要部拡大図である。ここで、励起光による蛍光は、励起光に対して数％の微弱なものとなる。特に人体に無害な医療用の蛍光薬剤であるインドシアニングリーン（ＩＣＧ）を体内の患部周囲に投与し、観察部位（例えば、ＩＣＧが集積する患部）にＩＲ帯の励起光を当てて蛍光を生じさせることで患部を光らせて撮像する場合が考えられる。そのため、ビデオプロセッサ１３は、蛍光発光画像（蛍光画像）のゲインを上げるようにゲインを調整する。そのため、微弱な励起光の侵入によっても画質の低下が生じる。このような事情から、阻止帯は、励起光の波長に対して十分な範囲を確保したい。
　一方で、励起光による蛍光は、励起光の波長帯に連続してなだらかな波長範囲でピークとなる。そこで、バンドカットフィルタの阻止帯と透過帯との境９１が重要となる。即ち、境９１は、励起光波長から離間させつつ、蛍光波長Ｗｋはできるだけ取り込みたい要請がある。バンドカットフィルタは、阻止帯（透過禁止帯域）が、励起光のピーク強度に対応する波長と、励起光の強度がピークの１／Ｅｘｐ２（つまり、ｅ２）以下になる波長とを含み、かつ、発生した蛍光波長Ｗｋの全てを含まない波長（または、発生した蛍光波長Ｗｋの一部を含む波長）としている。ｅは、２．７１８２８…（以下、略）であり、自然対数の底である。即ち、バンドカットフィルタは、蛍光波長Ｗｋのうち特に微弱で、励起光に近接する波長領域を阻止帯に含めることで切り捨てている。これにより、励起光の侵入を極力抑制しながら、かつ、微弱な蛍光波長Ｗｋのうち実効ある有効蛍光波長Ｗｋａを効率よく取り込み可能としている。
　この反射型のバンドカットフィルタは、光学濃度（ＯＤ値）の高いものを使用することが好ましい。ＯＤ値は、例えば５以上とすることが望ましい。バンドカットフィルタは、ＯＤ値を高めに設定することにより、励起光の通過をより阻止しやすくできる。
　また、内視鏡１５は、バンドカットフィルタを、吸収型カットフィルタにより構成できる。吸収型カットフィルタとしては、入射光線角度依存性の少ないフィルタガラス（吸収タイプ）を用いることができる。この吸収型のバンドカットフィルタの場合も、阻止帯（透過禁止帯域）が、励起光のピーク強度に対応する波長と、励起光の強度がピークの１／Ｅｘｐ２（つまり、ｅ２）以下になる波長とを含み、かつ、発生した蛍光波長Ｗｋの全てを含まない波長（または、発生した蛍光波長Ｗｋの一部を含む波長）とすることができる。これにより、上述同様の作用効果を有する。つまり、吸収型のバンドカットフィルタは、蛍光波長Ｗｋのうち特に微弱で、励起光に近接する波長領域を阻止帯に含めることで切り捨てている。これにより、励起光の侵入を極力抑制しながら、かつ、微弱な蛍光波長Ｗｋのうち実効ある有効蛍光波長Ｗｋａを効率よく取り込み可能としている。
　次に、バンドカットフィルタを含む内視鏡１５の撮像光学系の構成配置例について、図６～図９を参照して説明する。
（第１の撮像光学系の構成配置）
　図６は、第１の撮像光学系５５の構成配置および光線の入射光路の一例を示す図である。第１の撮像光学系５５は、内視鏡１５の先端側（言い換えると、対物側、あるいは励起光の入射側）から光軸に沿って、対物カバーガラスＣＧ１、絞りＡＰ１、平凸レンズＬ１、平板ガラスＦＧ１、両凸レンズＬ２、両凹レンズＬ３、およびセンサ用ガラスＳＧ２が順に配置された構成である。
　第１の撮像光学系５５では、平板ガラスＦＧ１の先端側の面（つまり、平凸レンズＬ１側の面）には、バンドカットフィルタ１１１の蒸着膜が形成される。なお、第１の撮像光学系５５において、バンドカットフィルタ１１１の蒸着膜は、平板ガラスＦＧ１の撮像側の面（つまり、両凸レンズＬ２側の面）、あるいは、平板ガラスＦＧ１の両側の面に形成されてもよい。平板ガラスＦＧ１の厚みは、例えば０．３０ｍｍである。
　また、両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３の間には、例えば空気よりも屈折率の大きい接着剤が充填され、両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３との間の接着層が形成される。この接着層によって両凸レンズＬ２が両凹レンズＬ３と密着するので、両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３との間には、空気層が介在しなくなる。また、センサ用ガラスＳＧ２の背面（後面）には、イメージセンサ３３が配置される。
　絞りＡＰ１は、入射角を制限することで入射光の通過を絞る開口絞り（Aperture Stop）として作用し、Ｆナンバーに対応する。絞りＡＰ１は、観察対象からの光（上述参照）のうち結像させたい部分の光線だけを通過させる。主光線は、開口絞りが十分に絞られたときでも開口の中心を通る。内視鏡１５では、この絞りＡＰ１を通った光線が第１の撮像光学系５５によって集光されてイメージセンサ３３で結像される。
　第１の撮像光学系５５では、励起光を含む入射光ｂ１は、絞りＡＰ１を通って平凸レンズＬ１に入射し、平凸レンズＬ１で光軸方向に収束し、平板ガラスＦＧ１の表面に蒸着膜として形成されたバンドカットフィルタ１１１に入射する。この場合、バンドカットフィルタ１１１への入射角（つまり、バンドカットフィルタ１１１に対する垂直方向からの角度）は、光線を屈折させるパワーを有する平凸レンズＬ１により小さくなる。つまり、入射光ｂ１は、垂直に近い傾き（言い換えると、０度に近い入射角）でバンドカットフィルタ１１１に入射する。バンドカットフィルタ１１１は、入射光ｂ１に含まれる励起光を効率良く反射し、その透過を十分に遮断できる。
　例えば、入射角が最も大きくなると考えられる像高ＦＡが値１．０の位置（つまり、バンドカットフィルタ１１１への入射光の中で最もバンドカットフィルタ１１１の中心から離れた位置）に入射する上光線がバンドカットフィルタ１１１に入射するケースをシミュレートする。この場合、第１の撮像光学系５５の構成配置によれば、バンドカットフィルタ１１１への入射角（つまり、最大光線角）は、空気換算で２４．９度となり、所定の閾値（例えば２５度）未満であった（図１０参照）。所定の閾値は、バンドカットフィルタに入射する光を十分に反射可能な（つまり、通過させにくい）な光の入射角を示す。
　バンドカットフィルタ１１１を透過した入射光ｂ２は、両凸レンズＬ２および両凹レンズＬ３を通過して収束し、センサ用ガラスＳＧ２の背面（後面）に配置されたイメージセンサ３３に結像される。
　ここで、第１の撮像光学系５５を構成する各種レンズならびにバンドカットフィルタ１１１（ＢＣＦ）に係るレンズデータを、表１に示す。ここで、ＢＦはバックフォーカス（レンズ後端からイメージセンサまでの距離）を表し、以下同様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　このように、第１の撮像光学系５５では、平板ガラスＦＧ１の片面（例えば、対物側の表面）にバンドカットフィルタ１１１の蒸着膜が形成され、バンドカットフィルタ１１１が平凸レンズＬ１と対向するように、平板ガラスＦＧ１を平凸レンズＬ１と両凸レンズＬ２の間に配置することで簡単に構成配置される。従って、１枚だけのバンドカットフィルタ１１１が配置された第１の撮像光学系５５ならびに内視鏡１５を容易に製造できる。
　なお、バンドカットフィルタ１１１の蒸着膜が形成される面は、平板ガラスＦＧ１の裏面（イメージセンサ側の面）であってもよい。また、平板ガラスＦＧ１の表面（対物側の面）と裏面（撮像側の面）の両面に、バンドカットフィルタ１１１の蒸着膜が形成されてもよい。これらのいずれの場合でも、平板ガラスＦＧ１の表面にバンドカットフィルタ１１１が形成された場合と同様の効果（つまり、像高ＦＡが値１．０である上光線のバンドカットフィルタ１１１への入射角が２５度未満となり、励起光が適正に遮断される効果）が得られる。
（第２の撮像光学系の構成配置）
　図７は、第２の撮像光学系５６の構成配置および光線の入射光路の一例を示す図である。第２の撮像光学系５６の説明において、第１の撮像光学系５５と同一の構成要素については同一の符号を付すことでその構成や作用の説明を簡略化または省略し、異なる内容について説明する。
　第２の撮像光学系５６では、第１の撮像光学系５５の構成に対し、バンドカットフィルタ１１１の蒸着膜が形成される平板ガラスＦＧ１が省略される。つまり、平凸レンズＬ１の出射側のレンズ表面（具体的には、凸レンズ曲面）にバンドカットフィルタ１１２の蒸着膜が形成される。第２の撮像光学系５６は、内視鏡１５の先端側（言い換えると、対物側、あるいは励起光の入射側）から光軸に沿って、対物カバーガラスＣＧ１、絞りＡＰ１、平凸レンズＬ１、バンドカットフィルタ１１２、両凸レンズＬ２、両凹レンズＬ３、およびセンサ用ガラスＳＧ２が順に配置された構成である。
　第２の撮像光学系５６では、励起光を含む入射光ｂ１は、絞りＡＰ１を通って平凸レンズＬ１に入射し、平凸レンズＬ１で光軸方向に収束する。平凸レンズＬ１内の入射光は、出射側のレンズ曲面上に形成されたバンドカットフィルタ１１２に入射する。
　この場合、入射光ｂ１は、平凸レンズＬ１の出射側のレンズ曲面に対し、垂直に近い傾きで出射する。つまり、出射側のレンズ曲面に形成されたバンドカットフィルタ１１２への入射角（バンドカットフィルタ１１２の法線方向からの角度）が小さく、第１の撮像光学系５５と同様、入射光ｂ１は、垂直に近い傾き（言い換えると、０度に近い入射角）でバンドカットフィルタ１１２に入射する。バンドカットフィルタ１１２は、入射光ｂ１に含まれる励起光を反射し、その透過を十分に遮断できる。
　例えば、入射角が最も大きくなると考えられる像高ＦＡが値０．０の位置（つまり、バンドカットフィルタ１１２の中心位置）に入射する上下光線がバンドカットフィルタ１１２に入射するケースをシミュレートする。この場合、第２の撮像光学系５６の配置構成によれば、バンドカットフィルタ１１２への入射角（つまり、最大光線角）は、空気換算で１３．７度となり、所定の閾値（２５度）未満であった（図１０参照）。
　バンドカットフィルタ１１２を透過した入射光ｂ２は、両凸レンズＬ２および両凹レンズＬ３を通過して収束し、センサ用ガラスＳＧ２の背面（後面）に配置されたイメージセンサ３３に結像される。
　ここで、第２の撮像光学系５６を構成する各種レンズならびにバンドカットフィルタ１１２（ＢＣＦ）に係るレンズデータを、表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　このように、第２の撮像光学系５６では、平凸レンズＬ１のレンズ曲面にバンドカットフィルタ１１２の蒸着膜が形成される。従って、第１の撮像光学系５５のバンドカットフィルタ１１１の蒸着膜が形成される平板ガラスＦＧ１の構成を省略できる。これにより、第１の撮像光学系５５に比べて、第２の撮像光学系５６の全光学長をより一層短縮でき、第２の撮像光学系５６をコンパクトな形状に設計でき、第２の撮像光学系５６ならびに内視鏡１５の製造をより容易にできる。
（第３の撮像光学系の構成配置）
　図８は、第３の撮像光学系５７の構成配置および光線の入射光路の一例を示す図である。第３の撮像光学系５７の説明において、第１の撮像光学系５５と同一の構成要素については同一の符号を付すことでその構成や作用の説明を簡略化または省略し、異なる内容について説明する。
　第３の撮像光学系５７では、第２の撮像光学系５６と同様、バンドカットフィルタ１１１の蒸着膜が形成される平板ガラスＦＧ１が省略される。具体的には、両凸レンズＬ２は、光軸に対して垂直な断面が平坦な面となる、入射側の凸平レンズＬ２ｆおよび出射側の平凸レンズＬ２ｂにより構成される。凸平レンズＬ２ｆの背面（後面）および平凸レンズＬ２ｂの前面のいずれか一方の面には、バンドカットフィルタ１１３の蒸着膜が形成される。
　蒸着膜が形成された後、凸平レンズＬ２ｆの背面と平凸レンズＬ２ｂの前面とが、バンドカットフィルタ１１３の蒸着膜が介在した状態で、接着剤等によって貼り合わせられる。この接着剤は、空気よりも大きな屈折率を有する。これにより、内部にバンドカットフィルタ１１３が配置された両凸レンズＬ２が成形される。両凸レンズＬ２の内部は、第３の撮像光学系５７において、光線角が最も小さい領域である。従って、バンドカットフィルタ１１３に対し、光線を垂直に近い方向（言い換えると、０度に近い入射角）から入射できる。第３の撮像光学系５７は、内視鏡１５の先端側（言い換えると、対物側、あるいは励起光の入射側）から光軸に沿って、対物カバーガラスＣＧ１、絞りＡＰ１、平凸レンズＬ１、両凸レンズＬ２（具体的には、凸平レンズＬ２ｆ、バンドカットフィルタ１１３、平凸レンズＬ２ｂ）、両凹レンズＬ３、およびセンサ用ガラスＳＧ２が順に配置された構成である。
　第３の撮像光学系５７では、励起光を含む入射光ｂ１は、絞りＡＰ１を通って平凸レンズＬ１に入射し、平凸レンズＬ１で光軸方向に収束して両凸レンズＬ２の凸平レンズＬ２ｆに入射する。凸平レンズＬ２ｆの内部では、光線角の傾きが小さく、凸平レンズＬ２ｆと平凸レンズＬ２ｂの間に介在するバンドカットフィルタ１１３に対し、垂直に近い方向（言い換えると、０度に近い入射角）から光線が入射する。バンドカットフィルタ１１３は、入射光ｂ１に含まれる励起光を効率良く反射し、その透過を十分に遮断できる。
　例えば、入射角が最も大きくなると考えられる像高ＦＡが値１．０の位置（つまり、バンドカットフィルタ１１３への入射光の中で最もバンドカットフィルタ１１３の中心から離れた位置）に入射する下光線がバンドカットフィルタ１１３に入射するケースをシミュレートする。この場合、バンドカットフィルタ１１３への入射角（つまり、最大光線角）は、空気換算で１７．１度となり、所定の閾値（２５度）未満であった（図１０参照）。
　ここで、バンドカットフィルタ１１３が両凸レンズＬ２の内部に配置される場合、バンドカットフィルタ１１３への入射光は、空気からでなく、レンズ媒質から入射する。したがって、レンズ媒質では、バンドカットフィルタへの入射角θ２は、スネルの法則により、数式（１）に従って算出可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　数式（１）において、ｎｄ１は、空気の屈折率であり、値１である。ｎｄ２は、レンズ媒質の屈折率であり、値１．７７である。θ１１は空気への入射角であり、１７．１度である。θ２はレンズ媒質への入射角である。
　計算の結果、レンズ媒質換算で、θ２は９．６度となった。従って、バンドカットフィルタ１１３への入射角は、第３の撮像光学系５７の構成配置によれば、より一層垂直方向に近くなる（つまり、入射角が０度に近くなる）。
　バンドカットフィルタ１１２を透過した入射光ｂ２は、両凸レンズＬ２の平凸レンズＬ２ｂおよび両凹レンズＬ３を通過して収束し、センサ用ガラスＳＧ２の背面（後面）に配置されたイメージセンサ３３に結像する。
　ここで、第３の撮像光学系５７を構成する各種レンズならびにバンドカットフィルタ１１１（ＢＣＦ）に係るレンズデータを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　このように、第３の撮像光学系５７では、第２の撮像光学系５６と同様、第１の撮像光学系５５に比べて第３の撮像光学系５７の全光学長をより一層短縮でき、第３の撮像光学系５７をコンパクトな形状に設計でき、第３の撮像光学系５７ならびに内視鏡１５の製造をより容易にできる。しかも、レンズ内部で励起光の反射が起こるので、空気からの入射角と比べ、レンズ内部の入射角は小さくなる。これにより、バンドカットフィルタに対し、垂直に近い方向から、光線が入射する。また、両凸レンズＬ２の領域では、第３の撮像光学系５７において、光線が最も光軸方向に近くなるので、光線は、より一層バンドカットフィルタ１１３に対し、垂直に近い方向から入射できる。従って、バンドカットフィルタ１１３による励起光の反射を効率良く行うことができる。
（第４撮像光学系の構成配置）
　図９は、第４の撮像光学系５８の構成配置および光線の入射光路の一例を示す図である。第４の撮像光学系５８において、第１の撮像光学系５５と同一の構成要素については同一の符号を付すことでその構成や作用の説明を簡略化または省略し、異なる内容について説明する。
　第４の撮像光学系５８では、第２の撮像光学系５６および第３の撮像光学系５７と同様、バンドカットフィルタ１１１の蒸着膜が形成される平板ガラスＦＧ１が省略される。具体的には、前段（対物側）の２枚のレンズＬ１０は、入射光の色収差を低減するためのレンズとして構成されており、凹凸レンズＬ１１と凹凸レンズＬ１２で組み合わされる。なお、色収差を低減する２枚のレンズは、図９に示す例に限定されず、両凹レンズと両凸レンズで組み合わされてもよい。
　後段のレンズＬ２０は、光軸に対して垂直な断面が平坦な面となる、凸平レンズＬ２１と平凹レンズＬ２２とにより構成される。凸平レンズＬ２１の背面（後面）および平凹レンズＬ２２の前面のいずれか一方の面には、バンドカットフィルタ１１４の蒸着膜が形成される。
　蒸着膜が形成された後、凸平レンズＬ２１の背面と平凹レンズＬ２２の前面とが、バンドカットフィルタ１１４の蒸着膜が介在した状態で、接着剤等によって貼り合わせられる。この接着剤は、空気よりも大きな屈折率を有する。これにより、後段のレンズＬ２０は、内部にバンドカットフィルタ１１４が配置された凹凸レンズに成形される。この凹凸レンズの内部は、光線角の傾きが最も小さい領域である。従って、バンドカットフィルタ１１４に対し、光線を垂直に近い方向（言い換えると、０度に近い入射角）から入射できる。第４の撮像光学系５８は、内視鏡１５の先端側（言い換えると、対物側、あるいは励起光の入射側）から光軸に沿って、対物カバーガラスＣＧ１、絞りＡＰ１、レンズＬ１０（具体的には、凹凸レンズＬ１１、凹凸レンズＬ１２）、レンズＬ２０（具体的には、凸平レンズＬ２１、バンドカットフィルタ１１４、平凹レンズＬ２２）、およびセンサ用ガラスＳＧ２が順に配置された構成である。
　第４の撮像光学系５８では、励起光を含む入射光ｂ１は、絞りＡＰ１を通って前段のレンズＬ１０に入射し、前段のレンズＬ１０で光軸方向に収束し、後段のレンズＬ２０に入射する。このとき、前段のレンズＬ１０では、入射光に対し、凹凸レンズＬ１１および凹凸レンズＬ１２によって色収差が低減される。色収差を低減するレンズの組み合わせとて、例えば、クラウン系ガラスによる凸レンズとフリント系ガラスによる凹レンズとの組み合わせにより、色ずれ（色収差）を打ち消す（キャンセル）アクロマートレンズが挙げられる。
　前段のレンズＬ１０から出射した光線は、後段のレンズＬ２０に入射する。後段のレンズＬ２０の内部では、光線角の傾きが小さく、凸平レンズＬ２１と平凹レンズＬ２２の間に介在するバンドカットフィルタ１１４に対し、垂直に近い方向（言い換えると、０度に近い入射角）から光線が入射する。バンドカットフィルタ１１４は、入射光ｂ１に含まれる励起光を効率良く反射し、その透過を十分に遮断できる。
　例えば、入射角が最も大きくなると考えられる像高ＦＡが値０．６の位置（つまり、バンドカットフィルタ１１４への入射光の中でバンドカットフィルタ１１４の中心から上端までの距離が６０％離れた位置）に入射する上光線がバンドカットフィルタ１１４に入射するケースをシミュレートする。この場合、バンドカットフィルタ１１４への入射角（つまり、最大光線角）は、空気換算で９．５度となり、所定の閾値（２５度）と比べて小さな値となった（図１０参照）。
　バンドカットフィルタ１１４を透過した入射光ｂ２は、平凹レンズＬ２２を通って収束し、センサ用ガラスＳＧ２の背面に配置されたイメージセンサ３３に結像する。
　ここで、第３の撮像光学系５７を構成する各種レンズならびにバンドカットフィルタ１１１（ＢＣＦ）に係るレンズデータを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　このように、第４の撮像光学系５８では、第２の撮像光学系５６および第３の撮像光学系５７と同様、第１の撮像光学系５５に比べて第４の撮像光学系５８の全光学長をより一層短縮でき、第４の撮像光学系５８をコンパクトな形状に設計でき、第４の撮像光学系５８ならびに内視鏡１５の製造をより容易にできる。しかも、レンズ内部で励起光の反射が起こるので、空気換算された場合、入射角と比べ、レンズ内部の入射角は小さくなる。また、後段のレンズＬ２０の領域では、第４の撮像光学系５８において、光線が最も光軸に近い方向となるので、光線は、より一層バンドカットフィルタに対し、垂直に近い方向から入射できる。従って、バンドカットフィルタによる励起光の反射を効率良く行うことができ、励起光の透過を遮断できる。
　図１０は、第１～第４のそれぞれの撮像光学系における発生光線に対応する最大入射角（空気換算）の一例を示す図である。上述したように、第１の撮像光学系５５～第４の撮像光学系５８のいずれにおいても、最大光線角は、所定の閾値（２５°）未満である。
　このように、第１の撮像光学系５５～第４の撮像光学系５８では、従来、２枚以上のバンドカットフィルタを配置した場合と比べ、バンドカットフィルタを１枚配置しただけであるので、撮像光学系の全光学長を短縮できる。
　また、特に第２の撮像光学系５６～第４の撮像光学系５８に限っては、レンズ内部または外部でバンドカットフィルタを蒸着膜として形成することで、第１の撮像光学系５５のように平板ガラスＦＧ１に蒸着膜を形成する場合と比べ、平板ガラスの厚み（０．３ｍｍ）を省くことができ、その分、撮像光学系の全光学長をより一層短縮できる。また、１枚のバンドカットフィルタの場合、励起光が面に対して垂直方向に近い入射角で入射すると、励起光の反射率は大きくなるが、入射角が大きくなると、励起光の迷光により励起光を反射しきれなくなる。従って、入射角が小さくなるような領域にバンドカットフィルタを蒸着によって形成することで、バンドカットフィルタは、励起光を効率良く反射できる。
　以上により、実施の形態１に係る内視鏡１５は、被写体からの可視光もしくは被写体に投与された蛍光薬剤を蛍光発光させるための励起光に基づく蛍光を含む、被写体からの光を光路に入射させて結像する撮像光学系（例えば、第１の撮像光学系５５）を有する。内視鏡１５は、第１の撮像光学系５５により結像された被写体からの光を光電変換するイメージセンサ３３を有する。内視鏡１５は、第１の撮像光学系５５の内部に１枚のみ配置され、被写体からの光のうち励起光の少なくとも一部の透過を遮断するバンドカットフィルタ１１１（励起光カットフィルタの一例）を有する。
　第１の撮像光学系５５では、先端側から光軸に沿って、対物カバーガラスＣＧ１、絞りＡＰ１、平凸レンズＬ１、平板ガラスＦＧ１、両凸レンズＬ２、両凹レンズＬ３、およびセンサ用ガラスＳＧ２（光路を構成する複数の光学部品の一例）が順に配置される。これにより、内視鏡１５は、１枚のバンドカットフィルタを用いた簡素な構造で、蛍光の撮像に不要な励起光の通過を効果的に低減できるので、光学長の短縮化を実現した上で励起光による撮像画像の画質の劣化を抑制できる。
　また、第１の撮像光学系５５において、バンドカットフィルタ１１１（励起光カットフィルタの一例）は、平凸レンズＬ１（最も対物側の光学部品の一例）に隣接される平板ガラスＦＧ１の対物側および撮像側のいずれか一方または両方に形成される。なお、バンドカットフィルタ１１１は、複数の光学部品の間、あるいは複数の光学部品の最も対物側に隣接される平板ガラスＦＧ１内に形成されてもよい。これにより、バンドカットフィルタ１１１を含む内視鏡１５の撮像光学系を容易に製造できる。
　また、第３，第４の撮像光学系５７，５８において、バンドカットフィルタ１１３，１１４（励起光カットフィルタの一例）は、複数の光学部品のうち内挿されるいずれかの光学部品（例えば、両凸レンズＬ２，レンズＬ２０）に平面蒸着されて形成される。これにより、光軸に近い方向（言い換えると、０度に近い入射角）から光線を入射でき、励起光のイメージセンサ３３への受光量が低減される。また、撮像光学系の全光学長を短縮できる。
　また、第３，第４の撮像光学系５７，５８において、バンドカットフィルタ１１３，１１４の面は、両凸レンズＬ２，レンズＬ２０の隣接するいずれかの光学部品（例えば、凸平レンズＬ２ｆあるいは平凸レンズＬ２ｂ、または、凸平レンズＬ２１あるいは平凹レンズＬ２２）と接着され、その接着は空気よりも屈折率の高い接着剤で充填される。これにより、光軸に近い方向（言い換えると、０度に近い入射角）から光線を入射でき、励起光のイメージセンサ３３への受光量が低減される。
　また、第１の撮像光学系５５において、バンドカットフィルタ１１１の面は、隣接するいずれかの光学部品（例えば、平凸レンズＬ１）との間で、空隙（つまり、空気層）を有する。これにより、空隙によって光線が広がることなく、光軸に近い方向から光線を入射でき、励起光のイメージセンサ３３への受光量が低減される。
　また、第２の撮像光学系５６において、バンドカットフィルタ１１２は、隣接するいずれかの光学部品（例えば、平凸レンズＬ１）が有する曲面に蒸着されて形成される。これにより、光線が光軸に近い方向でなく拡散しても、バンドカットフィルタ１１２の法線方向に近い入射角で入射でき、励起光のイメージセンサ３３への受光量が低減される。また、撮像光学系の全光学長を短縮できる。
　また、第４の撮像光学系５８において、いずれかの光学部品以外の他の光学部品（例えば、前段のレンズＬ１０）は、色収差を低減可能な２枚以上のレンズ（例えば、凹凸レンズＬ１１および凹凸レンズＬ１２）の組み合わせにより構成される。これにより、色収差を低減するとともに、色の違いによらず励起光の透過を遮断でき、励起光のイメージセンサ３３への受光量が低減される。
　また、バンドカットフィルタは、撮像光学系を構成する複数の光学部品のうちいずれかの光学部品に蒸着して形成される。バンドカットフィルタの角度依存性として、励起光の強度がピークの１／ｅ２以下になる光線角度をθＬ、バンドカットフィルタが形成された光学部品の屈折率をｎＬ、バンドカットフィルタへの光の入射角をθＦとした場合、θＦ＝ｓｉｎ－１（ｎＬ＊ｓｉｎθＬ）が他の部位（つまり他の光学部品）上に形成あるいは他の部品（つまり他の光学部品）内に挿入された励起光カットフィルタへの入射角よりも小さい関係を満たす（＊は乗算の演算子を示す）。これにより、励起光の強度がピークの１／ｅ２以上の励起光を反射させ、その透過を遮断でき、励起光のイメージセンサ３３への受光量が低減される。
　また、バンドカットフィルタ１１１，１１２，１１３，１１４は、反射型カットフィルタにより構成され、透過禁止帯域として、励起光のピーク強度に対応する波長と、励起光の強度がピークの１／ｅ２以下になる波長とを含み、かつ、励起光に基づいて発生した蛍光の波長帯の一部を含むか、または蛍光の波長帯の全てを含まない波長である。これにより、励起光の透過を確実に遮断でき、蛍光を透過させることができる。つまり、励起光の侵入を極力抑制しながら、かつ、微弱な蛍光波長のうち実効ある有効蛍光波長を効率よく取り込み可能である。
　また、バンドカットフィルタ１１１，１１２，１１３，１１４は、吸収型カットフィルタにより構成され、透過禁止帯域として、励起光のピーク強度に対応する波長と、励起光の強度がピークの１／ｅ２以下になる波長とを含み、かつ、励起光に基づいて発生した蛍光の波長帯の一部を含むか、または蛍光の波長帯の全てを含まない波長である。これにより、励起光の透過を確実に遮断でき、蛍光を透過させることができる。つまり、励起光の侵入を極力抑制しながら、かつ、微弱な蛍光波長のうち実効ある有効蛍光波長を効率よく取り込み可能である。
　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各種の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　例えば、上述した実施の形態では、バンドカットフィルタは、励起光を反射することで励起光の透過を遮断する反射型のバンドカットフィルタを例示して説明したが、励起光を吸収することで励起光の透過を遮断する吸収型のバンドカットフィルタを用いた場合でも、本開示は同様に適用可能である。
　なお、本出願は、２０１８年９月２８日出願の日本特許出願（特願２０１８－１８５２２３）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
　本開示は、１枚の励起光カットフィルタを用いた簡素な構造で、蛍光の撮像に不要な励起光の通過を効果的に低減し、撮像光学系の光学長の短縮化を実現した上で蛍光画像の画質の劣化を抑制する内視鏡として有用である。
１５　内視鏡
２５　硬性部
３３　イメージセンサ
５３　先端フランジ
５５　第１の撮像光学系
５６　第２の撮像光学系
５７　第３の撮像光学系
５８　第４の撮像光学系
１１１、１１２、１１３、１１４　バンドカットフィルタ
ＡＰ１　絞り
ＣＧ１　対物カバーガラス
ＦＧ１　平板ガラス
Ｌ１　平凸レンズ
Ｌ２　両凸レンズ
Ｌ２ｆ　凸平レンズ
Ｌ２ｂ　平凸レンズ
Ｌ２０　レンズ
Ｌ２１　凸平レンズ
Ｌ２２　平凹レンズ
ＳＧ２　センサ用ガラス

Claims (15)

  1. 　光路を構成する複数の光学部品を有し、被写体に投与された蛍光薬剤を蛍光発光させるための励起光に基づく蛍光を含む、前記被写体からの光を前記光路に入射させて結像する撮像光学系と、
    　前記撮像光学系により結像された前記被写体からの光を光電変換するイメージセンサと、
    　前記撮像光学系の内部に１枚のみ配置され、前記被写体からの光のうち前記励起光の少なくとも一部の透過を遮断する励起光カットフィルタと、を備える、
    　内視鏡。
  2. 　前記励起光カットフィルタは、前記複数の光学部品の間、あるいは前記複数の光学部品の最も対物側もしくは最も撮像側の光学部品に隣接される平板ガラスの対物側および撮像側のいずれか一方または両方に形成される、
    　請求項１に記載の内視鏡。
  3. 　前記励起光カットフィルタは、前記複数の光学部品のうち内挿されるいずれかの光学部品に平面蒸着されて形成される、
    　請求項１に記載の内視鏡。
  4. 　前記励起光カットフィルタの面は、隣接するいずれかの光学部品と接着され、その接着は空気よりも屈折率の高い接着剤で充填される、
    　請求項１に記載の内視鏡。
  5. 　前記励起光カットフィルタの面は、隣接するいずれかの光学部品との間で、空隙を有する、
    　請求項１に記載の内視鏡。
  6. 　前記励起光カットフィルタは、隣接するいずれかの光学部品が有する曲面に蒸着されて形成される、
    　請求項１に記載の内視鏡。
  7. 　前記いずれかの光学部品以外の他の光学部品は、色収差を低減可能な２枚以上のレンズの組み合わせにより構成される、
    　請求項３に記載の内視鏡。
  8. 　前記励起光カットフィルタは、前記複数の光学部品のうちいずれかの光学部品に蒸着して形成され、
    　前記励起光カットフィルタの角度依存性として、前記励起光の強度がピークの１／ｅ２以下になる光線角度をθＬ、前記励起光カットフィルタが形成された前記いずれかの光学部品の屈折率をｎＬ、前記励起光カットフィルタへの光の入射角をθＦとした場合、
    　θＦ＝ｓｉｎ－１（ｎＬ＊ｓｉｎθＬ）が他の部位に挿入された前記励起光カットフィルタへの入射角よりも小さい、関係を満たす（＊は乗算の演算子を示す）、
    　請求項１～７のうちいずれか一項に記載の内視鏡。
  9. 　前記励起光カットフィルタは、反射型カットフィルタにより構成され、透過禁止帯域として、前記励起光のピーク強度に対応する波長と、前記励起光の強度がピークの１／ｅ２以下になる波長とを含み、かつ、前記励起光に基づいて発生した蛍光の波長帯の一部を含むか、または前記蛍光の波長帯の全てを含まない波長である、
    　請求項１～８のうちいずれか一項に記載の内視鏡。
  10. 　前記励起光カットフィルタは、吸収型カットフィルタにより構成され、透過禁止帯域として、前記励起光のピーク強度に対応する波長と、前記励起光の強度がピークの１／ｅ２以下になる波長とを含み、かつ、前記励起光に基づいて発生した蛍光の波長帯の一部を含むか、または前記蛍光の波長帯の全てを含まない波長である、
    　請求項１～８のうちいずれか一項に記載の内視鏡。
  11. 　光路を構成する複数の光学部品を有し、被写体に投与された蛍光薬剤を蛍光発光させるための励起光に基づく蛍光を含む、前記被写体からの光を前記光路に入射させて結像する撮像光学系と、
    　前記撮像光学系により結像された前記被写体からの光を光電変換するイメージセンサと、
    　前記被写体からの光のうち前記励起光の少なくとも一部の透過を遮断する励起光カットフィルタと、を備え、
    　前記複数の光学部品は第１のレンズおよび前記第１のレンズの後端側に配置される第２のレンズを含み、
    　互いに隣接する前記第１のレンズの後端面および前記第２のレンズの先端面は平面であり、
    　前記励起光カットフィルタは、互いに隣接する前記第１のレンズの後端面および前記第２のレンズの先端面の間に内挿される、
    　内視鏡。
  12. 　前記励起光カットフィルタは、前記第１のレンズの後端面および前記第２のレンズの先端面のうち少なくともいずれかの一方の面に蒸着されて形成される、
    　請求項１１に記載の内視鏡。
  13. 　前記第１のレンズは凸平レンズであり、前記第２のレンズは平凸レンズである、
    　請求項１１に記載の内視鏡。
  14. 　前記第１のレンズは凸平レンズであり、前記第２のレンズは平凹レンズである、
    　請求項１１に記載の内視鏡。
  15. 　前記第１のレンズの後端面および前記第２のレンズの先端面の間の領域は、前記撮像光学系において、光線角が最も小さい領域である、
    　請求項１１に記載の内視鏡。
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