JP2000330015A - 観察深度可変型の内視鏡用対物レンズ - Google Patents

観察深度可変型の内視鏡用対物レンズ

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JP2000330015A
JP2000330015A JP2000057634A JP2000057634A JP2000330015A JP 2000330015 A JP2000330015 A JP 2000330015A JP 2000057634 A JP2000057634 A JP 2000057634A JP 2000057634 A JP2000057634 A JP 2000057634A JP 2000330015 A JP2000330015 A JP 2000330015A
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endoscope
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俊 宮野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 物体側より順に正、正のレンズ群からなり、
第２群を光軸に沿って移動させて焦点距離調節を行うこ
とにより、遠近の間の広い観察範囲にわたって良好な画
像を得ることが可能な観察深度可変型の内視鏡用対物レ
ンズとする。 【構成】 物体側より順に、正の屈折力を有する第１レ
ンズ群Ｇ1 と、正の屈折力を有し光軸に沿って移動可能
な第２レンズ群Ｇ2 とを配し、第２レンズ群Ｇ2 を物体
側に移動させることにより近点側にピント合わせを可能
とし、第２レンズ群Ｇ2 を像側に移動させることにより
遠点側にピント合わせを可能とし、近点観察時における
全系の合成焦点距離ｆN が、遠点観察時における全系
の合成焦点距離ｆF よりも短くなるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内視鏡の先端部に
設けられる対物レンズに関するものであり、特にピント
合わせ機構を備えた内視鏡用対物レンズに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来より、一般的な内視鏡用対物レンズ
は正の屈折力を有する第１レンズ群と負の屈折力を有す
る第２レンズ群とを備え、物体側に約８〜１００ｍｍの
範囲を観察範囲としている。
【０００３】このような内視鏡用対物レンズを用いた内
視鏡では、対物レンズの被写界深度内に観察対象を位置
させ、ＣＣＤ等の固体撮像素子やイメージガイドファイ
バにより画像を伝達している。
【０００４】ところで、患部等の観察対象物を全体的に
観察するためには対物レンズを観察対象物から離れた位
置に置き、観察対象物をより詳細に観察するためには対
物レンズを観察対象物に近づけた位置に置くことが好ま
しい。特に、高精度な観察や正確な診断が要求される近
年の医療においては、広い観察範囲にわたって良好な画
像を得ることが可能な内視鏡用対物レンズの開発が望ま
れている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の内視鏡用対物レンズでは、絞りが固定とされて
いるため被写界深度も固定されたものとなっており、当
該被写界深度の範囲を外れると観察対象物を明瞭に観察
することができなかった。
【０００６】また、ピント合わせ機構を備えた内視鏡用
対物レンズもあったが、この対物レンズは負の屈折力を
有する第１レンズ群と正の屈折力を有する第２レンズ群
とから構成されているため、負の屈折力を有する第１レ
ンズ群において、凹レンズのパワーが強過ぎるとコマ収
差等の諸収差を良好に補正することが難しくなり、改良
の余地があった。
【０００７】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
ので、遠近の間の広い観察範囲にわたって良好な画像を
得ることが可能な簡易な内視鏡用対物レンズを提供する
ことを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る観察深度可
変型の内視鏡用対物レンズは、物体側より順に、正の屈
折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有し光軸に
沿って移動可能な第２レンズ群とを配し、該第２レンズ
群を物体側に移動させた状態で近点側にピント合わせを
可能とするとともに、該第２レンズ群を像側に移動させ
た状態で遠点側にピント合わせを可能とし、近点観察時
における全系の合成焦点距離ｆN が、遠点観察時におけ
る全系の合成焦点距離ｆF よりも短くなるように設定さ
れてなることを特徴とするものである。
【０００９】また、本発明に係る観察深度可変型の内視
鏡用対物レンズは、以下の条件式（１）を満足するよう
に構成されてなることを特徴とするものである。 （１） ０．５＜ｆ1 ／ｆ2 ＜０．７ ただし、 ｆ1 ： 第１レンズ群の焦点距離 ｆ2 ： 第２レンズ群の焦点距離
【００１０】また、本発明に係る観察深度可変型の内視
鏡用対物レンズは、前記第１レンズ群内に明るさ絞りを
設けたことを特徴とするものである。
【００１１】また、本発明に係る観察深度可変型の内視
鏡用対物レンズは、前記第１レンズ群が、物体側より順
に、像側に曲率の強い面を向けた凹レンズ、物体側に曲
率の強い面を向けた凸レンズ、明るさ絞りおよび像側に
曲率の強い面を向けた凸レンズを配してなることを特徴
とするものである。
【００１２】また、本発明に係る観察深度可変型の内視
鏡用対物レンズは、前記第２レンズ群が最も像側に移動
した場合における被写界深度の近点と、前記第２レンズ
群が最も物体側に移動した場合における被写界深度の遠
点とが、ほぼ同一位置になるように、前記第２レンズ群
の移動量を設定したことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る観
察深度可変型の内視鏡用対物レンズについて、図面を用
いて説明する。
【００１４】図１は本発明の実施例１に係るレンズ基本
構成を示すものであり、図２は本発明の実施例２に係る
レンズ基本構成を示すものである。図１，２に示すよう
に、本発明の実施例に係る内視鏡用対物レンズは、物体
側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ1 と、
正の屈折力を有し光軸Ｘに沿って移動可能な第２レンズ
群Ｇ2 とを配してなる。
【００１５】この内視鏡用対物レンズは、第２レンズ群
Ｇ2 を物体側に移動させた状態で近点側にピント合わせ
を可能とするとともに、第２レンズ群Ｇ2 を像側に移動
させた状態で遠点側にピント合わせを可能とし、近点観
察時における全系の合成焦点距離ｆN が、遠点観察時に
おける全系の合成焦点距離ｆF よりも短くなるように構
成されている。
【００１６】また、第１レンズ群Ｇ1 は、物体側より順
に、像側に曲率の強い面を向けた凹レンズからなる第１
レンズＬ1 、物体側に曲率の強い面を向けた凸レンズか
らなる第２レンズＬ2 、明るさ絞り１、像側に曲率の強
い面を向けた凸レンズからなる第３レンズＬ3 を配して
構成されている。
【００１７】ここで、実施例１の第１レンズ群Ｇ1 で
は、第１レンズＬ1 は像側に凹面を向けた平凹レンズ、
第２レンズＬ2 は物体側に凸面を向けた平凸レンズ、第
３レンズＬ3 は像側に凸面を向けた平凸レンズからな
る。また、実施例２の第１レンズ群Ｇ1 は、実施例１と
ほぼ同様の構成とされているが、第２レンズＬ2 が物体
側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとされている点
が異なる。
【００１８】また、第２レンズ群Ｇ2 は、物体側より順
に、像側に凸面を向けた平凸レンズからなる第４レンズ
Ｌ4 、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズから
なる第５レンズＬ5 を配してなり、第４レンズＬ4 と第
５レンズＬ5 は互いに接合された接合レンズとなってい
る。さらに、第２レンズ群Ｇ2 の像側には光路変換用プ
リズム２を配し、プリズム２の図示されない像側にはＣ
ＣＤ素子やイメージガイドファイバを配して画像情報が
伝達される。なお、図１，２中、Ｘは光軸を示す。
【００１９】本発明の実施例に係る内視鏡用対物レンズ
において、第２レンズＬ2 を物体側に曲率の強い面を向
けた凸レンズとし、第３レンズＬ3 を像側に曲率の強い
面を向けた凸レンズとして、第１レンズ群Ｇ1 に正のパ
ワーを持たせることにより、コマ収差等の諸収差を良好
に補正することができる。
【００２０】また、第１レンズ群Ｇ1 内に明るさ絞り１
を設けることにより、第１レンズ群Ｇ1 の径を小さくす
ることができる。すなわち、明るさ絞りを第１レンズ群
Ｇ1よりも後側に設けた場合には、第１レンズ群Ｇ1 の
径が大きくなってしまい内視鏡用対物レンズとして好ま
しくない。
【００２１】また、本発明の実施例に係る内視鏡用対物
レンズは、以下の条件式（１）を満足するように構成さ
れてなる。 （１） ０．５＜ｆ1 ／ｆ2 ＜０．７ ただし、 ｆ1 ： 第１レンズ群の焦点距離 ｆ2 ： 第２レンズ群の焦点距離
【００２２】上記条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ1 の
焦点距離ｆ1 と第２レンズ群Ｇ2 の焦点距離ｆ2 との比
ｆ1 ／ｆ2 を規定するもので、ｆ1 ／ｆ2 の値が下限を
超えると、第２レンズ群Ｇ2 のパワーが弱くなりすぎて
ピント調整のための移動距離が大きくなり、内視鏡の先
端硬性部の全長が長くなってしまい内視鏡用対物レンズ
として好ましくない。一方、ｆ1 ／ｆ2 の値が上限を超
えると、全系のバックフォーカスを十分に長くすること
ができず、ＣＣＤ等の撮像素子を所定位置に配置するた
めの光路変換用プリズム２の挿入が困難となる。
【００２３】さらに、本発明の実施例に係る内視鏡用対
物レンズでは、第２レンズ群Ｇ2 が最も像側に移動した
場合における被写界深度の近点と、第２レンズ群Ｇ2 が
最も物体側に移動した場合における被写界深度の遠点と
が、ほぼ同一位置となるように、第２レンズ群Ｇ2 の移
動量を設定することが好ましい。
【００２４】すなわち、実際の内視鏡では先端硬性部の
全長が規制されるため第２レンズ群Ｇ2 の移動量は僅か
なものとなり、第２レンズ群Ｇ2 の全移動範囲にわたっ
て移動量を微調整することが困難なこともある。このよ
うな場合に、上述した被写界深度の関係となるように第
２レンズ群Ｇ2 の移動量を設定することにより、最も遠
点側および最も近点側の２点で被写界深度の範囲が連続
し、第２レンズ群Ｇ2を最も遠点側および最も近点側の
２点に移動させることにより、第２レンズ群Ｇ 2の移動
範囲の全域にわたって観察を行うことができる。
【００２５】なお、被写界深度は以下の計算式により計
算することができる。
【００２６】ここで、電子内視鏡において被写界深度を
計算する根拠となる許容錯乱円径δには、２Ｖ／２４０
ｍｍを使用することとする。これは、垂直方向の画面寸
法を電子内視鏡の画像としてほぼ満足できる解像度とな
るテレビジョンの３ＭＨｚに相当するＴＶ本数で割って
２倍した値である。 ｙ＝±δ／（２ｔａｎω） ただし、 δ：許容錯乱円径 ω＝ｓｉｎ-1（１／２ＦNO） Ｄ＝−（ｆ2 ／（ｘ’±ｙ））＋Ｆｆ ただし、 Ｆｆ：フロントフォーカス ｘ’＝−ｆ2 ／ｘ
【００２７】以下、本発明の実施例１，２について具体
的に説明する。
【００２８】＜実施例１＞表１の上段に、本実施例１の
各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間
隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ
（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ、およびア
ッベ数νを示す。なお、表１において、各記号に対応さ
せた数字は物体側より順次増加するようになっている
（表２において同じ）。
【００２９】また、表１の中段には本実施例１における
第７面と第１０面のベストピント位置の空気間隔Ｄ（ｍ
ｍ）の値を示す。
【００３０】また、表１の下段には本実施例１における
焦点距離ｆ（ｍｍ）、フロントフォーカスＦｆ（ｍ
ｍ）、Ｆナンバー、第１レンズ群Ｇ1 の焦点距離ｆ1
（ｍｍ）、第２レンズ群Ｇ2 の焦点距離ｆ2 （ｍｍ）、
条件式（１）におけるｆ1 ／ｆ2 、結像面上の像の範囲
（ｍｍ）、許容錯乱円径δ（ｍｍ）、被写界深度（ｍ
ｍ）の各値を示す。なお、焦点距離ｆ（ｆＦ、ｆＮ）、
フロントフォーカスＦｆ（Ｆｆ Ｆ、ＦｆＮ）、Ｆナンバ
ー、被写界深度は、遠点側（Ｆ）および近点側（Ｎ）の
各値を示している。
【００３１】
【表１】
【００３２】表１から明らかなように、本実施例１にお
いて条件式（１）に対応する値はｆ 1 ／ｆ2 ＝０．５２
４１となっており、条件式（１）を満足している。
【００３３】＜実施例２＞表２の上段に、本実施例２の
各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間
隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ
（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ、およびア
ッベ数νを示す。
【００３４】また、表２の中段には本実施例２における
第７面と第１０面のベストピント位置の空気間隔Ｄ（ｍ
ｍ）の値を示す。
【００３５】また、表２の下段には本実施例２における
焦点距離ｆ（ｍｍ）、フロントフォーカスＦｆ（ｍ
ｍ）、Ｆナンバー、第１レンズ群Ｇ1 の焦点距離ｆ1
（ｍｍ）、第２レンズ群Ｇ2 の焦点距離ｆ2 （ｍｍ）、
条件式（１）におけるｆ1 ／ｆ2 、結像面上の像の範囲
（ｍｍ）、許容錯乱円径δ（ｍｍ）、被写界深度（ｍ
ｍ）の各値を示す。なお、焦点距離ｆ（ｆＦ、ｆＮ）、
フロントフォーカスＦｆ（Ｆｆ Ｆ、ＦｆＮ）、Ｆナンバ
ーおとび被写界深度は、遠点側（Ｆ）および近点側
（Ｎ）の各値を示す。
【００３６】
【表２】
【００３７】表２から明らかなように、本実施例２にお
いて条件式（１）に対応する値はｆ 1 ／ｆ2 ＝０．６６
６１となっており、条件式（１）を満足している。
【００３８】また、第２レンズ群Ｇ2 が最も像側に移動
した場合における被写界深度の近点と、第２レンズ群Ｇ
2 が最も物体側に移動した場合における被写界深度の遠
点は、ともに７．８ｍｍとなっており、最も遠点側と最
も近点側とで被写界深度の範囲が連続し、第２レンズ群
Ｇ2 を最も遠点側および最も近点側の２点に移動させる
ことにより、第２レンズ群Ｇ2 の移動範囲の全域に亘る
観察が可能である。
【００３９】実施例１および実施例２に対応させた諸収
差（球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差）を各々
図３，４に示す。なお、図３に示す各収差図には、第２
レンズ群Ｇ2 を遠点側から物体側に０．４ｍｍ移動させ
た状態における各収差を示してあり、図４に示す各収差
図には、第２レンズ群Ｇ2 を最も遠点側に移動させた状
態における各収差を示してある。また、非点収差および
コマ収差の各収差図には、サジタル像面およびタンジェ
ンシャル像面に対する収差が示されている。
【００４０】図３，４から明らかなように、上述した各
実施例によれば、上述した各収差を全て良好なものとす
ることができる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る観察
深度可変型の内視鏡用対物レンズによれば、第１レンズ
群に正の屈折力を持たせることにより、コマ収差等の諸
収差を良好に補正することができ、さらに焦点距離の調
節機構を備えることにより、遠近の間の広い観察範囲に
わたって良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る内視鏡用対物レンズの
構成を示す図
【図２】本発明の実施例２に係る内視鏡用対物レンズの
構成を示す図
【図３】本発明の実施例１に係る内視鏡用対物レンズの
各収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差）
【図４】本発明の実施例２に係る内視鏡用対物レンズの
各収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差）
【符号の説明】 Ｌ1 〜Ｌ5 レンズ Ｇ1 ，Ｇ2 レンズ群 Ｒ1 〜Ｒ12 曲率半径 Ｄ1 〜Ｄ11 軸上面間隔 Ｘ 光軸 １ 絞り ２ 光変換用プリズム

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体側より順に、正の屈折力を有する第
    １レンズ群と、正の屈折力を有し光軸に沿って移動可能
    な第２レンズ群とを配し、該第２レンズ群を物体側に移
    動させた状態で近点側にピント合わせを可能とするとと
    もに、該第２レンズ群を像側に移動させた状態で遠点側
    にピント合わせを可能とし、近点観察時における全系の
    合成焦点距離ｆN が、遠点観察時における全系の合成焦
    点距離ｆF よりも短くなるように設定されてなることを
    特徴とする観察深度可変型の内視鏡用対物レンズ。
  2. 【請求項２】 以下の条件式（１）を満足するように構
    成されてなることを特徴とする請求項１記載の観察深度
    可変型の内視鏡用対物レンズ。 （１） ０．５＜ｆ1 ／ｆ2 ＜０．７ ただし、 ｆ1 ： 第１レンズ群の焦点距離 ｆ2 ： 第２レンズ群の焦点距離
  3. 【請求項３】 前記第１レンズ群内に明るさ絞りを設け
    たことを特徴とする請求項１または２記載の観察深度可
    変型の内視鏡用対物レンズ。
  4. 【請求項４】 前記第１レンズ群が、物体側より順に、
    像側に曲率の強い面を向けた凹レンズ、物体側に曲率の
    強い面を向けた凸レンズ、明るさ絞りおよび像側に曲率
    の強い面を向けた凸レンズを配してなることを特徴とす
    る請求項１〜３のうちいずれか１項記載の観察深度可変
    型の内視鏡用対物レンズ。
  5. 【請求項５】 前記第２レンズ群が最も像側に移動した
    場合における被写界深度の近点と、前記第２レンズ群が
    最も物体側に移動した場合における被写界深度の遠点と
    が、ほぼ同一位置になるように、前記第２レンズ群の移
    動量を設定したことを特徴とする請求項１〜４のうちい
    ずれか１項記載の観察深度可変型の内視鏡用対物レン
    ズ。
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