JP5866565B1 - 内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像レンズと撮像素子とを接着剤等で固定する構造を実現できる内視鏡用レンズユニット及び内視鏡を提供する。【解決手段】内視鏡レンズユニットは、鏡筒と、鏡筒の内部に収容される前群レンズであるレンズＬ１及び後群レンズであるレンズＬ２、Ｌ３と、レンズＬ１とレンズＬ２との間に配置される絞りと、を有し、レンズＬ３の撮像側最終面Ｌ３Ｒ２は、撮像素子のカバーガラスに対して接着層により固定される構造であり、前群レンズ（レンズＬ１）の焦点距離ｆF、後群レンズ（レンズＬ２、Ｌ３）の焦点距離ｆB、光学レンズ群ＬＮＺ全体の焦点距離ｆel、及び、光学レンズ群ＬＮＺの全光学長ＯＬ、光学レンズ群ＬＮＺのメタルバックＭＢは、ｆel／ｆF＜０ かつ ｆel／ｆB＞０ かつ ＯＬ／ＭＢ＞７．０の関係を満たす。【選択図】図３

Description

本発明は、内視鏡用レンズユニット及びこれを備えた内視鏡に関する。

従来、医療分野又は工業分野において、人の体内、機器、又は構造物の内部を撮像するための内視鏡が普及している。この種の内視鏡として、観察対象の内部に挿入される挿入部において、撮像レンズ、撮像素子を含む撮像ユニットを搭載した電子内視鏡がある。電子内視鏡では、撮像部位からの光を撮像レンズによって撮像素子の撮像面に結像させると共に、その結像光を撮像素子によって電気信号に変換し、信号ケーブルを介して外部の画像処理装置等に映像信号として送信する。内視鏡においては、観察対象の範囲拡大、被観察者の負担軽減、構造の簡素化、コスト低減などのために、以前より挿入部の小型化が課題として挙げられ、電子内視鏡では、撮像ユニットを含む先端部の更なる小型化、細径化が重要となっている。

例えば、特許文献１には、内視鏡等の光学機器の小型化を図るために、レンズユニットの撮像素子側に平凹レンズを設け、平凹レンズの平面部を鏡筒の端部から突出させて撮像素子の表面を覆うカバー部材に固定した撮像機構及び内視鏡が開示されている。また、特許文献２には、内視鏡の対物レンズにおいて、球面レンズのみでもディストーションを低減可能とし、低コスト化を実現した３つのレンズ群を有する内視鏡対物レンズが開示されている。

特開２０１３−２００５３７号公報 特許第３４２６３７８号公報

電子内視鏡の撮像ユニットは、通常、撮像レンズを収納する鏡筒と撮像素子とを保持する枠体（先端硬性部）を用いて、撮像レンズと撮像素子の撮像面とのフォーカス調整を行う構成となっている。従来の撮像レンズの構成では、優れた光学性能を実現しようとすると、バックフォーカスが長くなり、撮像レンズの最終面から撮像素子のカバー部材表面まで所定の距離を確保する必要があった。このため、小型化を目的として撮像レンズと撮像素子とを接着剤等で固定する構造を実現するのが困難であった。特許文献２に記載の内視鏡対物レンズでは、全光学長が６．５１〜７．２２ｍｍ程度、バックフォーカスが０．７０〜０．８７ｍｍ程度であり、全光学長に対してバックフォーカスが長いため、撮像レンズと撮像素子とを枠体等を介さずに固定することができない。また、特許文献１に記載の撮像機構では、撮像素子側の最終面の平面を撮像素子のカバー部材に固定する構成となっているが、最終面における屈折力が無いため、被写体からの光線の収束及び光学系の収差の低減に寄与させることができない。このため、撮像レンズの小型化を図りつつ所望の光学性能を得ることが困難であった。

本発明は、撮像レンズと撮像素子とを接着剤等で固定する構造を実現可能とした内視鏡用レンズユニット及び内視鏡を提供することを目的とする。

本発明は、鏡筒と、前記鏡筒の内部に収容される前群レンズと後群レンズと、前記前群レンズと前記後群レンズとの間に配置される絞りと、を有し、前記後群レンズの撮像側最終面は、撮像素子のカバーガラスに対して接着層により固定される構造であり、前記前群レンズの焦点距離ｆ_F 、前記後群レンズの焦点距離ｆ_B 、前記前群レンズ及び前記後群レンズを含む光学レンズ群全体の焦点距離ｆ_el、及び、前記光学レンズ群の全光学長ＯＬ、前記光学レンズ群のメタルバックＭＢは、
ｆ_el／ｆ_F ＜０ かつ ｆ_el／ｆ_B ＞０ かつ ＯＬ／ＭＢ＞７．０
の関係を満たす、内視鏡用レンズユニットを提供する。

本発明は、上記の内視鏡用レンズユニットと、撮像面がカバーガラスによって覆われる撮像素子と、前記内視鏡用レンズユニットにおける前記後群レンズの撮像側最終面と、前記撮像素子の前記カバーガラスとを固定する接着用樹脂による接着層と、を有する内視鏡を提供する。

本発明によれば、内視鏡の撮像ユニットにおいて撮像レンズと撮像素子とを接着剤等で固定する構造を実現できる。

本発明の実施形態に係る内視鏡を用いた内視鏡システムの全体構成図 本実施形態に係る内視鏡の先端部の構成を示す斜視図 本実施形態に係る内視鏡の先端部の断面図 本実施形態に係る内視鏡の先端部においてモールド樹脂を除いた部分の構成を示す斜視図 第１の実施形態に係るレンズユニットの光学レンズ群の構成を示す断面図 第１の実施形態のレンズユニットのレンズデータを示す図 第２の実施形態に係るレンズユニットの光学レンズ群の構成を示す断面図 第２の実施形態のレンズユニットのレンズデータを示す図

以下、本発明に係る内視鏡用レンズユニット及び内視鏡の実施形態（以下、「本実施形態」という）について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、医療用の内視鏡に適用した構成例を示す。

図１は、本発明の実施形態に係る内視鏡を用いた内視鏡システムの全体構成図である。図２は、本実施形態に係る内視鏡の先端部の構成を示す斜視図である。図３は、本実施形態に係る内視鏡の先端部の断面図である。図４は、本実施形態に係る内視鏡の先端部においてモールド樹脂を除いた部分の構成を示す斜視図である。

図１では、内視鏡１１及びビデオプロセッサ１９を含む内視鏡システム１３の全体構成を斜視図にて示している。図２では、図１に示した内視鏡１１の先端部１５の構成を斜視図にて示している。図３では、図２に示した先端部１５の構成を断面図にて示している。図４では、図２に示した先端部１５においてモールド樹脂１７を除いた構成を斜視図にて示している。

なお、本明細書において説明に用いる方向については、各図中の方向の記載に従うものとする。ここで、「上」、「下」は、水平面に置かれたビデオプロセッサ１９の上と下にそれぞれ対応し、「前（先）」、「後」は、内視鏡本体（以降「内視鏡１１」と呼称する）の挿入部２１の先端側とプラグ部２３の基端側にそれぞれ対応する。

図１に示すように、内視鏡システム１３は、医療用の軟性鏡である内視鏡１１と、観察対象（ここでは、人体）の内部を撮影して得られた静止画及び動画に対して周知の画像処理等を行うビデオプロセッサ１９と、を有して構成される。内視鏡１１は、略前後方向に延在し、観察対象の内部に挿入される挿入部２１と、挿入部２１の後部が接続されるプラグ部２３とを備える。

挿入部２１は、プラグ部２３に後端を接続された可撓性の軟性部２９と、軟性部２９の先端に連なる先端部１５とを有している。軟性部２９は各種の内視鏡検査、内視鏡手術等の方式に対応する適切な長さを有する。

ビデオプロセッサ１９は、前面パネル２５に開口するソケット部２７を有し、機器内部に画像処理部及び電源部を備えている。ソケット部２７には、内視鏡１１のプラグ部２３の後端部が挿入されて係合し、これにより、内視鏡１１はビデオプロセッサ１９との間で電力及び各種信号（映像信号、制御信号など）の送受が可能である。

上述した電力及び各種信号は、軟性部２９の内部を挿通された伝送ケーブル３１（図２、図３参照）を介してプラグ部２３から軟性部２９、先端部１５に導かれる。内視鏡１１の先端部１５に設けられた撮像素子３３が出力した画像信号は、伝送ケーブル３１を介してプラグ部２３からビデオプロセッサ１９に伝送される。ビデオプロセッサ１９は、画像処理部において受信した画像信号に対して色補正、階調補正等の画像処理を施して、画像処理済みの画像信号を表示装置（図示略）に出力する。表示装置は、例えば液晶表示パネル等の表示デバイスを有するモニタ装置であり、内視鏡１１によって撮像された被写体の画像を表示する。

図２、図３に示すように、本実施形態に係る内視鏡１１は、先端部１５に撮像ユニットを搭載しており、撮像レンズを構成するレンズユニット３５と、撮像素子３３とを有する。レンズユニット３５は、鏡筒３９の内部に複数のレンズ（例えば後述する第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３）を収容して構成される。レンズユニット３５の撮像素子３３側（後側）の端部、撮像素子３３の外周部、及び伝送ケーブル３１の撮像素子３３側（前側）の端部は、封止用の樹脂部材であるモールド樹脂１７によって被覆される。すなわち、内視鏡１１の挿入部２１の先端部１５は、撮像素子３３の全体と、レンズユニット３５の撮像素子３３側の少なくとも一部分とがモールド樹脂１７によって覆われている。

図３に示すように、撮像素子３３は、撮像面４１がカバーガラス４３によって覆われる。レンズユニット３５の撮像側の端部は、接着層を形成する接着用樹脂３７によって撮像素子３３のカバーガラス４３に接着され固定される。接着用樹脂３７は、例えば透明のＵＶ・熱硬化性樹脂によって構成され、レンズユニット３５と撮像素子３３のカバーガラス４３とを離間部４７を有して固定する。この際、レンズユニット３５と撮像素子３３とを、撮像面４１の中心にレンズの光軸を一致させて位置合わせした後、レンズユニット３５の光軸方向のフォーカス位置調整（ピント合わせ）を行い、接着用樹脂３７により接着固定する。これにより、レンズユニット３５と撮像素子３３とが接着用樹脂３７によって直接接着され固定される構成となっている。接着用樹脂３７は、例えば、最終的な硬度を得るためには熱処理を必要とするが、紫外線照射によってもある程度の硬度まで硬化が進行するタイプの接着剤である。

また、モールド樹脂１７は、例えば黒色などの遮光性を有する樹脂材料により構成される。このように、レンズユニット３５と撮像素子３３との接続固定部位は、被写体像の光線を透過する透明材料などの透光性を有する接着用樹脂３７の外周部に、黒色などの遮光性を有するモールド樹脂１７を設けて被覆する二重構造としている。

撮像素子３３のカバーガラス４３と反対側（後側）の面には、回路基板４９が実装され、静電気対策用のコンデンサ４５が取り付けられている。伝送ケーブル３１は、回路基板４９の後部において電気的に接続され、回路基板４９の接続部位は封止用のモールド樹脂１７にて被覆される。なお、以降の説明において「接着剤」の用語は、固体物の面と面とを接着するために用いる物質という厳密な意味ではなく、２つの物の結合に用いることができる物質、或いは硬化した接着剤が気体及び液体に対する高いバリア性を備えている場合は、封止材としての機能を有する物質という広い意味で用いられる。

鏡筒３９は、剛性の高い円筒材料、例えば金属製の筒状部材によって構成される。鏡筒３９に硬質材料を用いることで、先端部１５は硬性部を構成する。鏡筒３９を構成する金属材料として、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、先端部１５を構成する材料として適している。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、先端部１５を構成する材料として適している。また、鏡筒３９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を選択する。ここで、電鋳を利用する理由は、電鋳によって製造される部材の寸法精度は１μｍ未満（いわゆるサブミクロン精度）と極めて高く、さらに多数の部材を製造した際のばらつきも小さいからである。後に説明するように、鏡筒３９は極めて小さな部材であり、内外径寸法の誤差は内視鏡１１の光学性能（画質）に影響を与える。鏡筒３９を例えばニッケル電鋳管により構成することで、小径にもかかわらず高い寸法精度を確保して高画質な画像を撮像することが可能な内視鏡１１が得られる。

鏡筒３９には、光学材料（ガラス、樹脂等）により形成された複数（図示例では、３枚）のレンズ（第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３）と、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２に挟まれた絞り５１とが互いに光軸ＬＣの方向に密接した状態で組み込まれている。第１レンズＬ１、第３レンズＬ３は、全周にわたって鏡筒３９の内周面に接着剤により固定されている。鏡筒３９の前端は第１レンズＬ１によって、後端は第３レンズＬ３によって密閉（封止）されており、鏡筒３９の内部に空気又は水分等が侵入しないよう構成されている。従って、空気等は鏡筒３９の一端から他端へと抜けることができない。以降の説明では、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３を合わせて光学レンズ群ＬＮＺと呼称する。なお、複数のレンズによる光学レンズ群ＬＮＺは、３枚のレンズ構成に限らず、２枚又は４枚以上など、前群レンズと後群レンズとを有する構成であれば、レンズ枚数は任意である。

図３、図４に示すように、撮像素子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）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の撮像デバイスにより構成される。この場合、撮像素子３３の中央部には、前面視において正方形形状をなす撮像面４１が設けられる。外部から撮像ユニットへ入射した光は、鏡筒内の光学レンズ群ＬＮＺによって撮像素子３３の撮像面４１に結像する。撮像素子３３の後部（背面側）に実装された回路基板４９は、後方から見て撮像素子３３よりもやや小さい外形を有している。撮像素子３３は、例えば背面にＬＧＡ（Land Grid Array）を備えており、回路基板４９に形成された電極パターンと電気的に接続される。

ここで、鏡筒３９の外周をなす円は、撮像素子３３が構成する正方形に略内接し、かつ撮像面４１が構成する正方形に外接する関係としている。そして、撮像面４１の中央（撮像面４１の対角線の交点）、レンズユニット３５の中央（レンズユニット３５の内周がなす円の中心）、鏡筒３９の中央（鏡筒３９の外周がなす円の中心）の位置は一致しており、ここを光軸ＬＣが貫通する。より正確には、撮像面４１の中央を貫通する法線が光軸ＬＣであって、この光軸ＬＣがレンズユニット３５の中央を貫通するように、レンズユニット３５が撮像素子３３に対して位置合わせされている。

次に、内視鏡１１のレンズユニット３５における光学レンズ群ＬＮＺ（第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３）の構成例を説明する。

図５は、第１の実施形態に係るレンズユニットの光学レンズ群の構成を示す断面図である。

第１の実施形態は、内視鏡の先端部１５におけるレンズユニット３５の光学レンズ群ＬＮＺの第１構成例を示すものである。本実施形態のレンズユニット３５は、第１レンズＬ１が前群レンズ、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３が後群レンズとして機能する。ここで、第１レンズＬ１が光学レンズ群ＬＮＺの先頭レンズ、第３レンズＬ３が光学レンズ群ＬＮＺの最終レンズである。レンズユニット３５は、被写体側から撮像側に向かって順に、最前面である第１レンズＬ１の第１面Ｌ１Ｒ１が凹面、第２面Ｌ１Ｒ２が凹面、第２レンズＬ２の第１面Ｌ２Ｒ１が凸面、第２面Ｌ２Ｒ２が凸面、第３レンズＬ３の第１面Ｌ３Ｒ１が凹面、最終面である第２面Ｌ３Ｒ２が凹面を有して構成される。

第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間、すなわち前群レンズと後群レンズとの間には、絞り５１が設けられる。凹面である第３レンズＬ３の第２面Ｌ３Ｒ２（最終面）と撮像素子３３のカバーガラス４３との間は、接着用樹脂３７が充填され、接着層を形成している。

図６は、第１の実施形態のレンズユニットのレンズデータを示す図である。図６において、面は、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３の各面Ｌ１Ｒ１〜Ｌ３Ｒ２と、絞り５１、接着層（接着用樹脂３７）にそれぞれ対応し、各面の曲率半径（ｍｍ）、コーニック係数、有効径（ｍｍ）が示されている。また、厚み（ｍｍ）は、該当する面から次の面までの光学中心における光軸方向の距離（厚み）を示し、屈折率とアッベ数は、該当する面を形成する光学部材の屈折率とアッベ数を示している。ここで、光学レンズ群ＬＮＺの外径φ（第１レンズＬ１及び第３レンズＬ３の外径）は、φ＝０．９〜１．０ｍｍ程度とする。撮像素子３３のカバーガラス４３の厚みは０．４ｍｍとする。

第１の実施形態では、光学レンズ群ＬＮＺの全体の焦点距離ｆ_elは、ｆ_el＝０．５８ｍｍ、前群レンズ（第１レンズＬ１）の焦点距離ｆ_F は、ｆ_F ＝−０．７１４、後群レンズ（第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３）の焦点距離ｆ_B は、ｆ_B ＝０．４８１としている。また、光学レンズ群ＬＮＺの全光学長ＯＬを、先頭レンズの最前面（第１レンズＬ１の第１面Ｌ１Ｒ１）から撮像面（撮像素子３３のカバーガラス４３の撮像側の後端面）までの長さとすると、全光学長ＯＬ＝２．２８７ｍｍとなっている。

また、最終レンズの最終面（第３レンズＬ３の第２面Ｌ３Ｒ２）の周辺部端面から撮像素子３３のカバーガラス４３の被写体側の前端面までの長さをメタルバック（MetalBack）ＭＢとすると、メタルバックＭＢ＝０．０４ｍｍである。なお、メタルバックＭＢは、最終レンズの最終面の凹凸によってバックフォーカス（BackFocus）という場合もある。ここでは、バックフォーカスＢＦを含む概念のパラメータとしてメタルバックＭＢを用い、メタルバックＭＢに統一して説明している。図６に示したように、接着層の光学中心における厚みは０．０５ｍｍであるが、第３レンズＬ３の第２面Ｌ３Ｒ２は凹面であるので、第２面Ｌ３Ｒ２の周辺部端面からカバーガラス４３の前端面までの距離に相当するメタルバックＭＢは、光学中心よりも短くなる。

このとき、ｆ_el／ｆ_F ＝−０．８１２、ｆ_el／ｆ_B ＝１．２０６、ＯＬ／ＭＢ＝３８．１２であり、
ｆ_el／ｆ_F ＜０ かつ ｆ_el／ｆ_B ＞０ かつ ＯＬ／ＭＢ＞７．０
の関係を満たしている。

また、後群レンズの撮像側最終面（第３レンズＬ３の第２面Ｌ３Ｒ２）の曲率半径ｒＬｂＲ２（ｒＬ３Ｒ２）は、ｒＬｂＲ２＝−２１４．０４３≠∞である。また、後群レンズの最終レンズ（第３レンズＬ３）の屈折率ｎ_be（ｎ３）は、ｎ_be＝１．６８であり、接着層の屈折率ｎ_adは、ｎ_ad＝１．５２であり、ｎ_be≠ｎ_adである。

また、後群レンズの最終レンズ（第３レンズＬ３）のアッベ数ν_be（ν３）は、ν_be＝３１＞２５となっており、最終レンズの屈折率ｎ_be＝１．６８であるので、１．４０＜ｎ_be＜１．９０の関係を満たしている。

また、前群レンズの最前面（第１レンズＬ１の第１面Ｌ１Ｒ１）は凹面であり、凹面のサグ（ＳＡＧ）量ｄは、ｄ＝０．０２１ｍｍとしている。ここで、凹面のサグ量ｄと光学レンズ群ＬＮＺのレンズ外径φとは、φ＝１．０ｍｍとした場合、ｄ／φ＝０．０２１となり、−０.１＜ｄ／φ＜０．１の関係を満たしている。

図７は、第２の実施形態に係るレンズユニットの光学レンズ群の構成を示す断面図である。

第２の実施形態は、内視鏡の先端部１５におけるレンズユニット３５の光学レンズ群ＬＮＺの第２構成例を示すものである。本実施形態のレンズユニット３５は、第１の実施形態と同様、第１レンズＬ１が前群レンズ、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３が後群レンズとして機能する。ここで、第１レンズＬ１が光学レンズ群ＬＮＺの先頭レンズ、第３レンズＬ３が光学レンズ群ＬＮＺの最終レンズである。レンズユニット３５は、被写体側から撮像側に向かって順に、最前面である第１レンズＬ１の第１面Ｌ１Ｒ１が凹面、第２面Ｌ１Ｒ２が凹面、第２レンズＬ２の第１面Ｌ２Ｒ１が凸面、第２面Ｌ２Ｒ２が凸面、第３レンズＬ３の第１面Ｌ３Ｒ１が凹面、最終面である第２面Ｌ３Ｒ２が凸面を有して構成される。

図８は、第２の実施形態のレンズユニットのレンズデータを示す図である。図８において、図６と同様に、各面Ｌ１Ｒ１〜Ｌ３Ｒ２、絞り、接着層における曲率半径（ｍｍ）、コーニック係数、厚み（ｍｍ）、有効径（ｍｍ）と、該当する面を形成する光学部材の屈折率とアッベ数を示している。ここで、光学レンズ群ＬＮＺの外径φ（第１レンズＬ１及び第３レンズＬ３の外径）は、φ＝０．９〜１．０ｍｍ程度とする。撮像素子３３のカバーガラス４３の厚みは０．４ｍｍとする。

第２の実施形態では、光学レンズ群ＬＮＺの全体の焦点距離ｆ_elは、ｆ_el＝０．６１ｍｍ、前群レンズ（第１レンズＬ１）の焦点距離ｆ_F は、ｆ_F ＝−０．７９、後群レンズ（第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３）の焦点距離ｆ_B は、ｆ_B ＝０．５０１としている。また、光学レンズ群ＬＮＺの全光学長ＯＬは、ＯＬ＝２．３００ｍｍとなっている。また、メタルバックＭＢは、ＭＢ＝０．０８ｍｍである。図８に示したように、接着層の光学中心における厚みは０．０５ｍｍであるが、第３レンズＬ３の第２面Ｌ３Ｒ２は凸面であるので、第２面Ｌ３Ｒ２の周辺部端面からカバーガラス４３の前端面までの距離に相当するメタルバックＭＢは、光学中心よりも長くなる。

このとき、ｆ_el／ｆ_F ＝−０．７７２、ｆ_el／ｆ_B ＝１．２１７、ＯＬ／ＭＢ＝３７．１であり、
ｆ_el／ｆ_F ＜０ かつ ｆ_el／ｆ_B ＞０ かつ ＯＬ／ＭＢ＞７．０
の関係を満たしている。

また、後群レンズの撮像側最終面（第３レンズＬ３の第２面Ｌ３Ｒ２）の曲率半径ｒＬｂＲ２（ｒＬ３Ｒ２）は、ｒＬｂＲ２＝−１．３４５≠∞である。また、後群レンズの最終レンズ（第３レンズＬ３）の屈折率ｎ_be（ｎ３）は、ｎ_be＝１．５５であり、接着層の屈折率ｎ_adは、ｎ_ad＝１．５２であり、ｎ_be≠ｎ_adである。

また、後群レンズの最終レンズ（第３レンズＬ３）のアッベ数ν_be（ν３）は、ν_be＝７１．７＞２５となっており、最終レンズの屈折率ｎ_be＝１．５５であるので、１．４０＜ｎ_be＜１．９０の関係を満たしている。

また、前群レンズの最前面（第１レンズＬ１の第１面Ｌ１Ｒ１）は凹面であり、凹面のサグ量ｄは、ｄ＝０．０３０ｍｍとしている。ここで、凹面のサグ量ｄと光学レンズ群ＬＮＺのレンズ外径φとは、φ＝１．０ｍｍとした場合、ｄ／φ＝０．０３０となり、−０.１＜ｄ／φ＜０．１の関係を満たしている。

ここで、本実施形態に係る内視鏡用レンズユニット及び内視鏡の寸法の一例を示す。なお、以下に示す数値は一つの具体例を示すものであり、用途、使用環境等に応じて種々の例が考えられる。一例として、レンズユニット３５は、上記例のように全光学長ＯＬが２．２〜２．３ｍｍ、レンズ外径φが１．０ｍｍであり、鏡筒３９及び撮像素子３３を含む撮像ユニットの長手方向寸法が２．５ｍｍ程度、外径が１．１ｍｍ程度である。また、撮像ユニットを搭載した先端部１５の長さが３．５ｍｍ程度、最大外径が１．５ｍｍ程度である。

上述した本実施形態では、内視鏡用のレンズユニット３５において、負パワーを有する前群レンズ（第１レンズＬ１）と正パワーを有する後群レンズ（第２レンズＬ２、第３レンズＬ３）とを設け、メタルバックＭＢに対して全光学長ＯＬが大きい構成としている。これにより、全光学長ＯＬに対してメタルバックＭＢが小さく、光学レンズ群ＬＮＺの最終面から撮像素子３３のカバーガラス４３の前端面までの距離が短くなるため、接着用樹脂３７によって光学レンズ群ＬＮＺと撮像素子３３のカバーガラス４３とを直接接着して固定する構造とすることが可能である。よって、撮像ユニットを高強度かつ部品点数の少ない構造とすることができ、短い焦点距離の撮像レンズを実現可能とし、撮像レンズの長さの短縮、小型化を図ることができる。

このように、本実施形態では、撮像レンズを細径化するとともに、撮像レンズと撮像素子を含む撮像ユニットの長さを短縮した光学設計とし、撮像レンズと撮像素子とを直接接着層にて固定する構造として、さらに小型の撮像ユニットを実現している。

また、接着用樹脂３７の接着層により光学レンズ群ＬＮＺとカバーガラス４３とを直接固定した構造において、光学レンズ群ＬＮＺの最終面（Ｌ３Ｒ２）を曲面とし、最終レンズ（第３レンズＬ３）と接着層の屈折率を異なるものにしている。これにより、光学レンズ群ＬＮＺの最終面において屈折力を持たせることができるため、レンズユニット３５を通過する被写体からの光線の収束性をより高めることができ、収差の低減に寄与させることができる。また、光学レンズ群ＬＮＺの光学性能（解像度、色収差、歪など）に関して、必要な光学性能を得るためのレンズ枚数を削減できる。したがって、撮像レンズの小型化及びコスト低減を図りつつ所望の光学性能を得ることが可能となる。

また、最終レンズ（第３レンズＬ３）のアッベ数ν_be（ν３）を２５より大きくし、屈折率ｎ_be（ｎ３）を１．４０〜１．９０の範囲とすることによって、倍率色収差を低減でき、撮像素子３３のピクセルピッチよりも小さくできるため、撮像画像周辺部における色にじみを低減できる。

また、光学レンズ群ＬＮＺの最前面（Ｌ１Ｒ１）を凹面とし、凹面のサグ量ｄをレンズ外径φに対して相対比率ｄ／φの絶対値が０．１より小さくなるようにすることによって、最前面を平面に近づけることができ、内視鏡使用時の汚れの付着を低減できる。なお、光学レンズ群ＬＮＺの最前面（Ｌ１Ｒ１）は凸面であってもよい。この場合、凸面のサグ量ｄをｄ／φの絶対値が０．１より小さくなるようにする。

本発明に係る実施形態の種々の態様として、以下のものが含まれる。

本発明の一態様の内視鏡用レンズユニットは、鏡筒と、前記鏡筒の内部に収容される前群レンズと後群レンズと、前記前群レンズと前記後群レンズとの間に配置される絞りと、を有し、前記後群レンズの撮像側最終面は、撮像素子のカバーガラスに対して接着層により固定される構造であり、前記前群レンズの焦点距離ｆ_F 、前記後群レンズの焦点距離ｆ_B 、前記前群レンズ及び前記後群レンズを含む光学レンズ群全体の焦点距離ｆ_el、及び、前記光学レンズ群の全光学長ＯＬ、前記光学レンズ群のメタルバックＭＢは、
ｆ_el／ｆ_F ＜０ かつ ｆ_el／ｆ_B ＞０ かつ ＯＬ／ＭＢ＞７．０
の関係を満たすものである。

この構成によれば、後群レンズの最終面から撮像素子のカバーガラスの前端面までの距離が短くなるため、接着層によって光学レンズ群と撮像素子のカバーガラスとを直接接着して固定する構造とすることが可能である。このため、内視鏡の撮像ユニットを高強度かつ部品点数の少ない構造とすることができ、短い焦点距離の撮像レンズを実現可能とし、撮像レンズの長さの短縮、小型化を図れる。

また、本発明の一態様の内視鏡用レンズユニットは、前記後群レンズの撮像側最終面の曲率半径ｒＬｂＲ２は、ｒＬｂＲ２≠∞であり、前記後群レンズの撮像側の最終レンズの屈折率ｎ_beと、前記後群レンズが前記接着層により固定された場合の前記接着層の屈折率ｎ_adとは、ｎ_be≠ｎ_adであるものでもよい。

この構成によれば、撮像素子の結像面に最も近い面を曲面とし、この曲面において屈折力を得ることができ、被写体からの光線の収束及び光学系の収差の低減に寄与させることができる。

また、本発明の一態様の内視鏡用レンズユニットは、前記後群レンズの撮像側の最終レンズのアッベ数ν_beは、ν_be＞２５であり、前記後群レンズの撮像側の最終レンズの屈折率ｎ_beは、１．４０＜ｎ_be＜１．９０であるものでもよい。

この構成によれば、レンズユニットの倍率色収差を低減でき、撮像画像の周辺部における色にじみを低減できる。

また、本発明の一態様の内視鏡用レンズユニットは、前記前群レンズの被写体側最前面は凹面、乃至は凸面であり、前記凹面乃至は凸面のサグ量ｄと、前記光学レンズ群のレンズ外径φとは、−０.１＜ｄ／φ＜０．１の関係を満たすものでもよい。

この構成によれば、レンズユニットの最前面を平面に近づけて平坦化することができ、内視鏡使用時の汚れの付着を低減できる。

本発明の一態様の内視鏡は、上記いずれかに記載の内視鏡用レンズユニットと、撮像面がカバーガラスによって覆われる撮像素子と、前記内視鏡用レンズユニットにおける前記後群レンズの撮像側最終面と、前記撮像素子の前記カバーガラスとを固定する接着用樹脂による接着層と、を有する。

この構成によれば、撮像ユニットにおいて撮像レンズと撮像素子とを接着剤等で固定する構造を実現でき、さらなる小型化を図りつつ必要な光学性能を得ることのできる内視鏡を提供できる。

以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明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、各種の変更例又は修正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発明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、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

本発明は、内視鏡の撮像ユニットにおいて撮像レンズと撮像素子とを接着剤等で固定する構造を実現できる効果を有し、例えば医療分野に用いる細径の内視鏡用レンズユニット及びこれを備えた内視鏡等として有用である。

１１…内視鏡
１５…先端部
２１…挿入部
３１…伝送ケーブル
３３…撮像素子
３５…レンズユニット
３７…接着用樹脂（接着層）
３９…鏡筒
４１…撮像面
４３…カバーガラス
５１…絞り
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…レンズ
ＬＮＺ…光学レンズ群

Claims (5)

1. 鏡筒と、前記鏡筒の内部に収容される前群レンズと後群レンズと、前記前群レンズと前記後群レンズとの間に配置される絞りと、を有するレンズユニットと、
   撮像面がカバーガラスによって覆われる撮像素子と、
   前記レンズユニットにおける前記後群レンズの撮像側最終面と、前記撮像素子の前記カバーガラスとを固定する接着用樹脂による接着層と、
   を有し、
   前記後群レンズの撮像側最終面及び前記鏡筒の撮像側端面が、前記接着層を介して前記カバーガラスに固定される構造であり、
   前記前群レンズの焦点距離ｆ_F 、前記後群レンズの焦点距離ｆ_B 、前記前群レンズ、前記後群レンズ、前記接着層及び前記カバーガラスを含む光学系全体の焦点距離ｆ_el、及び、前記前群レンズの被写体側最前面から前記カバーガラスの撮像側後端面までの距離に相当する全光学長ＯＬ、前記後群レンズの撮像側最終面から前記カバーガラスの被写体側前端面までの距離に相当するメタルバックＭＢは、
   ｆ_el／ｆ_F ＜０ かつ ｆ_el／ｆ_B ＞０ かつ ＯＬ／ＭＢ＞７.０
   の関係を満たす、内視鏡。
2. 請求項１に記載の内視鏡であって、
   前記後群レンズの撮像側最終面は曲面であり、
   前記後群レンズの撮像側の最終レンズの屈折率ｎ_beと、前記後群レンズが前記接着層により固定された場合の前記接着層の屈折率ｎ_adとは、ｎ_be≠ｎ_adである、
   内視鏡。
3. 請求項１又は２に記載の内視鏡であって、
   前記鏡筒の少なくとも撮像側の端部、前記接着層及び前記カバーガラスが、モールド樹脂によって被覆されている、内視鏡。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の内視鏡であって、
   前記後群レンズの撮像側の最終レンズのアッベ数ν_beは、ν_be＞２５であり、
   前記後群レンズの撮像側の最終レンズの屈折率ｎ_beは、１．４０＜ｎ_be＜１．９０である、
   内視鏡。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の内視鏡であって、
   前記前群レンズの被写体側最前面は凹面、乃至は凸面であり、前記凹面乃至は凸面のサグ量ｄと、前記前群レンズ及び前記後群レンズを含む光学レンズ群のレンズ外径φとは、−０.１＜ｄ／φ＜０．１の関係を満たす、
   内視鏡。

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