JPH07111500B2

JPH07111500B2 - 内視鏡対物レンズ

Info

Publication number: JPH07111500B2
Application number: JP61116230A
Authority: JP
Inventors: 稔岡部
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1986-05-22
Filing date: 1986-05-22
Publication date: 1995-11-29
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: US4755029A; JPS62273505A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、不均質媒質を用いた内視鏡対物レンズに関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来より、内視鏡対物レンズとしては、第６図に示す特
開昭49−121547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。

一方近年内視鏡は、増々径を細くすることの要求が強ま
つており、必然的に外径の極めて小さい対物レンズの必
要性が生じて来ている。

このように外径の極めて小さい対物レンズは、その組立
上の理由から従来のレトロフオーカスタイプのように、
複数のレンズを使用することは非常に困難であり、第７
図に示すような凸レンズ１枚にて構成されるものが望ま
れる。しかし凸レンズ１枚のものは、収差の発生量が大
きいために視野の広角化には限界があつた。又これに代
わる外径の小さい対物レンズとして第８図に示す特公昭
47−28061号公報に記載されたもののように不均質媒質
よりなるレンズ、例えば中心の屈折率をn₀,光軸から径
方向の距離をｒとした時、屈折率ｎが、 n²（ｒ）＝n₀ ²｛1-(gr)^２＋h_４(gr)^４＋h_６(gr)^６＋
…｝で表わされる屈折率分布型レンズの使用が考えられる。
尚ｇは屈折率勾配の程度を示すパラメーター、h₄,h₆,…
は夫々屈折率分布の４次,6次，…の項の係数である。こ
の屈折率分布型レンズは、視野角がその屈折率分布で来
まつてしまい広角化できないと云う欠点があつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする問題点は、構成要素が簡単で
あつて、外径が極めて小さく広角な視野を持つ内視鏡対
物レンズを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の内視鏡対物レンズは、上記の問題を解決するた
めに次のような構成にしたものである。即ち第１図が本
発明の基本構成を示すものであつて、この図のように物
体側の面が平面又は凸面をなし又増側の面が凸面をなし
ている形状であつて、中心屈折率をn₀,光軸からの径方
向の距離をｒとした時に屈折率ｎが n²（ｒ）＝n₀ ²｛1-(gr)^２＋h_４(gr)^４＋h_６(gr)_６＋
…｝で表わされる外径の極めて小さい屈折率分布型単レンズ
１とその物体側に配置された絞りＳとからなり、更に次
の条件（１），（２），（３）を満足することを特徴と
するものである。

（１）1.4≧|2I/φ｜≧0.6 （３）|R₂/R₁|≦1.0 ただしＩは像高、φはレンズの外径、Ｚはレンズの中心
肉厚、R₁,R₂は夫々レンズの物体側の面と像側の面の極
率半径である。又上記の式のｇは屈折率勾配の程度を示
すパラメーター、h₄,h₆,…は夫々屈折率分布の４次,6
次，…の項の係数である。

本発明は、屈折率分布型単レンズの少なくとも像側の面
を凸面にすることによつて第７図に示すような従来の凸
レンズ１枚で構成されたものや、第８図に示すような屈
折率分布型レンズで構成された内視鏡対物レンズの欠点
であつた視野を広く出来ないことを解決した。つまり媒
質自体にパワーを有している屈折率分布型レンズの面
を、その軸外の収差であるコマ収差や像面わん曲が補正
不足にならない範囲内で凸面にすることによつて単レン
ズ全体が有するパワーを強くして視野を広角にするもの
である。この時、単レンズであつて外径が極めて小対物
レンズで構成される内視鏡は、外径も当然細くすること
が必要である。そのためには、像高Ｉおよび単レンズの
外径が前記の条件（１）を満足する必要がある。つまり
条件（１）において|2I/φ｜の値が小さくなり、条件の
下限より外れた場合、視野の広角化が困難になり又|2I/
φ｜の値が大きくなつて条件（１）の上限より外れた場
合は内視鏡の外径を細くすることが困難になる。

このような本発明の対物レンズは、光デイスクのピツク
アツプ用対物レンズ等に比べて像高つまり視野角が極め
て大きいために条件（２），（３）を満足するようにし
て軸外の収差が補正不足にならない範囲内で視野を広角
化するようにした。

条件（２）は、単レンズの像側の面が有するパワー（１
−n₀）/R₂を屈折率分布による媒質自体の有するパワーn
₀gsin（gZ）でわつた値即ちパワーの比を規定したもの
である。この条件（２）の下限をはずれて小さくなると
単レンズの像側の面の有するパワーが弱すぎて視野角を
屈折率分布で決まる値以上に広角にするのが困難にな
り、又条件（２）の上限を越えて大きくなつた場合、単
レンズの像側の面が有するパワーが強すぎて諸収差が補
正不足になる。

条件（３）は単レンズの像側の面の曲率半径R₂を物体側
の面の極率半径R₁でわつた値、即ち両面の有するパワー
の比を定めたものである。この値|R₂/R₂|が条件（３）
をはずれて物体側の面の極率半径R₁が像側の面の極率半
径R₂よりも小さくなると物体側の面のパワーが強くなり
すぎて軸外収差が補正不足になる。

以上の各条件の外に更に次の条件（４），（５），
（６）を満足するようにすれば、本発明の目的にかなつ
た一層良好な内視鏡対物レンズが得られるので望まし
い。

（５）ｇ≧0.58〔mm^-1〕（６）h₄≧０上記条件のうち条件（４），（５）は、共に外径が極め
て小さな単レンズの有するパワーを強くして視野を広角
にする効果を持つものである。

条件（４），（５）のいずれかを満足しないと視野を広
角にすることが困難になる。

条件（６）は、屈折率分布の４次の項の係数h₄に関する
ものである。この条件に示すようにh₄の値が正の値をと
るようにすれば周辺の屈折率分布の勾配が比較的ゆるや
かになり媒質の周辺の持つパワーが弱くなるので単レン
ズの凸面によつて発生する軸外の収差を補正することが
出来る。この条件（６）を外れてh₄が負の値をとると軸
外収差が補正不足になる。

又本発明の対物レンズの単レンズ１によつて結像された
像を光学的に伝送する手段としては、通常第１図や第２
図等に示すようなイメージフアイバー２が考えられる。
この場合主光線３はイメージフアイバー２に対してほぼ
垂直に入射することが望ましい。そのために明るさ絞り
Ｓが単レンズの物体側に設けられる必要がある。

又イメージフアイバー２のかわりに光学的像を伝送する
手段として第３図に示すような屈折率分布型棒状レンズ
４や第４図に示すようなレンズ系５を配置した場合も同
様である。

ただし像を伝送する手段として第５図に示すように固体
撮像素子６を用いたような電子撮像内視鏡においては、
主光軸３′は固体撮像素子６に対して斜めに入射しても
像は伝送される。

〔実施例〕

次に本発明の各実施例を示す。

実施例１ｆ＝0.491,F＝2.99,2ω＝69.2゜Ｉ＝0.3,φ＝0.6 r₁＝∞（絞り） d₁＝０ r₂＝∞（＝R₁） d₂＝0.6632 n₁＝1.6000（※） r₃＝−0.4500（＝R₂）ｄ＝0.1900 r₄＝∞ d₄＝0.3000 n₂＝1.51633 ν_２＝64.15 r₅＝∞ 実施例２ｆ＝0.551,F＝2.99,2ω＝60.8゜Ｉ＝0.3,φ＝0.6 r₁＝∞（絞り） d₁＝０ r₂＝∞（＝R₁） d₂＝0.7363 n₁＝1.6000（※） r₃＝−0.6500（＝R₂）実施例３ｆ＝0.589,F＝2.99,2ω＝56.6゜Ｉ＝0.3,φ＝0.6 r₁＝∞（絞り） d₁＝０ r₂＝∞（＝R₁） d₂＝0.7868 n₁＝1.6000（※） r₃＝−0.7500（＝R₂）実施例４ｆ＝0.490,F＝3.01,2ω＝67.6゜Ｉ＝0.3,φ＝0.65 r₁＝∞（絞り） d₁＝０ r₂＝∞（＝R₁） d₂＝0.6774 n₁＝1.6000（※） r₃＝−0.4500（＝R₂）実施例５ｆ＝0.310,F＝2.99,2ω＝111.9゜Ｉ＝0.3,φ＝0.65 r₁＝∞（絞り） d₁＝０ r₂＝∞（＝R₁） d₂＝0.6238 n₁＝1.8000（※） r₃＝−0.4500（＝R₂）実施例６ｆ＝0.203,F＝2.98,2ω＝83.9゜Ｉ＝0.15,φ＝0.35 r₁＝∞ d₁＝0.1500 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝∞（絞り） d₂＝０ r₃＝∞（＝R₁） d₃＝0.3930 n₂＝1.65000（※） r₄＝−0.2400（＝R₂）実施例７ｆ＝0.219,F＝2.99,2ω＝77.8゜Ｉ＝0.15,φ＝0.35 r₁＝∞（絞り） d₁＝０ r₂＝∞（＝R₁） d₂＝0.3192 n₁＝1.65000（※） r₃＝−0.2000（＝R₂）実施例８ｆ＝0.733,F＝3.00,2ω＝61.4゜Ｉ＝0.4,φ＝1.0 r₁＝∞ d₁＝0.4000 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝∞（絞り） d₂＝０ r₃＝∞（＝R₁） d₃＝0.9025 n₂＝1.60000（※） r₄＝−0.6000（＝R₂）実施例９ｆ＝0.707,F＝3.01,2ω＝95.7゜Ｉ＝0.6,φ＝0.9 r₁＝∞ d₁＝0.4000 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝∞（絞り） d₂＝０ r₃＝∞（＝R₁） d₃＝0.7888 n₂＝1.70000（※） r₄＝−0.7000（＝R₂） d₄＝0.4700 r₅＝∞ d₅＝0.3000 n₃＝1.51633 ν_３＝64.15 r₆＝∞ 実施例10 ｆ＝0.495,F＝3.00,2ω＝68.8゜Ｉ＝0.3,φ＝0.6 r₁＝∞（絞り） d₁＝０ r₂＝0.9000（＝R₁） d₂＝0.7761 n₁＝1.6000（※） r₃＝−0.6000（＝R₂）実施例11 ｆ＝0.535,F＝2.99,2ω＝63.2゜Ｉ＝0.3,φ＝0.6 r₁＝∞（絞り） d₁＝０ r₂＝0.9000（＝R₁） d₂＝0.8794 n₁＝1.6000（※） r₃＝−0.9000（＝R₂）実施例12 ｆ＝0.475,F＝2.99,2ω＝70.1゜Ｉ＝0.3,φ＝0.65 r₁＝∞（絞り） d₁＝０ r₂＝1.0000（＝R₁） d₂＝0.7435 n₁＝1.60000（※） r₃＝−0.5000（＝R₂）実施例13 ｆ＝0.507,F＝3.01,2ω＝65.0゜Ｉ＝0.3,φ＝0.65 r₁＝∞（絞り） d₁＝０ r₂＝0.7000（＝R₁） d₂＝0.8774 n₁＝1.60000（※） r₃＝−0.7000（＝R₂）実施例14 ｆ＝0.317,F＝3.00,2ω＝108.9゜Ｉ＝0.3,φ＝0.65 r₁＝∞（絞り） d₁＝０ r₂＝1.0000（＝R₁） d₂＝0.6797 n₁＝1.80000（※） r₃＝−0.5000（＝R₂）実施例15 ｆ＝0.201,F＝2.99,2ω＝87.8゜Ｉ＝0.15,φ＝0.35 r₁＝∞ d₁＝0.1500 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝∞ d₂＝０ r₃＝∞（絞り） d₃＝0.0500 r₄＝0.4000（＝R₁） d₄＝0.2429 n₂＝1.65000（※） r₅＝−0.3000（＝R₂）実施例16 ｆ＝0.236,F＝3.04,2ω＝71.5゜Ｉ＝0.15,φ＝0.35 r₁＝∞ d₁＝0.1500 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝∞ d₂＝０ r₃＝∞（絞り） d₃＝0.0500 r₄＝0.4500（＝R₁） d₄＝0.3785 n₂＝1.65000（※） r₅＝−0.3000（＝R₂）実施例17 ｆ＝0.830,F＝3.00,2ω＝80.6゜Ｉ＝0.6,φ＝1.0 r₁＝∞ d₁＝0.4000 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝∞ d₂＝０ r₃＝∞（絞り） d₃＝0.1000 r₄＝2.5000（＝R₁） d₄＝0.5850 n₂＝1.60000（※） r₅＝−0.8000（＝R₂） d₅＝0.3900 r₆＝∞ d₆＝0.6000 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₇＝∞ 実施例18 ｆ＝0.625,F＝3.00,2ω＝76.3゜Ｉ＝0.4,φ＝0.9 r₁＝∞ d₁＝0.4000 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝∞ d₂＝０ r₃＝∞（絞り） d₃＝0.1000 r₄＝1.4000（＝R₁） d₄＝0.9581 n₂＝1.70000（※） r₅＝−0.7000（＝R₂）上記の実施例において、実施例１は、第９図に示すレン
ズ構成で前面に絞りＳを設けた平凸形状の屈折率分布型
単レンズ１とカバーガラス８とよりなる。

又実施例2,3,4,5,7は、いずれも第10図に示すレンズ構
成で前面に絞りＳを設けた平凸形状の屈折率分布型単レ
ンズ１のみからなる。

実施例6,8は第11図に示す通りで均質媒質の平行平面板
９と平凸形状の屈折率分布型レンズ１とを接合したもの
で、接合面に絞りＳを設けてある。

実施例９は、第12図に示す通りで、均質媒質の平行平面
板９と屈折率分布型レンズ１とを接合し、接合面に絞り
Ｓを設けたものと、カバーガラス８とよりなる。

実施例10〜14は、第13図の通りでいずれも両凸形状の屈
折率分布型レンズ１とその前に配置された絞りＳとより
なる。

実施例15,16,18は、第14図のようにいずれも後側の面に
絞りＳを設けた均質媒質の平行平面板９と両凸形状の屈
折率分布型レンズ１とよりなる。

実施例17は、第15図に示す通りであつて、後側の面に絞
りＳを設けた均質媒質よりなる平行平面板９と両凸形状
の屈折率分布型レンズ１とカバーガラス８とからなつて
いる。

尚各実施例のデーター中r₁,r₂,…は物体側から絞り等も
含めた各面の曲率半径、d₁,d₂,…は物体側からの各面間
隔、n₁,n₂,n₃は屈折率である。又絞りのうちレンズ面上
等に設けられたものも絞り位置とは別々に記載してあ
り、絞りとそれを設けた面との間隔はゼロにしてある。
更に屈折率分布型レンズの屈折率は中心におけるもので
※を付してあり、均質媒質には屈折率の他にアツベ数も
示してある。又データー中の長さの単位はいずれもmmで
ある。

以上の実施例１乃至実施例18の収差状況は夫夫第16図乃
至第33図に示す通りである。

〔発明の効果〕

本発明の内視鏡対物レンズは、屈折率分布型単レンズの
物体側の面を平面又は凸面に、像側の面を凸面にするこ
とによつて各実施例に示すように外径が極めて小さく広
角な視野を持つ対物レンズを実現したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す図、第２図は本発明の
対物レンズをイメージフアイバを用いた内視鏡に適用し
た場合の構成を示す図、第３図は本発明の対物レンズを
像伝送系として屈折率分布型棒状レンズを用いた内視鏡
に適用した場合の構成を示す図、第４図は本発明の対物
レンズを均質レンズよりなる像伝送光学系を用いた内視
鏡に適用した場合の構成を示す図、第５図は本発明の対
物レンズを電子撮像内視鏡に適用した場合の構成を示す
図、第６図乃至第８図は夫々従来の内視鏡対物レンズの
構成を示す図、第９図は本発明の実施例１の断面図、第
10図は本発明の実施例2,3,4,5,7の断面図、第11図は本
発明の実施例6,8の断面図、第12図は本発明の実施例９
の断面図、第13図は本発明の実施例10,11,12,13,14の断
面図、第14図は本発明の実施例15,16,18の断面図、第15
図は本発明の実施例17の断面図、第16図乃至第33図は実
施例１乃至実施例18の収差曲線図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側の面が平面または凸面で像側の面が
凸面であり、中心屈折率をn₀、光軸からの径方向の距離
をｒとしたとき、屈折率ｎが以下の式で表わされる屈折
率分布型単レンズと、前記単レンズの物体側に配置され
た明るさ絞りとからなり、次の条件（１），（２），
（３）を満足することを特徴とする内視鏡対物レンズ。 n²＝n₀ ²［1-(gr)^２＋h_４(gr)^４＋h_６(gr)^６＋・・・］（１）1.4≧|2I/φ｜≧0.6 （２）0.5≦（１−n₀）/R₂n₀gsin（gZ）≦３（３）|R₂/R₁|≦1.0 但し、ｇは屈折率勾配の程度を示すパラメータ、h₄、
h₆、・・・は屈折率分布の４次、６次、・・・の係数、
Ｉは像高、φはレンズの外径、Ｚは単レンズの中心肉
厚、R₁、R₂はそれぞれ単レンズの物体側の面及び像側の
面の曲率半径である。
【請求項２】以下の条件を満足する特許請求の範囲
（１）の内視鏡対物レンズ。（４）|R₂/I|≦３（５）ｇ≧0.58［mm^-1］（６）h₄≧０