JPH0648327B2 - 内視鏡対物レンズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、内視鏡の対物レンズに関するものである。

従来技術 内視鏡対物レンズとしては第１図に示す特開昭４９−１
２１５４７号に記載されたもののようにレトロフオーカ
スタイプのものが知られている。この対物レンズは、イ
メージガイド１に主光線２を垂直に入射させるために都
合のよいレンズ系であつた。しかし歪曲収差が大きく、
全長が長く、レンズの外径が像径に比べて大きいなどの
欠点があつた。

目的 本発明は、歪曲収差が小さく，全長が短く外径が小さく
広角で周辺光量の多い内視鏡対物レンズを提供すること
を目的とするものである。

概要 第２図は本発明の基本レンズ構成を示すもので本発明対
物レンズはこの図に示すように負の屈折力を持つ第１群
と、正の屈折力を持つ第２群と、正の屈折力を持ち物体
側に凸面を有するレンズを含む第３群と、第２群の前端
と第３群の後端との間に配置された明るさ絞りと、物体
側に凹面を向けた単体又は接合のメニスカスレンズを含
む第４群とよりなり、次の条件を満足する内視鏡対物レ
ンズである。

但し、ｈ₁は最大像高の主光線の第１群の各面における
主光線高の平均値、ｈ₄は最大像高の主光線の第４群の
各面における主光線高の平均値、ｆ₁，ｆ₄は夫々第１
群，第４群の焦点距離、Ｒ₃は第３群の最も物体側の面
の曲率半径、ｆは全系の焦点距離である。

例えば第２図に示すように固体撮像素子３を用いた電子
内視鏡においては、この図に示すように主光線４が固体
撮像素子３に対して斜めに入射してもイメージフアイバ
ーを用いた時のような欠点はなく、画像は伝送される。

本発明は、像面の前にメニスカスの凹レンズを含む第４
群を配置することによつて従来のレトロフオーカスタイ
プの内視鏡対物レンズの欠点であつた歪曲収差が大きく
全長（第１面から像面までの距離）が長く、レンズ外径
が大きい点を解決したものである。

また本発明の対物レンズは明るさ絞りを第２群の最も物
体側の面から第３群の最も像側の面までの間に配置した
ものでこれによつて歪曲収差の補正等を可能にした。つ
まり前記の個所に明るさ絞りを配置すれば、通常のテレ
セントリツクタイプのレトロフオーカス型内視鏡対物レ
ンズに比較して絞りが後方に下がる分だけ像面への主光
線の入射角を大きくでき、歪曲収差の補正にとつて有効
である。また絞りを前記位置にすれば、レトロフオーカ
ス型の発散群と収斂群の間に絞りを置いた場合のレンズ
系の著しい非対称性（絞りの前は負の群だけで絞りの後
は正の群だけにて構成されている）が、正の屈折力の第
２群の一部が絞りより前に来ることによつて緩和され、
これによつてコマ収差の補正にとつても有利である。

又本発明のレンズ系に類似する光学系として第３図に示
す特公昭４２−２３８９６号の光学系がある。ここで｜
ｈ₁／ｆ₁｜を第１群の最大像高の主光線に対する屈折
力、又｜ｈ₄／ｆ₄｜を第４群の最大像高の主光線に対す
る屈折力と呼ぶこととする。前記の第４群の最大像高の
主光線に対する屈折力｜ｈ₄／ｆ₄｜が強すぎるために画
角が大になればなるほど主光線が像面に対して大きな角
度で入射するのでcos４乗則による周辺光量の低下が著
しい。

この点に鑑み、本発明では第１群の最大像高の主光線に
対する屈折力｜ｈ₁／ｆ₁｜を第４群の最大像高の主光線
に対する屈折力｜ｈ₄／ｆ₄｜より強くしこれによつて第
１群でレンズを広角化し第４群では、主光線を適度に曲
げて周辺光量があまり低下しない範囲で歪曲収差を除去
しまた全長（第１面から像面までの長さ）を短くしレン
ズ外径を小さくしたものである。そのためには第１群の
焦点距離ｆ₁および第４群の焦点距離ｆ₄を条件(1)を満
足するように定める必要がある。したがつて前記の条件
(1)よりはずれると歪曲収差が補正できずまたレンズ系
が大きくならざるを得ず本発明の目的に反することとな
る。

また前述の従来の光学系（特公昭４２−２３８９６）は
球面収差の発生が著しく大口径化できない欠点もあつ
た。

本発明では条件(2)を満足するようにして球面収差を除
去するようにした。つまりこの条件(2)より外れると球
面収差が補正不足になる。

また条件(1)，(2)のほかに次の条件(3)，(4)を満足する
ことが望ましい。

(3) ｜ｆ₄｜＜６ｆ (4) −Ｒ₂≦１５ｆ ただしＲ₂は第２群の像側の面の曲率半径である。

第４群の屈折力は、条件(1)に規定したようにゆるくな
つている。しかし｜ｆ₄｜があまり大になつて条件(3)を
満足しなくなつても条件(1)の効果が弱くなるため好ま
しくない。また条件(4)よりはずれると球面収差が補正
不足になる。

更に本発明の目的にかなつた対物レンズを得る為には下
記条件(5)，(6)，(7)，(8)を満足することが好ましい。

(5) ｜ｆ₁｜＜1.7ｆ (6) ｜ｆ₂₃｜＜1.5ｆ (7) Ｒ₂′＞０ (8) ｜Ｒ₃′｜＜1.5ｆ ただしｆ₂₃は第２群と第３群の合成焦点距離、Ｒ₂は第
２群の最も物体側の面の曲率半径、Ｒ₃′は第３群中の
接合面の曲率半径である。

上記条件(5)，(6)を満足するようにした場合、第１群の
負のパワーと第２群，第３群の正のパワーが比較的強く
なるのでレンズ系の全長を短くする上で特に好ましい。
これら条件を外れるといずれも全長の短縮化にとつては
不利になる。

条件(5)，(6)のように各群のパワーを強くした場合には
諸収差の補正がむずかしくなつて来る。特に絞りが第２
群の前面から第３群の後端までの間に位置した場合には
一層むずかしくなる。これを解消するためには条件(7)
を満足することが好ましい。

条件(7)は、第２群の最前面の曲率半径を決めるもの
で、この曲率半径を正にすることによつて、この面への
軸外光線の入射角が極端に大になるのを防いで非点隔差
の発生を抑えることが出来る。この条件を外れた場合非
点隔差が大になる。

また第３群の接合面の曲率半径Ｒ₃′が条件(8)を満足す
ることによつて球面収差を更に良好に補正することが出
来る。この条件(8)より外れると球面収差が補正不足に
なる。

更に後に述べる実施例のように第１群の物体側の面を面
の周辺に向かうほど曲率が強くなる非球面にすることが
歪曲収差を除去する上で望ましい。また第１群の像側の
面を面の周辺ほど曲率半径の大きくなる非球面にしても
よい。これら非球面の形状としては第４図に示すような
座標のとり方をした時に次の式にて表わされる面が考え
られる。

ｘ＝Ey⁴ ただしＥは非球面係数である。

実施例 次に本発明の内視鏡用対物レンズの各実施例を示す。

実施例１ ｆ＝1.00 ， F/3.78 ， 像高1.0040 ， 画角１１５° ｒ₁＝∞ ｄ₁＝0.2520 ｎ₁＝1.51633 ν₁＝64.15 ｒ₂＝0.6655 ｄ₂＝1.2601 ｒ₃＝2.2444 ｄ₃＝0.2520 ｎ₂＝1.74100 ν₂＝52.68 ｒ₄＝−6.8676 ｄ₄＝0.0504 ｒ₅＝∞（絞り） ｄ₅＝0.0504 ｒ₆＝2.5764 ｄ₆＝0.5544 ｎ₃＝1.62041 ν₃＝60.27 ｒ₇＝−0.5040 ｄ₇＝0.2016 ｎ₄＝1.80518 ν₄＝25.43 ｒ₈＝−0.9738 ｄ₈＝0.7436 ｒ₉＝−0.6990 ｄ₉＝0.2520 ｎ₅＝1.72825 ν₅＝28.46 ｒ₁₀＝−1.2601 ｆ₁＝−1.29，ｆ₂₃＝1.08，ｆ₄＝−2.66 実施例２ ｆ＝1.00 ， F/3.14 ， 像高1.2102 ， 画角１１５° ｒ₁＝3.1235 ｄ₁＝0.3038 ｎ₁＝1.65160 ν₁＝58.52 ｒ₂＝0.7758 ｄ₂＝1.5519 ｒ₃＝1.7854 ｄ₃＝0.3038 ｎ₂＝1.74100 ν₂＝52.68 ｒ₄＝−10.6273 ｄ₄＝0.0608 ｒ₅＝∞（絞り） ｄ₅＝0.0608 ｒ₆＝1.5013 ｄ₆＝0.6683 ｎ₃＝1.62041 ν₃＝60.27 ｒ₇＝−0.6075 ｄ₇＝0.2430 ｎ₄＝1.80518 ν₄＝25.43 ｒ₈＝−1.2264 ｄ₈＝0.4860 ｒ₉＝−0.6198 ｄ₉＝0.3038 ｎ₅＝1.72825 ν₅＝28.46 ｒ₁₀＝−1.8226 ｆ₁＝−1.67，ｆ₂₃＝1.04，ｆ₄＝−1.44 実施例３ ｆ＝1.00 ， F/3.228 ， 像高1.1914 画角１１４° ｒ₁＝2.3923 ｄ₁＝0.2990 ｎ₁＝1.51633 ν₁＝64.15 ｒ₂＝0.5981 ｄ₂＝1.0830 ｒ₃＝2.5608 ｄ₃＝0.2990 ｎ₂＝1.74100 ν₂＝52.68 ｒ₄＝∞（絞り） ｄ₄＝0.2990 ｎ₃＝1.74100 ν₃＝52.68 ｒ₅＝−1.6972 ｄ₅＝0.0598 ｒ₆＝2.4832 ｄ₆＝0.2392 ｎ₄＝1.71736 ν₄＝29.51 ｒ₇＝1.0766 ｄ₇＝1.0391 ｎ₅＝1.71300 ν₅＝53.84 ｒ₈＝−2.0701 ｄ₈＝0.3069 ｒ₉＝−0.7419 ｄ₉＝0.2990 ｎ₆＝1.72825 ν₆＝28.46 ｒ₁₀＝−2.4014 ｆ₁＝−1.64，ｆ₂₃＝1.02，ｆ₄＝−1.60 実施例４ ｆ＝1.00 ， F/3.781 ， 像高1.0091 画角１１５° ｒ₁＝∞ ｄ₁＝0.2533 ｎ₁＝1.51633 ν₁＝64.15 ｒ₂＝0.6947 ｄ₂＝1.2665 ｒ₃＝1.1738 ｄ₃＝0.2533 ｎ₂＝1.74100 ν₂＝52.68 ｒ₄＝−9.5318 ｄ₄＝0.0507 ｒ₅＝∞（絞り） ｄ₅＝0.0507 ｒ₆＝1.7243 ｄ₆＝0.5572 ｎ₃＝1.51633 ν₃＝64.15 ｒ₇＝−0.5220 ｄ₇＝0.2026 ｎ₄＝1.80518 ν₄＝25.43 ｒ₈＝−0.9198 ｄ₈＝0.4008 ｒ₉＝−0.5470 ｄ₉＝0.2026 ｎ₅＝1.59270 ν₅＝35.29 ｒ₁₀＝1.9496 ｄ₁₀＝0.4559 ｎ₆＝1.80610 ν₆＝40.95 ｒ₁₁＝−2.4895 ｆ₁＝−1.35，ｆ₂₃＝0.96，ｆ₄＝−1.95 実施例５ ｆ＝1.00 ， F/3.438 ， 像高1.1036 画角１０１° ｒ₁＝∞（非球面） ｄ₁＝0.2770 ｎ₁＝1.51633 ν₁＝64.15 ｒ₂＝0.7047 ｄ₂＝1.3918 ｒ₃＝1.8404 ｄ₃＝0.2770 ｎ₂＝1.74100 ν₂＝52.68 ｒ₄＝−6.2624 ｄ₄＝0.0554 ｒ₅＝∞（絞り） ｄ₅＝0.0554 ｒ₆＝3.4891 ｄ₆＝0.6094 ｎ₃＝1.62041 ν₃＝60.27 ｒ₇＝−0.5540 ｄ₇＝0.2216 ｎ₄＝1.80518 ν₄＝25.43 ｒ₈＝−1.1104 ｄ₈＝0.9041 ｒ₉＝−0.6186 ｄ₉＝0.2770 ｎ₅＝1.72825 ν₅＝28.46 ｒ₁₀＝−10.830 Ｅ＝0.46954×１０^-1 ｆ₁＝−1.37，ｆ₂₃＝1.14，ｆ₄＝−2.65 実施例６ ｆ＝1.00 ， F/3.365 ， 像高1.0969 画角９８° ｒ₁＝∞（非球面） ｄ₁＝0.2753 ｎ₁＝1.51633 ν₁＝64.15 ｒ₂＝0.7513 ｄ₂＝1.4662 ｒ₃＝2.3609 ｄ₃＝0.5507 ｎ₂＝1.59270 ν₂＝35.29 ｒ₄＝−1.0953 ｄ₄＝0.2203 ｎ₃＝1.83400 ν₃＝37.16 ｒ₅＝−2.7689 ｄ₅＝０．0551 ｒ₆＝∞（絞り） ｄ₆＝0.0551 ｒ₇＝2.3940 ｄ₇＝0.6057 ｎ₄＝1.62041 ν₄＝60.27 ｒ₈＝−0.5884 ｄ₈＝0.2203 ｎ₅＝1.80518 ν₅＝25.43 ｒ₉＝−1.1177 ｄ₉＝0.8941 ｒ₁₀＝−0.6526 ｄ₁₀＝0.2753 ｎ₆＝1.84666 ν₆＝23.88 ｒ₁₁＝−0.9566 Ｅ＝0.58567×１０^-1 ｆ₁＝−1.46，ｆ₂₃＝1.27，ｆ₄＝−4.15 実施例７ ｆ＝1.00 ， F/3.295 ， 像高1.1141 ， 画角９９° ｒ₁＝∞（非球面） ｄ₁＝0.2796 ｎ₁＝1.51633 ν₁＝64.15 ｒ₂＝0.7952 ｄ₂＝1.4787 ｒ₃＝5.3878 ｄ₃＝0.5593 ｎ₂＝1.59270 ν₂＝35.29 ｒ₄＝−0.7414 ｄ₄＝0.2237 ｎ₃＝1.83400 ν₃＝37.16 ｒ₅＝−1.9280 ｄ₅＝0.0559 ｒ₆＝∞（絞り） ｄ₆＝0.0559 ｒ₇＝1.5169 ｄ₇＝0.2237 ｎ₄＝1.80518 ν₄＝25.43 ｒ₈＝0.6123 ｄ₈＝0.6152 ｎ₅＝1.56883 ν₅＝56.34 ｒ₉＝−1.0448 ｄ₉＝0.8849 ｒ₁₀＝−0.7375 ｄ₁₀＝0.2796 ｎ₆＝1.84666 ν₆＝23.88 ｒ₁₁＝−1.0612 Ｅ＝0.54347×１０^-1 ｆ₁＝−1.54，ｆ₂₃＝1.27，ｆ₄＝−4.73 ただしｒ₁，ｒ₂，…はレンズ各面の曲率半径、ｄ₁，
ｄ₂，…は各レンズの肉厚および空気間隔、ｎ₁，ｎ₂，
…は各レンズの屈折率、ν₁，ν₂，は各レンズのアツベ
数である。

上記実施例のうち実施例１，実施例２は夫々第５図およ
び第６図に示すレンズ構成のもので、第１群が負レン
ズ、第２群が正レンズ、第３群が接合正レンズ、第４群
が物体側に凹面を有するメニスカスレンズよりなつてい
る。これら実施例の明るさ絞りは第２群と第３群の間に
位置している。また実施例３は第７図の通りで、実施例
１，２と類似の構成であるが絞りは、第２群中に位置し
ている。実施例４は第８図に示す通りで第４群が物体側
に凹面を向けた接合メニスカスレンズである。このレン
ズ系の絞りは第２群と第３群の間である。実施例５は第
９図の通りで実施例１と類似したレンズ構成であるが、
第１群の負レンズの物体側の面が前述のような形状の非
球面である。実施例６，７は夫々第１０図および第１１
図に示すレンズ構成で、第２群と第３群がいずれも接合
レンズであり又第１群の負レンズの物体側の面がいずれ
も非球面になつている。絞りはいずれも第２群と第３群
の間である。

これら実施例５，６，７の非球面は第４図に示すように
面の頂点を原点にした座標系にて表わした時に下記の式
にて表わされる面である。

ｘ＝Ey₄ 各実施例の非球面係数Ｅはデーター中に示す通りであ
る。

発明の効果 本発明の内視鏡用対物レンズは、以上詳細に説明したよ
うにまた実施例より明らかなように歪曲収差が小さくレ
ンズ系全長が短くレンズの径が小さいしかも画角が広く
周辺光量の大きなレンズ系である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の内視鏡対物レンズの構成を示す図、第２
図は本発明対物レンズの基本構成を示す図、第３図は他
の従来レンズ系の構成を示す図、第４図は本発明の実施
例で用いる非球面の形状を説明する図、第５図乃至第１
１図は夫々本発明の実施例１乃至実施例７の断面図、第
１２図乃至第１８図は夫々実施例１乃至実施例７の収差
曲線図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体側から順に負の屈折力を有する第１群
   と正の屈折力を有する第２群と、物体側に凸面を有する
   レンズを含む正の屈折力を有する第３群と、第２群前端
   と第３群の後端との間に配置された明るさ絞りと、物体
   側に凹面を有するメニスカスレンズを含む第４群とより
   構成され、上記第１レンズ群が非球面を有し、上記非球
   面が、レンズの物体側に配置された時は光軸から離れる
   に従って曲率が強くなる部分を含む形状を有し、レンズ
   の像側に配置された時は光軸から離れるに従って曲率が
   弱くなる部分を含む形状を有すると共に、以下の条件を
   満足する内視鏡対物レンズ。 （１） ｜ｈ₁／ｆ₁｜＞１．１５｜ｈ₄／ｆ₄｜ （２） Ｒ₃＜５ｆ 但し、ｈ₁は最大像高の主光線の第１群の各面における
   主光線高の平均値、ｈ₄は最大像高の主光線の第４群の
   各面における主光線高の平均値、ｆ₁，ｆ₄は夫々第１
   群，第４群の焦点距離、Ｒ₃は第３群の最も物体側の面
   の曲率半径、ｆは全系の焦点距離である。