走査用対物レンズ、走査型プローブ、及び走査型内視鏡
【課題】小型かつ広視野角でありつつも良好な光学性能を有する走査用対物レンズを提供すること。
【解決手段】所定の湾曲面上を所定の軌跡で移動する光ファイバ射出端から射出された光を対象物上で走査させるための走査用対物レンズであって、光ファイバの射出端側から順に、正のパワーを有する第一レンズ群、正のパワーを有する第二レンズ群を有し、該第一レンズ群及び該第二レンズ群を所定の条件を満たすように構成した走査用対物レンズを提供する。
【解決手段】所定の湾曲面上を所定の軌跡で移動する光ファイバ射出端から射出された光を対象物上で走査させるための走査用対物レンズであって、光ファイバの射出端側から順に、正のパワーを有する第一レンズ群、正のパワーを有する第二レンズ群を有し、該第一レンズ群及び該第二レンズ群を所定の条件を満たすように構成した走査用対物レンズを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、極細径の光ファイバの先端を共振させて対象物を光走査して画像情報を取得する走査型プローブ、走査型内視鏡、及びこれらに好適な対物レンズ（以下、「走査用対物レンズ」と記す。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
医師が患者の体腔内を診断する際に使用する医療機器として、電子スコープが一般的に知られている。この種の電子スコープの先端部は、当該スコープの挿入部が患者の体腔内や微少な隙間に円滑に挿入されるように小型に設計されている。電子スコープの先端部には、種々の部品が実装されている。先端部の設計上可能な最小外形寸法は、寸法の大きい実装部品（例えば固体撮像素子）によって実質的に規定される。従って、先端部を細径化させるためには、より一層小型化された固体撮像素子等を選択することが望まれる。しかし、例えば固体撮像素子は、一般に小型であるほど、解像度やダイナミックレンジ、ＳＮ比等に関する性能が低下する。そのため、先端部を細径化させたい場合であっても、小型な固体撮像素子を安易に選択することはできない。
【０００３】
そこで、固体撮像素子自体を不要とした構成を採用することによって、従来型の電子スコープ（つまり、固体撮像素子を搭載した電子スコープ）よりも細径化させることが可能な走査型プローブが提案されている。この種の走査型プローブを有する医療用観察システムの具体的構成例は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の走査型プローブは、単一の光ファイバの先端を共振させて所定の走査光により対象物を所定の走査パターンで走査する。かかる走査型プローブは、対象物からの反射光を検出して光電変換しビデオプロセッサに順次出力する。ビデオプロセッサは、光電変換された信号を処理して画像化しモニタに出力する。医師は、このようにして得られた体腔内の映像を、電子スコープを使用した場合と同じくモニタを通じて観察し診断や施術等を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，８５６，７１２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の走査型プローブは、光ファイバの射出端に走査用対物レンズ（マイクロレンズ）を備えている。当該走査型プローブにおいては、従来型の電子スコープと異なり、光源（ここでは光ファイバの射出端）が移動する。そのため、従来型の電子スコープに搭載されている対物レンズの場合と同じ技術的思想をもって走査用対物レンズを設計すると、従来想定し得ない異質の問題が生じることが想定される。例えば、光ファイバの射出端である光源が移動すると、その移動軌跡が描く仮想的な面は平面ではなく対物レンズに対して凸な曲面になる。そのため、像面湾曲が非常に大きくなることが想定される。このように、特許文献１に記載の走査用対物レンズには種々の問題が内在する。それにも拘わらず、特許文献１においてはこれらの問題が看過されており、当該走査用対物レンズの具体的構成について何ら記載がされていない。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、良好な画像を撮影するために好適に構成された走査型プローブ、走査型内視鏡、及び該走査型プローブ又は該走査型内視鏡に搭載された走査用対物レンズを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る走査用対物レンズは、極細径の光ファイバの先端を共振させて対象物を光走査して画像情報を取得する走査型プローブに搭載される小型で視野角の広い走査用対物レンズであって、対物レンズ側に凸の湾曲面上を所定の軌跡で周期的に移動する光ファイバ射出端から射出された光を対象物上で走査させるのに適した光学性能を有している。具体的には、当該走査用対物レンズは、光ファイバの射出端側から順に、正のパワーを有する第一レンズ群、正のパワーを有する第二レンズ群を有している。そして、第一レンズ群の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義し、第二レンズ群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義し、該第一レンズ群の各面のうち射出端側に最も近い面の曲率半径をＲ１ａ（単位：ｍｍ）と定義し、該第一レンズ群の各面のうち対象物側に最も近い面の曲率半径をＲ１ｂ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）、（２）
０．６０＜ｆ１／ｆ２＜１．２５・・・（１）
０．９５＜｜Ｒ１ａ／Ｒ１ｂ｜＜２．５０・・・（２）
を同時に満たすように構成されている。
【０００８】
条件式（１）の上限を超えると、光ファイバの射出端からの光を光軸側に屈折させる第一レンズ群のパワーが弱くなるため、レンズ径を大きく設計せざるを得ない。また、全系の正のパワーを確保するために第二レンズ群にパワーを負担させざるを得ず、第二レンズ群の中でも強い正のパワーを持つ光ファイバ射出端側の面の曲率半径が小さくなる。このことは、上記光ファイバ射出端側の面でのペッツバール値が大きくなり、像面湾曲の発生が大きくなることを意味する。条件式（１）の下限を下回ると、第一レンズ群のパワーが強くなり過ぎて、第一レンズ群に起因するコマ収差及び非点収差の発生が大きくなる。
【０００９】
条件式（２）の上限を超えると、第一レンズ群の対象物側の面による非点収差の発生が大きくなると共に、光ファイバの射出端からの光を光軸側に屈折させる第一レンズ群の射出端側の面のパワーが弱くなるため、レンズ径を大きく設計せざるを得ない。条件式（２）の下限を下回ると、第一レンズ群の光ファイバ射出端側の面のパワーが強くなり過ぎて、当該レンズ面によるコマ収差の発生が大きくなる。
【００１０】
本発明に係る走査用対物レンズは、光ファイバ射出端の移動軌跡が描く仮想的な面（すなわち物体面）の湾曲に伴って大きく発生した像面湾曲をより一層良好に補正するため、第二レンズ群の各面のうち対象物側に最も近い面が凹面であって、該凹面の曲率半径をＲ２ｂ（単位：ｍｍ）と定義し、全系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（３）
１．２５＜Ｒ２ｂ／ｆ＜４．８０・・・（３）
を満たすように構成されてもよい。
【００１１】
条件式（３）の上限を超えると、第二レンズ群の対象物側の面のパワーが弱いため、像面湾曲が補正不足になる。条件式（３）の下限を下回ると、第二レンズ群の正のパワーを確保するために、第二レンズ群の光ファイバ射出端側の面の曲率半径を小さく設定せざるを得ない。その結果として、該射出端側の面による像面湾曲の発生が大きくなり、周辺解像度が著しく劣化する。また、該射出端側の面の曲率半径が小さくなるため、第二レンズ群のコバ厚を十分に確保できない。コバ厚が薄くなることによって第二レンズ群の加工が難しくなり、製造技術面の不利益が大きい。更に、第二レンズ群の対象物側の面のパワーが強くなり過ぎて、該面によるコマ収差の発生が大きくなる。
【００１２】
ここで、第一レンズ群は、色収差を良好に補正すべく、射出端側から順に、第一の負レンズ、第一の正レンズが配置され、互いを貼り合わせた接合レンズであって、該第一レンズ群の光軸上の厚みをｄ１（単位：ｍｍ）と定義し、該第一の負レンズの光軸上の厚みをｄ１１（単位：ｍｍ）と定義し、該第一の負レンズのｅ線に対するアッベ数をν１１と定義し、該第一の正レンズのｅ線に対するアッベ数をν１２と定義した場合に、次の条件式（４）、（５）
０．３５＜ｄ１１／ｄ１＜０．６０・・・（４）
２０＜ν１２−ν１１・・・（５）
を同時に満たす構成としてもよい。
【００１３】
条件式（４）の上限を超えると、第一の正レンズのコバ厚を確保するために接合面の曲率半径を大きくせざるを得なくなり、色収差が補正不足になる。条件式（４）の下限を下回ると、接合面での光束径が小さいため、軸上色収差を良好に補正できない。条件式（５）を満たさない場合には、接合面の曲率半径が小さくなるため、第一の正レンズのコバ厚を確保するのが難しくなる。加工自体も難しくなり、製造技術面の不利益が大きい。
【００１４】
また、第二レンズ群は、像面湾曲及び軸上色収差をより一層良好に補正すべく、光ファイバの射出端側から順に、第二の正レンズ、第二の負レンズが配置され、互いを貼り合わせた接合レンズであって、該第二の負レンズのｅ線に対するアッベ数をν２２と定義した場合に、次の条件式（６）
ν２２＜２５・・・（６）
を満たす構成としてもよい。
【００１５】
条件式（６）を満たさないと、軸上色収差が補正不足となる。
【００１６】
第一、第二レンズ群の少なくとも一方は単レンズとしてもよい。
【００１７】
本発明に係る走査用対物レンズは、更なる広視野角化や良好な収差補正を達成し、若しくは第一レンズ群又は第二レンズ群の設計の自由度を高めるべく、第二レンズ群の後段に、負のパワーを有する第三レンズ群を有する構成としてもよい。
【００１８】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る走査型プローブ又は走査型内視鏡は、所定の光源から射出された光を対象物に向けて伝送する光ファイバと、該光ファイバ射出端が所定の湾曲面上を所定の軌跡で周期的に移動するように該光ファイバを振動させる振動手段と、射出端から射出された光を対象物上で走査させるための上記の何れかに記載の走査用対物レンズと、該走査された光の反射光を受光して所定の画像処理装置に出力する光出力手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
このように、本発明によれば、小型かつ広視野角でありつつも良好な光学性能を有する走査用対物レンズ、及び該走査用対物レンズを搭載した走査型プローブ及び走査型内視鏡が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態の走査型医療用プローブの構成を概略的に示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態の走査型医療用プローブの先端部の内部構造を概略的に示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態の走査型医療用プローブが有するシングルモードファイバの射出端が移動するＸＹ近似面を説明するための図である。
【図４】走査型医療用プローブにおける物体高と像高との関係を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態（実施例１）の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図６】本発明の実施例１の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図７】本発明の実施例１の走査用対物レンズの横収差図である。
【図８】本発明の実施例２の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図９】本発明の実施例２の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図１０】本発明の実施例２の走査用対物レンズの横収差図である。
【図１１】本発明の実施例３の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図１２】本発明の実施例３の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図１３】本発明の実施例３の走査用対物レンズの横収差図である。
【図１４】本発明の実施例４の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図１５】本発明の実施例４の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図１６】本発明の実施例４の走査用対物レンズの横収差図である。
【図１７】本発明の実施形態の別の変形例（実施例５）の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図１８】本発明の実施例５の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図１９】本発明の実施例５の走査用対物レンズの横収差図である。
【図２０】本発明の実施形態の変形例（実施例６）の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図２１】本発明の実施例６の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図２２】本発明の実施例６の走査用対物レンズの横収差図である。
【図２３】本発明の実施例７の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図２４】本発明の実施例７の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図２５】本発明の実施例７の走査用対物レンズの横収差図である。
【図２６】比較例１の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図２７】比較例１の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図２８】比較例１の走査用対物レンズの横収差図である。
【図２９】比較例２の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図３０】比較例２の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図３１】比較例２の走査用対物レンズの横収差図である。
【図３２】比較例３の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図３３】比較例３の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図３４】比較例３の走査用対物レンズの横収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付された各図面を参照しつつ、本発明の実施形態の走査用対物レンズ、及び該走査用対物レンズを搭載した走査型医療用プローブについて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態の走査型医療用プローブ１００の構成を概略的に示す側面図である。図１においては、説明の便宜上、走査型医療用プローブ１００の先端部１３０についてだけ、内部の構造を示している。図２は、先端部１３０の内部構造を概略的に示す斜視図である。なお、以降においては、走査型医療用プローブ１００の構成を説明するにあたり、便宜上、走査型医療用プローブ１００の長手方向をＺ方向、Ｚ方向に直交しかつ互いに直交する二方向をＸ方向、Ｙ方向と定義する。かかる定義によれば、例えば図１の先端部１３０の内部構造図は、走査型医療用プローブ１００の中心軸ＡＸを含むＹＺ平面での先端部１３０の側断面図となっている。
【００２３】
図１に示されるように、走査型医療用プローブ１００の基端には、走査型医療用プローブ１００と光源装置又は画像処理装置（何れも不図示）とを光学的に又は電気的に接続するコネクタ部１５０が備えられている。コネクタ部１５０から先端部１３０にかけては、可撓性を有するシース１３２（図２では便宜上図示省略）が備えられ、走査型医療用プローブ１００が有する各種内蔵部品を保護している。シース１３２の外径は、走査型医療用プローブ１００が固体撮像素子を搭載しない構成であるため、従来型の電子スコープの外径に比べて格段に細い。そのため、走査型医療用プローブ１００は、従来型の電子スコープに比べてより一層の低浸襲性が達成されている。
【００２４】
図１に示されるように、走査型医療用プローブ１００は、シングルモードファイバ１１２を有している。シングルモードファイバ１１２は、コネクタ部１５０から先端部１３０に亘って延びた形状を有し、シース１３２に収容されている。シングルモードファイバ１１２の入射端（不図示）は、コネクタ部１５０と光源装置とを接続させたときに、当該入射端と光源とが高効率で結合するように、コネクタ部１５０の内部に精度良く位置決めされている。当該入射端に入射された光束は、シングルモードファイバ１１２の内部を全反射を繰り返すことによって伝播される。伝播された光束は、シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂから射出される。
【００２５】
図１又は図２に示されるように、シース１３２内部には、支持体１３４が設けられている。シングルモードファイバ１１２の先端部１１２ｃは、支持体１３４の貫通穴に挿入され通されて片持ち梁の状態で支持されている。支持体１３４は、一対のアクチュエータ１３６、１３８、内枠１４４（図２では便宜上図示省略）も支持している。アクチュエータ１３６、１３８は、圧電アクチュエータであって、圧電素子上の所定位置に電極が形成されている。各電極は、終端がコネクタ部１５０の内部に収容された電線（不図示）と接続されている。アクチュエータ１３６、１３８には、コネクタ部１５０と画像処理装置とを接続させたとき、所定期間中、各電線を介して、位相が互いに直交しかつ振幅がリニアに増加する所定周波数の交流電圧が印加される。
【００２６】
アクチュエータ１３６、１３８はそれぞれ、所定周波数の交流電圧が印加されたときに、Ｘ、Ｙ方向に所定の横振動モードで共振するように、材料及び形状が選択され構成されている。シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂは、アクチュエータ１３６、１３８によるＸ、Ｙ方向への運動エネルギーが合成されることにより、ＸＹ平面に近似する面（以下、「ＸＹ近似面」と記す。）上において中心軸ＡＸを中心に所定の軌跡を描くように回転する。所定の軌跡は、例えば中心軸ＡＸを中心とした渦巻状の軌跡である。上記所定期間中の射出端１１２ｂの渦巻状の軌跡の径は、アクチュエータ１３６、１３８に印加される電圧に比例して大きくなる。シングルモードファイバ１１２の入射端に入射された光束は、上記所定期間中、射出端１１２ｂから射出され続ける。なお、所定の軌跡は、中心軸ＡＸを中心とした軌跡に限られない。所定の軌跡は、例えばラスタスキャン（水平走査）軌跡のような直線的な軌跡であってもよい。
【００２７】
図１に示されるように、内枠１４４の先端は、光軸が中心軸ＡＸと一致する位置に配置された走査用対物レンズ１４０（図２では便宜上図示省略）によって封止されている。シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂから射出された光束は、走査用対物レンズ１４０を介して観察対象上にスポットを形成する。なお、図１においては、図面を簡略化するため、走査用対物レンズ１４０が単一のレンズで示されている。しかし、本実施形態の走査用対物レンズ１４０は、複数枚のレンズで構成されている。走査用対物レンズ１４０の具体的構成については、後に詳細に説明する。
【００２８】
図２に示されるように、支持体１３４の端面１３４ａには、円環状に並ぶ複数の貫通穴が形成されている。各貫通穴には、検出用ファイバ１４２が差し込まれている。なお、図２中、検出用ファイバ１４２については、図面を明瞭にする便宜上一本だけを破線で示している。検出用ファイバ１４２は、貫通穴から走査用対物レンズ１４０側に延在する部分がシース１３２と内枠１４４との間のスペースに狭持されており、先端（入射端１４２ａ）が走査型医療用プローブ１００の先端面に位置している。図２において図示省略するが、各検出用ファイバ１４２は支持体１３４の後方で束ねられており、単一の光ファイババンドルを構成している。
【００２９】
走査用対物レンズ１４０を介して観察対象上に形成されたスポットは、当該観察対象で反射され、検出用ファイバ１４２に入射する。入射端１４２ａに入射された光束は、光ファイババンドルの内部を終端に向かって伝播される。光ファイババンドルの終端に到達した光束は、光学コネクタ部１５０を介して画像処理装置の光検出器に入射され検出されて、画像化処理に用いられる。
【００３０】
これまでの説明で明らかなように、走査型医療用プローブ１００は、従来型の電子スコープと異なり、光源（物点であって、ここではシングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂ）が不動でなく、ＸＹ近似面（物体面）上を移動している。ここで、走査型医療用プローブには、医師による病変部の発見を好適に補助すべく、例えば１００°（「走査型医療用プローブ１００の中心軸ＡＸを基準に±５０°」と同義である。）以上の広視野角が基本的仕様として求められる。広視野角を達成するには、シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂの移動範囲を大きく設定する必要がある。しかし、射出端１１２ｂの移動範囲が拡大するほど走査用対物レンズ１４０を大径化させなければ、諸収差を良好に抑えることが困難になる。
【００３１】
図３は、シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂが移動するＸＹ近似面を説明するための図である。図３においては、図説の便宜上、共振エネルギーによって動かされているシングルモードファイバ１１２の先端部１１２ｃのみを模式的に示す。図３に示されるように、ＸＹ近似面は、ＸＹ平面に対してシングルモードファイバ１１２の基端側に湾曲している（別の表現によれば、走査用対物レンズ１４０側に凸となるような湾曲面である）。ＸＹ平面に対するＸＹ近似面の湾曲量は、中心軸ＡＸから離れるほど増加していく。
【００３２】
図４は、走査型医療用プローブにおける物体高（光源の光軸からの距離）と像高（光源の像の光軸からの距離）との関係を説明するための図である。図４に示される走査型医療用プローブは、本実施形態の走査用対物レンズ１４０と相違した構成として走査用対物レンズＬを有している。
【００３３】
図４中符号ＦＣは、物体面がＸＹ平面である場合における走査用対物レンズＬの像面（観察面）である。走査用対物レンズＬは、良好な性能を得るため、種々の収差がコントロールされた結果、像面湾曲が理想的な像面Ｐに対してアンダー方向に残存している。しかし、残存する像面湾曲量は、許容量以下に抑えられている。かかる場合、仕様を満たす周辺解像度が結果的に得られるため、問題がない。一方、図４中符号ＦＣ’は、物体面がＸＹ近似面である場合における走査用対物レンズＬの像面である。この場合、物体高に応じてアンダー方向に湾曲した物体面が、もともと残存しているアンダー方向の像面湾曲に更なる湾曲を生じさせている。そのため、周辺解像度が低下する。本発明においては、このアンダー方向に大きく生じた像面湾曲を良好に補正する。
【００３４】
本出願人は、上記の光源（シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂ）の移動に伴う諸問題を認識し、当該諸問題を解決する具体的手段として、走査用対物レンズ１４０を以下のように構成している。
【００３５】
図５は、本発明の実施例１（詳しくは後述）の走査用対物レンズ１４０の構成を示す側面図である。ここでは、図５を利用して、本発明の実施形態の走査用対物レンズ１４０について説明することとする。なお、図５をはじめとする走査用対物レンズ１４０の各構成図は、図中左側がシングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂ（物体）側であり、図中右側が像面（観察面）である。
【００３６】
図５に示されるように、走査用対物レンズ１４０は、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２を有している。第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２は共に、正のパワーを有している。なお、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２の各群は、一枚構成に限らず、複数枚構成、例えば複数枚を貼り合わせた接合レンズとしてもよい。以降においては、説明の便宜上、走査用対物レンズ１４０を構成する各光学部品の物体側の面、像側の面をそれぞれ、第一面、第二面と記す。また、第一レンズ群Ｌ１の各面のうち物体側に最も近い第一面に符号ｒ１１を、第一レンズ群Ｌ１の各面のうち像面側に最も近い第二面に符号ｒ１２を、それぞれ付す。第二レンズ群Ｌ２の各面のうち物体側に最も近い第一面に符号ｒ２１を、第二レンズ群Ｌ２の各面のうち像面側に最も近い第二面に符号ｒ２２を、それぞれ付す。
【００３７】
走査用対物レンズ１４０は、第一レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義し、第二レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義し、第一レンズ群Ｌ１の第一面ｒ１１の曲率半径をＲ１ａ（単位：ｍｍ）と定義し、第一レンズ群Ｌ１の第二面ｒ１２の曲率半径をＲ１ｂ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）、（２）を同時に満たすように構成されている。
０．６０＜ｆ１／ｆ２＜１．２５・・・（１）
０．９５＜｜Ｒ１ａ／Ｒ１ｂ｜＜２．５０・・・（２）
【００３８】
シングルモードファイバが振動すると射出光が光軸から離れる方向に射出されるため、従来は、シングルモードファイバの振幅以上に走査用対物レンズを大径化させる必要があった。しかし、条件式（１）、（２）が同時に満たされるように走査用対物レンズ１４０を構成すると、光源側に配置された第一レンズ群Ｌ１に正のパワーを持たせてシングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂからの光束を光軸側に屈折させることにより、上記問題に起因する走査用対物レンズ１４０の大径化が効果的に抑えられると同時に像面湾曲、コマ収差、非点収差等も良好に抑えられる。
【００３９】
条件式（１）の上限を超えると、シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂからの光束を光軸側に屈折させる第一レンズ群Ｌ１のパワーが弱くなるため、走査用対物レンズ１４０を大径化せざるを得ない。また、全系の正のパワーを確保するために第二レンズ群Ｌ２にパワーを負担させざるを得ず、第二レンズ群Ｌ２の中でも強い正のパワーを持つ第一面ｒ２１の曲率半径が小さくなってこの面でのペッツバール値が大きくなり、像面湾曲の発生が大きくなる。
【００４０】
条件式（１）の下限を下回ると、第一レンズ群Ｌ１のパワーが強くなり過ぎて、第一レンズ群Ｌ１に起因するコマ収差及び非点収差の発生が大きくなる。
【００４１】
条件式（２）の上限を超えると、第一レンズ群Ｌ１の第二面ｒ１２による非点収差の発生が大きくなると共に、シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂからの光束を光軸側に屈折させる第一レンズ群Ｌ１の第一面ｒ１１のパワーが弱くなるため、走査用対物レンズ１４０を大径化せざるを得ない。
【００４２】
条件式（２）の下限を下回ると、第一レンズ群Ｌ１の第一面ｒ１１のパワーが強くなり過ぎて、第一面ｒ１１によるコマ収差の発生が大きくなる。
【００４３】
走査用対物レンズ１４０は、物体面がアンダー方向に湾曲したことに伴って大きく発生した像面湾曲を良好に補正するため、第二レンズ群Ｌ２の第二面ｒ２２が凹面に形成され、かつ、第二面ｒ２２の曲率半径をＲ２ｂ（単位：ｍｍ）と定義し、走査用対物レンズ１４０の全系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（３）を満たすように構成されている。
１．２５＜Ｒ２ｂ／ｆ＜４．８０・・・（３）
【００４４】
条件式（３）の上限を超えると、第二面ｒ２２の負のパワーが弱いため、像面湾曲が補正不足になる。
【００４５】
条件式（３）の下限を下回ると、第二レンズ群Ｌ２の正のパワーを確保するために、第二レンズ群Ｌ２の第一面ｒ２１（凸面）の曲率半径を小さく設定せざるを得ない。その結果として、第一面ｒ２１による像面湾曲の発生が大きくなり、周辺解像度が著しく劣化する。また、第一面ｒ２１の曲率半径が小さくなるため、第二レンズ群Ｌ２のコバ厚を十分に確保できない。コバ厚が薄くなることによって第二レンズ群Ｌ２の加工が難しくなり、製造技術面の不利益が大きい。更に、第二レンズ群Ｌ２の第二面ｒ２２のパワーが強くなり過ぎて、第二面ｒ２２によるコマ収差の発生が大きくなる。
【００４６】
複数種類の波長の光を用いて観察対象を撮影する場合には、走査用対物レンズ１４０において色収差が発生する。この種の色収差による画像の劣化は、画像処理装置側の処理によって電気的にある程度は補正することができる。しかし、画像の電気的補正は、色再現性が悪く、ノイズも増加する。また、色収差で波長毎の分解能が異なった場合、その差を補正するのは困難である。そのため、走査用対物レンズ１４０における色収差の発生自体を抑えることが望ましい。
【００４７】
図２０は、本発明の実施例６（詳しくは後述）の走査用対物レンズ１４０の構成を示す側面図である。ここでは、図２０を利用して、本実施形態の変形例であって、色収差が良好に補正された走査用対物レンズ１４０について説明することとする。なお、当該変形例又は後述する実施例、比較例において、前述の実施形態の構成と同一の又は同様の構成には同一の又は同様の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
図２０に示されるように、変形例の走査用対物レンズ１４０は、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２、第三レンズ群Ｌ３を有している。第一レンズ群Ｌ１は、屈折力の異なる正負二枚のレンズを接合した接合レンズであり、全体として正のパワーを有している。ここで、接合レンズにおける物体側のレンズを正レンズとした場合、接合面が物体側に凹面になる。そのため、軸上光線が接合面の法線に対して浅い角度で入射されることとなり、軸上色収差補正の効果が十分に得られない。また、像面側に配置される負レンズの分散を高くせざるを得ないため、第一レンズ群Ｌ１の第二面１２による色収差の発生が大きくなる。そこで、変形例の第一レンズ群Ｌ１は、物体側から順に、負レンズＬ１１、正レンズＬ１２が配置され、両レンズが貼り合わせられた接合レンズとなっている。
【００４９】
第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２は共に正のパワーを、第三レンズ群Ｌ３は負のパワーを、それぞれ有している。なお、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２との接合面に符号ｒ１３を付す。また、第三レンズ群Ｌ３の各面のうち物体側に最も近い第一面に符号ｒ３１を、第三レンズ群Ｌ３の各面のうち像面側に最も近い第二面に符号ｒ３２を、それぞれ付す。
【００５０】
変形例の走査用対物レンズ１４０は、軸上色収差と倍率色収差が良好に補正されるよう、第一レンズ群Ｌ１の光軸上の厚みをｄ１（単位：ｍｍ）と定義し、負レンズＬ１１の光軸上の厚みをｄ１１（単位：ｍｍ）と定義し、負レンズＬ１１のｅ線に対するアッベ数をν１１と定義し、正レンズＬ１２のｅ線に対するアッベ数をν１２と定義した場合に、次の条件式（４）、（５）を同時に満たすように構成されている。
０．３５＜ｄ１１／ｄ１＜０．６０・・・（４）
２０＜ν１２−ν１１・・・（５）
【００５１】
条件式（４）の上限を超えると、正レンズＬ１２のコバ厚を確保するために接合面ｒ１３の曲率半径を大きくせざるを得なくなり、色収差が補正不足になる。
【００５２】
条件式（４）の下限を下回ると、接合面ｒ１３での光束径が小さいため、軸上色収差を良好に補正できない。
【００５３】
条件式（５）を満たさない場合には、接合面ｒ１３の曲率半径が小さくなるため、正レンズＬ１２のコバ厚を確保するのが難しくなる。加工自体も難しくなり、製造技術面の不利益が大きい。
【００５４】
変形例の走査用対物レンズ１４０は、第三レンズ群Ｌ３の第一面３１が凹面に形成されている。第三レンズ群Ｌ３にパワーを負担させることにより、更なる広視野角化や良好な収差補正が達成され、若しくは第一レンズ群Ｌ１又は第二レンズ群Ｌ２の設計の自由度が高まる。
【００５５】
図１７は、本発明の実施例５（詳しくは後述）の走査用対物レンズ１４０の構成を示す側面図である。ここでは、図１７を利用して、本実施形態の別の変形例であって、色収差が良好に補正された走査用対物レンズ１４０について説明することとする。
【００５６】
図１７に示されるように、別の変形例の走査用対物レンズ１４０は、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２、カバーガラスＣＧを有している。第一レンズ群Ｌ１は、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２とを接合した接合レンズであり、物体側に負レンズＬ１１が配置されている。第二レンズ群Ｌ２は、正レンズＬ２１と負レンズＬ２２とを接合した接合レンズであり、物体側に正レンズＬ２１が配置されている。第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２は共に正のパワーを有している。なお、正レンズＬ２１と負レンズＬ２２との接合面に符号ｒ２３を付す。また、カバーガラスＣＧの第一面に符号ｒＣＧ１を、第二面に符号ｒＣＧ２を、それぞれ付す。
【００５７】
変形例の走査用対物レンズ１４０は、軸上色収差が良好に補正されるよう、第二レンズ群Ｌ２の正レンズＬ２１が低分散性硝材であり、負レンズＬ２２が高分散性硝材で構成されている。変形例の走査用対物レンズ１４０は、負レンズＬ２２のｅ線に対するアッベ数をν２２と定義した場合に、次の条件式（６）を満たすように構成されている。
ν２２＜２５・・・（６）
【００５８】
正レンズＬ２１は強い正のパワーを有するため、正レンズＬ２１を分散の大きい硝材で構成した場合には軸上色収差の発生が大きくなる。そこで、条件式（６）を満たすように負レンズＬ２２を高分散性硝材で構成し、更に第二面ｒ２２（対象物側の面）を凹面にすることにより、像面湾曲と軸上色収差が同時に良好に補正される。条件式（６）を満たさないと、軸上色収差が補正不足となる。
【００５９】
次に、これまで説明された走査用対物レンズ１４０の具体的数値実施例を７例説明する。各数値実施例１〜７の走査用対物レンズ１４０は、図１に示される走査型医療用プローブ１００の先端部１３０に配置されている。
【実施例１】
【００６０】
本発明の実施例１の走査用対物レンズ１４０の構成は、上述したように、図５に示される通りである。本実施例１の走査用対物レンズ１４０の仕様、具体的には、開口数ＮＡ、全系の焦点距離ｆ（単位：ｍｍ）、光学倍率ｍ、半視野角ω（単位：ｄｅｇ）、バックフォーカスＢＦ（単位：ｍｍ）、像高Ｙ（単位：ｍｍ）は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４５
ｍ ：−１５．４６７
ω ：５０．４
ＢＦ：６．９３
ｙ ：８．４３
【００６１】
本実施例１の走査用対物レンズ１４０の具体的数値構成（設計値）は、表１に示される。表１において、Ｒ（単位：ｍｍ）は光学部材の各面の曲率半径を、Ｄ（単位：ｍｍ）は光軸上の光学部材厚又は光学部材間隔を、Ｎｅはｅ線の屈折率を、νｅはｅ線のアッベ数を、それぞれ示す。なお、表１中、第一レンズ群Ｌ１の第一面ｒ１１、第二面ｒ１２にそれぞれ、面番号１、２を付す。第二レンズ群Ｌ２の第一面ｒ２１、第二面ｒ２２にそれぞれ、面番号３、４を付す。なお、本実施例１をはじめとする各数値実施例及び比較例において、シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂは、半径３．９４ｍｍの球面（ＸＹ近似面）上を移動する。
【００６２】
（表１）
面番号 R D Ne νe
1 1.731 0.850 1.88814 40.5
2 -0.931 0.120 - -
3 0.620 0.620 1.88814 40.5
4 0.846 - - -
【００６３】
図６（ａ）〜（ｄ）は、本実施例１の走査用対物レンズ１４０の各種収差図である。具体的には、図６（ａ）は、ｅ線、ｇ線、Ｃ線での球面収差及び軸上色収差を示す。図６（ｂ）は、ｅ線、ｇ線、Ｃ線での倍率色収差を示す。図６（ａ）、（ｂ）中、実線はｅ線での収差を、破線はｇ線での収差を、一点鎖線はＣ線での収差を、それぞれ示す。図６（ｃ）は、非点収差を示す。図６（ｃ）中、実線はサジタル成分を、破線はメリディオナル成分を、それぞれ示す。図６（ｄ）は、歪曲収差を示す。図６（ａ）〜（ｃ）の各図の縦軸は像高を、横軸は収差量を、それぞれ示す。また、図６（ｄ）の縦軸は像高を、横軸は像の歪曲量を、それぞれ示す。
【００６４】
図７（ａ）〜（ｄ）は、本実施例１の走査用対物レンズ１４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。図７（ａ）〜（ｄ）の各図の縦軸は横収差量を、横軸は入射瞳座標を、それぞれ示す。本図においては、横軸の左側が上光線を、右側が下光線を、それぞれ示す。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、像高０．００ｍｍ、３．５４ｍｍ、６．０３ｍｍ、８．４３ｍｍに対応する光線の横収差図である。
【００６５】
本実施例１の走査用対物レンズ１４０は、図６、７に示されるように、各種収差が良好に補正されていることが分かる。なお、本実施例１の各図表についての説明は、他の数値実施例及び比較例で提示される各図表においても適用される。
【実施例２】
【００６６】
次に、本発明の実施例２について説明する。図８は、本実施例２の走査用対物レンズ１４０の構成を示す側面図である。本実施例２の走査用対物レンズ１４０は、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２を有している。各群は、単レンズで構成されている。本実施例２の走査用対物レンズ１４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４４
ｍ ：−１６．３６３
ω ：４９．５
ＢＦ：７．１６
ｙ ：８．４１
【００６７】
表２は、本実施例２の走査用対物レンズ１４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表２中の面番号の割り振りは本実施例１と同一である。
【００６８】
（表２）
面番号 R D Ne νe
1 1.450 0.738 1.82017 46.4
2 -0.908 0.063 - -
3 0.618 0.620 1.88814 40.5
4 1.748 - - -
【００６９】
図９（ａ）は本実施例２の走査用対物レンズ１４０の球面収差及び軸上色収差を、図９（ｂ）は倍率色収差を、図９（ｃ）は非点収差を、図９（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図１０（ａ）〜（ｄ）は、本実施例２の走査用対物レンズ１４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。本実施例２の走査用対物レンズ１４０は、図９，１０に示されるように、各種収差が良好に補正されていることが分かる。
【実施例３】
【００７０】
次に、本発明の実施例３について説明する。図１１は、本実施例３の走査用対物レンズ１４０の構成を示す側面図である。本実施例３の走査用対物レンズ１４０は、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２、カバーガラスＣＧを有している。各群は、単レンズで構成されている。本実施例３の走査用対物レンズ１４０は、本実施例１と同様に、各群が単レンズで構成されている。本実施例３の走査用対物レンズ１４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４６
ｍ ：−１６．２２１
ω ：５９．３
ＢＦ：７．０９
ｙ ：１２．３１
【００７１】
表３は、本実施例３の走査用対物レンズ１４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表３中面番号１〜４の割り振りは実施例１と同一である。面番号５はカバーガラスＣＧの第一面ｒＣＧ１に、面番号６はカバーガラスＣＧの第二面ｒＣＧ２に、それぞれ対応する。
【００７２】
（表３）
面番号 R D Ne νe
1 1.259 0.668 1.88814 40.5
2 -1.259 0.125 - -
3 0.564 0.557 1.88814 40.5
4 1.689 0.070 - -
5 INFINITY 0.300 1.51825 63.9
6 INFINITY - - -
【００７３】
図１２（ａ）は本実施例３の走査用対物レンズ１４０の球面収差及び軸上色収差を、図１２（ｂ）は倍率色収差を、図１２（ｃ）は非点収差を、図１２（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図１３（ａ）〜（ｄ）は、本実施例３の走査用対物レンズ１４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。本実施例３の走査用対物レンズ１４０は、図１２，１３に示されるように、各種収差が良好に補正されていることが分かる。
【実施例４】
【００７４】
次に、本発明の実施例４について説明する。図１４は、本実施例４の走査用対物レンズ１４０の構成を示す側面図である。本実施例４の走査用対物レンズ１４０は、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２、カバーガラスＣＧを有している。第一レンズ群Ｌ１は、物体側から順に、負レンズＬ１１、正レンズＬ１２が配置された接合レンズである。二群レンズＬ２は、単レンズで構成されている。本実施例４の走査用対物レンズ１４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４４
ｍ ：−１６．３４５
ω ：５０．７
ＢＦ：６．８５
ｙ ：８．７２
【００７５】
表４は、本実施例４の走査用対物レンズ１４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表４中、負レンズＬ１１の第一面ｒ１１、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２との接合面ｒ１３、正レンズＬ１２の第二面ｒ１２にそれぞれ、面番号１，２，３を付す。二群レンズＬ２の第一面ｒ２１、第二面ｒ２２にそれぞれ、面番号４，５を付す。カバーガラスＣＧの第一面ｒＣＧ１、第二面ｒＣＧ２にそれぞれ、面番号６，７を付す。
【００７６】
（表４）
面番号 R D Ne νe
1 1.624 0.446 1.93430 18.7
2 0.696 0.496 1.77621 49.3
3 -0.696 0.062 - -
4 0.546 0.645 1.73234 54.4
5 0.671 0.062 - -
6 INFINITY 0.350 1.51825 63.9
7 INFINITY - - -
【００７７】
図１５（ａ）は本実施例４の走査用対物レンズ１４０の球面収差及び軸上色収差を、図１５（ｂ）は倍率色収差を、図１５（ｃ）は非点収差を、図１５（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図１６（ａ）〜（ｄ）は、本実施例４の走査用対物レンズ１４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。本実施例４の走査用対物レンズ１４０は、図１５，１６に示されるように、各種収差が良好に補正されていることが分かる。
【実施例５】
【００７８】
次に、本発明の実施例５について説明する。本実施例５の走査用対物レンズ１４０の構成は、上述したように、図１７に示される通りである。本実施例５の走査用対物レンズ１４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００７
ｆ ：０．４４
ｍ ：−１７．５３８
ω ：４９．１
ＢＦ：７．３０
ｙ ：８．７７
【００７９】
表５は、本実施例５の走査用対物レンズ１４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表５中、負レンズＬ１１の第一面ｒ１１、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２との接合面ｒ１３、正レンズＬ１２の第二面ｒ１２にそれぞれ、面番号１，２，３を付す。正レンズＬ２１の第一面ｒ２１、正レンズＬ２１と負レンズＬ２２との接合面ｒ２３、負レンズＬ２２の第二面ｒ２２にそれぞれ、面番号４，５，６を付す。カバーガラスＣＧの第一面ｒＣＧ１、第二面ｒＣＧ２にそれぞれ、面番号７，８を付す。
【００８０】
（表５）
面番号 R D Ne νe
1 1.756 0.391 1.93430 18.7
2 0.818 0.592 1.83945 42.5
3 -0.818 0.063 - -
4 0.635 0.441 1.83945 42.5
5 INFINITY 0.302 1.85504 23.6
6 0.794 0.050 - -
7 INFINITY 0.400 1.51825 63.9
8 INFINITY - - -
【００８１】
図１８（ａ）は本実施例５の走査用対物レンズ１４０の球面収差及び軸上色収差を、図１８（ｂ）は倍率色収差を、図１８（ｃ）は非点収差を、図１８（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図１９（ａ）〜（ｄ）は、本実施例５の走査用対物レンズ１４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。本実施例５の走査用対物レンズ１４０は、図１８，１９に示されるように、各種収差が良好に補正されていることが分かる。
【実施例６】
【００８２】
次に、本発明の実施例６について説明する。本実施例６の走査用対物レンズ１４０の構成は、上述したように、図２０に示される通りである。本実施例６の走査用対物レンズ１４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４３
ｍ ：−１６．９５６
ω ：５０．０
ＢＦ：６．９５
ｙ ：８．５７
【００８３】
表６は、本実施例６の走査用対物レンズ１４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表６中、負レンズＬ１１の第一面ｒ１１、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２との接合面ｒ１３、正レンズＬ１２の第二面ｒ１２にそれぞれ、面番号１，２，３を付す。二群レンズＬ２の第一面ｒ２１、第二面ｒ２２にそれぞれ、面番号４，５を付す。第三レンズ群Ｌ３の第一面ｒ３１、第二面ｒ３２にそれぞれ、面番号６，７を付す。
【００８４】
（表６）
面番号 R D Ne νe
1 1.371 0.625 1.93430 18.7
2 0.701 0.450 1.73234 54.4
3 -0.762 0.060 - -
4 0.557 0.662 1.88814 40.5
5 0.833 0.080 - -
6 -1.000 0.340 1.51825 63.9
7 INFINITY - - -
【００８５】
図２１（ａ）は本実施例６の走査用対物レンズ１４０の球面収差及び軸上色収差を、図２１（ｂ）は倍率色収差を、図２１（ｃ）は非点収差を、図２１（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図２２（ａ）〜（ｄ）は、本実施例６の走査用対物レンズ１４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。本実施例６の走査用対物レンズ１４０は、図２１，２２に示されるように、各種収差が良好に補正されていることが分かる。
【実施例７】
【００８６】
次に、本発明の実施例７について説明する。図２３は、本実施例７の走査用対物レンズ１４０の構成を示す側面図である。本実施例７の走査用対物レンズ１４０は、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２を有している。各群は、単レンズで構成されている。本実施例７の走査用対物レンズ１４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４４
ｍ ：−１６．１０８
ω ：５０．１
ＢＦ：７．０１
ｙ ：８．４３
【００８７】
表７は、本実施例７の走査用対物レンズ１４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表７中の面番号の割り振りは本実施例１と同一である。
【００８８】
（表７）
面番号 R D Ne νe
1 1.330 0.722 1.88814 40.5
2 -0.997 0.060 - -
3 0.657 0.664 1.88814 40.5
4 2.079 - - -
【００８９】
図２４（ａ）は本実施例７の走査用対物レンズ１４０の球面収差及び軸上色収差を、図２４（ｂ）は倍率色収差を、図２４（ｃ）は非点収差を、図２４（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図２５（ａ）〜（ｄ）は、本実施例７の走査用対物レンズ１４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。本実施例７の走査用対物レンズ１４０は、図２４，２５に示されるように、各種収差が良好に補正されていることが分かる。
【００９０】
表８は、本実施例１〜７における各条件式（１）〜（６）の値を示す図である。表８に示されるように、本実施例１〜７の何れにおいても各条件式が満たされている。そのため、本実施例１〜７の何れの走査用対物レンズ１４０においても、小型化かつ広視野角化が達成されると同時に良好な光学性能が発揮される。
【００９１】
（表８）
実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５ 実施例６ 実施例７
（１） 0.703 0.926 1.048 0.648 0.680 1.030 0.847
（２） 1.859 1.597 1.000 2.333 2.147 1.799 1.334
（３） 1.876 3.982 3.712 1.525 1.813 1.937 4.736
（４） - - - 0.473 0.398 0.581 -
（５） - - - 30.6 23.8 35.7 -
（６） - - - - 23.6 - -
【００９２】
次に、これまで説明された本実施例の走査用対物レンズ１４０の光学性能を検証する。検証するにあたり、次の３例を比較例として挙げる。
【００９３】
図２６、図２９はそれぞれ、比較例１、２の走査用対物レンズ２４０の構成を示す側面図である。比較例１、２の走査用対物レンズ２４０は、本実施例１と同じく、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２を有している。各群は、単レンズで構成されている。比較例１の走査用対物レンズ２４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４７
ｍ ：−１５．５６２
ω ：４９．５
ＢＦ：７．２２
ｙ ：８．５１
【００９４】
表９は、比較例１の走査用対物レンズ２４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表９中の面番号の割り振りは本実施例１と同一である。
【００９５】
（表９）
面番号 R D Ne νe
1 1.183 0.906 1.88814 40.5
2 -1.286 0.139 - -
3 0.628 0.661 1.88814 40.5
4 0.590 - - -
【００９６】
図２７（ａ）は比較例１の走査用対物レンズ２４０の球面収差及び軸上色収差を、図２７（ｂ）は倍率色収差を、図２７（ｃ）は非点収差を、図２７（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図２８（ａ）〜（ｄ）は、比較例１の走査用対物レンズ２４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。
【００９７】
比較例２の走査用対物レンズ２４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４５
ｍ ：−１６．２３５
ω ：５０．１
ＢＦ：７．２１
ｙ ：８．７３
【００９８】
表１０は、比較例２の走査用対物レンズ２４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表１０中の面番号の割り振りは本実施例１と同一である。
【００９９】
（表１０）
面番号 R D Ne νe
1 1.039 0.703 1.88814 40.5
2 -0.998 0.121 - -
3 0.681 0.675 1.88814 40.5
4 2.342 - - -
【０１００】
図３０（ａ）は比較例２の走査用対物レンズ２４０の球面収差及び軸上色収差を、図３０（ｂ）は倍率色収差を、図３０（ｃ）は非点収差を、図３０（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図３１（ａ）〜（ｄ）は、比較例２の走査用対物レンズ２４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。
【０１０１】
図３２は、比較例３の走査用対物レンズ２４０の構成を示す側面図である。比較例３の走査用対物レンズ２４０は、本実施例４と同じく、物体側から順に、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２とを接合した第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２、カバーガラスＣＧを有している。比較例３の走査用対物レンズ２４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４４
ｍ ：−１６．６０３
ω ：５０．０
ＢＦ：６．９９
ｙ ：８．６２
【０１０２】
表１１は、比較例３の走査用対物レンズ２４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表１１中の面番号の割り振りは本実施例４と同一である。
【０１０３】
（表１１）
面番号 R D Ne νe
1 1.254 0.312 1.93430 18.9
2 0.481 0.625 1.77621 49.6
3 -0.700 0.063 - -
4 0.552 0.650 1.73234 54.7
5 0.661 0.050 - -
6 INFINITY 0.330 1.51825 64.1
7 INFINITY - - -
【０１０４】
図３３（ａ）は比較例３の走査用対物レンズ２４０の球面収差及び軸上色収差を、図３３（ｂ）は倍率色収差を、図３３（ｃ）は非点収差を、図３３（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図３４（ａ）〜（ｄ）は、比較例３の走査用対物レンズ２４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。
【０１０５】
表１２は、比較例１〜３における各条件式（１）〜（６）の値を示す図である。
【０１０６】
（表１２）
比較例１ 比較例２ 比較例３
（１） 0.549 0.753 0.615
（２） 0.920 1.041 1.791
（３） 1.258 5.193 1.500
（４） - - 0.333
（５） - - 30.6
（６） - - -
【０１０７】
表１２に示されるように、比較例１においては、条件式（１）及び（２）の下限を下回るため、第一レンズ群Ｌ１のパワーが強くなり過ぎて、当該レンズに起因する周辺部でのコマ収差及び非点収差の発生が大きい。
【０１０８】
表１２に示されるように、比較例２においては、条件式（３）の上限を超えるため、第二レンズ群Ｌ２の第二面ｒ２２の負のパワーが弱くなり、像面湾曲が補正不足になる。
【０１０９】
表１２に示されるように、比較例３においては、条件式（４）の下限を下回るため、第一レンズ群Ｌ１の接合面での光束径が小さくなり、軸上色収差を良好に補正できない。ここで、表１３に、本実施例４〜６、比較例３の各例の走査用対物レンズの軸上色収差を示す。表１３中の軸上色収差は、ｅ線に対するｇ線とＣ線のズレを示している。表１３に示されるように、本実施例４〜６の走査用対物レンズ１４０は、比較例３の走査用対物レンズ２４０と異なり、軸上色収差が良好に補正されていることが分かる。
【０１１０】
（表１３）
実施例４ 実施例５ 実施例６ 比較例３
g線 0.013 0.041 0.044 -0.473
C線 0.283 0.339 0.371 0.535
【０１１１】
このように、本実施例１〜７の走査用対物レンズ１４０は、比較例１〜３との比較検証結果から分かるように、少なくとも条件式（１）、（２）を同時に満たすことにより、小型化かつ広視野角化が達成されると同時に走査型医療用プローブに適した良好な光学性能も達成する。
【０１１２】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば走査用対物レンズ１４０又は走査型医療用プローブ１００の特徴的構成は医療分野に限らず、工業用の製品分野の機器にも適用可能である。また、走査用対物レンズ１４０又は走査型医療用プローブ１００の特徴的構成は、プローブ形態の機器だけでなく、走査型内視鏡の形態の機器にも適用可能である。
【０１１３】
本実施例１〜３、７では、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２が何れも単レンズであるレンズ構成が例示されている。本実施例４、６では、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２が、順に接合レンズ、単レンズであるレンズ構成が例示されている。本実施例５では、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２が何れも接合レンズであるレンズ構成が例示されている。本発明の技術的思想の範囲における別の実施例としては、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２が、順に単レンズ、接合レンズであるレンズ構成も想定される。
【符号の説明】
【０１１４】
１００ 走査型医療用プローブ
１４０ 走査用対物レンズ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、極細径の光ファイバの先端を共振させて対象物を光走査して画像情報を取得する走査型プローブ、走査型内視鏡、及びこれらに好適な対物レンズ（以下、「走査用対物レンズ」と記す。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
医師が患者の体腔内を診断する際に使用する医療機器として、電子スコープが一般的に知られている。この種の電子スコープの先端部は、当該スコープの挿入部が患者の体腔内や微少な隙間に円滑に挿入されるように小型に設計されている。電子スコープの先端部には、種々の部品が実装されている。先端部の設計上可能な最小外形寸法は、寸法の大きい実装部品（例えば固体撮像素子）によって実質的に規定される。従って、先端部を細径化させるためには、より一層小型化された固体撮像素子等を選択することが望まれる。しかし、例えば固体撮像素子は、一般に小型であるほど、解像度やダイナミックレンジ、ＳＮ比等に関する性能が低下する。そのため、先端部を細径化させたい場合であっても、小型な固体撮像素子を安易に選択することはできない。
【０００３】
そこで、固体撮像素子自体を不要とした構成を採用することによって、従来型の電子スコープ（つまり、固体撮像素子を搭載した電子スコープ）よりも細径化させることが可能な走査型プローブが提案されている。この種の走査型プローブを有する医療用観察システムの具体的構成例は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の走査型プローブは、単一の光ファイバの先端を共振させて所定の走査光により対象物を所定の走査パターンで走査する。かかる走査型プローブは、対象物からの反射光を検出して光電変換しビデオプロセッサに順次出力する。ビデオプロセッサは、光電変換された信号を処理して画像化しモニタに出力する。医師は、このようにして得られた体腔内の映像を、電子スコープを使用した場合と同じくモニタを通じて観察し診断や施術等を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，８５６，７１２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の走査型プローブは、光ファイバの射出端に走査用対物レンズ（マイクロレンズ）を備えている。当該走査型プローブにおいては、従来型の電子スコープと異なり、光源（ここでは光ファイバの射出端）が移動する。そのため、従来型の電子スコープに搭載されている対物レンズの場合と同じ技術的思想をもって走査用対物レンズを設計すると、従来想定し得ない異質の問題が生じることが想定される。例えば、光ファイバの射出端である光源が移動すると、その移動軌跡が描く仮想的な面は平面ではなく対物レンズに対して凸な曲面になる。そのため、像面湾曲が非常に大きくなることが想定される。このように、特許文献１に記載の走査用対物レンズには種々の問題が内在する。それにも拘わらず、特許文献１においてはこれらの問題が看過されており、当該走査用対物レンズの具体的構成について何ら記載がされていない。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、良好な画像を撮影するために好適に構成された走査型プローブ、走査型内視鏡、及び該走査型プローブ又は該走査型内視鏡に搭載された走査用対物レンズを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る走査用対物レンズは、極細径の光ファイバの先端を共振させて対象物を光走査して画像情報を取得する走査型プローブに搭載される小型で視野角の広い走査用対物レンズであって、対物レンズ側に凸の湾曲面上を所定の軌跡で周期的に移動する光ファイバ射出端から射出された光を対象物上で走査させるのに適した光学性能を有している。具体的には、当該走査用対物レンズは、光ファイバの射出端側から順に、正のパワーを有する第一レンズ群、正のパワーを有する第二レンズ群を有している。そして、第一レンズ群の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義し、第二レンズ群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義し、該第一レンズ群の各面のうち射出端側に最も近い面の曲率半径をＲ１ａ（単位：ｍｍ）と定義し、該第一レンズ群の各面のうち対象物側に最も近い面の曲率半径をＲ１ｂ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）、（２）
０．６０＜ｆ１／ｆ２＜１．２５・・・（１）
０．９５＜｜Ｒ１ａ／Ｒ１ｂ｜＜２．５０・・・（２）
を同時に満たすように構成されている。
【０００８】
条件式（１）の上限を超えると、光ファイバの射出端からの光を光軸側に屈折させる第一レンズ群のパワーが弱くなるため、レンズ径を大きく設計せざるを得ない。また、全系の正のパワーを確保するために第二レンズ群にパワーを負担させざるを得ず、第二レンズ群の中でも強い正のパワーを持つ光ファイバ射出端側の面の曲率半径が小さくなる。このことは、上記光ファイバ射出端側の面でのペッツバール値が大きくなり、像面湾曲の発生が大きくなることを意味する。条件式（１）の下限を下回ると、第一レンズ群のパワーが強くなり過ぎて、第一レンズ群に起因するコマ収差及び非点収差の発生が大きくなる。
【０００９】
条件式（２）の上限を超えると、第一レンズ群の対象物側の面による非点収差の発生が大きくなると共に、光ファイバの射出端からの光を光軸側に屈折させる第一レンズ群の射出端側の面のパワーが弱くなるため、レンズ径を大きく設計せざるを得ない。条件式（２）の下限を下回ると、第一レンズ群の光ファイバ射出端側の面のパワーが強くなり過ぎて、当該レンズ面によるコマ収差の発生が大きくなる。
【００１０】
本発明に係る走査用対物レンズは、光ファイバ射出端の移動軌跡が描く仮想的な面（すなわち物体面）の湾曲に伴って大きく発生した像面湾曲をより一層良好に補正するため、第二レンズ群の各面のうち対象物側に最も近い面が凹面であって、該凹面の曲率半径をＲ２ｂ（単位：ｍｍ）と定義し、全系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（３）
１．２５＜Ｒ２ｂ／ｆ＜４．８０・・・（３）
を満たすように構成されてもよい。
【００１１】
条件式（３）の上限を超えると、第二レンズ群の対象物側の面のパワーが弱いため、像面湾曲が補正不足になる。条件式（３）の下限を下回ると、第二レンズ群の正のパワーを確保するために、第二レンズ群の光ファイバ射出端側の面の曲率半径を小さく設定せざるを得ない。その結果として、該射出端側の面による像面湾曲の発生が大きくなり、周辺解像度が著しく劣化する。また、該射出端側の面の曲率半径が小さくなるため、第二レンズ群のコバ厚を十分に確保できない。コバ厚が薄くなることによって第二レンズ群の加工が難しくなり、製造技術面の不利益が大きい。更に、第二レンズ群の対象物側の面のパワーが強くなり過ぎて、該面によるコマ収差の発生が大きくなる。
【００１２】
ここで、第一レンズ群は、色収差を良好に補正すべく、射出端側から順に、第一の負レンズ、第一の正レンズが配置され、互いを貼り合わせた接合レンズであって、該第一レンズ群の光軸上の厚みをｄ１（単位：ｍｍ）と定義し、該第一の負レンズの光軸上の厚みをｄ１１（単位：ｍｍ）と定義し、該第一の負レンズのｅ線に対するアッベ数をν１１と定義し、該第一の正レンズのｅ線に対するアッベ数をν１２と定義した場合に、次の条件式（４）、（５）
０．３５＜ｄ１１／ｄ１＜０．６０・・・（４）
２０＜ν１２−ν１１・・・（５）
を同時に満たす構成としてもよい。
【００１３】
条件式（４）の上限を超えると、第一の正レンズのコバ厚を確保するために接合面の曲率半径を大きくせざるを得なくなり、色収差が補正不足になる。条件式（４）の下限を下回ると、接合面での光束径が小さいため、軸上色収差を良好に補正できない。条件式（５）を満たさない場合には、接合面の曲率半径が小さくなるため、第一の正レンズのコバ厚を確保するのが難しくなる。加工自体も難しくなり、製造技術面の不利益が大きい。
【００１４】
また、第二レンズ群は、像面湾曲及び軸上色収差をより一層良好に補正すべく、光ファイバの射出端側から順に、第二の正レンズ、第二の負レンズが配置され、互いを貼り合わせた接合レンズであって、該第二の負レンズのｅ線に対するアッベ数をν２２と定義した場合に、次の条件式（６）
ν２２＜２５・・・（６）
を満たす構成としてもよい。
【００１５】
条件式（６）を満たさないと、軸上色収差が補正不足となる。
【００１６】
第一、第二レンズ群の少なくとも一方は単レンズとしてもよい。
【００１７】
本発明に係る走査用対物レンズは、更なる広視野角化や良好な収差補正を達成し、若しくは第一レンズ群又は第二レンズ群の設計の自由度を高めるべく、第二レンズ群の後段に、負のパワーを有する第三レンズ群を有する構成としてもよい。
【００１８】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る走査型プローブ又は走査型内視鏡は、所定の光源から射出された光を対象物に向けて伝送する光ファイバと、該光ファイバ射出端が所定の湾曲面上を所定の軌跡で周期的に移動するように該光ファイバを振動させる振動手段と、射出端から射出された光を対象物上で走査させるための上記の何れかに記載の走査用対物レンズと、該走査された光の反射光を受光して所定の画像処理装置に出力する光出力手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
このように、本発明によれば、小型かつ広視野角でありつつも良好な光学性能を有する走査用対物レンズ、及び該走査用対物レンズを搭載した走査型プローブ及び走査型内視鏡が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態の走査型医療用プローブの構成を概略的に示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態の走査型医療用プローブの先端部の内部構造を概略的に示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態の走査型医療用プローブが有するシングルモードファイバの射出端が移動するＸＹ近似面を説明するための図である。
【図４】走査型医療用プローブにおける物体高と像高との関係を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態（実施例１）の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図６】本発明の実施例１の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図７】本発明の実施例１の走査用対物レンズの横収差図である。
【図８】本発明の実施例２の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図９】本発明の実施例２の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図１０】本発明の実施例２の走査用対物レンズの横収差図である。
【図１１】本発明の実施例３の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図１２】本発明の実施例３の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図１３】本発明の実施例３の走査用対物レンズの横収差図である。
【図１４】本発明の実施例４の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図１５】本発明の実施例４の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図１６】本発明の実施例４の走査用対物レンズの横収差図である。
【図１７】本発明の実施形態の別の変形例（実施例５）の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図１８】本発明の実施例５の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図１９】本発明の実施例５の走査用対物レンズの横収差図である。
【図２０】本発明の実施形態の変形例（実施例６）の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図２１】本発明の実施例６の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図２２】本発明の実施例６の走査用対物レンズの横収差図である。
【図２３】本発明の実施例７の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図２４】本発明の実施例７の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図２５】本発明の実施例７の走査用対物レンズの横収差図である。
【図２６】比較例１の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図２７】比較例１の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図２８】比較例１の走査用対物レンズの横収差図である。
【図２９】比較例２の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図３０】比較例２の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図３１】比較例２の走査用対物レンズの横収差図である。
【図３２】比較例３の走査用対物レンズの構成を示す側面図である。
【図３３】比較例３の走査用対物レンズの各種収差図である。
【図３４】比較例３の走査用対物レンズの横収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付された各図面を参照しつつ、本発明の実施形態の走査用対物レンズ、及び該走査用対物レンズを搭載した走査型医療用プローブについて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態の走査型医療用プローブ１００の構成を概略的に示す側面図である。図１においては、説明の便宜上、走査型医療用プローブ１００の先端部１３０についてだけ、内部の構造を示している。図２は、先端部１３０の内部構造を概略的に示す斜視図である。なお、以降においては、走査型医療用プローブ１００の構成を説明するにあたり、便宜上、走査型医療用プローブ１００の長手方向をＺ方向、Ｚ方向に直交しかつ互いに直交する二方向をＸ方向、Ｙ方向と定義する。かかる定義によれば、例えば図１の先端部１３０の内部構造図は、走査型医療用プローブ１００の中心軸ＡＸを含むＹＺ平面での先端部１３０の側断面図となっている。
【００２３】
図１に示されるように、走査型医療用プローブ１００の基端には、走査型医療用プローブ１００と光源装置又は画像処理装置（何れも不図示）とを光学的に又は電気的に接続するコネクタ部１５０が備えられている。コネクタ部１５０から先端部１３０にかけては、可撓性を有するシース１３２（図２では便宜上図示省略）が備えられ、走査型医療用プローブ１００が有する各種内蔵部品を保護している。シース１３２の外径は、走査型医療用プローブ１００が固体撮像素子を搭載しない構成であるため、従来型の電子スコープの外径に比べて格段に細い。そのため、走査型医療用プローブ１００は、従来型の電子スコープに比べてより一層の低浸襲性が達成されている。
【００２４】
図１に示されるように、走査型医療用プローブ１００は、シングルモードファイバ１１２を有している。シングルモードファイバ１１２は、コネクタ部１５０から先端部１３０に亘って延びた形状を有し、シース１３２に収容されている。シングルモードファイバ１１２の入射端（不図示）は、コネクタ部１５０と光源装置とを接続させたときに、当該入射端と光源とが高効率で結合するように、コネクタ部１５０の内部に精度良く位置決めされている。当該入射端に入射された光束は、シングルモードファイバ１１２の内部を全反射を繰り返すことによって伝播される。伝播された光束は、シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂから射出される。
【００２５】
図１又は図２に示されるように、シース１３２内部には、支持体１３４が設けられている。シングルモードファイバ１１２の先端部１１２ｃは、支持体１３４の貫通穴に挿入され通されて片持ち梁の状態で支持されている。支持体１３４は、一対のアクチュエータ１３６、１３８、内枠１４４（図２では便宜上図示省略）も支持している。アクチュエータ１３６、１３８は、圧電アクチュエータであって、圧電素子上の所定位置に電極が形成されている。各電極は、終端がコネクタ部１５０の内部に収容された電線（不図示）と接続されている。アクチュエータ１３６、１３８には、コネクタ部１５０と画像処理装置とを接続させたとき、所定期間中、各電線を介して、位相が互いに直交しかつ振幅がリニアに増加する所定周波数の交流電圧が印加される。
【００２６】
アクチュエータ１３６、１３８はそれぞれ、所定周波数の交流電圧が印加されたときに、Ｘ、Ｙ方向に所定の横振動モードで共振するように、材料及び形状が選択され構成されている。シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂは、アクチュエータ１３６、１３８によるＸ、Ｙ方向への運動エネルギーが合成されることにより、ＸＹ平面に近似する面（以下、「ＸＹ近似面」と記す。）上において中心軸ＡＸを中心に所定の軌跡を描くように回転する。所定の軌跡は、例えば中心軸ＡＸを中心とした渦巻状の軌跡である。上記所定期間中の射出端１１２ｂの渦巻状の軌跡の径は、アクチュエータ１３６、１３８に印加される電圧に比例して大きくなる。シングルモードファイバ１１２の入射端に入射された光束は、上記所定期間中、射出端１１２ｂから射出され続ける。なお、所定の軌跡は、中心軸ＡＸを中心とした軌跡に限られない。所定の軌跡は、例えばラスタスキャン（水平走査）軌跡のような直線的な軌跡であってもよい。
【００２７】
図１に示されるように、内枠１４４の先端は、光軸が中心軸ＡＸと一致する位置に配置された走査用対物レンズ１４０（図２では便宜上図示省略）によって封止されている。シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂから射出された光束は、走査用対物レンズ１４０を介して観察対象上にスポットを形成する。なお、図１においては、図面を簡略化するため、走査用対物レンズ１４０が単一のレンズで示されている。しかし、本実施形態の走査用対物レンズ１４０は、複数枚のレンズで構成されている。走査用対物レンズ１４０の具体的構成については、後に詳細に説明する。
【００２８】
図２に示されるように、支持体１３４の端面１３４ａには、円環状に並ぶ複数の貫通穴が形成されている。各貫通穴には、検出用ファイバ１４２が差し込まれている。なお、図２中、検出用ファイバ１４２については、図面を明瞭にする便宜上一本だけを破線で示している。検出用ファイバ１４２は、貫通穴から走査用対物レンズ１４０側に延在する部分がシース１３２と内枠１４４との間のスペースに狭持されており、先端（入射端１４２ａ）が走査型医療用プローブ１００の先端面に位置している。図２において図示省略するが、各検出用ファイバ１４２は支持体１３４の後方で束ねられており、単一の光ファイババンドルを構成している。
【００２９】
走査用対物レンズ１４０を介して観察対象上に形成されたスポットは、当該観察対象で反射され、検出用ファイバ１４２に入射する。入射端１４２ａに入射された光束は、光ファイババンドルの内部を終端に向かって伝播される。光ファイババンドルの終端に到達した光束は、光学コネクタ部１５０を介して画像処理装置の光検出器に入射され検出されて、画像化処理に用いられる。
【００３０】
これまでの説明で明らかなように、走査型医療用プローブ１００は、従来型の電子スコープと異なり、光源（物点であって、ここではシングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂ）が不動でなく、ＸＹ近似面（物体面）上を移動している。ここで、走査型医療用プローブには、医師による病変部の発見を好適に補助すべく、例えば１００°（「走査型医療用プローブ１００の中心軸ＡＸを基準に±５０°」と同義である。）以上の広視野角が基本的仕様として求められる。広視野角を達成するには、シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂの移動範囲を大きく設定する必要がある。しかし、射出端１１２ｂの移動範囲が拡大するほど走査用対物レンズ１４０を大径化させなければ、諸収差を良好に抑えることが困難になる。
【００３１】
図３は、シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂが移動するＸＹ近似面を説明するための図である。図３においては、図説の便宜上、共振エネルギーによって動かされているシングルモードファイバ１１２の先端部１１２ｃのみを模式的に示す。図３に示されるように、ＸＹ近似面は、ＸＹ平面に対してシングルモードファイバ１１２の基端側に湾曲している（別の表現によれば、走査用対物レンズ１４０側に凸となるような湾曲面である）。ＸＹ平面に対するＸＹ近似面の湾曲量は、中心軸ＡＸから離れるほど増加していく。
【００３２】
図４は、走査型医療用プローブにおける物体高（光源の光軸からの距離）と像高（光源の像の光軸からの距離）との関係を説明するための図である。図４に示される走査型医療用プローブは、本実施形態の走査用対物レンズ１４０と相違した構成として走査用対物レンズＬを有している。
【００３３】
図４中符号ＦＣは、物体面がＸＹ平面である場合における走査用対物レンズＬの像面（観察面）である。走査用対物レンズＬは、良好な性能を得るため、種々の収差がコントロールされた結果、像面湾曲が理想的な像面Ｐに対してアンダー方向に残存している。しかし、残存する像面湾曲量は、許容量以下に抑えられている。かかる場合、仕様を満たす周辺解像度が結果的に得られるため、問題がない。一方、図４中符号ＦＣ’は、物体面がＸＹ近似面である場合における走査用対物レンズＬの像面である。この場合、物体高に応じてアンダー方向に湾曲した物体面が、もともと残存しているアンダー方向の像面湾曲に更なる湾曲を生じさせている。そのため、周辺解像度が低下する。本発明においては、このアンダー方向に大きく生じた像面湾曲を良好に補正する。
【００３４】
本出願人は、上記の光源（シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂ）の移動に伴う諸問題を認識し、当該諸問題を解決する具体的手段として、走査用対物レンズ１４０を以下のように構成している。
【００３５】
図５は、本発明の実施例１（詳しくは後述）の走査用対物レンズ１４０の構成を示す側面図である。ここでは、図５を利用して、本発明の実施形態の走査用対物レンズ１４０について説明することとする。なお、図５をはじめとする走査用対物レンズ１４０の各構成図は、図中左側がシングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂ（物体）側であり、図中右側が像面（観察面）である。
【００３６】
図５に示されるように、走査用対物レンズ１４０は、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２を有している。第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２は共に、正のパワーを有している。なお、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２の各群は、一枚構成に限らず、複数枚構成、例えば複数枚を貼り合わせた接合レンズとしてもよい。以降においては、説明の便宜上、走査用対物レンズ１４０を構成する各光学部品の物体側の面、像側の面をそれぞれ、第一面、第二面と記す。また、第一レンズ群Ｌ１の各面のうち物体側に最も近い第一面に符号ｒ１１を、第一レンズ群Ｌ１の各面のうち像面側に最も近い第二面に符号ｒ１２を、それぞれ付す。第二レンズ群Ｌ２の各面のうち物体側に最も近い第一面に符号ｒ２１を、第二レンズ群Ｌ２の各面のうち像面側に最も近い第二面に符号ｒ２２を、それぞれ付す。
【００３７】
走査用対物レンズ１４０は、第一レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義し、第二レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義し、第一レンズ群Ｌ１の第一面ｒ１１の曲率半径をＲ１ａ（単位：ｍｍ）と定義し、第一レンズ群Ｌ１の第二面ｒ１２の曲率半径をＲ１ｂ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）、（２）を同時に満たすように構成されている。
０．６０＜ｆ１／ｆ２＜１．２５・・・（１）
０．９５＜｜Ｒ１ａ／Ｒ１ｂ｜＜２．５０・・・（２）
【００３８】
シングルモードファイバが振動すると射出光が光軸から離れる方向に射出されるため、従来は、シングルモードファイバの振幅以上に走査用対物レンズを大径化させる必要があった。しかし、条件式（１）、（２）が同時に満たされるように走査用対物レンズ１４０を構成すると、光源側に配置された第一レンズ群Ｌ１に正のパワーを持たせてシングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂからの光束を光軸側に屈折させることにより、上記問題に起因する走査用対物レンズ１４０の大径化が効果的に抑えられると同時に像面湾曲、コマ収差、非点収差等も良好に抑えられる。
【００３９】
条件式（１）の上限を超えると、シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂからの光束を光軸側に屈折させる第一レンズ群Ｌ１のパワーが弱くなるため、走査用対物レンズ１４０を大径化せざるを得ない。また、全系の正のパワーを確保するために第二レンズ群Ｌ２にパワーを負担させざるを得ず、第二レンズ群Ｌ２の中でも強い正のパワーを持つ第一面ｒ２１の曲率半径が小さくなってこの面でのペッツバール値が大きくなり、像面湾曲の発生が大きくなる。
【００４０】
条件式（１）の下限を下回ると、第一レンズ群Ｌ１のパワーが強くなり過ぎて、第一レンズ群Ｌ１に起因するコマ収差及び非点収差の発生が大きくなる。
【００４１】
条件式（２）の上限を超えると、第一レンズ群Ｌ１の第二面ｒ１２による非点収差の発生が大きくなると共に、シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂからの光束を光軸側に屈折させる第一レンズ群Ｌ１の第一面ｒ１１のパワーが弱くなるため、走査用対物レンズ１４０を大径化せざるを得ない。
【００４２】
条件式（２）の下限を下回ると、第一レンズ群Ｌ１の第一面ｒ１１のパワーが強くなり過ぎて、第一面ｒ１１によるコマ収差の発生が大きくなる。
【００４３】
走査用対物レンズ１４０は、物体面がアンダー方向に湾曲したことに伴って大きく発生した像面湾曲を良好に補正するため、第二レンズ群Ｌ２の第二面ｒ２２が凹面に形成され、かつ、第二面ｒ２２の曲率半径をＲ２ｂ（単位：ｍｍ）と定義し、走査用対物レンズ１４０の全系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（３）を満たすように構成されている。
１．２５＜Ｒ２ｂ／ｆ＜４．８０・・・（３）
【００４４】
条件式（３）の上限を超えると、第二面ｒ２２の負のパワーが弱いため、像面湾曲が補正不足になる。
【００４５】
条件式（３）の下限を下回ると、第二レンズ群Ｌ２の正のパワーを確保するために、第二レンズ群Ｌ２の第一面ｒ２１（凸面）の曲率半径を小さく設定せざるを得ない。その結果として、第一面ｒ２１による像面湾曲の発生が大きくなり、周辺解像度が著しく劣化する。また、第一面ｒ２１の曲率半径が小さくなるため、第二レンズ群Ｌ２のコバ厚を十分に確保できない。コバ厚が薄くなることによって第二レンズ群Ｌ２の加工が難しくなり、製造技術面の不利益が大きい。更に、第二レンズ群Ｌ２の第二面ｒ２２のパワーが強くなり過ぎて、第二面ｒ２２によるコマ収差の発生が大きくなる。
【００４６】
複数種類の波長の光を用いて観察対象を撮影する場合には、走査用対物レンズ１４０において色収差が発生する。この種の色収差による画像の劣化は、画像処理装置側の処理によって電気的にある程度は補正することができる。しかし、画像の電気的補正は、色再現性が悪く、ノイズも増加する。また、色収差で波長毎の分解能が異なった場合、その差を補正するのは困難である。そのため、走査用対物レンズ１４０における色収差の発生自体を抑えることが望ましい。
【００４７】
図２０は、本発明の実施例６（詳しくは後述）の走査用対物レンズ１４０の構成を示す側面図である。ここでは、図２０を利用して、本実施形態の変形例であって、色収差が良好に補正された走査用対物レンズ１４０について説明することとする。なお、当該変形例又は後述する実施例、比較例において、前述の実施形態の構成と同一の又は同様の構成には同一の又は同様の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
図２０に示されるように、変形例の走査用対物レンズ１４０は、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２、第三レンズ群Ｌ３を有している。第一レンズ群Ｌ１は、屈折力の異なる正負二枚のレンズを接合した接合レンズであり、全体として正のパワーを有している。ここで、接合レンズにおける物体側のレンズを正レンズとした場合、接合面が物体側に凹面になる。そのため、軸上光線が接合面の法線に対して浅い角度で入射されることとなり、軸上色収差補正の効果が十分に得られない。また、像面側に配置される負レンズの分散を高くせざるを得ないため、第一レンズ群Ｌ１の第二面１２による色収差の発生が大きくなる。そこで、変形例の第一レンズ群Ｌ１は、物体側から順に、負レンズＬ１１、正レンズＬ１２が配置され、両レンズが貼り合わせられた接合レンズとなっている。
【００４９】
第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２は共に正のパワーを、第三レンズ群Ｌ３は負のパワーを、それぞれ有している。なお、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２との接合面に符号ｒ１３を付す。また、第三レンズ群Ｌ３の各面のうち物体側に最も近い第一面に符号ｒ３１を、第三レンズ群Ｌ３の各面のうち像面側に最も近い第二面に符号ｒ３２を、それぞれ付す。
【００５０】
変形例の走査用対物レンズ１４０は、軸上色収差と倍率色収差が良好に補正されるよう、第一レンズ群Ｌ１の光軸上の厚みをｄ１（単位：ｍｍ）と定義し、負レンズＬ１１の光軸上の厚みをｄ１１（単位：ｍｍ）と定義し、負レンズＬ１１のｅ線に対するアッベ数をν１１と定義し、正レンズＬ１２のｅ線に対するアッベ数をν１２と定義した場合に、次の条件式（４）、（５）を同時に満たすように構成されている。
０．３５＜ｄ１１／ｄ１＜０．６０・・・（４）
２０＜ν１２−ν１１・・・（５）
【００５１】
条件式（４）の上限を超えると、正レンズＬ１２のコバ厚を確保するために接合面ｒ１３の曲率半径を大きくせざるを得なくなり、色収差が補正不足になる。
【００５２】
条件式（４）の下限を下回ると、接合面ｒ１３での光束径が小さいため、軸上色収差を良好に補正できない。
【００５３】
条件式（５）を満たさない場合には、接合面ｒ１３の曲率半径が小さくなるため、正レンズＬ１２のコバ厚を確保するのが難しくなる。加工自体も難しくなり、製造技術面の不利益が大きい。
【００５４】
変形例の走査用対物レンズ１４０は、第三レンズ群Ｌ３の第一面３１が凹面に形成されている。第三レンズ群Ｌ３にパワーを負担させることにより、更なる広視野角化や良好な収差補正が達成され、若しくは第一レンズ群Ｌ１又は第二レンズ群Ｌ２の設計の自由度が高まる。
【００５５】
図１７は、本発明の実施例５（詳しくは後述）の走査用対物レンズ１４０の構成を示す側面図である。ここでは、図１７を利用して、本実施形態の別の変形例であって、色収差が良好に補正された走査用対物レンズ１４０について説明することとする。
【００５６】
図１７に示されるように、別の変形例の走査用対物レンズ１４０は、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２、カバーガラスＣＧを有している。第一レンズ群Ｌ１は、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２とを接合した接合レンズであり、物体側に負レンズＬ１１が配置されている。第二レンズ群Ｌ２は、正レンズＬ２１と負レンズＬ２２とを接合した接合レンズであり、物体側に正レンズＬ２１が配置されている。第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２は共に正のパワーを有している。なお、正レンズＬ２１と負レンズＬ２２との接合面に符号ｒ２３を付す。また、カバーガラスＣＧの第一面に符号ｒＣＧ１を、第二面に符号ｒＣＧ２を、それぞれ付す。
【００５７】
変形例の走査用対物レンズ１４０は、軸上色収差が良好に補正されるよう、第二レンズ群Ｌ２の正レンズＬ２１が低分散性硝材であり、負レンズＬ２２が高分散性硝材で構成されている。変形例の走査用対物レンズ１４０は、負レンズＬ２２のｅ線に対するアッベ数をν２２と定義した場合に、次の条件式（６）を満たすように構成されている。
ν２２＜２５・・・（６）
【００５８】
正レンズＬ２１は強い正のパワーを有するため、正レンズＬ２１を分散の大きい硝材で構成した場合には軸上色収差の発生が大きくなる。そこで、条件式（６）を満たすように負レンズＬ２２を高分散性硝材で構成し、更に第二面ｒ２２（対象物側の面）を凹面にすることにより、像面湾曲と軸上色収差が同時に良好に補正される。条件式（６）を満たさないと、軸上色収差が補正不足となる。
【００５９】
次に、これまで説明された走査用対物レンズ１４０の具体的数値実施例を７例説明する。各数値実施例１〜７の走査用対物レンズ１４０は、図１に示される走査型医療用プローブ１００の先端部１３０に配置されている。
【実施例１】
【００６０】
本発明の実施例１の走査用対物レンズ１４０の構成は、上述したように、図５に示される通りである。本実施例１の走査用対物レンズ１４０の仕様、具体的には、開口数ＮＡ、全系の焦点距離ｆ（単位：ｍｍ）、光学倍率ｍ、半視野角ω（単位：ｄｅｇ）、バックフォーカスＢＦ（単位：ｍｍ）、像高Ｙ（単位：ｍｍ）は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４５
ｍ ：−１５．４６７
ω ：５０．４
ＢＦ：６．９３
ｙ ：８．４３
【００６１】
本実施例１の走査用対物レンズ１４０の具体的数値構成（設計値）は、表１に示される。表１において、Ｒ（単位：ｍｍ）は光学部材の各面の曲率半径を、Ｄ（単位：ｍｍ）は光軸上の光学部材厚又は光学部材間隔を、Ｎｅはｅ線の屈折率を、νｅはｅ線のアッベ数を、それぞれ示す。なお、表１中、第一レンズ群Ｌ１の第一面ｒ１１、第二面ｒ１２にそれぞれ、面番号１、２を付す。第二レンズ群Ｌ２の第一面ｒ２１、第二面ｒ２２にそれぞれ、面番号３、４を付す。なお、本実施例１をはじめとする各数値実施例及び比較例において、シングルモードファイバ１１２の射出端１１２ｂは、半径３．９４ｍｍの球面（ＸＹ近似面）上を移動する。
【００６２】
（表１）
面番号 R D Ne νe
1 1.731 0.850 1.88814 40.5
2 -0.931 0.120 - -
3 0.620 0.620 1.88814 40.5
4 0.846 - - -
【００６３】
図６（ａ）〜（ｄ）は、本実施例１の走査用対物レンズ１４０の各種収差図である。具体的には、図６（ａ）は、ｅ線、ｇ線、Ｃ線での球面収差及び軸上色収差を示す。図６（ｂ）は、ｅ線、ｇ線、Ｃ線での倍率色収差を示す。図６（ａ）、（ｂ）中、実線はｅ線での収差を、破線はｇ線での収差を、一点鎖線はＣ線での収差を、それぞれ示す。図６（ｃ）は、非点収差を示す。図６（ｃ）中、実線はサジタル成分を、破線はメリディオナル成分を、それぞれ示す。図６（ｄ）は、歪曲収差を示す。図６（ａ）〜（ｃ）の各図の縦軸は像高を、横軸は収差量を、それぞれ示す。また、図６（ｄ）の縦軸は像高を、横軸は像の歪曲量を、それぞれ示す。
【００６４】
図７（ａ）〜（ｄ）は、本実施例１の走査用対物レンズ１４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。図７（ａ）〜（ｄ）の各図の縦軸は横収差量を、横軸は入射瞳座標を、それぞれ示す。本図においては、横軸の左側が上光線を、右側が下光線を、それぞれ示す。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、像高０．００ｍｍ、３．５４ｍｍ、６．０３ｍｍ、８．４３ｍｍに対応する光線の横収差図である。
【００６５】
本実施例１の走査用対物レンズ１４０は、図６、７に示されるように、各種収差が良好に補正されていることが分かる。なお、本実施例１の各図表についての説明は、他の数値実施例及び比較例で提示される各図表においても適用される。
【実施例２】
【００６６】
次に、本発明の実施例２について説明する。図８は、本実施例２の走査用対物レンズ１４０の構成を示す側面図である。本実施例２の走査用対物レンズ１４０は、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２を有している。各群は、単レンズで構成されている。本実施例２の走査用対物レンズ１４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４４
ｍ ：−１６．３６３
ω ：４９．５
ＢＦ：７．１６
ｙ ：８．４１
【００６７】
表２は、本実施例２の走査用対物レンズ１４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表２中の面番号の割り振りは本実施例１と同一である。
【００６８】
（表２）
面番号 R D Ne νe
1 1.450 0.738 1.82017 46.4
2 -0.908 0.063 - -
3 0.618 0.620 1.88814 40.5
4 1.748 - - -
【００６９】
図９（ａ）は本実施例２の走査用対物レンズ１４０の球面収差及び軸上色収差を、図９（ｂ）は倍率色収差を、図９（ｃ）は非点収差を、図９（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図１０（ａ）〜（ｄ）は、本実施例２の走査用対物レンズ１４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。本実施例２の走査用対物レンズ１４０は、図９，１０に示されるように、各種収差が良好に補正されていることが分かる。
【実施例３】
【００７０】
次に、本発明の実施例３について説明する。図１１は、本実施例３の走査用対物レンズ１４０の構成を示す側面図である。本実施例３の走査用対物レンズ１４０は、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２、カバーガラスＣＧを有している。各群は、単レンズで構成されている。本実施例３の走査用対物レンズ１４０は、本実施例１と同様に、各群が単レンズで構成されている。本実施例３の走査用対物レンズ１４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４６
ｍ ：−１６．２２１
ω ：５９．３
ＢＦ：７．０９
ｙ ：１２．３１
【００７１】
表３は、本実施例３の走査用対物レンズ１４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表３中面番号１〜４の割り振りは実施例１と同一である。面番号５はカバーガラスＣＧの第一面ｒＣＧ１に、面番号６はカバーガラスＣＧの第二面ｒＣＧ２に、それぞれ対応する。
【００７２】
（表３）
面番号 R D Ne νe
1 1.259 0.668 1.88814 40.5
2 -1.259 0.125 - -
3 0.564 0.557 1.88814 40.5
4 1.689 0.070 - -
5 INFINITY 0.300 1.51825 63.9
6 INFINITY - - -
【００７３】
図１２（ａ）は本実施例３の走査用対物レンズ１４０の球面収差及び軸上色収差を、図１２（ｂ）は倍率色収差を、図１２（ｃ）は非点収差を、図１２（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図１３（ａ）〜（ｄ）は、本実施例３の走査用対物レンズ１４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。本実施例３の走査用対物レンズ１４０は、図１２，１３に示されるように、各種収差が良好に補正されていることが分かる。
【実施例４】
【００７４】
次に、本発明の実施例４について説明する。図１４は、本実施例４の走査用対物レンズ１４０の構成を示す側面図である。本実施例４の走査用対物レンズ１４０は、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２、カバーガラスＣＧを有している。第一レンズ群Ｌ１は、物体側から順に、負レンズＬ１１、正レンズＬ１２が配置された接合レンズである。二群レンズＬ２は、単レンズで構成されている。本実施例４の走査用対物レンズ１４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４４
ｍ ：−１６．３４５
ω ：５０．７
ＢＦ：６．８５
ｙ ：８．７２
【００７５】
表４は、本実施例４の走査用対物レンズ１４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表４中、負レンズＬ１１の第一面ｒ１１、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２との接合面ｒ１３、正レンズＬ１２の第二面ｒ１２にそれぞれ、面番号１，２，３を付す。二群レンズＬ２の第一面ｒ２１、第二面ｒ２２にそれぞれ、面番号４，５を付す。カバーガラスＣＧの第一面ｒＣＧ１、第二面ｒＣＧ２にそれぞれ、面番号６，７を付す。
【００７６】
（表４）
面番号 R D Ne νe
1 1.624 0.446 1.93430 18.7
2 0.696 0.496 1.77621 49.3
3 -0.696 0.062 - -
4 0.546 0.645 1.73234 54.4
5 0.671 0.062 - -
6 INFINITY 0.350 1.51825 63.9
7 INFINITY - - -
【００７７】
図１５（ａ）は本実施例４の走査用対物レンズ１４０の球面収差及び軸上色収差を、図１５（ｂ）は倍率色収差を、図１５（ｃ）は非点収差を、図１５（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図１６（ａ）〜（ｄ）は、本実施例４の走査用対物レンズ１４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。本実施例４の走査用対物レンズ１４０は、図１５，１６に示されるように、各種収差が良好に補正されていることが分かる。
【実施例５】
【００７８】
次に、本発明の実施例５について説明する。本実施例５の走査用対物レンズ１４０の構成は、上述したように、図１７に示される通りである。本実施例５の走査用対物レンズ１４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００７
ｆ ：０．４４
ｍ ：−１７．５３８
ω ：４９．１
ＢＦ：７．３０
ｙ ：８．７７
【００７９】
表５は、本実施例５の走査用対物レンズ１４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表５中、負レンズＬ１１の第一面ｒ１１、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２との接合面ｒ１３、正レンズＬ１２の第二面ｒ１２にそれぞれ、面番号１，２，３を付す。正レンズＬ２１の第一面ｒ２１、正レンズＬ２１と負レンズＬ２２との接合面ｒ２３、負レンズＬ２２の第二面ｒ２２にそれぞれ、面番号４，５，６を付す。カバーガラスＣＧの第一面ｒＣＧ１、第二面ｒＣＧ２にそれぞれ、面番号７，８を付す。
【００８０】
（表５）
面番号 R D Ne νe
1 1.756 0.391 1.93430 18.7
2 0.818 0.592 1.83945 42.5
3 -0.818 0.063 - -
4 0.635 0.441 1.83945 42.5
5 INFINITY 0.302 1.85504 23.6
6 0.794 0.050 - -
7 INFINITY 0.400 1.51825 63.9
8 INFINITY - - -
【００８１】
図１８（ａ）は本実施例５の走査用対物レンズ１４０の球面収差及び軸上色収差を、図１８（ｂ）は倍率色収差を、図１８（ｃ）は非点収差を、図１８（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図１９（ａ）〜（ｄ）は、本実施例５の走査用対物レンズ１４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。本実施例５の走査用対物レンズ１４０は、図１８，１９に示されるように、各種収差が良好に補正されていることが分かる。
【実施例６】
【００８２】
次に、本発明の実施例６について説明する。本実施例６の走査用対物レンズ１４０の構成は、上述したように、図２０に示される通りである。本実施例６の走査用対物レンズ１４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４３
ｍ ：−１６．９５６
ω ：５０．０
ＢＦ：６．９５
ｙ ：８．５７
【００８３】
表６は、本実施例６の走査用対物レンズ１４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表６中、負レンズＬ１１の第一面ｒ１１、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２との接合面ｒ１３、正レンズＬ１２の第二面ｒ１２にそれぞれ、面番号１，２，３を付す。二群レンズＬ２の第一面ｒ２１、第二面ｒ２２にそれぞれ、面番号４，５を付す。第三レンズ群Ｌ３の第一面ｒ３１、第二面ｒ３２にそれぞれ、面番号６，７を付す。
【００８４】
（表６）
面番号 R D Ne νe
1 1.371 0.625 1.93430 18.7
2 0.701 0.450 1.73234 54.4
3 -0.762 0.060 - -
4 0.557 0.662 1.88814 40.5
5 0.833 0.080 - -
6 -1.000 0.340 1.51825 63.9
7 INFINITY - - -
【００８５】
図２１（ａ）は本実施例６の走査用対物レンズ１４０の球面収差及び軸上色収差を、図２１（ｂ）は倍率色収差を、図２１（ｃ）は非点収差を、図２１（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図２２（ａ）〜（ｄ）は、本実施例６の走査用対物レンズ１４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。本実施例６の走査用対物レンズ１４０は、図２１，２２に示されるように、各種収差が良好に補正されていることが分かる。
【実施例７】
【００８６】
次に、本発明の実施例７について説明する。図２３は、本実施例７の走査用対物レンズ１４０の構成を示す側面図である。本実施例７の走査用対物レンズ１４０は、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２を有している。各群は、単レンズで構成されている。本実施例７の走査用対物レンズ１４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４４
ｍ ：−１６．１０８
ω ：５０．１
ＢＦ：７．０１
ｙ ：８．４３
【００８７】
表７は、本実施例７の走査用対物レンズ１４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表７中の面番号の割り振りは本実施例１と同一である。
【００８８】
（表７）
面番号 R D Ne νe
1 1.330 0.722 1.88814 40.5
2 -0.997 0.060 - -
3 0.657 0.664 1.88814 40.5
4 2.079 - - -
【００８９】
図２４（ａ）は本実施例７の走査用対物レンズ１４０の球面収差及び軸上色収差を、図２４（ｂ）は倍率色収差を、図２４（ｃ）は非点収差を、図２４（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図２５（ａ）〜（ｄ）は、本実施例７の走査用対物レンズ１４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。本実施例７の走査用対物レンズ１４０は、図２４，２５に示されるように、各種収差が良好に補正されていることが分かる。
【００９０】
表８は、本実施例１〜７における各条件式（１）〜（６）の値を示す図である。表８に示されるように、本実施例１〜７の何れにおいても各条件式が満たされている。そのため、本実施例１〜７の何れの走査用対物レンズ１４０においても、小型化かつ広視野角化が達成されると同時に良好な光学性能が発揮される。
【００９１】
（表８）
実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５ 実施例６ 実施例７
（１） 0.703 0.926 1.048 0.648 0.680 1.030 0.847
（２） 1.859 1.597 1.000 2.333 2.147 1.799 1.334
（３） 1.876 3.982 3.712 1.525 1.813 1.937 4.736
（４） - - - 0.473 0.398 0.581 -
（５） - - - 30.6 23.8 35.7 -
（６） - - - - 23.6 - -
【００９２】
次に、これまで説明された本実施例の走査用対物レンズ１４０の光学性能を検証する。検証するにあたり、次の３例を比較例として挙げる。
【００９３】
図２６、図２９はそれぞれ、比較例１、２の走査用対物レンズ２４０の構成を示す側面図である。比較例１、２の走査用対物レンズ２４０は、本実施例１と同じく、物体側から順に、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２を有している。各群は、単レンズで構成されている。比較例１の走査用対物レンズ２４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４７
ｍ ：−１５．５６２
ω ：４９．５
ＢＦ：７．２２
ｙ ：８．５１
【００９４】
表９は、比較例１の走査用対物レンズ２４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表９中の面番号の割り振りは本実施例１と同一である。
【００９５】
（表９）
面番号 R D Ne νe
1 1.183 0.906 1.88814 40.5
2 -1.286 0.139 - -
3 0.628 0.661 1.88814 40.5
4 0.590 - - -
【００９６】
図２７（ａ）は比較例１の走査用対物レンズ２４０の球面収差及び軸上色収差を、図２７（ｂ）は倍率色収差を、図２７（ｃ）は非点収差を、図２７（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図２８（ａ）〜（ｄ）は、比較例１の走査用対物レンズ２４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。
【００９７】
比較例２の走査用対物レンズ２４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４５
ｍ ：−１６．２３５
ω ：５０．１
ＢＦ：７．２１
ｙ ：８．７３
【００９８】
表１０は、比較例２の走査用対物レンズ２４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表１０中の面番号の割り振りは本実施例１と同一である。
【００９９】
（表１０）
面番号 R D Ne νe
1 1.039 0.703 1.88814 40.5
2 -0.998 0.121 - -
3 0.681 0.675 1.88814 40.5
4 2.342 - - -
【０１００】
図３０（ａ）は比較例２の走査用対物レンズ２４０の球面収差及び軸上色収差を、図３０（ｂ）は倍率色収差を、図３０（ｃ）は非点収差を、図３０（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図３１（ａ）〜（ｄ）は、比較例２の走査用対物レンズ２４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。
【０１０１】
図３２は、比較例３の走査用対物レンズ２４０の構成を示す側面図である。比較例３の走査用対物レンズ２４０は、本実施例４と同じく、物体側から順に、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２とを接合した第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２、カバーガラスＣＧを有している。比較例３の走査用対物レンズ２４０の具体的仕様は、次に表す通りである。
ＮＡ：０．００８
ｆ ：０．４４
ｍ ：−１６．６０３
ω ：５０．０
ＢＦ：６．９９
ｙ ：８．６２
【０１０２】
表１１は、比較例３の走査用対物レンズ２４０の具体的数値構成（設計値）を示す。なお、表１１中の面番号の割り振りは本実施例４と同一である。
【０１０３】
（表１１）
面番号 R D Ne νe
1 1.254 0.312 1.93430 18.9
2 0.481 0.625 1.77621 49.6
3 -0.700 0.063 - -
4 0.552 0.650 1.73234 54.7
5 0.661 0.050 - -
6 INFINITY 0.330 1.51825 64.1
7 INFINITY - - -
【０１０４】
図３３（ａ）は比較例３の走査用対物レンズ２４０の球面収差及び軸上色収差を、図３３（ｂ）は倍率色収差を、図３３（ｃ）は非点収差を、図３３（ｄ）は歪曲収差を、それぞれ示す。図３４（ａ）〜（ｄ）は、比較例３の走査用対物レンズ２４０の各像高におけるｅ線の横収差図である。
【０１０５】
表１２は、比較例１〜３における各条件式（１）〜（６）の値を示す図である。
【０１０６】
（表１２）
比較例１ 比較例２ 比較例３
（１） 0.549 0.753 0.615
（２） 0.920 1.041 1.791
（３） 1.258 5.193 1.500
（４） - - 0.333
（５） - - 30.6
（６） - - -
【０１０７】
表１２に示されるように、比較例１においては、条件式（１）及び（２）の下限を下回るため、第一レンズ群Ｌ１のパワーが強くなり過ぎて、当該レンズに起因する周辺部でのコマ収差及び非点収差の発生が大きい。
【０１０８】
表１２に示されるように、比較例２においては、条件式（３）の上限を超えるため、第二レンズ群Ｌ２の第二面ｒ２２の負のパワーが弱くなり、像面湾曲が補正不足になる。
【０１０９】
表１２に示されるように、比較例３においては、条件式（４）の下限を下回るため、第一レンズ群Ｌ１の接合面での光束径が小さくなり、軸上色収差を良好に補正できない。ここで、表１３に、本実施例４〜６、比較例３の各例の走査用対物レンズの軸上色収差を示す。表１３中の軸上色収差は、ｅ線に対するｇ線とＣ線のズレを示している。表１３に示されるように、本実施例４〜６の走査用対物レンズ１４０は、比較例３の走査用対物レンズ２４０と異なり、軸上色収差が良好に補正されていることが分かる。
【０１１０】
（表１３）
実施例４ 実施例５ 実施例６ 比較例３
g線 0.013 0.041 0.044 -0.473
C線 0.283 0.339 0.371 0.535
【０１１１】
このように、本実施例１〜７の走査用対物レンズ１４０は、比較例１〜３との比較検証結果から分かるように、少なくとも条件式（１）、（２）を同時に満たすことにより、小型化かつ広視野角化が達成されると同時に走査型医療用プローブに適した良好な光学性能も達成する。
【０１１２】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば走査用対物レンズ１４０又は走査型医療用プローブ１００の特徴的構成は医療分野に限らず、工業用の製品分野の機器にも適用可能である。また、走査用対物レンズ１４０又は走査型医療用プローブ１００の特徴的構成は、プローブ形態の機器だけでなく、走査型内視鏡の形態の機器にも適用可能である。
【０１１３】
本実施例１〜３、７では、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２が何れも単レンズであるレンズ構成が例示されている。本実施例４、６では、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２が、順に接合レンズ、単レンズであるレンズ構成が例示されている。本実施例５では、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２が何れも接合レンズであるレンズ構成が例示されている。本発明の技術的思想の範囲における別の実施例としては、第一レンズ群Ｌ１、第二レンズ群Ｌ２が、順に単レンズ、接合レンズであるレンズ構成も想定される。
【符号の説明】
【０１１４】
１００ 走査型医療用プローブ
１４０ 走査用対物レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズ側に凸の湾曲面上を所定の軌跡で移動する光ファイバ射出端から射出された光を対象物上で走査させるための走査用対物レンズであって、
前記射出端側から順に、正のパワーを有する第一レンズ群、正のパワーを有する第二レンズ群を有し、
前記第一レンズ群の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義し、前記第二レンズ群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義し、該第一レンズ群の各面のうち前記射出端側に最も近い面の曲率半径をＲ１ａ（単位：ｍｍ）と定義し、該第一レンズ群の各面のうち前記対象物側に最も近い面の曲率半径をＲ１ｂ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）、（２）
０．６０＜ｆ１／ｆ２＜１．２５・・・（１）
０．９５＜｜Ｒ１ａ／Ｒ１ｂ｜＜２．５０・・・（２）
を同時に満たすことを特徴とする走査用対物レンズ。
【請求項２】
前記第二レンズ群の各面のうち前記対象物側に最も近い面が凹面であって、該凹面の曲率半径をＲ２ｂ（単位：ｍｍ）と定義し、全系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（３）
１．２５＜Ｒ２ｂ／ｆ＜４．８０・・・（３）
を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の走査用対物レンズ。
【請求項３】
前記第一レンズ群は、前記射出端側から順に、第一の負レンズ、第一の正レンズが配置され、互いを貼り合わせた接合レンズであって、該第一レンズ群の光軸上の厚みをｄ１（単位：ｍｍ）と定義し、該第一の負レンズの光軸上の厚みをｄ１１（単位：ｍｍ）と定義し、該第一の負レンズのｅ線に対するアッベ数をν１１と定義し、該第一の正レンズのｅ線に対するアッベ数をν１２と定義した場合に、次の条件式（４）、（５）
０．３５＜ｄ１１／ｄ１＜０．６０・・・（４）
２０＜ν１２−ν１１・・・（５）
を同時に満たすことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の走査用対物レンズ。
【請求項４】
前記第一レンズ群は単レンズであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の走査用対物レンズ。
【請求項５】
前記第二レンズ群は、前記射出端側から順に、第二の正レンズ、第二の負レンズが配置され、互いを貼り合わせた接合レンズであって、該第二の負レンズのｅ線に対するアッベ数をν２２と定義した場合に、次の条件式（６）
ν２２＜２５・・・（６）
を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の走査用対物レンズ。
【請求項６】
前記第二レンズ群は単レンズであることを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の走査用対物レンズ。
【請求項７】
前記第二レンズ群の後段に、負のパワーを有する第三レンズ群を有することを特徴とする、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の走査用対物レンズ。
【請求項８】
所定の光源から射出された前記光を前記対象物に向けて伝送する前記光ファイバと、
前記光ファイバ射出端が前記所定の湾曲面上を前記所定の軌跡で周期的に移動するように該光ファイバを振動させる振動手段と、
前記射出端から射出された前記光を前記対象物上で走査させるための請求項１から請求項７の何れか一項に記載の走査用対物レンズと、
前記走査された光の反射光を受光して所定の画像処理装置に出力する光出力手段と、
を有することを特徴とする走査型プローブ。
【請求項９】
所定の光源から射出された前記光を前記対象物に向けて伝送する前記光ファイバと、
前記光ファイバ射出端が前記所定の湾曲面上を前記所定の軌跡で周期的に移動するように該光ファイバを振動させる振動手段と、
前記射出端から射出された前記光を前記対象物上で走査させるための請求項１から請求項７の何れか一項に記載の走査用対物レンズと、
前記走査された光の反射光を受光して所定の画像処理装置に出力する光出力手段と、
を有することを特徴とする走査型内視鏡。
【請求項１】
対物レンズ側に凸の湾曲面上を所定の軌跡で移動する光ファイバ射出端から射出された光を対象物上で走査させるための走査用対物レンズであって、
前記射出端側から順に、正のパワーを有する第一レンズ群、正のパワーを有する第二レンズ群を有し、
前記第一レンズ群の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義し、前記第二レンズ群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義し、該第一レンズ群の各面のうち前記射出端側に最も近い面の曲率半径をＲ１ａ（単位：ｍｍ）と定義し、該第一レンズ群の各面のうち前記対象物側に最も近い面の曲率半径をＲ１ｂ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）、（２）
０．６０＜ｆ１／ｆ２＜１．２５・・・（１）
０．９５＜｜Ｒ１ａ／Ｒ１ｂ｜＜２．５０・・・（２）
を同時に満たすことを特徴とする走査用対物レンズ。
【請求項２】
前記第二レンズ群の各面のうち前記対象物側に最も近い面が凹面であって、該凹面の曲率半径をＲ２ｂ（単位：ｍｍ）と定義し、全系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（３）
１．２５＜Ｒ２ｂ／ｆ＜４．８０・・・（３）
を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の走査用対物レンズ。
【請求項３】
前記第一レンズ群は、前記射出端側から順に、第一の負レンズ、第一の正レンズが配置され、互いを貼り合わせた接合レンズであって、該第一レンズ群の光軸上の厚みをｄ１（単位：ｍｍ）と定義し、該第一の負レンズの光軸上の厚みをｄ１１（単位：ｍｍ）と定義し、該第一の負レンズのｅ線に対するアッベ数をν１１と定義し、該第一の正レンズのｅ線に対するアッベ数をν１２と定義した場合に、次の条件式（４）、（５）
０．３５＜ｄ１１／ｄ１＜０．６０・・・（４）
２０＜ν１２−ν１１・・・（５）
を同時に満たすことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の走査用対物レンズ。
【請求項４】
前記第一レンズ群は単レンズであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の走査用対物レンズ。
【請求項５】
前記第二レンズ群は、前記射出端側から順に、第二の正レンズ、第二の負レンズが配置され、互いを貼り合わせた接合レンズであって、該第二の負レンズのｅ線に対するアッベ数をν２２と定義した場合に、次の条件式（６）
ν２２＜２５・・・（６）
を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の走査用対物レンズ。
【請求項６】
前記第二レンズ群は単レンズであることを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の走査用対物レンズ。
【請求項７】
前記第二レンズ群の後段に、負のパワーを有する第三レンズ群を有することを特徴とする、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の走査用対物レンズ。
【請求項８】
所定の光源から射出された前記光を前記対象物に向けて伝送する前記光ファイバと、
前記光ファイバ射出端が前記所定の湾曲面上を前記所定の軌跡で周期的に移動するように該光ファイバを振動させる振動手段と、
前記射出端から射出された前記光を前記対象物上で走査させるための請求項１から請求項７の何れか一項に記載の走査用対物レンズと、
前記走査された光の反射光を受光して所定の画像処理装置に出力する光出力手段と、
を有することを特徴とする走査型プローブ。
【請求項９】
所定の光源から射出された前記光を前記対象物に向けて伝送する前記光ファイバと、
前記光ファイバ射出端が前記所定の湾曲面上を前記所定の軌跡で周期的に移動するように該光ファイバを振動させる振動手段と、
前記射出端から射出された前記光を前記対象物上で走査させるための請求項１から請求項７の何れか一項に記載の走査用対物レンズと、
前記走査された光の反射光を受光して所定の画像処理装置に出力する光出力手段と、
を有することを特徴とする走査型内視鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【公開番号】特開２０１１−４３７９３（Ｐ２０１１−４３７９３Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０８９３０（Ｐ２０１０−１０８９３０）
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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