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技術 内視鏡対物光学系およびこれを備えた内視鏡装置

出願人 フジノン株式会社
発明者 宮野俊
出願日 2005年2月28日 (14年5ヶ月経過) 出願番号 2005-054216
公開日 2006年9月14日 (12年11ヶ月経過) 公開番号 2006-242976
状態 未査定
技術分野 孔内観察装置 レンズ系 内視鏡 スタジオ装置 スタジオ装置 内視鏡
主要キーワード 境界面形状 構成簡易 遠近方向 印加電圧制御 水溶性液体 ピント調整機構 可変素子 内視鏡プローブ
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2006年9月14日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

観察距離遠近に応じたピント調整が可能な、構成簡易で小型の内視鏡対物光学系、および観察距離範囲の広い内視鏡装置を得る。

解決手段

内視鏡装置は、対物光学系、カバーガラス2、撮像素子3、および印加電圧制御手段4を備えており、この対物光学系は、5枚の固定レンズL1〜L5からなる対物レンズ群G1と、印加電圧の変化に応じて屈折力を変化させる屈折力可変素子1とからなる。この屈折力可変素子1は2液性レンズ素子からなり、容器11への印加電圧の変化に応じて、水溶性液体12と油性液体13との境界面形状表面張力により変化させて、屈折力を変化させ得るようになっており、この屈折力の変化により、対物光学系のピント調整が行なわれる。

概要

背景

従来の内視鏡装置の多くは、ピント調整機構を持たない対物光学系が搭載されており、観察距離が所定の被写界深度の範囲内に限定されてしまう。このため、被観察領域に、より接近して精査しようとしても、被写界深度の範囲を超えた場合には像がぼけるなど解像度が低下してしまうので、使用者の意図に適った観察を実施し得ないという問題がある。

一方、対物レンズ光軸方向に移動させる機構を備えることにより、ピント調整を可能とした内視鏡用の対物光学系も提案されている(下記特許文献1参照)。

特開2000−330015号公報

概要

観察距離の遠近に応じたピント調整が可能な、構成簡易で小型の内視鏡対物光学系、および観察距離範囲の広い内視鏡装置を得る。内視鏡装置は、対物光学系、カバーガラス2、撮像素子3、および印加電圧制御手段4を備えており、この対物光学系は、5枚の固定レンズL1〜L5からなる対物レンズ群G1と、印加電圧の変化に応じて屈折力を変化させる屈折力可変素子1とからなる。この屈折力可変素子1は2液性レンズ素子からなり、容器11への印加電圧の変化に応じて、水溶性液体12と油性液体13との境界面形状表面張力により変化させて、屈折力を変化させ得るようになっており、この屈折力の変化により、対物光学系のピント調整が行なわれる。

目的

本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、観察距離に応じたピント調整が可能であり、かつ構成簡易で小型の内視鏡対物光学系、およびこのような内視鏡対物光学系を備えた観察距離範囲の広い内視鏡装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

内視鏡用の対物光学系であって、印加電圧の変化に応じて屈折力を変化させ得る屈折力可変素子を備え、該屈折力可変素子の屈折力を変化させることにより、観察距離遠近に応じたピント調整をするように構成されていることを特徴とする内視鏡対物光学系

請求項2

前記屈折力可変素子は、結像面物体直近に配置されていることを特徴とする請求項1記載の内視鏡対物光学系。

請求項3

前記屈折力可変素子は、光軸方向の両端面が透明とされた筒状の容器の中に、屈折率が互いに異なる導電性水溶性液体非導電性油性液体とを封入してなり、該容器への印加電圧の変化に応じて前記水溶性液体と前記油性液体との境界面形状表面張力によって変化せしめることにより、屈折力を変化させ得る2液性レンズ素子からなることを特徴とする請求項1または2記載の内視鏡対物光学系。

請求項4

請求項1〜3までのうちいずれか1項に記載された内視鏡対物光学系と、該内視鏡対物光学系の結像面に配置された撮像素子と、前記屈折力可変素子への印加電圧を制御する印加電圧制御手段と、を備えてなることを特徴とする内視鏡装置

技術分野

0001

本発明は、内視鏡用の対物光学系および内視鏡装置に関し、特に、観察距離の変化に応じてピント調整可能な内視鏡対物光学系およびこれを備えた内視鏡装置に関する。

背景技術

0002

従来の内視鏡装置の多くは、ピント調整機構を持たない対物光学系が搭載されており、観察距離が所定の被写界深度の範囲内に限定されてしまう。このため、被観察領域に、より接近して精査しようとしても、被写界深度の範囲を超えた場合には像がぼけるなど解像度が低下してしまうので、使用者の意図に適った観察を実施し得ないという問題がある。

0003

一方、対物レンズ光軸方向に移動させる機構を備えることにより、ピント調整を可能とした内視鏡用の対物光学系も提案されている(下記特許文献1参照)。

0004

特開2000−330015号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、このような対物レンズの移動機構は、構成が複雑で小型化することが困難なため、細径化が要求される内視鏡プローブ内に組み込むことが難しいという問題がある。

0006

本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、観察距離に応じたピント調整が可能であり、かつ構成簡易で小型の内視鏡対物光学系、およびこのような内視鏡対物光学系を備えた観察距離範囲の広い内視鏡装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するため本発明では、印加電圧の変化に応じて屈折力を変化させる屈折力可変素子を用いて、ピント調整を行なうようにしている。

0008

すなわち、本発明に係る内視鏡対物光学系は、印加電圧の変化に応じて屈折力を変化させ得る屈折力可変素子を備え、該屈折力可変素子の屈折力を変化させることにより、観察距離の遠近に応じたピント調整をするように構成されていることを特徴とする。

0009

屈折力可変素子は、対物光学系の物体側(前側)や中間部、像側(後側)など任意の位置に設置することが可能であるが、例えば、複数の固定レンズからなる対物レンズ群を備えている場合、複数の固定レンズのうち最も像側に配置された固定レンズと結像面との間に配置するなど、結像面の物体側直近に配置することが好ましい。

0010

また、屈折力可変素子としては、光軸方向の両端面が透明とされた筒状の容器の中に、屈折率が互いに異なる導電性水溶性液体非導電性油性液体とを封入してなり、該容器への印加電圧の変化に応じて水溶性液体と油性液体との境界面形状表面張力によって変化せしめることにより、屈折力を変化させ得る2液性レンズ素子を用いることが好適である。

0011

また、本発明に係る内視鏡装置は、本発明による内視鏡対物光学系と、該内視鏡対物光学系の結像面に配置された撮像素子と、屈折力可変素子への印加電圧を制御する印加電圧制御手段とを備えてなることを特徴とするものである。

発明の効果

0012

本発明による内視鏡対物光学系によれば、印加電圧の変化に応じて屈折力を変化させ得る屈折力可変素子を用いてピント調整をするように構成されていることにより、対物レンズの移動機構を備えた従来の内視鏡対物光学系に比較して、ピント調整を実施するための構成が極めて簡易で小型化も可能となるので、内視鏡プローブの細径化を妨げることなくプローブ内に組み込むことが可能である。

0013

また、本発明による内視鏡装置によれば、屈折力可変素子を用いてピント調整をする内視鏡対物光学系を備えていることにより、遠近方向の観察距離範囲を拡大することができるので、使用者の意図に適った観察を実施することが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1および図2は本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の主要部の構成を示す図である。なお、図1遠点観察時(例えば、物体距離が15mm程度の場合)の状態を示し、図2近点観察時(例えば、物体距離が6mm程度の場合)の状態を示している。

0015

図示するように本実施形態による内視鏡装置は、対物レンズ群G1および屈折力可変素子1を備えてなる対物光学系と、該対物光学系の結像面に配置された、CCDやCMOS等からなる撮像素子3と、該撮像素子3のカバーガラス2とを、図示せぬ内視鏡プローブ内に備えている。また、上記屈折力可変素子1への印加電圧を調整する、マイクロコンピュータ等からなる印加電圧制御手段4を、内視鏡プローブの手元部(図示略)等に備えている。

0016

上記対物レンズ群G1は、光軸X上において物体側から順に配された、像側に凹面を向けた平凹レンズからなる第1レンズL1、物体側に凸面を向けた平凸レンズからなる第2レンズL2、それぞれ像側に強い曲率の面を向けた両凸レンズからなる第3および第4レンズL3,L4、ならびに物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズからなる第5レンズL5の、5枚の固定レンズから構成されている。なお、上記第4レンズL4と上記第5レンズL5とは互いに接合されて、1つの接合レンズを構成している。

0017

また、上記屈折力可変素子1は、上記対物レンズ群G1を構成する5枚の固定レンズL1〜L5のうち最も像側に配置される上記第5レンズL5と、上記撮像素子3との間、すなわち上記カバーガラス2を介して撮像素子3の物体側直近に配置されている。この屈折力可変素子1は、光軸方向の両端面が透明とされた筒状の容器11の中に、屈折率が互いに異なる導電性の水溶性液体12と非導電性の油性液体13とを封入してなり、該容器11への印加電圧の変化に応じて、水溶性液体12と油性液体13との境界面形状を表面張力により変化させて、屈折力を変化させ得る2液性レンズ素子からなる。この種の屈折力可変素子1としては、例えば、オランダフィリップス社製のFluid Focusレンズとして知られているものを用いることができる。

0018

本実施形態において上記屈折力可変素子1は、図1に示す遠点観察時に適した屈折力状態と、図2に示す近点観察時に適した屈折力状態とが選択的に切替られるようになっている。この切替えは、例えば、内視鏡プローブの手元部等に設けられた切替スイッチ(図示略)を、内視鏡の使用者(医師)が操作することにより行なわれる。すなわち、上記屈折力可変素子1は、通常の観察距離においては図1に示す屈折力が弱い状態(収束機能を有さない透明平板として機能する状態)に維持され、被観察領域に、より接近して精査する場合等においては、使用者による上記切替スイッチの操作に応じて上記印加電圧制御手段4による印加電圧の切替えが行なわれ、この切替えに応じて図2に示す屈折力が強い状態(収束レンズとして機能する状態)に変化する。この屈折力の変化により、上記対物光学系のピント調整がなされ、図1に示すように被観察領域が遠い場合と、図2に示すように被観察領域が近い場合とのどちらにおいても、被観察領域の像を上記撮像素子3上にピントが合った状態で結像させることが可能となる。

0019

上記対物光学系は、屈折力可変素子1を用いてピント調整をするように構成されていることにより、対物レンズの移動機構を備えた従来の内視鏡対物光学系に比較して、構成簡易で小型なものとなっている。このため、内視鏡プローブの細径化を妨げることなくプローブ内に組み込むことが可能である。特に、屈折力可変素子1を対物レンズ群G1と撮像素子3との間に配置したことにより、屈折力可変素子1を他の位置、例えば対物レンズ群G1よりも物体側の位置に配置した場合に比較して、屈折力可変素子1をより小型に構成することが可能となっている。これは、対物レンズ群G1と撮像素子3との間を通過する光束径が、対物レンズ群G1よりも物体側の位置を通過する光束径よりも小さくなるからである。

0020

なお、この対物光学系は、本発明に係る内視鏡対物光学系の一実施形態を構成するものであり、以下、この対物光学系について、実施例を示してさらに具体的に説明する。

0021

本実施例の対物光学系の構成は、図1および図2に示す通りであり、上述した実施形態の説明において記した内容は、重複を避けるためその説明を省略する。以下、本実施例について具体的なデータを表1に示す。

0022

表1は、本実施例の各レンズL1〜L5、屈折力可変素子1、およびカバーガラス2(以下「各レンズ」と称す)の各面の曲率半径R(mm)、各レンズの軸上面間隔(各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔)D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよびd線におけるアッベ数νdを示している。なお、表1において、上記屈折力可変素子1に関連する括弧付の数値は、図2に示す状態に対応している。

0023

0024

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。

0025

例えば、上記実施形態における対物光学系は、5枚の固定レンズL1〜L5からなる対物レンズ群G1を備えているが、対物レンズ群の構成枚数や面形状等は、適宜変更することが可能である。

0026

また、上記実施形態では、屈折力可変素子1の屈折力を2段階に選択的に切り替えるように構成されているが、屈折力可変素子1の屈折力を3つ以上のより多くの段階に切替えられるようにすることや、連続的に変化させるようにすることも可能である。

0027

また、上記実施形態では、印加電圧の変化に応じて屈折力を変化させる屈折力可変素子として、上述したような2液性レンズ素子を用いているが、2液性レンズ素子以外の他の屈折力可変素子を用いることも可能である。このような他の屈折力可変素子としては、次のようなものを挙げることができる。

0028

例えば、光軸を中心として同心円状に領域を分割され、印加電圧の変化に応じて該分割された各領域の特性を変化せしめることにより、屈折力を変化させ得る液晶レンズ素子や、微細粒子液体中に分散してなる微細粒子分散液を光軸方向に沿って配された2つの透明媒体で挟持してなり、該微細粒子分散液への印加電圧の切替に応じて該微細粒子分散液中の微細粒子の電気泳動の状態を変化させて該微細粒子分散液の屈折率を変化せしめることにより、屈折力を変化させ得る微細粒子電気泳動素子、または、光軸方向に隣接して配された2つの媒質からなり、該媒質の少なくとも一方は液晶素子からなり、該液晶素子に対する印加電圧の変化に応じて該一方の液晶領域の屈折率を変化せしめることにより、屈折力を変化させ得る液晶レンズ素子を挙げることができる。

図面の簡単な説明

0029

本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の遠点観察時の構成を示す図
本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の近点観察時の構成を示す図

符号の説明

0030

1屈折力可変素子
2カバーガラス
3撮像素子
4印加電圧制御手段
11容器
12導電性の水溶性液体
13非導電性の油性液体
G1対物レンズ群
L1〜L5レンズ
X光軸
R1〜R13 各面の曲率半径
D1〜D13 軸上面間隔

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