在本发明专利技术中，视角加宽，并且在全视角范围内将图像表面放置为靠近图像捕获区域。一种胶囊内窥镜(10)，设置有图像拾取光学系统(20)，其用于捕获半球形凹面的物体表面(12)的图像。图像拾取光学系统(20)满足由-5.0≤ΔZr/ΔZp≤5.0表示的条件，其中当最大半视角由ωmax表示时，ΔZr表示实像表面关于2ωmax的光通量的位置和实像表面关于ωmax的光通量的位置之间的差异，并且ΔZp表示当通过物体表面(12)与2ωmax的主光线的交点(P1)并且垂直于光轴(XP)的平面定义为虚物面(24)时近轴图像平面的位置和当通过物体表面(12)与ωmax的主光线的交点(P2)并且垂直于光轴(XP)的平面定义为虚物面(25)时近轴图像平面的位置之间的差异。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用在胶囊内窥镜中的图像拾取光学系统，胶囊内窥镜被以病人吞咽它的方式使用。
技术介绍
近来，在医疗领域中，已经借助具有在其前端处设置有成像装置的长的插入部的插入式内窥镜和其中成像装置容纳在胶囊中的胶囊内窥镜进行诊断。胶囊内窥镜被形成为具有能够由受检查对象吞咽的尺寸。因此，胶囊内窥镜的优点在于，其可以不仅消除病人在吞咽插入式内窥镜的插入部时的负担，而且消除在将插入式内窥镜的插入部保持插入病人体腔内多个小时时病人的负担。胶囊内窥镜在其前端外设置有圆顶形的透明盖，以便在被吞咽进入体腔后容易沿着管状通道前进；和连接到透明盖的圆筒形胶囊主体。图像拾取光学系统的光轴通常被设计为穿过透明盖的中心。因此，图像拾取光学系统不仅接收光轴附近的光通量，也接收以大入射角通过透明盖的周边部分入射到其上的光通量。此外，物体距离趋向于在光轴上较长，并且在成像中的视角变宽时趋向于较短。因此，在其中平面物体的图像形成在垂直于光轴的平面图像拾取表面上的普通图像拾取光学系统中，可以获得优选的图像形成的范围是极其有限的。在如上所述的情况下，具有宽视角的图像拾取光学系统如在专利文献1中披露而已知。但是，如果物体的周边部分在光学设计中制造为焦点对准或是清晰的，则物体的中央部分落入焦点没对准或焦距失调的景深之外。相反地，如果物体的中央部分过分地清晰，物体的周边部分落入焦点没对准的景深之外。作为这种问题的对策，根据在专利文献2和3 中披露的图像拾取光学系统，使图像表面与在最大视角处在屏幕的中心中的图像拾取表面附近一致，以使不仅包括其中央部分还包括其周边部分的整个物体落在该景深内。现有技术文件专利文献专利文献1 JP 2006-61438 A专利文献2 JP 4128504 B专利文献3 JP 4128505 B
技术实现思路
要解决的技术问题不仅来自光轴以及其周边的光通量，而且以大入射角通过透明盖的周边部分入射在光轴上的光通量，都包括用于胶囊内窥镜诊断的很多有用的信息，并因此图像拾取光学系统需要具有宽视角。关于这一点，根据专利文件2和3中披露的图像拾取光学系统，虽然优化了视角与胶囊内窥镜需要的物体距离之间的关系，但视角最多是113. 6°。113.6°的视角是不足够的水平。此外，在上述专利文件中，虽然采用前孔径光阑的光学系统在将物体侧的透镜的外径限制为较小方面具有优势，但其具有如下的缺点。在采用前孔径光阑的光学系统中，孔径光阑的厚度导致光束晕影，或者就在孔径光阑背后的透镜表面的曲率半径大，从而当视角变得较宽时导致光量的大量损失。为了将具有朝向图像拾取光学系统的凹面的物体表面聚集在垂直于光轴的平面图像拾取表面上，在光学系统中产生负的像负的像场弯曲弯曲就足够。此外，为了控制如上所述像场弯曲，由第三处于正值的像差系数增加珀兹伐和(Petzval sum)就足够。为了在光学系统中产生负的像场弯曲，在光学系统中通常将低折射率材料用于正透镜或会聚透镜，并将高折射率材料用于负透镜或发散透镜。但是，在考虑到为了实现低成本目的而将塑料透镜用于基本上将仅使用一次的胶囊内窥镜的图像拾取光学系统时，变得难以获得高折射率材料，并且珀兹伐和的调节变得困难。注意到，也有可能通过增加透镜的数量给予珀兹伐和的调节的灵活性，但是，在这种情况中，光学系统的总长度变长，并且胶囊不可避免地变长且变大。因此，难以将上述措施用于被病人吞咽它的方式使用的胶囊内窥镜。技术方案鉴于上述情况，本专利技术的目的是提供一种在胶囊内窥镜中使用的图像拾取光学系统，其能够加宽视角并且使图像表面在全视角范围内与垂直于光轴的图像拾取表面附近一致或重合，以使弯曲以朝向图像拾取光学系统凹入的几乎整个物体表面在景深内。为了实现上述目标，本专利技术的图像拾取光学系统被配置为，当图像拾取光学系统设置在凹形弯曲表面形状的物体表面前并且进行图像捕获执行时满足由-5.0 < AZr/ Δ Zp ^ 5.0表示的条件。注意，Δ ^ 表示实像表面关于最大视角2 Comax的光通量的位置和实像表面关于半视角《max的光通量的位置之间的差异，并且ΔΖρ表示通过所述物体表面与2 Comax的主光线的交点并且垂直于光轴的虚物面表面的近轴图像形成位置和通过所述物体表面与《max的主光线的交点并且垂直于光轴的虚物面表面的近轴图像形成位置之间的差异。上述条件是优选地适于其中最大视角2 ω被设置为至少135°的光学系统。 在光学系统的最大视角2 ω被设置为120°的情况下，上述条件的上限和下限优选地能满足-0. 5 彡 Δ Zr/ Δ Zp 彡 0. 5。用于Δ Zr/Δ ZP的值的条件变化的原因如下。图像拾取光学系统的景深一般由模糊圆的直径限定。然而，实际上，当朝向物体的距离变长时，物体的图像在图像表面上变得较小，并且因此需要高分辨率，而与此相反，当朝向物体的距离变短时，图像的放大倍率增加，因此所需的分辨率不如长距离物体所需要的分辨率高。本专利技术的图像拾取光学系统被配置以考虑胶囊内窥镜的特定用途类型，其中当朝向物体的距离变短时，光束的入射角变大，并且当朝向物体的距离变长时，光束的入射角变小。因此，当成像视角变窄时，在成像屏幕上的长距离物体的数量增加，并且需要高的分辨率。因此，有必要使Δ&/ΔΖΡ的条件变窄。通过增加朝向负端的失真能够加宽光学系统的视角。然而，在这种情况下，当希望如在本专利技术的情况中一样成功捕获在图像的周边部分中的短距离物体时，失真使图像很大地扭曲，从而图像的放大倍率降低。因此，就很难充分地改善关于来自短距离物体的具有大入射角的光通量的图像形成性能。在这方面，在本专利技术的图像拾取光学系统中，满足由0. 7 < (Υ(ω + Δ ω)-Υ(ω))/Υ(Δ ω)表示的关系，其中γ(Δ ω)表示在任意视角ω处的图像高度，Δ ω表示所述任意视角ω的微小变化量。因此，它也能够通过达到在实际使用中不引起任何问题的失真防止图像被扭曲，从而展示出优选的图像形成性能。为了实现特别用于本专利技术的图像拾取光学系统的像场弯曲，朝向所述物体表面凸起的负透镜优选地设置在最靠近物体表面的位置处。而且，有利地，考虑到光学系统的总长度的缩短和成本，至少负透镜的位于靠近物体表面一侧的表面是非球面，并且设置在最靠近图像表面的位置处的正透镜的至少一个表面是非球面。请注意，负透镜的在更靠近物体表面一侧的凸面是并不总必须是其顶部突出最多的凸面，并且可以例如是其中近轴区域是凹入的并且外周边区域是弯曲的以接近图像表面的非球面区域。由于这种负透镜使用在最接近物体表面的位置处，从周边以大角度入射的光束由于最初的负光焦度而以关于光轴小角度发射，并且关于孔径光阑的入射角度变得更小。因此，与具有前孔径光阑的光学系统相比，由于孔径光阑的厚度引起的光量损失可以减少。在负透镜的背面设置有由多个透镜构成并且整体具有正光焦度的正透镜组。如果在该正透镜组中位于最靠近物体表面的位置处的透镜和位于最靠近图像表面的位置处的透镜是正透镜以分配正光焦度，可以容易地调整像场弯曲，同时在负透镜中发生的象差被校正。有益效果根据本专利技术的，能够扩大视角，并且使图像表面在全视角范围内与垂直于光轴在全视角上的图像拾取表面附近一致或重合，以使整个物体在景深内。因此，无论在物体中的哪里存在器官损害，都可本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用在胶囊内窥镜中的图像拾取光学系统，该图像拾取光学系统容纳在将被吞咽到身体中的胶囊中，并用来通过构成所述胶囊的一部分的圆顶形的透明盖捕获体腔内部的图像，当所述图像拾取光学系统设置在凹曲面形状的物体表面前并进行图像捕获时，所述图像拾取光学系统满足由下述表达式表示的条件：－５．０≤ΔＺｒ／ΔＺｐ≤５．０，其中，ΔＺｒ表示实像表面关于最大视角２ωｍａｘ的光通量的位置和实像表面关于半视角ωｍａｘ的光通量的位置之间的差异，并且ΔＺｐ表示通过所述物体表面与２ωｍａｘ的主光线的交点并且垂直于光轴的虚物面表面的近轴图像形成位置和通过所述物体表面与ωｍａｘ的主光线的交点并且垂直于光轴的虚物面表面的近轴图像形成位置之间的差异。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：马场智之，宫野俊，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
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