内視鏡用対物レンズ及び内視鏡システム
【課題】簡単かつ低コストの方法でフォーカシングの可能な内視鏡用対物レンズ、フォーカシングのためのアクチュエータ及び内視鏡システムを提供する。
【解決手段】複数のレンズ及び絞りＳＴを備え、絞りに隣接して光学素子ＯＥが配され、光学素子を光軸Ｏと異なる方向に動かして焦点距離を変化させる。複数のレンズが、絞りの前方に配された負の屈折力を持つフロントレンズ群Ｇ１と、絞りの後方に配された正の屈折力を持つリアレンズ群Ｇ２とで構成され、光学素子が、フロントレンズ群と絞りとの間、または絞りとリアレンズ群との間に配される。
【解決手段】複数のレンズ及び絞りＳＴを備え、絞りに隣接して光学素子ＯＥが配され、光学素子を光軸Ｏと異なる方向に動かして焦点距離を変化させる。複数のレンズが、絞りの前方に配された負の屈折力を持つフロントレンズ群Ｇ１と、絞りの後方に配された正の屈折力を持つリアレンズ群Ｇ２とで構成され、光学素子が、フロントレンズ群と絞りとの間、または絞りとリアレンズ群との間に配される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、内視鏡に使われるデジタル撮像装置の対物レンズ、及び内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡術は、内部組織に問題のある患者の医療検診、診断及び治療に広く使われる。これは、患者には回復時間を短くし、医者には柔軟な動作能力を可能にする便利な医療技術である。したがって、内視鏡術はいろいろな類型の病院及びクリニックで一般的に使われる。
【０００３】
特に、結像ユニットは、内部組織の高品質の映像を提供するのに重要な役割を行う。内視鏡装置は、去る数十年間漸進的に発展してきた。結像ユニットは、ファイバイメージガイドからデジタルセンサーの活用まで発展してきた。対物レンズは、現代のイメージセンサーの需要を満たすように開発された。しかし、内視鏡のサイズは、イメージ品質ほど重要であり、結像ユニットのサイズも重要である。内視鏡対物レンズのレンズ構造は簡単であるが、システム開発において最も問題になるのは、小型サイズである。レンズ製造技術の限界のため、光学システム機能に対するニーズの増加と共に、レンズ構造がなるべく単純化されねばならない。
【０００４】
去る１０年間、新たなイメージ品質規格が内視鏡に有効になった。最大有効イメージ解像度オプションが、全体０．３Ｍｐｉｘから１．３Ｍｐｉｘまで、そしてそれ以上まで増加した。医療陣には、高画質のものが鮮明な患部の観察のために重要である。結像ユニットサイズが厳しく制限されるため、センサーサイズが変わらず、言及された解像度を得る可能性を提供するためにピクセルサイズが縮小した。しかし、さらに小さなピクセルサイズ（高解像度）では、回折限界のため広いＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｉｅｌｄ）を得難い。
【０００５】
また、内視鏡に使われる対物レンズで、フォーカシングのために一つ以上のレンズを、光軸に沿って移動させる方法を使用する。これはシステムサイズを大きくし、レンズを移動させるための駆動メカニズム及びコントロールシステムを複雑にする。さらに、かかるフォーカシングシステムは、近距離における短いＤＯＦによって使用が不便でありうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、簡単かつ低コストの方法でフォーカシングの可能な内視鏡用対物レンズを提供することである。
【０００７】
本発明が解決しようとするさらに他の課題は、低コストでフォーカシング性能の優秀な内視鏡システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態は、複数のレンズ及び絞りを備え、前記絞りに隣接して光学素子が配され、前記光学素子を、光軸と異なる方向に動かして焦点距離を変化させる内視鏡用対物レンズを提供する。
【０００９】
前記複数のレンズが、前記絞りの前方に配された負の屈折力を持つフロントレンズ群と、前記絞りの後方に配された正の屈折力を持つリアレンズ群とで構成され、前記光学素子が、前記フロントレンズ群と絞りとの間、または前記絞りとリアレンズ群との間に配され、前記フロントレンズ群が、負の屈折力を持つ第１レンズ、正の屈折力を持つ第２レンズを備え、前記リアレンズ群が、正の屈折力を持つ第３レンズ、正の屈折力を持つ第４レンズ及び負の屈折力を持つ第５レンズを備える。
【００１０】
内視鏡用対物レンズは、次の式を満たす。
【００１１】
０．８≦｜ｄｓ／ｆＧ１｜≦１．８
ここで、ｄｓは、第１レンズの物体側面の頂点と絞りとの間の距離を、ｆＧ１は、フロントレンズ群の焦点距離を表す。
【００１２】
前記光学素子が光軸上にあるか、または光軸を外れるように移動して焦点距離を変化させる。
【００１３】
前記光学素子は、パワーのない透明素子である。前記光学素子は、両面が平面であるガラスプレートである。前記光学素子は、正の屈折力を持つか、または負の屈折力を持つ。前記光学素子は、光軸に対して垂直の方向に移動して焦点距離を変化させる。
【００１４】
前記対物レンズのＦｎｏは、４〜６の範囲を持つ。前記対物レンズの遠距離におけるＤＯＦは、５〜１００ｍｍ範囲を持ち、近距離におけるＤＯＦは、２．５〜１０ｍｍ範囲を持つ。
【００１５】
前記第２レンズは、上側に凸面を持つメニスカス型である。
【００１６】
内視鏡用対物レンズは、次の式を満たす。
【００１７】
ｄ４８／ｆｆｒ≧２．０
ここで、ｄ４８は、第２レンズの上側面の頂点と第３レンズの物体側面の頂点との間の距離を、ｆｆｒは、対物レンズの全体焦点距離を表す。
【００１８】
内視鏡用対物レンズは、次の式を満たす。
【００１９】
ｆ２／ｆｆｒ≧６．０
０．３≦ｆ４５／ｆ２≦２．５
ここで、ｆ２は、第２レンズの焦点距離を、ｆｆｒは、対物レンズの全体焦点距離を、ｆ４５は、第４レンズ及び第５レンズを備える接合レンズの焦点距離を表す。
【００２０】
第２レンズ及び第３レンズは、非球面を含む。
【００２１】
本発明の一実施形態による内視鏡システムは、末端部に対物レンズが備えられたベンディング部と、前記ベンディング部に連結された挿入部と、を備え、前記対物レンズは、複数のレンズ及び絞りを備え、前記絞りに隣接して光学素子が配され、前記光学素子を光軸と異なる方向に動かして焦点距離を変化させる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例による内視鏡用対物レンズを示す図面である。
【図２Ａ】本発明の第１実施例による内視鏡用対物レンズが遠距離物体にフォーカシングすることを示す図面である。
【図２Ｂ】本発明の第１実施例による内視鏡用対物レンズが近距離物体にフォーカシングすることを示す図面である。
【図３Ａ】本発明の第１実施例による内視鏡用対物レンズが遠距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図３Ｂ】本発明の第１実施例による内視鏡用対物レンズが近距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図４】本発明の第２実施例による内視鏡用対物レンズを示す図面である。
【図５Ａ】本発明の第２実施例による内視鏡用対物レンズが遠距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図５Ｂ】本発明の第２実施例による内視鏡用対物レンズが近距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図６】本発明の第３実施例による内視鏡用対物レンズを示す図面である。
【図７Ａ】本発明の第３実施例による内視鏡用対物レンズが遠距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図７Ｂ】本発明の第３実施例による内視鏡用対物レンズが近距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図８】本発明の第４実施例による内視鏡用対物レンズを示す図面である。
【図９Ａ】本発明の第４実施例による内視鏡用対物レンズが遠距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図９Ｂ】本発明の第４実施例による内視鏡用対物レンズが近距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図１０】本発明の第５実施例による内視鏡用対物レンズを示す図面である。
【図１１Ａ】本発明の第５実施例による内視鏡用対物レンズが遠距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図１１Ｂ】本発明の第５実施例による内視鏡用対物レンズが近距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるフォーカシングのためのアクチュエータを概略的に示す図面である。
【図１３】本発明の一実施形態による対物レンズを備える内視鏡システムを概略的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態による内視鏡用対物レンズ、及び内視鏡システムについて、添付された図面を参照して詳細に説明する。図面で同じ参照番号は同じ構成要素を示し、各構成要素のサイズや厚さは説明の便宜のために誇張していることがある。一方、以下で説明される実施形態は単に例示的なものに過ぎず、かかる実施形態から多様な変形が可能である。
【００２４】
本発明の実施形態による内視鏡用対物レンズ１０は、図１を参照すれば、物体側Ｏから順次にフロントレンズ群（ｆｒｏｎｔ ｌｅｎｓ ｇｒｏｕｐ）Ｇ１、絞りＳＴ及びリアレンズ群（ｒｅａｒ ｌｅｎｓ ｇｒｏｕｐ）Ｇ２を備える。前記絞りＳＴに隣接して光学素子ＯＥが配される。前記光学素子ＯＥは、例えば、前記フロントレンズ群Ｇ１と絞りＳＴとの間または前記絞りＳＴとリアレンズ群Ｇ２との間に配される。前記光学素子ＯＥは、光軸と異なる方向に移動可能になっており、光学素子ＯＥによりフォーカシングが行われる。前記絞りＳＴは、口径の変わらない固定絞りでありうる。したがって、本実施形態による内視鏡用対物レンズは、光量が可変しない。
【００２５】
図２Ａに示したように、光学素子ＯＥが光軸上にある時に焦点距離が長くなり、図２Ｂに示したように、光学素子ＯＥが光軸を外れるように移動する時に焦点距離が短くなる。前記光学素子ＯＥは、例えば、パワーのない透明素子でありうる。ここで、パワーは屈折力を表す。光学素子ＯＥがパワーのない場合、光学素子によるコストアップが少なく、全体的なパワーに影響がないので収差管理も容易であり、光学素子の動きにも自由度が高いという利点がある。しかし、光学素子がこれに限定されるものではなく、前記光学素子ＯＥはパワーを持つことも可能である。言い換えれば、前記光学素子ＯＥは、正の屈折力または負の屈折力を持つ。
【００２６】
また、前記光学素子ＯＥが絞りＳＴに隣接して配される時、光学素子ＯＥの移動時に絞りの開口に対応する最小距離ほど移動すればよいので、光学素子ＯＥの移動によるサイズ増大が最小化する。
【００２７】
本発明の実施形態による内視鏡用対物レンズは、前述したように光学素子ＯＥを光軸と異なる方向、例えば、光軸と垂直の方向に移動して焦点距離を調節することで、高解像度のイメージを得る。例えば、内視鏡用対物レンズは、４〜６範囲のＦｎｏを持つ。また、前記対物レンズの遠距離におけるＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｉｅｌｄ）が５〜１００ｍｍ範囲を持ち、近距離におけるＤＯＦが２．５〜１０ｍｍ範囲を持つ。このように、遠距離におけるＤＯＦと近距離におけるＤＯＦとが重なる範囲があって、高解像度の鮮明な近距離映像を撮影できる。
【００２８】
前記光学素子ＯＥはパワーのない素子であるため、動きに自由度が高くて光軸上にくるか、または光軸を外れることでフォーカシング可能であり、フォーカシング時に光軸に対して垂直に動くことに限定されず、傾いて動くことも可能である。このように光学素子ＯＥの敏感度が小さいため、光学素子ＯＥを容易に製作でき、コストも低い。前記光学素子ＯＥは、ガラスプレートで形成される。ガラスプレートの少なくとも一面が平面でありうる。例えば、光学素子ＯＥの一面が階段状に形成され、この場合、焦点距離が多段階に変わる。
図１を参照すれば、前記フロントレンズ群Ｇ１は、負の屈折力を持つ第１レンズＬ１、正の屈折力を持つ第２レンズＬ２を備え、前記リアレンズ群Ｇ２は、正の屈折力を持つ第３レンズＬ３、正の屈折力を持つ第４レンズＬ４、及び負の屈折力を持つ第５レンズＬ５を備える。前記リアレンズ群Ｇ２の上側ＩにカバーガラスＣＧがさらに備えられる。
【００２９】
前記第２レンズＬ２は、上側Ｏに凸面を持つメニスカス型でありうる。それにより、収差補正が容易に行われる。前記第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３は非球面レンズでありうる。また、前記第４レンズＬ４及び第５レンズＬ５は接合される。
【００３０】
一方、本発明の実施形態による内視鏡用対物レンズは、次の式を満たす。
【００３１】
０．８≦｜ｄｓ／ｆＧ１｜≦１．８ （１）
ここで、ｄｓは、第１レンズの物体側面の頂点と絞りとの間の距離を、ｆＧ１は、フロントレンズ群の焦点距離を表す。式（１）を満たすことで、全体対物レンズのサイズが縮小する。対物レンズのサイズは、光学素子のサイズ及びレンズのサイズにより定められ、これらサイズは、絞りＳＴの位置と関係がある。レンズ面における光線の高さを最小化するために、絞りＳＴが第１レンズＬ１と第３レンズＬ３との間の中間ほどに配される。また、光学素子ＯＥのサイズを最小化するために、光学素子ＯＥが絞りＳＴになるべく近く位置することが望ましい。したがって、式（１）の下限値は、リアレンズ群Ｇ２のサイズを小さくする場合を限定しており、上限値は、フロントレンズ群Ｇ１のサイズを小さくする場合を限定したものである。言い換えれば、式（１）を満たすことで、フロントレンズ群Ｇ１及びリアレンズ群Ｇ２における光線の高さを、両群のサイズが略同じくなるように最小化できる。式（１）は、対物レンズ内のフロントレンズ群Ｇ１とリアレンズ群Ｇ２とのサイズバランスを限定できる。
【００３２】
内視鏡用対物レンズ１０は、次の式を満たす。
【００３３】
ｄ４８／ｆｆｒ≧２．０ （２）
ここで、ｄ４８は、第２レンズの上側面の頂点と第３レンズの物体側面の頂点との間の距離を、ｆｆｒは、対物レンズの全体焦点距離を表す。
【００３４】
対物レンズのサイズを最小化するために、対物レンズ内に制限された自由空間がありうる。光学素子を移動させるための駆動ユニット（図示せず）を装着するために、自由空間がフロントレンズ群Ｇ１がリアレンズ群Ｇ２の間に配されうる。式（２）を満たすことで光学素子ＯＥと光学素子を移動させるための駆動ユニット（図示せず）とを配するために必要な空間を、フロントレンズ群Ｇ１とリアレンズ群Ｇ２との間、すなわち、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との間に確保できる。対物レンズ１０が図２の条件を外れれば、光学素子ＯＥを動かすための駆動部を設計して組立てるのが困難になる。
【００３５】
また、内視鏡用対物レンズ１０は、次の式を満たす。
【００３６】
ｆ２／ｆｆｒ≧６．０ （３）
０．３≦ｆ４５／ｆ２≦２．５ （４）
ここで、ｆ２は、第２レンズの焦点距離を、ｆｆｒは、対物レンズの全体焦点距離を、ｆ４５は、第４レンズ及び第５レンズを備える接合レンズの焦点距離を表す。
【００３７】
式（３）及び式（４）は、第２レンズＬ２と接合された第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間の光学パワー分配を限定できる。式（３）及び式（４）を満たすことで対物レンズの収差が補正され、それにより高解像度イメージが得られる。式（３）を満たすことで、広角フィールドのコマ収差が補正され、式（４）を満たすことで、対物レンズにおけるコマ収差及び色収差が補正される。
【００３８】
一方、本発明の実施形態における非球面を定義すれば、次の通りである。
【００３９】
本発明の実施形態による内視鏡用対物レンズに含まれた非球面レンズの非球面形状は、光軸方向をｘ軸とし、光軸方向に対して垂直の方向をｙ軸とする時、光線の進行方向を正として次の式で表す。ここで、ｘは、レンズの頂点から光軸方向への距離を、ｙは、光軸に対して垂直の方向への距離を、Ｋは、コーニック定数を、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、非球面係数を、ｃは、レンズの頂点における曲率半径の逆数（１／Ｒ）をそれぞれ表す。
【００４０】
【数１】
本発明では、具体的に次のように多様な設計による実施例を通じて、内視鏡用対物レンズの小型化及び低コスト化を具現できる。
【００４１】
以下、ｆｆｒは、遠距離物体にフォーカシングされる時の全体対物レンズの後焦点距離を、Ｆｎｏｆｒは、Ｆナンバーを、２ωｆｒは、画角を表す。そして、ｆｎｒは、近距離物体にフォーカシングされる時の全体対物レンズの後焦点距離を、Ｆｎｏｎｒは、Ｆナンバーを、２ωｎｒは、画角を表す。そして、Ｒは、曲率半径を、ｄｎ（ｎは自然数）は、レンズの中心厚さまたはレンズとレンズとの間隔を、Ｎｄは、屈折率を、Ｖｄは、アッベ数をそれぞれ表す。また、Ｏｂは、物体面を表し、ＳＴは、絞りを表し、Ａｓｐｈは、非球面を表す。そして、各実施例を示した図面で各レンズ群を構成するレンズについては同じ番号を付けて表し、ｓｎ（ｎは自然数）は、面番号を表す。各実施例で、距離単位はｍｍであり、画角の単位は°（ｄｅｇｒｅｅ）である。
【００４２】
（第１実施例）
図１は、第１実施例による内視鏡用対物レンズを図示したものであり、以下は、第１実施例の設計データを示すものである。
【００４３】
ｆｆｒ：０．８８ Ｆｎｏｆｒ：４．１１ ２ωｆｒ：１３２．３゜
ｆｎｒ：０．８４ Ｆｎｏｎｒ：４．１３ ２ωｎｒ：１３７．６゜
【００４４】
【表１】
以下は、遠距離におけるフォーカシング時、及び近距離におけるフォーカシング時の光学素子ＯＥについてのデータである。
【００４５】
【表２】
図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ遠距離におけるフォーカシング時と近距離におけるフォーカシング時、本発明の第１実施例による内視鏡用対物レンズの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す図面である。像面湾曲としては、子午像面湾曲（Ｔ：ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）と、球欠像面湾曲（Ｓ：ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）とを示す。
【００４６】
（第２実施例）
図４は、第２実施例による内視鏡用対物レンズを図示したものであり、以下は、第２実施例の設計データを示すものである。
【００４７】
ｆｆｒ：０．８１ Ｆｎｏｆｒ：４．１ ２ωｆｒ：１４０．８゜
ｆｎｒ：０．７８ Ｆｎｏｎｒ：３．９ ２ωｎｒ：１４６．８゜
【００４８】
【表３】
以下は、遠距離におけるフォーカシング時、及び近距離におけるフォーカシング時の光学素子ＯＥについてのデータである。
【００４９】
【表４】
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ遠距離におけるフォーカシング時及び近距離におけるフォーカシング時、本発明の第２実施例による内視鏡用対物レンズの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す図面である。
【００５０】
（第３実施例）
図６は、第３実施例による内視鏡用対物レンズを図示したものであり、以下は、第３実施例の設計データを示すものである。第３実施例による内視鏡用対物レンズにおいては、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３が非球面レンズである。また、第２レンズ及び第３レンズは、プラスチックで形成される。
【００５１】
ｆｆｒ：０．８３ Ｆｎｏｆｒ：４．０ ２ωｆｒ：１４０．０゜
ｆｎｒ：０．７７ Ｆｎｏｎｒ：３．８ ２ωｎｒ：１４９．０゜
【００５２】
【表５】
以下は、第３実施例による内視鏡用対物レンズの非球面に対する係数を示すものである。
【００５３】
【表６】
以下は、遠距離におけるフォーカシング時及び近距離におけるフォーカシング時の光学素子ＯＥについてのデータである。
【００５４】
【表７】
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ遠距離におけるフォーカシング時及び近距離におけるフォーカシング時、本発明の第３実施例による内視鏡用対物レンズの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す図面である。
【００５５】
（第４実施例）
図８は、第４実施例による内視鏡用対物レンズを図示したものであり、以下は、第４実施例の設計データを示すものである。第４実施例による内視鏡用対物レンズにおいて、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３が非球面レンズである。また、第２レンズ及び第３レンズは、プラスチックで形成される。
【００５６】
ｆｆｒ：０．７８ Ｆｎｏｆｒ：４．０ ２ωｆｒ：１４０．９゜
ｆｎｒ：０．７５ Ｆｎｏｎｒ：４．０ ２ωｎｒ：１４７．３゜
【００５７】
【表８】
以下は、第４実施例による内視鏡用対物レンズの非球面に対する係数を示すものである。
【００５８】
【表９】
以下は、遠距離におけるフォーカシング時及び近距離におけるフォーカシング時の光学素子ＯＥについてのデータである。
【００５９】
【表１０】
図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ遠距離におけるフォーカシング時及び近距離におけるフォーカシング時、本発明の第４実施例による内視鏡用対物レンズの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す図面である。
【００６０】
（第５実施例）
図１０は、第５実施例による内視鏡用対物レンズを図示したものであり、以下は、第５実施例の設計データを示すものである。第５実施例による内視鏡用対物レンズでは、光学素子ＯＥがパワー（屈折力）を持つ例を示す。例えば、光学素子ＯＥがメニスカス形状を持つ。そして、前記光学素子ＯＥが正の屈折力を持つ。
【００６１】
ｆｆｒ’：０．８３ Ｆｎｏｆｒ：４．４ ２ωｆｒ：１４０．０゜
ｆｎｒ’：０．７７ Ｆｎｏｎｒ：４．１ ２ωｎｒ：１４９．２゜
【００６２】
【表１１】
以下は、遠距離におけるフォーカシング時及び近距離におけるフォーカシング時の光学素子ＯＥについてのデータである。
【００６３】
【表１２】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれ遠距離におけるフォーカシング時及び近距離におけるフォーカシング時、本発明の第５実施例による内視鏡用対物レンズの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す図面である。
【００６４】
以下は、前記第１ないし第５実施例が、それぞれ前記式（１）ないし式（４）の条件を満たすことを示すものデある。
【００６５】
【表１３】
本発明の実施例による内視鏡用対物レンズは小型であり、かつ低コストで製作できる。光学素子を、光軸に対して光軸と異なる方向に移動させて簡単にフォーカシングを行える。また、フォーカシングにより高解像度、高画質の内視鏡映像が得られる。また、近距離で広いＤＯＦを確保することができて、近距離で高画質映像が得られる。また、近距離におけるＤＯＦ範囲と遠距離におけるＤＯＦ範囲とが重なる部分があって、さらに安定的に近距離で高画質の鮮明な映像が得られる。
【００６６】
以下では、本発明の実施例による内視鏡用対物レンズのフォーカシングのために光学素子を移動させるアクチュエータ１００について、図１２を参照して説明する。図１２に図示されたアクチュエータ１００は、前述した内視鏡用対物レンズのフォーカシングのための光学素子ＯＥを動かす駆動ユニットの一例になりうる。
【００６７】
図１２を参照すれば、アクチュエータ１００は、前記光学素子ＯＥが支持され、かつ移動可能なホルダー１１０と、前記ホルダー１１０に形成された少なくとも一つのガイドホールと、前記少なくとも一つのガイドホールに挿入されてホルダーの移動をガイドするガイドシャフトと、を備える。前記ホルダー１１０は、中央部にホール１１７が備えられ、前記ホール１１７の一部に光学素子ＯＥが装着されている。前記ホルダー１１０の下面には、支持しきい１１５がさらに備えられる。前記少なくとも一つのガイドホールは、例えば、ホルダー１１０の一側に設けられた第１ないし第３ガイドホール１０５、１０７、１１２を含む。第１ガイドホール１０５及び第２ガイドホール１０７は同じ線上に形成され、前記第１ガイドホール１０５及び第２ガイドホール１０７に第１ガイドシャフト１１１が装着される。そして、前記３ガイドホール１１３に第２ガイドシャフト１１２が装着される。前記第１ないし第３ガイドホール１０５、１０７、１１３は多様な形態に形成され、例えば、円形または一部の開放された形態を持つ。前記第１ガイドシャフト１１１と第２ガイドシャフト１１２とは、対向するように配された第１プレート１０１と第２プレート１０２との間に配され、前記ホルダー１１０は、第１及び第２ガイドシャフト１１１、１１２に沿って上下に移動できる。前記第２ガイドシャフト１１２の周りには弾性部材１２５が備えられており、弾性部材１２５は、圧縮バネでありうる。前記ホルダー１１０が上部に移動した後、移動に加えられた力が解除されれば、弾性部材１２５の弾性力によりホルダー１１０が元のところに復元される。
【００６８】
一方、前記ホルダー１１０を移動させるための駆動部１２０がホルダー１１０に備えられうる。駆動部１２０は、ホルダー１１０を引き寄せられるワイヤーを備える。そして、ワイヤーを手で引き寄せるか、または機械的に引き寄せることができる。ホルダー１１０が移動せずにある時、光学素子ＯＥが光軸上に位置でき、この時、遠距離で焦点が結ばれうる（図２Ａ参照）。前記駆動部１２０によりホルダー１１０が上部側に移動すれば、光学素子ＯＥが上部に移動して、例えば、対物レンズの光軸を外れる。この時、近距離で焦点が結ばれる（図２Ｂ参照）。
【００６９】
前述したように簡単な構造のアクチュエータを用いて光学素子ＯＥを移動させることで、内視鏡用対物レンズのフォーカシングを行える。図１２に図示されたアクチュエータは一例であるだけで、光学素子ＯＥを移動させるためのアクチュエータは多様に変更できるということはいうまでもない。
【００７０】
次いで、図１３は、本発明の実施形態による内視鏡用対物レンズを採用した内視鏡システム２００を概略的に示す図面である。
【００７１】
内視鏡システム２００は、末端部のチップ２１０にある対物レンズ１０を備えるベンディング部２２０と、ベンディング部２２０に連結された挿入部２３０とを備える。ベンディング部２２０は柔軟な材質で形成されて自由に曲がり、内視鏡が入る経路に沿って形態が変わりうる。前記挿入部２３０の端部には、対物レンズ１０のフォーカシングのための操作を行うためのハンドル２４０が備えられる。ハンドル２４０を用いて、前記チップ２１０を患者の患部に近づけるか、または遠ざけることができ、前記対物レンズ１０を用いて患部のイメージを撮影できる。前記対物レンズ１０は、図１ないし図１０を参照して説明したので、ここでは詳細な説明を省略する。前記対物レンズ１０は簡単な方法でフォーカシングを行って、高解像度、高画質のイメージが得られるようにする。図１３では、内視鏡システム２００を概略的に例示しており、その他にも多様な構造の内視鏡システムに適用できる。
【００７２】
前記の実施形態は例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。したがって、本発明の実施形態による技術的保護範囲は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想により定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、内視鏡に使われるデジタル撮像装置の対物レンズ、及び内視鏡システム関連の技術分野に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００７４】
Ｇ１ フロントレンズ群
Ｇ２ リアレンズ群
Ｏ 物体側
ＯＥ 光学素子
ＳＴ 絞り
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、内視鏡に使われるデジタル撮像装置の対物レンズ、及び内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡術は、内部組織に問題のある患者の医療検診、診断及び治療に広く使われる。これは、患者には回復時間を短くし、医者には柔軟な動作能力を可能にする便利な医療技術である。したがって、内視鏡術はいろいろな類型の病院及びクリニックで一般的に使われる。
【０００３】
特に、結像ユニットは、内部組織の高品質の映像を提供するのに重要な役割を行う。内視鏡装置は、去る数十年間漸進的に発展してきた。結像ユニットは、ファイバイメージガイドからデジタルセンサーの活用まで発展してきた。対物レンズは、現代のイメージセンサーの需要を満たすように開発された。しかし、内視鏡のサイズは、イメージ品質ほど重要であり、結像ユニットのサイズも重要である。内視鏡対物レンズのレンズ構造は簡単であるが、システム開発において最も問題になるのは、小型サイズである。レンズ製造技術の限界のため、光学システム機能に対するニーズの増加と共に、レンズ構造がなるべく単純化されねばならない。
【０００４】
去る１０年間、新たなイメージ品質規格が内視鏡に有効になった。最大有効イメージ解像度オプションが、全体０．３Ｍｐｉｘから１．３Ｍｐｉｘまで、そしてそれ以上まで増加した。医療陣には、高画質のものが鮮明な患部の観察のために重要である。結像ユニットサイズが厳しく制限されるため、センサーサイズが変わらず、言及された解像度を得る可能性を提供するためにピクセルサイズが縮小した。しかし、さらに小さなピクセルサイズ（高解像度）では、回折限界のため広いＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｉｅｌｄ）を得難い。
【０００５】
また、内視鏡に使われる対物レンズで、フォーカシングのために一つ以上のレンズを、光軸に沿って移動させる方法を使用する。これはシステムサイズを大きくし、レンズを移動させるための駆動メカニズム及びコントロールシステムを複雑にする。さらに、かかるフォーカシングシステムは、近距離における短いＤＯＦによって使用が不便でありうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、簡単かつ低コストの方法でフォーカシングの可能な内視鏡用対物レンズを提供することである。
【０００７】
本発明が解決しようとするさらに他の課題は、低コストでフォーカシング性能の優秀な内視鏡システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態は、複数のレンズ及び絞りを備え、前記絞りに隣接して光学素子が配され、前記光学素子を、光軸と異なる方向に動かして焦点距離を変化させる内視鏡用対物レンズを提供する。
【０００９】
前記複数のレンズが、前記絞りの前方に配された負の屈折力を持つフロントレンズ群と、前記絞りの後方に配された正の屈折力を持つリアレンズ群とで構成され、前記光学素子が、前記フロントレンズ群と絞りとの間、または前記絞りとリアレンズ群との間に配され、前記フロントレンズ群が、負の屈折力を持つ第１レンズ、正の屈折力を持つ第２レンズを備え、前記リアレンズ群が、正の屈折力を持つ第３レンズ、正の屈折力を持つ第４レンズ及び負の屈折力を持つ第５レンズを備える。
【００１０】
内視鏡用対物レンズは、次の式を満たす。
【００１１】
０．８≦｜ｄｓ／ｆＧ１｜≦１．８
ここで、ｄｓは、第１レンズの物体側面の頂点と絞りとの間の距離を、ｆＧ１は、フロントレンズ群の焦点距離を表す。
【００１２】
前記光学素子が光軸上にあるか、または光軸を外れるように移動して焦点距離を変化させる。
【００１３】
前記光学素子は、パワーのない透明素子である。前記光学素子は、両面が平面であるガラスプレートである。前記光学素子は、正の屈折力を持つか、または負の屈折力を持つ。前記光学素子は、光軸に対して垂直の方向に移動して焦点距離を変化させる。
【００１４】
前記対物レンズのＦｎｏは、４〜６の範囲を持つ。前記対物レンズの遠距離におけるＤＯＦは、５〜１００ｍｍ範囲を持ち、近距離におけるＤＯＦは、２．５〜１０ｍｍ範囲を持つ。
【００１５】
前記第２レンズは、上側に凸面を持つメニスカス型である。
【００１６】
内視鏡用対物レンズは、次の式を満たす。
【００１７】
ｄ４８／ｆｆｒ≧２．０
ここで、ｄ４８は、第２レンズの上側面の頂点と第３レンズの物体側面の頂点との間の距離を、ｆｆｒは、対物レンズの全体焦点距離を表す。
【００１８】
内視鏡用対物レンズは、次の式を満たす。
【００１９】
ｆ２／ｆｆｒ≧６．０
０．３≦ｆ４５／ｆ２≦２．５
ここで、ｆ２は、第２レンズの焦点距離を、ｆｆｒは、対物レンズの全体焦点距離を、ｆ４５は、第４レンズ及び第５レンズを備える接合レンズの焦点距離を表す。
【００２０】
第２レンズ及び第３レンズは、非球面を含む。
【００２１】
本発明の一実施形態による内視鏡システムは、末端部に対物レンズが備えられたベンディング部と、前記ベンディング部に連結された挿入部と、を備え、前記対物レンズは、複数のレンズ及び絞りを備え、前記絞りに隣接して光学素子が配され、前記光学素子を光軸と異なる方向に動かして焦点距離を変化させる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例による内視鏡用対物レンズを示す図面である。
【図２Ａ】本発明の第１実施例による内視鏡用対物レンズが遠距離物体にフォーカシングすることを示す図面である。
【図２Ｂ】本発明の第１実施例による内視鏡用対物レンズが近距離物体にフォーカシングすることを示す図面である。
【図３Ａ】本発明の第１実施例による内視鏡用対物レンズが遠距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図３Ｂ】本発明の第１実施例による内視鏡用対物レンズが近距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図４】本発明の第２実施例による内視鏡用対物レンズを示す図面である。
【図５Ａ】本発明の第２実施例による内視鏡用対物レンズが遠距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図５Ｂ】本発明の第２実施例による内視鏡用対物レンズが近距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図６】本発明の第３実施例による内視鏡用対物レンズを示す図面である。
【図７Ａ】本発明の第３実施例による内視鏡用対物レンズが遠距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図７Ｂ】本発明の第３実施例による内視鏡用対物レンズが近距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図８】本発明の第４実施例による内視鏡用対物レンズを示す図面である。
【図９Ａ】本発明の第４実施例による内視鏡用対物レンズが遠距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図９Ｂ】本発明の第４実施例による内視鏡用対物レンズが近距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図１０】本発明の第５実施例による内視鏡用対物レンズを示す図面である。
【図１１Ａ】本発明の第５実施例による内視鏡用対物レンズが遠距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図１１Ｂ】本発明の第５実施例による内視鏡用対物レンズが近距離物体にフォーカシングした場合の收差図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるフォーカシングのためのアクチュエータを概略的に示す図面である。
【図１３】本発明の一実施形態による対物レンズを備える内視鏡システムを概略的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態による内視鏡用対物レンズ、及び内視鏡システムについて、添付された図面を参照して詳細に説明する。図面で同じ参照番号は同じ構成要素を示し、各構成要素のサイズや厚さは説明の便宜のために誇張していることがある。一方、以下で説明される実施形態は単に例示的なものに過ぎず、かかる実施形態から多様な変形が可能である。
【００２４】
本発明の実施形態による内視鏡用対物レンズ１０は、図１を参照すれば、物体側Ｏから順次にフロントレンズ群（ｆｒｏｎｔ ｌｅｎｓ ｇｒｏｕｐ）Ｇ１、絞りＳＴ及びリアレンズ群（ｒｅａｒ ｌｅｎｓ ｇｒｏｕｐ）Ｇ２を備える。前記絞りＳＴに隣接して光学素子ＯＥが配される。前記光学素子ＯＥは、例えば、前記フロントレンズ群Ｇ１と絞りＳＴとの間または前記絞りＳＴとリアレンズ群Ｇ２との間に配される。前記光学素子ＯＥは、光軸と異なる方向に移動可能になっており、光学素子ＯＥによりフォーカシングが行われる。前記絞りＳＴは、口径の変わらない固定絞りでありうる。したがって、本実施形態による内視鏡用対物レンズは、光量が可変しない。
【００２５】
図２Ａに示したように、光学素子ＯＥが光軸上にある時に焦点距離が長くなり、図２Ｂに示したように、光学素子ＯＥが光軸を外れるように移動する時に焦点距離が短くなる。前記光学素子ＯＥは、例えば、パワーのない透明素子でありうる。ここで、パワーは屈折力を表す。光学素子ＯＥがパワーのない場合、光学素子によるコストアップが少なく、全体的なパワーに影響がないので収差管理も容易であり、光学素子の動きにも自由度が高いという利点がある。しかし、光学素子がこれに限定されるものではなく、前記光学素子ＯＥはパワーを持つことも可能である。言い換えれば、前記光学素子ＯＥは、正の屈折力または負の屈折力を持つ。
【００２６】
また、前記光学素子ＯＥが絞りＳＴに隣接して配される時、光学素子ＯＥの移動時に絞りの開口に対応する最小距離ほど移動すればよいので、光学素子ＯＥの移動によるサイズ増大が最小化する。
【００２７】
本発明の実施形態による内視鏡用対物レンズは、前述したように光学素子ＯＥを光軸と異なる方向、例えば、光軸と垂直の方向に移動して焦点距離を調節することで、高解像度のイメージを得る。例えば、内視鏡用対物レンズは、４〜６範囲のＦｎｏを持つ。また、前記対物レンズの遠距離におけるＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｉｅｌｄ）が５〜１００ｍｍ範囲を持ち、近距離におけるＤＯＦが２．５〜１０ｍｍ範囲を持つ。このように、遠距離におけるＤＯＦと近距離におけるＤＯＦとが重なる範囲があって、高解像度の鮮明な近距離映像を撮影できる。
【００２８】
前記光学素子ＯＥはパワーのない素子であるため、動きに自由度が高くて光軸上にくるか、または光軸を外れることでフォーカシング可能であり、フォーカシング時に光軸に対して垂直に動くことに限定されず、傾いて動くことも可能である。このように光学素子ＯＥの敏感度が小さいため、光学素子ＯＥを容易に製作でき、コストも低い。前記光学素子ＯＥは、ガラスプレートで形成される。ガラスプレートの少なくとも一面が平面でありうる。例えば、光学素子ＯＥの一面が階段状に形成され、この場合、焦点距離が多段階に変わる。
図１を参照すれば、前記フロントレンズ群Ｇ１は、負の屈折力を持つ第１レンズＬ１、正の屈折力を持つ第２レンズＬ２を備え、前記リアレンズ群Ｇ２は、正の屈折力を持つ第３レンズＬ３、正の屈折力を持つ第４レンズＬ４、及び負の屈折力を持つ第５レンズＬ５を備える。前記リアレンズ群Ｇ２の上側ＩにカバーガラスＣＧがさらに備えられる。
【００２９】
前記第２レンズＬ２は、上側Ｏに凸面を持つメニスカス型でありうる。それにより、収差補正が容易に行われる。前記第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３は非球面レンズでありうる。また、前記第４レンズＬ４及び第５レンズＬ５は接合される。
【００３０】
一方、本発明の実施形態による内視鏡用対物レンズは、次の式を満たす。
【００３１】
０．８≦｜ｄｓ／ｆＧ１｜≦１．８ （１）
ここで、ｄｓは、第１レンズの物体側面の頂点と絞りとの間の距離を、ｆＧ１は、フロントレンズ群の焦点距離を表す。式（１）を満たすことで、全体対物レンズのサイズが縮小する。対物レンズのサイズは、光学素子のサイズ及びレンズのサイズにより定められ、これらサイズは、絞りＳＴの位置と関係がある。レンズ面における光線の高さを最小化するために、絞りＳＴが第１レンズＬ１と第３レンズＬ３との間の中間ほどに配される。また、光学素子ＯＥのサイズを最小化するために、光学素子ＯＥが絞りＳＴになるべく近く位置することが望ましい。したがって、式（１）の下限値は、リアレンズ群Ｇ２のサイズを小さくする場合を限定しており、上限値は、フロントレンズ群Ｇ１のサイズを小さくする場合を限定したものである。言い換えれば、式（１）を満たすことで、フロントレンズ群Ｇ１及びリアレンズ群Ｇ２における光線の高さを、両群のサイズが略同じくなるように最小化できる。式（１）は、対物レンズ内のフロントレンズ群Ｇ１とリアレンズ群Ｇ２とのサイズバランスを限定できる。
【００３２】
内視鏡用対物レンズ１０は、次の式を満たす。
【００３３】
ｄ４８／ｆｆｒ≧２．０ （２）
ここで、ｄ４８は、第２レンズの上側面の頂点と第３レンズの物体側面の頂点との間の距離を、ｆｆｒは、対物レンズの全体焦点距離を表す。
【００３４】
対物レンズのサイズを最小化するために、対物レンズ内に制限された自由空間がありうる。光学素子を移動させるための駆動ユニット（図示せず）を装着するために、自由空間がフロントレンズ群Ｇ１がリアレンズ群Ｇ２の間に配されうる。式（２）を満たすことで光学素子ＯＥと光学素子を移動させるための駆動ユニット（図示せず）とを配するために必要な空間を、フロントレンズ群Ｇ１とリアレンズ群Ｇ２との間、すなわち、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との間に確保できる。対物レンズ１０が図２の条件を外れれば、光学素子ＯＥを動かすための駆動部を設計して組立てるのが困難になる。
【００３５】
また、内視鏡用対物レンズ１０は、次の式を満たす。
【００３６】
ｆ２／ｆｆｒ≧６．０ （３）
０．３≦ｆ４５／ｆ２≦２．５ （４）
ここで、ｆ２は、第２レンズの焦点距離を、ｆｆｒは、対物レンズの全体焦点距離を、ｆ４５は、第４レンズ及び第５レンズを備える接合レンズの焦点距離を表す。
【００３７】
式（３）及び式（４）は、第２レンズＬ２と接合された第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間の光学パワー分配を限定できる。式（３）及び式（４）を満たすことで対物レンズの収差が補正され、それにより高解像度イメージが得られる。式（３）を満たすことで、広角フィールドのコマ収差が補正され、式（４）を満たすことで、対物レンズにおけるコマ収差及び色収差が補正される。
【００３８】
一方、本発明の実施形態における非球面を定義すれば、次の通りである。
【００３９】
本発明の実施形態による内視鏡用対物レンズに含まれた非球面レンズの非球面形状は、光軸方向をｘ軸とし、光軸方向に対して垂直の方向をｙ軸とする時、光線の進行方向を正として次の式で表す。ここで、ｘは、レンズの頂点から光軸方向への距離を、ｙは、光軸に対して垂直の方向への距離を、Ｋは、コーニック定数を、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、非球面係数を、ｃは、レンズの頂点における曲率半径の逆数（１／Ｒ）をそれぞれ表す。
【００４０】
【数１】
本発明では、具体的に次のように多様な設計による実施例を通じて、内視鏡用対物レンズの小型化及び低コスト化を具現できる。
【００４１】
以下、ｆｆｒは、遠距離物体にフォーカシングされる時の全体対物レンズの後焦点距離を、Ｆｎｏｆｒは、Ｆナンバーを、２ωｆｒは、画角を表す。そして、ｆｎｒは、近距離物体にフォーカシングされる時の全体対物レンズの後焦点距離を、Ｆｎｏｎｒは、Ｆナンバーを、２ωｎｒは、画角を表す。そして、Ｒは、曲率半径を、ｄｎ（ｎは自然数）は、レンズの中心厚さまたはレンズとレンズとの間隔を、Ｎｄは、屈折率を、Ｖｄは、アッベ数をそれぞれ表す。また、Ｏｂは、物体面を表し、ＳＴは、絞りを表し、Ａｓｐｈは、非球面を表す。そして、各実施例を示した図面で各レンズ群を構成するレンズについては同じ番号を付けて表し、ｓｎ（ｎは自然数）は、面番号を表す。各実施例で、距離単位はｍｍであり、画角の単位は°（ｄｅｇｒｅｅ）である。
【００４２】
（第１実施例）
図１は、第１実施例による内視鏡用対物レンズを図示したものであり、以下は、第１実施例の設計データを示すものである。
【００４３】
ｆｆｒ：０．８８ Ｆｎｏｆｒ：４．１１ ２ωｆｒ：１３２．３゜
ｆｎｒ：０．８４ Ｆｎｏｎｒ：４．１３ ２ωｎｒ：１３７．６゜
【００４４】
【表１】
以下は、遠距離におけるフォーカシング時、及び近距離におけるフォーカシング時の光学素子ＯＥについてのデータである。
【００４５】
【表２】
図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ遠距離におけるフォーカシング時と近距離におけるフォーカシング時、本発明の第１実施例による内視鏡用対物レンズの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す図面である。像面湾曲としては、子午像面湾曲（Ｔ：ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）と、球欠像面湾曲（Ｓ：ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）とを示す。
【００４６】
（第２実施例）
図４は、第２実施例による内視鏡用対物レンズを図示したものであり、以下は、第２実施例の設計データを示すものである。
【００４７】
ｆｆｒ：０．８１ Ｆｎｏｆｒ：４．１ ２ωｆｒ：１４０．８゜
ｆｎｒ：０．７８ Ｆｎｏｎｒ：３．９ ２ωｎｒ：１４６．８゜
【００４８】
【表３】
以下は、遠距離におけるフォーカシング時、及び近距離におけるフォーカシング時の光学素子ＯＥについてのデータである。
【００４９】
【表４】
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ遠距離におけるフォーカシング時及び近距離におけるフォーカシング時、本発明の第２実施例による内視鏡用対物レンズの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す図面である。
【００５０】
（第３実施例）
図６は、第３実施例による内視鏡用対物レンズを図示したものであり、以下は、第３実施例の設計データを示すものである。第３実施例による内視鏡用対物レンズにおいては、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３が非球面レンズである。また、第２レンズ及び第３レンズは、プラスチックで形成される。
【００５１】
ｆｆｒ：０．８３ Ｆｎｏｆｒ：４．０ ２ωｆｒ：１４０．０゜
ｆｎｒ：０．７７ Ｆｎｏｎｒ：３．８ ２ωｎｒ：１４９．０゜
【００５２】
【表５】
以下は、第３実施例による内視鏡用対物レンズの非球面に対する係数を示すものである。
【００５３】
【表６】
以下は、遠距離におけるフォーカシング時及び近距離におけるフォーカシング時の光学素子ＯＥについてのデータである。
【００５４】
【表７】
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ遠距離におけるフォーカシング時及び近距離におけるフォーカシング時、本発明の第３実施例による内視鏡用対物レンズの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す図面である。
【００５５】
（第４実施例）
図８は、第４実施例による内視鏡用対物レンズを図示したものであり、以下は、第４実施例の設計データを示すものである。第４実施例による内視鏡用対物レンズにおいて、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３が非球面レンズである。また、第２レンズ及び第３レンズは、プラスチックで形成される。
【００５６】
ｆｆｒ：０．７８ Ｆｎｏｆｒ：４．０ ２ωｆｒ：１４０．９゜
ｆｎｒ：０．７５ Ｆｎｏｎｒ：４．０ ２ωｎｒ：１４７．３゜
【００５７】
【表８】
以下は、第４実施例による内視鏡用対物レンズの非球面に対する係数を示すものである。
【００５８】
【表９】
以下は、遠距離におけるフォーカシング時及び近距離におけるフォーカシング時の光学素子ＯＥについてのデータである。
【００５９】
【表１０】
図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ遠距離におけるフォーカシング時及び近距離におけるフォーカシング時、本発明の第４実施例による内視鏡用対物レンズの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す図面である。
【００６０】
（第５実施例）
図１０は、第５実施例による内視鏡用対物レンズを図示したものであり、以下は、第５実施例の設計データを示すものである。第５実施例による内視鏡用対物レンズでは、光学素子ＯＥがパワー（屈折力）を持つ例を示す。例えば、光学素子ＯＥがメニスカス形状を持つ。そして、前記光学素子ＯＥが正の屈折力を持つ。
【００６１】
ｆｆｒ’：０．８３ Ｆｎｏｆｒ：４．４ ２ωｆｒ：１４０．０゜
ｆｎｒ’：０．７７ Ｆｎｏｎｒ：４．１ ２ωｎｒ：１４９．２゜
【００６２】
【表１１】
以下は、遠距離におけるフォーカシング時及び近距離におけるフォーカシング時の光学素子ＯＥについてのデータである。
【００６３】
【表１２】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれ遠距離におけるフォーカシング時及び近距離におけるフォーカシング時、本発明の第５実施例による内視鏡用対物レンズの球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す図面である。
【００６４】
以下は、前記第１ないし第５実施例が、それぞれ前記式（１）ないし式（４）の条件を満たすことを示すものデある。
【００６５】
【表１３】
本発明の実施例による内視鏡用対物レンズは小型であり、かつ低コストで製作できる。光学素子を、光軸に対して光軸と異なる方向に移動させて簡単にフォーカシングを行える。また、フォーカシングにより高解像度、高画質の内視鏡映像が得られる。また、近距離で広いＤＯＦを確保することができて、近距離で高画質映像が得られる。また、近距離におけるＤＯＦ範囲と遠距離におけるＤＯＦ範囲とが重なる部分があって、さらに安定的に近距離で高画質の鮮明な映像が得られる。
【００６６】
以下では、本発明の実施例による内視鏡用対物レンズのフォーカシングのために光学素子を移動させるアクチュエータ１００について、図１２を参照して説明する。図１２に図示されたアクチュエータ１００は、前述した内視鏡用対物レンズのフォーカシングのための光学素子ＯＥを動かす駆動ユニットの一例になりうる。
【００６７】
図１２を参照すれば、アクチュエータ１００は、前記光学素子ＯＥが支持され、かつ移動可能なホルダー１１０と、前記ホルダー１１０に形成された少なくとも一つのガイドホールと、前記少なくとも一つのガイドホールに挿入されてホルダーの移動をガイドするガイドシャフトと、を備える。前記ホルダー１１０は、中央部にホール１１７が備えられ、前記ホール１１７の一部に光学素子ＯＥが装着されている。前記ホルダー１１０の下面には、支持しきい１１５がさらに備えられる。前記少なくとも一つのガイドホールは、例えば、ホルダー１１０の一側に設けられた第１ないし第３ガイドホール１０５、１０７、１１２を含む。第１ガイドホール１０５及び第２ガイドホール１０７は同じ線上に形成され、前記第１ガイドホール１０５及び第２ガイドホール１０７に第１ガイドシャフト１１１が装着される。そして、前記３ガイドホール１１３に第２ガイドシャフト１１２が装着される。前記第１ないし第３ガイドホール１０５、１０７、１１３は多様な形態に形成され、例えば、円形または一部の開放された形態を持つ。前記第１ガイドシャフト１１１と第２ガイドシャフト１１２とは、対向するように配された第１プレート１０１と第２プレート１０２との間に配され、前記ホルダー１１０は、第１及び第２ガイドシャフト１１１、１１２に沿って上下に移動できる。前記第２ガイドシャフト１１２の周りには弾性部材１２５が備えられており、弾性部材１２５は、圧縮バネでありうる。前記ホルダー１１０が上部に移動した後、移動に加えられた力が解除されれば、弾性部材１２５の弾性力によりホルダー１１０が元のところに復元される。
【００６８】
一方、前記ホルダー１１０を移動させるための駆動部１２０がホルダー１１０に備えられうる。駆動部１２０は、ホルダー１１０を引き寄せられるワイヤーを備える。そして、ワイヤーを手で引き寄せるか、または機械的に引き寄せることができる。ホルダー１１０が移動せずにある時、光学素子ＯＥが光軸上に位置でき、この時、遠距離で焦点が結ばれうる（図２Ａ参照）。前記駆動部１２０によりホルダー１１０が上部側に移動すれば、光学素子ＯＥが上部に移動して、例えば、対物レンズの光軸を外れる。この時、近距離で焦点が結ばれる（図２Ｂ参照）。
【００６９】
前述したように簡単な構造のアクチュエータを用いて光学素子ＯＥを移動させることで、内視鏡用対物レンズのフォーカシングを行える。図１２に図示されたアクチュエータは一例であるだけで、光学素子ＯＥを移動させるためのアクチュエータは多様に変更できるということはいうまでもない。
【００７０】
次いで、図１３は、本発明の実施形態による内視鏡用対物レンズを採用した内視鏡システム２００を概略的に示す図面である。
【００７１】
内視鏡システム２００は、末端部のチップ２１０にある対物レンズ１０を備えるベンディング部２２０と、ベンディング部２２０に連結された挿入部２３０とを備える。ベンディング部２２０は柔軟な材質で形成されて自由に曲がり、内視鏡が入る経路に沿って形態が変わりうる。前記挿入部２３０の端部には、対物レンズ１０のフォーカシングのための操作を行うためのハンドル２４０が備えられる。ハンドル２４０を用いて、前記チップ２１０を患者の患部に近づけるか、または遠ざけることができ、前記対物レンズ１０を用いて患部のイメージを撮影できる。前記対物レンズ１０は、図１ないし図１０を参照して説明したので、ここでは詳細な説明を省略する。前記対物レンズ１０は簡単な方法でフォーカシングを行って、高解像度、高画質のイメージが得られるようにする。図１３では、内視鏡システム２００を概略的に例示しており、その他にも多様な構造の内視鏡システムに適用できる。
【００７２】
前記の実施形態は例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。したがって、本発明の実施形態による技術的保護範囲は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想により定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、内視鏡に使われるデジタル撮像装置の対物レンズ、及び内視鏡システム関連の技術分野に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００７４】
Ｇ１ フロントレンズ群
Ｇ２ リアレンズ群
Ｏ 物体側
ＯＥ 光学素子
ＳＴ 絞り
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズ及び絞りを備え、
前記絞りに隣接して光学素子が配され、
前記光学素子を、光軸と異なる方向に動かして焦点距離を変化させる内視鏡用対物レンズ。
【請求項２】
前記複数のレンズが、前記絞りの前方に配された負の屈折力を持つフロントレンズ群と、前記絞りの後方に配された正の屈折力を持つリアレンズ群とで構成され、前記光学素子が、前記フロントレンズ群と絞りとの間、または前記絞りとリアレンズ群との間に配され、
前記フロントレンズ群が、負の屈折力を持つ第１レンズ、正の屈折力を持つ第２レンズを備え、
前記リアレンズ群が、正の屈折力を持つ第３レンズ、正の屈折力を持つ第４レンズ及び負の屈折力を持つ第５レンズを備える請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
次の式を満たす請求項２に記載の内視鏡用対物レンズ：
０．８≦｜ｄｓ／ｆＧ１｜≦１．８
ここで、ｄｓは、第１レンズの物体側面の頂点と絞りとの間の距離を、ｆＧ１は、フロントレンズ群の焦点距離を表す。
【請求項４】
前記光学素子が光軸上にあるか、または光軸を外れるように移動して焦点距離を変化させる請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項５】
前記光学素子は、パワーのない透明素子である請求項１ないし４のうちいずれか一項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項６】
前記光学素子は、両面が平面であるガラスプレートである請求項１ないし４のうちいずれか一項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項７】
前記光学素子は、正の屈折力を持つか、または負の屈折力を持つ請求項１ないし４のうちいずれか一項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項８】
前記光学素子は、光軸に対して垂直の方向に移動して焦点距離を変化させる請求項１ないし７のうちいずれか一項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項９】
前記対物レンズのＦｎｏは、４〜６の範囲を持つ請求項１ないし８のうちいずれか一項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項１０】
前記対物レンズの遠距離におけるＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｉｅｌｄ）は、５〜１００ｍｍ範囲を持ち、近距離におけるＤＯＦは、２．５〜１０ｍｍ範囲を持つ請求項１ないし９のうちいずれか一項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項１１】
前記第２レンズは、上側に凸面を持つメニスカス型である請求項１０に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項１２】
次の式を満たす請求項１０に記載の内視鏡用対物レンズ：
ｄ４８／ｆｆｒ≧２．０
ここで、ｄ４８は、第２レンズの上側面の頂点と第３レンズの物体側面の頂点との間の距離を、ｆｆｒは、対物レンズの全体焦点距離を表す。
【請求項１３】
次の式を満たす請求項１０に記載の内視鏡用対物レンズ：
ｆ２／ｆｆｒ≧６．０
０．３≦ｆ４５／ｆ２≦２．５
ここで、ｆ２は、第２レンズの焦点距離を、ｆｆｒは、対物レンズの全体焦点距離を、ｆ４５は、第４レンズ及び第５レンズを備える接合レンズの焦点距離を表す。
【請求項１４】
第２レンズ及び第３レンズは、非球面を含む請求項１０に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項１５】
末端部に請求項１ないし１４のうちいずれか一項に記載の対物レンズが備えられたベンディング部と、
前記ベンディング部に連結された挿入部と、を備える内視鏡システム。
【請求項１】
複数のレンズ及び絞りを備え、
前記絞りに隣接して光学素子が配され、
前記光学素子を、光軸と異なる方向に動かして焦点距離を変化させる内視鏡用対物レンズ。
【請求項２】
前記複数のレンズが、前記絞りの前方に配された負の屈折力を持つフロントレンズ群と、前記絞りの後方に配された正の屈折力を持つリアレンズ群とで構成され、前記光学素子が、前記フロントレンズ群と絞りとの間、または前記絞りとリアレンズ群との間に配され、
前記フロントレンズ群が、負の屈折力を持つ第１レンズ、正の屈折力を持つ第２レンズを備え、
前記リアレンズ群が、正の屈折力を持つ第３レンズ、正の屈折力を持つ第４レンズ及び負の屈折力を持つ第５レンズを備える請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
次の式を満たす請求項２に記載の内視鏡用対物レンズ：
０．８≦｜ｄｓ／ｆＧ１｜≦１．８
ここで、ｄｓは、第１レンズの物体側面の頂点と絞りとの間の距離を、ｆＧ１は、フロントレンズ群の焦点距離を表す。
【請求項４】
前記光学素子が光軸上にあるか、または光軸を外れるように移動して焦点距離を変化させる請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項５】
前記光学素子は、パワーのない透明素子である請求項１ないし４のうちいずれか一項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項６】
前記光学素子は、両面が平面であるガラスプレートである請求項１ないし４のうちいずれか一項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項７】
前記光学素子は、正の屈折力を持つか、または負の屈折力を持つ請求項１ないし４のうちいずれか一項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項８】
前記光学素子は、光軸に対して垂直の方向に移動して焦点距離を変化させる請求項１ないし７のうちいずれか一項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項９】
前記対物レンズのＦｎｏは、４〜６の範囲を持つ請求項１ないし８のうちいずれか一項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項１０】
前記対物レンズの遠距離におけるＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｉｅｌｄ）は、５〜１００ｍｍ範囲を持ち、近距離におけるＤＯＦは、２．５〜１０ｍｍ範囲を持つ請求項１ないし９のうちいずれか一項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項１１】
前記第２レンズは、上側に凸面を持つメニスカス型である請求項１０に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項１２】
次の式を満たす請求項１０に記載の内視鏡用対物レンズ：
ｄ４８／ｆｆｒ≧２．０
ここで、ｄ４８は、第２レンズの上側面の頂点と第３レンズの物体側面の頂点との間の距離を、ｆｆｒは、対物レンズの全体焦点距離を表す。
【請求項１３】
次の式を満たす請求項１０に記載の内視鏡用対物レンズ：
ｆ２／ｆｆｒ≧６．０
０．３≦ｆ４５／ｆ２≦２．５
ここで、ｆ２は、第２レンズの焦点距離を、ｆｆｒは、対物レンズの全体焦点距離を、ｆ４５は、第４レンズ及び第５レンズを備える接合レンズの焦点距離を表す。
【請求項１４】
第２レンズ及び第３レンズは、非球面を含む請求項１０に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項１５】
末端部に請求項１ないし１４のうちいずれか一項に記載の対物レンズが備えられたベンディング部と、
前記ベンディング部に連結された挿入部と、を備える内視鏡システム。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−１１４２６１（Ｐ２０１３−１１４２６１Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２０４８５４（Ｐ２０１２−２０４８５４）
【出願日】平成２４年９月１８日（２０１２．９．１８）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月１８日（２０１２．９．１８）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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