WO2012169369A1 - 光学ユニットおよび内視鏡 - Google Patents

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裕二 加茂
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オリンパスメディカルシステムズ株式会社
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    • G02B5/208—Filters for use with infrared or ultraviolet radiation, e.g. for separating visible light from infrared and/or ultraviolet radiation

Definitions

  • the present invention relates to an optical unit and an endoscope having the optical unit.
  • Endoscope is used for observation inside the subject that cannot be observed from the outside.
  • a CCD Charge-Coupled Device
  • an optical unit imaging optical system
  • the CCD has a relatively high sensitivity to infrared light
  • an optical unit having an infrared light cut filter is used to perform proper color reproduction.
  • endoscopes are used not only for observation but also for treatment.
  • the affected part is excised with a laser.
  • the reflected light from the treatment site is so strong that it cannot be cut sufficiently with the infrared light cut filter, and the observation screen becomes extremely bright, making it difficult to observe the subject image. May be.
  • a laser light cut filter for cutting (blocking) the therapeutic laser light is arranged in the optical unit.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-93198 discloses generation of a periodic pattern ghost caused by a plurality of light receiving elements constituting an imaging element being arranged in a predetermined periodic pattern in a general video camera or the like. In order to reduce this, it is disclosed to use an optical system (optical unit) having a predetermined specification.
  • An object of the present invention is to provide an optical unit that reduces the occurrence of a periodic pattern ghost and an endoscope having the lens unit.
  • the optical unit of the embodiment is provided with a plurality of lenses that form a subject image on an image plane that is a light receiving surface of a solid-state imaging device, an aperture stop, and the image plane side of the aperture stop.
  • the distance ⁇ d between the paraxial imaging position of the ghost optical path that is reflected by the image plane and then reflected by the coating surface and reaches the image plane again satisfies the formula (1).
  • An endoscope includes the optical unit, a solid-state imaging device, and an illumination optical system.
  • the endoscope 30 constitutes an endoscope system 40 together with a light source device 41 and a processor 42.
  • the endoscope 30 has an insertion portion 31 that is inserted into the body of a subject.
  • the light source device 41 generates illumination light that illuminates the inside of the body.
  • the processor 42 performs various kinds of signal processing and controls the endoscope system 40.
  • a light guide fiber 45 that guides illumination light from the light source device 41 to the distal end portion 32 is inserted into the insertion portion 31 of the endoscope 30 to illuminate the inside of the body via the illumination optical system 46.
  • the illumination optical system 46 shows only the object side lens.
  • the processor 42 can be used as an endoscope system suitable for the purpose by combining with various endoscopes and various light source devices. Furthermore, the endoscope system 40 includes a monitor 43 that displays an endoscopic image and the like, and an input unit 44 such as a keyboard that is set by an operator.
  • the endoscope 30 includes a CCD 33 that is a solid-state imaging device that captures a color endoscope image at a distal end portion 32 of an insertion unit 31 connected to an operation unit 37, a preprocess (P / P) unit 34, an A This is an electronic endoscope having a / D conversion unit 35 and a parallel / serial conversion (P / S) unit 36.
  • An optical unit 10 that is an imaging optical system for forming an optical image and a CCD 33 that captures the inside of the subject's body are disposed at the distal end portion 32, and an endoscopic image captured by the CCD 33 is converted into a digital signal. To the processor 42.
  • the CCD 33 has a light receiving surface (image surface) in which light receiving elements corresponding to the number of pixels are arranged in a matrix (vertical / horizontal) at a predetermined pitch (pixel pitch) p.
  • the optical unit 10 includes, in order from the object side, a front lens group LF (a plano-concave first negative lens L1, a biconvex second positive lens L2), and an aperture stop BI. , A rear lens group LB which is a positive lens group (a biconvex third positive lens L3, a fourth negative lens L4 convex to the image surface side), an infrared absorption filter F, a cover glass G1, and a CCD cover glass G2. And having. The third positive lens L3 and the fourth negative lens L4, and the cover glass G1 and the CCD cover glass G2 are respectively joined.
  • FI1 is a flare stop.
  • the infrared absorption filter F is a parallel plate optical member that absorbs and cuts light in the infrared region. Further, a YAG laser cut film (coating) FA is disposed on the object side of the infrared absorption filter F, and an LD laser cut film (coating) FB is disposed on the image plane side.
  • the YAG laser cut film FA and the LD laser cut film FB are multilayer interference films that transmit visible light and cut off specific wavelength light, that is, specific laser light outside the visible light.
  • the YAG laser cut film FA cuts YAG laser light (wavelength 1060 nm) incident on the CCD 33 when treatment is performed with a YAG laser.
  • the LD laser cut film FB cuts LD laser light (wavelength 810 nm) incident on the CCD 33 when treatment is performed with an LD laser.
  • Each of the YAG laser cut film FA and the LD laser cut film FB has a multilayer structure, and the transmittance in a predetermined wavelength region is low due to the light interference effect, but on the other hand, the reflection of light of other wavelengths is reflected. Due to the high rate, strong reflection occurs on the coating surface.
  • a part of the light incident on the CCD 33 is reflected by the light receiving surface (image surface). Since a plurality of light receiving elements are regularly arranged in a two-dimensional manner on the light receiving surface of the CCD 33, the reflected light is two-dimensionally expressed as a first-order light, a second-order light,. A plurality of specific directions result in bright diffracted light. When this diffracted light is reflected again on the coating surface and enters the CCD 33, a periodic pattern ghost is generated.
  • the optical unit 10 since the diffracted light from the CCD 33 is strongly reflected by the laser cut films FA and FB having high reflectivity in the visible light region, the optical unit 10 has a periodic pattern in which a plurality of circular ghosts are regularly arranged in the vertical and horizontal directions. ghost is likely to occur.
  • the reason why the individual ghost shapes constituting the periodic pattern ghost are circular is that the shape of the aperture stop BI is imaged. That is, a periodic pattern ghost is generated by the positional relationship between the aperture stop BI, the light receiving surface (image surface) of the CCD 33, and the coating surface of the laser cut film. In other words, with the aperture stop BI as an object point, a periodic pattern is formed by the imaging relationship of a ghost optical path in which light rays emitted from the aperture stop BI are reflected on the image plane and then reflected on the coating surface and reach the image plane again. A ghost occurs.
  • the light beam emitted from the aperture stop BI is reflected by the image surface of the CCD 33, and further reflected by the coating surface (YAG laser cut film FA and LD laser cut film FB), and again the image surface.
  • the amount of light in the ghost optical path that reaches is likely to increase.
  • the periodic pattern ghost is not only a sense of incongruity for the user compared with a normal ghost or flare, but also occurs in a relatively wide range, which causes a problem in observation.
  • the periodic pattern ghost is simply referred to as a ghost.
  • the optical unit 10 of the endoscope 30 unlike a general video camera or the like, strong light is often generated on the imaging screen, that is, strong light is often incident on the image plane of the CCD 33.
  • the optical unit 10 has the illumination optical system 46 for illuminating the inside of the body cavity.
  • strong light is generated on the screen. That is, since the endoscope 30 has the illumination optical system 46, strong light is likely to enter the optical unit 10.
  • r is the radius of curvature of each surface
  • d is the thickness or air spacing of each optical member
  • n is the refractive index of each optical member at the e-line
  • ⁇ is the Abbe number of each optical member at the e-line
  • FNO is F number is shown.
  • the unit of r and d is mm.
  • FNO 7.794, half angle of view is 81.27 degrees, maximum image height IH is 1.226 mm, pixel bitch p is 0.0032 mm (3.2 ⁇ m), and the diameter Ds of the aperture stop BI is 0. .426 mm, the difference ⁇ d between the image plane and the paraxial imaging position in the ghost optical path is ⁇ 10.13 mm (FA), ⁇ 9.7 mm (FB), and the paraxial coupling magnification ⁇ is 1.795 (FA, FB) ),
  • the rear lens group RL is a positive lens group, and its focal length f1 is 4.09 mm.
  • the optical unit 10 of the first embodiment had the coatings FA and FB on both sides of the infrared absorption filter F.
  • the optical unit 10a of the endoscope 30a of Modification 1 shown in FIG. 4 has the laser cut film FA only on the object side of the infrared absorption filter F.
  • the optical unit 10b of the endoscope 30b of Modification 2 shown in FIG. 5 has a laser cut film FA only on the image plane side of the infrared absorption filter F.
  • the optical unit 10A of the endoscope 30A includes, in order from the object side, the front lens group FL (a plano-concave first negative lens L1 and a convex on the image plane side).
  • a sixth negative lens L6) convex to the image surface side, an infrared absorption filter F1, a filter F2, a cover glass G1, and a CCD cover glass G2.
  • the fifth positive lens L5 and the sixth negative lens L6, and the cover glass G1 and the CCD cover glass G2 are respectively joined.
  • FI1 to FI4 are flare stops.
  • the LD laser light cut film FA is formed on the object side of the filter F2, and the YAG laser light cut film FB is formed on the image plane side.
  • the third positive lens L3 is movable in the optical axis direction and performs focusing.
  • FNO is 8.023 (at the far point focus) to 7.733 (at the near point focus), and the half angle of view is 71.61 degrees (at the far point focus) to 71.25 degrees (at the near point focus).
  • the maximum image height IH is 1.604 mm
  • the pixel pitch p is 2.8 ⁇ m
  • the diameter Ds of the brightness stop BI is 0.514 mm
  • the difference ⁇ d between the image plane and the paraxial imaging position in the ghost optical path is ⁇ 10 .69 mm (FA, far point focus and near point focus), -10.19 mm (FB, far point focus and near point focus)
  • paraxial coupling magnification ⁇ is 1.628 (FA, FB)
  • the rear lens group RL is a positive lens group, and its focal length f1 is 2.86 mm.
  • the optical unit 10B of the endoscope 30B includes, in order from the object side, a front lens group FL (a plano-concave first negative lens L1) and an infrared absorption filter.
  • F1 a second positive lens L2 convex toward the object side, an aperture stop BI, a rear lens group RL (a biconvex third positive lens L3, a biconvex fourth positive lens L4, and an image plane side)
  • a convex fifth negative lens L5 A convex fifth negative lens L5
  • a filter F2 a cover glass G1, and a CCD cover glass G2.
  • the fourth positive lens L4 and the fifth negative lens L5, and the cover glass G1 and the CCD cover glass G2 are respectively joined.
  • FI1 to FI5 are flare stops.
  • An LD laser light cut film FA is formed on the object side of the filter F2, which is a transparent parallel plate, and a YAG laser light cut film FB is formed on the image plane side.
  • the second positive lens L2 is movable in the optical axis direction and performs focusing.
  • FNO is 7.872 (at the far point focus) to 7.582 (at the near point focus), and the half angle of view is 77.51 degrees (at the far point focus) to 73.29 degrees (at the near point focus).
  • the maximum image height IH is 1.486 mm
  • the pixel pitch p is 0.00265 mm (2.65 ⁇ m)
  • the diameter Ds of the aperture stop BI is 0.478 mm
  • the difference between the image plane and the paraxial imaging position in the ghost optical path ⁇ d is ⁇ 9.93 mm (FA, during far point focus and near point focus), ⁇ 8.85 mm (FB, during far point focus and near point focus), and paraxial coupling magnification ⁇ is 1.554 ( FA, FB)
  • the rear lens group RL is a positive lens group
  • its focal length f1 is 2.33 mm.
  • the optical unit reflects the light emitted from the F number FNO, the maximum image height IH, and the brightness stop BI on the image plane, and further reflects on the coating surface and returns to the image plane again.
  • the distance ⁇ d between the paraxial imaging position of the ghost optical path to reach and the image plane needs to satisfy (Equation 1).
  • the optical unit preferably makes the ghost inconspicuous by setting the position of the ghost on the same side of the light source image that caused the ghost and the screen center point. Furthermore, it is preferable to disperse the amount of ghost light by enlarging and forming a large image of individual ghosts constituting the periodic pattern ghost.
  • the optical unit reflects the maximum image height IH, the diameter Ds of the aperture stop BI, and the light beam emitted from the aperture stop BI on the image plane, and further reflects on the coating surface and returns to the image plane again.
  • the paraxial lateral magnification ⁇ of the arriving ghost optical path preferably satisfies (Equation 2).
  • the paraxial lateral magnification ⁇ that satisfies the above equation is a positive value.
  • the paraxial lateral magnification ⁇ is a positive value (+)
  • the ghost occurs on the same side of the light source image and the screen center point that caused the ghost
  • the paraxial lateral magnification ⁇ is negative.
  • the value (-) occurs on the opposite side across the screen center point.
  • the optical unit can appropriately set the in-focus position and the magnification simultaneously.
  • the optical unit 10 satisfy
  • the reflection angle of the diffracted light from the image surface of the CCD 33 depends on the pixel pitch p.
  • the rear lens group RL is a positive lens group, and it is further preferable that a coating surface is disposed on the image plane side with respect to the rear lens group RL. It is preferable that the distance D1 from the BI to the coating surface and the pixel pitch p of the image sensor satisfy (Equation 5).
  • an optical unit in which a parallel plate is disposed on the image plane side from the aperture stop BI and the coating surface of the laser cut film is provided only on the surface of the parallel plate is preferable because the above problem does not occur.
  • the optical unit preferably has an infrared absorption filter F.
  • the laser cut film has a large change in the imaging magnification (paraxial lateral magnification ⁇ ) and in-focus position of the ghost optical path. Since it does not give, it is preferable.
  • the optical unit having the laser cut film FB also has the same effect as the optical unit 10a or the optical unit 10b.
  • the effect of the present invention can be obtained if at least ⁇ Condition 1> is satisfied, but it is particularly preferable to satisfy ⁇ Condition 2> at the same time.

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Abstract

光学ユニット１０は、被写体像をＣＣＤ３３の受光面である像面に結像する複数のレンズＬ１～Ｌ４と、明るさ絞りＢＩと、明るさ絞りＢＩよりも像面側に配設された所定のレーザー光をカットするＹＡＧレーザーカット膜ＦＡおよびＬＤレーザーカット膜ＦＢが成膜されたコーティング面のある赤外吸収フィルタＦと、を具備し、ＦナンバーＦＮＯ、最大像高ＩＨ、および、明るさ絞りＢＩから発した光線が像面で反射して、さらにコーティング面で反射して再び像面に到達するゴースト光路の近軸結像位置と像面との距離Δｄ、が、（式１）を満足する。　０．７５＜｜ＦＮＯ・ＩＨ／Δｄ｜＜２．０　（式１）

Description

光学ユニットおよび内視鏡
　本発明は、光学ユニットおよび前記光学ユニットを有する内視鏡に関する。
　外部から観察できない被検体内の観察に内視鏡が使用されている。電子内視鏡では、体腔内に挿入される挿入部の先端部には、光学ユニット（結像光学系）とともにＣＣＤ（Charge Coupled Device）が内蔵されている。ＣＣＤは、赤外光に対する感度が比較的高いため、適正な色再現をするために、赤外光カットフィルタを有する光学ユニットが用いられる。
　一方、内視鏡は、観察だけでなく、治療にも使用される。例えば、レーザー治療装置を備えた内視鏡装置では、レーザーによる患部の切除等が行われる。赤外線波長のレーザー光を用いた治療を行うと治療部位からの反射光は非常に強いため赤外光カットフィルタでは十分にカットできず、観察画面が極端に明るくなり、被写体画像の観察が困難になることがある。このために、光学ユニットには、赤外光カットフィルタに加えて、治療用のレーザー光をカット（遮断）するレーザー光カットフィルタが配置される。
　ここで、日本国特開平９－５４２５５号公報、日本国特開平１０－１１３３２９号公報、および、日本国特開平１１－７６１４６号公報には、レーザー光カットフィルタとして、光の干渉効果を用いた多層干渉膜（カットコート）を用いた内視鏡用光学ユニットが開示されている。
　一方、日本国特開２００９－９３１９８号公報には、一般的なビデオカメラ等において、撮像素子を構成する複数の受光素子が所定の周期パターンで配置されていることに起因する周期パターンゴーストの発生を軽減するために、所定の仕様の光学系（光学ユニット）を用いることが開示されている。
　内視鏡の光学ユニットにおいても、周期パターンゴーストの軽減は重要な課題である。しかし、レーザー光カットフィルタを有する等の一般的なビデオカメラ等とは大きく異なる特殊性から、従来技術では、その解決は容易ではないことがあった。
　本発明は、周期パターンゴーストの発生を軽減した光学ユニットおよび前記レンズユニットを有する内視鏡を提供することを目的とする。
　実施形態の光学ユニットは、被写体像を固体撮像素子の受光面である像面に結像する複数のレンズと、明るさ絞りと、前記明るさ絞りよりも前記像面側に配設された、可視光を透過し特定の波長光をカットする多層干渉膜が成膜されたコーティング面のある光学部材と、を具備し、ＦナンバーＦＮＯ、最大像高ＩＨ、および、前記明るさ絞りから発した光線が前記像面で反射して、さらに前記コーティング面で反射して再び前記像面に到達するゴースト光路の近軸結像位置と前記像面との距離Δｄ、が、（式１）を満足する。
　　０．７５＜｜ＦＮＯ・ＩＨ／Δｄ｜＜２．０　（式１）
　また、別の実施形態の内視鏡は、上記光学ユニットと、固体撮像素子と、照明光学系と、を具備する。
第１実施形態の内視鏡の構成図である。 第１実施形態の光学ユニットを説明するための光軸に沿った断面図である。 第１実施形態の光学ユニットのゴースト光路に沿った断面図である。 第１実施形態の変形例１の光学ユニットのゴースト光路に沿った断面図である。 第１実施形態の変形例２の光学ユニットのゴースト光路に沿った断面図である。 第２実施形態の光学ユニットを説明するための光軸に沿った断面図である。 第２実施形態の光学ユニットのゴースト光路に沿った断面図である。 第３実施形態の光学ユニットを説明するための光軸に沿った断面図である。 第３実施形態の光学ユニットのゴースト光路に沿った断面図である。
＜第１実施形態＞
　最初に第１実施形態の光学ユニット１０および光学ユニット１０を具備する内視鏡３０について説明する。図１に示すように、内視鏡３０は、光源装置４１およびプロセッサ４２とともに、内視鏡システム４０を構成している。内視鏡３０は被検者の体内に挿入される挿入部３１を有する。光源装置４１は体内を照明する照明光を発生する。プロセッサ４２は、各種の信号処理を行うとともに、内視鏡システム４０の制御を行う。
　内視鏡３０の挿入部３１内には光源装置４１からの照明光を先端部３２に導光するライトガイドファイバ４５が挿通され照明光学系４６を介して体内を照明する。なお図１において照明光学系４６は物体側レンズのみを示している。
　プロセッサ４２は、種々の内視鏡および種々の光源装置と組み合わせることで、目的に適合した内視鏡システムとして使用できる。さらに、内視鏡システム４０は、内視鏡画像等を表示するモニタ４３と、術者が設定等を行うキーボード等の入力部４４を有している。
　内視鏡３０は、操作部３７と接続された、挿入部３１の先端部３２にカラー内視鏡画像を撮影する固体撮像素子であるＣＣＤ３３と、プリプロセス（Ｐ／Ｐ）部３４と、Ａ／Ｄ変換部３５と、パラレルシリアル変換（Ｐ／Ｓ）部３６を有する電子内視鏡である。先端部３２には光学像を結ぶための結像光学系である光学ユニット１０と、被検者の体内を撮影するＣＣＤ３３とが配置され、ＣＣＤ３３が撮影した内視鏡画像はデジタル信号に変換されてプロセッサ４２に送信される。
　ＣＣＤ３３は、画素数に相当する数の受光素子が、マトリックス状（縦／横）に所定ピッチ（画素ピッチ）ｐで配列した受光面（像面）を有する。
　図２および図３に示すように、光学ユニット１０は、物体側から順に、前レンズ群ＬＦ（平凹の第１負レンズＬ１、両凸の第２正レンズＬ２）と、明るさ絞りＢＩと、正レンズ群である後レンズ群ＬＢ（両凸の第３正レンズＬ３、像面側に凸の第４負レンズＬ４）と、赤外吸収フィルタＦと、カバーガラスＧ１と、ＣＣＤカバーガラスＧ２と、を有する。なお第３正レンズＬ３と第４負レンズＬ４、および、カバーガラスＧ１とＣＣＤカバーガラスＧ２は、それぞれ接合されている。また、ＦＩ１はフレア絞りである。
　赤外吸収フィルタＦは、赤外線領域の光を吸収しカットする平行平板の光学部材である。さらに、赤外吸収フィルタＦの物体側にはＹＡＧレーザーカット膜（コーティング）ＦＡが配設されており、像面側にはＬＤレーザーカット膜（コーティング）ＦＢが配設されている。
　ＹＡＧレーザーカット膜ＦＡおよびＬＤレーザーカット膜ＦＢは、可視光を透過し特定の波長光、すなわち可視光外の特定のレーザー光をカットする多層干渉膜である。ＹＡＧレーザーカット膜ＦＡは、ＹＡＧレーザーにより治療を行うときに、ＣＣＤ３３に入射するＹＡＧレーザー光（波長１０６０ｎｍ）をカットする。ＬＤレーザーカット膜ＦＢは、ＬＤレーザーにより治療を行うときに、ＣＣＤ３３に入射するＬＤレーザー光（波長８１０ｎｍ）をカットする。
　ＹＡＧレーザーカット膜ＦＡおよびＬＤレーザーカット膜ＦＢは、それぞれが多層構造を有し、光の干渉効果により、所定波長域の透過率が低くなっているが、反面、それ以外の波長の光の反射率が高いためコーティング面において強い反射が生じる。
　すでに説明したように、ＣＣＤ３３に入射した光の一部は受光面（像面）で反射する。ＣＣＤ３３の受光面には複数の受光素子が２次元に規則的に並んでいるため、反射光は回折現象により、０次光を中心に１次光、２次光、・・・と２次元の複数の特定方向が明るい回折光となる。この回折光がコーティング面において再度、反射され、ＣＣＤ３３に入射すると周期パターンゴーストが発生する。
　言い換えれば、光学ユニット１０は、ＣＣＤ３３からの回折光が、可視光域で反射率が高いレーザーカット膜ＦＡ、ＦＢで強く反射されるため、縦横に規則的に複数の円形ゴーストが並んだ周期パターンゴーストが発生しやすい。
　ここで、周期パターンゴーストを構成する個々のゴースト形状が円形となるのは、明るさ絞りＢＩの形状が結像しているためである。すなわち、明るさ絞りＢＩと、ＣＣＤ３３の受光面（像面）と、レーザーカット膜のコーティング面と、の位置関係により、周期パターンゴーストが発生する。言い換えれば、明るさ絞りＢＩを物点として、明るさ絞りＢＩから発した光線が像面で反射して、さらにコーティング面で反射して再び像面に到達するゴースト光路の結像関係により周期パターンゴーストが発生する。
　すなわち、図３に示すように、明るさ絞りＢＩから発した光線がＣＣＤ３３の像面で反射して、さらにコーティング面（ＹＡＧレーザーカット膜ＦＡおよびＬＤレーザーカット膜ＦＢ）で反射して再び像面に到達するゴースト光路の光量が強くなりやすい。
　周期パターンゴーストは、通常のゴーストまたはフレアに比べて使用者にとって違和感が強いだけでなく、比較的広い範囲に発生するため、観察上問題になる。以下、周期パターンゴーストを単にゴーストという。
　特に、内視鏡３０の光学ユニット１０では、一般的なビデオカメラ等と異なり、撮像画面に強い光が発生すること、すなわちＣＣＤ３３の像面に強い光が入射することが多い。これは、光学ユニット１０が体腔内を照明するための照明光学系４６を有するためである。先端部３２からの照明光が、特に、処置に使用される金属製の鉗子により反射されると、画面上に強い光が発生する。すなわち、内視鏡３０は照明光学系４６を有しているため、強い光が光学ユニット１０に入射しやすい。
　しかし、後述するように、光学ユニット１０では周期パターンゴーストの発生が効果的に軽減されている。
　ここで、光学ユニット１０を構成する光学部材の数値データ等を示す。数値データ中、ｒは各面の曲率半径、ｄは各光学部材の肉厚または空気間隔、ｎは各光学部材のｅ線における屈折率、νは各光学部材のｅ線におけるアッベ数、ＦＮＯはＦナンバーを表している。ｒおよびｄの単位等はｍｍである。
　なお、これらの記号は、後述の他の実施形態の数値データ等においても共通に使用されている。
　第１実施形態の光学ユニット１０の数値データを、（表１）に示す。
　ＦＮＯは、７．７９４、半画角は、８１．２７度、最大像高ＩＨは、１．２２６ｍｍ、画素ビッチｐは、０．００３２ｍｍ（３．２μｍ）、明るさ絞りＢＩの直径Ｄｓは０．４２６ｍｍ、ゴースト光路における像面と近軸結像位置との差Δｄは、－１０．１３ｍｍ（ＦＡ）、－９．７ｍｍ（ＦＢ）、近軸結合倍率βは、１．７９５（ＦＡ、ＦＢ）、後レンズ群ＲＬは正レンズ群であり、その焦点距離ｆ１は、４．０９ｍｍ、である。
（表１）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
＜第１実施形態の変形例＞
　第１実施形態の光学ユニット１０は、赤外吸収フィルタＦの両面にコーティングＦＡおよびＦＢを有していた。これに対して、図４に示す変形例１の内視鏡３０ａの光学ユニット１０ａは、赤外吸収フィルタＦの物体側にのみレーザーカット膜ＦＡを有する。また、図５に示す変形例２の内視鏡３０ｂの光学ユニット１０ｂは、赤外吸収フィルタＦの像面側にのみレーザーカット膜ＦＡを有する。
　光学ユニット１０ａおよび光学ユニット１０ｂの数値データ等は、光学ユニット１０と同様である。
＜第２実施形態＞
　図６および図７に示すように、第２実施形態の内視鏡３０Ａの光学ユニット１０Ａは、物体側から順に、前レンズ群ＦＬ（平凹の第１負レンズＬ１と、像面側に凸の第２正レンズＬ２と、物体側に凸の第３正レンズＬ３）と、明るさ絞りＢＩと、後レンズ群ＲＬ（両凸の第４正レンズＬ４と、両凸の第５正レンズＬ５と、像面側に凸の第６負レンズＬ６）、赤外吸収フィルタＦ１と、フィルタＦ２と、カバーガラスＧ１と、ＣＣＤカバーガラスＧ２と、を有する。第５正レンズＬ５と第６負レンズＬ６、および、カバーガラスＧ１とＣＣＤカバーガラスＧ２は、それぞれ接合されている。また、ＦＩ１～ＦＩ４はフレア絞りである。
　フィルタＦ２の物体側にはＬＤレーザー光カット膜ＦＡが成膜されており、像面側にはＹＡＧレーザー光カット膜ＦＢが成膜されている。第３正レンズＬ３は光軸方向に移動可能であり、フォーカスを行う。
　第２実施形態の光学ユニット１０Ａの数値データを、（表２）に示す。
　ＦＮＯは、８．０２３（遠点フォーカス時）～７．７３３（近点フォーカス時）、半画角は、７１．６１度（遠点フォーカス時）～７１．２５度（近点フォーカス時）、最大像高ＩＨは、１．６０４ｍｍ、画素ビッチｐは、２．８μｍ、明るさ絞りＢＩの直径Ｄｓは０．５１４ｍｍ、ゴースト光路における像面と近軸結像位置との差Δｄは、－１０．６９ｍｍ（ＦＡ、遠点フォーカス時および近点フォーカス時）、－１０．１９ｍｍ（ＦＢ、遠点フォーカス時および近点フォーカス時）、近軸結合倍率βは、１．６２８（ＦＡ、ＦＢ）、後レンズ群ＲＬは正レンズ群であり、その焦点距離ｆ１は、２．８６ｍｍ、である。
（表２）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
＜第３実施形態＞
　図８および図９に示すように、第３実施形態の内視鏡３０Ｂの光学ユニット１０Ｂは、物体側から順に、前レンズ群ＦＬ（平凹の第１負レンズＬ１）と、赤外吸収フィルタＦ１と、物体側に凸の第２正レンズＬ２と、明るさ絞りＢＩと、後レンズ群ＲＬ（両凸の第３正レンズＬ３と、両凸の第４正レンズＬ４と、像面側に凸の第５負レンズＬ５）と、フィルタＦ２と、カバーガラスＧ１と、ＣＣＤカバーガラスＧ２と、を有する。第４正レンズＬ４と第５負レンズＬ５、およびカバーガラスＧ１とＣＣＤカバーガラスＧ２は、それぞれ接合されている。また、ＦＩ１～ＦＩ５はフレア絞りである。
　透明な平行平板であるフィルタＦ２の物体側にはＬＤレーザー光カット膜ＦＡが成膜され、像面側にはＹＡＧレーザー光カット膜ＦＢが成膜されている。第２正レンズＬ２は光軸方向に移動可能であり、フォーカスを行う。
　第３実施形態の光学ユニット１０Ｂの数値データを、（表３）に示す。
　ＦＮＯは、７．８７２（遠点フォーカス時）～７．５８２（近点フォーカス時）、半画角は、７７．５１度（遠点フォーカス時）～７３．２９度（近点フォーカス時）、最大像高ＩＨは、１．４８６ｍｍ、画素ピッチｐは、０．００２６５ｍｍ（２．６５μｍ）、明るさ絞りＢＩの直径Ｄｓは０．４７８ｍｍ、ゴースト光路における像面と近軸結像位置との差Δｄは、－９．９３ｍｍ（ＦＡ、遠点フォーカス時および近点フォーカス時）、－８．８５ｍｍ（ＦＢ、遠点フォーカス時および近点フォーカス時）、近軸結合倍率βは、１．５５４（ＦＡ、ＦＢ）、後レンズ群ＲＬは正レンズ群であり、その焦点距離ｆ１は、２．３３ｍｍである。
（表３）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　発明者は、以上の実施形態および変形例を含めた種々の光学ユニットについて検討を行った結果、以下の条件を満たす光学ユニットでは周期パターンゴーストを大幅に低減できることを見いだした。
＜条件１＞
　ゴーストの合焦位置を像面から離れた位置とすること、すなわち、ゴーストを、いわゆる「ピンぼけ」とすることで、ゴースト光を拡散することが最も重要である。このために、光学ユニットは、ＦナンバーＦＮＯ、最大像高ＩＨ、および、前記明るさ絞りＢＩから発した光線が前記像面で反射して、さらに前記コーティング面で反射して再び前記像面に到達するゴースト光路の近軸結像位置と前記像面との距離Δｄ、が、（式１）を満足する必要がある。
　　０．７５＜｜ＦＮＯ・ＩＨ／Δｄ｜＜２．０　（式１）
　（式１）の上限未満であれば光学ユニットの全長が長くなることがなく、下限を超えているとゴーストが非合焦状態であるため、視認性が悪化することがなく、小さい患部との認識間違いなどがない。
　なお、光学ユニットは、前記効果がより顕著となるため、（式１Ａ）を満たすことが、より好ましく、（式１Ｂ）を満たすことが、特に好ましい。
　　０．８５＜｜ＦＮＯ・ＩＨ／Δｄ｜＜１．７　（式１Ａ）
　　０．９０＜｜ＦＮＯ・ＩＨ／Δｄ｜＜１．４　（式１Ｂ）
＜条件２＞
　次に、光学ユニットは、ゴーストの画面上の位置を、ゴーストの原因となった光源像と画面中心点をはさんで同じ側とすることで、ゴースト目立たなくすることが好ましい。さらに、周期パターンゴーストを構成する個々のゴーストを、拡大して大きく結像することで、ゴーストの光量を分散させることが好ましい。
　このため、光学ユニットは、最大像高ＩＨ、明るさ絞りＢＩの径Ｄｓ、および、明るさ絞りＢＩから発した光線が像面で反射して、さらにコーティング面で反射して、再び像面に到達するゴースト光路の近軸横倍率βが、（式２）を満足することが好ましい。
　　０．１０＜β・Ｄｓ／ＩＨ＜１．２　（式２）
　上式の上限未満であれば、光学ユニットの全長が長くなったり、レンズの加工性が悪くなったりすることがない。上式の下限を超えていれば、像面におけるゴーストは、倍率が大きいため、光度が弱く目立ちにくい。
　また、上式を満足する近軸横倍率βは正の値である。ＣＣＤ画面においてゴーストは、近軸横倍率βが正の値（＋）では、ゴーストの原因となった光源像と画面中心点をはさんで同じ側に発生し、近軸横倍率βが負の値（－）では画面中心点をはさんで反対側に発生する。
　なお、光学ユニットは、前記効果がより顕著となるため、（式２Ａ）を満たすことが、より好ましく、（式２Ｂ）を満たすことが特に好ましい。
　　０．２０＜β・Ｄｓ／ＩＨ＜１．０　（式２Ａ）
　　０．３５＜β・Ｄｓ／ＩＨ＜０．７　（式２Ｂ）
　特に、＜条件１＞と＜条件２＞とを満たすことにより、光学ユニットは、合焦位置と倍率とを同時に適切に設定することができる。
＜条件３＞
　さらに光学ユニットは、コーティング面から像面までの距離Ｄ２、および明るさ絞りＢＩよりも像面側に配置された後レンズ群ＲＬの焦点距離ｆ１が、（式３）を満足することが好ましい。
　　０．４０＜Ｄ２／ｆ１＜１．５　（式３）
　上式の上限未満であれば、光学ユニットの全長が長くなることがなく、下限を超えていれば非合焦状態のため、ゴーストが目立つことがなく、かつ、バックフォーカスが小さくなりすぎることがないため、ピント調整ができなくなってしまうことがない。
　なお、光学ユニット１０は、前記効果がより顕著となるため、（式３Ａ）を満たすことが、より好ましく、（式３Ｂ）を満たすことが特に好ましい。
　　０．４５＜Ｄ２／ｆ１＜１．３　（式３Ａ）
　　０．５０＜Ｄ２／ｆ１＜１．１　（式３Ｂ）
＜条件４＞
　さらに光学ユニットは、明るさ絞りＢＩから像面までの距離Ｄ、および、明るさ絞りＢＩからコーティング面までの距離Ｄ１が、（式４）を満足することが好ましい。
　　０．２０＜Ｄ１／Ｄ＜０．７５　（式４）
　上式の範囲内であれば、回折光が像面に戻りにくいため、ゴーストが発生しにくい。
　なお、光学ユニットは、前記効果がより顕著となるため、（式４Ａ）を満たすことが、より好ましく、（式４Ｂ）を満たすことが特に好ましい。
　　０．２５＜Ｄ１／Ｄ＜０．７３　（式４Ａ）
　　０．５０＜Ｄ１／Ｄ＜０．７２　（式４Ｂ）
＜条件５＞
　ＣＣＤ３３の像面からの回折光の反射角度は、画素ピッチｐに依存する。このため、さらに光学ユニットは、後レンズ群ＲＬが正レンズ群であることが好ましく、さらに、後レンズ群ＲＬよりも像面側にコーティング面が配置されていることが好ましく、さらに、明るさ絞りＢＩからコーティング面までの距離Ｄ１および撮像素子の画素ピッチｐが、（式５）を満足することが好ましい。
　　０．２＜Ｄ１／（ｐ×１０００）＜２．５　（式５）
　上式の範囲内であれば、回折光が像面に戻ることがなく、ゴーストが発生しない。
　なお、光学ユニットは、前記効果がより顕著となるため、（式５Ａ）を満たすことが、より好ましく、（式５Ｂ）を満たすことが、特に好ましい。
　　０．５＜Ｄ１／（ｐ×１０００）＜２．０　（式５Ａ）
　　０．９＜Ｄ１／（ｐ×１０００）＜１．８　（式５Ｂ）
＜条件５＞
　コーティング面がある平行平板を、明るさ絞りＢＩの物体側に配置した光学ユニットでは、ＣＣＤ３３の反射光による周期パターンゴーストを防ぐごとができるが、逆に光学面同士の反射等による通常のゴーストが発生しやすくなる。さらに、画角が大きい光学ユニットでは、明るさ絞りＢＩよりも物体側の光線はコーティング面への入射角度が大きくなる傾向があり、レーザーカット膜の角度特性によってレーザー光のカット率が低下してしまうこともある。
　これに対して、明るさ絞りＢＩより像面側に平行平板を配置し、この平行平板の面にのみレーザーカット膜のコーティング面がある光学ユニットは上記問題が発生しないため好ましい。
　さらに、光学ユニットは、赤外吸収フィルタＦを有することが好ましい。特に、平行平板である赤外吸収フィルタにのみレーザーカット膜のコーティング面がある光学ユニットは、レーザーカット膜が、ゴースト光路の結像倍率（近軸横倍率β）および合焦位置に大きな変化を与えないので好ましい。
　ここで、実施形態の光学ユニット１０、１０Ａ、１０Ｂの（式１）～（式５）の数値を（表４）に示す。なお、光学ユニット１０ａ、１０ｂの値は、光学ユニット１０の一部と同様である。
　また、赤外吸収フィルタＦの物体側または像面側のいずれかの面のみにＬＤレーザーカット膜ＦＢを有する光学ユニット、または、物体側および像面側の両面に同じＹＡＧレーザーカット膜ＦＡまたはＬＤレーザーカット膜ＦＢを有する光学ユニットも、光学ユニット１０ａまたは光学ユニット１０ｂ等と同様の効果を有することは明らかである。
（表４）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　（表４）に示すように、実施形態の光学ユニット１０、１０Ａ、１０Ｂおよび変形例の光学ユニット１０ａ、１０ｂは、いずれも（式１）～（式５）等を満たしているため、周期パターンゴーストの発生が軽減されていた。それぞれが光学ユニット１０、１０Ａ、１０Ｂまたは変形例の光学ユニット１０ａ、１０ｂを具備する実施形態の内視鏡は、周期パターンゴーストにより観察が困難になることがなかった。
　なお、すでに説明したように、＜条件１＞を少なくとも満足していれば、本発明の効果は得られるが、同時に＜条件２＞を満たすことが特に好ましい。
　本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。
　本出願は、２０１１年６月６日に日本国に出願された特願２０１１－１２６５４７号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (11)

  1. 　被写体像を固体撮像素子の受光面である像面に結像する複数のレンズと、
    　明るさ絞りと、
    　前記明るさ絞りよりも、前記像面側に配設された、可視光を透過し特定の波長光をカットする多層干渉膜が成膜されたコーティング面のある光学部材と、を具備し、
    　ＦナンバーＦＮＯ、最大像高ＩＨ、および、前記明るさ絞りから発した光線が前記像面で反射して、さらに前記コーティング面で反射して再び前記像面に到達するゴースト光路の近軸結像位置と前記像面との距離Δｄ、が、（式１）を満足することを特徴とする光学ユニット。
    　　０．７５＜｜ＦＮＯ・ＩＨ／Δｄ｜＜２．０　（式１）
  2. 　前記最大像高ＩＨ、前記明るさ絞りの径Ｄｓ、および前記ゴースト光路の近軸横倍率βが、（式２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
    　　０．１＜β・Ｄｓ／ＩＨ＜１．２　（式２）
  3. 　前記明るさ絞りよりも前記像面側に配置された後レンズ群の焦点距離ｆ１、および、前記コーティング面から前記像面までの距離Ｄ２が、（式３）を満足することを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
    　　０．４０＜Ｄ２／ｆ１＜１．５　（式３）
  4. 　前記明るさ絞りから前記像面までの距離Ｄ、および、前記明るさ絞りから前記コーティング面までの距離Ｄ１が、（式４）を満足することを特徴とする請求項３に記載の光学ユニット。
    　　０．２０＜Ｄ／Ｄ１＜０．７５　（式４）
  5. 　前記明るさ絞りよりも前記像面側に配置された複数のレンズからなる後レンズ群が正レンズ群であり、
    　前記後レンズ群よりも前記像面側に前記コーティング面があり、
    　前記明るさ絞りから前記コーティング面までの距離Ｄ１および前記撮像素子の画素ピッチｐが、（式５）を満足することを特徴とする請求項４に記載の光学ユニット。
    　　０．２０＜Ｄ１／（ｐ×１０００）＜２．５　（式５）
  6. 　前記光学部材が前記明るさ絞りよりも前記像面側に配置された平行平板であり、前記平行平板にのみ前記コーティング面があることを特徴とする請求項５に記載の光学ユニット。
  7. 　前記光学部材の両面に、それぞれ、カットする光の波長が異なる多層干渉膜が成膜されたコーティング面があることを特徴とする請求項６に記載の光学ユニット。
  8. 　前記光学部材が、赤外領域の光をカットする吸収側フィルタであることを特徴とする請求項７に記載の光学ユニット。
  9. 　被写体像を固体撮像素子の受光面である像面に結像する複数のレンズと、
    　明るさ絞りと、
    　前記明るさ絞りよりも、前記像面側に配設された、可視光を透過し特定の波長光をカットする多層干渉膜が成膜されたコーティング面のある光学部材と、を具備し、
    　前記明るさ絞りよりも前記像面側に配置された複数のレンズからなる後レンズ群が正レンズ群であり、
    　前記後レンズ群よりも前記像面側に前記コーティング面があり、
    　ＦナンバーＦＮＯ、最大像高ＩＨ、および、前記明るさ絞りから発した光線が前記像面で反射して、さらに前記コーティング面で反射して再び前記像面に到達するゴースト光路の近軸結像位置と前記像面との距離Δｄ、前記最大像高ＩＨ、前記明るさ絞りの径Ｄｓ、および前記ゴースト光路の近軸横倍率β、前記明るさ絞りよりも前記像面側に配置された後レンズ群の焦点距離ｆ１、および、前記コーティング面から前記像面までの距離Ｄ２、前記明るさ絞りから前記像面までの距離Ｄ、および、前記明るさ絞りから前記コーティング面までの距離Ｄ１、および前記撮像素子の画素ピッチｐが、（式１Ｂ）、（式２Ｂ）、（式３Ｂ）、（式４Ｂ）、（式５Ｂ）を満足することを特徴とする光学ユニット。
    　　０．９０＜｜ＦＮＯ・ＩＨ／Δｄ｜＜１．４　（式１Ｂ）
    　　０．３５＜β・Ｄｓ／ＩＨ＜０．７　（式２Ｂ）
    　　０．５０＜Ｄ２／ｆ１＜１．１　（式３Ｂ）
    　　０．５０＜Ｄ１／Ｄ＜０．７２　（式４Ｂ）
    　　０．９＜Ｄ１／（ｐ×１０００）＜１．８　（式５Ｂ）
  10. 　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の光学ユニットと、
    　固体撮像素子と、
    　照明光学系と、を具備することを特徴とする内視鏡。
  11. 　前記コーティング面が、治療用のレーザー光をカットすることを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡。
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