特表 2024-513443 蛍光イメージング用超小型レンズシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-25

(54)【発明の名称】蛍光イメージング用超小型レンズシステム

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/00 20060101AFI20240315BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20240315BHJP

   A61B 1/00 20060101ALI20240315BHJP

   G02B 23/24 20060101ALN20240315BHJP

【ＦＩ】

G02B13/00

G02B13/18

A61B1/00 511

A61B1/00 731

G02B23/24 B

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023561331

(86)(22)【出願日】2022-02-15

(85)【翻訳文提出日】2023-10-05

(86)【国際出願番号】 KR2022002245

(87)【国際公開番号】W WO2022215853

(87)【国際公開日】2022-10-13

(31)【優先権主張番号】10-2021-0045060

(32)【優先日】2021-04-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519361461

【氏名又は名称】オソン メディカル イノベーション ファウンデーション

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】バン，ヒョンジン

(72)【発明者】

【氏名】イ，スンラグ

(72)【発明者】

【氏名】パク，ビョンジュン

(72)【発明者】

【氏名】イ，キリ

(72)【発明者】

【氏名】イ，ウンジャン

【テーマコード（参考）】

2H040

2H087

4C161

【Ｆターム（参考）】

2H040AA00

2H040BA01

2H040CA23

2H040GA02

2H087KA10

2H087LA01

2H087PA03

2H087PA17

2H087PB03

2H087QA03

2H087QA06

2H087QA17

2H087QA21

2H087QA26

2H087QA39

2H087QA41

2H087QA46

2H087RA04

2H087RA05

2H087RA12

2H087RA13

2H087RA32

2H087RA42

2H087RA43

2H087RA44

4C161CC06

4C161FF40

4C161QQ04

(57)【要約】

蛍光イメージング用超小型レンズシステムは、第１のレンズと、第２のレンズと、第３のレンズとを含む。前記第１のレンズは、互いに対向する第１の面及び第２の面を含むメニスカス形状を有し、前記第１の面は、凹であり、前記第１の面及び前記第２の面は、非球面である。前記第２のレンズは、前記第１のレンズに隣接し、互いに対向する第３の面及び第４の面を含み、前記第３の面及び前記第４の面は、凸であり、非球面である。前記第３のレンズは、前記第２のレンズに隣接し、互いに対向する第５の面及び第６の面を含み、前記第５の面及び前記第６の面は、凹であり、非球面である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに対向する第１の面及び第２の面を含むメニスカス形状を有し、前記第１の面は、凹であり、前記第１の面及び前記第２の面は、非球面である第１のレンズと、
前記第１のレンズに隣接し、互いに対向する第３の面及び第４の面を含み、前記第３の面及び前記第４の面は、凸であり、非球面である第２のレンズと、
前記第２のレンズに隣接し、互いに対向する第５の面及び第６の面を含み、前記第５の面及び前記第６の面は、凹であり、非球面である第３のレンズとを含むことを特徴とするレンズシステム。

【請求項2】

前記第１のレンズは、負の屈折力を有し、
前記第２のレンズは、正の屈折力を有し、
前記第３のレンズは、負の屈折力を有することを特徴とする請求項１に記載のレンズシステム。

【請求項3】

更に、前記第３のレンズに隣接し、互いに対向する第７の面及び第８の面を含むガラスと、
前記第１のレンズと前記第２のレンズの間に第９の面を有する絞りとを含むことを特徴とする請求項１に記載のレンズシステム。

【請求項4】

前記第１のレンズの前記第１の面からガラスの外側に位置した像面までの距離をＴＴＬ、前記レンズシステムの焦点距離をＦとすると、

【数1】

を満たすことを特徴とする請求項１に記載のレンズシステム。

【請求項5】

前記第１のレンズの前記第１の面の曲率半径をＲ１、前記第２の面の曲率半径をＲ２とすると、

【数2】

を満たすことを特徴とする請求項１に記載のレンズシステム。

【請求項6】

前記第２のレンズの焦点距離をｆ２、前記レンズシステムの焦点距離をＦとすると、

【数3】

を満たすことを特徴とする請求項１に記載のレンズシステム。

【請求項7】

前記第１のレンズのアッベ数をＶｄ１、前記第３のレンズのアッベ数をＶｄ３とすると、

【数4】

を満たすことを特徴とする請求項１に記載のレンズシステム。

【請求項8】

前記第２のレンズの焦点距離をｆ２、前記第３のレンズの焦点距離をｆ３とすると、

【数5】

を満たすことを特徴とする請求項１に記載のレンズシステム。

【請求項9】

前記非球面は、下記式６と定義され、

【数6】

ここで、ｚは、前記レンズシステムの頂点から光軸方向への距離、ｈは、前記光軸に垂直な方向への距離、ｃは、前記頂点での曲率半径、ｋは、円錐定数、Ａは、４次非球面係数、Ｂは、６次非球面係数、Ｃは、８次非球面係数、Ｄは、１０次非球面係数であることを特徴とする請求項１に記載のレンズシステム。

【請求項10】

特定範囲の光源の波長だけが通過するように、前記第１の乃至第６の面のうち、少なくとも１つの面にコーティングが行われ、
前記コーティングされた面の接線角度は、±５°以下であることを特徴とする請求項１に記載のレンズシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超小型レンズシステムに関し、より詳しくは、蛍光画像に基づく癌精密診断のための蛍光分子画像内視鏡に適用可能であり、さらには、使い捨て内視鏡及び光学画像診断機器などへの活用が可能な蛍光イメージング用超小型レンズシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

最近、特に、消化器癌の増加により、消化器疾患に対する精密診断が可能な内視鏡技術の開発が増加している傾向にある。

【0003】

一方、従来の一般内視鏡の場合、組織の形態学的観察にのみ依存しているため、精密診断が必要な場合、組織検査が伴わなければならないが、このような組織検査で疑われる部位の他、周辺部位まで組織を生検しなければならないので、不要な部位に対する損傷や出血を発生することになる。

【0004】

このような従来の内視鏡が有する問題を解決するために、最近は、内視鏡観察に際して、組織の病変を直接診断することができる様々な光学的な接近技術が開発されており、大韓民国登録特許第１０－１８８９９１４号でのように、内視鏡に超小型カメラモジュールを結合することで、前記のような光学的診断が可能なシステムが代表的である。

【0005】

但し、このような光学モジュールが結合された内視鏡装置の場合、光学レンズの性能が最も重要であるが、これは、光学レンズの性能によって、病変診断の能力が決まるためである。

【0006】

特に、このような光学レンズの性能を向上するためには、光学系のＦ値と焦点距離を適切に調節し、解像力が十分考慮された設計が必要であり、さらには、光学レンズのコーティング方法や、光学フィルタの選定及び組立方法などが最適に選択されなければならない。

【0007】

しかし、現在まで、このような最適化した光学レンズの設計に関する技術が開発されていない実情である。

【0008】

これに関する先行技術文献としては、大韓民国登録特許第１０－１８８９９１４号がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、このようなことで着眼されたものであって、本発明の目的は、光損失を最小化し、且つ、低価の内視鏡システムの提供が可能であり、高い解像力を基に、蛍光画像に基づく癌精密診断を行うことができる蛍光イメージング用超小型レンズシステムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記本発明の目的を実現するための一実施形態に係るレンズシステムは、第１のレンズと、第２のレンズと、第３のレンズとを含む。前記第１のレンズは、互いに対向する第１の面及び第２の面を含むメニスカス形状を有し、前記第１の面は、凹であり、前記第１の面及び前記第２の面は、非球面である。前記第２のレンズは、前記第１のレンズに隣接し、互いに対向する第３の面及び第４の面を含み、前記第３の面及び前記第４の面は、凸であり、非球面である。前記第３のレンズは、前記第２のレンズに隣接し、互いに対向する第５の面及び第６の面を含み、前記第５の面及び前記第６の面は、凹であり、非球面である。

【0011】

前記第１のレンズは、負の屈折力を有し、前記第２のレンズは、正の屈折力を有し、前記第３のレンズは、負の屈折力を有する。

【0012】

更に、前記第３のレンズに隣接し、互いに対向する第７の面及び第８の面を含むガラスと、前記第１のレンズと前記第２のレンズの間に第９の面を有する絞りとを含む。

【0013】

前記第１のレンズの前記第１の面からガラスの外側に位置した像面までの距離をＴＴＬ、前記レンズシステムの焦点距離をＦとすると、

【0014】

【数1】

【0015】

を満たす。

【0016】

前記第１のレンズの前記第１の面の曲率半径をＲ１、前記第２の面の曲率半径をＲ２とすると、

【0017】

【数2】

【0018】

を満たす。

【0019】

前記第２のレンズの焦点距離をｆ２、前記レンズシステムの焦点距離をＦとすると、

【0020】

【数3】

【0021】

を満たす。

【0022】

前記第１のレンズのアッベ数をＶｄ１、前記第３のレンズのアッベ数をＶｄ３とすると、

【0023】

【数4】

【0024】

を満たす。

【0025】

前記第２のレンズの焦点距離をｆ２、前記第３のレンズの焦点距離をｆ３とすると、

【0026】

【数5】

【0027】

を満たす。

【0028】

前記非球面は、下記式６と定義され、

【0029】

【数6】

【0030】

ここで、ｚは、前記レンズシステムの頂点から光軸方向への距離、ｈは、前記光軸に垂直な方向への距離、ｃは、前記頂点での曲率半径、ｋは、円錐定数、Ａは、４次非球面係数、Ｂは、６次非球面係数、Ｃは、８次非球面係数、Ｄは、１０次非球面係数である。

【0031】

特定範囲の光源の波長だけが通過するように、前記第１の乃至第６の面のうち、少なくとも１つの面にコーティングが行われ、前記コーティングされた面の接線角度は、±５°以下である。

【発明の効果】

【0032】

本発明によると、蛍光イメージング用超小型レンズシステムが、３つのレンズが一列に配列されるように構成し、それぞれのレンズの形状、構造、及び設計を前記のように設計して、バンドパスフィルタコーティングが可能な屈折面を少なくとも一面に有し、使用する造影剤の特性によって、コーティングが適用可能であって、コンパクトな光学系構成が可能であり、光学系の製造コストを減らすことができる。

【0033】

また、コーティングが可能な屈折面に対して、１つの造影剤だけではなく、２つ以上の造影剤の特性に合わせて、マルチコーティングが可能であって、蛍光画像取得の使用範囲を拡大することができる。

【0034】

すなわち、屈折面の少なくとも１つに、特定範囲の光源の波長だけが通過するようにコーティングが行われ、この場合、コーティングされた面の接線角度が±５°以下を維持することで、入射光に対する波長別透過率特性を一定の水準以上確保することができる。

【0035】

特に、３つのレンズを用いて、画角１００°以上の広角画像を提供して、生体内の相対的に広い領域に対する蛍光画像の取得が可能であり、非球面が含まれた光学系にもかかわらず、変曲点を最小化し、生産容易性を考えてレンズ形状を設計することで、製作コストを減らし、蛍光分子画像内視鏡だけではなく、使い捨て内視鏡及び光学画像診断機器などにも効果的に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る蛍光イメージング用超小型レンズシステムを示す模式図である。

【0037】

【図2】図２は、図１におけるレンズシステムの縦方向球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示すグラフである。

【0038】

【図3】図３は、本発明の他の実施形態による蛍光イメージング用超小型レンズシステムを示す模式図である。

【0039】

【図4】図４は、図３におけるレンズシステムの縦方向球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す模式図である。

【0040】

【図5】図５は、図１又は図３のレンズシステムにおいて、接線角度が±５°を超えない屈折面に対するＦＩＴＣ(fluorescein isothio-cyanate)造影剤の放射(emission)波長領域のコーティングシミュレーション結果を示すグラフである。

【0041】

【図6】図６は、図１又は図３のレンズシステムにおいて、接線角度が±５°を超えない屈折面に対するＩＣＧ(indocyanine green)造影剤の放射波長領域のコーティングシミュレーション結果を示すグラフである。

【符号の説明】

【0042】

＜符号の説明＞

【0043】

１、２: レンズシステム
１０、１１: 第１のレンズ

【0044】

２０、２１: 第２のレンズ
３０、３１: 第３のレンズ

【0045】

４０、４１: ガラス
５０、５１: 絞り

【0046】

６０、６１: 像面

【発明を実施するための形態】

【0047】

発明を実施するための具体的な内容
本発明は、様々な変更を加えることができ、様々な形態を有することができるところ、実施形態を本文で詳細に説明しようとする。しかし、これは、本発明を特定の開示形態に対して限定しようとすることではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むことと理解されるべきである。各図面を説明しながら、同様な参照符号を同様な構成要素に付している。第１、第２など用語は、様々な構成要素を説明することに用いられるが、前記構成要素は、前記用語に限定されてはいけない。

【0048】

前記用語は、ある構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ使用される。 本出願で使用した用語は、単に、特定の実施形態を説明するために使用されており、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に異なることを意図しない限り、複数の表現をも含む。

【0049】

本出願で、「含む」又は「からなる」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、パーツ、又は、これらを組み合わせたことが存在することを指定しようとすることであり、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、パーツ、又は、これらを組み合わせたものの存在又は付加可能性を予め排除しないことと理解されるべきである。

【0050】

異なって定義されない限り、技術的や科学的な用語を含めて、ここで使用される全ての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって、一般的に理解されることと同一の意味を有している。一般に使用される辞典に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有することと解析されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的や過度に形式的な意味として解析されない。

【0051】

以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態をより詳細に説明する。

【0052】

図１は、本発明の一実施形態に係る蛍光イメージング用超小型レンズシステムを示す模式図である。図２は、図１のレンズシステムの縦方向球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示すグラフである。

【0053】

図１に示しているように、本実施形態による蛍光イメージング用超小型レンズシステム１(以下、レンズシステムという)は、第１のレンズ１０と、第２のレンズ２０と、第３のレンズ３０と、ガラス４０と、絞り５０とを含む。

【0054】

この場合、前記第１のレンズ１０は、撮影の対象となる物体５に隣接して配置されることで、前記物体５から、前記第１のレンズ１０、絞り５０、第２のレンズ２０、第３のレンズ３０、及びガラス４０の順に配置され、前記ガラス４０の外側には、像面６０が配置される。

【0055】

この場合、前記像面６０は、前記ガラス４０に隣接して配置される別の構造物の外面、又は、前記レンズシステム１の外側面と定義され、さらには、前記像面６０は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳなどのイメージセンサに該当する。

【0056】

また、図１では、前記レンズが左から右に配置されることを例示しているが、これは、例示的な配列に過ぎず、前記レンズは、下側から上側に配置可能であり、撮影の対象である物体５から一列に配置されると、様々な方向への配列が可能であることは自明である。

【0057】

より具体的に、前記第１のレンズ１０は、所定の厚さで形成され、互いに対向する第１の面（Ｓ１）及び第２の面（Ｓ２）を含む。

【0058】

前記第１の面（Ｓ１）は、前記物体５に向かう方向に位置し、前記第２の面（Ｓ２）は、前記第１の面（Ｓ１）の反対方向に向かって位置する。

【0059】

この場合、前記第１の面（Ｓ１）及び前記第２の面（Ｓ２）は、非球面であり、前記第１の面（Ｓ１）は、凹に形成され、前記第２の面（Ｓ２）は、凸に形成される。

【0060】

すなわち、前記第１の面（Ｓ１）は、前記物体５に向かって凹に形成され、前記第２の面（Ｓ２）は、後述する前記絞り５０に向かって、凸に形成される。

【0061】

かくして、前記第１のレンズ１０は、全体として、メニスカス形状を有する。

【0062】

また、前記第１のレンズ１０は、負の屈折力を有する。

【0063】

前記絞り５０は、所定の絞り面（Ｓ９）を有し、前記第１のレンズ１０と前記第２のレンズ２０の間に配置される。

【0064】

前記第２のレンズ２０は、前記絞り５０を挟んで、前記第１のレンズ１０に隣接して配置され、これにより、前記第１のレンズ１０が、前記物体５と前記絞り５０の間に位置することになる。

【0065】

前記第２のレンズ２０は、所定の厚さで形成され、互いに対向する第３の面（Ｓ３）及び第４の面（Ｓ４）を含む。

【0066】

前記第３の面（Ｓ３）は、前記第１のレンズ１０に向かう方向に位置し、前記第４の面（Ｓ４）は、前記第３の面（Ｓ３）の反対方向に向かって位置する。

【0067】

この場合、前記第３の面（Ｓ３）及び前記第４の面（Ｓ４）は、非球面、すなわち、球面の一部に該当せず、全て凸に形成される。

【0068】

すなわち、前記第３の面（Ｓ３）は、前記絞り５０に向かって突出して形成され、前記第４の面（Ｓ４）は、外部、すなわち、後述する前記第３のレンズ３０に向かって凸に形成される。

【0069】

また、前記第２のレンズ２０は、正の屈折力を有する。

【0070】

一方、前記第３のレンズ３０は、前記第２のレンズ２０に隣接して配置され、これにより、前記第２のレンズ２０が、前記絞り５０と前記第３のレンズ３０の間に位置することになる。

【0071】

前記第３のレンズ３０は、所定の厚さで形成され、互いに対向する第５の面（Ｓ５）及び第６面（Ｓ６）を含む。

【0072】

前記第５の面（Ｓ５）は、前記第２のレンズ２０に向かう方向に位置し、前記第６面（Ｓ６）は、前記第５の面（Ｓ５）の反対方向に向かって位置する。

【0073】

この場合、前記第５の面（Ｓ５）及び前記第６面（Ｓ６）も、非球面であり、凹に形成される。

【0074】

すなわち、前記第５の面（Ｓ５）は、前記第２のレンズ２０に向かって凹に形成され、前記第６面（Ｓ６）は、外部、すなわち、後述する前記ガラス４０に向かって凹に形成される。

【0075】

また、前記第３のレンズ３０は、負の屈折力を有する。

【0076】

前記ガラス４０は、前記第３のレンズ３０と前記像面６０の間に配置され、互いに対向する第７の面（Ｓ７）及び第８の面（Ｓ８）を含む。

【0077】

この場合、前記第７の面（Ｓ７）及び前記第８の面（Ｓ８）の断面の形状は、図１に示しているように、凹又は凸形状を有することなく、互いに対向する２つの面は、平行に延在する。

【0078】

一方、本実施形態における前記レンズシステム１は、下記式１乃至式６を満たし、これにそれぞれの式の内容と意味について説明する。

【0079】

まず、前記レンズシステム１は、前記第１のレンズ１０の第１の面（Ｓ１）から、前記ガラス４０の外側に位置する像面６０までの距離をＴＴＬ、前記レンズシステム１全体の焦点距離をＦとすると、下記式（１）を満たす。

【0080】

【数7】

【0081】

前記式１は、前記レンズシステム１の全体長さを定義しており、前記式１の下限値である３．５未満の場合、前記全体長さが短くなり、光学系をより小さいサイズに構成することはできるものの、レンズの公差管理及び製作性が顕著に低下する。

【0082】

また、前記像面６０に入射される主光線角度が増加し、このように、前記主光線角度が増加することになると、周辺光量比に対する補正が難しく、前記像面６０における中心に比して周辺部の明るさが減少することになる。

【0083】

一方、前記式１における上限値である５．０を超えると、前記レンズシステム１の全体長さが長くなるので、超小型光学系の構成が難しくなるという問題がある。

【0084】

これにより、前記式１の条件を満たすことが必要である。

【0085】

また、前記レンズシステム１は、前記第１のレンズ１０の第１の面（Ｓ１）の曲率半径をＲ１、第２の面（Ｓ２）の曲率半径をＲ２とすると、下記式２を満たす。

【0086】

【数8】

【0087】

前記式２は、前記第１のレンズ１０の形状を定義しており、前記式２の下限値である０．４５未満の場合、前記第１のレンズ１０は、屈折能減少により収差補正が難しくなり、全体的な光学系の長さが増加する。

【0088】

これとは異なり、前記式２の上限値である０．６を超えると、前記第１のレンズ１０は、広角画角を確保することに有利ではあるものの、前記第１の面（Ｓ１）の曲率が増加して、製作性が顕著に低下する。

【0089】

これにより、前記式２の条件を満たすことが必要である。

【0090】

また、前記レンズシステム１は、前記第２のレンズ２０の焦点距離をｆ２、前記レンズシステム１の焦点距離をＦとすると、下記式３を満たす。

【0091】

【数9】

【0092】

前記式３は、前記第２のレンズ２０の焦点距離及び形状を定義しており、前記式３の下限値である０．８未満の場合、前記第２のレンズ２０の屈折力が増加して、小型化には有利であるものの、曲率の増加により、球面収差及びコマ収差が増加することになる。また、前記第２のレンズ２０の製作及び公差管理が難しくなるという問題がある。

【0093】

一方、前記式３の上限値である１．０を超える場合、前記第２のレンズ２０の焦点距離の増加による屈折力減少により、光学系の小型化に不利であり、各種収差の補正に限界があって、光学性能が低下する。

【0094】

これにより、前記式３の条件を満たすことが必要である。

【0095】

また、前記レンズシステム１は、前記第１のレンズ１０のアッベ数をＶｄ１、前記第３のレンズ３０のアッベ数をＶｄ３とすると、下記式４を満たす。

【0096】

【数10】

【0097】

前記式４は、光学系の収差補正及び性能向上のためのものであり、前記第１のレンズ１０は、前記第２のレンズ２０と同一のアッベ数を有するガラス素材からなる。そこで、前記第１のレンズ１０及び前記第２のレンズ２０のアッベ数を、前記第３のレンズ３０のアッベ数よりも大きく維持することで、色収差を減少させ、解像度を向上させ、小型化を具現することができる。

【0098】

これにより、前記式４の条件を満たすことが必要である。

【0099】

また、前記レンズシステム１は、前記第２のレンズ２０の焦点距離をｆ２、前記第３のレンズ３０の焦点距離をｆ３とすると、下記式５を満たす。

【0100】

【数11】

【0101】

前記式５は、前記第２のレンズ２０及び前記第３のレンズ３０の焦点距離を満たす式であって、前記式５の下限値である０．４未満の場合、像面湾曲補正が難しくなり、光学系の全体的な性能が低下する。

【0102】

また、前記式５の上限値である０．６５を超える場合、像面６０に入射する主光線角度が増加し、周辺光量比が減少する。また、像面湾曲及び性能補正は有利であるものの、前記第２のレンズ２０の製作性が低下し、前記第２のレンズ２０及び前記第３のレンズ３０の公差管理が難しくなるという問題を引き起こす。

【0103】

これにより、前記式５の条件を満たすことが必要である。

【0104】

さらには、前記レンズシステム１が含む前記第１のレンズ１０の前記第１の面（Ｓ１）及び前記第２の面（Ｓ２）は、非球面であり、前記第２のレンズ２０の前記第３の面（Ｓ３）及び前記第４の面（Ｓ４）も非球面であり、前記第３のレンズ３０の前記第５の面（Ｓ５）及び前記第６の面（Ｓ６）も非球面役であることは、前述した通りである。

【0105】

この場合、前記非球面は、下記式６と定義される。

【0106】

【数12】

【0107】

ここで、ｚは、前記レンズシステム１の頂点から光軸方向への距離、ｈは、前記光軸に垂直な方向への距離、ｃは、前記頂点での曲率半径、ｋは、円錐定数、Ａは、４次非球面係数、Ｂは、６次非球面係数、Ｃは、８次非球面係数、Ｄは、１０次非球面係数である。

【0108】

一方、前記図１のレンズシステム１を実際設計した例として、前記条件式である式１至式６を満たすレンズシステムの設計値は、下記表１及び表２の通りであり、下記表１及び表２により設計された前記レンズシステム１が有する縦方向球面収差（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）、非点収差（ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ）、及び歪曲収差（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）は、図２に示した通りである。

【0109】

この場合、下記表１及び表２により例示的に設計される前記レンズシステム１において、Ｆ値（絞り値）は４であり、画角（ＦＯＶ）は１００°、前記レンズシステム１全体の有効焦点距離（ＥＦＬ）は、０．６１５ｍｍ、前記第１のレンズ１０の焦点距離（ｆ１）は、－１．８３２ｍｍ、前記第２のレンズ２０の焦点距離（ｆ２）は、０．５７１ｍｍ、前記第３のレンズ３０の焦点距離（ｆ３）は、－１．２４１ｍｍ、前記第１のレンズ１０の第１の面（Ｓ１）から前記像面６０までの距離（ＴＴＬ）は、２．５５３ｍｍである。

【0110】

一方、前記図２における前記縦方向球面収差及び非点収差はそれぞれ、６５６．２７ｎｍ、５４６．０７ｎｍ、４８６．１３ｎｍの波長を有する光について示しており、前記非点収差及び歪曲収差は、５４６．０７ｎｍの波長を有する光について示している。

【0111】

以上のように、前記条件式である式１乃至式６を満たすレンズシステム１を、下記表１及び表２のように設計することができ、これにより、蛍光イメージング用超小型レンズシステムを具現することができる。

【0112】

【表1】

【0113】

【表2】

【0114】

図３は、本発明の他の実施形態による蛍光イメージング用超小型レンズシステムを示す模式図である。図４は、図３におけるレンズシステムの縦方向球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す模式図である。

【0115】

本実施形態における前記レンズシステム２は、図１で説明した前記レンズシステム１と同様な構成を含むので、前記レンズシステム２の構成について重複する説明は、省略する。

【0116】

すなわち、図３に示しているように、本実施形態における前記レンズシステム２が含む第１のレンズ１１、第２のレンズ２１、第３のレンズ３１、ガラス４１、絞り５１、及び像面６１は、図１のレンズシステム１における前記第１のレンズ１０、第２のレンズ２０、第３のレンズ３０、ガラス４０、絞り５０、及び像面６０と実質的に同一である。

【0117】

これにより、前記レンズシステム２も、前記式１乃至式６で説明した条件式を同じく満たす。

【0118】

但し、前記レンズシステム２は、下記表３及び表４と同じ設計で変形設計可能であり、このように設計された前記レンズシステム２は、前記条件式である式１乃至式６を満たす。

【0119】

また、下記表３及び表４により設計された前記レンズシステム２が有する縦方向球面収差、非点収差、及び歪曲収差は、図４に示した通りである。

【0120】

この場合、下記表３及び表４により例示的に設計される前記レンズシステム２において、Ｆ値（絞り値）は４であり、画角（ＦＯＶ）は、１００°、前記レンズシステム２全体の有効焦点距離（ＥＦＬ）は、０．６０３ｍｍ、前記第１のレンズ１１の焦点距離（ｆ１）は、－２．００７ｍｍ、前記第２のレンズ２１の焦点距離（ｆ２）は、０．５０３ｍｍ、前記第３のレンズ３１の焦点距離（ｆ３）は、－０．８５０ｍｍ、前記第１のレンズ１１の第１の面（Ｓ１）から前記像面６１までの距離（ＴＴＬ）は、２．５０３ｍｍである。

【0121】

一方、前記図４における前記縦方向球面収差及び非点収差はそれぞれ、６５６．２７ｎｍ、５４６．０７ｎｍ、４８６．１３ｎｍの波長を有する光について示しており、前記非点収差及び歪曲収差は、５４６．０７ｎｍの波長を有する光について示している。

【0122】

【表3】

【0123】

以上のように、前記条件式である式１乃至式６を満たすレンズシステム２を、前記表３及び表４のように設計することができ、これにより、内視鏡用超小型広角レンズシステムを具現することができる。

【0124】

【表4】

【0125】

さらには、図１及び図３を参照して説明した前記レンズシステム１、２の実際設計値は、下記表５でのように、前記式１及び式５を全て満たす。

【0126】

【表5】

【0127】

この場合、下記表１乃至表５により示された前記レンズシステム１、２、及び前記図２及び図４により確認される設計数値は、一例に過ぎず、様々に前記式１乃至式６を満たす範囲で、様々に設計できることは、自明である。

【0128】

一方、本実施形態による前記レンズシステム１、２の場合、前記第１乃至第３のレンズのそれぞれの第１乃至第８の面、すなわち、屈折面のそれぞれに特定範囲の光源の波長だけが通過するように、コーティングが行われることができる。

【0129】

この場合、コーティングが行われる屈折面は、それぞれのレンズシステム１、２において、前記第１乃至第８の面のうち、少なくとも１つの面に行われ、このように、屈折面にコーティングが行われることによって、特定範囲の光源の波長だけが通過するように、すなわち、バンドパスフィルタ（ｂａｎｄ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）としての機能を行うことができる。

【0130】

但し、このように屈折面に対するコーティングが行われる場合、前記コーティングされた面の接線角度は、±５°以下を満たすべきである。この場合、接線角度とは、前記レンズシステム１、２が構成する光学系の光軸に垂直な平面に対して、レンズ面の高さによる接点での勾配と定義される。

【0131】

以上のように、屈折面に対するコーティングを、前記接線角度の条件を満たして行われることによって、前記レンズシステム１、２によっては、特定範囲の光源の波長だけが通過することになる。

【0132】

図５は、図１又は図３のレンズシステムにおいて、接線角度が±５°を超えない屈折面に対するＦＩＴＣ(fluorescein isothio-cyanate)造影剤の放射波長領域のコーティングシミュレーション結果を示すグラフである。

【0133】

すなわち、前記レンズシステム１、２において、屈折面に対するコーティングを行って、ＦＩＴＣ(fluorescein isothio-cyanate)造影剤の放射波長領域範囲を、特定領域に制限することができる。

【0134】

例えば、図５でのように、前記レンズシステム１、２が、ＦＩＴＣ造影剤の放射波長領域範囲を制限する場合、遮断範囲(blocking range)は、４００ｎｍ乃至４９０ｎｍ、５７０ｎｍ乃至７００ｎｍであり、中心波長、すなわち、バンドパスフィルタの最大透過率は、５３０ｎｍであり、帯域幅、すなわち、波長範囲は、約５０ｎｍであることと確認される。

【0135】

図６は、図１又は図３のレンズシステムにおいて、接線角度が±５°を超えない屈折面に対するＩＣＧ(indocyanine green)造影剤の放射波長領域のコーティングシミュレーション結果を示すグラフである。

【0136】

同様に、前記レンズシステム１、２で屈折面に対するコーティングを行って、ＩＣＧ(indocyanine green)造影剤の放射波長領域範囲を、特定領域に制限することができる。

【0137】

例えば、図６でのように、前記レンズシステム１、２が、ＩＣＧ造影剤の放射波長領域範囲を制限する場合、遮断範囲は、３５０ｎｍ乃至７９０ｎｍ、８８０ｎｍ乃至１０５０ｎｍであり、中心波長、すなわち、バンドパスフィルタの最大透過率は、８３２ｎｍであり、帯域幅、すなわち、波長範囲は、約５０ｎｍであることと確認される。

【0138】

以上のように、前記レンズシステム１、２は、屈折面に対するコーティングを行うことで、特定領域の波長だけが通過可能なバンドパスフィルタとしての機能を行うことができる。

【0139】

前記のような本発明の実施形態によると、蛍光イメージング用超小型レンズシステムが、３つのレンズが一列に配列されるように構成し、それぞれのレンズの形状、構造、及び設計を前記のように設計して、バンドパスフィルタコーティングが可能な屈折面を少なくとも一面に有し、使用する造影剤の特性によって、コーティングが適用され、コンパクトな光学系構成が可能で、光学系の製造コストを減らすことができる。

【0140】

また、コーティングが可能な屈折面に対して、１つの造影剤だけではなく、２つ以上の造影剤特性に合うように、マルチコーティングが可能であって、蛍光画像取得の使用範囲を拡大することができる。

【0141】

すなわち、屈折面の少なくとも１つに特定範囲の光源の波長だけが通過するようにコーティングが行われ、この場合、コーティングされた面の接線角度が±５°以下を維持することで、入射光に対する波長別透過率特性を一定の水準以上確保することができる。

【0142】

特に、３つのレンズを用いて、画角１００°以上の広角画像を提供して、生体内の相対的に広い領域に対する蛍光画像の取得が可能であり、非球面が含まれた光学系にもかかわらず、変曲点を最小化し、生産容易性を考えてレンズ形状を設計することで、製作コストを減らして、蛍光分子画像内視鏡だけではなく、使い捨て内視鏡及び光学画像診断機器などにも効果的に適用可能である。

【0143】

前記では、本発明の好適な実施形態を参照して説明したが、該当技術分野における熟練した当業者は、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明を様々に修正及び変更できることを理解するだろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】