カプセル型内視鏡用撮像光学系
【課題】画角を広くするとともに、画角全域において像面を撮像面付近に揃える。
【解決手段】カプセル型内視鏡１０は、凹状半球面の物体面１２を撮像する撮像光学系２０を備えている。撮像光学系２０は−５≦ΔＺｒ／ΔＺｐ≦５を満たしている。ここで、最大半画角をωｍａｘとしたとき、ΔＺｒは２ωｍａｘの光束に対する実像面位置と、ωｍａｘの光束に対する実像面位置との差を示しており、ΔＺｐは物体面１２と２ωｍａｘの主光線との交点Ｐ１を通り、光軸ＸＰに垂直な平面を仮想物体面２４としたときの近軸像面位置と、被写体１２とωｍａｘの主光線との交点Ｐ２を通り、光軸Ｘｐに垂直な平面を仮想物体面２５としたときの近軸像面位置との差を示している。
【解決手段】カプセル型内視鏡１０は、凹状半球面の物体面１２を撮像する撮像光学系２０を備えている。撮像光学系２０は−５≦ΔＺｒ／ΔＺｐ≦５を満たしている。ここで、最大半画角をωｍａｘとしたとき、ΔＺｒは２ωｍａｘの光束に対する実像面位置と、ωｍａｘの光束に対する実像面位置との差を示しており、ΔＺｐは物体面１２と２ωｍａｘの主光線との交点Ｐ１を通り、光軸ＸＰに垂直な平面を仮想物体面２４としたときの近軸像面位置と、被写体１２とωｍａｘの主光線との交点Ｐ２を通り、光軸Ｘｐに垂直な平面を仮想物体面２５としたときの近軸像面位置との差を示している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体内に飲み込まれて使用されるカプセル型内視鏡の撮像光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療分野においては、長い挿入部の先端に撮像装置を設けた挿入型内視鏡のほか、カプセル内に撮像装置を収納したカプセル型内視鏡を利用した診断が行われている。カプセル型内視鏡は、被検者が飲み込むことができるサイズであるため、挿入型内視鏡のように、挿入部を飲み込む際の患者の負担や挿入部を長時間体内に挿入し続けることによる患者の負担が無くなるという利点を有する。
【０００３】
カプセル型内視鏡は、体内に飲み込まれた後に管状の経路に沿って進行しやすいように、先頭部分の透明カバーがドーム状に整形され、この透明カバーに円筒状のカプセル本体部が連ねられている。撮像光学系の光軸は透明カバーの中心を通るように設計されるのが通常で、したがって撮像光学系には光軸に近い光束だけでなく透明カバーの周辺部を通して大きな入射角をもった光束も入射する。そして、光軸上では物体（被写体）距離が遠くなり、撮像の画角が大きくなるほど物体距離が近くなる傾向をもつため、平面状の被写体を光軸に垂直な平面状の撮像面に結像させる通常の撮像光学系では良好な結像を得ることができる範囲が非常に限られてしまう。
【０００４】
こうした事情から、特許文献１で知られるように広画角の撮像光学系が知られているが、被写体の周辺部分にピントが合うように光学設計すると中心部分が被写界深度の範囲外になってボケてしまい、逆に中心部分を重視してピントを合わせると周辺部分が被写界深度の範囲外になって周辺部分がボケてしまう。この問題に対して、特許文献２及び３に示される撮像光学系は、画面中心及び最大画角において像面を撮像面付近に揃えることによって、被写体の中心部分だけでなく周辺部分を含む被写体全体を被写界深度内に収めるように工夫されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−６１４３８号公報
【特許文献２】特許４１２８５０４号公報
【特許文献３】特許４１２８５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
カプセル型内視鏡では、必ずしも光軸近傍からの光束だけでなく、透明カバーの周辺部を通して光軸に大きな角度で入射してくる光束も診断上で有益な情報を多く含むことから、撮像光学系には広画角化が要求される。この点、上記特許文献２及び３の撮像光学系は、カプセル型内視鏡に要求される画角と物体距離との関係が最適化されてはいるが、画角が最大でも１１３．６°と未だ不十分である。また、上記先行文献記載の光学系はフロント絞りを採用しているため、物体側のレンズの外径を小さく抑えるうえでは有利であるが、絞りの厚みによって光線にケラレが生じ、あるいは絞り直後のレンズ面の曲率半径が大きいことから、より広角化した際の光量ロスが大きくなるという欠点がある。
【０００７】
撮像光学系に凹面を向けた物体面を光軸に垂直な平面状の撮像面に結像させるには、光学系としては負の像面湾曲を発生させればよい。また、このように像面湾曲をコントロールするには三次収差係数でペッツバール和を正の値で大きくすればよい。こうした負の像面湾曲をもつ光学系を得るには、光学系を構成する正レンズに低屈折率材を用い、負レンズに高屈折率材を用いるのが一般である。しかし、ワンタイムユースを基本とするカプセル型内視鏡の撮像光学系にはローコスト化のためにプラスチックレンズが用いられることを考慮すると、高屈折率材が得にくくなってペッツバール和の調整が難しくなる。なお、レンズ枚数を増やしてペッツバール和の調整に自由度をもたせることは可能であるが、光学系の全長が長くなってカプセルの長大化が避けられず、飲み込み使用されるカプセル型内視鏡には採用し難い。
【０００８】
本発明は、以上の背景を考慮してなされたものであり、画角を広くするとともに、画角全域において像面を光軸に垂直な撮像面の近傍に揃えることによって、撮像光学系に向けて凹面状に湾曲した物体面全体をほぼ被写界深度内に収めることができるようにしたカプセル型内視鏡用撮像光学系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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の撮像光学系は、撮像対象となる物体面を凹面状とし、この物体面に正対させて撮像したとき、−５．０≦ΔＺｒ／ΔＺｐ≦５．０の条件を満たすように構成されている。ただし、前記ΔＺｒは、最大画角２ωｍａｘの光束に対する実像面位置と半画角ωｍａｘの光束に対する実像面位置との差を表し、また前記Ｚｐは、前記物体面と２ωｍａｘの主光線との交点を通り光軸に垂直な平面を仮想物体面としたときの近軸結像位置と、前記物体面とωｍａｘの主光線との交点を通り光軸に垂直な平面を仮想物体面としたときの近軸結像位置との差を表すものである。この条件は、好ましくは最大画角２ωｍａｘを１３５°以上にした光学系に適している。一方、光学系の最大画角２ωｍａｘを１２０°にする場合には、先の条件の上・下限値を−０．５≦ΔＺｒ／ΔＺｐ≦０．５と狭めておくことが望ましい。
【００１０】
このようにΔＺｒ／ΔＺｐの値について条件が変わる理由は以下のとおりである。撮像光学系の被写界深度は一般に錯乱円の径によって定義される。しかし、実際上は遠距離の物体ほど像面上では小サイズの画像となって細かい解像力が要求されるのに対し、近距離の物体ほど像倍率が大きくなるため遠距離側ほどの解像力は要求されない。本発明の撮像光学系は、物体距離が近くなるほど光線の入射角が大きくなり、物体距離が遠くなるほど光線の入射角が小さくなるというカプセル内視鏡特有の使用形態を考慮した設計となっている。したがって、撮影画角が狭くなるほど撮像画面内には遠距離物体が多く含まれ、高い解像力も要求されることになるから、上記ΔＺｒ／ΔＺｐの条件は狭くしておく必要がある。
【００１１】
ディストーションをマイナス側に大きくして光学系の広画角化を図ることは可能であるが、本発明のように画像周辺部の近距離物体を良好に撮像しようとしても、ディストーションにより画像が大きく歪み像倍率も低下してしまうため、入射角が大きい近距離物体からの光束に対する結像性能を充分に高めることが難しくなる。この点、本発明の撮像光学系においては、任意の画角ωに対する像高をＹ（ω）、画角ωの微小変位量をΔωとしたとき、０．７＜（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）の関係が満たされるようにしてあるから、ディストーションによる画像の歪みも実用上問題ない程度に抑えられ、良好な結像性能が得られている。
【００１２】
本発明の撮像光学系特有の像面湾曲を得るには、最も物体面側に近い位置に物体に凸面を向けた負レンズを用いるのが好ましく、少なくともその物体側の面を非球面にするとともに、最も像面側に近い位置に設けた正レンズの少なくともいずれかの面を非球面にしておくのがコスト面、光学系全長の短縮化の点で有利となる。なお、前記負レンズの物体面側に向けられた凸面としては、必ずしも頂点が最も突出した凸面でなくてもよく、例えば近軸領域では凹面であっても外周側が像面側に近づくように湾曲した非球面であってもよい。
【００１３】
最も物体面側にこのような負レンズを用いることによって、周辺から大きな角度で入射した光線も最初の負パワーにより光軸に対して小さな角度で出射して絞りへの入射角も小さくなるから、フロント絞りをもつ光学系と比較して絞りの厚みによる光量ロスも抑えられるようになる。この負レンズの背後には、複数のレンズで構成され全体で正のパワーをもつ正レンズ群が設けられるが、この正レンズ群の中の最も物体側に位置するレンズと最も像面側に位置するレンズとを正レンズで構成して正のパワーを分散させておくと、前記負レンズで発生した収差を補正しながら像面湾曲を容易に調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、画角を広くするとともに、画角全域において像面を光軸に垂直な撮像面近傍に揃えることによって被写体全体を被写界深度内に収めることができ、病変部が被写体のどの位置にあってもボケがない鮮明な病変部の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のカプセル型内視鏡を示す断面図である。
【図２】図１のカプセル型内視鏡を光軸回りに９０度回転させたときの断面図である。
【図３】カプセル内の４個のＬＥＤの配置を示す平面図である。
【図４】［数１］に関する説明図である。
【図５】（Ａ）は凹状半球面の被写体上に付された同心円を、（Ｂ）〜（Ｅ）は（Ａ）の同心円を撮像したときの画像を表す説明図である。
【図６】実施例１の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図７】実施例１の撮像光学系の収差図である。
【図８】実施例１の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図９】実施例２の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図１０】実施例２の撮像光学系の収差図である。
【図１１】実施例２の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図１２】実施例３の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図１３】実施例３の撮像光学系の収差図である。
【図１４】実施例３の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図１５】実施例４の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図１６】実施例４の撮像光学系の収差図である。
【図１７】実施例４の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図１８】実施例５の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図１９】実施例５の撮像光学系の収差図である。
【図２０】実施例５の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図２１】実施例６の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図２２】実施例６の撮像光学系の収差図である。
【図２３】実施例６の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図２４】実施例７の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図２５】実施例７の撮像光学系の収差図である。
【図２６】実施例７の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図２７】実施例８の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図２８】実施例８の撮像光学系の収差図である。
【図２９】実施例８の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図３０】実施例９の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図３１】実施例９の撮像光学系の収差図である。
【図３２】実施例９の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図３３】実施例１０の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図３４】実施例１０の撮像光学系の収差図である。
【図３５】実施例１０の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図３６】実施例１１の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図３７】実施例１１の撮像光学系の収差図である。
【図３８】実施例１１の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図３９】実施例１２の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図４０】実施例１２の撮像光学系の収差図である。
【図４１】実施例１２の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図４２】実施例１３の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図４３】実施例１３の撮像光学系の収差図である。
【図４４】実施例１３の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図４５】実施例１４の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図４６】実施例１４の撮像光学系の収差図である。
【図４７】実施例１４の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図４８】実施例１５の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図４９】実施例１５の撮像光学系の収差図である。
【図５０】実施例１５の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１では先頭部分だけを表しているが、カプセル型内視鏡１０は被検者が容易に飲み下すことができるように、直径が１０ミリ前後、長さが２０数ミリ程度のサイズのカプセル状にまとめられ、被検者が飲み込んでから体外へ排出するまでの間に、胃や腸の内部などを一定の時間毎に撮像する。カプセル型内視鏡１０に組み込まれた本発明の撮像光学系は、物体面（被写体面）１２が凹状の半球面であることを想定し、その物体面を光軸に垂直な平面に良好に結像させる機能を有している。なお、物体面１２は必ずしも正確な凹状の半球面でなくてもよく、その他の凹状の曲面形状であってもよい。
【００１７】
図２はカプセル型内視鏡１０を中心軸の回りに９０°回転させた状態を表す。図１及び図２に示すように、カプセル型内視鏡１０は、後端側が塞がれた不透明なカプセル本体２２の前端側をドーム状の透明カバー２３で塞いだカプセル１３が外装となり、その内部にカバーガラス２１で前面が覆われたエリア型の撮像素子１４と、照明光源となる第１〜第４ＬＥＤ（Light Emitting Diode）１５〜１８と、撮像光学系２０とが組み込まれている。カプセル１３内には、さらに撮像素子１４を駆動する電池や撮像素子１４で得られた画像信号を被検者の周囲に取り付けた受信器に送信するアンテナ（いずれも図示省略）などが収納されている。撮像光学系２０は、パワーのない透明カバー２３を通して得られた被写体光を撮像素子１４の撮像面上に結像させる。
【００１８】
カプセル型内視鏡１０を透明カバー２３を通して正面視した様子を図３に示す。図３に示すように、第１〜第４ＬＥＤ１５〜１８は撮像光学系２０の周りに約９０°ピッチで離間して設けられている。第２及び第４ＬＥＤ１６，１８は、撮像光学系２０の光軸ＸＰの方向に関し、第１及び第３ＬＥＤ１５，１７よりも撮像素子１４側にずらされている。第１及び第３ＬＥＤ１５，１７は、その照明光軸Ｘ１，Ｘ３が撮像光学系２０の光軸ＸＰと平行になるように設けられており、主として被写体１２の中心及びその周辺を含む被写体１２の中心部分を照明する。また、第２及び第４ＬＥＤ１６，１８は、その照明光軸Ｘ２，Ｘ４が撮像光学系２０の光軸ＸＰに対して一定の角度で斜めになるように設けられており、主として被写体１２の中心部分から端部までを含む被写体１２の周辺部分を照明する。これにより、凹状半球面の被写体１２のほぼ全体にわたって、照明光をムラなく均一に照射することができる。加えて、カプセル１３内で各ＬＥＤ１５〜１８から光を照射してもフレアが生じることはない。
【００１９】
図４に示すように、撮像光学系２０は、被写体１２側から順に、第１レンズＬ１、開口絞りＳ６、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５から構成されている。なお、図４では図面の複雑化を避けるためにＬＥＤ１５〜１８については図示を省略し、透明カバー２３についてはその表面を二点鎖線で示した。この撮像光学系２０は負の像面湾曲を有し、凹面状の物体面１２を光軸Ｘｐに垂直な撮像面上に良好に結像させる作用をもつ。このような結像性能を得るために、撮像光学系２０は基本的に第一レンズＬ１が物体面１２に凸面を向けた負レンズで構成され、好ましくはこの第一レンズＬ１の少なくとも物体側の面が非球面として設計され、また第５レンズＬ５のいずれかの面も非球面となっている。
【００２０】
さらに、最大画角（２ωｍａｘ）の光束に対する光軸Ｘｐ上での実像面位置と、最大半画角（ωｍａｘ）の光束に対する光軸Ｘｐ上での実像面位置との差が小さいほど結像性能としては好ましく、また物体面１２と最大画角２ωｍａｘの主光線との交点Ｐ１を通り光軸Ｘｐに垂直な仮想平面２４の近軸結像位置２６，２７のいずれか一方と、物体面１２と最大半画角ωｍａｘの主光線との交点Ｐ２を通り光軸Ｘｐに垂直な仮想平面２５の近軸結像位置２６，２７のいずれか他方との差が小さいほど結像性能として好ましい。特に、撮像光学系２０の最大画角（２ωｍａｘ）が１２０°以上であるときには、以下の［数１］を満たすように設計される。
【００２１】
【数１】
［数１］式中のΔＺｒ、ΔＺｐは、撮像光学系２０の最大画角を２ωｍａｘ、最大半画角をωｍａｘとしたとき、以下を表す。
ΔＺｒ：２ωｍａｘの光束に対する実像面位置と、ωｍａｘの光束に対する実像面位置との差
ΔＺｐ：被写体１２と２ωｍａｘの主光線との交点Ｐ１を通り、光軸ＸＰに垂直な平面を仮想物体面２４としたときの近軸像面位置と、被写体１２とωｍａｘの主光線との交点Ｐ２を通り、光軸ＸＰに垂直な平面を仮想物体面２５としたときの近軸像面位置との差
【００２２】
撮像光学系２０が［数１］式を満たすことにより、像面湾曲が十分に補正されるとともに、凹状半球面の中心部分と周辺部分とを含む物体面１２の全体が撮像光学系２０の被写界深度内となる。したがって、画像の中心部分及び周辺部分ともにピントが合った鮮明な画像を撮像することができるから、画像の周辺部分に病変部があったとしても、病変部を確実に発見することができる。
【００２３】
ΔＺｒ／ΔＺｐが−０．５よりも小さくなると、撮像光学系２０の像面湾曲の影響により、２ωｍａｘの光束による実像面位置がωｍａｘの光束による実像面位置よりも物体側に大きくずれてしまう。一方、ΔＺｒ／ΔＺｐが０．５よりも大きくなると、物体面１２が凹状の曲面形状である影響により、２ωｍａｘの光束による実像面位置が、ωｍａｘの光束による実像面位置よりも物体面と反対側に大きくずれてしまう。いずれの場合も、２ωｍａｘの光束による実像面と、ωｍａｘの光束による実像面とが光軸Ｘｐ方向に大きくずれてしまうため、その双方を光軸Ｘｐに垂直な撮像平面上に良好に結像させることができなくなるから、最大画角（２ωｍａｘ）が１２０°以上の撮像光学系２０では、ＡＢＳ（ΔＺｒ／ΔＺｐ）≦０．５の条件を満たすようにするのがよい。なお、ＡＢＳは（ ）内の値の絶対値を表す。
【００２４】
撮像光学系２０の最大画角（２ωｍａｘ）をさらに広げ、これを１３５°以上にする場合には、ＡＢＳ（ΔＺｒ／ΔＺｐ）の値を緩和することが可能となり、次の数式［数２］を満たす範囲内で設計することもできる。
【００２５】
【数２】
なお、上式におけるΔＺｒ，ΔＺｐが表す意味は、前掲の［数１］と共通である。そして、ΔＺｒ／ΔＺｐが下限値−５．０よりも小さくなった場合、あるいはΔＺｒ／ΔＺｐが上限値５．０よりも大きくなった場合には、［数１］におけるΔＺｒ／ΔＺｐが下限値−０．５よりも小さくなった場合、ΔＺｒ／ΔＺｐが上限値よりも大きくなった場合とそれぞれ共通の傾向を示すから、最大画角（２ωｍａｘ）が１３５°以上の撮像光学系２０では、ＡＢＳ（ΔＺｒ／ΔＺｐ）≦５．０の条件を満たすようにするのがよい。
【００２６】
また、撮像光学系２０は、最大画角（２ωｍａｘ）が１２０°以上あるいは１３５°以上のいずれの場合であっても、画角ωのときの像高をＹ（ω）としたとき、以下の［数３］式を満たすように設計されている。なお、画角４５°以下の条件下で、［数３］を満たすようにしてもよい。
【数３】
【００２７】
［数３］の「Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω）」は、画角をωからΔωだけ微小変化させた画角ω＋Δωのときの像高Ｙ（ω＋Δω）と、画角ωのときの像高Ｙ（ω）との差分を示している。また、［数３］の「Ｙ（Δω）」は、画角を０°からΔωだけ微小変化させた画角Δωのときの像高Ｙ（Δω）と、画角０°のときの像高Ｙ（０）との差分Ｙ（０＋Δω）−Ｙ（０）を示しており、Ｙ（０）＝０であることからＹ（０＋Δω）−Ｙ（０）＝Ｙ（Δω）となる。したがって、［数３］の「（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）」は、画像の中心部分に対して画像の周辺部分にどの程度の歪曲（ディストーション）を生じさせるか表す。
【００２８】
ここで、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）を歪曲指数Ｑとし、Ｑの値が「１．０」、「０．７」、「０．５」、「０．３」となるように撮像光学系２０を設計した場合に、それぞれの撮像光学系で得られた画像に現れる歪曲の度合を評価する。評価に際しては、図５（Ａ）に示すように、半径が「ｒ」、「２ｒ」、「３ｒ」、「４ｒ」、「５ｒ」の複数の円（同心円）３０ａ〜３０ｅを、その中心が光軸Ｘｐに一致するように物体面１２に設定し、これらの同心円をそれぞれの撮像光学系２０を通して撮像する。そして、撮像で得られた画像の周辺部分における同心円相互の間隔がどのように変化しているかに基づいて画像の周辺部分の歪曲の程度を評価する。
【００２９】
図５（Ｂ）は、Ｑ＝１．０となるように設計した撮像光学系２０で撮像したときの画像を示している。この画像が示すように、被写体１２に設けた複数の円３０ａ〜３０ｅの間隔と同様、画像上における各円の間隔は距離ｒである。このように、画像の中心部分における円の間隔と、画像の周辺部分における円の間隔とが同じであるということは、画像の周辺部分にディストーションが生じていないことを表している。したがって、このような撮像光学系２０を組み込んだカプセル型内視鏡１０で被検者の体内を撮像すれば、画像の周辺部分に写し出される画像にもほとんど歪曲が現れることがなく、病変部の視認が容易になる。
【００３０】
図５（Ｃ）の画像は、Ｑ＝０．７となるように設計した撮像光学系２０で撮像したときの画像を示している。この画像が示すように、画像の中心部分の円の間隔はｒよりもわずかに大きく、また画像の周辺部分における円の間隔はｒよりもわずかに小さくなっている。ただし、その差はわずかであるため画像としては中心部分と周辺部分とで大きな歪みとして観察されることはなく、この撮像光学系２０を用いた場合でも画像診断の上では実用的には満足できる範囲内のものと言うことができる。
【００３１】
図５（Ｄ）の画像は、Ｑ＝０．５で設計した撮像光学系２０で撮像したときの画像を示している。この画像からは、円の間隔が中心部分では広く、周辺部分では狭いことが容易に観察できる。この傾向は広画角の撮像光学系がもつ一般的な特徴であるが、この程度まで歪曲が現れると医療診断用の画像としては適切でなく、特に画像の周辺部分では病変部があっても見落とされる可能性も高まる。さらに、Ｑ＝０．３の撮像光学系で撮像した画像を図５（Ｅ）に示す。この画像では、画像の中心部分での円の間隔が広く、周辺部分では狭くなっていることが顕著に観察され、医療診断には適していないことが明らかで実用にはならない。
【００３２】
以上から、最大画角（２ωｍａｘ）が１２０°以上、１３５°以上のいずれであっても、歪曲指数Ｑの値、すなわち（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）の値が０．７を越えるように撮像光学系を設計すれば、画像の周辺部分におけるディストーションを実用上問題にならない程度まで抑えられることがわかる。このようにディストーションを抑えておけば、画像の周辺部分であっても病変部の見落としを確実に防ぐことができ、画像診断の信頼性を高めることが可能となる。なお、歪曲指数Ｑの値としては、０．７より大きく１．３よりも小さいことが望ましく、０．８＜Ｑ＜１．２の範囲にすることがより好ましい。
【００３３】
また、撮像光学系２０を第１〜第５レンズの５枚で構成しておくことにより、中心部分と周辺部分を含む物体面１２の全体が撮像光学系２０の被写界深度内に収められる。したがって、中心部分及び周辺部分ともにピントが合った鮮明な画像が得られ、また画像の周辺部分におけるディストーションもほとんど問題にならない。なお、このような撮像光学系２０は、必ずしも５枚構成に限られず、第１〜第４レンズの４枚で構成した場合でもほぼ同様の効果を得ることが可能である。さらに本発明の撮像光学系は、体腔内に飲み込まれた後に、外部からの制御信号に応じて体腔内の位置や撮影の姿勢を制御できるようにしたカプセル型内視鏡用の撮像光学系にも用いることができる。
【実施例】
【００３４】
カプセル型内視鏡に搭載した撮像光学系について、以下の実施例１〜１５及び比較例１〜６において具体的な数値を示すことによって、本発明を更に詳細に説明する。
【００３５】
［実施例１］
図６に示すように、実施例１の撮像光学系２０は５枚の第１〜第５レンズＬ１〜Ｌ５と開口絞りＳ６とを備え、カプセル１３内において、凹状半球面の物体面１２側から、第１レンズＬ１、開口絞りＳ６、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５の順に配置されている。第３レンズＬ３と第４レンズＬ４とは貼り合わせレンズとなっている。
【００３６】
物体面をＳ１とし、透明カバー２３も含めた上で像面側に向かって面番号Ｓｉを付して撮像光学系２０の各面を表すと、透明カバー２３の表面がＳ２、その裏面がＳ３となる。以後、第１レンズＬ１〜第５レンズＬ５の表裏面、カバーガラス２１の裏面Ｓ１５まで順に面番号Ｓｉを割り当てる。なお、第３レンズＬ３の裏面と第４レンズＬ４の表面とは接合面Ｓ１０で共通となり、カバーガラス２１の裏面Ｓ１５は撮像素子１４の撮像面と一致する。また、撮像光学系２０の光軸方向に対する面Ｓｉと面Ｓｉ＋１との間隔（面間隔）は、Ｄｉとして表され、面Ｓ１と面Ｓ２との面間隔はＤ１、面Ｓ２と面Ｓ３との面間隔はＤ２、そして面Ｓ１４と面Ｓ１５との面間隔Ｄ１４まで同様に表される。
【００３７】
撮像光学系２０は、以下の表１に示すレンズデータに基づいて設計される。
【００３８】
【表１】
表１において、「ＯＢＪ」は凹状半球面の物体面１２を、「絞り」は開口絞りＳ６を、「ＩＭＧ」は撮像素子１４の撮像面を、「曲率半径」は各面Ｓｉの曲率半径（ｍｍ）を、「面間隔」は各面間隔Ｄｉ（ｍｍ）を、「Ｎｄ」はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、「νｄ」はアッベ数を、「ｆ」は撮像光学系２０全体としての焦点距離を、「Ｆｎｏ」は撮像光学系２０のＦ値Ｆを、「２ωｍａｘ」は最大画角を表している。
【００３９】
また、表１の面番号欄に＊で示すように、第１レンズの両面Ｓ４，Ｓ５、第２レンズの両面Ｓ７，Ｓ８、第５レンズの両面Ｓ１２，Ｓ１３は非球面となっている。これら非球面形状は、曲率（近軸曲率半径Ｒの逆数）ｃ、円錐定数Ｋ、光軸からの距離ρ（ρ２＝ｘ２＋ｙ２）、ｉ次の非球面次数を用いて、以下の［数４］の式で数値的に表される。面Ｓ４、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ１２、Ｓ１３の円錐定数Ｋ及び非球面定数Ａｉを表２に示す。なお、後述する実施例２〜１５においても、レンズデータの表記や、非球面の形状を決める［数４］の式は共通に用いられる。
【００４０】
【数４】
【００４１】
【表２】
【００４２】
図７は、この撮像光学系２０により、透明カバー２３及び撮像素子前面のカバーガラス２１を通して物体面１２を撮像面に結像させたときの球面収差、非点収差、倍率色収差を示している。球面収差はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のものを実線で、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）のものを第１破線で、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）のものを、各線の長さが第１破線よりも大きい第２破線で示している。また、非点収差はサジタル方向のものを実線で、タンジェンシャル方向のものを第１破線で示している。また、倍率色収差は、Ｆ線のものを第１破線で、Ｃ線のものを、各線の長さが第１破線よりも大きい第２破線で示している。なお、透明カバー２３及びカバーガラス２１を通して物体面１２を撮像面に結像させること、そのときの球面収差、非点収差、倍率色収差を同様に表記することは、後述する実施例２〜１５においても共通である。
【００４３】
実施例１の撮像光学系２０では、ΔＺｒは−０．００１であり、ΔＺｐは０．０２０でる。したがって、最大画角２ωｍａｘが１２０°であるこの撮像光学系２０は、ΔＺｒ／ΔＺｐが［数２］はもとより［数１］の範囲内でもあるから、像面湾曲が十分に補正されるとともに、中心部分と周辺部分とを含む物体面１２の全体が撮像光学系２０の被写界深度内に収められる。これにより、画像の中心部分及び周辺部分ともにピントが合った鮮明な画像が写し出され、画像の周辺部分に病変部があったとしても、病変部を確実に発見することができる。
【００４４】
図８に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、半画角ωの全範囲で０．７よりも大きくなっている。したがって、この撮像光学系２０は［数３］式を満たし、画像の周辺部分におけるディストーションを抑えることができる。したがって、画像の周辺部分に病変部が写し出されたとしても、病変部は見落としする程歪曲しないため、病変部を確実に発見することができる。
【００４５】
［実施例２］
図９に示すように、実施例２の撮像光学系３０は４枚の第１〜第４レンズＬ１〜Ｌ４と開口絞りＳ８とを備え、カプセル１３内において、凹状半球面の物体面１２側から、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、開口絞りＳ８、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の順に配置されている。この撮像光学系３０は、以下の［表３］に示すレンズデータとなっている。
【００４６】
【表３】
表３の面番号欄に＊で示すように、第１レンズの両面Ｓ４，Ｓ５、第２レンズの両面Ｓ６，Ｓ７、第３レンズの両面Ｓ９，Ｓ１０、第４レンズの両面Ｓ１１，Ｓ１２は非球面となっている。これら面Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２の円錐定数Ｋ及び非球面定数Ａｉを表４に示す。
【００４７】
【表４】
【００４８】
図１０に撮像光学系の球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。実施例２の撮像光学系３０の最大画角は１３０°であり、ΔＺｒは−０．００５であり、ΔＺｐは０．０２８である。したがって、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．１６７で、［数２］はもとより［数１］の範囲内に収まっている。そのため、像面湾曲が十分に補正されるとともに、中心部分と周辺部分とを含む物体面１２の全体が撮像光学系３０の被写界深度内に収められる。これにより、画像の中心部分及び周辺部分ともにピントが合った鮮明な画像が写し出され、画像の周辺部分に病変部があったとしても、病変部を確実に発見することができる。
【００４９】
図１１に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、半画角ωの全範囲で０．７よりも大きくなっている。したがって、撮像光学系３０は［数３］式の範囲内であり、画像の周辺部分におけるディストーションを抑えることができる。したがって、画像の周辺部分に病変部が写し出されたとしても、病変部は見落としする程歪曲しないため、病変部を確実に発見することができる。
【００５０】
［実施例３］
図１２に示すように、実施例３の撮像光学系４０は５枚の第１〜第５レンズＬ１〜Ｌ５と開口絞りＳ６とを備え、カプセル１３内において、凹状半球面の被写体１２側から、第１レンズＬ１、開口絞りＳ６、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５の順に配置されている。この撮像光学系４０のレンズデータは次の表５のとおりである。
【００５１】
【表５】
表５の面番号欄に＊で示すように、第１レンズＬ１の両面Ｓ４，Ｓ５、第５レンズＬ５の両面Ｓ１３，Ｓ１４は非球面となっている。これら面Ｓ４，Ｓ５，Ｓ１３，Ｓ１４の円錐定数Ｋ及び非球面定数Ａｉを表６に示す。
【００５２】
【表６】
【００５３】
図１３は、同様にして撮像光学系４０の球面収差、非点収差、倍率色収差を示すもので、ΔＺｒは０．００３、ΔＺｐは０．０３６である。したがって、最大画角２ωｍａｘが１３０°のこの撮像光学系４０のΔＺｒ／ΔＺｐの値は０．０８１となり、［数２］の範囲はもとより［数１］の範囲内でもある。そのため、像面湾曲が十分に補正されるとともに、被写体１２の中心部分と周辺部分とを含む被写体１２の全体が撮像レンズ４０の被写界深度内に収められる。また、図１４に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、半画角ωの領域のうちのほとんどで０．７よりも大きく、ディストーションを抑えることができるから、画像の中心部分及び周辺部分ともにピントが合った鮮明な画像が写し出され、画像の周辺部分に病変部があったとしても、病変部を確実に発見することができる。
【００５４】
［実施例４］
実施例４の撮像光学系５０は図１５に示すとおりで、物体面１２から順に、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、開口絞りＳ８、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５と配置され、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４とは貼り合わせレンズとなっている。これまでの実施例と同様に、表７にレンズデータ、表８に面番号欄に＊が付されたそれぞれの非球面のデータを示す。
【００５５】
【表７】
【００５６】
【表８】
【００５７】
この撮像光学系５０の最大画角は１２５°で、その球面収差、非点収差、倍率色収差を図１６に示す。ΔＺｒは−０．００５、ΔＺｐは０．０１８で、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．２７９となるから、［数２］の範囲を満たすだけでなく［数１］の範囲をも満たしている。そのため、像面湾曲が十分に補正されるとともに、被写体１２の中心部分と周辺部分とを含む被写体１２の全体が撮像レンズ５０の被写界深度内に収められる。これにより、画像の中心部分及び周辺部分ともにピントが合った鮮明な画像が写し出され、画像の周辺部分に病変部があったとしても、病変部を確実に発見することができる。また図１７に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きくなっている。したがって、撮像レンズ５０は［数３］式の範囲内であり、画像の周辺部分におけるディストーションも良好に抑えられるようになる。
【００５８】
［実施例５］
実施例５の撮像光学系６０の構成を図１８に示す。上記実施例と同様に、表９にレンズデータ、表１０に面番号Ｓ４，Ｓ５，Ｓ１１，Ｓ１２で用いられている非球面のデータ、図１９に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。
【００５９】
【表９】
【００６０】
【表１０】
【００６１】
実施例５の撮像光学系６０は最大画角が１７０°であり、ΔＺｒが−０．０１８、ΔＺｐが０．２０２である。そして、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．０８８となるから［数２］はもとより［数１］の範囲内でもある。また、図２０に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きい。したがって、この撮像光学系６０においても［数３］の条件が満たされ、中心部分及び周辺部分を含め、物体面１２の像を良好に被写界深度内に収めることができ、周辺部分も大きく歪ませることなく良好な結像が得られる。
【００６２】
［実施例６］
実施例６の撮像光学系７０の構成を図２１に示す。上記実施例と同様に、表１１にレンズデータ、表１２に非球面のデータ、図２２に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。
【００６３】
【表１１】
【００６４】
【表１２】
【００６５】
最大画角１７０°のこの撮像光学系７０では、ΔＺｒが−０．０１５、ΔＺｐが０．１８６であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．０８０となるから［数２］はもとより［数１］も満たしている。また、図２３に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きい。したがって、この撮像光学系７０においても［数３］の条件が満たされ、中心部分及び周辺部分を含め、物体面１２の像を良好に被写界深度内に収めることができ、周辺部分も大きく歪ませることなく良好な結像が得られる。
【００６６】
［実施例７］
実施例７の撮像光学系８０の構成を図２４に示す。上記実施例と同様に、表１３にレンズデータ、表１４に非球面のデータ、図２５に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。
【００６７】
【表１３】
【００６８】
【表１４】
【００６９】
最大画角１５０°のこの撮像光学系８０では、ΔＺｒが０．０１０、ΔＺｐが０．０７５であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは０．１２８となるから［数１］，［数２］の範囲内である。また、図２６に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きい。したがって、この撮像光学系８０においても［数３］の条件が満たされ、中心部分及び周辺部分を含め、物体面１２の像を良好に被写界深度内に収めることができ、周辺部分も大きく歪ませることなく良好な結像が得られる。
【００７０】
［実施例８］
実施例８の撮像光学系９０の構成を図２７に示す。上記実施例と同様に、表１５にレンズデータ、表１６に非球面のデータ、図２８に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。
【００７１】
【表１５】
【００７２】
【表１６】
【００７３】
この撮像光学系９０は最大画角が１７０°で、ΔＺｒが−０．０３１、ΔＺｐが０．１３３である。ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．２３５となるから［数２］および［数１］の範囲内である。また、図２９に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きい。したがって、この撮像光学系８０においても［数３］の条件が満たされ、中心部分及び周辺部分を含め、物体面１２の像を良好に被写界深度内に収めることができ、周辺部分も大きく歪ませることなく良好な結像が得られる。
【００７４】
［実施例９］
実施例９の撮像光学系１００の構成を図３０に示す。上記実施例と同様に、表１７にレンズデータ、表１８に非球面のデータ、図３１に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。
【００７５】
【表１７】
【００７６】
【表１８】
【００７７】
この撮像光学系９０は最大画角が１７０°で、ΔＺｒが０．０３６、ΔＺｐが０．１６８であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは０．２１５となるから［数２］はもとより［数１］の範囲内でもある。また、図３２に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きい。したがって、この撮像光学系８０においても［数３］の条件が満たされ、中心部分及び周辺部分を含め、物体面１２の像を良好に被写界深度内に収めることができ、周辺部分も大きく歪ませることなく良好な結像が得られる。
【００７８】
［実施例１０］
実施例１０の撮像光学系１１０の構成を図３３に示す。上記実施例と同様に、表１９にレンズデータ、表２０に非球面のデータ、図３４に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。
【００７９】
【表１９】
【００８０】
【表２０】
【００８１】
この撮像光学系１１０は最大画角が１５５°で、ΔＺｒが−０．０２０、ΔＺｐが０．０６９である。そして、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．２９５となるから［数２］はもとより［数１］の範囲内でもある。また、図３５に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きい。したがって、この撮像光学系８０においても［数３］の条件が満たされ、中心部分及び周辺部分を含め、物体面１２の像を良好に被写界深度内に収めることができ、ディストーションについても抑えることができ、良好な結像性能が得られる。
【００８２】
［実施例１１］
実施例１１の撮像光学系１２０の構成を図３６に示す。上記実施例と同様に、表２１にレンズデータ、表２２に非球面のデータ、図３７に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。また、同様に（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）の値に基づくディストーションの程度を表すグラフを図３８に示す。
【００８３】
【表２１】
【００８４】
【表２２】
【００８５】
この最大画角１６０°のこの撮像光学系１２０では、ΔＺｒが０．１１７、ΔＺｐが０．１１９であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは０．９８１となって［数１］の範囲外になる。しかし、撮像光学系１２０の最大画角（２ωｍａｘ）は１３５°以上であるから、［数２］の範囲内であれば物体面１２の画像を中央部分，周辺部分とも被写界深度内に収めることができる。また、図３８に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きい。したがって、この撮像光学系８０においても［数３］の条件が満たされ、ディストーションについても問題ない程度まで抑えることが可能となる。
【００８６】
［実施例１２］
実施例１２の撮像光学系１３０の構成を図３９に示す。上記実施例と同様に、表２３にレンズデータ、表２４に非球面のデータ、図４０に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。また、同様に（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）の値に基づくディストーションの程度を表すグラフを図４１に示す。
【００８７】
【表２３】
【００８８】
【表２４】
【００８９】
この撮像光学系１３０の最大画角は１５０°で、ΔＺｒが０．０７８、ΔＺｐが０．０６９であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは１．１２０となる。撮像光学系１３０の最大画角は１３５°以上であるから、［数２］を満たしていれば充分である。したがって、物体面１２の画像を中央部分，周辺部分とも被写界深度内に収めることができる。また、図４１に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きく、［数３］の条件を満たしているから、ディストーションについても問題ない程度まで抑えることができる。
【００９０】
［実施例１３］
実施例１３の撮像光学系１４０の構成を図４２に示す。上記実施例と同様に、表２５にレンズデータ、表２６に非球面のデータ、図４３に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。また、同様に（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）の値に基づくディストーションの程度を表すグラフを図４４に示す。
【００９１】
【表２５】
【００９２】
【表２６】
【００９３】
この撮像光学系１４０では、ΔＺｒが−０．０３６、ΔＺｐが０．０３４であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは−１．０４８となる。撮像光学系１４０の最大画角（２ωｍａｘ）は１４０°であるから、［数２］を満たしていればよい。したがって、物体面１２の画像を中央部分，周辺部分とも被写界深度内に収めることができる。また、図４４に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きく［数３］の条件を満たしているから、周辺部分に生じやすいディストーションを問題ない程度まで抑えることができる。
【００９４】
［実施例１４］
実施例１４の撮像光学系１５０の構成を図４５に示す。上記実施例と同様に、表２７にレンズデータ、表２８に非球面のデータ、図４６に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。また、同様に（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）の値に基づくディストーションの程度を表すグラフを図４７に示す。
【００９５】
【表２７】
【００９６】
【表２８】
【００９７】
この撮像光学系１５０では、ΔＺｒが−０．０３４、ΔＺｐが０．０６０であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．５６６となる。撮像光学系１５０の最大画角（２ωｍａｘ）は１５０°であるから、［数２］を満たしていれば充分である。したがって、物体面１２の画像を中央部分，周辺部分とも被写界深度内に収めることができる。また、図４７に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きく［数３］の条件を満たしているから、周辺部分に生じやすいディストーションを問題ない程度まで抑えることができる。
【００９８】
［実施例１５］
実施例１５の撮像光学系１６０の構成を図４８に示す。上記実施例と同様に、表２９にレンズデータ、表３０に非球面のデータ、図４９に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。また、同様に（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）の値に基づくディストーションの程度を表すグラフを図５０に示す。
【００９９】
【表２９】
【０１００】
【表３０】
【０１０１】
この撮像光学系１６０では、ΔＺｒが−０．０１８、ΔＺｐが０．２０２であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．０８８となる。撮像光学系１６０の最大画角（２ωｍａｘ）は１７０°であるが、［数１］及び［数２］のいずれをも満たしている。したがって、物体面１２の画像を中央部分，周辺部分とも被写界深度内に収めることができる。また、図５０に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きく［数３］の条件を満たしているから、周辺部分に生じやすいディストーションを問題ない程度まで抑えることができる。
【０１０２】
［比較例１］
特許文献２の「添付光学系データ１」に示される撮像光学系で、光学的なパワーを持たない透明カバーを通して、撮像レンズの入射瞳位置を中心とした球面状の物体面を撮像すると、ΔＺｒは−０．１０９となり、ΔＺｐは０．０１６となる。したがって、この撮像光学系では最大画角が１２０°未満であるにもかかわらず、ΔＺｒ／ΔＺｐは−６．６８３となって［数１］の範囲外となる。そのため、２ωｍａｘの光束に対する実像面位置が、ωｍａｘの光束に対する実像面位置よりも物体側に大きくずれてしまい、撮像により得られる画像の一部が被写界深度外となって良好な結像を得ることができない。
【０１０３】
［比較例２］
同様に、特許文献２の「添付光学系データ２」に示される撮像光学系で、光学的なパワーを持たない透明カバーを通して、撮像レンズの入射瞳位置を中心とした球面状の物体面を撮像すると、ΔＺｒは−０．０１０、ΔＺｐは０．０１７となる。したがって、最大画角が１２０°未満であるのにΔＺｒ／ΔＺｐは−０．５９４となって、やはり［数１］の範囲外となる。そのため、２ωｍａｘの光束に対する実像面位置が、ωｍａｘの光束に対する実像面位置よりも物体側に大きくずれてしまい、撮像により得られる画像の一部が被写界深度外となって良好な結像を得ることができない。
【０１０４】
［比較例３］
同様に、特許文献２の「添付光学系データ３」に示される撮像光学系で、光学的なパワーを持たない透明カバーを通して、撮像レンズの入射瞳位置を中心とした球面状の物体面を撮像すると、ΔＺｒは−０．１５８、ΔＺｐは０．０１５となる。したがって、最大画角が１２０°未満であるのにΔＺｒ／ΔＺｐは−１０．８４９となって［数１］の範囲外である。そのため、２ωｍａｘの光束に対する実像面位置が、ωｍａｘの光束に対する実像面位置よりも物体側に大きくずれてしまい、撮像により得られる画像の一部が被写界深度外となって良好な結像を得ることができない。
【０１０５】
［比較例４］
同様にして特許文献２の「添付光学系データ４」に示される撮像光学系を用いた場合でも、ΔＺｒは−０．０２４、ΔＺｐは０．０３５であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．６８７となる。最大画角が１２０°未満であっても［数１］の範囲外になり、２ωｍａｘの光束に対する実像面位置が、ωｍａｘの光束に対する実像面位置よりも物体側に大きくずれてしまう。この結果、画像の一部が被写界深度外となって良好な結像を得ることができない。
【０１０６】
［比較例５］
特許文献３の「添付光学系データ１」に示される撮像光学系を同様にして用いた場合には、ΔＺｒは−０．０２１、ΔＺｐは０．０３１となるから、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．６９１となる。やはり最大画角１２０°未満であるにもかかわらず［数１］の範囲外となり、２ωｍａｘの光束に対する実像面位置が、ωｍａｘの光束に対する実像面位置よりも物体側に大きくずれ、良好な結像性能を得ることはできない。
【０１０７】
［比較例６］
特許文献３の「添付光学系データ２」に示される撮像光学系を用いた場合も同様で、ΔＺｒは−０．０２４、ΔＺｐは０．０３６となるから、最大画角が１２０°未満であるにもかかわらずΔＺｒ／ΔＺｐは−０．６６６となって［数１］の範囲外である。そのため、２ωｍａｘの光束に対する実像面位置が、ωｍａｘの光束に対する実像面位置よりも物体側に大きくずれ、良好な結像性能を得ることはできない。
【符号の説明】
【０１０８】
１０ カプセル型内視鏡
２０ 撮像レンズ
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体内に飲み込まれて使用されるカプセル型内視鏡の撮像光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療分野においては、長い挿入部の先端に撮像装置を設けた挿入型内視鏡のほか、カプセル内に撮像装置を収納したカプセル型内視鏡を利用した診断が行われている。カプセル型内視鏡は、被検者が飲み込むことができるサイズであるため、挿入型内視鏡のように、挿入部を飲み込む際の患者の負担や挿入部を長時間体内に挿入し続けることによる患者の負担が無くなるという利点を有する。
【０００３】
カプセル型内視鏡は、体内に飲み込まれた後に管状の経路に沿って進行しやすいように、先頭部分の透明カバーがドーム状に整形され、この透明カバーに円筒状のカプセル本体部が連ねられている。撮像光学系の光軸は透明カバーの中心を通るように設計されるのが通常で、したがって撮像光学系には光軸に近い光束だけでなく透明カバーの周辺部を通して大きな入射角をもった光束も入射する。そして、光軸上では物体（被写体）距離が遠くなり、撮像の画角が大きくなるほど物体距離が近くなる傾向をもつため、平面状の被写体を光軸に垂直な平面状の撮像面に結像させる通常の撮像光学系では良好な結像を得ることができる範囲が非常に限られてしまう。
【０００４】
こうした事情から、特許文献１で知られるように広画角の撮像光学系が知られているが、被写体の周辺部分にピントが合うように光学設計すると中心部分が被写界深度の範囲外になってボケてしまい、逆に中心部分を重視してピントを合わせると周辺部分が被写界深度の範囲外になって周辺部分がボケてしまう。この問題に対して、特許文献２及び３に示される撮像光学系は、画面中心及び最大画角において像面を撮像面付近に揃えることによって、被写体の中心部分だけでなく周辺部分を含む被写体全体を被写界深度内に収めるように工夫されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−６１４３８号公報
【特許文献２】特許４１２８５０４号公報
【特許文献３】特許４１２８５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
カプセル型内視鏡では、必ずしも光軸近傍からの光束だけでなく、透明カバーの周辺部を通して光軸に大きな角度で入射してくる光束も診断上で有益な情報を多く含むことから、撮像光学系には広画角化が要求される。この点、上記特許文献２及び３の撮像光学系は、カプセル型内視鏡に要求される画角と物体距離との関係が最適化されてはいるが、画角が最大でも１１３．６°と未だ不十分である。また、上記先行文献記載の光学系はフロント絞りを採用しているため、物体側のレンズの外径を小さく抑えるうえでは有利であるが、絞りの厚みによって光線にケラレが生じ、あるいは絞り直後のレンズ面の曲率半径が大きいことから、より広角化した際の光量ロスが大きくなるという欠点がある。
【０００７】
撮像光学系に凹面を向けた物体面を光軸に垂直な平面状の撮像面に結像させるには、光学系としては負の像面湾曲を発生させればよい。また、このように像面湾曲をコントロールするには三次収差係数でペッツバール和を正の値で大きくすればよい。こうした負の像面湾曲をもつ光学系を得るには、光学系を構成する正レンズに低屈折率材を用い、負レンズに高屈折率材を用いるのが一般である。しかし、ワンタイムユースを基本とするカプセル型内視鏡の撮像光学系にはローコスト化のためにプラスチックレンズが用いられることを考慮すると、高屈折率材が得にくくなってペッツバール和の調整が難しくなる。なお、レンズ枚数を増やしてペッツバール和の調整に自由度をもたせることは可能であるが、光学系の全長が長くなってカプセルの長大化が避けられず、飲み込み使用されるカプセル型内視鏡には採用し難い。
【０００８】
本発明は、以上の背景を考慮してなされたものであり、画角を広くするとともに、画角全域において像面を光軸に垂直な撮像面の近傍に揃えることによって、撮像光学系に向けて凹面状に湾曲した物体面全体をほぼ被写界深度内に収めることができるようにしたカプセル型内視鏡用撮像光学系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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の撮像光学系は、撮像対象となる物体面を凹面状とし、この物体面に正対させて撮像したとき、−５．０≦ΔＺｒ／ΔＺｐ≦５．０の条件を満たすように構成されている。ただし、前記ΔＺｒは、最大画角２ωｍａｘの光束に対する実像面位置と半画角ωｍａｘの光束に対する実像面位置との差を表し、また前記Ｚｐは、前記物体面と２ωｍａｘの主光線との交点を通り光軸に垂直な平面を仮想物体面としたときの近軸結像位置と、前記物体面とωｍａｘの主光線との交点を通り光軸に垂直な平面を仮想物体面としたときの近軸結像位置との差を表すものである。この条件は、好ましくは最大画角２ωｍａｘを１３５°以上にした光学系に適している。一方、光学系の最大画角２ωｍａｘを１２０°にする場合には、先の条件の上・下限値を−０．５≦ΔＺｒ／ΔＺｐ≦０．５と狭めておくことが望ましい。
【００１０】
このようにΔＺｒ／ΔＺｐの値について条件が変わる理由は以下のとおりである。撮像光学系の被写界深度は一般に錯乱円の径によって定義される。しかし、実際上は遠距離の物体ほど像面上では小サイズの画像となって細かい解像力が要求されるのに対し、近距離の物体ほど像倍率が大きくなるため遠距離側ほどの解像力は要求されない。本発明の撮像光学系は、物体距離が近くなるほど光線の入射角が大きくなり、物体距離が遠くなるほど光線の入射角が小さくなるというカプセル内視鏡特有の使用形態を考慮した設計となっている。したがって、撮影画角が狭くなるほど撮像画面内には遠距離物体が多く含まれ、高い解像力も要求されることになるから、上記ΔＺｒ／ΔＺｐの条件は狭くしておく必要がある。
【００１１】
ディストーションをマイナス側に大きくして光学系の広画角化を図ることは可能であるが、本発明のように画像周辺部の近距離物体を良好に撮像しようとしても、ディストーションにより画像が大きく歪み像倍率も低下してしまうため、入射角が大きい近距離物体からの光束に対する結像性能を充分に高めることが難しくなる。この点、本発明の撮像光学系においては、任意の画角ωに対する像高をＹ（ω）、画角ωの微小変位量をΔωとしたとき、０．７＜（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）の関係が満たされるようにしてあるから、ディストーションによる画像の歪みも実用上問題ない程度に抑えられ、良好な結像性能が得られている。
【００１２】
本発明の撮像光学系特有の像面湾曲を得るには、最も物体面側に近い位置に物体に凸面を向けた負レンズを用いるのが好ましく、少なくともその物体側の面を非球面にするとともに、最も像面側に近い位置に設けた正レンズの少なくともいずれかの面を非球面にしておくのがコスト面、光学系全長の短縮化の点で有利となる。なお、前記負レンズの物体面側に向けられた凸面としては、必ずしも頂点が最も突出した凸面でなくてもよく、例えば近軸領域では凹面であっても外周側が像面側に近づくように湾曲した非球面であってもよい。
【００１３】
最も物体面側にこのような負レンズを用いることによって、周辺から大きな角度で入射した光線も最初の負パワーにより光軸に対して小さな角度で出射して絞りへの入射角も小さくなるから、フロント絞りをもつ光学系と比較して絞りの厚みによる光量ロスも抑えられるようになる。この負レンズの背後には、複数のレンズで構成され全体で正のパワーをもつ正レンズ群が設けられるが、この正レンズ群の中の最も物体側に位置するレンズと最も像面側に位置するレンズとを正レンズで構成して正のパワーを分散させておくと、前記負レンズで発生した収差を補正しながら像面湾曲を容易に調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、画角を広くするとともに、画角全域において像面を光軸に垂直な撮像面近傍に揃えることによって被写体全体を被写界深度内に収めることができ、病変部が被写体のどの位置にあってもボケがない鮮明な病変部の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のカプセル型内視鏡を示す断面図である。
【図２】図１のカプセル型内視鏡を光軸回りに９０度回転させたときの断面図である。
【図３】カプセル内の４個のＬＥＤの配置を示す平面図である。
【図４】［数１］に関する説明図である。
【図５】（Ａ）は凹状半球面の被写体上に付された同心円を、（Ｂ）〜（Ｅ）は（Ａ）の同心円を撮像したときの画像を表す説明図である。
【図６】実施例１の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図７】実施例１の撮像光学系の収差図である。
【図８】実施例１の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図９】実施例２の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図１０】実施例２の撮像光学系の収差図である。
【図１１】実施例２の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図１２】実施例３の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図１３】実施例３の撮像光学系の収差図である。
【図１４】実施例３の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図１５】実施例４の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図１６】実施例４の撮像光学系の収差図である。
【図１７】実施例４の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図１８】実施例５の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図１９】実施例５の撮像光学系の収差図である。
【図２０】実施例５の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図２１】実施例６の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図２２】実施例６の撮像光学系の収差図である。
【図２３】実施例６の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図２４】実施例７の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図２５】実施例７の撮像光学系の収差図である。
【図２６】実施例７の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図２７】実施例８の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図２８】実施例８の撮像光学系の収差図である。
【図２９】実施例８の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図３０】実施例９の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図３１】実施例９の撮像光学系の収差図である。
【図３２】実施例９の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図３３】実施例１０の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図３４】実施例１０の撮像光学系の収差図である。
【図３５】実施例１０の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図３６】実施例１１の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図３７】実施例１１の撮像光学系の収差図である。
【図３８】実施例１１の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図３９】実施例１２の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図４０】実施例１２の撮像光学系の収差図である。
【図４１】実施例１２の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図４２】実施例１３の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図４３】実施例１３の撮像光学系の収差図である。
【図４４】実施例１３の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図４５】実施例１４の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図４６】実施例１４の撮像光学系の収差図である。
【図４７】実施例１４の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【図４８】実施例１５の撮像光学系を示すレンズ構成図である。
【図４９】実施例１５の撮像光学系の収差図である。
【図５０】実施例１５の撮像光学系のディストーションを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１では先頭部分だけを表しているが、カプセル型内視鏡１０は被検者が容易に飲み下すことができるように、直径が１０ミリ前後、長さが２０数ミリ程度のサイズのカプセル状にまとめられ、被検者が飲み込んでから体外へ排出するまでの間に、胃や腸の内部などを一定の時間毎に撮像する。カプセル型内視鏡１０に組み込まれた本発明の撮像光学系は、物体面（被写体面）１２が凹状の半球面であることを想定し、その物体面を光軸に垂直な平面に良好に結像させる機能を有している。なお、物体面１２は必ずしも正確な凹状の半球面でなくてもよく、その他の凹状の曲面形状であってもよい。
【００１７】
図２はカプセル型内視鏡１０を中心軸の回りに９０°回転させた状態を表す。図１及び図２に示すように、カプセル型内視鏡１０は、後端側が塞がれた不透明なカプセル本体２２の前端側をドーム状の透明カバー２３で塞いだカプセル１３が外装となり、その内部にカバーガラス２１で前面が覆われたエリア型の撮像素子１４と、照明光源となる第１〜第４ＬＥＤ（Light Emitting Diode）１５〜１８と、撮像光学系２０とが組み込まれている。カプセル１３内には、さらに撮像素子１４を駆動する電池や撮像素子１４で得られた画像信号を被検者の周囲に取り付けた受信器に送信するアンテナ（いずれも図示省略）などが収納されている。撮像光学系２０は、パワーのない透明カバー２３を通して得られた被写体光を撮像素子１４の撮像面上に結像させる。
【００１８】
カプセル型内視鏡１０を透明カバー２３を通して正面視した様子を図３に示す。図３に示すように、第１〜第４ＬＥＤ１５〜１８は撮像光学系２０の周りに約９０°ピッチで離間して設けられている。第２及び第４ＬＥＤ１６，１８は、撮像光学系２０の光軸ＸＰの方向に関し、第１及び第３ＬＥＤ１５，１７よりも撮像素子１４側にずらされている。第１及び第３ＬＥＤ１５，１７は、その照明光軸Ｘ１，Ｘ３が撮像光学系２０の光軸ＸＰと平行になるように設けられており、主として被写体１２の中心及びその周辺を含む被写体１２の中心部分を照明する。また、第２及び第４ＬＥＤ１６，１８は、その照明光軸Ｘ２，Ｘ４が撮像光学系２０の光軸ＸＰに対して一定の角度で斜めになるように設けられており、主として被写体１２の中心部分から端部までを含む被写体１２の周辺部分を照明する。これにより、凹状半球面の被写体１２のほぼ全体にわたって、照明光をムラなく均一に照射することができる。加えて、カプセル１３内で各ＬＥＤ１５〜１８から光を照射してもフレアが生じることはない。
【００１９】
図４に示すように、撮像光学系２０は、被写体１２側から順に、第１レンズＬ１、開口絞りＳ６、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５から構成されている。なお、図４では図面の複雑化を避けるためにＬＥＤ１５〜１８については図示を省略し、透明カバー２３についてはその表面を二点鎖線で示した。この撮像光学系２０は負の像面湾曲を有し、凹面状の物体面１２を光軸Ｘｐに垂直な撮像面上に良好に結像させる作用をもつ。このような結像性能を得るために、撮像光学系２０は基本的に第一レンズＬ１が物体面１２に凸面を向けた負レンズで構成され、好ましくはこの第一レンズＬ１の少なくとも物体側の面が非球面として設計され、また第５レンズＬ５のいずれかの面も非球面となっている。
【００２０】
さらに、最大画角（２ωｍａｘ）の光束に対する光軸Ｘｐ上での実像面位置と、最大半画角（ωｍａｘ）の光束に対する光軸Ｘｐ上での実像面位置との差が小さいほど結像性能としては好ましく、また物体面１２と最大画角２ωｍａｘの主光線との交点Ｐ１を通り光軸Ｘｐに垂直な仮想平面２４の近軸結像位置２６，２７のいずれか一方と、物体面１２と最大半画角ωｍａｘの主光線との交点Ｐ２を通り光軸Ｘｐに垂直な仮想平面２５の近軸結像位置２６，２７のいずれか他方との差が小さいほど結像性能として好ましい。特に、撮像光学系２０の最大画角（２ωｍａｘ）が１２０°以上であるときには、以下の［数１］を満たすように設計される。
【００２１】
【数１】
［数１］式中のΔＺｒ、ΔＺｐは、撮像光学系２０の最大画角を２ωｍａｘ、最大半画角をωｍａｘとしたとき、以下を表す。
ΔＺｒ：２ωｍａｘの光束に対する実像面位置と、ωｍａｘの光束に対する実像面位置との差
ΔＺｐ：被写体１２と２ωｍａｘの主光線との交点Ｐ１を通り、光軸ＸＰに垂直な平面を仮想物体面２４としたときの近軸像面位置と、被写体１２とωｍａｘの主光線との交点Ｐ２を通り、光軸ＸＰに垂直な平面を仮想物体面２５としたときの近軸像面位置との差
【００２２】
撮像光学系２０が［数１］式を満たすことにより、像面湾曲が十分に補正されるとともに、凹状半球面の中心部分と周辺部分とを含む物体面１２の全体が撮像光学系２０の被写界深度内となる。したがって、画像の中心部分及び周辺部分ともにピントが合った鮮明な画像を撮像することができるから、画像の周辺部分に病変部があったとしても、病変部を確実に発見することができる。
【００２３】
ΔＺｒ／ΔＺｐが−０．５よりも小さくなると、撮像光学系２０の像面湾曲の影響により、２ωｍａｘの光束による実像面位置がωｍａｘの光束による実像面位置よりも物体側に大きくずれてしまう。一方、ΔＺｒ／ΔＺｐが０．５よりも大きくなると、物体面１２が凹状の曲面形状である影響により、２ωｍａｘの光束による実像面位置が、ωｍａｘの光束による実像面位置よりも物体面と反対側に大きくずれてしまう。いずれの場合も、２ωｍａｘの光束による実像面と、ωｍａｘの光束による実像面とが光軸Ｘｐ方向に大きくずれてしまうため、その双方を光軸Ｘｐに垂直な撮像平面上に良好に結像させることができなくなるから、最大画角（２ωｍａｘ）が１２０°以上の撮像光学系２０では、ＡＢＳ（ΔＺｒ／ΔＺｐ）≦０．５の条件を満たすようにするのがよい。なお、ＡＢＳは（ ）内の値の絶対値を表す。
【００２４】
撮像光学系２０の最大画角（２ωｍａｘ）をさらに広げ、これを１３５°以上にする場合には、ＡＢＳ（ΔＺｒ／ΔＺｐ）の値を緩和することが可能となり、次の数式［数２］を満たす範囲内で設計することもできる。
【００２５】
【数２】
なお、上式におけるΔＺｒ，ΔＺｐが表す意味は、前掲の［数１］と共通である。そして、ΔＺｒ／ΔＺｐが下限値−５．０よりも小さくなった場合、あるいはΔＺｒ／ΔＺｐが上限値５．０よりも大きくなった場合には、［数１］におけるΔＺｒ／ΔＺｐが下限値−０．５よりも小さくなった場合、ΔＺｒ／ΔＺｐが上限値よりも大きくなった場合とそれぞれ共通の傾向を示すから、最大画角（２ωｍａｘ）が１３５°以上の撮像光学系２０では、ＡＢＳ（ΔＺｒ／ΔＺｐ）≦５．０の条件を満たすようにするのがよい。
【００２６】
また、撮像光学系２０は、最大画角（２ωｍａｘ）が１２０°以上あるいは１３５°以上のいずれの場合であっても、画角ωのときの像高をＹ（ω）としたとき、以下の［数３］式を満たすように設計されている。なお、画角４５°以下の条件下で、［数３］を満たすようにしてもよい。
【数３】
【００２７】
［数３］の「Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω）」は、画角をωからΔωだけ微小変化させた画角ω＋Δωのときの像高Ｙ（ω＋Δω）と、画角ωのときの像高Ｙ（ω）との差分を示している。また、［数３］の「Ｙ（Δω）」は、画角を０°からΔωだけ微小変化させた画角Δωのときの像高Ｙ（Δω）と、画角０°のときの像高Ｙ（０）との差分Ｙ（０＋Δω）−Ｙ（０）を示しており、Ｙ（０）＝０であることからＹ（０＋Δω）−Ｙ（０）＝Ｙ（Δω）となる。したがって、［数３］の「（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）」は、画像の中心部分に対して画像の周辺部分にどの程度の歪曲（ディストーション）を生じさせるか表す。
【００２８】
ここで、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）を歪曲指数Ｑとし、Ｑの値が「１．０」、「０．７」、「０．５」、「０．３」となるように撮像光学系２０を設計した場合に、それぞれの撮像光学系で得られた画像に現れる歪曲の度合を評価する。評価に際しては、図５（Ａ）に示すように、半径が「ｒ」、「２ｒ」、「３ｒ」、「４ｒ」、「５ｒ」の複数の円（同心円）３０ａ〜３０ｅを、その中心が光軸Ｘｐに一致するように物体面１２に設定し、これらの同心円をそれぞれの撮像光学系２０を通して撮像する。そして、撮像で得られた画像の周辺部分における同心円相互の間隔がどのように変化しているかに基づいて画像の周辺部分の歪曲の程度を評価する。
【００２９】
図５（Ｂ）は、Ｑ＝１．０となるように設計した撮像光学系２０で撮像したときの画像を示している。この画像が示すように、被写体１２に設けた複数の円３０ａ〜３０ｅの間隔と同様、画像上における各円の間隔は距離ｒである。このように、画像の中心部分における円の間隔と、画像の周辺部分における円の間隔とが同じであるということは、画像の周辺部分にディストーションが生じていないことを表している。したがって、このような撮像光学系２０を組み込んだカプセル型内視鏡１０で被検者の体内を撮像すれば、画像の周辺部分に写し出される画像にもほとんど歪曲が現れることがなく、病変部の視認が容易になる。
【００３０】
図５（Ｃ）の画像は、Ｑ＝０．７となるように設計した撮像光学系２０で撮像したときの画像を示している。この画像が示すように、画像の中心部分の円の間隔はｒよりもわずかに大きく、また画像の周辺部分における円の間隔はｒよりもわずかに小さくなっている。ただし、その差はわずかであるため画像としては中心部分と周辺部分とで大きな歪みとして観察されることはなく、この撮像光学系２０を用いた場合でも画像診断の上では実用的には満足できる範囲内のものと言うことができる。
【００３１】
図５（Ｄ）の画像は、Ｑ＝０．５で設計した撮像光学系２０で撮像したときの画像を示している。この画像からは、円の間隔が中心部分では広く、周辺部分では狭いことが容易に観察できる。この傾向は広画角の撮像光学系がもつ一般的な特徴であるが、この程度まで歪曲が現れると医療診断用の画像としては適切でなく、特に画像の周辺部分では病変部があっても見落とされる可能性も高まる。さらに、Ｑ＝０．３の撮像光学系で撮像した画像を図５（Ｅ）に示す。この画像では、画像の中心部分での円の間隔が広く、周辺部分では狭くなっていることが顕著に観察され、医療診断には適していないことが明らかで実用にはならない。
【００３２】
以上から、最大画角（２ωｍａｘ）が１２０°以上、１３５°以上のいずれであっても、歪曲指数Ｑの値、すなわち（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）の値が０．７を越えるように撮像光学系を設計すれば、画像の周辺部分におけるディストーションを実用上問題にならない程度まで抑えられることがわかる。このようにディストーションを抑えておけば、画像の周辺部分であっても病変部の見落としを確実に防ぐことができ、画像診断の信頼性を高めることが可能となる。なお、歪曲指数Ｑの値としては、０．７より大きく１．３よりも小さいことが望ましく、０．８＜Ｑ＜１．２の範囲にすることがより好ましい。
【００３３】
また、撮像光学系２０を第１〜第５レンズの５枚で構成しておくことにより、中心部分と周辺部分を含む物体面１２の全体が撮像光学系２０の被写界深度内に収められる。したがって、中心部分及び周辺部分ともにピントが合った鮮明な画像が得られ、また画像の周辺部分におけるディストーションもほとんど問題にならない。なお、このような撮像光学系２０は、必ずしも５枚構成に限られず、第１〜第４レンズの４枚で構成した場合でもほぼ同様の効果を得ることが可能である。さらに本発明の撮像光学系は、体腔内に飲み込まれた後に、外部からの制御信号に応じて体腔内の位置や撮影の姿勢を制御できるようにしたカプセル型内視鏡用の撮像光学系にも用いることができる。
【実施例】
【００３４】
カプセル型内視鏡に搭載した撮像光学系について、以下の実施例１〜１５及び比較例１〜６において具体的な数値を示すことによって、本発明を更に詳細に説明する。
【００３５】
［実施例１］
図６に示すように、実施例１の撮像光学系２０は５枚の第１〜第５レンズＬ１〜Ｌ５と開口絞りＳ６とを備え、カプセル１３内において、凹状半球面の物体面１２側から、第１レンズＬ１、開口絞りＳ６、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５の順に配置されている。第３レンズＬ３と第４レンズＬ４とは貼り合わせレンズとなっている。
【００３６】
物体面をＳ１とし、透明カバー２３も含めた上で像面側に向かって面番号Ｓｉを付して撮像光学系２０の各面を表すと、透明カバー２３の表面がＳ２、その裏面がＳ３となる。以後、第１レンズＬ１〜第５レンズＬ５の表裏面、カバーガラス２１の裏面Ｓ１５まで順に面番号Ｓｉを割り当てる。なお、第３レンズＬ３の裏面と第４レンズＬ４の表面とは接合面Ｓ１０で共通となり、カバーガラス２１の裏面Ｓ１５は撮像素子１４の撮像面と一致する。また、撮像光学系２０の光軸方向に対する面Ｓｉと面Ｓｉ＋１との間隔（面間隔）は、Ｄｉとして表され、面Ｓ１と面Ｓ２との面間隔はＤ１、面Ｓ２と面Ｓ３との面間隔はＤ２、そして面Ｓ１４と面Ｓ１５との面間隔Ｄ１４まで同様に表される。
【００３７】
撮像光学系２０は、以下の表１に示すレンズデータに基づいて設計される。
【００３８】
【表１】
表１において、「ＯＢＪ」は凹状半球面の物体面１２を、「絞り」は開口絞りＳ６を、「ＩＭＧ」は撮像素子１４の撮像面を、「曲率半径」は各面Ｓｉの曲率半径（ｍｍ）を、「面間隔」は各面間隔Ｄｉ（ｍｍ）を、「Ｎｄ」はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、「νｄ」はアッベ数を、「ｆ」は撮像光学系２０全体としての焦点距離を、「Ｆｎｏ」は撮像光学系２０のＦ値Ｆを、「２ωｍａｘ」は最大画角を表している。
【００３９】
また、表１の面番号欄に＊で示すように、第１レンズの両面Ｓ４，Ｓ５、第２レンズの両面Ｓ７，Ｓ８、第５レンズの両面Ｓ１２，Ｓ１３は非球面となっている。これら非球面形状は、曲率（近軸曲率半径Ｒの逆数）ｃ、円錐定数Ｋ、光軸からの距離ρ（ρ２＝ｘ２＋ｙ２）、ｉ次の非球面次数を用いて、以下の［数４］の式で数値的に表される。面Ｓ４、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ１２、Ｓ１３の円錐定数Ｋ及び非球面定数Ａｉを表２に示す。なお、後述する実施例２〜１５においても、レンズデータの表記や、非球面の形状を決める［数４］の式は共通に用いられる。
【００４０】
【数４】
【００４１】
【表２】
【００４２】
図７は、この撮像光学系２０により、透明カバー２３及び撮像素子前面のカバーガラス２１を通して物体面１２を撮像面に結像させたときの球面収差、非点収差、倍率色収差を示している。球面収差はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のものを実線で、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）のものを第１破線で、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）のものを、各線の長さが第１破線よりも大きい第２破線で示している。また、非点収差はサジタル方向のものを実線で、タンジェンシャル方向のものを第１破線で示している。また、倍率色収差は、Ｆ線のものを第１破線で、Ｃ線のものを、各線の長さが第１破線よりも大きい第２破線で示している。なお、透明カバー２３及びカバーガラス２１を通して物体面１２を撮像面に結像させること、そのときの球面収差、非点収差、倍率色収差を同様に表記することは、後述する実施例２〜１５においても共通である。
【００４３】
実施例１の撮像光学系２０では、ΔＺｒは−０．００１であり、ΔＺｐは０．０２０でる。したがって、最大画角２ωｍａｘが１２０°であるこの撮像光学系２０は、ΔＺｒ／ΔＺｐが［数２］はもとより［数１］の範囲内でもあるから、像面湾曲が十分に補正されるとともに、中心部分と周辺部分とを含む物体面１２の全体が撮像光学系２０の被写界深度内に収められる。これにより、画像の中心部分及び周辺部分ともにピントが合った鮮明な画像が写し出され、画像の周辺部分に病変部があったとしても、病変部を確実に発見することができる。
【００４４】
図８に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、半画角ωの全範囲で０．７よりも大きくなっている。したがって、この撮像光学系２０は［数３］式を満たし、画像の周辺部分におけるディストーションを抑えることができる。したがって、画像の周辺部分に病変部が写し出されたとしても、病変部は見落としする程歪曲しないため、病変部を確実に発見することができる。
【００４５】
［実施例２］
図９に示すように、実施例２の撮像光学系３０は４枚の第１〜第４レンズＬ１〜Ｌ４と開口絞りＳ８とを備え、カプセル１３内において、凹状半球面の物体面１２側から、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、開口絞りＳ８、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の順に配置されている。この撮像光学系３０は、以下の［表３］に示すレンズデータとなっている。
【００４６】
【表３】
表３の面番号欄に＊で示すように、第１レンズの両面Ｓ４，Ｓ５、第２レンズの両面Ｓ６，Ｓ７、第３レンズの両面Ｓ９，Ｓ１０、第４レンズの両面Ｓ１１，Ｓ１２は非球面となっている。これら面Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２の円錐定数Ｋ及び非球面定数Ａｉを表４に示す。
【００４７】
【表４】
【００４８】
図１０に撮像光学系の球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。実施例２の撮像光学系３０の最大画角は１３０°であり、ΔＺｒは−０．００５であり、ΔＺｐは０．０２８である。したがって、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．１６７で、［数２］はもとより［数１］の範囲内に収まっている。そのため、像面湾曲が十分に補正されるとともに、中心部分と周辺部分とを含む物体面１２の全体が撮像光学系３０の被写界深度内に収められる。これにより、画像の中心部分及び周辺部分ともにピントが合った鮮明な画像が写し出され、画像の周辺部分に病変部があったとしても、病変部を確実に発見することができる。
【００４９】
図１１に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、半画角ωの全範囲で０．７よりも大きくなっている。したがって、撮像光学系３０は［数３］式の範囲内であり、画像の周辺部分におけるディストーションを抑えることができる。したがって、画像の周辺部分に病変部が写し出されたとしても、病変部は見落としする程歪曲しないため、病変部を確実に発見することができる。
【００５０】
［実施例３］
図１２に示すように、実施例３の撮像光学系４０は５枚の第１〜第５レンズＬ１〜Ｌ５と開口絞りＳ６とを備え、カプセル１３内において、凹状半球面の被写体１２側から、第１レンズＬ１、開口絞りＳ６、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５の順に配置されている。この撮像光学系４０のレンズデータは次の表５のとおりである。
【００５１】
【表５】
表５の面番号欄に＊で示すように、第１レンズＬ１の両面Ｓ４，Ｓ５、第５レンズＬ５の両面Ｓ１３，Ｓ１４は非球面となっている。これら面Ｓ４，Ｓ５，Ｓ１３，Ｓ１４の円錐定数Ｋ及び非球面定数Ａｉを表６に示す。
【００５２】
【表６】
【００５３】
図１３は、同様にして撮像光学系４０の球面収差、非点収差、倍率色収差を示すもので、ΔＺｒは０．００３、ΔＺｐは０．０３６である。したがって、最大画角２ωｍａｘが１３０°のこの撮像光学系４０のΔＺｒ／ΔＺｐの値は０．０８１となり、［数２］の範囲はもとより［数１］の範囲内でもある。そのため、像面湾曲が十分に補正されるとともに、被写体１２の中心部分と周辺部分とを含む被写体１２の全体が撮像レンズ４０の被写界深度内に収められる。また、図１４に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、半画角ωの領域のうちのほとんどで０．７よりも大きく、ディストーションを抑えることができるから、画像の中心部分及び周辺部分ともにピントが合った鮮明な画像が写し出され、画像の周辺部分に病変部があったとしても、病変部を確実に発見することができる。
【００５４】
［実施例４］
実施例４の撮像光学系５０は図１５に示すとおりで、物体面１２から順に、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、開口絞りＳ８、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５と配置され、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４とは貼り合わせレンズとなっている。これまでの実施例と同様に、表７にレンズデータ、表８に面番号欄に＊が付されたそれぞれの非球面のデータを示す。
【００５５】
【表７】
【００５６】
【表８】
【００５７】
この撮像光学系５０の最大画角は１２５°で、その球面収差、非点収差、倍率色収差を図１６に示す。ΔＺｒは−０．００５、ΔＺｐは０．０１８で、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．２７９となるから、［数２］の範囲を満たすだけでなく［数１］の範囲をも満たしている。そのため、像面湾曲が十分に補正されるとともに、被写体１２の中心部分と周辺部分とを含む被写体１２の全体が撮像レンズ５０の被写界深度内に収められる。これにより、画像の中心部分及び周辺部分ともにピントが合った鮮明な画像が写し出され、画像の周辺部分に病変部があったとしても、病変部を確実に発見することができる。また図１７に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きくなっている。したがって、撮像レンズ５０は［数３］式の範囲内であり、画像の周辺部分におけるディストーションも良好に抑えられるようになる。
【００５８】
［実施例５］
実施例５の撮像光学系６０の構成を図１８に示す。上記実施例と同様に、表９にレンズデータ、表１０に面番号Ｓ４，Ｓ５，Ｓ１１，Ｓ１２で用いられている非球面のデータ、図１９に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。
【００５９】
【表９】
【００６０】
【表１０】
【００６１】
実施例５の撮像光学系６０は最大画角が１７０°であり、ΔＺｒが−０．０１８、ΔＺｐが０．２０２である。そして、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．０８８となるから［数２］はもとより［数１］の範囲内でもある。また、図２０に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きい。したがって、この撮像光学系６０においても［数３］の条件が満たされ、中心部分及び周辺部分を含め、物体面１２の像を良好に被写界深度内に収めることができ、周辺部分も大きく歪ませることなく良好な結像が得られる。
【００６２】
［実施例６］
実施例６の撮像光学系７０の構成を図２１に示す。上記実施例と同様に、表１１にレンズデータ、表１２に非球面のデータ、図２２に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。
【００６３】
【表１１】
【００６４】
【表１２】
【００６５】
最大画角１７０°のこの撮像光学系７０では、ΔＺｒが−０．０１５、ΔＺｐが０．１８６であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．０８０となるから［数２］はもとより［数１］も満たしている。また、図２３に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きい。したがって、この撮像光学系７０においても［数３］の条件が満たされ、中心部分及び周辺部分を含め、物体面１２の像を良好に被写界深度内に収めることができ、周辺部分も大きく歪ませることなく良好な結像が得られる。
【００６６】
［実施例７］
実施例７の撮像光学系８０の構成を図２４に示す。上記実施例と同様に、表１３にレンズデータ、表１４に非球面のデータ、図２５に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。
【００６７】
【表１３】
【００６８】
【表１４】
【００６９】
最大画角１５０°のこの撮像光学系８０では、ΔＺｒが０．０１０、ΔＺｐが０．０７５であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは０．１２８となるから［数１］，［数２］の範囲内である。また、図２６に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きい。したがって、この撮像光学系８０においても［数３］の条件が満たされ、中心部分及び周辺部分を含め、物体面１２の像を良好に被写界深度内に収めることができ、周辺部分も大きく歪ませることなく良好な結像が得られる。
【００７０】
［実施例８］
実施例８の撮像光学系９０の構成を図２７に示す。上記実施例と同様に、表１５にレンズデータ、表１６に非球面のデータ、図２８に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。
【００７１】
【表１５】
【００７２】
【表１６】
【００７３】
この撮像光学系９０は最大画角が１７０°で、ΔＺｒが−０．０３１、ΔＺｐが０．１３３である。ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．２３５となるから［数２］および［数１］の範囲内である。また、図２９に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きい。したがって、この撮像光学系８０においても［数３］の条件が満たされ、中心部分及び周辺部分を含め、物体面１２の像を良好に被写界深度内に収めることができ、周辺部分も大きく歪ませることなく良好な結像が得られる。
【００７４】
［実施例９］
実施例９の撮像光学系１００の構成を図３０に示す。上記実施例と同様に、表１７にレンズデータ、表１８に非球面のデータ、図３１に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。
【００７５】
【表１７】
【００７６】
【表１８】
【００７７】
この撮像光学系９０は最大画角が１７０°で、ΔＺｒが０．０３６、ΔＺｐが０．１６８であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは０．２１５となるから［数２］はもとより［数１］の範囲内でもある。また、図３２に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きい。したがって、この撮像光学系８０においても［数３］の条件が満たされ、中心部分及び周辺部分を含め、物体面１２の像を良好に被写界深度内に収めることができ、周辺部分も大きく歪ませることなく良好な結像が得られる。
【００７８】
［実施例１０］
実施例１０の撮像光学系１１０の構成を図３３に示す。上記実施例と同様に、表１９にレンズデータ、表２０に非球面のデータ、図３４に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。
【００７９】
【表１９】
【００８０】
【表２０】
【００８１】
この撮像光学系１１０は最大画角が１５５°で、ΔＺｒが−０．０２０、ΔＺｐが０．０６９である。そして、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．２９５となるから［数２］はもとより［数１］の範囲内でもある。また、図３５に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きい。したがって、この撮像光学系８０においても［数３］の条件が満たされ、中心部分及び周辺部分を含め、物体面１２の像を良好に被写界深度内に収めることができ、ディストーションについても抑えることができ、良好な結像性能が得られる。
【００８２】
［実施例１１］
実施例１１の撮像光学系１２０の構成を図３６に示す。上記実施例と同様に、表２１にレンズデータ、表２２に非球面のデータ、図３７に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。また、同様に（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）の値に基づくディストーションの程度を表すグラフを図３８に示す。
【００８３】
【表２１】
【００８４】
【表２２】
【００８５】
この最大画角１６０°のこの撮像光学系１２０では、ΔＺｒが０．１１７、ΔＺｐが０．１１９であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは０．９８１となって［数１］の範囲外になる。しかし、撮像光学系１２０の最大画角（２ωｍａｘ）は１３５°以上であるから、［数２］の範囲内であれば物体面１２の画像を中央部分，周辺部分とも被写界深度内に収めることができる。また、図３８に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きい。したがって、この撮像光学系８０においても［数３］の条件が満たされ、ディストーションについても問題ない程度まで抑えることが可能となる。
【００８６】
［実施例１２］
実施例１２の撮像光学系１３０の構成を図３９に示す。上記実施例と同様に、表２３にレンズデータ、表２４に非球面のデータ、図４０に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。また、同様に（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）の値に基づくディストーションの程度を表すグラフを図４１に示す。
【００８７】
【表２３】
【００８８】
【表２４】
【００８９】
この撮像光学系１３０の最大画角は１５０°で、ΔＺｒが０．０７８、ΔＺｐが０．０６９であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは１．１２０となる。撮像光学系１３０の最大画角は１３５°以上であるから、［数２］を満たしていれば充分である。したがって、物体面１２の画像を中央部分，周辺部分とも被写界深度内に収めることができる。また、図４１に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きく、［数３］の条件を満たしているから、ディストーションについても問題ない程度まで抑えることができる。
【００９０】
［実施例１３］
実施例１３の撮像光学系１４０の構成を図４２に示す。上記実施例と同様に、表２５にレンズデータ、表２６に非球面のデータ、図４３に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。また、同様に（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）の値に基づくディストーションの程度を表すグラフを図４４に示す。
【００９１】
【表２５】
【００９２】
【表２６】
【００９３】
この撮像光学系１４０では、ΔＺｒが−０．０３６、ΔＺｐが０．０３４であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは−１．０４８となる。撮像光学系１４０の最大画角（２ωｍａｘ）は１４０°であるから、［数２］を満たしていればよい。したがって、物体面１２の画像を中央部分，周辺部分とも被写界深度内に収めることができる。また、図４４に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きく［数３］の条件を満たしているから、周辺部分に生じやすいディストーションを問題ない程度まで抑えることができる。
【００９４】
［実施例１４］
実施例１４の撮像光学系１５０の構成を図４５に示す。上記実施例と同様に、表２７にレンズデータ、表２８に非球面のデータ、図４６に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。また、同様に（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）の値に基づくディストーションの程度を表すグラフを図４７に示す。
【００９５】
【表２７】
【００９６】
【表２８】
【００９７】
この撮像光学系１５０では、ΔＺｒが−０．０３４、ΔＺｐが０．０６０であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．５６６となる。撮像光学系１５０の最大画角（２ωｍａｘ）は１５０°であるから、［数２］を満たしていれば充分である。したがって、物体面１２の画像を中央部分，周辺部分とも被写界深度内に収めることができる。また、図４７に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きく［数３］の条件を満たしているから、周辺部分に生じやすいディストーションを問題ない程度まで抑えることができる。
【００９８】
［実施例１５］
実施例１５の撮像光学系１６０の構成を図４８に示す。上記実施例と同様に、表２９にレンズデータ、表３０に非球面のデータ、図４９に球面収差、非点収差、倍率色収差を示す。また、同様に（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）の値に基づくディストーションの程度を表すグラフを図５０に示す。
【００９９】
【表２９】
【０１００】
【表３０】
【０１０１】
この撮像光学系１６０では、ΔＺｒが−０．０１８、ΔＺｐが０．２０２であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．０８８となる。撮像光学系１６０の最大画角（２ωｍａｘ）は１７０°であるが、［数１］及び［数２］のいずれをも満たしている。したがって、物体面１２の画像を中央部分，周辺部分とも被写界深度内に収めることができる。また、図５０に示すように、（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）は、０．７よりも大きく［数３］の条件を満たしているから、周辺部分に生じやすいディストーションを問題ない程度まで抑えることができる。
【０１０２】
［比較例１］
特許文献２の「添付光学系データ１」に示される撮像光学系で、光学的なパワーを持たない透明カバーを通して、撮像レンズの入射瞳位置を中心とした球面状の物体面を撮像すると、ΔＺｒは−０．１０９となり、ΔＺｐは０．０１６となる。したがって、この撮像光学系では最大画角が１２０°未満であるにもかかわらず、ΔＺｒ／ΔＺｐは−６．６８３となって［数１］の範囲外となる。そのため、２ωｍａｘの光束に対する実像面位置が、ωｍａｘの光束に対する実像面位置よりも物体側に大きくずれてしまい、撮像により得られる画像の一部が被写界深度外となって良好な結像を得ることができない。
【０１０３】
［比較例２］
同様に、特許文献２の「添付光学系データ２」に示される撮像光学系で、光学的なパワーを持たない透明カバーを通して、撮像レンズの入射瞳位置を中心とした球面状の物体面を撮像すると、ΔＺｒは−０．０１０、ΔＺｐは０．０１７となる。したがって、最大画角が１２０°未満であるのにΔＺｒ／ΔＺｐは−０．５９４となって、やはり［数１］の範囲外となる。そのため、２ωｍａｘの光束に対する実像面位置が、ωｍａｘの光束に対する実像面位置よりも物体側に大きくずれてしまい、撮像により得られる画像の一部が被写界深度外となって良好な結像を得ることができない。
【０１０４】
［比較例３］
同様に、特許文献２の「添付光学系データ３」に示される撮像光学系で、光学的なパワーを持たない透明カバーを通して、撮像レンズの入射瞳位置を中心とした球面状の物体面を撮像すると、ΔＺｒは−０．１５８、ΔＺｐは０．０１５となる。したがって、最大画角が１２０°未満であるのにΔＺｒ／ΔＺｐは−１０．８４９となって［数１］の範囲外である。そのため、２ωｍａｘの光束に対する実像面位置が、ωｍａｘの光束に対する実像面位置よりも物体側に大きくずれてしまい、撮像により得られる画像の一部が被写界深度外となって良好な結像を得ることができない。
【０１０５】
［比較例４］
同様にして特許文献２の「添付光学系データ４」に示される撮像光学系を用いた場合でも、ΔＺｒは−０．０２４、ΔＺｐは０．０３５であり、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．６８７となる。最大画角が１２０°未満であっても［数１］の範囲外になり、２ωｍａｘの光束に対する実像面位置が、ωｍａｘの光束に対する実像面位置よりも物体側に大きくずれてしまう。この結果、画像の一部が被写界深度外となって良好な結像を得ることができない。
【０１０６】
［比較例５］
特許文献３の「添付光学系データ１」に示される撮像光学系を同様にして用いた場合には、ΔＺｒは−０．０２１、ΔＺｐは０．０３１となるから、ΔＺｒ／ΔＺｐは−０．６９１となる。やはり最大画角１２０°未満であるにもかかわらず［数１］の範囲外となり、２ωｍａｘの光束に対する実像面位置が、ωｍａｘの光束に対する実像面位置よりも物体側に大きくずれ、良好な結像性能を得ることはできない。
【０１０７】
［比較例６］
特許文献３の「添付光学系データ２」に示される撮像光学系を用いた場合も同様で、ΔＺｒは−０．０２４、ΔＺｐは０．０３６となるから、最大画角が１２０°未満であるにもかかわらずΔＺｒ／ΔＺｐは−０．６６６となって［数１］の範囲外である。そのため、２ωｍａｘの光束に対する実像面位置が、ωｍａｘの光束に対する実像面位置よりも物体側に大きくずれ、良好な結像性能を得ることはできない。
【符号の説明】
【０１０８】
１０ カプセル型内視鏡
２０ 撮像レンズ
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体内に飲み込まれるカプセルの内部に収容され、前記カプセルの一部を構成する球面状の透明カバーを通して体腔内部の撮像に用いるカプセル型内視鏡用撮像光学系において、
凹状の曲面形状の物体面に正対させて撮像したとき、
−５．０≦ΔＺｒ／ΔＺｐ≦５．０
を満たすことを特徴とするカプセル型内視鏡用撮像光学系。
ただし、前記ΔＺｒは最大画角２ωｍａｘの光束に対する実像面位置と半画角ωｍａｘの光束に対する実像面位置との差を表し、前記ΔＺｐは前記物体面と２ωｍａｘの主光線との交点を通り光軸に垂直な平面を仮想物体面としたときの近軸結像位置と、前記物体面とωｍａｘの主光線との交点を通り光軸に垂直な平面を仮想物体面としたときの近軸結像位置との差を表す。
【請求項２】
最大画角２ωｍａｘが１３５°以上であることを特徴とする請求項１記載のカプセル型内視鏡用撮像光学系。
【請求項３】
最大画角２ωｍａｘが１２０°以上であり、かつ−０．５≦ΔＺｒ／ΔＺｐ≦０．５であることを特徴とする請求項１記載のカプセル型内視鏡用撮像光学系。
【請求項４】
任意の画角ωに対する像高をＹ（ω）、任意の画角ωの微小変化量をΔωとするとき、
０．７＜（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）
を満たすことを特徴とする請求項２または３記載のカプセル型内視鏡用撮像光学系。
【請求項５】
前記物体面に最も近い位置に物体面に凸面を向けた負レンズ、像面側に最も近い位置に正レンズを有し、前記負レンズの少なくとも像面側の面と、前記正レンズのいずれか一方の面とが非球面であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のカプセル型内視鏡用撮像光学系。
【請求項６】
前記負レンズよりも像面側に、複数のレンズで構成され全体として正の正レンズ群を有し、前記正レンズ群の中で、最も物体面側に位置するレンズと最も像面側に位置するレンズとが正レンズであることを特徴とする請求項５記載のカプセル型内視鏡用撮像光学系。
【請求項１】
体内に飲み込まれるカプセルの内部に収容され、前記カプセルの一部を構成する球面状の透明カバーを通して体腔内部の撮像に用いるカプセル型内視鏡用撮像光学系において、
凹状の曲面形状の物体面に正対させて撮像したとき、
−５．０≦ΔＺｒ／ΔＺｐ≦５．０
を満たすことを特徴とするカプセル型内視鏡用撮像光学系。
ただし、前記ΔＺｒは最大画角２ωｍａｘの光束に対する実像面位置と半画角ωｍａｘの光束に対する実像面位置との差を表し、前記ΔＺｐは前記物体面と２ωｍａｘの主光線との交点を通り光軸に垂直な平面を仮想物体面としたときの近軸結像位置と、前記物体面とωｍａｘの主光線との交点を通り光軸に垂直な平面を仮想物体面としたときの近軸結像位置との差を表す。
【請求項２】
最大画角２ωｍａｘが１３５°以上であることを特徴とする請求項１記載のカプセル型内視鏡用撮像光学系。
【請求項３】
最大画角２ωｍａｘが１２０°以上であり、かつ−０．５≦ΔＺｒ／ΔＺｐ≦０．５であることを特徴とする請求項１記載のカプセル型内視鏡用撮像光学系。
【請求項４】
任意の画角ωに対する像高をＹ（ω）、任意の画角ωの微小変化量をΔωとするとき、
０．７＜（Ｙ（ω＋Δω）−Ｙ（ω））／Ｙ（Δω）
を満たすことを特徴とする請求項２または３記載のカプセル型内視鏡用撮像光学系。
【請求項５】
前記物体面に最も近い位置に物体面に凸面を向けた負レンズ、像面側に最も近い位置に正レンズを有し、前記負レンズの少なくとも像面側の面と、前記正レンズのいずれか一方の面とが非球面であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のカプセル型内視鏡用撮像光学系。
【請求項６】
前記負レンズよりも像面側に、複数のレンズで構成され全体として正の正レンズ群を有し、前記正レンズ群の中で、最も物体面側に位置するレンズと最も像面側に位置するレンズとが正レンズであることを特徴とする請求項５記載のカプセル型内視鏡用撮像光学系。
【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３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【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３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【公開番号】特開２０１０−２４６９０６（Ｐ２０１０−２４６９０６Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６８７３７（Ｐ２０１０−６８７３７）
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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