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WO2017018126A1 - 内視鏡用カメラヘッド及びこれを有する内視鏡装置 - Google Patents

内視鏡用カメラヘッド及びこれを有する内視鏡装置 Download PDF

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image
camera head
endoscope
white light
image sensor
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加藤貴之
富岡誠
井上貴博
森田和雄
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オリンパス株式会社
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    • A61B1/00165—Optical arrangements with light-conductive means, e.g. fibre optics

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope camera head and an endoscope apparatus having the same.
  • the electronic endoscope apparatus can be configured to observe a lesioned part of a living tissue and display an autofluorescence observation image. In this configuration, an image with white light is observed during normal observation. When observing a fluorescent image, an image in the fluorescent band is observed. Endoscope apparatuses for observing a fluorescent image are proposed in Patent Documents 1, 2, and 3, for example.
  • an endoscope apparatus using a camera head it is desirable to be able to observe fluorescent images in two different wavelength regions in addition to observation with white light.
  • the best focus positions at which fluorescent images of different two wavelength regions are formed are different.
  • axial chromatic aberration is well corrected in an optical system in which a camera head is connected to an endoscope, particularly a rigid endoscope.
  • Patent Documents 1 to 3 disclose that fluorescence images in two different wavelength ranges are observed well. In order to observe fluorescent images in two different wavelength ranges, it is necessary to reduce the image quality of the white light in the rigid mirror, to make the optical system complicated, and to increase the cost. It will occur. Therefore, with the conventional technology, it has been difficult to satisfactorily observe fluorescent images in a plurality of different wavelength ranges using a single camera head.
  • the present invention has been made in view of the above, and when a normal white light image observation is switched to a fluorescent image observation in a different wavelength range, a good fluorescent image can be obtained in any wavelength range.
  • An object is to provide an endoscope camera head and an endoscope apparatus having the same.
  • an endoscope camera head includes: An endoscope camera head used in connection with an endoscope.
  • Endoscope camera head A camera head optical system including a spectroscopic prism having a dichroic film that divides white light and fluorescence out of the light from the endoscope; A first imaging device and a second imaging device arranged on each optical path divided into two by the spectral prism; The first image sensor is for white light image observation for imaging a white light image, and the second image sensor is for fluorescence image observation for imaging two fluorescent images having different wavelengths.
  • the first image sensor is disposed at a position where an image is formed in the optical path for white light image observation
  • the second image sensor is disposed at a position between two positions where two fluorescent images are formed in the optical path for observing the fluorescent image
  • d is the difference between the distance between the optical path length to the first image sensor for white light image observation and the optical path length to the second image sensor for fluorescence image observation
  • P is the pitch between the pixels of the first image sensor and the second image sensor
  • Fno is the F number of the camera head optical system, It is.
  • an endoscope apparatus includes an endoscope and the above-described endoscope camera head connected to the endoscope.
  • an endoscope camera head capable of obtaining a good fluorescent image in any wavelength range and the same are provided. There is an effect that an endoscope apparatus can be provided.
  • (A) is a lens sectional view showing the composition of the camera head for endoscopes concerning an embodiment.
  • (B) is a figure which shows the structure of the spectroscopic prism vicinity of the camera head for endoscopes which concerns on embodiment.
  • (C) is a figure which shows the image surface of a white light image, and the image surface of the fluorescence image of two different wavelength ranges. It is a figure which shows the spectral distribution of fluorescence of white light and two different wavelength ranges.
  • (A) is a figure which shows the relationship between a circle of minimum confusion and a pixel.
  • (B) is a figure which shows the pitch of a pixel.
  • (C) is a figure which shows the pitch of the pixel when binning.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an optical system of an endoscope camera head according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an optical system of an endoscope camera head according to Embodiment 2.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating an optical system of an endoscope camera head according to Embodiment 3.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration of an endoscope apparatus according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1A is a lens cross-sectional view illustrating a configuration of an endoscope camera head according to an embodiment.
  • (B) is a figure which shows the structure of the spectroscopic prism vicinity of the camera head for endoscopes which concerns on embodiment.
  • (C) is a figure which shows the image surface of a white light image, and the image surface of the fluorescence image of two different wavelength ranges.
  • the fluorescent images having different wavelength ranges are, for example, an MB fluorescent image and an ICG fluorescent image.
  • an endoscope camera head is used by being connected to an endoscope (not shown).
  • an endoscope camera head includes a camera head optical system LS including a spectral prism 10 having a dichroic film 13 that divides white light and fluorescence out of light from an endoscope.
  • the first imaging device 14 and the second imaging device 15 are arranged on the respective optical paths divided into two by the spectral prism 10.
  • the first image sensor 14 is for white light image observation for capturing a white light image.
  • the second image sensor 15 is for fluorescent image observation that captures two MB fluorescent images and ICG fluorescent images having different wavelengths.
  • the first image sensor 14 is disposed at a position (white light image plane IWL) that forms an image in the optical path for white light image observation, and the second image sensor 15 has two fluorescent images in the optical path for fluorescent image observation.
  • the second image sensor 15 has two fluorescent images in the optical path for fluorescent image observation.
  • d is a difference in distance between the optical path length LWL to the first image sensor 14 for white light image observation and the optical path length LFL to the second image sensor 15 for fluorescence observation;
  • P is the pitch between the pixels of the first image sensor 14 and the second image sensor 15,
  • Fno is the F number of the camera head optical system LS, It is.
  • the spectroscopic prism 10 has a dichroic film 13 that divides white light and fluorescence out of light from the endoscope.
  • the first image sensor 14 and the second image sensor 15 are arranged on respective optical paths divided into two by the spectral prism 10.
  • the first image sensor 14 is for white light image observation for capturing a white light image.
  • the second imaging element 15 is for observing a fluorescent image that captures an MB fluorescent image and an ICG fluorescent image, which are two fluorescent images having different wavelengths.
  • FIG. 1 (c) is a diagram showing a white light image plane IWL which is a position of a white light image, two fluorescent image MB fluorescent image plane IMB and ICG fluorescent image plane IICG with the optical axes extending in a straight line. is there.
  • the first image sensor 14 is disposed at a position (white light image plane IWL) where an image is formed in the optical path for white light image observation.
  • the second imaging element 15 is located between two positions (MB fluorescence image plane IMB and ICG fluorescence image plane IICG) where the two MB fluorescence images and the ICG fluorescence image are formed in the optical path for fluorescence image observation. (Fluorescence best focus image plane IFL).
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the wavelength range of white light, the wavelength range of fluorescent images in two different wavelength ranges, the spectral distribution of the wavelength range of excitation light, and the filter transmittance in the present embodiment.
  • the horizontal axis represents wavelength (unit: nm), and the vertical axis represents transmittance (unit:%).
  • the MB fluorescent image has a wavelength region near 680 to 740 nm.
  • the ICG fluorescence image has a wavelength region near 800 to 850 nm.
  • the parallel plate L1 is an MB excitation light cut filter (around 640 to 680 nm) and an ICG excitation light cut filter (740 to 780 nm).
  • d is the difference (LFL ⁇ LWL) in the distance between the optical path length LWL to the first image sensor 14 for white light image observation and the optical path length LFL to the second image sensor 15 for fluorescence image observation;
  • P is the pitch between the pixels of the first image sensor 14 and the second image sensor 15,
  • Fno is the F number of the camera head optical system LS, It is.
  • the ratio between the distance between the white light image plane IWL and the MB fluorescent image plane IMB and the distance between the MB fluorescent image plane IMB and the ICG fluorescent image plane IICG is approximately 1: 1.
  • the second imaging element 15 for fluorescent images is disposed at a substantially intermediate position between the MB fluorescent image plane IMB and the ICG fluorescent image plane IICG.
  • the distance d ′ between the MB fluorescent image surface IMB and the ICG fluorescent image surface IICG is expressed by the following equation (2).
  • NA is represented by the following formula (3).
  • NA 1 / (2 ⁇ Fno) (3)
  • D 2 ⁇ NA ⁇ d ′
  • D 2 ⁇ 1 / (2 ⁇ Fno) ⁇ (2/3)
  • ⁇ d d (3/2) ⁇ D ⁇ Fno (4)
  • conditional expression (1 ′) it is desirable to satisfy the following conditional expression (1 ′) instead of conditional expression (1).
  • conditional expression (1 ′′) it is more desirable to satisfy the following conditional expression (1 ′′) instead of conditional expression (1).
  • FIG. 3B schematically shows some pixels PX11 to PX24 of the first image sensor 14 and the second image sensor 15.
  • the pixel pitch P is the distance between the centers of adjacent pixels, for example, PX11 and PX12.
  • a binning process is known as a method for improving the detection sensitivity of the image sensor.
  • the binning process a plurality of pixels are artificially combined and handled as one pixel, and the detection sensitivity is improved by virtually increasing the number of image sensors included in the new one pixel.
  • FIG. 3C shows a configuration in the case where four adjacent 2 ⁇ 2 pixels PX11, PX12, PX21, and PX22 are processed as one pixel in a pseudo manner.
  • the pitch P is the distance between the centers of the four connected pixels.
  • the binning process is not limited to 2 ⁇ 2 pixel combination, and any number of pixels can be combined.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an optical system of the endoscope camera head according to the first embodiment.
  • the camera head optical system LS has, in order from the object side (endoscope side), a parallel plate L1, a convex flat positive lens L2 having a convex surface facing the object side, a biconcave negative lens L3, and a convex surface facing the image surface side.
  • the spectroscopic prism 10 is configured by joining two right-angle prisms 11 and 12 with a dichroic film 13 interposed therebetween.
  • the dichroic film 13 reflects white light out of light from the endoscope and transmits MB fluorescence and ICG fluorescence to divide the light.
  • the first image sensor 14 is for white light image observation for capturing a white light image.
  • the second imaging element 15 is for observing a fluorescent image that captures an MB fluorescent image and an ICG fluorescent image, which are two fluorescent images having different wavelengths.
  • the parallel plate L1 is an MB excitation light cut filter (around 640 to 680 nm) and an ICG excitation light cut filter (740 to 780 nm).
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the optical system of the endoscope camera head according to the present embodiment.
  • the camera head optical system LS has, in order from the object side (endoscope side), a parallel plate L1, an aperture stop S, a biconvex positive lens L2, a biconcave negative lens L3, and a convex surface facing the image plane side.
  • the spectroscopic prism 10 is configured by joining two right-angle prisms 11 and 12 with a dichroic film 13 interposed therebetween.
  • the dichroic film 13 reflects white light out of light from the endoscope and transmits MB fluorescence and ICG fluorescence to divide the light.
  • the first image sensor 14 is for white light image observation for capturing a white light image.
  • the second imaging element 15 is for observing a fluorescent image that captures an MB fluorescent image and an ICG fluorescent image, which are two fluorescent images having different wavelengths.
  • the parallel plate L1 is an MB excitation light cut filter (around 640 to 680 nm) and an ICG excitation light cut filter (740 to 780 nm).
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the optical system of the endoscope camera head according to the present embodiment.
  • the camera head optical system LS includes, in order from the object side (endoscope side), a parallel plate L1, an aperture stop S, a convex flat positive lens L2 having a convex surface facing the object side, a biconcave negative lens L3, It has a convex positive lens L4 and a spectral prism 10.
  • the spectroscopic prism 10 is configured by joining two right-angle prisms 11 and 12 with a dichroic film 13 interposed therebetween.
  • the dichroic film 13 reflects white light out of light from the endoscope and transmits MB fluorescence and ICG fluorescence to divide the light.
  • the first image sensor 14 is for white light image observation for capturing a white light image.
  • the second imaging element 15 is for observing a fluorescent image that captures an MB fluorescent image and an ICG fluorescent image, which are two fluorescent images having different wavelengths.
  • the parallel plate L1 is an MB excitation light cut filter (around 640 to 680 nm) and an ICG excitation light cut filter (740 to 780 nm).
  • FIG. 7 shows a configuration of an endoscope apparatus 20 according to the fourth embodiment.
  • the endoscope apparatus 20 includes the above-described endoscope camera head 23 connected to a light source for illumination, a rigid endoscope 21, and a connection portion 22 of the rigid endoscope 21.
  • An output signal from the endoscope camera head 23 is input to the camera control unit 24.
  • the white light image, MB fluorescence image, and ICG fluorescence image are displayed on the monitor 25.
  • the parameter Fno is included in the rigid endoscope 21 in a state where the endoscope camera head 23 is connected to the rigid endoscope 21 instead of the F number of the camera head optical system LS. You may use the F number of the synthetic
  • r are the radius of curvature of each lens surface
  • di is the distance between the lens surfaces
  • ne is the refractive index of the e-line of each lens
  • ⁇ d is the Abbe number of each lens
  • Fno is the F number.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 d 0.125 0.02 0.2 9 x P x Fno 0.1292 0.0289 0.2071
  • the MB fluorescence image and the ICG fluorescence image have been described as examples of fluorescence images in different wavelength ranges.
  • the present invention is not limited to this, and can also be applied to fluorescent images in other wavelength regions.
  • the endoscope camera head and the endoscope apparatus having the endoscope head according to the present invention are useful for white light image observation and fluorescence image observation in different wavelength regions.

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Abstract

白色光像観察から異なる波長域の蛍光像観察に切り替えた際、いずれの波長域においても良好な蛍光画像を得られる内視鏡用カメラヘッド等を提供する。　内視鏡用カメラヘッドは、内視鏡からの光のうち、白色光と蛍光を分割するダイクロイック膜１３を有する分光プリズム１０を含むカメラヘッド光学系ＬＳと、分光プリズム１０により２分割されたそれぞれの光路上に配置された第１の撮像素子１４と第２の撮像素子１５と、を有し、第１の撮像素子１４は白色光像を撮像する白色光像観察用であり、第２の撮像素子１５は波長の異なる２つの蛍光像を撮像する蛍光像観察用であり、第１の撮像素子１４は、白色光像観察用の光路において結像する位置に配置され、第２の撮像素子１５は、蛍光像観察用の光路において２つ蛍光像が結像する２つの位置の間の位置に配置され、条件式（１）を満たす。　ｄ≦９×Ｐ×Ｆｎｏ　…（１）

Description

内視鏡用カメラヘッド及びこれを有する内視鏡装置
　本発明は、内視鏡用カメラヘッド及びこれを有する内視鏡装置に関するものである。
　電子内視鏡装置は、生体組織の病変部等を観察すると共に、自家蛍光観察画像を表示する構成とすることができる。この構成では、通常観察時には、白色光による画像を観察する。蛍光像観察時には、蛍光帯域の像を観察する。蛍光像を観察する内視鏡装置は、例えば、特許文献１、２及び３に提案されている。
特開２００５－４６６３４号公報 特開２００７－５０１０６号公報 特開平８－５５７号公報
　カメラヘッドを用いた内視鏡装置において、白色光により観察に加え、異なる２波長域の蛍光像を観察できることが望ましい。異なる２波長域の蛍光像が形成されるベストフォーカス位置は異なる。一般的に、内視鏡、特に硬性鏡にカメラヘッドを接続した状態の光学系は、軸上色収差は良好に補正されている。ここで、異なる波長域の蛍光像観察において、例えばメチレンブルー（以下、「ＭＢ」という。）の蛍光像（６８０～７４０ｎｍ）から、インドシアニングリーン（以下、「ＩＣＧ」という。）の蛍光像（８００～８５０ｎｍ）のような赤外波長域までにわたって良好に色収差補正を行うことは困難である。
　特許文献１～３のいずれも、異なる２つ波長域の蛍光像を、それぞれ良好に観察することは開示されていない。
　異なる２つ波長域の蛍光像を、それぞれ良好に観察するためには、硬性鏡における白色光による画像の画質が低減すること、光学系が複雑になること、原価が高くなることなどの問題を生じてしまう。従って、従来の技術では、一台のカメラヘッドを用いて、複数の異なる波長域の蛍光像を良好に観察することは困難であった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、通常の白色光像観察から異なる波長域の蛍光像観察に切り替えた際、いずれの波長域においても良好な蛍光画像を得ることができる内視鏡用カメラヘッド及びこれを有する内視鏡装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内視鏡用カメラヘッドは、
　内視鏡と接続して使用する内視鏡用カメラヘッドであり、
　内視鏡用カメラヘッドは、
　内視鏡からの光のうち、白色光と蛍光を分割するダイクロイック膜を有する分光プリズムを含むカメラヘッド光学系と、
　分光プリズムにより２分割されたそれぞれの光路上に配置された第１の撮像素子と第２の撮像素子を有し、
　第１の撮像素子は白色光像を撮像する白色光像観察用であり、第２の撮像素子は波長の異なる２つの蛍光像を撮像する蛍光像観察用であり、
　第１の撮像素子は、白色光像観察用の光路において結像する位置に配置され、
　第２の撮像素子は、蛍光像観察用の光路において２つ蛍光像が結像する２つの位置の間の位置に配置され、
　以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする。
　ｄ≦９×Ｐ×Ｆｎｏ　　　…（１）
　ここで、
　ｄは、白色光像観察用の第１の撮像素子までの光路長と、蛍光像観察用の第２の撮像素子までの光路長の距離の差分、
　Ｐは、第１の撮像素子及び第２の撮像素子の画素間のピッチ、
　Ｆｎｏは、カメラヘッド光学系のＦナンバー、
である。
　また、本発明に係る内視鏡装置は、内視鏡と、内視鏡に接続する上記内視鏡用カメラヘッドと、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、通常の白色光像観察から異なる波長域の蛍光像観察に切り替えた際、いずれの波長域においても良好な蛍光画像を得ることができる内視鏡用カメラヘッド及びこれを有する内視鏡装置を提供できるという効果を奏する。
（ａ）は、実施形態に係る内視鏡用カメラヘッドの構成を示すレンズ断面図である。（ｂ）は実施形態に係る内視鏡用カメラヘッドの分光プリズム近傍の構成を示す図である。（ｃ）は、白色光像の像面と、２つの異なる波長域の蛍光像の像面を示す図である。 白色光と２つの異なる波長域の蛍光の分光分布を示す図である。 （ａ）は、最小錯乱円と画素との関係を示す図である。（ｂ）は、画素のピッチを示す図である。（ｃ）は、ビニングしたときの画素のピッチを示す図である。 実施例１に係る内視鏡用カメラヘッドの光学系を示す断面図である。 実施例２に係る内視鏡用カメラヘッドの光学系を示す断面図である。 実施例３に係る内視鏡用カメラヘッドの光学系を示す断面図である。 実施例４に係る内視鏡装置の概略構成を示す図である。
　以下に、本発明に係る内視鏡用カメラヘッド及びこれを有する内視鏡装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
　図１（ａ）は、実施形態に係る内視鏡用カメラヘッドの構成を示すレンズ断面図である。（ｂ）は実施形態に係る内視鏡用カメラヘッドの分光プリズム近傍の構成を示す図である。（ｃ）は、白色光像の像面、２つの異なる波長域の蛍光像の像面を示す図である。
　本実施形態では、白色光像の観察と、２つの波長域の異なる蛍光像の観察を行うことができる。２つの波長域の異なる蛍光像は、例えば、ＭＢ蛍光像とＩＣＧ蛍光像である。
　内視鏡用カメラヘッドは、内視鏡（不図示）と接続して使用する。図１（ａ）に示すように、内視鏡用カメラヘッドは、内視鏡からの光のうち、白色光と蛍光を分割するダイクロイック膜１３を有する分光プリズム１０を含むカメラヘッド光学系ＬＳと、分光プリズム１０により２分割されたそれぞれの光路上に配置された第１の撮像素子１４と第２の撮像素子１５と、を有する。第１の撮像素子１４は、白色光像を撮像する白色光像観察用である。第２の撮像素子１５は、波長の異なる２つのＭＢ蛍光像とＩＣＧ蛍光像を撮像する蛍光像観察用である。第１の撮像素子１４は、白色光像観察用の光路において結像する位置（白色光像面ＩＷＬ）に配置され、第２の撮像素子１５は、蛍光像観察用の光路において２つ蛍光像であるＭＢ蛍光像とＩＣＧ蛍光像が結像する２つの位置（ＭＢ蛍光像面ＩＭＢ)、（ＩＣＧ蛍光像面ＩＩＣＧ）の間の位置（蛍光ベストフォーカス像面ＩＦＬ）に配置され、以下の条件式（１）を満たす。
　ｄ≦９×Ｐ×Ｆｎｏ　　　…（１）
　ここで、
　ｄは、白色光像観察用の第１の撮像素子１４までの光路長ＬＷＬと、蛍光観像察用の第２の撮像素子１５までの光路長ＬＦＬの距離の差分、
　Ｐは、第１の撮像素子１４及び第２の撮像素子１５の画素間のピッチ、
　Ｆｎｏは、カメラヘッド光学系ＬＳのＦナンバー、
である。
　条件式（１）を満たさない場合、ＭＢ蛍光像、ＩＣＧ蛍光像の２つの蛍光像を良好に撮像することができない。
　図１（ｂ）に示すように、分光プリズム１０は、内視鏡からの光のうち、白色光と蛍光を分割するダイクロイック膜１３を有する。第１の撮像素子１４と第２の撮像素子１５は、分光プリズム１０により２分割された、それぞれの光路上に配置されている。第１の撮像素子１４は、白色光像を撮像する白色光像観察用である。第２の撮像素子１５は、波長の異なる２つの蛍光像であるＭＢ蛍光像とＩＣＧ蛍光像を撮像する蛍光像観察用である。
　図１（ｃ）は、白色光像の位置である白色光像面ＩＷＬ、２つの蛍光像であるＭＢ蛍光像面ＩＭＢとＩＣＧ蛍光像面ＩＩＣＧを、光軸を一直線にのばして示した図である。第１の撮像素子１４は、白色光像観察用の光路において結像する位置（白色光像面ＩＷＬ）に配置されている。第２の撮像素子１５は、蛍光像観察用の光路において２つの蛍光像であるＭＢ蛍光像とＩＣＧ蛍光像が結像する２つの位置（ＭＢ蛍光像面ＩＭＢとＩＣＧ蛍光像面ＩＩＣＧ）の間の位置（蛍光ベストフォーカス像面ＩＦＬ）に配置されている。
　また、図２は、本実施形態における白色光の波長域と、２つの異なる波長域の蛍光像の波長域と、励起光の波長域の分光分布、フィルタ透過率を示す図である。横軸は波長（単位：ｎｍ）、縦軸は透過率（単位：％）である。
　図２に示すように、ＭＢ蛍光像は、６８０～７４０ｎｍ付近の波長域を有する。ＩＣＧ蛍光像は、８００～８５０ｎｍ付近の波長域を有する。
　平行平板Ｌ１は、ＭＢ励起光カットフィルタ（６４０～６８０ｎｍ付近）と、ＩＣＧ励起光カットフィルタ（７４０～７８０ｎｍ）である。
　次に、以下の条件式（１）について説明する。
　ｄ≦９×Ｐ×Ｆｎｏ　　　…（１）
　ここで、
　ｄは、白色光像観察用の第１の撮像素子１４までの光路長ＬＷＬと、蛍光像観察用の第２の撮像素子１５までの光路長ＬＦＬの距離の差分（ＬＦＬ－ＬＷＬ）、
　Ｐは、第１の撮像素子１４及び第２の撮像素子１５の画素間のピッチ、
　Ｆｎｏは、カメラヘッド光学系ＬＳのＦナンバー、
である。
　パラメータＰについて図１（ｃ）及び図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照してさらに説明する。図１（ｃ）において、白色光像面ＩＷＬとＭＢ蛍光像面ＩＭＢの距離と、ＭＢ蛍光像面ＩＭＢとＩＣＧ蛍光像面ＩＩＣＧの距離との比率は、略１対１である。さらに、蛍光像用の第２の撮像素子１５は、ＭＢ蛍光像面ＩＭＢとＩＣＧ蛍光像面ＩＩＣＧの略中間の位置に配置されている。
　このため、ＭＢ蛍光像面ＩＭＢとＩＣＧ蛍光像面ＩＩＣＧの距離ｄ’は、以下の式（２）で示される。
　ｄ’≒（２／３）×ｄ　　　…（２）
　また、ＮＡは以下の式（３）で示される。
　ＮＡ＝１／（２×Ｆｎｏ）　　　…（３）
　ここで、白色光像が、第１の撮像素子１４上でベストのピント位置にあるとき、第２の撮像素子１５上でのＭＢ蛍光像とＩＣＧ蛍光像の取りうる最大光束径をＤとする。
　以下のように式（３）を書き換える。
　Ｄ＝２×ＮＡ×ｄ’
　Ｄ＝２×１／（２×Ｆｎｏ）×（２／３）×ｄ
　ｄ＝（３／２）×Ｄ×Ｆｎｏ　　　…（４）
　ＭＢ蛍光像とＩＣＧ蛍光像が共に被写界深度内となるためには、図３（ａ）に示すように、Ｄが錯乱円径Ｃの直径（＝６×Ｐ）より小さくなれば良い。
　Ｄ≦６×Ｐ　　　…（５）
　式（５）を式（４）に代入することで、以下の条件式（１）を得ることができる。
　ｄ≦９×Ｐ×Ｆｎｏ　　　…（１）
　なお、好ましくは、条件式（１）の代わりに、以下の条件式（１’）を満たすことが望ましい。
　ｄ≦６×Ｐ×Ｆｎｏ　　　…（１’）
　さらに、好ましくは、条件式（１）の代わりに、以下の条件式（１”）を満たすことがより望ましい。
　ｄ≦３×Ｐ×Ｆｎｏ　　　…（１”）
　次に、画素のピッチＰについて説明する。図３（ｂ）は、第１の撮像素子１４、第２の撮像素子１５の一部の画素ＰＸ１１～ＰＸ２４を模式的に示す。ここで、画素のピッチＰは、隣接する画素、例えばＰＸ１１、ＰＸ１２の中心間距離である。
　また、撮像素子の検出感度を向上させる方法として、ビニング（ｂｉｎｎｉｎｇ）処理が知られている。ビニング処理は、複数画素を疑似的に結合させて１画素として扱い、この新たな１画素に含まれる撮像素子数を仮想的に大きくすることで検出感度を向上させる。
　図３（ｃ）は、隣接する２×２の４つの画素ＰＸ１１、ＰＸ１２、ＰＸ２１、ＰＸ２２を疑似的に１つの画素として処理する場合の構成を示す。ビニング処理を行う場合、結合した４つの画素どうしの中心間距離をピッチＰとする。なお、ビニング処理は、２×２個の画素結合に限られず、任意の数の画素を結合できる。
（実施例１）
　実施例１に係る内視鏡用カメラヘッドについて説明する。図４は、実施例１に係る内視鏡用カメラヘッドの光学系を示す断面図である。
　カメラヘッド光学系ＬＳは、物体側（内視鏡側）から順に、平行平板Ｌ１と、物体側に凸面を向けた凸平正レンズＬ２と、両凹負レンズＬ３と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、両凸正レンズＬ５と、分光プリズム１０と、を有する。
　分光プリズム１０は、ダイクロイック膜１３を挟んで２つの直角プリズム１１、１２を接合して構成されている。ダイクロイック膜１３は、内視鏡からの光のうち、白色光を反射し、ＭＢ蛍光、ＩＣＧ蛍光を透過させて、分割する。第１の撮像素子１４は、白色光像を撮像する白色光像観察用である。第２の撮像素子１５は、波長の異なる２つの蛍光像であるＭＢ蛍光像、ＩＣＧ蛍光像を撮像する蛍光像観察用である。
　また、平行平板Ｌ１は、ＭＢ励起光カットフィルタ（６４０～６８０ｎｍ付近）と、ＩＣＧ励起光カットフィルタ（７４０～７８０ｎｍ）である。
（実施例２）
　実施例２に係る内視鏡用カメラヘッドについて説明する。図５は、本実施例に係る内視鏡用カメラヘッドの光学系を示す断面図である。
　カメラヘッド光学系ＬＳは、物体側（内視鏡側）から順に、平行平板Ｌ１と、明るさ絞りＳと、両凸正レンズＬ２と、両凹負レンズＬ３と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、両凸正レンズＬ５と、物体側に凹面を向けた凹平負レンズＬ６と、分光プリズム１０と、を有する。
　分光プリズム１０は、ダイクロイック膜１３を挟んで２つの直角プリズム１１、１２を接合して構成されている。ダイクロイック膜１３は、内視鏡からの光のうち、白色光を反射し、ＭＢ蛍光、ＩＣＧ蛍光を透過させて、分割する。第１の撮像素子１４は、白色光像を撮像する白色光像観察用である。第２の撮像素子１５は、波長の異なる２つの蛍光像であるＭＢ蛍光像、ＩＣＧ蛍光像を撮像する蛍光像観察用である。
　また、平行平板Ｌ１は、ＭＢ励起光カットフィルタ（６４０～６８０ｎｍ付近）と、ＩＣＧ励起光カットフィルタ（７４０～７８０ｎｍ）である。
（実施例３）
　実施例３に係る内視鏡用カメラヘッドについて説明する。図６は、本実施例に係る内視鏡用カメラヘッドの光学系を示す断面図である。
　カメラヘッド光学系ＬＳは、物体側（内視鏡側）から順に、平行平板Ｌ１と、明るさ絞りＳと、物体側に凸面を向けた凸平正レンズＬ２と、両凹負レンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、分光プリズム１０と、を有する。
　分光プリズム１０は、ダイクロイック膜１３を挟んで２つの直角プリズム１１、１２を接合して構成されている。ダイクロイック膜１３は、内視鏡からの光のうち、白色光を反射し、ＭＢ蛍光、ＩＣＧ蛍光を透過させて、分割する。第１の撮像素子１４は、白色光像を撮像する白色光像観察用である。第２の撮像素子１５は、波長の異なる２つの蛍光像であるＭＢ蛍光像、ＩＣＧ蛍光像を撮像する蛍光像観察用である。
　また、平行平板Ｌ１は、ＭＢ励起光カットフィルタ（６４０～６８０ｎｍ付近）と、ＩＣＧ励起光カットフィルタ（７４０～７８０ｎｍ）である。
（実施例４）
　図７は、実施例４に係る内視鏡装置２０の構成を示している。内視鏡装置２０は、照明用の光源と、硬性内視鏡２１と、硬性内視鏡２１の接続部２２に接続する上述の内視鏡用カメラヘッド２３を有する。内視鏡用カメラヘッド２３からの出力信号は、カメラコントロールユニット２４に入力される。白色光像、ＭＢ蛍光像、ＩＣＧ蛍光像は、モニター２５に表示される。
　本実施例では、パラメータＦｎｏは、カメラヘッド光学系ＬＳのＦナンバーの代わりに、内視鏡用カメラヘッド２３を硬性内視鏡２１と接続して使用する状態において、硬性内視鏡２１が有する光学系とカメラヘッド光学系ＬＳとの合成系のＦナンバーを用いても良い。
　以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄｉは各レンズ面間の間隔、ｎｅは各レンズのｅ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数、ＦｎｏはＦナンバーである。
数値実施例１
単位    ｍｍ
 
面データ
  面番号           r         di          ne        νd
   1               ∞       0.7       1.77066     71.79
   2               ∞       6.1              
   3(絞りΦ3.6mm)  ∞       1.9              
   4             10.484     3.5       1.79196     47.37
   5               ∞       4              
   6            -11.061     2.2       1.85504     23.78
   7             11.061     2              
   8            -22.182     3.1       1.73234     54.68
   9            -10.691     0.54              
   10            13.408     3.1       1.79196     47.37
   11           -60.966     3.5073              
   12              ∞       3.5       1.51825     64.14
   13              ∞       3.5       1.51825     64.14
   14              ∞       1              
像面IWL            ∞       0   
像面IFL            ∞       0.125   
 
基準波長：e-line                            
 
各種データ
Fno           5.127                     
P             2.8μm              
物体距離      1000mm (-1ディオプター）                     
最大像高      2.24mm              
 
数値実施例２
単位  ｍｍ
 
面データ
  面番号           r        di          ne         νd
   1               ∞       0.8       1.51825     64.14
   2               ∞       1.0              
   3(絞りΦ2.8mm)  ∞       4              
   4             13.55      2.8       1.8393      37.34
   5            -13.55      1.249              
   6             -4.77      1         1.85538     23.78
   7             24.4       0.668              
   8            -30.35      3         1.80811     46.5
   9             -6         0.2              
   10            12         3         1.80811     46.5
   11           -12         1.178              
   12            -7.85      1         1.81245     25.46
   13              ∞       1              
   14              ∞       2         1.51825     64.14
   15              ∞       2         1.51825     64.14
   16              ∞       0.4925              
像面IWL            ∞       0   
像面IFL            ∞       0.02  
 
基準波長：e-line  
 
各種データ
Fno           3.215                     
P             1μm              
物体距離      1000mm (-1ディオプター）                     
最大像高      1.2mm              
 
数値実施例３
単位  ｍｍ
 
面データ
  面番号           r        di          ne         νd
   1               ∞       2         1.51825     64.14
   2               ∞       6         1       
   3(絞りΦ2.8mm)  ∞       6.61      1       
   4             20.434     5.5       1.77621     49.6
   5               ∞       5.97      1       
   6            -26.052     4         1.73429     28.46
   7             14.454     4.72      1       
   8             37.901     4.8       1.75844     52.32
   9            -21.072    15.8039    1       
   10              ∞       8         1.51825     64.14
   11              ∞       8         1.51825     64.14
   12              ∞       1              
像面IWL            ∞       0  
像面IFL            ∞       0.2 
 
基準波長：e-line  
 
各種データ
Fno           5.229                     
P             4.4μm              
物体距離      1000mm (-1ディオプター）                     
最大像高      5.5mm              
　次に、各実施例の条件式対応値を示す。
           実施例１   実施例２  実施例３
d           0.125      0.02      0.2  
9×P×Fno   0.1292     0.0289    0.2071
 
　上記実施形態、実施例では、異なる波長域の蛍光像として、ＭＢ蛍光像、ＩＣＧ蛍光像を例にして説明した。本発明はこれに限られるものではなく、他の波長域の蛍光像にも適用できる。
　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。
　以上のように、本発明に係る内視鏡用カメラヘッド及びこれを有する内視鏡装置は、白色光像観察及び異なる波長域の蛍光像観察に有用である。
　１０　分光プリズム
　１１、１２　直角プリズム
　１３　ダイクロイック膜
　１４　第１の撮像素子
　１５　第２の撮像素子
　２０　内視鏡装置
　２１　硬性内視鏡
　２２　接続部
　２３　内視鏡用カメラヘッド
　２４　カメラコントロールユニット
　２５　モニター
　ＩＷＬ　白色光像面
　ＩＦＬ　蛍光ベストフォーカス像面
　ＰＸ１１～ＰＸ２４　画素
　Ｐ　ピッチ
　ＬＳ　カメラヘッド光学系
　Ｌ１　平行平板
　Ｌ２～Ｌ６　レンズ
　Ｓ　明るさ絞り
　ＩＭＢ　ＭＢ蛍光像面
　ＩＩＣＧ　ＩＣＧ蛍光像面

Claims (3)

  1. 　内視鏡と接続して使用する内視鏡用カメラヘッドであり、
    　前記内視鏡用カメラヘッドは、
    　前記内視鏡からの光のうち、白色光と蛍光を分割するダイクロイック膜を有する分光プリズムを含むカメラヘッド光学系と、
    　前記分光プリズムにより２分割されたそれぞれの光路上に配置された第１の撮像素子と第２の撮像素子と、を有し、
    　前記第１の撮像素子は白色光像を撮像する白色光像観察用であり、前記第２の撮像素子は波長の異なる２つの蛍光像を撮像する蛍光像観察用であり、
    　前記第１の撮像素子は、前記白色光像観察用の光路において結像する位置に配置され、
    　前記第２の撮像素子は、前記蛍光像観察用の光路において前記２つ蛍光像が結像する２つの位置の間の位置に配置され、
    　以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする内視鏡用カメラヘッド。 
    　ｄ≦９×Ｐ×Ｆｎｏ　　　…（１）
    　ここで、
    　ｄは、前記白色光像観察用の前記第１の撮像素子までの光路長と、前記蛍光像観察用の前記第２の撮像素子までの光路長の距離の差分、
    　Ｐは、前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子の画素間のピッチ、
    　Ｆｎｏは、前記カメラヘッド光学系のＦナンバー、
    である。
  2. 　前記画素間のピッチは、前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子の画素間のピッチと、複数の前記画素を結合して１つの画素とするときの前記結合した画素間のピッチのいずれか一方のピッチであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用カメラヘッド。
  3. 　内視鏡と、
    　前記内視鏡に接続する請求項１または２に記載の内視鏡用カメラヘッドと、
    を有することを特徴とする内視鏡装置。
     
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