WO2017217189A1

WO2017217189A1 - 対物光学系及びそれを備えた内視鏡装置

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Publication number: WO2017217189A1
Application number: PCT/JP2017/019032
Authority: WO
Inventors: 本間博之
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2017-12-21
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Abstract

小型な光学系でありながら、汎用性の高い撮像素子を用いて狭帯域光観察と白色光観察が同時に行える対物光学系及びそれを備えた内視鏡装置を提供する。　対物光学系１は、物体の像を形成するレンズ群２と、レンズ群２の像側に配置された光路分割素子３と、を有し、光路分割素子３は、第１の光路と第２の光路を形成する光路分割面を有し、第１の光路は、レンズ群２の光路の延長線上に形成され、第２の光路は、第１の光路と交差するように形成され、第１の光路における光学像Ｉ１と第２の光路における光学像Ｉ２は、同一平面上に形成され、第２の光路に、反射面が位置し、第１の光路と第２の光路の何れか一方の光路のみに、所定の光学面が位置し、所定の光学面を透過した光の波長域、又は、所定の光学面で反射された光の波長域は制限されており、制限された波長域は、他方の光路を進行する光の波長域よりも狭い。

Description

対物光学系及びそれを備えた内視鏡装置

　本発明は、対物光学系及びそれを備えた内視鏡装置に関する。

　内視鏡における観察方法として、白色光観察と狭帯域光観察とがある。白色光観察では、白色光で被写体が照明される。被写体では、光の透過や光の反射が生じる。被写体を透過した光の波長域や、各波長における光強度は、被写体が持つ光学特性によって異なる。被写体で反射された光の波長や、各波長における光強度も、被写体が持つ光学特性によって異なる。白色光観察では、全ての波長域の光によって光学像が形成され、この光学像を用いて観察が行われる。

　狭帯域光観察では、波長域が狭い光で被写体が照明されるか、又は、白色光で照明が行われる。前者の場合、通常観察と同様に、全ての波長域の光によって光学像が形成され、この光学像を用いて観察が行われる。後者の場合、白色光の波長域よりも狭い波長域の光によって光学像が形成され、この光学像を用いて観察が行われる。そのために、例えば、光学像よりも物体側に光学フィルタが配置され、この光学フィルタで、波長域が狭い光だけが透過又は反射される。

　１つの対物光学系から２つの光学像を形成する光学系が、特許文献１、特許文献２及び特許文献３に開示されている。

　特許文献１には、撮像ユニットを２つ備えた立体内視鏡が開示されている。各撮像ユニットは、レンズアセンブリーとセンサアセンブリーとからなる。レンズアセンブリーによって、被写体の光学像が形成される。

　センサアセンブリーは、プリズムアセンブリー、反射ユニット及び２つの撮像センサーを有する。プリズムアセンブリーは、第１面（ビームスプリット面）と第２面（反射面）とを有する。

　センサアセンブリーでは、ビームスプリット面で、光が２つに分けられる。これにより、第１の光路と第２の光路が形成される。その結果、第１の光路上に第１の光学像が形成され、第２の光路上に第２の光学像が形成される。第１の光学像と第２の光学像は、同一平面内の異なる位置に形成される。

　第１の光路上には、第１の撮像センサーが配置されている。第１の光学像は、第１の撮像センサーで撮像される。第２の光路上には、第２の撮像センサーが配置されている。第２の光学像は、第２の撮像センサーで撮像される。

　特許文献２には、２つの光路を備えた撮像装置システムが開示されている。一方の光路は蛍光観察用の光路であって、蛍光観察用対物レンズと第１の偏光板とを有する。他方の光路は、白色光観察用の光路であって、白色光観察用対物レンズと第２の偏光板とを有する。第１の偏光板と第２の偏光板は、偏光方向が直交するように配置されている。

　２つの光路が交差する位置には、１つの偏光ビームスプリッターが配置されている。偏光ビームスプリッターによって、蛍光と白色光のいずれか一方は、偏光ビームスプリッター面で反射され、他方は偏光ビームスプリッターを透過する。蛍光像と白色光像は、同一平面内の異なる位置に形成される。蛍光像と白色光像は、１つの撮像素子で撮像される。

　特許文献３には、対物光学系、分割素子及び１つの撮像素子を備えた撮像装置が開示されている。この撮像装置では、分割素子によって２つの光学像が形成され、２つの光学像が撮像素子によって撮像されている。撮像素子は、第１のフィルタ配置領域と、第２のフィルタ配置領域と、を有する。

米国特許第８６８４９１４号明細書国際公開第２０１３／０２７４５９号特開２０１４－１０３５９７号公報

　特許文献１には、様々な光学特性を持つ第１面が開示されている。例えば、第１面は、特定の波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過させる特性を有する。

　第１面がこのような光学特性を有する場合、被写体を白色光で照明すると、特定の波長域の光で第１の光学像が形成される。よって、第１の光学像を観察することで、狭帯域光観察が行える。一方、第２の光学像は、白色光から特定の波長域の光だけが欠落した光で形成される。そのため、第２の光学像を観察しても、白色光観察は行えない。

　特許文献２では、蛍光像を観察することで狭帯域光観察が行え、白色光像を観察することで白色光観察が行える。しかしながら、特許文献２では、偏光ビームスプリッターよりも物体側に、２つの光路が形成されている。そのため、光学系が大型化してしまう。

　特許文献３では、２つの光学像が形成されるが、２つの光学像は、共に白色光像である。狭帯域光観察と白色光観察を行うために、特許文献３では、２つのフィルタ位置領域の一方に、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタが配置され、他方に、特定波長カラーフィルタが配されている。そのため、撮像素子の汎用性が低くなる。

　本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、小型な光学系でありながら、汎用性の高い撮像素子を用いて狭帯域光観察と白色光観察が同時に行える対物光学系及びそれを備えた内視鏡装置を提供することを目的とするものである。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る対物光学系は、
　物体の像を形成するレンズ群と、
　レンズ群の像側に配置された光路分割素子と、を有し、
　光路分割素子は、レンズ群の光路上に配置され、
　光路分割素子は、第１の光路と第２の光路を形成する光路分割面を有し、
　第１の光路は、レンズ群の光路の延長線上に形成され、
　第２の光路は、第１の光路と交差するように形成され、
　第１の光路における光学像と第２の光路における光学像は、同一平面上に形成され、
　第２の光路に、反射面が位置し、
　第１の光路と第２の光路の何れか一方の光路のみに、所定の光学面が位置し、
　所定の光学面を透過した光の波長域、又は、所定の光学面で反射された光の波長域は制限されており、
　制限された波長域は、他方の光路を進行する光の波長域よりも狭いことを特徴とする。

　また、本発明の内視鏡装置は、
　上述の対物光学系と、
　撮像素子と、
　画像処理装置と、を有することを特徴とする。

　本発明によれば、小型な光学系でありながら、汎用性の高い撮像素子を用いて狭帯域光観察と白色光観察が同時に行える対物光学系及びそれを備えた内視鏡装置を提供することができる。

本実施形態の対物光学系の構成を示す図である。光学膜の分光特性を示す図である。光の強度分布を示す図である。実施例１のバンドパスフィルターの分光特性を示す図である。光学膜の分光特性を示す図である。本実施形態の内視鏡装置の構成を示す図である。

　以下、本実施形態に係る対物光学系と本実施形態に係る内視鏡装置について、図面を用いて、このような構成をとった理由と作用を説明する。なお、以下の本実施形態に係る対物光学系や本実施形態に係る内視鏡装置により、この発明が限定されるものではない。

　本実施形態の対物光学系は、物体の像を形成するレンズ群と、レンズ群の像側に配置された光路分割素子と、を有し、光路分割素子は、レンズ群の光路上に配置され、光路分割素子は、第１の光路と第２の光路を形成する光路分割面を有し、第１の光路は、レンズ群の光路の延長線上に形成され、第２の光路は、第１の光路と交差するように形成され、第１の光路における光学像と第２の光路における光学像は、同一平面上に形成され、第２の光路に、反射面が位置し、第１の光路と第２の光路の何れか一方の光路のみに、所定の光学面が位置し、所定の光学面を透過した光の波長域、又は、所定の光学面で反射された光の波長域は制限されており、制限された波長域は、他方の光路を進行する光の波長域よりも狭いことを特徴とする。

　本実施形態の対物光学系は、レンズ群の像側に配置された光路分割素子を有する。光路分割素子は、光路分割面を有する。光路分割面としては、例えば、偏光特性を有する面や、ハーフミラー面がある。

　光路分割面が偏光特性を有する場合、光路中には１／４波長板が配置される。光路分割面がハーフミラー面の場合、１／４波長板を配置する必要は無い。以下では、光路分割面が偏光特性を有する場合について説明する。

　光路分割面によって、第１の光路と第２の光路が形成される。第１の光路と第２の光路の何れか一方の光路のみに、所定の光学面が位置する。所定の光学面では、光の透過又は光の反射が生じる。ただし、透過した光の波長域、又は、反射された光の波長域は制限される。

　光の波長域を制限する素子としては、干渉フィルタや、色ガラスフィルタがある。干渉フィルタは、光学面上に形成された光学膜を有する。干渉フィルタでは、光学膜によって、特定の波長域の光が透過、又は反射される。色ガラスフィルタでは、特定の波長域の光が吸収される。以下では、光学膜を用いて説明する。

　図１に、本実施形態の対物光学系の構成を示す。対物光学系１は、レンズ群２と、光路分割ユニット３と、を有する。レンズ群２は、複数のレンズで構成されている。ただし、図１では、レンズ群２を１つのレンズで表している。レンズ群２によって、物体の光学像が形成される。

　光路分割ユニット３は、レンズ群２の像側に配置されている。光路分割ユニット３は、プリズム４と、プリズム５と、ミラー６と、１／４波長板７と、カバーガラス８と、を有する。プリズム４は台形状のプリズム、プリズム５は三角プリズムである。プリズム４とプリズム５とで光路分割素子が形成されている。光路分割素子は、偏光ビームスプリッターである。

　プリズム４は、プリズム５に接合されている。プリズム４の光学面Ｓ４２とプリズム５の光学面Ｓ５１とで、接合面ＳＣが形成されている。接合面ＳＣは、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する特性を有する。

　ミラー６は、光学面Ｓ６１がプリズム４の光学面Ｓ４３と対向するように配置されている。カバーガラス８は、プリズム５の光学面Ｓ５３に接合されている。

　光路分割ユニット３は、レンズ群２の光路上に配置されている。レンズ群２を出射した光（以下、「結像光」という）は、光路分割ユニット３に入射する。光路分割ユニット３では、光学面Ｓ４１がレンズ群２の最も近くに位置している。よって、結像光は光学面Ｓ４１に入射する。光学面Ｓ４１は透過面なので、結像光は光学面Ｓ４１を透過する。

　続いて、結像光は接合面ＳＣに入射する。接合面ＳＣは、面の法線が光軸に対して４５度となるように配置されている。接合面ＳＣに入射した結像光は、接合面ＳＣを透過する光（以下、「結像光１」という）と、接合面ＳＣで反射される光（以下、「結像光２」という）と、に分かれる。

　上述のように、光路分割素子は、偏光ビームスプリッターである。よって、接合面ＳＣでは、Ｐ偏光の光が透過され、Ｓ偏光の光が反射される。結像光１はＰ偏光の光、結像光２はＳ偏光の光になる。

　結像光１と結像光２は、互いに異なる方向に進行する。結像光１が進行する光路を第１の光路、結像光２が進行する光路を第２の光路とすると、接合面ＳＣによって、第１の光路と第２の光路が形成される。このように、接合面ＳＣは光路分割面である。

　第１の光路は、レンズ群２の光路の延長線上に形成されている。第２の光路は、第１の光路と交差するように形成されている。図１では、第２の光路は第１の光路と直交している。

　第１の光路には、接合面ＳＣ、光学面Ｓ５２、光学面Ｓ５３及び光学面Ｓ８１が位置している。

　結像光１は、光学面Ｓ５２に入射する。光学面Ｓ５２は反射面である。結像光１は光学面Ｓ５２で反射され、光学面Ｓ５３に入射する。光学面Ｓ５３は透過面である。結像光１は光学面Ｓ５３を透過し、カバーガラス８に入射する。結像光１は光学面Ｓ８１に到達する。光学面Ｓ８１は透過面である。光学面Ｓ８１の近傍に、光学像Ｉ１が形成される。

　第２の光路には、接合面ＳＣ、光学面Ｓ４３、１／４波長板７、光学面Ｓ６１、光学面Ｓ５３及び光学面Ｓ８１が位置している。

　結像光２は、光学面Ｓ４３に入射する。光学面Ｓ４３は透過面である。結像光２は光学面Ｓ４３と１／４波長板７を透過し、ミラー６の光学面Ｓ６１に入射する。光学面Ｓ６１は反射面である。結像光２は光学面Ｓ６１で反射され、１／４波長板７を透過し、光学面Ｓ４３に入射する。

　第２の光路には、１／４波長板７が位置している。結像光２は、直線偏光の光である。結像光２は、１／４波長板７を通過することで、円偏光の光に変換される。結像光２は、ミラー６の光学面Ｓ６１で反射され、再び、１／４波長板７を通過する。

　結像光２は、１／４波長板７を通過することで、直線偏光の光に変換される。１／４波長板７から出射した結像光２では、偏光方向がＳ方向と直交する方向になる。すなわち、結像光２はＰ偏光の光になる。よって、結像光２は、接合面ＳＣを透過する。

　接合面ＳＣを透過した結像光２は、光学面Ｓ５３に入射する。結像光２は光学面Ｓ５３を透過し、カバーガラス８に入射する。結像光２は光学面Ｓ８１に到達する。光学面Ｓ８１の近傍に、光学像Ｉ２が形成される。

　光路長は、第１の光路と第２の光路とで略同じである。よって、光学像Ｉ１と光学像Ｉ２は、同一平面上に形成される。

　本実施形態の対物光学系では、光学膜９が光学面Ｓ４３に設けられている。図２は、光学膜９の分光特性を示す図である。分光特性は、光学面における透過率又は反射率を波長の関数として表したものである。図２では、透過率の分光特性が示されている。

　図２に示すように、光学膜９では、４８０ｎｍから５２０ｎｍまでの波長域で、透過率が１％以上、１００％以下になっている。４８０ｎｍよりも短波長側と、５２０ｎｍよりも長波長側では、透過率は共に１％以下になっている。

　被写体は白色光、例えば、４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長域の光によって照明されているとする。また、被写体で反射された光の波長域は、照明光の波長域とほぼ同じであるとする。この場合、４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長域の光が被写体からレンズ群２に入射する。よって、結像光の波長域は、４００ｎｍから７００ｎｍまでになる。

　結像光は接合面ＳＣに入射し、結像光１と結像光２に分かれる。結像光１は、第１の光路を進行する。結像光２は、第２の光路を進行する。第２の光路には、光学膜９が設けられた光学面Ｓ４３が位置している。結像光２は、光学面Ｓ４３に入射する。

　図３は、光の強度分布を示す図である。図３では、光学面Ｓ４３を通過した光の強度分布が実線で示され、第１の光路を進行する光の強度分布が破線で示されている。縦軸は光の強度を表し、横軸は波長を表している。光の強度は、第１の光路を進行する光の最大値で規格化されている。

　第１の光路には、光学膜９は存在しない。よって、図３の破線で示すように、結像光１の波長域は、４００ｎｍから７００ｎｍまでになる。このように、結像光１の波長域の広さは、結像光の波長域の広さとほぼ同じになる。

　第２の光路には、光学膜９が存在する。光学面Ｓ４３に入射する前の結像光２の波長域は、結像光１の波長域と同様に、４００ｎｍから７００ｎｍまでである。

　しかしながら、光学面Ｓ４３を通過する際、４８０ｎｍから５２０ｎｍまでの波長域の光だけが光学膜９を透過し、４８０ｎｍよりも短い波長域の光や、５２０ｎｍよりも長い波長域の光は、光学膜９で反射される。そのため、光学面Ｓ４３から出射した後の結像光２の波長域の広さは、図３の実線で示すように、４８０ｎｍから５２０ｎｍまでになる。

　このように、本実施形態の対物光学系は、所定の光学面として、光学膜９が設けられた光学面Ｓ４３を有する。そのため、光学面Ｓ４３を透過した光の波長域は制限される。光学面Ｓ４３は第２の光路のみに位置しているため、光学面Ｓ４３を透過した光の波長域は、第１の光路を進行する結像光１の波長域よりも狭くなる。

　上述のように、結像光１の波長域は、４００ｎｍから７００ｎｍまでである。よって、４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長域の光、すなわち、白色光で光学像Ｉ１が形成される。光学像Ｉ１を観察することで、白色光観察が行える。

　一方、光学面Ｓ４３から出射する結像光２の波長域は、４８０ｎｍから５２０ｎｍまでである。よって、４８０ｎｍから５２０ｎｍまでの波長域の光、すなわち、狭帯域光で光学像Ｉ２が形成される。光学像Ｉ２を観察することで、狭帯域光観察が行える。

　本実施形態の対物光学系では、光路分割ユニット３よりも物体側に形成されている光路の数は、１つである。よって、対物光学系を小型化することができる。また、光学像Ｉ１と光学像Ｉ２は、同時に形成されるので、白色光観察と狭帯域光観察を同時に行うことができる。

　また、光学像Ｉ１を形成する光の波長域と、光学像Ｉ２を形成する光の波長域とは、異なっている。よって、光学像Ｉ１と光学像Ｉ２を撮像素子で撮像する場合、光学像Ｉ１と撮像する領域のカラーフィルタと、光学像Ｉ２と撮像する領域のカラーフィルタとを同じにすることができる。その結果、汎用性の高い撮像素子を用いることができる。

　このように、本実施形態の対物光学系によれば、小型な光学系でありながら、汎用性の高い撮像素子を用いて狭帯域光観察と白色光観察が同時に行える対物光学系を実現することができる。

　図１に示す対物光学系では、光学面Ｓ４３に光学膜９が設けられている。しかしながら、光学面Ｓ４３と１／４波長板７との間に平行平板を配置し、平行平板の表面に光学膜９を設けても良い。また、光学面Ｓ４３と１／４波長板７との間に、色ガラスフィルタを配置しても良い。

　本実施形態の対物光学系では、所定の光学面は、第２の光路に位置し、光路分割面と反射面との間に、１／４波長板が位置し、光路分割面は、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する特性を有し、所定の光学面は、光路分割面と１／４波長板との間に位置することが好ましい。

　光路分割面、すなわち、接合面ＳＣから光学面Ｓ４３に向かう結像光２は、Ｓ偏光の光である。接合面ＳＣから光学面Ｓ６１までの間に、１／４波長板７が配置されていない場合について説明する。

　この場合、結像光２は、光学面Ｓ４３を通過した後、光学面Ｓ６１で反射される。結像光２は、再び光学面Ｓ４３を通過した後、接合面ＳＣに入射する。接合面ＳＣに入射する直前の結像光２は、Ｓ偏光の光である。接合面ＳＣでは、Ｓ偏光の光は反射される。よって、結像光２は接合面ＳＣで反射され、レンズ群２に向かう。この場合、光学像Ｉ２を形成することはできない。

　本実施形態の対物光学系では、接合面ＳＣと光学面Ｓ６１との間に、１／４波長板７が配置されている。これにより、接合面ＳＣに入射する直前の結像光２は、Ｐ偏光の光になる。よって、結像光２は、全て接合面ＳＣを透過する。すなわち、結像光２の光強度は、接合面ＳＣを透過する前と後とで同じになる。

　後述のように、接合面ＳＣはハーフミラー面にすることができる。この場合も、結像光２は光学面Ｓ４３を通過した後、光学面Ｓ６１で反射されて、接合面ＳＣに入射する。ただし、接合面ＳＣはハーフミラー面なので、接合面ＳＣを透過した後の結像光２の光強度は、接合面ＳＣを透過する前の光強度の半分になる。

　これに対して、本実施形態の対物光学系では、上述のように、結像光２の光強度は、接合面ＳＣを透過する前と後とで同じになる。よって、接合面ＳＣがハーフミラー面の場合に比べて、結像光２における光強度の低下を防止できる。

　また、所定の光学面、すなわち、光学膜９が設けられた光学面は、接合面ＳＣと１／４波長板７との間に位置していることが好ましい。本実施形態の対物光学系では、光学面Ｓ４３が、接合面ＳＣと１／４波長板７との間に位置している。そのため、光学面Ｓ４３に光学膜９が設けられている。

　上述のように、光学膜９では、４８０ｎｍから５２０ｎｍまで波長域の光（以下、「結像光２Ｔ」という）は、光学膜９を透過する。結像光２Ｔは、１／４波長板７を通過し、光学面Ｓ６１で反射され、再び１／４波長板７を通過する。そして、結像光２Ｔは、再び光学膜９を透過し、接合面ＳＣに入射する。

　一方、４８０ｎｍよりも短い波長域の光や、５２０ｎｍよりも長い波長域の光（以下、「結像光２Ｒ」という）は、光学膜９で反射される。光学膜９で反射された結像光２Ｒは、接合面ＳＣに入射する。このように、接合面ＳＣには、結像光２Ｔと結像光２Ｒが入射する。

　結像光２Ｔは、Ｓ偏光の光が１／４波長板７を２回通過した光である。よって、結像光２ＴはＰ偏光の光である。そのため、結像光２Ｔは、接合面ＳＣを透過する。そして、結像光２Ｔによって光学像Ｉ２が形成される。光学像Ｉ２は、４８０ｎｍから５２０ｎｍまで波長域の光、すなわち、狭帯域光で形成されている。

　一方、結像光２Ｒは、Ｓ偏光の光が光学膜９で反射された光である。よって、結像光２ＲはＳ偏光の光である。そのため、結像光２Ｒは、接合面ＳＣで反射される。結像光２Ｒはレンズ群２に向かって進行するので、光学像Ｉ２の形成に寄与しない。

　このように、光学膜９が設けられた光学面が、接合面ＳＣと１／４波長板７との間に位置することで、狭帯域光による光学像のみを形成することができる。

　光学膜９が設けられた光学面が、１／４波長板７と光学面Ｓ６１との間に位置する場合、結像光２Ｒも、Ｓ偏光の光が１／４波長板７を２回通過した光になる。この場合、結像光２Ｒも結像光２Ｔと一緒に接合面ＳＣを透過する。結像光２Ｒと結像光２Ｔを合わせた光の波長域は、白色光の波長域と同じである。よって、光学像Ｉ２は、白色光による光学像になる。

　このようなことから、光学膜９が設けられた光学面が、１／４波長板７と光学面Ｓ６１との間に位置することは好ましくない。

　本実施形態の対物光学系では、所定の光学面は、第２の光路に対して挿抜可能であることが好ましい。

　上述のように、光学面Ｓ４３と１／４波長板７との間に平行平板を配置し、平行平板の表面に光学膜９を設けても良い。また、光学膜９を設けた平行平板の代わりに、色ガラスフィルタを用いても良い。

　また、光学膜９を設けた平行平板を、第２の光路に対して挿抜可能にしても良い。平行平板が第２の光路に挿入されている場合、白色光で光学像Ｉ１が形成され、狭帯域光で光学像Ｉ２が形成される。第１の光路における光路長と第２の光路における光路長は等しい。そのため、ピントが合っている領域は、光学像Ｉ１と光学像Ｉ２とで同じになる。よって、白色光観察と狭帯域光観察が同時に行える。

　一方、平行平板が第２の光路から抜去されている場合、白色光で光学像Ｉ１と光学像Ｉ２が形成される。そのため、白色光観察は行えるが、狭帯域光観察は行えない。

　更に、第１の光路における光路長と第２の光路における光路長とは、異なる。そのため、ピントが合っている領域は、光学像Ｉ１と光学像Ｉ２とで異なる。このような光学像Ｉ１と光学像Ｉ２を撮像し、これにより２つの画像を取得する。そして、撮像した２つの画像からピントが合っている領域だけを抽出し、抽出した領域を合成する。このようにすることで、被写界深度の大きな画像を取得することができる。

　本実施形態の対物光学系では、所定の光学面は、第１の光路に位置し、光路分割面は、ハーフミラー面であることが好ましい。

　本実施形態の対物光学系では、接合面ＳＣは、ハーフミラー面である。この場合、所定の光学面は、第１の光路に位置する。具体的には、光学面Ｓ５２に光学膜９が設けられている。

　結像光は接合面ＳＣに入射し、結像光１と結像光２に分かれる。結像光１は、第１の光路を進行する。結像光２は、第２の光路を進行する。第１の光路には、光学膜９が設けられた光学面Ｓ５２が位置している。結像光１は、光学面Ｓ５２に入射する。

　光学面Ｓ５２に入射する前の結像光１の波長域は、４００ｎｍから７００ｎｍまでである。しかしながら、光学面Ｓ５２を通過する際、４８０ｎｍから５２０ｎｍまでの波長域の光だけが光学膜９で反射される。

　一方、４８０ｎｍよりも短い波長域の光や、５２０ｎｍよりも長い波長域の光は、光学膜９を透過する。そのため、光学面Ｓ５２から出射する結像光１の波長域は、４８０ｎｍから５２０ｎｍまでになる。

　第２の光路には、光学膜９は存在しない。よって、結像光２の波長域は、４００ｎｍから７００ｎｍまでになる。結像光２の波長域の広さは、結像光の波長域の広さとほぼ同じである。

　このように、本実施形態の対物光学系は、所定の光学面として、光学膜９が設けられた光学面を有する。そして、光学膜９が設けられた光学面は、第１の光路のみに位置している。そのため、光学膜９が設けられた光学面における光の波長域は、第２の光路を進行する結像光２の波長域よりも狭くなっている。

　上述のように、光学面Ｓ５２から出射する結像光１の波長域は、４８０ｎｍから５２０ｎｍまでである。よって、４８０ｎｍから５２０ｎｍまで波長域の光、すなわち、狭帯域光で光学像Ｉ１が形成される。光学像Ｉ１を観察することで、狭帯域光観察が行える。

　一方、結像光２の波長域は、４００ｎｍから７００ｎｍまでである。よって、４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長域の光、すなわち、白色光で光学像Ｉ２が形成される。光学像Ｉ２を観察することで、白色光観察が行える。

　本実施形態の対物光学系では、偏光を利用していない。そのため、第２の光路に１／４波長板７を配置する必要がない。よって、光学系を小型化することができる。

　また、光学面Ｓ４３を反射面にすることで、ミラー６も不要になる。よって、光学系をより小型化することができる。光学面Ｓ４３を反射面にする場合、第１の光路における光路長と、第２の光路における光路長が等しくなるように、プリズム４やプリズム５の大きさを設定すれば良い。

　本実施形態の対物光学系では、所定の光学面に、光学膜が設けられ、光学膜は、制限された波長域の光を生じる分光特性を有し、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
　３ｎｍ≦Ｔλ×Δλ≦６０ｎｍ　　　（１）
　ここで、
　Ｔλは、制限された波長域における最大透過率（０≦Ｔλ≦１．０）、
　Δλは、制限された波長域における半値全幅（単位はｎｍ）、
である。

　条件式（１）の下限値を下回ると、狭帯域光で形成される光学像が暗くなりすぎる。そのため、狭帯域光での観察が困難になる。条件式（１）の上限値を上回ると、所定の光学面における波長域が広くなりすぎる。そのため、狭帯域光観察における効果が低下する。

　狭帯域光観察における効果としては、例えば、血管の強調がある。具体的には、青色の波長域の光を用いることで、表層に位置する血管を強調できる。緑色の波長域の光を用いることで、中深層に位置する血管を強調することができる。また、赤色の波長域の光を用いることで、太い血管を強調することができる。

　本実施形態の対物光学系では、制限された波長域の数は複数であり、各々の制限された波長域は、条件式（１）を満足することが好ましい。

　このようにすることで、複数の波長域で狭帯域光観察をすることができる。これにより、被写体に関する情報量が増大するので、スクリーニング、診断及び処置の精度を向上させることができる。

　複数の制限された波長域の例を示す。図４は、実施例１のバンドパスフィルターの分光特性を示す図である。実施例１のバンドパスフィルターを用いることで、制限された波長域の光を２つ生じさせることができる。

　実施例１のバンドパスフィルターの分光特性は、制限された波長域を２つ有する。具体的には、表１に示すように、分光特性は、狭帯域１と狭帯域２を有する。表１において、λcは帯域の中心波長、ＦＷＨＭは半値全幅、Ｔmaxは最大透過率である。

　実施例１のバンドパスフィルターを用いることで、表層に位置する血管の強調と、中深層に位置する血管の強調ができる。

　図５は、実施例２のバンドパスフィルターの分光特性を示す図である。実施例２のバンドパスフィルターを用いることで、制限された波長域の光を３つ生じさせることができる。

　実施例２のバンドパスフィルターの分光特性は、制限された波長域を３つ有する。具体的には、表２に示すように、分光特性は、狭帯域２、狭帯域３及び狭帯域４を有する。

　実施例２のバンドパスフィルターを用いることで、中深層に位置する血管の強調と、太い血管の強調と、ができる。

　本実施形態の内視鏡装置は、本実施形態の対物光学系と、撮像素子と、画像処理装置と、を有することを特徴とする。

　図６は、本実施形態の内視鏡装置の構成を示す図である。内視鏡装置は、対物光学系１と、撮像素子１０と、画像処理装置２０と、を有する。内視鏡装置は、表示装置３０を備えることができる。

　上述のように、対物光学系１によって、光学像１と光学像２が形成される。２つの光学像のうち、一方の光学像は白色光で形成され、他方の光学像は狭帯域光で形成される。光学像１と光学像２は、撮像素子１０で撮像される。

　撮像素子１０から画像信号が出力される。画像信号には、光学像１に対応する画像信号と、光学像２に対応する画像信号と、が含まれている。撮像素子１０から出力された画像信号は、画像処理装置２０に入力される。画像処理装置２０では、必要に応じて、画像信号に対して画像処理が行われる。画像信号は表示装置３０に入力される。

　上述のように、画像信号には、光学像１に対応する画像信号と、光学像２に対応する画像信号と、が含まれている。よって、白色光画像と狭帯域光画像が、表示装置３０に表示される。

　本実施形態の内視鏡装置によれば、狭帯域光観察と白色光観察を同時に行なうことができる。これにより、被写体に関する情報量が増大するので、スクリーニング、診断及び処置の精度を向上させることができる。

　以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態のみに限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、これら実施形態の構成を適宜組合せて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

（付記）
　なお、これらの実施例から以下の構成の発明が導かれる。

（付記項１）
　物体の像を形成するレンズ群と、
　レンズ群の像側に配置された光路分割素子と、を有し、
　光路分割素子は、レンズ群の光路上に配置され、
　光路分割素子は、第１の光路と第２の光路を形成する光路分割面を有し、
　第１の光路は、レンズ群の光路の延長線上に形成され、
　第２の光路は、第１の光路と交差するように形成され、
　第１の光路における光学像と第２の光路における光学像は、同一平面上に形成され、
　第２の光路に、反射面が位置し、
　第１の光路と第２の光路の何れか一方の光路のみに、所定の光学面が位置し、
　所定の光学面を透過した光の波長域、又は、所定の光学面で反射された光の波長域は制限されており、
　制限された波長域は、他方の光路を進行する光の波長域よりも狭いことを特徴とする対物光学系。
（付記項２）
　所定の光学面は、第２の光路に位置し、
　光路分割面と反射面との間に、１／４波長板が位置し、
　光路分割面は、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する特性を有し、
　所定の光学面は、光路分割面と１／４波長板との間に位置することを特徴とする付記項１に記載の対物光学系。
（付記項３）
　所定の光学面は、第２の光路に対して挿抜可能であることを特徴とする付記項１又は付記項２に記載の対物光学系。
（付記項４）
　所定の光学面は、第１の光路に位置し、
　光路分割面は、ハーフミラー面であることを特徴とする付記項１に記載の対物光学系。
（付記項５）
　所定の光学面に、光学膜が設けられ、
　光学膜は、制限された波長域の光を生じる分光特性を有し、
　以下の条件式（１）を満足することを特徴とする付記項１から４の何れか一項に記載の対物光学系。
　３ｎｍ≦Ｔλ×Δλ≦６０ｎｍ　　　（１）
　ここで、
　Ｔλは、制限された波長域における最大透過率（０≦Ｔλ≦１．０）、
　Δλは、制限された波長域における半値全幅（単位はｎｍ）、
である。
（付記項６）
　制限された波長域の数は複数であり、
　各々の制限された波長域は、条件式（１）を満足することを特徴とする付記項５に記載の対物光学系。
（付記項７）
　付記項１から６のいずれか一項に記載の対物光学系と、
　撮像素子と、
　画像処理装置と、を有することを特徴とする内視鏡装置。

　本発明は、小型な光学系でありながら、汎用性の高い撮像素子を用いて狭帯域光観察と白色光観察が同時に行える対物光学系及びそれを備えた内視鏡装置に有用である。

　１　対物光学系
　２　レンズ群
　３　光路分割ユニット
　４　プリズム
　５　プリズム
　６　ミラー
　７　１／４波長板
　８　カバーガラス
　９　光学膜
　１０　撮像素子
　２０　画像処理装置
　３０　表示装置
　Ｉ１、Ｉ２　光学像
　Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ５１、Ｓ５２、Ｓ５３、Ｓ６１、Ｓ８１　光学面
　ＳＣ　接合面

Claims

　物体の像を形成するレンズ群と、
　前記レンズ群の像側に配置された光路分割素子と、を有し、
　前記光路分割素子は、前記レンズ群の光路上に配置され、
　前記光路分割素子は、第１の光路と第２の光路を形成する光路分割面を有し、
　前記第１の光路は、前記レンズ群の光路の延長線上に形成され、
　前記第２の光路は、前記第１の光路と交差するように形成され、
　前記第１の光路における光学像と前記第２の光路における光学像は、同一平面上に形成され、
　前記第２の光路に、反射面が位置し、
　前記第１の光路と前記第２の光路の何れか一方の光路のみに、所定の光学面が位置し、
　前記所定の光学面を透過した光の波長域、又は、前記所定の光学面で反射された光の波長域は制限されており、
　制限された波長域は、他方の光路を進行する光の波長域よりも狭いことを特徴とする対物光学系。
　前記所定の光学面は、前記第２の光路に位置し、
　前記光路分割面と前記反射面との間に、１／４波長板が位置し、
　前記光路分割面は、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する特性を有し、
　前記所定の光学面は、前記光路分割面と前記１／４波長板との間に位置することを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
　前記所定の光学面に、光学膜が設けられ、
　前記光学膜は、前記制限された波長域の光を生じる分光特性を有し、
　以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の対物光学系。
　３ｎｍ≦Ｔλ×Δλ≦６０ｎｍ　　　（１）
　ここで、
　Ｔλは、前記制限された波長域における最大透過率（０≦Ｔλ≦１．０）、
　Δλは、前記制限された波長域における半値全幅（単位はｎｍ）、
である。
　請求項１から３のいずれか一項に記載の対物光学系と、
　撮像素子と、
　画像処理装置と、を有することを特徴とする内視鏡装置。