JPH0762736B2 - 像伝達光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は硬性内視鏡等に用いられる像伝達光学系に関す
るものである。

［従来の技術］ 硬性内視鏡は第13図に示すように細径の外管１の内部に
物体側より順次に対物レンズ２、像伝達光学系３、３′
…接眼レンズ４を配列したもので、対物レンズ２により
形成された物体像Ｑを像伝達光学系３、３′…により
Ｑ′、Ｑ″…と如く順次リレーして行き、最終像Q_Lを接
眼レンズ４を介して観察するように構成されている。こ
の種のものに用いられる像伝達光学系としては、特公昭
49−5993号に開示されたものが有名である。この像伝達
光学系は第14図に示すように正レンズと負レンズとを接
合した棒状正レンズを、負レンズを対向させて２個配置
したもので、球面収差、コマ収差、色収差は良好に補正
されてはいるが、像面弯曲の補正が充分でなく、非点隔
差も生じている。このため像のリレー回数が多くなると
像面弯曲および非点隔差が累積されて非常に大きくな
り、視野の中心と周辺とで同時にピントが合わなくな
る、というような不都合を生じていた。

このような欠点を除去したものとして特開昭52−4245号
に開示された像伝達光学系が知られている。これは第15
図に示すように２つの棒状両凸レンズ５、６の間に凹面
を向い合せた２つの棒状メニスカスレンズ７、８を配置
したもので、２つの凹面により形成された空気レンズ９
の負の作用により像面弯曲、非点隔差を補正したもので
ある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、この像伝達光学系では両凸レンズ５、６
の内側の面10、11において最も光線高が高くなる。この
ため、第15図に示した光線図からも明らかなように軸外
光の上側光線が矢印Ａで示すように物点から非常に遠い
位置で蹴られるため、上側のNAが小さくなってしまう。
一方軸上光線は矢印Ｂで示す位置で蹴られることにな
る。このように、従来の像伝達光学系では軸上光と軸外
光を蹴る位置が大きく異なっているため、軸上光と軸外
光のNAに大きな差が生じて視野の中心と周辺とで著しく
明るさが不均一になる、という欠点があった。特に、外
管内でレンズが傾くのを防ぐためにメニスカスレンズ
７、８の厚味を増すと、この傾向が一層顕著となってし
まう。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、視野の中
心と周辺との明るさの差が少なく、しかも像面弯曲、非
点隔差も良好に補正された像伝達光学系を提供するもの
である。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の像伝達光学系は第１図に示すように両凸レンズ
から成る２つの棒状レンズ12、13と、その間に配置され
た互いに凸面14、15を対向させ、棒状レンズ12、13側に
凹面16、17を有する２つの厚いメニスカスレンズ18、19
とを具えている。このような構成の光学系では、厚いメ
ニスカスレンズの凹面16、17の負の作用により像面弯
曲、非点隔差を良好に補正することができる。また厚い
メニスカスレンズ18、19を凸面を対向させて配置したこ
とにより、軸上光と軸外光の蹴られる位置が近くなる。
すなわち、軸外上側光線は矢印Ａで示すように面15の位
置で、また軸上光は矢印Ｂで示すように面14の位置で制
限される。このため、視野の中心と周辺とのNAの差が小
さくなり、明るさの不均一性が軽減される。

尚、像面弯曲を補正する点では凹面16、17の負の作用は
強い方が良いが、この面は同時に球面収差、コマ収差の
補正にも寄与しているため、全体のバランスを保つため
には各面の屈折力が 0.9＞ｆ（φ_１＋φ_２＋φ_３）＞−１……（１） なる条件を満足することが望ましい。ここでｆは両凸レ
ンズ12の射出側の面（または両凸レンズ13の入射側の
面）と厚いメニスカスレンズ18（または19）の両面の３
面から成る光学系の合成焦点距離、φ_１は両凸レンズ12
の射出側の面（または両凸レンズ13の入射側の面）の屈
折力、φ_２は面16（または17）の屈折力、φ_３は面14
（または15）の屈折力である。

条件の上限を越えると面16（または17）の負の作用が弱
くて像面弯曲の補正が充分でない。また下限を越えると
負の作用が強くなり球面収差、コマ収差の曲りが生じや
すくなる。

［実施例］ 第１実施例 第２図は本発明の第１の実施例を示すもので、像伝達光
学系は両凸棒状レンズ20、21とその間に配置された凸面
を対向させた厚いメニスカスレンズ22、23とから構成さ
れており、この２つの凸面の中心を境に左右対称になっ
ている。レンズデータは次の通りでる。

r₁＝17.792 d₁＝38.89 n₁＝1.62 ν_１＝36.25 r₂＝−16.305 d₂＝0.62 r₃＝−7.583 d₃＝4.49 n₂＝1.62 ν_２＝36.25 r₄＝∞ d₄＝2.34 n₃＝1.6968 ν_３＝55.52 r₅＝−11.618 d₅＝1.00 ｆ＝36.82 φ_１＝0.06 φ_２＝−0.082 φ_３＝0.038 ｆ（φ_１＋φ_２＋φ_３）＝0.59 但し、r₁〜r₅は各面の曲率半径、d₁〜d₅は面間隔、n₁〜
n₃、ν_１〜ν_３は夫々各レンズの屈折率、アッベ数、ｆ
はr₂面〜r₅面の合成焦点距離、φ_１、φ_２、φ_３は夫
々、r₂面、r₃面、r₅面の屈折力である。

厚いメニスカスレンズ22、23はいずれも負−正の接合レ
ンズでν正＞ν負となっており、色収差をより一層良好
に補正できるようになっている。

棒状レンズ20、21は非常に長く、レンズ20の入射側面お
よびレンズ21の射出側面はいずれも伝達される像位置に
近いところにある。このため、これらの面は視野のレン
ズとして機能しており、残りの面が結像レンズとして機
能している。したがって、両凸棒状レンズ20の射出側面
と厚いメニスカスレンズ22とで構成される光学系の合成
焦点距離は正の値を有している。

また、レンズを外管に挿入した際のレンズの傾きを防ぐ
ために、厚いメニスカスレンズの肉厚は直径より大きく
なっている。

第２実施例 レンズ配列は第１実施例と同じである。レンズデータは
次の通りである。

r₁＝15.596 d₁＝38.89 n₁＝1.51633、ν_１＝64.15 r₂＝−14.9578 d₂＝0.62 r₃＝−7.241 d₃＝4.49 n₂＝1.62 ν_２＝36.25 r₄＝∞ d₄＝2.34 n₃＝1.734 ν_３＝51.49 r₅＝−11.637 d₅＝0.81 ｆ＝39.625 φ_１＝0.063 φ_２＝−0.086 φ_３＝0.035 ｆ（φ_１＋φ_２＋φ_３）＝0.48 第３実施例 レンズ配列は第１実施例と同じである。レンズデータは
次の通りである。

r₁＝17.544 d₁＝33.36 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝−9.122 d₂＝3.03 r₃＝−5.48 d₃＝5.69 n₂＝1.56732 ν_２＝42.83 r₄＝∞ d₄＝3.37 n₃＝1.51633 ν_３＝64.15 r₅＝−9.121 d₅＝2.27 ｆ＝36.498 φ_１＝0.057 φ_２＝−0.103 φ_３＝0.057 ｆ（φ_１＋φ_２＋φ_３）＝0.40 本実施例では全ての屈折率、アッベ数についてｎ＜1.
6、ν＞40が満足されており、低屈折率、低分散のガラ
スが用いられている。この領域のガラスは分光透過率が
可視域で平坦な特性を有しているのでリレー回数の多い
光学系では特に演色性に優れている。

第４実施例 レンズ配列は第１実施例と同じである。レンズデータは
次の通りである。

r₁＝17.698 d₁＝25.00 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝−7.02 d₂＝3.23 r₃＝−4.615 d₃＝16.13 n₂＝1.64769 ν_２＝33.80 r₄＝∞ d₄＝1.613 n₃＝1.72916 ν_３＝54.68 r₅＝−14.172 d₅＝1.613 ｆ＝41.476 φ_１＝0.051 φ_２＝−0.140 φ_３＝0.073 ｆ（φ_１＋φ_２＋φ_３）＝0.66 本実施例では厚いメニスカスレンズの肉厚d₃＋d₄を非常
に大きくするとともに、棒状両凸レンズの射出面r₂と厚
いメニスカスレンズの凹面r₃との間隔を広くとってある
ので、凹面の補正作用が強くなり、像面弯曲が特に良好
に補正されている。

第５実施例 第３図は本発明の第５実施例を示すもので、厚いメニス
カスレンズが正−負の接合レンズとなっている。レンズ
データは次の通りである。

r₁＝15.428 d₁＝38.92 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝−14.1379 d₂＝0.32 r₃＝−9.056 d₃＝1.62 n₂＝1.51633 ν_２＝64.15 r₄＝−5.356 d₄＝5.48 n₃＝1.78472 ν_３＝25.71 r₅＝−10.124 d₅＝0.81 ｆ＝40.663 φ_１＝0.0775 φ_２＝−0.057 φ_３＝0.0365 φ_ｃ＝−0.0501 ｆ（φ_１＋φ_２＋φ_３＋φ_ｃ）＝0.28 ただし、φ_ｃはr₄面の屈折力である。また、ここではｆ
は、接合面をも含んだ合成焦点距離である。

本実施例では厚いメニスカスレンズ内の接合面が強い曲
面になっており、負の作用を有して像面弯曲の補正に寄
与している。このように接合面が屈折力を有する場合に
は条件（１）は次のように変形される。

１＞ｆ（φ_１＋φ_２＋φ_３＋φ_ｃ）＞−１…（１′） また色収差補正のためν正＞ν負となっている。

第６実施例 第４図は本発明の第６実施例を示すもので、両凸棒状レ
ンズの厚いメニスカスレンズ側に負メニスカスレンズを
接合した構成になっている。レンズデータは次の通りで
ある。

r₁＝18.381 d₁＝38.85 n₁＝1.62 ν_１＝36.25 r₂＝−5.968 d₂＝0.88 n₂＝1.92286 ν_２＝21.29 r₃＝−13.477 d₃＝2.27 r₄＝−9.7213 d₄＝3.13 n₄＝1.92286 ν_２＝21.29 r₅＝−9.926 d₅＝3.24 ｆ＝35.014 φ_１＝0.0929 φ_２＝−0.0949 φ_３＝0.0684 φ_ｃ＝−0.051 ｆ（φ_１＋φ_２＋φ_３＋φ_ｃ）＝0.54 ただし、φ₁,φ₂,φ₃,φ_ｃは夫々にr₃面,r₄面,r₅面,r₂
面の屈折力である。

本実施例においても接合面は負の屈折力を有しており、
球面収差、コマ収差の補正に寄与している。条件（１）
は第５実施例と同様に変形される。

第７実施例 レンズ配列は第６実施例と同様である。レンズデータは
次の通りである。

r₁＝16.848 d₁＝39.19 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝−6.334 d₂＝0.62 n₂＝1.62 ν_２＝36.25 r₃＝−11.882 d₃＝2.43 r₄＝−5.546 d₄＝2.89 n₃＝1.51633 ν_３＝64.15 r₅＝−6.705 d₅＝3.24 ｆ＝34.941 φ_１＝0.077 φ_２＝−0.0931 φ_３＝0.0521 φ_ｃ＝−0.0164 ｆ（φ_１＋φ_２＋φ_３＋φ_ｃ）＝0.68 上記の各実施例のデータはいずれも像伝達距離（第13図
におけるＱ′とＱ″の距離）を100mmとしたときのもの
である。

第５図ないし第11図は夫々本発明の第１ないし第７実施
例の収差図である。各図においてMSは球面収差、ASは非
点収差、XXはコマ収差である。各収差図はレンズの外径
を4mmとし、伝達される像の大きさを３φとして描いた
ものである。

［発明の効果］ 第12図は本願の実施例と同じ条件で特開昭52−4245号に
開示されたデータに基いて描いたコマ収差である。Vign
ettは0.83であり、最大像高部でかなり光束が制限さ
れ、NAが小さくなっていることがわかる。これに対し、
本願実施例では最小のものでもVignettは0.95を越えて
おり、中心を周辺とのNAの差が小さいことを示してい
る。

このように、本発明によれば像面弯曲が良好に補正さ
れ、しかも中心から周辺まで明るさの均一性が高い像伝
達光学系を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す図、第２図ないし第４図は
本発明の実施例のレンズ構成を示す図、第５図ないし第
11図は本発明の実施例の収差曲線図、第12図は従来の像
伝達光学系のコマ収差曲線図、第13図は一般的な硬性内
視鏡の光学系の構成を示す図、第14図、第15図は従来の
像伝達光学系のレンズ構成を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】夫々両凸レンズから成る２つの棒状レンズ
   と、該２つの棒状レンズの間に該棒状レンズと間隔を隔
   てて配置され、互いに凸面を対向させ上記棒状レンズ側
   に凹面を有する２つの厚いメニスカスレンズとを具え、 上記厚いメニスカスレンズの肉厚が、その直径よりも大
   きくなっていることを特徴とする像伝達光学系。
2. 【請求項２】夫々両凸レンズから成る２つの棒状レンズ
   と、該２つの棒状レンズの間に該棒状レンズと間隔を隔
   てて配置され、互いに凸面を対向させ上記棒状レンズ側
   に凹面を有する２つの厚いメニスカスレンズとを具え、 以下の条件式を満足することを特徴とする像伝達光学
   系。 0.9＞ｆ（φ_１＋φ_２＋φ_３＋φ_ｃ）＞−１ 但し、ｆは上記棒状レンズの上記厚いメニスカスレンズ
   側の面、上記厚いメニスカスレンズの凹面、凸面、及び
   上記像伝達光学系に含まれる接合面により構成される光
   学系の合成焦点距離、φ_１は上記棒状レンズの上記厚い
   メニスカスレンズ側の面の屈折力、φ_２は上記厚いメニ
   スカスレンズの凹面の屈折力、φ_３は上記厚いメニスカ
   スレンズの凸面の屈折力、φ_ｃは上記棒状レンズ又は上
   記厚いメニスカスレンズの接合面の屈折力で、接合面が
   存在しないときはφ_ｃ＝０とおくものとする。