JP6501995B1

JP6501995B1 - 撮像光学系及び内視鏡

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Publication number: JP6501995B1
Application number: JP2018563650A
Authority: JP
Inventors: 武志菅
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2038-05-31
Also published as: JPWO2018225613A1; WO2018225613A1

Abstract

立体視用の内視鏡用途であり、高画素化とフレア低減を両立させる撮像光学系、及びチャンネルを有し、フレアを低減した内視鏡を提供すること。
撮像光学系は、並列する２つの撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｒ、ＯＢＪ−Ｌを有し、２つの撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｒ、ＯＢＪ−Ｌのフレア絞りの構成が異なることを特徴とする。また、立体観察用の撮像に使用する２つの撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｒ、ＯＢＪ−Ｌと、処置具を挿通するチャンネルＣＨと、を有し、２つの撮像用の光学系の光軸Ａｘ１、Ａｘ２の間隔は２ｍｍ以下であり、２つの撮像用の光学系の最も物体側のレンズの中心どうしを結ぶ線分の中心とチャンネルの中心とを結ぶ直線と、線分と、のなす角度は、±４５度以内であることを特徴とする。

Description

本発明は、撮像光学系及び内視鏡に関するものである。

従来、立体観察システムが知られている。立体観察システムは、立体視用に視差の異なる２つの画像を略同一の平面上の撮像素子の撮像面に結像させて撮像する方法を用いている。そして、従来技術の構成では、視差の異なる２つの画像を得るために、２つの異なる光学系（例えば、特許文献１、２参照）を有している。

特開２０１４−０４６０７５号公報特開２００６−２８８８２１号公報

従来技術の構成では、２つの撮像用の光学系の間の領域においてフレアが発生することがある。このようなフレアは、観察画像の質を劣化させるため好ましくない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、立体視用の内視鏡用途であり、高画素化とフレア低減を両立させる撮像光学系、及びチャンネルを有し、フレアを低減した内視鏡を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、並列する２つの撮像用の光学系を有し、一方の光学系の最も像側のレンズの像側にのみにフレア絞りが配置されていることを特徴とする撮像光学系である。

本発明は、立体視用の内視鏡用途であり、高画素化とフレア低減を両立させる撮像光学系を提供することができ、及びチャンネルを有し、フレアを低減した内視鏡を提供することができるという効果を奏する。

第１実施形態に係る撮像光学系のレンズ断面構成を示す図である。第２実施形態に係る撮像光学系のレンズ断面構成を示す図である。（ａ）は第３実施形態に係る撮像光学系のレンズ断面構成を示す図である。（ｂ）は第３実施形態に係る撮像光学系の一部のレンズの正面構成を示す図である。（ａ）は第４実施形態に係る内視鏡の先端側から見た先端構成を示す図である。（ｂ）は内視鏡装置全体を示す図である。各実施形態に係る撮像用の光学系のレンズ断面構成を示す図である。従来の撮像光学系において発生するフレアを示す図である。

以下に、実施形態に係る図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により、この発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る撮像光学系１００のレンズ断面構成を示す図である。本実施形態は、並列する２つの撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｒ、ＯＢＪ−Ｌを有し、２つの撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｒ、ＯＢＪ−Ｌのフレア絞りの構成が異なることを特徴とする。例えば、光学系ＯＢＪ−Ｒは、右目用の撮像用の光学系である。光学系ＯＢＪ−Ｌは、左目用の撮像用の光学系である。

本実施形態及び以下に説明する全ての第２実施形態、第３実施形態は、立体観察用の内視鏡用撮像に使用する撮像光学系であり、最も物体側のレンズＬ１は２つの凹面部Ｌ１１、Ｌ１２を有する１つの光学部材である。

立体観察用の光学系は、互いに視差を有する２つの光学像を生成する、光学系ＯＢＪ−Ｒと光学系ＯＢＪ−Ｌである。例えば、光学系ＯＢＪ−Ｒは右目用の画像を結像し、光学系ＯＢＪ−Ｌは左目用の画像を結像する。２つの光軸Ａｘ１、Ａｘ２間の距離は、２ｍｍ以下である。

また、本実施形態の好ましい態様によれば、まず、２つの撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｒ、ＯＢＪ−Ｌは、同じ構成のフレア絞りＦＳを有している。さらに、一方の光学系ＯＢＪ−Ｌの最も像側のレンズＬ５の像側にのみにフレア絞りＦＳ３が配置されている。

ここで、従来の撮像光学系におけるフレアの発生について、説明する。図６は、従来の撮像光学系において発生するフレアを示す図である。右目用の光学系ＯＢＪ−Ｒと、左目用の光学系ＯＢＪ−Ｌと、において、不図示の物体からの実線で示す光線ＲＡＹ−Ｒ、ＲＡＹ−Ｌは、撮像面Ｉに入射して像を形成する。
ここで、例えば、左目用の光学系ＯＢＪ-Ｌにおいて、破線で示す光線ＲＡＹｆは、レンズＬ５の側面で反射して、フレアを発生させてしまう。特に、撮像素子の高画素化により、多くの画素を使うことで高画質化を進める場合、撮像素子面のより広い範囲に光学像を結像させる必要があり、結像光線ＲＡＹ−Ｌ、ＲＡＹ−Ｒの像面での位置が高くなる。それに伴い、レンズＬ５での光線高が高くなるため、レンズ側面において光が反射してフレアとなる。

これに対して、本実施形態では、図１に示すように、一方の光学系ＯＢＪ−Ｌの最も像側のレンズＬ５の像側にのみにフレア絞りＦＳ３が配置されている。これにより、レンズＬ５の側面において反射して発生するフレアを低減できる。従って、観察画像の質を向上できる。

（第２実施形態）
図２は、第２実施形態に係る撮像光学系のレンズ断面構成を示す図である。第２実施形態に係る撮像光学系２００は、２つの光学系ＯＢＪ−Ｌ、ＯＢＪ−Ｒのうちの、一方の光学系ＯＢＪ−Ｒと、他方の光学系ＯＢＪ−Ｌは、光学系内の同じ位置にそれぞれフレア絞りＦＳ１、ＦＳ２を有している。そして、一方の光学系ＯＢＪ−Ｌが有するフレア絞りＦＳ１の開口径（開口直径）φ１は、他方の光学系ＯＢＪ−Ｒが有するフレア絞りＦＳ２の開口径φ２より小さいことが好ましい。

開口径の値を以下に示す。
フレア絞りＦＳ１の開口径φ１＝０．５（ｍｍ）
フレア絞りＦＳ２の開口径φ２＝０．７（ｍｍ）

このようなフレア絞りの構成により、本来フレアとなる像高の高い光線は、より小さい開口径φ１を有するフレア絞りＦＳ１により遮光される。これにより、フレアの発生を低減できる。

なお、本実施形態では、開口径の小さい方の光学系の像の明るさが低下する。このため、右目像と左目像とで明るさが異なる。従って、暗い方の像に対して電気的にゲインを上げて調整することが好ましい。すなわち、両方の開口径φ１、φ２を小さくすると、両方の像に対して電気的ゲインを上げる必要があるため、電気的ノイズが増えるという課題が発生する。本実施例では、この課題を回避している。

（第３実施形態）
図３（ａ）は第３実施形態に係る撮像光学系３００のレンズ断面構成を示す図である。

本実施形態は、並列する２つの撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｒ、ＯＢＪ−Ｌを有し、２つの撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｒ、ＯＢＪ−Ｌのうちの一方の光学系ＯＢＪ−Ｒの最も像側のレンズＬ５の径ＬＬ１は、他方の光学系ＯＢＪ−Ｌの最も像側のレンズＬ５の径ＬＬ２より大きいことを特徴とする。

図３（ｂ）は第３実施形態に係る撮像光学系の一部のレンズの正面構成を示す図である。２つの撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｒ、ＯＢＪ−Ｌの最も像側のレンズＬ５は、光軸Ａｘ１、Ａｘ２に対して円形対称である形状のうち、視差方向ｙの円弧部分を直線的にカットした直線部Ｄを有し、２つの撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｒ、ＯＢＪ−Ｌの最も像側のレンズＬ５の径とは、光軸Ａｘ１、Ａｘ２から直線部Ｄまでの距離ＬＬをいう。

レンズＬ５において径ＬＬ１を径ＬＬ２よりも大きくする。これにより、高画素化によりレンズＬ５において光線高が高くなっても、光線がレンズＬ５の側面で反射することを低減できる。この結果、フレアを低減できる。

（第４実施形態）
図４（ａ）は第４実施形態に係る内視鏡４００の先端側から見た先端構成を示す図である。本実施形態は、立体観察用の撮像に使用する２つの撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｌ、ＯＢＪ−Ｒと、処置具を挿通するチャンネルＣＨと、照明光学系ＩＬ１、ＩＬ２と、を有し、２つの撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｌ、ＯＢＪ−Ｒの光軸Ａｘ１、Ａｘ２の間隔は２ｍｍ以下であり、２つ撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｒ、ＯＢＪ−Ｌの最も物体側のレンズの中心どうしを結ぶ線分の中心Ｃ１とチャンネルＣＨの中心Ｃ２とを結ぶ直線と、線分と、のなす角度αは、±４５度以内であることを特徴とする。
（内視鏡説明）
図４（ｂ）は、実施形態に係る撮像光学系を有する内視鏡装置１０の概略構成を示す図である。内視鏡装置１０は、内視鏡４００と生体外装置７とから構成されている。内視鏡４００は、挿入部３、操作部２、接続コード部５及びコネクタ部６を有する。また、生体外装置７は、電源装置と、内視鏡４００からの映像信号を処理するビデオプロセッサ（不図示）と、ビデオプロセッサからの映像信号をモニター表示する表示ユニット８と、を有する。
挿入部３は、細長で患者の体腔内へ挿入可能な可撓性を有する部材で構成されており、先端部は硬性の先端硬性部１となっている。使用者（不図示）は、操作部２に設けられているアングルノブ等により、諸操作を行うことができる。
また、操作部２からは、接続コード部５が延設されている。接続コード部５は、コネクタ６を介して生体外装置７に接続されている。
また、接続コード部５は、電源装置やビデオプロセッサからの電源電圧信号及び撮像素子からの駆動信号等を先端硬性部１に内蔵される撮像系（不図示）に通信すると共に、撮像系からの映像信号をビデオプロセッサに通信する。なお、生体外装置７内のビデオプロセッサは、図示しないビデオプリンタ、記録装置等の周辺機器に接続可能である。ビデオプロセッサは、撮像系からの映像信号に対して所定の信号処理を施して、表示ユニット８の表示画面（モニター）上に内視鏡画像を表示できる。
また、本実施形態の内視鏡４００は、挿入部３が可撓性を有する構成に限られない。例えば、挿入部３が曲がらない硬性内視鏡でも良い。

上部消化管内視鏡では、画面横から斜め下の位置から、チャンネルＣＨを通して処置具を挿脱することが一般的である。これは、処置具の操作性や、内視鏡径の小型化を考慮してのことである。そして、図４（ａ）と図６に示すように、視差方向ｙに輝点が存在すると、輝点に近い方の光学系のみでフレアが発生する。

輝点は、処置具に照明用光学系ＩＬ１、ＩＬ２からの照明光が照射されることで発生する。すなわち、処置具は銀色等の金属で構成されており、消化管の組織に比べて、光の反射率が非常に高い。このため、チャンネルＣＨから処置具、例えば鉗子を挿脱すると、鉗子からの反射光が強い輝点となる。従って、鉗子に近い左目撮像のみ、横筋状のフレアが発生する。

また、本実施形態の好ましい態様によれば、２つの撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｒ、ＯＢＪ−Ｌのうち、チャンネルＣＨに近い撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｌは、フレア防止部を有していることが好ましい。

ここで、フレア防止部とは、上記第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態で述べた、フレアを低減するための構成である。

これにより、上述の撮像光学系を有する内視鏡では、処置具等における輝点によるフレアを低減できるという効果を奏する。また、上記各実施形態は、いずれも、視差が短く、高画素化に対応し、フレアを低減できるという作用効果を奏する。すなわち、視差を短くすると、最も像側のレンズＬ５の視差方向の径（図３のＬＬ１とＬＬ２）を小さくする必要がある。しかし、レンズ径を小さくすると図６に示すように、レンズＬ５の側面で光が反射しフレアが発生する。本実施形態では、フレアの原因となるような輝点（強い光）は処置具の反射で発生することに着目し、処置具を挿脱するチャンネルと、フレア防止部を特定の光学系のみに配置することで、上述の作用効果を実現している。

以下、各実施例について説明する。図５は、上記各実施形態に係る撮像用の光学系のレンズ断面構成を示す図である。

（撮像用の光学系の数値実施例）
第１実施形態から第４実施形態における２つの撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｒ、ＯＢＪ−Ｌのレンズデータは同一である。このため、２つの撮像用の光学系ＯＢＪ−Ｒ、ＯＢＪ−Ｌの一方のデータを代表例として以下に示す。

撮像用の光学系は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負屈折力を有する平凹形状の第１レンズＬ１と、物体側に凹面を向けた負屈折力を有するメニスカス形状の第２レンズＬ２と、像側に平面を向けた正屈折力を有する平凸形状の第３レンズＬ３と、平行平板であるフィルタＦ１と、明るさ絞りＳと、物体側に平面を向けた正屈折力を有する平凸形状の第４レンズＬ４と、両凸正レンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズとが接合された正屈折力を有する接合レンズである第５レンズＬ５と、カバーガラスＦ２と、ＣＣＤカバーガラスＣＧと、を有する。

また、赤外吸収フィルタＦ１の物体側に、ＹＡＧレーザーカットのコーティング、像側にＬＤレーザーカットのコーティングを施している。また、カバーガラスＦ２とＣＣＤカバーガラスＣＧとは接合されている。ｄ１６は接着層である。

以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｅは各レンズのｅ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数、ＦｎｏはＦナンバー、である。また、絞りは、明るさ絞りである。

数値実施例１
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.35 1.88815 40.76
2 0.592 0.564 1
3 -1.522 0.46 1.85504 23.78
4 -2.406 0.04 1
5 4.079 0.63 1.85504 23.78
6 ∞ 0.03 1
7 ∞ 0.4 1.49557 75.00
8 ∞ 0.38 1
9(絞り) ∞ 0.03 1
10 ∞ 0.42 1.75453 35.33
11 -1.717 0.437 1
12 1.381 0.82 1.69979 55.53
13 -0.907 0.36 1.93429 18.90
14 -4.334 0.38 1
15 ∞ 0.5 1.51825 64.14
16 ∞ 0.01 1.515 64.00
17 ∞ 0.35 1.507 63.26
像面 ∞

各種データ
焦点距離 0.43
最大像高 0.429
画角 163.4
Fno 3.77
物体距離 7.25

なお、上述の撮像光学系は、複数の構成を同時に満足してもよい。このようにすることが、良好な撮像光学系、及び内視鏡を得る上で好ましい。また、好ましい構成の組み合わせは任意である。
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態のみに限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、これら実施形態の構成を適宜組合せて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。例えば、光学系は様々の変形が可能である。光学系は、可動部を有するズーム光学系でも良い。また、本実施例はレンズＬ１を１つの光学部材で構成しているが、２つの光学系を別部材で構成しても良い。また、レンズＬ１からレンズＬ３を２つの光学系で共通のレンズにしてもよい。その場合、レンズＬ４、レンズＬ５の光軸の間隔を２ｍｍ以下にすれば良い。

以上のように、本発明は、立体視用の内視鏡用途であり、高画素化とフレア低減を両立させる撮像光学系、及びチャンネルを有し、フレアを低減した内視鏡に有用である。

１００、２００、３００撮像光学系
４００内視鏡
Ｌ１〜Ｌ５レンズ
Ａｘ１、Ａｘ２光軸
Ｓ明るさ絞り
Ｆ１フィルタ
Ｆ２カバーガラス
ＣＧＣＣＤカバーガラス
Ｌ１１、Ｌ１２凹面部
ＦＳ、ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３フレア絞り
ＯＢＪ−Ｒ、ＯＢＪ−Ｌ撮像用の光学系
ＩＬ１、ＩＬ２照明光学系
ＣＨチャンネル
φ１、φ２開口径
ＬＬ１、ＬＬ２径

Claims

並列する２つの撮像用の光学系を有し、
一方の前記光学系の最も像側のレンズの像側にのみにフレア絞りが配置されていることを特徴とする撮像光学系。