JPH10197806A

JPH10197806A - 対物レンズ

Info

Publication number: JPH10197806A
Application number: JP1595797A
Authority: JP
Inventors: Akiko Murata; 明子村田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】レンズ長を短く、又倍率の色収差と像面
湾曲が良好に補正され高解像で、低侵襲な内視鏡に適し
た構成にする。【解決手段】負のパワーの第１群、絞り、正のパワ
ーの第２群の構成で、２群中に下記条件（１）を満足す
る少なくとも一つの回折光学素子を設けた。（１）３≦ｆ_ｄ／ｆ≦１００ｆ_ｄ、ｆは夫々回折光学素子、対物レンズ全系の焦点距
離。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人間の体内に挿入
して診断および治療を行なうための内視鏡の対物レンズ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内視鏡の対物レンズは、画角を広くとれ
又バックフォーカスも長くとれるレトロフォーカスタイ
プのレンズ系が一般的である。又像面にはＣＣＤやイメ
ージファイバーの端面を配置するのが一般的であるが、
高解像化の要求に応じてそれらのサンプリングは、細密
化の方向に向かっている。そのために、内視鏡の対物レ
ンズも高性能なレンズ系が要求されている。

【０００３】従来の屈折系レンズでは、ペッツバール和
を小さくして像面湾曲を補正するために、正レンズに高
屈折率の硝材が、負レンズに低屈折率の硝材が用いられ
るが、高い屈折率の硝材は、アッベ数が比較的小さく色
分散が大きいため、後群で倍率の色収差が残存する。更
に、倍率の色収差に関しては、前群と後群ともに負側に
倍率の色収差が発生するためにその補正は困難である。

【０００４】この倍率の色収差を補正するためには、後
群に接合レンズを用いればよいが、レンズ枚数が多くな
りコスト高になる欠点がある。

【０００５】更に、低侵襲化の観点からも、硬質部の長
さが短く操作性の良い内視鏡が望まれ又レンズ枚数が少
なく全長の短い対物レンズが望まれている。

【０００６】上記の問題を解決するために、回折レンズ
を用いることが考えられる。

【０００７】通常の屈折系レンズの場合、薄肉レンズの
両面の曲率半径を夫々Ｒ₁ ，Ｒ₂とし、硝材の屈折率を
ｎ、焦点距離をｆとすると下記の式（ａ）が成立つ。１／ｆ＝（ｎ−１）（１／Ｒ₁ ＋１／Ｒ₂ ）（ａ）

【０００８】上記式（ａ）の両辺を設定波長λにて微分
すると下記式（ｂ）のようになり、更に式（ｃ）が導か
れる。ｄｆ／ｄλ＝−ｆ（ｄｎ／ｄλ）／（ｎ−１）（ｂ） Δｆ＝ｆΔｎ／（ｎ−１）（ｃ）

【０００９】一方、回折光学素子（回折レンズ）につい
ては、下記の式（ｄ）に示す関係が成立つ。 λｆ＝Ｃ（一定）（ｄ）

【００１０】この式（ｄ）の両辺をλで微分すると下記
の式が導かれる。ｄｆ／ｄλ＝−Ｃ／λ² ＝−ｆ／λ

【００１１】これより次の式（ｅ）が導かれる。 Δｆ＝−ｆ（Δλ／λ）（ｅ）

【００１２】式（ｃ）と式（ｅ）とから回折光学素子の
アッベ数ν_d は下記の式（ｆ）にて表わされる。 ν_d ＝λ_d ／（λ_F −λ_C ）＝−３．４５（ｆ）

【００１３】上記式（ｆ）に示す通り、回折光学素子の
アッベ数ν_d は−３．４５という逆分散性および異常分
散性を有し、通常の屈折レンズに緩いパワーの正の回折
光学素子を組合わせることによって大きな色収差補正作
用を得ることが可能になる。そのため、例えば負の前群
と正の後群よりなるレンズ系において後群に回折光学素
子を配置することにより、屈折レンズのみからなるレン
ズ系の場合に前群と同方向に発生していた後群の倍率の
色収差を逆方向に発生させることが可能になり、前群と
後群とで倍率の色収差を互いに打ち消し合うことにより
色収差を良好に補正できる。

【００１４】又回折光学素子は、その溝のピッチを連続
的に変化させることによって非球面効率を持たせること
ができ、これを用いて像面湾曲を低減させるために有効
である。又回折光学素子は、その作用が硝材によらない
ため、用いる硝材の自由度が高く厚さを持たないプレー
トレンズとして扱うことができ、例えば赤外カットフィ
ルターの表面などに回折光学素子を形成することが可能
である。

【００１５】このような負分散を持つ厚さを持たないプ
レートレンズ（平行平面板に回折素子を設けたレンズ）
を等価屈折レンズに置き換えて設計する方法としてウル
トラハイインディクス法がある。それは屈折率を無限大
にすることにより等価レンズに入射した光をあたかも平
面で曲げられたかのように扱うものである。このように
屈折率を無限大と仮定することにより通常の屈折光線追
跡で回折レンズの光線追跡を行なうことができる。実際
には屈折率を無限大にすることは不可能であるので、１
０００以上に設定することが望ましい。

【００１６】次に、下記の式にて表わされる非球面の回
折光学素子のピッチを計算する。Ｚ＝ｃｈ² ／［１＋｛１−ｃ² （Ｋ＋１）ｈ² ｝＋Ａｈ
⁴ ＋Ｂｈ⁶ ＋Ｃｈ⁸ ＋Ｄｈ¹⁰］ここでＺはサグ値、ｈは光線高、ｃは曲率、Ｋは円錐係
数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは４次，６次，８次，１０次の非球
面係数である。

【００１７】上記の非球面を表わす式で１２次以上の非
球面係数を用いてもよい。

【００１８】回折光学素子（回折レンズ）においては、
回折面（レンズ）への入射角をθ、又射出角をθ’とす
ると下記の関係が成立つ。 sin θ−sin θ’＝ｍλ／Ｐただし、ｍは次数、Ｐは回折面のピッチである。

【００１９】これに対し、ウルトラハイインディクスに
おいて、回折条件を実効的な性質として表わすと下記の
ようになる。（ｎ−１）ｄｚ／ｄｈ＝（sin θ−sin θ’）

【００２０】以上より、回折光学素子（回折レンズ）の
ピッチＰは下記の式（ｇ）にて表わすことができる。Ｐ＝ｍλ／（ｎ−１）（ｄｚ／ｄｈ）＝｛ｍλ／（ｎ−１）｝・［ｃｈ／｛１−ｃ² （Ｋ＋１）ｈ² ｝＋４Ａｈ³ ＋６Ｂｈ⁵ ＋８Ｃｈ⁷ ＋１０Ｄｈ⁹ ］^-1 （ｇ）

【００２１】特にＫ＝−１の場合は、式（ｇ）は下記式
（ｈ）のようになり、ピッチＰは簡単に求められる。Ｐ＝｛ｍλ／（ｎ−１）｝［ｃｈ＋４Ａｈ³ ＋６Ｂｈ⁵
＋８Ｃｈ⁷＋１０Ｄｈ⁹ ］^-1 実際上は回折レンズの屈折率は、１００１、１０００１
といった値をとることが望ましい。またウルトラハイイ
ンディクスレンズはペッツバール和に寄与しないため像
面湾曲に影響を与えないレンズである。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】内視鏡対物レンズは、
操作性、低侵襲性、コスト低減等の観点から、レンズ枚
数の削減が求められる。このレンズ枚数を削減するため
の手段として回折レンズを用いることが考えられるが、
回折レンズは極めて大きな負の分散を有するために回折
レンズを用いてレンズ枚数を削減する場合、倍率の色収
差が補正過剰になる。そのため用いる回折レンズのパワ
ーは、通常のレンズの 1/10 程度にすることが望まし
い。しかし、回折レンズのパワーを小にすると、内視鏡
対物レンズのようにレンズの径の小さいレンズ系の場
合、軸上，軸外の光束内の輪帯数を確保することが難し
い。特に軸上光束は、中心輪帯の大きさが光束の径に対
しかなりの部分を占めるために、光束の大部分が中心輪
帯上を通過することになりレンズの形状によるブレーズ
化誤差の影響を受け易くなる。

【００２３】一方、輪帯数の確保およびレンズ長の短縮
を考えて回折レンズにある程度のパワーを与えた場合、
回折レンズ周辺部の輪帯形状の加工が困難になり、輪帯
形状の加工誤差により回折効率の劣化を導き、画像のコ
ントラストの劣化の原因となる。

【００２４】以上のように、内視鏡対物レンズのように
光束の径が小さい小径レンズに回折レンズを用いる場
合、回折レンズの輪帯ピッチを保ちつつ光束内の輪帯数
を確保することが重要であり、適当なパワーと輪帯形状
を持つ回折レンズを配置することが必要である。

【００２５】本発明は、レトロフォーカスタイプの光学
系に回折の効果を有効に発揮し得るパワーおよび現実的
な形状を有する回折レンズを用いることによってレンズ
長が短く倍率の色収差と像面湾曲が十分良好に補正され
た高解像、低侵襲な内視鏡用対物レンズを提供するもの
である。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明の対物レンズは、
負のパワーを持つ第１群と、絞りと、正のパワーを持つ
第２群とよりなり、第２群中に少なくとも一つの回折光
学素子を含み、この回折光学素子が下記条件（１）を満
足することを特徴とする。（１）３≦ｆ_d ／ｆ≦１００ただし、ｆ_d は回折光学素子の焦点距離、ｆは対物レン
ズ全系の焦点距離である。

【００２７】本発明の対物レンズは、内視鏡対物レンズ
において最も一般的であるレトロフォーカスタイプを採
用したもので、その絞りより後ろの第２群中に前記条件
（１）を満足した少なくとも一つの回折光学素子を用い
たものである。

【００２８】上記条件（１）において、下限の３を越え
ると過剰補正状態となり好ましくない。又上限の１００
を越えると回折光学素子の逆補正能力を十分に発揮でき
ない。本発明のレンズ系は、回折光学素子の光束内の輪
帯数の確保を考えると、この回折光学素子にある程度の
パワーを持たせる必要があり、そのためには条件（１）
の上限値を１０にすることが望ましい。つまり条件
（１）の代りに下記条件（１−１）を満足することがよ
り望ましい。（１−１）３≦ｆ_d ／ｆ≦１０

【００２９】又、本発明の対物レンズにおいて、回折光
学素子を用いてレンズ枚数を一層削減するためには、パ
ワーを分散させて収差の発生を抑えるために回折光学素
子にもある程度のパワーを持たせる必要があり、下記条
件（２）を満足することが望ましい。（２）ｆ_d ／ｆ₂ ≦１５ただしｆ₂ は第２群の焦点距離である。

【００３０】条件（２）の上限の１５を超えると回折光
学素子のパワーが大になりすぎて倍率色収差以外の収差
の補正が難しくなる。

【００３１】更に、回折光学素子は、その周辺に向かう
程射出角が大になるためピッチ間隔が小になるが、製造
上の限界を考えると周辺部でのピッチがある程度必要に
なる。これに伴い軸上光束内の輪帯数にも限界が生じる
が、回折効果を確保するためには、ある程度の輪帯数が
必要である。これらの点を考慮すると本発明のレンズ系
で用いる回折光学素子の最適な最小ピッチＰ_min は下記
条件（３）を満足することが好ましい。（３）０．００５mm＜Ｐ_min ＜０．０１５mm 条件（３）の下限の０．００５mmを超えると加工誤差に
より回折効率が低くなり好ましくない。又条件（３）の
上限の０．０１５mmを超えると光束に対し輪帯数を確保
することが難しくなる。

【００３２】又本発明のレンズ系において、回折光学素
子が条件（２）を満足しつつ条件（３）を満足するため
には、下記条件（４）を満足する必要がある。（４）０．１≦Ｐ_min ／Ｐ_max ≦０．４ただし、Ｐ_max は回折光学素子の最大ピッチである。条
件（４）の下限の０．１を越えると、収差の発生を抑え
つつ回折に必要な輪帯数を確保することが難しく、上限
の０．４を越えると収差の発生を抑えつつ０．００５ｍ
ｍ以上のＰminを確保することが難しくなる。

【００３３】上記条件（４）を満足するためには、回折
レンズの非球面効果を利用する必要がある。

【００３４】実際には、内視鏡対物レンズの中心輪帯Ｐ
_max と明るさ絞り径ｄとは次の条件（５）の関係を満足
することが望ましい。（５）Ｐ_max ／ｄ≦０．５

【００３５】通常、内視鏡対物レンズは、Ｐ_max が次の
関係を満足することが望ましい。０．０５mm≦Ｐ_max ≦０．１５mm ここで中心輪帯ピッチとは、中心輪帯の半径であり、輪
帯ピッチとは前後の輪帯からの距離である。上式の下限
の０．０５ｍｍを越えると、回折レンズの周辺部の輪帯
ピッチが細かくなり加工誤差による回折効率の低下を生
じる。上限の０．１５ｍｍを越えると、回折レンズ中心
部の輪帯数が不足する。

【００３６】次に最適なＰ_max と輪帯本数から求められ
る最適な回折光学素子の焦点距離ｆ_d の値について述べ
る。

【００３７】波面を再現するためには、必要な輪帯数が
有効光束内に最低５本程度必要であり、できれば１５本
以上が望ましい。

【００３８】ここで、ｍ次の回折光を利用した回折光学
系の軸上光束を考えた場合、次の関係が成立つ。ｆ_d ²＋Ｙ_M ²＝｛ｆ_d ＋（Ｎ＋１）／２λ×ｍ｝² （ａ）ただし、Ｙ_M は回折面での軸上光線の光線高、Ｎは光束
内の輪帯本数、λは設定波長、ｍは次数である。

【００３９】ここでｆ_d ≫λであるので上記の式（ａ）
は下記の式にて近似できる。Ｎ＝Ｙ_M ²／ｍλｆ_d −１

【００４０】したがってＮが少なくとも５以上であると
するとｆ_d は下記条件（６）を満足する必要がある。（６）ｆ_d ≦Ｙ_M ²／４ｍλ

【００４１】次に軸外でのピッチの大きさを考える。

【００４２】焦点距離ｆ_d の回折光学素子の軸外主光線
高Ｙ_C での輪帯ピッチは、次の式で示される。Ｐ＝｛Ｙ_C ＋２ｍλ（ｆ_d ²＋Ｙ_C ²）^1/2 ｝^1/2 −Ｙ_C

【００４３】回折光学素子の加工誤差による回折効率の
低下を考慮し又Ｐ_min が０．００５mmは必要であること
を考えると、回折光学素子の焦点距離ｆ_d は次の条件
（７）を満足することが望ましい。（７）ｆ_d ≧０．００５Ｙ_C ／ｍλ

【００４４】条件（６）と条件（７）とから回折光学素
子の焦点距離ｆ_d は次の条件（８）を満足することが好
ましい。（８）０．００５Ｙ_C ／ｍλ≦ｆ_d ≦Ｙ_M ²／４ｍλ

【００４５】更に軸上の輪帯数を確保するために１次回
折光を用い、波長５００〜６００nmでの最適化を考える
と、ｆ_d は式（９）を満足することが望ましい。（９）８Ｙ_C ≦ｆ_d ≦５００Ｙ_M ²

【００４６】回折光学素子は、回折面への光線の入射角
および光束の確保を考えると、明るさ絞りの近傍に配置
することが望ましい。ここで、明るさ絞りから回折面ま
での距離をＤ₁ 、明るさ絞りから像面までの距離をＤ₂
とするとＹ_C は次の式で簡単に示すことが出来る。Ｙ_C ＝Ｄ₁ ×ＩＨ／Ｄ₂

【００４７】上記式から条件（９）は次の条件（１０）
のように表わせる。（１０）８Ｄ₁ ×ＩＨ／Ｄ₂ ≦ｆ_d ≦１５０ｄ²

【００４８】内視鏡の場合、像面に固体撮像素子あるい
はイメージファイバーを配置するが、それらに斜入射光
が入射すると色シェーディングや伝送損失が生ずる。し
たがって内視鏡用対物レンズは、ある程度テレセントリ
ック性が保たれる必要がある。しかし実際には完全なテ
レセントリック光学系ではなく、０〜２０°の傾きでＣ
ＣＤ面へ入射する。この場合、Ｙ_C はＩＨ／２以上であ
り、下記条件（１１）を満足すればよい。（１１）４ＩＨ≦ｆ_d ≦１５０ｄ²

【００４９】また、条件（８）において、絞りより前群
（第１群）に屈折レンズ、後群（第２群）に少なくとも
一つの回折光学素子を有するレトロフォーカスタイプの
レンズ系の場合、テレセントリック性により後群（第２
群）の前側焦点位置は、絞りの近傍に存在する。又後群
（第２群）の第１レンズに回折光学素子を用いた時に
は、下記の関係を満足する。ｈ_C ≧０．７×ＩＨ×Ｄ₁／ｆ₂ ただし、ｈ_C は軸上マージナル光線、ｆ₂ は後群（第２
群）の焦点距離である。

【００５０】又後群（第２群）の第２レンズに回折光学
素子を用いたときには下記の関係を満足する。Ｈ_C ≧０．５ＩＨ

【００５１】ここで、後群（第２群）の第１レンズに回
折光学素子を配置した場合、軸上マージナル光線高ｈ_M
は、簡単のため物体距離を無限遠にすると下記のように
表わされる。ｈ_M ＝ｄ（−ｆ₁ ＋Ｄ₃ ＋Ｄ₁ ）／（−ｆ₁ ＋Ｄ₃ ）ただし、Ｄ₃ は前群（第１群）から明るさ絞りまでの距
離である。

【００５２】又後群（第２群）の第２レンズに回折光学
素子を用いた時には、光線高Ｈ_Mは下記のようになる。Ｈ_M ＝Ｄ₄ ／２Ｆ_NO ただしＦ_NOは対物レンズのＦナンバー、Ｄ₄は像面から
回折光学素子までの距離である。

【００５３】したがって条件（１１）より、後群（第２
群）の第１レンズに回折光学素子を用いた場合は、回折
光学素子の焦点距離ｆ_d は下記条件（１２）を満足する
ことが望ましい。（１２） 0.003ＩＨ×Ｄ₁ ／（ｆ₂ ・ｍ・λ）≦ｆ_d
≦ｄ² （−ｆ₁ ＋Ｄ₃ ＋Ｄ₁ ）² ／４ｍλ（−ｆ₁ ＋
Ｄ₃ ）²

【００５４】同様に、後群（第２群）の第２レンズに回
折光学素子を用いる時は、回折光学素子の焦点距離ｆ_d
は下記のようになる。（１３） 0.002 ×ＩＨ／ｍλ≦ｆ_d ≦Ｄ₄ ²／１６ｍ
λＦ_NO ²

【００５５】本発明の光学系において、不要次数による
フレアーの低減を考えると、設定波長は５００〜６００
nm付近が望ましい。また、回折に用いる次数は軸上光束
内に輪帯を確保する上で１次光を用いることが望まし
い。

【００５６】したがって、後群（第２群）の第１レンズ
に回折光学素子を用いた時には、回折光学素子の焦点距
離ｆ_d は、下記条件（１４）を満足することが望まし
い。（１４）６×ＩＨ×Ｄ₁ ／ｆ₂ ≦ｆ_d ≦５００ｄ²
（−ｆ₁ ＋Ｄ₃ ＋Ｄ₁ ）² ／（−ｆ₁ ＋Ｄ₃ ）² 又、後群（第２群）の第２レンズに回折光学素子を用い
た時、回折光学素子の焦点距離ｆ_d は下記条件（１５）
を満足することが望ましい。（１５）４×ＩＨ≦ｆ_d ≦１２５Ｄ₄ ²／Ｆ_NO ²

【００５７】実際には、上記条件を満足する場合、回折
光学素子の強力な逆色補正能力により、光軸方向をｚ方
向とすると光軸近傍の軸上色収差は−ｚ方向に、倍率の
色収差は−ｙ方向に発生する。特に対物レンズのレンズ
長を短くしようとすると、回折光学素子への入射角が大
になり回折光学素子により補正過剰状態になる。

【００５８】以上の理由のため、回折光学素子の非球面
効果を利用して軸外でのレンズ系の入射光線の入射角を
抑え、回折光学素子による過剰補正を抑えることが有効
である。即ち、軸外光線に対しては、回折光学素子の非
球面効果を用いて倍率の色収差と軸上色収差をともにプ
ラス方向に持って行くようにして軸外、軸上収差とも良
好に補正することができる。そのためには、特に回折光
学素子の中心から最小ピッチ端までの距離をｈとした
時、次の条件（１６）を満足することが出来る。（１６）０．５≦ｈ／ｆ≦０．８５上記条件（１６）を満足すれば軸上、軸外とも色収差を
良好に補正出来る。条件（１６）の下限の０．５を越え
ると、過剰補正状態となり好ましくない。又、上限の
０．８５を越えると回折レンズの逆補正能力を十分に発
揮することができない。

【００５９】更にレンズ系のレンズ枚数を更に削減する
場合、回折光学素子以外の屈折レンズで倍率の色収差を
発生させる必要がある。そのため明るさ絞りよりも物体
側に位置する凹レンズの色分散を小さくし、明るさ絞り
より像側の凸レンズに色分散の大きなレンズを用いるこ
とにより、色収差を良好に補正することができる。つま
り、明るさ絞りより物体側の凹レンズのアッベ数を
ν_d1、明るさ絞りより像側の凸レンズのアッベ数をν_d2
とするとき下記条件を満足することが望ましい。 ν_d1＞ν_d2

【００６０】特にレンズ系の第１レンズ（レンズ系の最
も物体側のレンズ）の凹レンズのアッベ数ν_d は、４０
以上であることが望ましい。つまり下記条件を満足する
ことが望ましい。 ν_d ＞４０

【００６１】

【発明の実施の形態】次に本発明の内視鏡対物レンズの
実施の形態を各実施例をもとに説明する。実施例１ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.3100 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝0.9130 ｄ₂ ＝0.5100 ｒ₃ ＝∞（絞り）ｄ₃ ＝0.2000 ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝0.7100 ｎ₂ ＝1.84666 ν₂ ＝23.78 ｒ₅ ＝-1.0180 ｄ₅ ＝0.0300 ｒ₆ ＝5300.0000 ｄ₆ ＝0.0010 ｎ₃ ＝1.0 ×10³ ν₃ ＝-3.45(ＤＯＥ）ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝0.5000 ｎ₄ ＝1.45846 ν₄ ＝67.70 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝0.4100 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0.5000 ｎ₅ ＝1.51633 ν₅ ＝64.15 ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝0.7500 ｎ₆ ＝1.53172 ν₆ ＝48.91 ｒ₁₁＝∞ 非球面係数Ｋ＝-1.0000 ，Ａ＝-6.9550 ×10^-5，Ｂ＝6.5146×10^-6

【００６２】実施例２ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.3100 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝1.3279 ｄ₂ ＝0.2726 ｒ₃ ＝∞（絞り）ｄ₃ ＝0.0060 ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝0.5863 ｎ₂ ＝1.45846 ν₂ ＝67.70 ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝0.0010 ｎ₃ ＝1.0 ×10³ ν₃ ＝-3.45(ＤＯＥ）ｒ₆ ＝3805.8900 ｄ₆ ＝0.0300 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝0.6000 ｎ₄ ＝1.88300 ν₄ ＝40.78 ｒ₈ ＝-1.0072 ｄ₈ ＝0.4921 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0.5000 ｎ₅ ＝1.51633 ν₅ ＝64.15 ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝0.7500 ｎ₆ ＝1.53172 ν₆ ＝48.91 ｒ₁₁＝∞ 非球面係数Ｋ＝0 ，Ａ＝3.2406×10^-4，Ｂ＝-2.1849 ×10^-4

【００６３】前述のように本発明のタイプの内視鏡用対
物レンズは、操作性の観点からレンズ系の全長を短くす
るために回折光学素子を用いている。

【００６４】実施例１は、レンズ系の全長を短くするた
めに、物体側から順に、負の屈折レンズの第１群と、明
るさ絞りと、正の屈折レンズ第１レンズと回折光学素子
（回折レンズ）の第２レンズとよりなる第２群との３枚
にて構成されている。又、ＰおよびＣは夫々傷防止用平
板およびＣＣＤカバーガラスである。回折面は、面にほ
ぼ垂直に光線が入射しかつ光束を大きくとれる絞り近傍
に配置してある。又絞りを挟んで前後に負レンズと正レ
ンズを配置することによって倍率の色収差以外の収差を
補正している。

【００６５】前群（第１群）の負の屈折レンズの像側の
面で発生する正の球面収差を後群（第２群）の第１レン
ズである正の屈折レンズで発生する負の球面収差で打消
すようにしている。

【００６６】又回折レンズのペッツバール和はほとんど
０であり、像面湾曲は、前群（第１群）の屈折面と後群
の屈折面とで補正している。又回折レンズにより軸外収
差を補正している。

【００６７】又、軸上色収差は、前群（第１群）と後群
（第２群）とで打ち消し合っているが、輪帯数を確保す
るため回折レンズのパワーをある程度強くしているた
め、近軸では軸上色収差は−ｚ方向に、倍率の色収差は
−ｙ方向つまり通常の屈折レンズの色収差とは逆方向に
発生している。この実施例では、レンズ系の全長を短く
するために回折レンズへの入射角がきつくなり、回折レ
ンズにより軸外収差は過剰補正の状態になる。この実施
例では、この過剰補正状態の収差を回折レンズに非球面
の作用を持たせるようにしてこの非球面の作用を利用し
周辺での回折レンズのパワーを弱めるようにして光線の
入射角を緩めて軸外でのｚ方向の色収差を正の方向へも
って行っている。この非球面の作用により補正過剰ぎみ
の倍率の色収差も正の方向へ持って行って良好に補正し
ている。このように回折レンズに非球面作用を持たせる
ことにより軸外での性能を良好に保っている。

【００６８】又、前群（第１群）の屈折レンズの硝材に
分散の小さい硝材を用い、後群（第２群）の第１レンズ
である屈折レンズの硝材に分散の大きい材質を用いるこ
とにより、回折レンズ以外で発生する倍率の色収差を正
方向に発生させて、回折レンズによる過剰補正能力を打
ち消すようにしている。そのためには、特に後群の屈折
レンズ（第１レンズ）のアッベ数を４０以下にすること
が望ましい。つまり前記第１レンズのアッベ数をν_d と
する時下記条件を満足することが望ましい。 ν_d ＞４０

【００６９】実施例２も内視鏡用対物レンズの実施例
で、物体側より順に、負の屈折レンズの前群（第１群）
と、明るさ絞りと、正の回折レンズの第１レンズと正の
屈折レンズの第２レンズよりなる後群（第２群）とより
の３枚にて構成され、その像側に傷防止用平板Ｐ、ＣＣ
ＤカバーガラスＣが配置されている。回折面は、面にほ
ぼ垂直に光線が入射しかつ光束を大きくとれる絞り近傍
に配置してある。この実施例は、レンズ系の全長を短く
することを重視した対物レンズで、回折レンズのパワー
を全系の焦点距離に対し強くしてある。

【００７０】本発明の対物レンズは、特許請求の範囲の
各請求項に記載する構成のレンズ系の他、下記の各項に
記載するレンズ系も本発明の目的を達成する。

【００７１】（１）特許請求の範囲の請求項１、２、３
又は４に記載するレンズ系で、回折光学素子が下記条件
（４）を満足することを特徴とする対物レンズ。（４）０．１≦Ｐmin ／Ｐmax ≦０．４

【００７２】（２）特許請求の範囲の請求項１、２、３
又は４あるいは前記の（１）の項に記載されているレン
ズ系で、下記条件（５）を満足することを特徴とする対
物レンズ。（５）Ｐmax ／ｄ≦０．５

【００７３】（３）特許請求の範囲の請求項１、２、３
又は４あるいは前記の（１）又は（２）の項に記載され
ているレンズ系で回折光学系が下記条件を満足すること
を特徴とする対物レンズ。０．０５mm≦Ｐmax ≦０．１５mm

【００７４】（４）特許請求の範囲の請求項１、２、３
又は４あるいは前記の（１）、（２）又は（３）に記載
されているレンズ系で、回折光学系が下記条件（９）を
満足することを特徴とする対物レンズ。（９）８Ｙ_c ≦ｆ_d ≦５００Ｙ_M ²

【００７５】（５）特許請求の範囲の請求項１、２、３
又は４あるいは前記の（１）、（２）又は（３）に記載
されているレンズ系で、回折光学系が下記条件（１０）
を満足することを特徴とする対物レンズ。（１０）８Ｄ₁×ＩＨ／Ｄ₂ ≦ｆ_d ≦１５０ｄ²

【００７６】（６）特許請求の範囲の請求項１、２、３
又は４あるいは前記の（１）、（２）又は（３）に記載
されているレンズ系で、回折光学系が下記条件（１１）
を満足することを特徴とする対物レンズ。（１１）４ＩＨ≦ｆ_d ≦１５０ｄ²

【００７７】（７）特許請求の範囲の請求項１、２、３
又は４あるいは前記の（１），（２），（３），
（４），（５）又は（６）に記載されているレンズ系で
前記第１群が１枚の屈折レンズよりなり前記第２群が１
枚の回折レンズと１枚の屈折レンズよりなることを特徴
とする対物レンズ。

【００７８】（８）前記の（７）に記載されているレン
ズ系で、前記第２群が物体側から順に１枚の回折レンズ
と１枚の屈折レンズよりなり、回折レンズが下記条件
（１４）を満足することを特徴とする対物レンズ。（１４）６ＩＨ×Ｄ₁／ｆ₂ ≦ｆ_d≦５００ｄ² （−ｆ
₁ ＋Ｄ₃＋Ｄ₁）² ／（−ｆ₁ ＋Ｄ₃ ）²

【００７９】（９）前記の（７）に記載されているレン
ズ系で、前記第１群が１枚の屈折レンズよりなり、前記
第２群が物体側から順に、１枚の屈折レンズと１枚の回
折レンズとよりなり、下記条件（１５）を満足する対物
レンズ。（１５）４ＩＨ≦ｆ_d ≦１２５Ｄ₄ ²／Ｆ_NO ²

【００８０】（１０）前記の（７）、（８）又は（９）
に記載されているレンズ系で、前記第１群が１枚のレン
ズよりなり、前記第２群が１枚の屈折レンズと１枚の回
折光学素子よりなり、前記第２群の屈折レンズのアッベ
数が下記条件を満足することを特徴とする対物レンズ。 ν_d ＞４０

【００８１】（１１）前記の（７）、（８）、（９）又
は（１０）の項に記載されたレンズ系で、前記第１群の
屈折レンズのアッベ数と前記第２群の屈折レンズのアッ
ベ数が下記条件を満足することを特徴とする対物レン
ズ。 ν_d1＞ν_d2

【００８２】（１２）特許請求の範囲の請求項１、２、
３又は４あるいは前記の（１）、（２）、（３）、
（４）、（５）、（６）、（７）、（８）又は（９）の
項に記載されているレンズ系で、下記の式を満足するこ
とを特徴とする対物レンズ。０．５≦ｈ／ｆ≦０．８５

【００８３】（１３）前記の（１２）の項に記載されて
いるレンズ系で、回折レンズが赤外カットフィルターか
らなることを特徴とする対物レンズ。

【００８４】

【発明の効果】本発明によれば色収差が補正され全長の
短い操作性の良い、低侵襲、高性能な内視鏡対物レンズ
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対物レンズの実施例１の断面図

【図２】本発明の対物レンズの実施例２の断面図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側より順に、負のパワーを有する第１
群と、絞りと、正のパワーを有する第２群とよりなり、
前記第２群に少なくとも一つの回折光学素子を含み該回
折光学素子が下記条件（１）を満足することを特徴とす
る対物レンズ。（１）３≦ｆ_d ／ｆ≦１００ｆは対物レンズ全系の焦点距離、ｆ_d は回折光学素子の
焦点距離である。
【請求項２】前記回折光学素子が条件（１）の代りに下
記条件（１−１）を満足することを特徴とする請求項１
の対物レンズ。（１−１）３≦ｆ_d ／ｆ≦１０
【請求項３】前記回折光学素子が下記条件（２）を満足
することを特徴とする請求項１又は２の対物レンズ。（２）ｆ_d ／ｆ₂ ≦１５ただし、ｆ₂ は第２群の焦点距離である。
【請求項４】前記回折光学素子が下記条件（３）を満足
することを特徴とする請求項１，２又は３の対物レン
ズ。（３）０．００５mm≦Ｐmin ≦０．０１５mm ただし、Ｐmin は回折光学素子の最小輪帯ピッチであ
る。