JPH1010425A - 内視鏡対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来例の内視鏡対物レンズは、倍率色収差を
補正するために接合面の曲率半径を小さく設定している
ため、接合レンズを構成する正レンズの周縁部の厚さを
確保するためにレンズ厚が大きくなり、レンズ全長が長
くなる。 【解決手段】 物体側から順に、負のパワーを有する第
１レンズ群と、絞りと、正のパワーを有する第２レンズ
群と、少なくとも周辺部で正のパワーを持つ第３レンズ
群とが配列して構成され、前記第２レンズ群は、最も像
側の面が凹面であり、かつ、以下の条件(１)を満たすこ
とを特徴とする。０．０５＜｜ｆ／ｆ0｜， ｆ0＜０
…(１)ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆ0は第２レンズ
群の最も像側の面と第３レンズ群の最も物体側の面との
間に形成される空気レンズの焦点距離である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、像側にテレセントリ
ックな内視鏡対物レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内視鏡の対物レンズは、像伝達
系であるファイバーバンドルの端面や、撮像素子である
ＣＣＤセンサの受光面に対して主光線が垂直になるよう
に、かつ、物体側では広角の画角を確保できるように、
絞りの物体側に位置する前群に負レンズ、絞りの像側に
位置する後群に正レンズを配置して広角で像側にテレセ
ントリックな結像レンズ系として構成される。像側にテ
レセントリックという条件を満たすためには、最も像側
のレンズを像面と同一径を持ち比較的パワーの大きい正
レンズとする必要がある。

【０００３】このように絞りに対して非対称なパワー配
分を持つ結像レンズ系は倍率色収差を発生させやすいた
め、後群の正レンズを正レンズと負レンズとを貼り合わ
せた接合レンズとして構成し、これにより倍率色収差を
補正する手法が従来から用いられている。

【０００４】例えば、特開平４−２８９８１１号公報に
は、前群に単独の負レンズ、後群に絞り側から正レン
ズ、接合レンズ、正レンズを配列して構成される５枚構
成の内視鏡対物レンズが開示される。この公報に開示さ
れる内視鏡対物レンズは、接合レンズの貼り合わせ面の
曲率半径を小さくすることにより、倍率色収差の発生を
抑えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例の内視鏡対物レンズは、接合面に倍率色収差の
補正機能を持たせるために接合面の曲率半径を小さく設
定しているため、接合レンズを構成する正レンズの周縁
部の厚さ(コバ厚)を確保するためにレンズ厚が大きくな
り、レンズ全長が長くなるという問題がある。内視鏡対
物レンズは、内視鏡の湾曲部より先端側に設けられるた
め、湾曲の際に要するスペースを小さくするためには対
物レンズの全長はできる限り短い方が望ましい。

【０００６】この発明は、上述した従来技術の課題に鑑
みてなされたものであり、全長を長くすることなく倍率
色収差を良好に補正することができる内視鏡対物レンズ
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる内視鏡
対物レンズは、上記の目的を達成させるため、物体側か
ら順に、負のパワーを有する第１レンズ群と、絞りと、
正のパワーを有する第２レンズ群と、少なくとも周辺部
で正のパワーを持つ第３レンズ群とが配列して構成さ
れ、前記第２レンズ群は、最も像側の面が凹面であり、
かつ、以下の条件(１)を満たすことを特徴とする。 ０．０５＜｜ｆ／ｆ0｜， ｆ0＜０ …(１) ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆ0は第２レンズ群の最
も像側の面と第３レンズ群の最も物体側の面との間に形
成される空気レンズの焦点距離である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる内視鏡対
物レンズの実施形態を説明する。発明の内視鏡対物レン
ズは、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ
群と、絞りと、正のパワーを有する第２レンズ群と、少
なくとも周辺部で正のパワーを持つ第３レンズ群とが配
列して構成される。第１レンズ群は、物体側が平面で像
側が凹面である平凹の負の単レンズ、あるいは、物体側
に凸面を向けた負のメニスカスレンズにより構成され
る。第１レンズ群が負のパワーを持つことにより、広い
画角を得ることができる。

【０００９】第２レンズ群は、絞り側から配列した正レ
ンズと接合レンズとの組み合わせ、あるいは、２枚の正
レンズと負レンズとの組み合わせにより構成される。第
２レンズ群の最も像側のレンズ面は凹面である。第２レ
ンズ群が負のパワーを持つ接合面を有する接合レンズを
持つ場合、倍率色収差の補正機能を第２レンズ群の最も
像側の凹面と接合面とに振り分けることができるため、
接合面の曲率半径を大きくすることができ、結果的に接
合レンズのレンズ厚を小さくし、レンズ全長を小さくす
ることができる。

【００１０】この発明の内視鏡対物レンズは、第２レン
ズ群と第３レンズ群との間に形成される空気レンズが、
以下の条件(１)を満たすことを特徴としている。 ０．０５＜｜ｆ／ｆ0｜， ｆ0＜０ …(１) ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆ0は第２レンズ群の最
も像側の面と第３レンズ群の最も物体側の面との間に形
成される空気レンズの焦点距離である。

【００１１】空気中におかれた厚レンズのパワーψt
は、レンズ両面の曲率半径をそれぞれｒ1、ｒ2、レンズ
厚をｄ、レンズの屈折率をｎとして、以下の式(８)で与
えられる。 ψt＝１／ｆ＝(ｎ−１)(ｒ1^-1 −ｒ2^-1)＋(ｎ−１)²ｄ／(ｎｒ1ｒ2)…(８)

【００１２】一方、空気レンズは、２つのレンズに挟ま
れた空間を屈折率「１」のレンズと捉えたものであり、
そのパワーψ0は、前側のレンズの後ろ側のレンズ面の
曲率半径をｒ1、後ろ側のレンズの前側のレンズ面の曲
率半径をｒ2、前後のレンズの屈折率をそれぞれｎ1、ｎ
2、レンズ間隔をｄとして、以下の式(９)により与えら
れる。 ψ0＝１／ｆ0＝(１−ｎ1)／ｒ1 ＋ (ｎ2−１)／ｒ2 − (１−ｎ1)(ｎ2−１)ｄ／(ｒ1ｒ2)…(９)

【００１３】第２レンズ群と第３レンズ群との間に形成
される空気レンズが負のパワーを持つ(ｆ0＜０)という
ことは、第２レンズ群の最も像側のレンズ面の負のパワ
ーが大きく、第３レンズ群の物体側のレンズ面の正のパ
ワーが小さいことを意味する。この空気レンズに負のパ
ワーを持たせることにより、全長を長くすることなく倍
率色収差の発生を抑えることができる。

【００１４】条件(１)の｜ｆ／ｆ0｜が０．０５を下回
る場合、あるいは空気レンズの焦点距離ｆ0が正の値を
持つ場合には、第２レンズ群の最も像側の面の負のパワ
ーが弱くなり、この面での倍率色収差の補正効果が小さ
くなり、他の面の負担が増大する。

【００１５】また、像側にテレセントリックな状態を保
つためには、上記の空気レンズが以下の条件(２)を満た
すよう設定することが望ましい。 ｜ｆ／ｆ0｜＜１．００ …(２)

【００１６】条件(２)の上限を越える場合には、空気レ
ンズの負のパワーが過大となり、第２レンズ群の最も像
側の凹面で発散された主光線を第３レンズ群の正のパワ
ーにより光軸と平行な方向に屈折させることができず、
テレセントリック性を保つことができない。

【００１７】第２レンズ群は、最も像側に負レンズを備
え、その焦点距離、およびアッベ数をそれぞれｆs、νn
として、以下の条件(３)および(４)の条件を満たすこと
が望ましい。 ０．０５＜｜ｆ／ｆs｜＜０．８， ｆs＜０ …(３) νn＜３５ …(４)

【００１８】条件(３)は、第２レンズ群の最も像側に配
置された負レンズのパワーを規定する。この条件(３)を
満たすことにより、第３レンズ群の物体側面で発生する
倍率色収差を補正し、全系の倍率色収差の発生を抑える
ことができる。条件(３)の上限を越えると、第２レンズ
群の最も像側に配置された負レンズの負のパワーが第３
レンズ群の正のパワーと比較して過大になり、テレセン
トリック性を保つことができなくなる。

【００１９】条件(４)は、上記の負レンズの分散を規定
する。全体として強い正のパワーを有する内視鏡対物レ
ンズにおいて、倍率色収差の発生量を抑えるためには、
第２レンズ群を構成する正負の各レンズのうち、正レン
ズの分散を小さくし、負レンズの分散を大きくする必要
がある。条件(４)を満たすことにより、正レンズで発生
する倍率色収差を良好に補正することができる。条件
(４)の上限を越える場合には、負レンズの分散が過小と
なり、倍率色収差の補正効果が不十分となる。

【００２０】さらに、第１レンズ群、第２レンズ群の焦
点距離をそれぞれｆ1、ｆ2、第３レンズ群の軸上の焦点
距離をｆ3として、以下の条件(５)、(６)、(７)を満た
すことが望ましい。 ０．４＜｜ｆ／ｆ1｜＜１．５， ｆ1＜０ …(５) ０．９＜ ｆ／ｆ2 ＜１．８ …(６) ０．０≦ ｆ／ｆ3 ＜０．７ …(７)

【００２１】条件(５)は、負の第１レンズ群のパワーを
規定する。この条件を満たすことにより、広い画角を確
保すると共に、他の正レンズとのバランスで球面収差、
像面湾曲を小さく保つことができる。条件(５)の下限を
下回る場合には、負のパワーが弱くなり、十分に広い画
角を得られなくなると共に、ペッツバール和が正に大き
くなり、像面湾曲が補正不足となる。条件(５)の上限を
越える場合には、第１レンズ群の負のパワーが過大とな
り、球面収差、像面湾曲が補正過剰となる。また、バッ
クフォーカスも大きくなるため、全長が長くなり、全系
をコンパクトにすることができなくなる。

【００２２】条件(６)は、正の第２レンズ群のパワーを
規定する。この条件を満たすことにより、球面収差、像
面湾曲を小さく抑えることができる。条件(６)の下限を
下回る場合には、第２レンズ群の正のパワーが弱くな
り、ペッツバール和が負に大きくなり、像面湾曲が補正
過剰となる。条件(６)の上限を越える場合には、第２レ
ンズ群の正のパワーが過大となり、球面収差、像面湾曲
が補正不足となる。

【００２３】条件(７)は、正の第３レンズ群の軸上での
パワーを規定する。第３レンズ群は少なくとも周辺部で
正のパワーを持つことにより、テレセントリック性を保
つよう構成されているが、条件(７)を満たすように軸上
でも正のパワーを持つか、無パワーであることが望まし
い。条件(７)の下限を下回ると、第３レンズ群が負のパ
ワーを持つこととなり、テレセントリック性が保てなく
なる。条件(７)の上限を越える場合には、第３レンズ群
の正のパワーが過大となり、球面収差、像面湾曲が補正
不足となり、かつ、非点収差が大きく発生し、他のレン
ズ群で補正することができなくなる。

【００２４】

【実施例】次に、上述した実施形態の各条件を満たす具
体的な実施例を８例提示する。

【００２５】

【実施例１】図１は、実施例１にかかる内視鏡対物レン
ズのレンズ構成を示したものである。具体的な数値構成
は表１に示されている。表中、ＦNO.はＦナンバー、ｆ
は全系の焦点距離、ｍは倍率、ωは基準設計距離１０ｍ
ｍでの半画角、ｒはレンズ各面の曲率半径、ｄはレンズ
厚またはレンズ間隔、ｎdは各レンズのd-line(588nm)で
の屈折率、νdは各レンズのアッベ数である。図２は、
ｄ線、ｇ線、Ｃ線における球面収差によって示される色
収差、ｇ線、Ｃ線における倍率色収差、非点収差(S:サ
ジタル、M:メリディオナル)、歪曲収差を示している。
歪曲収差量を示す横軸の単位はパーセント(％)、他の収
差量を示す横軸の単位はｍｍである。

【００２６】また、実施例１では、第３レンズ群の物体
側面である第８面が回転対称な非球面で構成されてい
る。非球面は、光軸からの高さがＹとなる非球面上の座
標点の非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)を
Ｘ、非球面の光軸上での曲率(1/r)をＣ、円錐係数を
Ｋ、４次、６次の非球面係数をＡ4，Ａ6として、以下の
式(１０)で表される。なお、表１における非球面の曲率
半径は光軸上の曲率半径であり、これらの面の円錐係
数、非円弧係数は表２に示される。 Ｘ＝ＣＹ²/(１+√(１-(１+Ｋ)Ｃ²Ｙ²))+Ａ4Ｙ⁴+Ａ6Ｙ⁶…(１０)

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】実施例１では、第１面、第２面で表される
負レンズが第１レンズ群、絞りＳを介して、第３面から
第７面で示される正レンズと貼り合わせレンズとが第２
レンズ群、第８面と第９面で表される正レンズが第３レ
ンズ群である。第９面と第１０面との間の平板は色補正
フィルター、第１０面と第１１面との間の平板は撮像素
子であるＣＣＤ(図示せず)のカバーガラスを示してお
り、結像面は第１１面に一致している。

【００３０】

【実施例２】図３は、実施例２にかかる内視鏡対物レン
ズのレンズ構成を示したものである。具体的な数値構成
は表３に示されている。図４は、上記構成による諸収差
を示している。実施例２では、レンズ配列は実施例１と
同様であり、第８面が非球面である。ただし、実施例２
の非球面は、軸上の曲率半径が無限大、すなわち平面で
あり、表４に示される非球面付加量により周辺部でのみ
正のパワーを持つ。このような構成によっても軸外の主
光線を光軸と平行にし、テレセントリック性を持たせる
ことができる。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】

【実施例３】図５は、実施例３にかかる内視鏡対物レン
ズのレンズ構成を示したものである。具体的な数値構成
は表５に示されている。図６は、上記構成による諸収差
を示している。

【００３４】

【表５】

【００３５】実施例３では、対物レンズ自体の配列は実
施例１、２と同一であるが、フィルターと第３レンズ群
との間に間隔があいている。第８面と第９面で表される
正レンズが第３レンズ群であり、色補正フィルターは第
１０面と第１１面との間の平板、カバーガラスは第１１
面と第１２面との間の平板として表されている。なお、
この実施例では、非球面は用いられていない。

【００３６】

【実施例４】図７は、実施例４にかかる内視鏡対物レン
ズのレンズ構成を示したものである。具体的な数値構成
は表６に示されている。図８は、上記構成による諸収差
を示している。レンズの配列は実施例３と同様であり、
この例でも非球面は用いられていない。

【００３７】

【表６】

【００３８】

【実施例５】図９は、実施例５にかかる内視鏡対物レン
ズのレンズ構成を示したものである。具体的な数値構成
は表７に示されている。図１０は、上記構成による諸収
差を示している。レンズの配列は実施例３と同様であ
り、この例でも非球面は用いられていない。

【００３９】

【表７】

【００４０】

【実施例６】図１１は、実施例６にかかる内視鏡対物レ
ンズのレンズ構成を示したものである。具体的な数値構
成は表８に示されている。図１２は、上記構成による諸
収差を示している。レンズの配列は実施例３と同様であ
る。この例では、第１面と第８面とが非球面であり、各
面の非球面係数は表９に示される。

【００４１】

【表８】

【００４２】

【表９】

【００４３】

【実施例７】図１３は、実施例７にかかる内視鏡対物レ
ンズのレンズ構成を示したものである。具体的な数値構
成は表１０に示されている。図１４は、上記構成による
諸収差を示している。レンズの配列は実施例３と同様で
ある。この例では、第１面と第８面とが非球面であり、
各面の非球面係数は表１１に示される。

【００４４】

【表１０】

【００４５】

【表１１】

【００４６】

【実施例８】図１５は、実施例８にかかる内視鏡対物レ
ンズのレンズ構成を示したものである。具体的な数値構
成は表１２に示されている。図１６は、上記構成による
諸収差を示している。

【００４７】

【表１２】

【００４８】実施例８では、他の実施例と異なり、第２
レンズ群に接合レンズが設けられておらず、全てのレン
ズが単レンズとして配列されている。この例では、第１
面と第２面とで表される負レンズが第１レンズ群、絞り
Ｓを介して第３面から第８面で示される２枚の正レンズ
と１枚の負レンズとが第２レンズ群、第９面、第１０面
で表される正レンズが第３レンズ群を構成している。第
１１面と第１２面との間の平板が色補正フィルター、第
１２面と第１３面との間の平板がカバーガラスである。

【００４９】以下の表１３は、上述した各実施例１〜８
と請求の範囲に記載された条件式との対応関係を示す。
この表から、全ての実施例がそれぞれ各条件式を全て満
たしていることが理解できる．

【００５０】

【表１３】 実施例 f/f0 f/fs νn f/f1 f/f2 f/f3 1 -0.400 -0.151 21.3 -0.793 1.376 0.200 2 -0.154 -0.106 21.3 -0.748 1.405 0.000 3 -0.556 -0.498 21.3 -1.040 1.260 0.506 4 -0.620 -0.368 21.3 -1.287 1.540 0.329 5 -0.728 -0.330 21.3 -0.942 1.371 0.381 6 -0.475 -0.155 25.4 -0.500 1.107 0.330 7 -0.492 -0.154 25.4 -0.579 1.171 0.319 8 -0.560 -0.710 25.4 -1.124 1.561 0.417

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、像側にテレセントリックな状態を保ちつつ、かつ、
倍率色収差を良好に補正しつつ、全長の短い内視鏡対物
レンズを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１にかかる内視鏡対物レンズのレンズ
図である。

【図２】 実施例１にかかる内視鏡対物レンズの諸収差
図である。

【図３】 実施例２にかかる内視鏡対物レンズのレンズ
図である。

【図４】 実施例２にかかる内視鏡対物レンズの諸収差
図である。

【図５】 実施例３にかかる内視鏡対物レンズのレンズ
図である。

【図６】 実施例３にかかる内視鏡対物レンズの諸収差
図である。

【図７】 実施例４にかかる内視鏡対物レンズのレンズ
図である。

【図８】 実施例４にかかる内視鏡対物レンズの諸収差
図である。

【図９】 実施例５にかかる内視鏡対物レンズのレンズ
図である。

【図１０】 実施例５にかかる内視鏡対物レンズの諸収
差図である。

【図１１】 実施例６にかかる内視鏡対物レンズのレン
ズ図である。

【図１２】 実施例６にかかる内視鏡対物レンズの諸収
差図である。

【図１３】 実施例７にかかる内視鏡対物レンズのレン
ズ図である。

【図１４】 実施例７にかかる内視鏡対物レンズの諸収
差図である。

【図１５】 実施例８にかかる内視鏡対物レンズのレン
ズ図である。

【図１６】 実施例８にかかる内視鏡対物レンズの諸収
差図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側から順に、負のパワーを有する第
   １レンズ群と、絞りと、正のパワーを有する第２レンズ
   群と、少なくとも周辺部で正のパワーを持つ第３レンズ
   群とが配列して構成され、前記第２レンズ群は、最も像
   側の面が凹面であり、かつ、以下の条件(１)を満たすこ
   とを特徴とする内視鏡対物レンズ。 ０．０５＜｜ｆ／ｆ0｜， ｆ0＜０ …(１) ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆ0は第２レンズ群の最
   も像側の面と第３レンズ群の最も物体側の面との間に形
   成される空気レンズの焦点距離である。
2. 【請求項２】 以下の条件(２)を満たすことを特徴とす
   る請求項１に記載の内視鏡対物レンズ。 ｜ｆ／ｆ0｜＜１．００ …(２)
3. 【請求項３】 前記第２レンズ群は、最も像側に負レン
   ズを備え、以下の条件(３)および(４)を満たすことを特
   徴とする請求項１に記載の内視鏡対物レンズ。 ０．０５＜｜ｆ／ｆs｜＜０．８， ｆs＜０ …(３) νn＜３５ …(４) ただし、ｆs、νnは、それぞれ第２レンズ群の最も像側
   の負レンズの焦点距離、およびアッベ数である。
4. 【請求項４】 前記第１レンズ群、第２レンズ群の焦点
   距離をそれぞれｆ1、ｆ2、第３レンズ群の軸上での焦点
   距離をｆ3として、以下の条件(５)、(６)、(７)を満た
   すことを特徴とする請求項３に記載の内視鏡対物レン
   ズ。 ０．４＜｜ｆ／ｆ1｜＜１．５， ｆ1＜０ …(５) ０．９＜ ｆ／ｆ2 ＜１．８ …(６) ０．０≦ ｆ／ｆ3 ＜０．７ …(７)
5. 【請求項５】 前記第１レンズ群は、１枚の負レンズか
   ら構成され、前記第２レンズ群は１枚の正の単レンズと
   １枚の接合レンズとから構成され、前記第３レンズ群
   は、１枚の単レンズから構成されることを特徴とする請
   求項４に記載の内視鏡対物レンズ。
6. 【請求項６】 前記第１レンズ群は、１枚の負レンズか
   ら構成され、前記第２レンズ群は２枚の正の単レンズと
   １枚の負の単レンズとから構成され、前記第３レンズ群
   は、１枚の単レンズから構成されることを特徴とする請
   求項４に記載の内視鏡対物レンズ。