CN111971604B - 刚性镜光学***、成像装置和内窥镜*** - Google Patents

Abstract

[问题]在保持可靠性的同时减小装置尺寸，并提高捕获图像的分辨率。[解决方案]根据本发明的刚性镜光学***包括：成像光学***，用于在成像元件上形成荧光波长范围和可见光波长范围的每一者中的图像；以及具有分色膜的分色棱镜光学***，该***将成像光的光路分为可见光波长范围的光路和荧光波长范围的光路。成像光学***在荧光成像元件和可见光成像元件的每一者上形成图像，这些元件被布置为使得由成像光学***引起的荧光成像位置和可见光成像位置之间的偏差对应于透射通过分色棱镜光学***以形成图像的荧光和可见光之间的光路长度差。成像光学***满足由式(1)表示的条件。

Description

刚性镜光学***、成像装置和内窥镜***

技术领域

本公开涉及刚性镜光学***、成像装置和内窥镜***。

背景技术

近年来，在医学领域中，在使用内窥镜进行手术时，不仅需要使用属于可见光波段的光来观察患处，而且需要使用属于近红外波段的荧光来观察患处。这是因为使用ICG(吲哚菁绿)试剂作为在体内识别部位的标记物进行的手术已开始普及，该试剂通过被波长约800nm的近红外激发光照射而发出波长为830nm至840nm的荧光。上述ICG试剂是安全的试剂，即使注入体内也无毒，并且特别用于脑外科手术中是否存在血流、乳腺癌的前哨***中的癌症的识别等，并且正在进行内窥镜手术的临床研究。

然而，医学领域中使用的大多数荧光试剂(例如ICG等)，具有非常低的荧光效率，因此，使用高灵敏度的相机对受关注对象成像(即，发出荧光的部位)。由于当今市场上可用的与ICG兼容的内窥镜相机头和照相***将现有的可见光RGB单板或三板传感器用作成像装置，因此近红外波段的灵敏度不足，并且图像质量和分辨率无法与可见光图像相比。

此外，上述主要利用R、G和B的传感器不能一次成像可见光线和近红外光线，并且仅能够在其中一个波段进行成像。因此，不可能将由近红外光线(即，荧光)识别的患处与可见光线的视频进行比较，并且由于切换引起的部位失准，手术的准确性可能会降低。

为了确保手术的准确性，已经提出了一种称为时分法的成像方法，在时分法中，通过每帧同时且及时地切换光源和成像装置的模式，以伪方式同时显示在可见光线下捕获的图像和在近红外光线下捕获的图像。例如，专利文献1提出，为了实现上述时分方法的成像，在可见光RGB传感器的前级安装专用的带通滤波器，并对传感器的成像模式和光源照明模式进行严格的切换控制。

然而，在该技术借用专利文献1中描述的可见光波段的成像装置的情况下，通常使用专门针对可见光带校正了色差的透镜组，并且在这种情况下，近红外波段的图像不可避免地由于色差而变得模糊。另外，在使用上述时分格式的***中，每次进行切换时都很难通过自动聚焦来聚焦在每个帧上，并且不可避免地同时一直以低分辨率对其中一个波段的图像进行成像。

因此，作为以时分法以外的方法实现同时获取可见光波段的图像和近红外波段的图像的方法，提出了一种方法，在该方法中将获取的图像的光引导到的光路被分支为可见光波段的光路和近红外波段的光路，并且然后，使用可见光的成像装置和近红外光的成像装置(例如，参见专利文献2和专利文献3)。

引文列表

专利文献

专利文献1：日本专利第6088629号

专利文献2：日本未经审查的专利申请公开第2017-53890号

专利文献3：日本专利第6147455号。

发明内容

本发明要解决的问题

这里，考虑到医学领域的内窥镜观察，需要进一步提高要获取的图像的分辨率，以进一步提高医师等进行的手术的安全性。在专利文献1中公开的时分方法技术的情况下：要求仅通过改变光学***的设计以进一步提高图像的分辨率来提高分辨率，从而不可避免地增加了使用透镜的数量；并且，为了使可见光和近红外光以高分辨率同时成像，需要使用具有低异常可分散性的玻璃材料。但是，异常可分散性低的许多玻璃材料都比较易碎，并且在一直进行诸如高温消毒、化学消毒的处理的医疗领域中存在可靠性问题。此外，如果使用的透镜的数量增加，则装置本身的尺寸也增加，这降低了用户的便利性。

相反，在专利文献2和专利文献3中公开的方法能够维持装置的可靠性并减小装置的尺寸。然而，例如，在专利文献2中公开的方法中，尚未在光学***上进行研究以实现更高的分辨率，例如4K分辨率。此外，在专利文献3中公开的光学***中，用于使光路分支的棱镜的尺寸太小，导致棱镜的内部反射的光斑会增加的问题，而且难以获得更高的分辨率。

如上所述，当前需要一种医用成像装置，其能够在确保装置可靠性的同时实现尺寸的减小，并获得具有更优异分辨率的捕获的图像，例如，诸如4K分辨率。

因此，鉴于以上情况，本公开提出了刚性镜光学***、成像装置和内窥镜***，其能够在确保装置的可靠性的同时实现尺寸的减小，并且能够实现要获得的捕获图像的改进的分辨率。

解决问题的方案

根据本公开，提供了刚性镜光学***，包括：成像光学***，使得在预定成像装置中形成每个波段中的图像，波段包括可见光波段和属于近红外光波段的荧光波段；以及具有分色膜的分色棱镜光学***，该***将要由成像光学***成像的光的光路分成可见光波段的光路和荧光波段的光路，其中成像光学***使相应的图像形成在荧光成像装置和可见光成像装置中，荧光成像装置和可见光成像装置被布置为使由成像光学***造成的荧光成像位置和可见光成像位置之间的失准量对应于荧光的光路长度和可见光的光路长度之间的差，荧光和可见光通过分色棱镜光学***形成各自的图像，以及，其中，成像光学***的焦距由f[mm]表示，并且从成像光学***到成像装置的空气等效光路长度由Fb[mm]表示，成像光学***具有满足以下表达式(1)表示的条件的焦距和空气等效光路长度，

Fb/f>0.72...表达式(1)。

此外，根据本公开，提供了包括刚性镜光学***的成像装置，该刚性镜光学***包括：成像光学***，成像光学***使得在预定成像装置中形成每个波段中的图像，波段包括可见光波段和属于近红外光波段的荧光波段；具有分色膜的分色棱镜光学***，该***将要由成像光学***成像的光的光路分成可见光波段的光路和荧光波段的光路；可见光成像装置，在可见光波段中形成图像；以及荧光成像装置，在荧光波段中形成图像，其中可见光成像装置和荧光成像装置被布置为使可见光波段的光路长度和荧光波段的光路长度之间的光路差对应于由成像光学***造成的荧光成像位置和可见光成像位置之间的失准量，可见光通过分色棱镜光学***在可见光成像装置中形成图像，荧光通过分色棱镜光学***在荧光成像装置中形成图像，以及，其中，成像光学***的焦距由f[mm]表示，并且从成像光学***到成像装置的空气等效光路长度由Fb[mm]表示，成像光学***具有满足以下表达式(1)表示的条件的焦距和空气等效光路长度，

Fb/f>0.72...表达式(1)。

此外，根据本公开，提供了一种内窥镜单元，包括：刚性镜单元，生成属于近红外光波段的荧光波段的预定成像目标的图像和可见光波段的预定成像目标的图像；成像单元，包括耦接到刚性镜单元的刚性镜光学***、形成可见光波段的图像的可见光成像装置、以及形成荧光波段的图像的荧光成像装置，并生成荧光波段的成像目标的捕获图像和可见光波段的成像目标的捕获图像，其中刚性镜光学***包括成像光学***，成像光学***使得在预定成像装置中形成荧光波段和可见光波段的每一个中的图像；以及具有分色膜的分色棱镜光学***，该***将要由成像光学***成像的光的光路分成可见光波段的光路和荧光波段的光路，可见光成像装置和荧光成像装置被布置为使可见光波段的光路长度和荧光波段的光路长度之间的光路差对应于由成像光学***造成的荧光成像位置和可见光成像位置之间的失准量，可见光通过分色棱镜光学***在可见光成像装置中形成图像，荧光通过分色棱镜光学***在荧光成像装置中形成图像，以及，其中，成像光学***的焦距由f[mm]表示，并且从成像光学***到成像装置的空气等效光路长度由Fb[mm]表示，成像光学***具有满足以下表达式(1)表示的条件的焦距和空气等效光路长度，

Fb/f>0.72...表达式(1)。

根据本公开，成像光学***使相应的图像在荧光成像装置和可见光成像装置中形成，荧光成像装置和可见光成像装置被布置为使由成像光学***造成的荧光成像位置和可见光成像位置之间的失准量与荧光的光路长度和可见光的光路长度之间的差相对应，经由分色棱镜光学***形成荧光和可见光的各自的图像，并且该成像光学***满足由表达式(1)表示的条件。

发明效果

如上所述，根据本公开，可以在确保装置的可靠性的同时实现尺寸的减小，并且可以实现要获得的捕获图像的进一步分辨率。

应注意，上述效果不一定是限制性的。利用上述效果或代替上述效果，可以实现本说明书中描述的任何一种效果或可以从本说明书中理解的其他效果。

附图说明

[图1]是示意性地示出根据本公开的实施例的刚性镜光学***的整体配置的说明图。

[图2A]是示意性地示出根据实施例的包括在刚性镜光学***中的分色棱镜光学***的说明图。

[图2B]是示意性地示出根据实施例的包括在刚性镜光学***中的分色棱镜光学***的说明图。

[图3]是示意性地示出根据实施例的包括在刚性镜光学***中的分色棱镜光学***的说明图。

[图4]是示意性地示出根据实施例的包括在刚性镜光学***中的成像光学***的配置的说明图。

[图5]是示意性地示出根据实施例的内窥镜***的整配置的说明图。

[图6]是示出根据实施例的包括在内窥镜***中的CCU的硬件配置的示例的框图。

[图7A]是示例1的成像光学***的配置的示意图。

[图7B]是示例2的成像光学***的配置的示意图。

[图7C]是示例3的成像光学***的配置的示意图。

[图7D]是示例4的成像光学***的配置的示意图。

[图7E]是示例5的成像光学***的配置的示意图。

[图8A]是示出示例1的成像光学***的纵向像差的模拟结果的曲线图。

[图8B]是示出示例1的成像光学***的横向像差的模拟结果的曲线图。

[图8C]是示出示例1的成像光学***的纵向像差的模拟结果的曲线图。

[图9A]是示出示例2的成像光学***的纵向像差的模拟结果的曲线图。

[图9B]是示出示例2的成像光学***的横向像差的模拟结果的曲线图。

[图9C]是示出示例2的成像光学***的纵向像差的模拟结果的曲线图。

[图10A]是示出示例3的成像光学***的纵向像差的模拟结果的曲线图。

[图10B]是示出示例3的成像光学***的横向像差的模拟结果的曲线图。

[图10C]是示出示例3的成像光学***的纵向像差的模拟结果的曲线图。

[图11A]是示出示例4的成像光学***的纵向像差的模拟结果的曲线图。

[图11B]是示出示例4的成像光学***的横向像差的模拟结果的曲线图。

[图11C]是示出示例4的成像光学***的纵向像差的模拟结果的曲线图。

[图12A]是示出示例5的成像光学***的纵向像差的模拟结果的曲线图。

[图12B]是示出示例5的成像光学***的横向像差的模拟结果的曲线图。

[图12C]是示出示例5的成像光学***的纵向像差的模拟结果的曲线图。

具体实施方式

下面参考附图详细描述本公开的优选实施例。要注意的是，在本说明书和附图中，具有基本相同的功能配置的组件由相同的参考标记表示，因此省略其重复描述。

要注意的是，按以下顺序给出描述。

1.实施例

1.1.关于刚性镜光学***

1.2.关于成像装置

1.3.关于内窥镜***

2.示例

[实施例]

[关于刚性镜光学***]

首先，参照图1至图4，将详细描述根据本公开的第一实施例的刚性镜光学***。图1是示意性地示出根据本实施例的刚性镜光学***的整体配置的说明图。图2A、图2B和图3分别是示意性示出包括在根据本实施例的刚性镜光学***中的分色棱镜光学***的说明图。图4是示意性地示出根据本实施例的包括在刚性镜光学***中的成像光学***的配置的说明图。

根据本实施例的刚性镜光学***是用于对通过刚性镜(也称为刚性内窥镜)获得的图像进行成像的光学***。首先，参照图1，下面将简要描述根据本实施例的刚性镜光学***1的整体配置。

[关于整体配置]

如图1示意性地所示，根据本实施例的刚性镜光学***1包括成像光学***10和分色棱镜光学***20。此外，在刚性镜光学***1的外部，设置有可见光成像装置3和荧光成像装置4。

可见光成像装置3设置在由分色棱镜光学***20分支的可见光波段的光路上，并在成像目标的图像中形成包括属于可见光波段的光的图像。荧光成像装置4设置在由分色棱镜光学***20分支的荧光波段的光路上，并且在成像目标的图像中形成包括属于荧光波段的光的图像。可见光成像装置3和荧光成像装置4没有具体限制，并且可以为此使用各种已知的CCD传感器、CMOS传感器等。

例如，可见光成像装置3优选地是使用拜耳(Bayer)阵列滤色器或具有可见光的高色彩再现性的另一种滤色器的CMOS传感器或CCD传感器。此外，荧光成像装置4优选地是例如不使用滤色器的CMOS传感器或CCD传感器，因为优选地将传感器的最大灵敏度用于近红外光线成像。

成像光学***10是用于使成像目标的图像(具体地，可见光波段中的图像和属于近红外波段的荧光波段的图像)分别形成在对应的成像装置中的光学***。根据本实施例的成像光学***10具有如下详细描述的透镜构造，从而在轴向色差上被校正并且在荧光波段和可见光波段中的每一个上表现出优异的光学特性。在下面更详细地描述这样的成像光学***10。

分色棱镜光学***20是将由成像光学***10成像的光的光路分成可见光波段的光路和荧光波段的光路的光学***。根据本实施例的分色棱镜光学***20至少包括将光分成属于可见光波段的光和属于荧光波段的光的分色膜，并且这种分色棱镜光学***将要由成像光学***10成像的光的光路分成两个光路。下面还将详细描述这种分色棱镜光学***20。

[关于分色棱镜光学***20]

接下来，将参照图2A、图2B和图3描述根据本实施例的分色棱镜光学***20。

根据本实施例的分色棱镜光学***20是为了满足期望规格而并入根据本实施例的刚性镜光学***1的光学***。

为了以高图像质量(例如，4K分辨率以上)同时成像可见光线和近红外光线(荧光)，用光谱将光分成可见光线和近红外光线并用与可见光线和近红外光线相对应的相应单独的成像装置进行成像是重要的。因此，根据本实施例的刚性镜光学***1设置有包括预定分色膜的棱镜光学***作为分色棱镜光学***20，从而将要由成像光学***10成像的光的光路分成可见光波段的光路和荧光波段的光路。

如图2A示意性地所示，例如，这样的分色棱镜光学***20至少包括分色棱镜201，并且在分色棱镜201内部设置具有预定光学特性的分色膜203。例如，在如图2A所示布置成像装置的情况下，分色膜203具有如下光学特性：属于可见光波段的光被反射并且属于近红外波段(荧光波段)的光被透射。相反，在可见光成像装置3和荧光成像装置4的位置与图2A中所示的位置相反的情况下，使用具有如下光学特性的分色膜203：属于可见光波段的光被透射并且属于近红外波段(荧光波段)的光被反射。

如上所述，要由成像光学***10成像的光进入包括分色膜203的分色棱镜201，并且因此，光的光路被分支为可见光波段的光路OP1和荧光波段的光路OP2。

此外，优选在可见光波段的光路OP1的光轴上设置红外截止滤光器等(未示出)，以去除可能泄漏到可见光波段的光路OP1中的近红外光(荧光)。通过设置这样的红外截止滤光器，可以进一步提高由可见光成像装置3生成的可见光图像的色彩再现性。类似地，优选在荧光波段的光路OP2的光轴上设置透射受关注荧光波段中的光的窄带带通滤光器(未示出)，以去除可能泄漏到荧光波段的光路OP2中的激发光和可见光。这使得可以进一步改善由荧光成像装置4生成的荧光图像的对比度。

此外，在根据本实施例的成像光学***10中，由于轴向色差，可见光线和近红外光线的成像位置彼此不同。因此，在图2A中，例如，即使将荧光成像装置4设置在与可见光成像装置3光学共轭的位置，也会出现图像在可见光成像装置3中聚焦，而图像在荧光成像装置4中未聚焦的情况。然而，根据本实施例的刚性镜光学***1能够通过由分色棱镜光学***20将光路分支成两部分并设置两种类型的成像装置来容易地校正这种轴向色差。

例如，如图2A示意性地所示，预先掌握了可见光线和近红外光线之间的焦点失准量，并将可见光成像装置3预先固定在可见光线聚焦的位置。然后，可以将荧光成像装置4固定并安装在与可见光成像装置3共轭的位置隔开达间隔距离Δ的位置处，使得所识别的失准量对应于可见光波段的光路OP1的光路长度与荧光波段的光路OP2的光路长度之间的光路差Δd。

此外，例如，如图2B示意性地所示，将可见光成像装置3预先固定在可见光线聚焦的位置，并且将荧光成像装置4安装为允许安装位置可变。然后，设置诸如致动器的荧光图像聚焦机构30，其在分色棱镜光学***20和可见光成像装置3，以及荧光成像装置4之间改变了间隔距离Δ。在这种情况下，荧光图像聚焦机构30改变荧光成像装置4，以及分色棱镜光学***20和可见光成像装置3之间的相对位置关系，从而使得可以容易地校正由成像光学***10引起的轴向色差。

注意，根据图2B所示的方法，例如，即使在导入到内脏内部的ICG试剂的荧光发射位置存在于内脏表面的背面的情况下，也可以实现在可见光线下观察内脏的表面，在近红外光线下观察内脏内部的荧光发光位置的情况。

作为具有上述功能的分色棱镜光学***20，优选使用如专利文献2中公开的那种分色棱镜光学***20，例如，其在图3中示意性地示出。

在图3所示的分色棱镜光学***20中，分色棱镜201是第一棱镜211和第二棱镜213彼此接合的棱镜，以及第一棱镜211和第二棱镜213通过分色膜203彼此接合。即，分色膜203设置在第一棱镜211和第二棱镜213之间的界面处。

第一棱镜211是用作可见光波段的光路的棱镜，通过该棱镜，属于可见光波段的光和属于荧光波段的光(即，进入光)进入，并且属于可见光波段的光被引导。此外，第二棱镜213是用作荧光波段的光路的棱镜，通过该棱镜，属于荧光波段的光被引导。

进入第一棱镜211的光在第一棱镜211中直行，并且属于可见光波段的光和属于荧光波段的光通过倾斜地设置在光轴上的分色膜203彼此分离。

属于可见光波段的光被分色膜203反射并在第一棱镜211内被引导。此处，属于可见光波段的被反射和分离的光(即，可见光线)在图3所示的位置A处被全反射一次，并且透射到第一棱镜211的外部。因此，可以使分色膜203形成表面相对于光轴的角度接近垂直。相反，将根据本实施例的分色膜203安装在光轴上的角度设置为使得满足位置A处的可见光线的全反射条件。以这种方式，分色膜203的布置使得即使在均具有明亮F值的光束进入第一棱镜211的情况下，可以抑制由于上光束和下光束之间的入射角的差异而导致的分色膜203的光谱特性的变化，并且可以准确地进行波长分离。

透射通过第一棱镜211的可见光线被引导到可见光成像装置3。在这种情况下，可以在第一棱镜211的出射面与可见光成像装置3之间设置红外截止滤光器217。作为这种红外截止滤光器，例如，可以使用已知的吸收滤光器等，例如HOYACorporation制造的C5000。

相反，透射通过分色膜203属于荧光波段的光进入第二棱镜213，并在第二棱镜213内直线行进。第二棱镜213的与设置有分色膜203的一侧相反的一侧的端面(换言之，光轴的下游侧的第二棱镜213的出射面)与光轴垂直，并且属于荧光波段的光在保持垂直于第二棱镜213的出射面的状态下透射到第二棱镜213的外部。

透射通过第二棱镜213属于荧光波段的光进入设置在下一级的窄带带通滤光器215。

上面已经详细描述了根据本实施例的作为分色棱镜201的优选模式。应注意，根据本实施例的分色棱镜201的材料没有具体限制，并且可以根据在分色棱镜201内部引导的光的波长，使用适当已知的光学玻璃或光学晶体。

这里，下面将集中于使用ICG作为荧光试剂来具体描述如图3所示的分色膜203和窄带带通滤光器215的相应光学特性。

例如，ICG具有大约769nm的激发波长，并且当ICG被具有这种激发波长的激发光激发时，产生属于具有波长为832nm的近红外波段的荧光。

在这种情况下，如果实现如图3所示的成像装置的放置，则优选地，分色膜203的光学特性(具体地，光谱透射率)在780nm至880nm的波段中具有90％以上的透射率，并且在400nm至720nm的波段中具有10％以下的透射率。

在780nm至880nm的波段中透射率小于90％的情况下，不能透射分色膜203的荧光的百分比增加并且荧光图像的亮度降低，这不是优选的。另外，在这种情况下，荧光泄漏到可见光成像装置3中，这降低了可见光图像的对比度，这从可见光图像的图像质量的角度来看不是优选的。

此外，在400nm至720nm的波段中透射率超过10％的情况下，未被分色膜203反射并透射的可见光的百分比增加，并且可见光图像的亮度降低，这不是优选的。另外，在这种情况下，可见光泄漏到荧光成像装置4中，这降低了荧光图像的对比度，这从荧光图像的图像质量的角度来看不是优选的。

从以上说明可以清楚地看出，根据本实施例的分色膜203将入射光分离为两种颜色：属于比预定荧光波段的波段长的带的预定荧光波段的光；以及属于比预定荧光波段短的波段的光。例如，具有上述光谱透射率的分色膜203是用作低通滤光器的膜，该膜将入射光分成边界为750nm的两个组，其中，边界为可见光波段和荧光波段之间的边界。

例如，如上所述的分色膜203的光学特性(光谱特性)相对较宽，并且当将分色膜203实现为光学多层膜时，可以将膜层数抑制为数十层左右，并且还可以使用通常的真空蒸镀法作为制造方法。

另外，重要的是，设置在荧光成像装置4的前级的窄带带通滤光器215是具有带通特性的滤波器，其反射除荧光波段之外的波段中的光，并且仅透射该荧光波段光中的光。

在关注从属于832nm的近红外波段的ICG发射的荧光的情况下，优选的是，窄带带通滤光器215的光谱透射率在820nm至850nm的波段中具有90％以上的透射率，并且在400nm至805nm的波段和860nm至1000nm的波段中具有10％以下的透射率。

在820nm至850nm的波段中的透射率小于90％的情况下，透射通过窄带带通滤光器215的荧光的百分比降低，并且这降低了荧光图像的亮度，这不是优选的。此外，在400nm至805nm的波段和860nm至1000nm的波段中透射率超过10％的情况下，在荧光成像装置4上反射除荧光以外的外部光(例如波长约800nm的激发光)，并且荧光图像的对比度明显降低，因此不是优选的。

此外，如果由窄带带通滤光器215透射的光的波段比820nm至850nm的波段宽，则有助于形成荧光图像的近红外波段变得太宽。结果，即使可以通过将在后面描述的间隔距离Δ校正轴向色差的重心，但是具有较长波长的分量也会使图像模糊并且对比度降低，这不是优选的。

另外，如果由窄带带通滤光器215透射的光的波段比820nm至850nm的波段窄，则透射通过窄带带通滤光器215的光接近单色，这将增强后续描述的间隔距离Δ的轴向色差校正效果，但是会降低荧光图像的亮度，这不是优选的。

根据本实施例的窄带带通滤光器215可以通过使用已知的光学材料根据受关注荧光的波长来制造。例如，窄带带通滤光器215可以通过在对应于BK7的玻璃衬底上形成光学多层膜来制造，或者可以通过使用诸如HOYA Corporation制造的R80的可见吸收玻璃作为衬底而在这种衬底上形成光学多层膜来制造。与使用玻璃衬底的结构相比，这可以抑制可见光区域的透射率并且有助于改善荧光图像的对比度。

应注意，与分色膜203类似，这种窄带带通滤光器215可以通过真空蒸镀法形成，但是具有窄带的光谱特性以及陡峭上升和下降形状；因此，膜层的数量大于分色膜203的膜层的数量，并且大约为几百层。因此，优选采用比真空蒸镀法确保更高可靠性的离子束溅射法的成膜方法。

此外，优选在荧光波段的光路OP2上设置窄带带通滤光器215以具有与光轴垂直的入射面。这使得即使在进入具有明亮F值的光束的情况下，也可以抑制由于上光束和下光束之间的入射角的差异而引起的光谱特性的变化。

上面已经参考图3、图2B和图2A详细描述了根据本实施例的分色棱镜光学***20。

[关于成像光学***10]

接下来，参考图4，将详细描述根据本实施例的成像光学***10。

如上所述，根据本实施例的成像光学***10是用于在预定成像装置中形成可见光波段的和属于近红外光波段的荧光波段的每个波段中的图像的光学***。例如，根据本实施例的成像光学***10具有满足以下详细描述的条件的透镜设计；因此，可以实现具有高于或等于4K分辨率的极其优异的分辨率的图像，并且还可以通过实现光学***自身的尺寸减小来实现装置自身的尺寸减小。另外，满足以下详细描述的条件的光学***可以使用具有优异的耐热性和耐化学性的普通玻璃材料来配置，这在医疗领域的应用中是高度可靠的；因此，即使在医疗领域中应用也可以实现具有高可靠性的光学***。

其中，成像光学***10的焦距由f[mm]表示，从成像光学***到成像装置的空气等效光路长度由Fb[mm]表示，根据本实施例的成像光学***10具有满足以下表达式(101)表示的条件的焦距f和空气等效光路长度Fb。

Fb/f>0.72...表达式(101)

上面的表达式(101)表示的条件是与成像光学***10的后焦点有关的条件表达式，考虑到：成像光学***10；以及位于成像光学***10的后级的分色棱镜201(例如，如图3所示，两个棱镜被结合在一起的分色棱镜201)的尺寸。

在由Fb/f表示的值等于或小于0.72的情况下，考虑到棱镜等的内部反射，不能确保安装分色棱镜201的物理空间，这妨碍了刚性镜光学***1实现高分辨率。此外，虽然没有具体限定由Fb/f表示的值的上限，但是如果由Fb/f表示的值变得太大，则最后透镜的外径太大，并且必须增加棱镜块前侧的有效直径。这不利于减小尺寸，从而不是优选的。从减小刚性镜光学***1的尺寸的观点出发，优选Fb/f的上限例如为1.00。由Fb/f表示的值更优选为0.75以上及1.00以下，并且还更优选为0.80以上及0.96以下。

应注意，在根据本实施例的刚性镜光学***1中，考虑了两种类型的空气等效光路长度，即到可见光成像装置3的空气等效光路长度，以及到荧光成像装置4的空气等效光路长度；然而，可以将到荧光成像装置4的空气等效光路长度视为到可见光成像装置3的空气等效光路长度+位置失准量，因此，在上面的表达式(101)中，到可见光成像装置3的空气等效光路长度可以用作Fb。

例如，如图4示意性地所示，优选地，满足如上所述与后焦有关的条件的成像光学***10按从物体侧到图像侧的顺序至少包括光圈101、具有正屈光力的第一透镜组103和具有正屈光力的第二透镜组105。

在下文中，尽管在本说明书中经常使用术语“第n透镜组”，但是用该术语处理的透镜组不仅包括透镜组包括两个以上透镜的集合的情况，还包括透镜组包括一个透镜的情况。此外，每个透镜组可以包括各种球面透镜，可以包括各种非球面透镜，或者可以包括球面透镜和非球面透镜的组合。

这里，第一透镜组103按从物体侧到图像侧的顺序优选包括具有负屈光力且凹面朝向物体侧的透镜、以及至少一个具有正屈光力的透镜。第二透镜组105优选是根据物体距离进行聚焦的聚焦组。

在第一透镜组103在最靠近物体侧不包括具有负屈光力以及凹面朝向物体侧的透镜的情况下，光学***难以具有远心，并且不能获得满足以上表达式(101)的长Fb。此外，在第一透镜组103不是具有负屈光力的透镜和至少一个具有正屈光力的透镜的组合的情况下，不可能在第一透镜组103中获得整体上具有正屈光力的透镜组。

另外，在第二透镜组105不是整体具有正屈光力的透镜组的情况下，无法正确地校正彗差(coma aberration，彗形像差)，因此，无法获得更好的分辨率，并且在第二透镜组105不是聚焦组的情况下，整个光学***已经移动，这使得难以抑制视角的变化。

在这种情况下，优选的是，根据本实施例的成像光学***10满足以下表达式(102)表示的条件，其中，从成像光学***10到分色棱镜光学***20的空气等效光路长度由L[mm]表示。

1.4<L/f<1.8...表达式(102)

由表达式(102)表示的条件表达式是定义成像光学***10的总长度的条件表达式。在由L/f表示的值等于或小于1.4的情况下，必须使透镜变薄等以确保位于成像光学***10的后级的分色棱镜201的尺寸；因此，不仅降低了可制造性，而且可能难以在保持医疗领域的可靠性的同时减小成像光学***10的尺寸。此外，在需要减少透镜数量的情况下，可能难以在要求高分辨率的同时减小成像光学***10的尺寸。相反，在由L/f表示的值是1.8以上的情况下，成像光学***10的总长度变得太长，并且可能难以减小刚性镜光学***1的尺寸。由L/f表示的值更优选为1.5以上及1.7以下，并且还更优选为1.55以上及1.65以下。

此外，在根据本实施例的成像光学***10中，优选的是，第二透镜组105进一步满足以下表达式(103)表示的条件，其中第二透镜组105的焦距由f2[mm]表示。

1.0<f2/f<1.4...表达式(103)

由表达式(103)表示的条件表达式是定义由第二透镜组105实现的聚焦透镜组的焦距f2的条件表达式。在f2/f表示的值为1.0一下的情况下，可以缩短聚焦行程，但是像差校正可能变得不平衡，从成像光学***10实现的光学特性的观点来看，这不是优选的。相反，在由f2/f表示的值是1.4以上的情况下，聚焦行程可能变得太大，并且可能变得难以减小成像光学***10的尺寸。f2/f所表示的值更优选为1.15以上及1.35以下，并且进一步优选为1.2以上及1.3以下。

此外，如图4示意性所示，根据本实施例的成像光学***10优选地按从物体侧到图像侧的顺序在光圈101和第一透镜组103之间还包括具有正屈光力的第三透镜组107和具有负屈光力的第四透镜组109中的至少一者。

在这种情况下，优选的是，第四透镜组109满足以下表达式(104)所表示的条件，其中，成像光学***10中的第四透镜组109的焦距由f4[mm]表示。

-0.80<f4/f<-0.35...表达式(104)

由表达式(104)表示的条件表达式是定义包括在被提供用于实现负屈光力的第四透镜组109中的凹透镜的能力与成像光学***10的整个能力之比的条件表达式。在由f4/f表示的值是-0.35以上的情况下，包括在第四透镜组109中的凹透镜的能力可能变得太强，并且可能难以实现如图4所示透镜组的放置。相反，在由f4/f表示的值是-0.80以下的情况下，第四透镜组109中包括的凹透镜的能力变弱，并且可能难以给出长焦距所需的远心度。由f4/f表示的值更优选为-0.60以上及-0.30以下，并且还更优选为-0.55以上及-0.40以下。

此外，在成像光学***10包括上述第三透镜组107的情况下，优选第三透镜组107还满足以下表达式(105)表示的关系，其中，第三透镜组107中位于最靠近物体侧的透镜的物体侧表面处的曲率半径由R3[mm]表示。

0.85<R3/f...表达式(105)

表达式(105)是定义第三透镜组107的曲率的条件表达式。第三透镜组107的曲率很大程度与成像光学***10整体的球面像差相关，并且作为整体，优选在成像光学***10中尽可能地抑制球面像差。在R3/f所表示的值为0.85以下的情况下，成像光学***10整体的球面像差太大，因此不是优选的。相反，尽管没有具体限定由R3/f表示的值的上限，但是优选将上限设定为小于2.5。在由R3/f表示的值是2.5以上的情况下，可能难以选择玻璃材料以满足第三透镜组107的期望焦距f3。

此外，如图4示意性所示，根据本实施例的成像光学***10还可以包括第五透镜组111，其在第二透镜组105的后级处(进一步为图像侧)具有负屈光力。这样的第五透镜组111的附加设置使得光学***是远摄的，并且使得可以减小整个光学***的尺寸而不增加焦点的行程的尺寸。

此外，根据本实施例的成像光学***10优选地满足由以下表达式(106)表示的条件，其中，成像光学***10的受关注的荧光波长处的焦距由f(NIR)[mm]表示，并且成像光学***10的可见光波长处的焦距由f(V)[mm]表示。

0.0025<(f(NIR)-f(V))/f(V)<0.0060...表达式(106)

由表达式(106)表示的条件表达式是定义在属于可见光波段的光的焦点位置与属于近红外波段的光的焦点位置之间的失准量(即，成像光学***10整体的轴向色差范围)的范围的条件表达式。在焦点位置之间的失准量为0.0025以下的情况下，要求校正从可见光波段到近红外波段的整个波段中的所有色差，因此，可能难以选择玻璃材料。此外，试图实现完全色差校正导致需要选择在医疗领域应用中缺乏可靠性的玻璃材料，这不是优选的。相反，在焦点位置之间的失准量为0.0060以上的情况下，可能不足以校正可见光波段的色差，这不是优选的。焦点位置之间的失准量更优选为0.0030以上及0.0055以下，并且更进一步优选为0.0040以上及0.0050以下。

应注意，除上述以外每个透镜组的各种透镜特性没有具体限制，并且可以在上述条件表达式内适当地设置，以便满足成像光学***10整体上期望的条件表达式。

此外，对于根据本实施例的成像光学***10中包括的每个透镜的玻璃材料，可以使用任何玻璃材料，只要它是在医疗领域应用中具有高可靠性的玻璃材料即可，并且没有具体限制。但是，优选不使用温度变化大且容易刮擦的软质玻璃材料，或者具有高折射率不易透过低波长的光并且成像时对色彩再现有影响的玻璃材料。

上面已经详细描述了根据本实施例的成像光学***10。

具有上述配置的根据本实施例的刚性镜光学***1能够在确保装置可靠性的同时实现尺寸的减小，并且能够实现要获得的捕获图像的进一步分辨率。

[关于成像装置]

通过使用上述的刚性镜光学***1，可以实现适用于各种内窥镜***(例如，刚性内窥镜***)的成像装置(具体地，相机头单元(CHU))。

[关于内窥镜***]

接下来，将参照图5和图6简要描述应用了根据本实施例的刚性镜光学***1的内窥镜***。图5是示意性地示出根据本实施例的内窥镜***的整体结构的说明图，以及图6是示出根据本实施例的内窥镜***包括的CCU的硬件结构的示例框图。

如上所述，可以通过组合刚性镜光学***1(更具体地，包括刚性镜光学***1的成像装置)和内窥镜单元(例如，刚性镜单元)来构造内窥镜***。

如图5示意性所示，内窥镜***500至少包括刚性镜单元501、具有刚性镜光学***1的成像单元503、可见光成像装置3和根据本实施例的荧光成像装置4、对成像单元503具有的功能执行整体控制的相机控制单元(CCU)505、以及显示装置507。

这里，由于包括上述刚性镜光学***1，所以包括刚性镜光学***1的成像单元503具有与由刚性镜光学***1实现的效果相似的效果，因此，下面将省略其详细描述。

作为内窥镜单元的示例的刚性镜单元501从物体侧(成像目标侧)的顺序包括物镜(未示出)、多个中继透镜(未示出)和目镜(未示出)。物镜形成成像目标的空中图像(aerialimage，虚像)，并且中继透镜对所形成的空中图像以单位放大多倍，执行中继图像形成。此后，目镜在最后的空中图像上进行无焦点图像形成，这使得可以用裸眼观察该空中图像。

在成像单元503中生成的捕获图像(可见光图像和荧光图像)被输出到CCU 505，并且由CCU 505叠加图像以例如生成叠加图像。在CCU 505的控制下，将捕获可见光图像和荧光图像以及所生成的叠加图像显示在显示装置507上。

这里，CCU 505和显示装置507不受具体限制，并且可以适当地使用已知的CCU和已知的显示装置。

[关于CCU 505的硬件配置]

接下来，参考图6，将详细描述根据本公开的实施例的CCU 505的硬件配置。

主要包括CPU 901、ROM 903和RAM 905。此外，CCU 505还包括主机总线907、桥接器909、外部总线911、接口913、输入装置915、输出装置917、存储装置919、驱动器921、连接端口923和通信装置925。

CPU 901用作算术处理单元和控制单元，并且根据记录在ROM 903、RAM 905、存储装置919或可移动记录介质927中的各种程序，控制CCU505中的整体操作或部分操作。ROM903存储将由CPU 901使用的程序、算术参数等。RAM 905主要存储要由CPU 901使用的程序、在执行该程序时适当地变化的参数等。这些经由包括诸如CPU总线的内部总线的主机总线907彼此耦接。

主机总线907经由桥接器909耦接到诸如PCI(***组件互连/接口)总线的外部总线911。

输入装置915是由用户操纵的操纵单元，诸如鼠标、键盘、触摸板、按钮、开关、控制杆等。此外，输入装置915可以是例如使用红外光线或其他无线电波的遥控单元(所谓的遥控器)，或者可以是外部连接装置929，例如与CCU 505的操作兼容的移动电话或PDA。此外，输入装置915包括例如输入控制电路，该输入控制电路基于用户使用上述操纵单元输入的信息来生成输入信号，并将该输入信号输出至CPU 901。CCU 505的用户能够通过操作输入装置915向CCU 505输入各种类型的数据，或向CCU505提供有关处理操作的指令。

输出装置917包括能够以视觉或听觉方式向用户通知所获取的信息的装置。这种装置的示例包括诸如CRT显示装置、液晶显示装置、等离子显示装置、EL显示装置的显示装置、和灯、诸如扬声器或耳机的音频输出装置、打印机装置、手机、传真机等。输出装置917输出例如通过CCU505执行的各种处理获得的结果。具体地，显示装置将通过CCU 505执行的各种处理获得的结果显示为文本或图像。同时，音频输出装置将包括再现的音频数据、声学数据等的音频信号转换为模拟信号，并输出该模拟信号。

存储装置919是被配置为CCU 505的存储装置示例的用于存储数据的装置。存储装置919包括例如诸如HDD(硬盘驱动器)的磁存储装置、半导体存储装置、光学存储装置、磁光存储装置等。存储装置919存储要由CPU 901执行的程序、各种数据以及从外部获取的各种数据。

驱动器921是用于记录介质的读取器/写入器，并且内置在CCU 505中或从外部连接到CCU 505。驱动器921读取记录在诸如磁盘、光盘、磁光盘或半导体存储器的可移动记录介质927上的信息，并将读取信息输出至RAM 905。另外，驱动器921还能够将记录写到可移动记录介质927(例如磁盘、光盘、磁光盘或安装在驱动器921上的半导体存储器)。可移动记录介质927可以是例如DVD介质、HD-DVD介质、蓝光(注册商标)介质等。此外，可移动记录介质927可以是紧凑型闪存(注册商标)(紧凑型闪存：CF)、闪存、SD存储卡(安全数字存储卡)等。可移动记录介质927可以是例如安装有非接触型IC芯片的IC卡(集成电路卡)、电子装置等。

连接端口923用于将装置直接耦接到CCU 505。连接端口923的示例包括USB(通用串行总线)端口、IEEE1394端口、SCSI(小型计算机***接口)端口等。连接端口923的其他示例包括RS-232C端口、光学音频端子、HDMI(高清晰度多媒体接口)端口等。通过将外部连接装置929耦接到连接端口923，CCU 505直接从外部连接装置929获取各种类型的数据，或者向外部连接装置929提供各种类型的数据。

例如，通信装置925是通信接口，其包括要耦接到通信网络931的通信装置。例如，通信装置925可以是用于有线或无线LAN(局域网)、蓝牙(注册商标)或WUSB(无线USB)的通信卡等。此外，通信装置925可以是用于光通信的路由器、用于ADSL(非对称数字用户线)的路由器或用于各种类型的通信的调制解调器。通信装置925能够根据例如TCP/IP的预定协议向互联网或另一通信装置发送信号等，以及从互联网或另一通信装置接收信号等。此外，耦接到通信装置925的通信网络931包括经由有线或无线电耦接的网络等，并且可以是例如互联网、家庭LAN、红外通信、无线电波通信、卫星通信等。

上面已经描述了能够实现根据本公开的实施例的CCU 505的功能的硬件配置的示例。可以使用通用构件来配置上述每个组件，或者可以通过专用于每个组件的功能的硬件来配置上述每个组件。因此，在执行本实施例时，将根据技术水平适当地改变要使用的硬件配置。

参照图5和图6，已经简要描述了使用根据本实施例的刚性镜光学***1的内窥镜***500。

[示例]

在下文中，将参照以下示例具体描述根据本公开的包括在刚性镜光学***中的成像光学***。应注意，以下示例仅是根据本公开的刚性镜光学***中包括的成像光学***的示例，并且根据本公开的成像光学***不限于以下所示的示例。

在以下示例中，分别使用图7A所示的示例1的成像光学***10，图7B所示的示例2的成像光学***10，图7C所示的示例3的成像光学***10，图7D所示的示例4的成像光学***10和图7E所示的示例5的成像光学***10，并且使用市售的透镜设计应用程序(Synopsys公司制造的代码V)，以对每个成像光学***10的光学特性进行模拟。

这里，在下面的图7A至图7E的每一个中，由于进行模拟的条件设置的必要性，由标记A表示的部分对应于设置了与根据本公开的分色棱镜201(例如，图3所示的分色棱镜201)相对应的透镜构造的部分。

此外，图7A至图7C所示的示例1至示例3分别是包括第一透镜组至第四透镜组的成像光学***10的示例，图7D所示的示例4是包括第一透镜组至第三透镜组和第五透镜组的成像光学***10的示例，以及图7E所示的示例5是包括第一透镜组至第三透镜组的成像光学***10的示例。

在下文中，将详细描述每个示例的设置条件和所获得的模拟结果。

[示例1]

图7A所示的示例1的成像光学***10是通过包括三个透镜的第一透镜组以及每个包括一个透镜的第二透镜组至第四透镜组实现的成像光学***。

这里，各个透镜的透镜参数如以下表1所示。

[表格1]

表1

此外，通过这样的透镜组获得的表达式(101)至表达式(106)的各个参数的值如以下表2所示。

[表2]

表2

此外，在图8A至图8C中示出了获得的像差图。图8A是示例1的成像光学***10的可见光波段中的纵向像差(longitudinal aberration)图，图8B是示例1的成像光学***10的可见光波段中的横向像差(lateral aberration)图，以及图8C是示出了可见光波段的纵向像差和荧光波段的纵向像差的纵向像差图。此外，图8A和图8C分别从左侧起以该顺序示出了球面像差、场曲率和畸变像差。

从图8A至图8C所示的像差图中可以清楚地看到，根据本实施例的条件表达式(101)至条件表达式(106)均被满足，并且因此，可以理解，示例1的成像光学***10表现出优异的球面像差、场曲率、畸变像差的特性(图8A和图8C)，并且还表现出彗差的优良特性(图8B)。

[示例2]

图7B所示的示例2的成像光学***10是通过包括两个透镜的第一透镜组以及每个包括一个透镜的第二透镜组至第四透镜组实现的成像光学***。

这里，各个透镜的透镜参数如以下表3所示。

[表3]

表3

此外，由这样的透镜组获得的表达式(101)至表达式(106)的各个参数的值如以下表4所示。

[表4]

表4

此外，在图9A至图9C中示出了获得的像差图。图9A是示例2的成像光学***10的可见光波段中的纵向像差图，图9B是示例2的成像光学***10的可见光波段中的横向像差图，以及图9C是示出可见光波段的纵向像差和荧光波段的纵向像差的纵向像差图。此外，图9A和图9C分别从左侧起以该顺序示出了球面像差、场曲率和畸变像差。

从图9A至图9C所示的像差图中可以清楚地看到，根据本实施例的条件表达式(101)至条件表达式(106)均被满足，并且因此，可以理解，示例2的成像光学***10表现出优异的球面像差、场曲率、畸变像差的特性(图9A和图9C)，并且还表现出彗差的优良特性(图9B)。然而，可以理解，与图8A至图8C所示的示例1的结果相比，彗差和场曲率变差，这是因为第一透镜组103中包括的透镜的数量少了一个。

[示例3]

图7C所示的示例3的成像光学***10是通过包括三个透镜的第一透镜组和分别包括一个透镜的第二透镜组和第三透镜组以及包括两个透镜的第四透镜组实现的成像光学***。

这里，各个透镜的透镜参数如以下表5所示。

[表5]

表5

此外，由这样的透镜组获得的表达式(101)至表达式(106)的各个参数的值如以下表6所示。应注意，在该示例中，无法定义焦距f4，并且不满足由表达式(104)表示的条件。

[表6]

表6

在图10A至图10C中示出了获得的像差图。图10A是示例3的成像光学***10的可见光波段中的纵向像差图，图10B是示例3的成像光学***10的可见光波段中的横向像差图，以及图10C是示出了可见光波段的纵向像差和荧光波段的纵向像差的纵向像差图。此外，图10A和图10C分布从左侧起按顺序示出球面像差、场曲率和畸变像差。

从图10A至图10C所示的像差图中可以清楚地看到，根据本实施例的条件表达式(101)至条件表达式(106)均被满足，并且因此，可以理解，示例3的成像光学***10表现出优异的球面像差、场曲率、畸变像差的特性(图10A和图10C)，并且还表现出彗差的优良特性(图10B)。

应注意，示例3是入瞳直径增大并且F-值减小的示例。F-值的减少使得可以增加分辨率极限，并且这是在将来需要高分辨率的情况下的有效示例。

[示例4]

图7D所示的示例4的成像光学***10是通过包括两个透镜的第一透镜组、分别包括一个透镜的第二透镜组和第三透镜组以及包括一个透镜的第五透镜组实现的成像光学***。

这里，各个透镜的透镜参数如以下表7所示。

[表7]

表7

此外，由这样的透镜组获得的表达式(101)至表达式(106)的各个参数的值如以下表8所示。应注意，在该示例中，焦距f4如下面的表10中所定义，结果，不满足由表达式(104)表示的条件。

[表8]

表8

在图11A至图11C中示出了获得的像差图。图11A是示例4的成像光学***10的可见光波段中的纵向像差图，图11B是示例4的成像光学***10的可见光波段中的横向像差图，以及图11C是示出了可见光波段的纵向像差和荧光波段的纵向像差的纵向像差图。此外，图11A和图11C分布从左侧起以顺序示出了球面像差、场曲率和畸变像差。

从图11A至图11C所示的像差图中可以清楚地看到，根据本实施例的条件表达式(101)至条件表达式(103)和条件表达式(105)至条件表达式(106)均被满足，并且因此，可以理解，示例4的成像光学***10表现出优异的球面像差、场曲率、畸变像差的特性(图11A和图11C)，并且还表现出彗差的优良特性(图11B)。

应当注意，示例4是入瞳直径减小并且相容性仅限于具有相对较小直径的刚性镜的示例。对兼容的刚性镜的限制降低了设计难度，并且在减少透镜数量的同时使像差校正更容易。

[示例5]

图7E所示的示例5的成像光学***10是通过包括两个透镜的第一透镜组以及分别包括一个透镜的第二透镜组和第三透镜组实现的成像光学***。

这里，各个透镜的透镜参数如以下表9所示。

[表9]

圭9

此外，通过这样的透镜组获得的表达式(101)至表达式(106)的各个参数的值如以下表10所示。应注意，在该示例中，从成像光学***10到分色棱镜光学***的空气等效光路长度L如表10中所定义，结果，不满足表达式(102)表示的条件。另外，在该示例中，焦距f4如下表10中所定义，结果，不满足由表达式(104)表示的条件。

[表10]

表10

在图12A至图12C中示出了获得的像差图。图12A是示例5的成像光学***10的可见光波段中的纵向像差图，图12B是示例5的成像光学***10的可见光波段中的横向像差图，以及图12C是示出了可见光波段的纵向像差和荧光波段的纵向像差的纵向像差图。此外，图12A和图12C分别从左侧起按顺序示出了球面像差、场曲率和畸变像差。

从图12A至图12C所示的像差图中可以清楚地看到，根据本实施例的条件表达式(101)至条件表达式(103)和条件表达式(105)至条件表达式(106)均被满足，并且因此，可以理解，示例5的成像光学***10表现出优异的球面像差、场曲率、畸变像差的特性(图12A和图12C)，并且还表现出彗差的优良特性(图12B)。

应注意，这样的示例是成像装置的尺寸增加的情况。尽管入瞳直径与示例1等相同，但是为了获得相同的视角而增加焦距使得可以增加F数。因此，几乎不会发生球面像差，并且可以用较少的透镜来实现设计。

上面已经参考附图详细描述了本公开的优选实施例，但是本公开的技术范围不限于这样的实施例。显而易见的是，本公开领域的普通技术人员可以在所附权利要求书中描述的技术思想的范围内进行各种变更和修改，并且应当理解，这样的改变和修改自然落入本公开的技术范围内。

此外，本文描述的效果仅是说明性和示例性的，而不是限制性的。即，根据本公开的技术除了上述效果或代替上述效果之外，还可以发挥根据本说明书本领域技术人员显而易见的其他效果。

要注意的是，以下配置也属于本公开的技术范围。

(1)

一种刚性镜光学***，包括：

成像光学***，使得在预定成像装置中形成每个波段中的图像，波段包括可见光波段和属于近红外光波段的荧光波段；以及

具有分色膜的分色棱镜光学***，该***将要由成像光学***成像的光的光路分成可见光波段的光路和荧光波段的光路，其中

成像光学***使相应的图像形成在荧光成像装置和可见光成像装置中，荧光成像装置和可见光成像装置被布置为使由成像光学***造成的荧光成像位置和可见光成像位置之间的失准量对应于荧光的光路长度和可见光的光路长度之间的差，荧光和可见光通过分色棱镜光学***形成相应的图像，以及，

其中，成像光学***的焦距由f[mm]表示，并且从成像光学***到成像装置的空气等效光路长度由Fb[mm]表示，成像光学***具有满足以下表达式(1)表示的条件的焦距和空气等效光路长度，

Fb/f>0.72...表达式(1)。

(2)

根据(1)的刚性镜光学***，其中

成像光学***按从物体侧到图像侧的顺序包括：

至少一个光圈，具有正屈光力的第一透镜组和具有正屈光力的第二透镜组，

第一透镜组按从物体侧到图像侧的顺序包括具有负屈光力且凹面朝向物体侧的透镜以及至少一个具有正屈光力的透镜，

第二透镜组是根据物体距离进行聚焦的聚焦组，以及

成像光学***满足以下表达式(2)所表示的条件，其中，从成像光学***到分色棱镜光学***的空气等效光路长度由L[mm]表示，

1.4<L/f<1.8...表达式(2)。

(3)

根据(2)的刚性镜光学***，其中

成像光学***在光圈和第一透镜组之间按从物体侧到图像侧的顺序还包括：具有正屈光力的第三透镜组和具有负屈光力的第四透镜组中的至少一者，以及

第四透镜组满足以下表达式(3)所表示的条件，其中，在成像光学***中第四透镜组的焦距由f4[mm]表示，

-0.80<f4/f<-0.35...表达式(3)。

(4)

根据(3)的刚性镜光学***，其中

成像光学***包括第三透镜组，以及

第二透镜组进一步满足以下表达式(4)所示的关系，其中，第三透镜组中位于最靠近物体侧的透镜的物体侧表面的曲率半径由R3[mm]表示，

0.85<R3/f...表达式(4)。

(5)

根据(2)至(4)中任一项的刚性镜光学***，其中

成像光学***中的第二透镜组进一步满足以下表达式(5)表示的条件，其中，第二透镜组的焦距由f2[mm]表示，

1.0<f2/f<1.4...表达式(5)。

(6)

根据(2)至(5)中的任一项的刚性镜光学***，其中，成像光学***还包括在第二透镜组的后级处具有负屈光力的第五透镜组。

(7)

根据(1)至(6)中任一项的刚性镜光学***，其中，成像光学***满足以下表达式(6)表示的条件，其中，成像光学***在荧光波长处的焦距由f(NIR)[mm]表示，并且成像光学***在可见光波长处的焦距由f(V)[mm]表示，

0.0025<(f(NIR)-f(V))/f(V)<0.0060...表达式(6)。

(8)

根据(7)的刚性镜光学***，其中

可见光成像装置固定在成像光学***的成像表面上的位置处，并且

荧光成像装置固定在光路差满足表达式(6)的位置处。

(9)

根据(7)的刚性镜光学***，其中

可见光成像装置固定在成像光学***的成像表面上的位置处，

荧光成像装置被设置为允许与分色棱镜光学***的间隔距离可变，并且

刚性镜光学***还包括荧光图像聚焦机构，该机构改变光路差以满足表达式(6)。

(10)

根据(1)至(9)中任一项的刚性镜光学***，其中，分色棱镜光学***包括：

包括分色膜的分色棱镜，以及

带通滤光器，设置在分色棱镜与荧光成像装置之间，带通滤光器具有与光轴垂直的入射面。

(11)

根据(10)的刚性镜光学***，其中

分色膜在780nm至880nm的波段内的透射率为90％以上，并且在400nm至720nm的波段内的透射率为10％以下，并且

带通滤光器在813nm至850nm的波段内的透射率为90％以上，并且在350nm至805nm的波段内的透射率为10％以下。

(12)

一种包括刚性镜光学***的成像装置，该刚性镜光学***包括

成像光学***，使得在预定成像装置中形成每个波段中的图像，波段包括可见光波段和属于近红外光波段的荧光波段，

具有分色膜的分色棱镜光学***，该***将要由成像光学***成像的光的光路分成可见光波段的光路和荧光波段的光路，

可见光成像装置，形成可见光波段的图像，以及

荧光成像装置，形成荧光波段的图像，其中

可见光成像装置和荧光成像装置被布置为使可见光波段的光路长度和荧光波段的光路长度之间的光路差对应于由成像光学***造成的荧光成像位置和可见光成像位置之间的失准量，可见光通过分色棱镜光学***在可见光成像装置中形成图像，荧光通过分色棱镜光学***在荧光成像装置中形成图像，以及，

其中，成像光学***的焦距由f[mm]表示，并且从成像光学***到成像装置的空气等效光路长度由Fb[mm]表示，成像光学***具有满足以下表达式(1)表示的条件的焦距和空气等效光路长度，

Fb/f>0.72...表达式(1)。

(13)

一种内窥镜单元包括：

刚性镜单元，生成属于近红外光波段的荧光波段的预定成像目标的图像和可见光波段的预定成像目标的图像；

成像单元，包括耦接到刚性镜单元的刚性镜光学***，形成可见光波段的图像的可见光成像装置，以及形成荧光波段的图像的荧光成像装置，并生成荧光波段的成像目标的捕获图像和可见光波段的成像目标的捕获图像，其中

刚性镜光学***包括：

成像光学***，使得在预定成像装置中形成荧光波段和可见光波段中的每一个中的图像，以及

具有分色膜的分色棱镜光学***，该***将要由成像光学***成像的光的光路分成可见光波段的光路和荧光波段的光路，

设置可见光成像装置和荧光成像装置，以使可见光波段的光路长度和荧光波段的光路长度之间的光路差对应于由成像光学***造成的荧光成像位置和可见光成像位置之间的失准量，可见光通过分色棱镜光学***在可见光成像装置中形成图像，荧光通过分色棱镜光学***在荧光成像装置中形成图像，以及，

其中，成像光学***的焦距由f[mm]表示，并且从成像光学***到成像装置的空气等效光路长度由Fb[mm]表示，成像光学***具有满足以下表达式(1)表示的条件的焦距和空气等效光路长度，

Fb/f>0.72...表达式(1)。

参考标记列表

1 刚性镜光学***

3 可见光成像装置

4 荧光成像装置

10 成像光学***

20 分色棱镜光学***

30 荧光图像聚焦机构

101 光圈

103 第一透镜组

105 第二透镜组

107 第三透镜组

109 第四透镜组

111 第五透镜组

201 分色棱镜

203 分色膜

211 第一棱镜

213 第二棱镜

215 窄带带通滤光器

217 红外截止滤光器

500 内窥镜***

501 刚性镜单元

503 成像单元

505 CCU

507 显示装置。

Claims (12)

1.一种刚性镜光学***，包括：

成像光学***，使得在预定成像装置中形成每个波段中的图像，所述波段包括可见光波段和属于近红外光波段的荧光波段；以及

具有分色膜的分色棱镜光学***，所述分色棱镜光学***将要由所述成像光学***成像的光的光路分成所述可见光波段的光路和所述荧光波段的光路，其中

所述成像光学***使相应的图像形成在荧光成像装置和可见光成像装置中，所述荧光成像装置和所述可见光成像装置被布置为使由所述成像光学***引起的荧光成像位置和可见光成像位置之间的失准量对应于荧光的光路长度和可见光的光路长度之间的差，所述荧光和所述可见光通过所述分色棱镜光学***形成所述相应的图像，以及，

其中，所述成像光学***的焦距由f[mm]表示，并且从所述成像光学***到成像装置的空气等效光路长度由Fb[mm]表示，所述成像光学***具有满足以下表达式(1)表示的条件的所述焦距和所述空气等效光路长度，

Fb/f>0.72...表达式(1)，其中，

所述成像光学***从物体侧到图像侧依次至少包括：

光圈、具有正屈光力的第一透镜组和具有正屈光力的第二透镜组，

所述第一透镜组从所述物体侧到所述图像侧依次包括：具有负屈光力且凹面朝向所述物体侧的透镜、以及至少一个具有正屈光力的透镜，

所述第二透镜组是根据物体距离进行聚焦的聚焦组，以及

所述成像光学***满足以下表达式(2)表示的条件，其中，从所述成像光学***到所述分色棱镜光学***的空气等效光路长度由L[mm]表示，

1.4<L/f<1.8...表达式(2)。

2.根据权利要求1所述的刚性镜光学***，其中，

所述成像光学***在所述光圈和所述第一透镜组之间从所述物体侧到所述图像侧依次还包括：具有正屈光力的第三透镜组和具有负屈光力的第四透镜组中的至少一者，以及

所述第四透镜组满足以下表达式(3)表示的条件，其中，所述成像光学***中所述第四透镜组的焦距由f4[mm]表示，

-0.80<f4/f<-0.35...表达式(3)。

3.根据权利要求2所述的刚性镜光学***，其中，

所述成像光学***包括所述第三透镜组，以及

所述第三透镜组还满足以下表达式(4)表示的关系，其中，所述第三透镜组中位于最靠近所述物体侧的透镜的物体侧表面的曲率半径由R3[mm]表示，

0.85<R3/f...表达式(4)。

4.根据权利要求1所述的刚性镜光学***，其中，

所述成像光学***中的所述第二透镜组还满足以下表达式(5)表示的条件，其中，所述第二透镜组的焦距由f2[mm]表示，

1.0<f2/f<1.4...表达式(5)。

5.根据权利要求1所述的刚性镜光学***，其中，所述成像光学***还包括在所述第二透镜组的后级处具有负屈光力的第五透镜组。

6.根据权利要求1所述的刚性镜光学***，其中，所述成像光学***满足以下表达式(6)表示的条件，其中，所述成像光学***的荧光波长处的焦距由f(NIR)[mm]表示，并且所述成像光学***在可见光波长处的焦距由f(V)[mm]表示，

0.0025<(f(NIR)-f(V))/f(V)<0.0060...表达式(6)。

7.根据权利要求6所述的刚性镜光学***，其中，

所述可见光成像装置固定在所述成像光学***的成像表面上的位置处，并且

所述荧光成像装置固定在光路差满足所述表达式(6)的位置处。

8.根据权利要求6所述的刚性镜光学***，其中，

所述可见光成像装置固定在所述成像光学***的成像表面上的位置处，

所述荧光成像装置被设置为允许与所述分色棱镜光学***的间隔距离变化，并且

所述刚性镜光学***还包括荧光图像聚焦机构，所述荧光图像聚焦机构改变光路差以满足所述表达式(6)。

9.根据权利要求1所述的刚性镜光学***，其中，所述分色棱镜光学***包括：

包括所述分色膜的分色棱镜，以及

带通滤光器，设置在所述分色棱镜与所述荧光成像装置之间，所述带通滤光器具有与光轴垂直的入射面。

10.根据权利要求9所述的刚性镜光学***，其中，

所述分色膜在780nm至880nm的波段内的透射率为90％以上，并且在400nm至720nm的波段内的透射率为10％以下，并且

所述带通滤光器在813nm至850nm的波段内的透射率为90％以上，并且在350nm至805nm的波段内的透射率为10％以下。

11.一种包括刚性镜光学***的成像装置，所述刚性镜光学***包括：

成像光学***，在预定成像装置中形成每个波段中的图像，所述波段包括可见光波段和属于近红外光波段的荧光波段，

具有分色膜的分色棱镜光学***，所述分色棱镜光学***将要由所述成像光学***成像的光的光路分成所述可见光波段的光路和所述荧光波段的光路，

可见光成像装置，形成所述可见光波段的图像，以及

荧光成像装置，形成所述荧光波段的图像，其中

所述可见光成像装置和所述荧光成像装置被布置为使可见光的光路的光路长度和荧光的光路的光路长度之间的光路差对应于由所述成像光学***引起的荧光成像位置和可见光成像位置之间的失准量，所述可见光通过所述分色棱镜光学***在所述可见光成像装置中形成图像，所述荧光通过所述分色棱镜光学***在所述荧光成像装置中形成图像，以及，

其中，所述成像光学***的焦距由f[mm]表示，并且从所述成像光学***到成像装置的空气等效光路长度由Fb[mm]表示，所述成像光学***具有满足以下表达式(1)表示的条件的所述焦距和所述空气等效光路长度，

Fb/f>0.72...表达式(1)，

其中，

所述成像光学***从物体侧到图像侧依次至少包括：

光圈、具有正屈光力的第一透镜组和具有正屈光力的第二透镜组，

所述第一透镜组从所述物体侧到所述图像侧依次包括：具有负屈光力且凹面朝向所述物体侧的透镜、以及至少一个具有正屈光力的透镜，

所述第二透镜组是根据物体距离进行聚焦的聚焦组，以及

所述成像光学***满足以下表达式(2)表示的条件，其中，从所述成像光学***到所述分色棱镜光学***的空气等效光路长度由L[mm]表示，

1.4<L/f<1.8...表达式(2)。

12.一种内窥镜单元，包括：

刚性镜单元，生成属于近红外光波段的荧光波段的预定成像目标的图像和属于可见光波段的所述预定成像目标的图像；

成像单元，包括耦接到所述刚性镜单元的刚性镜光学***、形成所述可见光波段的图像的可见光成像装置、以及形成所述荧光波段的图像的荧光成像装置，并且所述成像单元生成所述荧光波段的所述预定成像目标的捕获图像和所述可见光波段的所述预定成像目标的捕获图像，其中

所述刚性镜光学***包括：

成像光学***，在预定成像装置中形成所述荧光波段和所述可见光波段的每一者中的图像，以及

具有分色膜的分色棱镜光学***，所述分色棱镜光学***将要由所述成像光学***成像的光的光路分成所述可见光波段的光路和所述荧光波段的光路，

所述可见光成像装置和所述荧光成像装置被布置为使可见光的光路的光路长度和荧光的光路的光路长度之间的光路差对应于由所述成像光学***引起的荧光成像位置和可见光成像位置之间的失准量，所述可见光通过所述分色棱镜光学***在所述可见光成像装置中形成图像，所述荧光通过所述分色棱镜光学***在所述荧光成像装置中形成图像，以及，

其中，所述成像光学***的焦距由f[mm]表示，并且从所述成像光学***到成像装置的空气等效光路长度由Fb[mm]表示，所述成像光学***具有满足以下表达式(1)表示的条件的所述焦距和所述空气等效光路长度，

Fb/f>0.72...表达式(1)，

其中，

所述成像光学***从物体侧到图像侧依次至少包括：

光圈、具有正屈光力的第一透镜组和具有正屈光力的第二透镜组，

所述第一透镜组从所述物体侧到所述图像侧依次包括：具有负屈光力且凹面朝向所述物体侧的透镜、以及至少一个具有正屈光力的透镜，

所述第二透镜组是根据物体距离进行聚焦的聚焦组，以及

所述成像光学***满足以下表达式(2)表示的条件，其中，从所述成像光学***到所述分色棱镜光学***的空气等效光路长度由L[mm]表示，

1.4<L/f<1.8...表达式(2)。

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