JP2006053218A

JP2006053218A - Camera head

Info

Publication number: JP2006053218A
Application number: JP2004233152A
Authority: JP
Inventors: Akira Machida; 亮町田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2024-08-10
Also published as: JP4700304B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a camera head using a compact optical system which is tele-centric in order to prevent a decrease in an amount of peripheral light due to the incident angle characteristic of a CCD and the aberrations of which are sufficiently corrected. <P>SOLUTION: In the camera head having a photographic lens 6 that is attached to the eye-piece section of an endoscope, the photographic lens 6 includes at least a meniscus lens whose convex face is disposed in the direction of the object side, and comprises, in order from the object side, a first lens L1 having a positive refracting power, a second lens L2 having a negative refracting power, a third lens L3 having a positive refracting power, and a fourth lens L4 having a positive refracting power. A condition (1) 1.1<L/f<1.4 for defining the entire length of the optical system of the photographic lens 6 and a condition (2) 0.55<f<SB>1</SB>/f<0.85 for defining the power of the first lens L1, are satisfied. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、カメラヘッドに関し、特に、内視鏡の接眼部に取り付けてテレビカメラ観察を行い得るようにするための撮影レンズを備えたカメラヘッドに関するものである。 The present invention relates to a camera head, and more particularly, to a camera head provided with a photographing lens that can be attached to an eyepiece of an endoscope so that a television camera can be observed.

一般に、内視鏡により得られる体腔内等の画像を撮像部へ導くためには、接眼レンズの後方に着脱自在な内視鏡テレビカメラが用いられる。この内視鏡用テレビカメラは、例えば図１に示すように、硬性鏡１等の接眼レンズ４の後方に撮影レンズ６を備えたカメラヘッド５を取り付けて、撮像部７内のＣＣＤ等の撮像素子上に結像させて、画像処理装置８を介して、モニターテレビ９で観察ができるようにするためのものである。なお、硬性鏡１内には、対物レンズ２、リレーレンズ３等が備えられている。 In general, in order to guide an image of a body cavity or the like obtained by an endoscope to an imaging unit, an endoscope television camera that is detachable behind an eyepiece is used. In this endoscope television camera, for example, as shown in FIG. 1, a camera head 5 having a photographing lens 6 is attached behind an eyepiece 4 such as a rigid endoscope 1 to capture an image of a CCD or the like in an imaging unit 7. The image is formed on the element so that the image can be observed on the monitor television 9 via the image processing device 8. In the rigid endoscope 1, an objective lens 2, a relay lens 3, and the like are provided.

上述のように、撮像素子としてＣＣＤを用いる場合には、輝度シェーディングに注意する必要がある。ＣＣＤには、感度向上のために受光部の上部に各画素に対応したマイクロレンズが配置されていたりして、光の入射方向に対して厚みを持っている。この積層構造に対し、撮影レンズ光学系からの斜め入射光が入ると、入射光がＣＣＤの構造物に遮られて受光面への入射光量が減少してしまう。これが輝度シェーディングであり、したがって、像高が高くなる程ＣＣＤ面への入射角が大きくなり、画像としては画面の周辺が暗くなるという現象が起こる。また、近年ＣＣＤの高画素化に伴い被写体の高解像化が可能になる一方、ＣＣＤの画素サイズに対する光の入射方向の厚みが相対的に大きくなるため、上記の現象が起こりやすくなってきている。 As described above, when a CCD is used as the image sensor, it is necessary to pay attention to luminance shading. In the CCD, a microlens corresponding to each pixel is disposed above the light receiving portion in order to improve sensitivity, and has a thickness with respect to the incident direction of light. When obliquely incident light from the taking lens optical system enters the laminated structure, the incident light is blocked by the CCD structure, and the amount of light incident on the light receiving surface is reduced. This is luminance shading. Therefore, as the image height increases, the incident angle with respect to the CCD surface increases, and a phenomenon occurs in which the periphery of the screen becomes dark as an image. In addition, with the recent increase in the number of pixels in a CCD, it has become possible to increase the resolution of a subject. On the other hand, since the thickness of the incident direction of light with respect to the CCD pixel size is relatively large, the above phenomenon is likely to occur. Yes.

ＣＣＤ受光面に入射した光は光電変換され、電気信号が画像処理装置８に送られる。この画像処理装置８では、撮影された被写体をモニターテレビ９に映し出す際に、被写体像の輝度にある閾値を設けて画面上最も明るい領域が上記の閾値以下となるような、あるいは、最も暗い領域が上記の閾値以上となるような電気的処理がなされている。これと前述の輝度シェーディングを考慮すると、前者の場合は、画面中心と比較して周辺が暗くなり、後者の場合は画面上に白い輝点、所謂白飛びの現象が起きてしまい、観察に支障をきたすことになり、好ましくない。 The light incident on the CCD light receiving surface is photoelectrically converted and an electric signal is sent to the image processing device 8. In this image processing device 8, when a photographed subject is displayed on the monitor television 9, a threshold value is set for the luminance of the subject image so that the brightest region on the screen is equal to or lower than the above threshold value, or the darkest region An electrical process is performed so that is equal to or greater than the above threshold. Considering this and the above-mentioned luminance shading, in the former case, the periphery becomes darker than the center of the screen, and in the latter case, a white bright spot, a so-called whitening phenomenon occurs on the screen, which hinders observation. This is not preferable.

上述の欠点を改善するためには、テレセントリックな光学系を用いた撮影レンズ６が望まれる。しかし、一般に、内視鏡、特に外科手術等に用いられる硬性鏡では、眼視観察での利便性を考慮して、接眼レンズ４の射出瞳位置が接眼部より１０ｍｍ程度突出していることが多い。したがって、内視鏡接眼光学系の射出瞳位置と撮影レンズ光学系の入射側焦点位置を合わせてテレセントリック光学系とするためには、例えば３枚構成の光学系である特許文献１に記載の装置が知られている。しかしながら、特許文献１に記載の装置の光学系では、前述の瞳位置を一致させるようにしているものの、入射側焦点位置が第１レンズ第１面から離れているため光学系全長が大きくなってしまい、コンパクト性に欠けるという欠点がある。この欠点を対策するために単純に全長を小さくしようとした場合、瞳位置がレンズ系の内側に入り込むことになるが、相対的に光線高が低くなるためレンズのパワー不足を招き、パワーを上げようとすると加工が困難となってりまう。また、バックフォーカスも所望の長さを確立できず、テレセントリック性も崩れてしまう。 In order to improve the above-mentioned drawbacks, a photographing lens 6 using a telecentric optical system is desired. However, in general, in endoscopes, particularly rigid endoscopes used for surgical operations, the exit pupil position of the eyepiece 4 protrudes from the eyepiece portion by about 10 mm in consideration of convenience in visual observation. Many. Therefore, in order to obtain a telecentric optical system by combining the exit pupil position of the endoscope eyepiece optical system and the incident-side focal position of the photographing lens optical system, for example, an apparatus described in Patent Document 1 which is a three-lens optical system. It has been known. However, in the optical system of the apparatus described in Patent Document 1, although the above-described pupil position is made to coincide, the total length of the optical system becomes large because the incident-side focal position is away from the first surface of the first lens. Therefore, there is a drawback that it is not compact. If you try to reduce the total length simply to counter this drawback, the pupil position will enter the inside of the lens system, but the height of the light will be relatively low and the lens power will be insufficient. Attempting to do so makes processing difficult. In addition, the back focus cannot establish a desired length, and the telecentricity is lost.

一方、４枚構成で収差補正、コンパクト化という点を考慮した従来例として特許文献２に記載されているものが知られている。前述のように、ＣＣＤ高画素化に伴い画素サイズが小さくなるため、テレセントリック性の向上が必要である。しかしながら、この従来例のタイプであると、パワー配分、光線高等の違いから、テレセントリック性を容易に実現できないという問題があった。
特許第３，２７０，５９１号公報特許第２，５８２，１４４号公報 On the other hand, as a conventional example in consideration of aberration correction and compactness in a four-lens configuration, one described in Patent Document 2 is known. As described above, since the pixel size is reduced with the increase in the number of pixels of the CCD, it is necessary to improve the telecentricity. However, this conventional type has a problem that telecentricity cannot be easily realized due to differences in power distribution, light ray height, and the like.
Japanese Patent No. 3,270,591 Japanese Patent No. 2,582,144

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上述したように、ＣＣＤの入射角特性による周辺光量の劣化を改善するためにテレセントリックな光学系で、しかも、収差が十分に補正されたコンパクトな光学系を用いたカメラヘッドを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and as described above, the object thereof is a telecentric optical system for improving the deterioration of the peripheral light quantity due to the incident angle characteristic of the CCD. Moreover, it is an object to provide a camera head using a compact optical system in which aberrations are sufficiently corrected.

上記目的を達成するための本発明のカメラヘッドは、内視鏡の接眼部に取り付けて撮影を行う撮影レンズを備えたカメラヘッドにおいて、前記撮影レンズが、少なくとも物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを持ち、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズとからなり、以下の条件（１）、（２）を満足することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a camera head of the present invention is a camera head including a photographic lens that is attached to an eyepiece of an endoscope and performs photographing. The photographic lens has a meniscus having a concave surface at least on the object side. A first lens having a positive refractive power, a second lens having a negative refractive power, a third lens having a positive refractive power, and a fourth lens having a positive refractive power in order from the object side. It consists of a lens and satisfies the following conditions (1) and (2).

（１）１．１＜Ｌ／ｆ＜１．４
（２）０．５５＜ｆ₁／ｆ＜０．８５
ただし、Ｌは第１レンズ第１面から像面までの軸上空気換算長、ｆは撮影レンズ全系の焦点距離、ｆ₁は第１レンズの焦点距離である。 (1) 1.1 <L / f <1.4
(2) 0.55 <f ₁ /f<0.85
Here, L is the axial air-converted length from the first surface of the first lens to the image surface, f is the focal length of the entire taking lens system, and f ₁ is the focal length of the first lens.

以下に、本発明のカメラヘッドにおいて上記構成をとる理由と作用を説明する。 Below, the reason and effect | action which take the said structure in the camera head of this invention are demonstrated.

条件（１）は、撮影レンズの光学系の全長を規定したものである。条件（１）において、下限の１．１を超えると、光学系全長が短くなり過ぎて、レンズを配設する際にレンズ同士がぶつかってしまったり、レンズ取り付け枠のためのスペースがなくなったりする。また、各レンズの肉厚が薄くなってしまい、加工コストがアップしてしまうという問題が起こる。また、上限の１．４を超えると、光学系の全長が長くなり、それに応じて光線高が高くなるために、レンズの外径が大きくなり、コンパクト化の妨げになる。さらに加えて、球面収差やコマ収差等も適切に補正できなくなってしまう。 Condition (1) defines the total length of the optical system of the taking lens. In condition (1), if the lower limit of 1.1 is exceeded, the total length of the optical system becomes too short, and when the lenses are installed, the lenses collide with each other, or there is no space for the lens mounting frame. . Moreover, the thickness of each lens becomes thin, and the problem that processing cost will raise arises. On the other hand, when the upper limit of 1.4 is exceeded, the total length of the optical system becomes longer, and the height of the light increases accordingly, so that the outer diameter of the lens increases, which hinders compactification. In addition, spherical aberration and coma aberration cannot be corrected appropriately.

条件（２）は、第１レンズのパワーを規定したものである。長いバックフォーカスを得るため、また、光学系の全長を短くするために、全系の前側焦点位置を第１レンズの第１面に近づける必要があり、そのため、第１レンズのパワーを弱くする必要がある。条件（２）において、下限の０．５５を超えると、長いバックフォーカスを得ることができなくなる。また、近軸理論より得られる全系の焦点距離ｆと第１レンズ焦点距離、第２レンズの倍率β₂、第３レンズの倍率β₃、第４レンズの倍率β₄との関係式ｆ＝ｆ₁×β₂×β₃×β₄から、第１レンズの焦点距離ｆ₁が小さくなると、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズの倍率β₂、β₃、β₄が大きくなり、前側で発生した収差をこれら第２レンズ、第３レンズにより拡大することになるため、諸収差の補正が難しくなる。また、条件（２）において、上限の０．８５を超えると、バックフォーカスが長くなりすぎてコンパクト性に欠ける。 Condition (2) defines the power of the first lens. In order to obtain a long back focus and to shorten the overall length of the optical system, it is necessary to bring the front focal position of the entire system close to the first surface of the first lens, and therefore it is necessary to weaken the power of the first lens. There is. If the lower limit of 0.55 is exceeded in condition (2), a long back focus cannot be obtained. Further, the relational expression f = the focal length f of the entire system obtained from the paraxial theory, the focal length of the first lens, the magnification β _{2 of} the second lens, the magnification β ₃ of the _third lens, and the magnification β ₄ of the fourth lens f = From f ₁ × β ₂ × β ₃ × β ₄ , when the focal length f ₁ of the first lens decreases, the magnifications β ₂ , β ₃ , and β _{4 of} the second lens, the third lens, and the fourth lens increase. Since the aberration generated on the front side is enlarged by the second lens and the third lens, correction of various aberrations becomes difficult. On the other hand, if the upper limit of 0.85 is exceeded in condition (2), the back focus becomes too long and the compactness is lacking.

以上の条件（１）、（２）を満足することにより、４枚構成といった比較的簡単な構成であるにも係わらず、コンパクトな光学系を実現することができる。 By satisfying the above conditions (1) and (2), a compact optical system can be realized in spite of a relatively simple configuration such as a four-lens configuration.

また、さらに他の諸収差を良好に補正した光学系を得るためには、上記条件（１）、（２）に加え、以下の条件（３）、（４）も満足することが好ましい。 Further, in order to obtain an optical system in which other various aberrations are favorably corrected, it is preferable that the following conditions (3) and (4) are satisfied in addition to the above conditions (1) and (2).

（３）０．４＜ｒ₁／ｆ＜０．７５
（４）０．１＜｜φ₂｜＜０．３
ただし、ｒ₁は第１レンズの第１面の曲率半径、φ₂は第２レンズの屈折力（ｍｍ^-1）である。 (3) 0.4 <r ₁ /f<0.75
(4) 0.1 <| φ ₂ | <0.3
Here, r ₁ is the radius of curvature of the first surface of the first lens, and φ ₂ is the refractive power (mm ⁻¹ ) of the second lens.

条件（３）は、第１レンズの第１面のパワーを規定することで、良好な画質を得るための条件である。条件（３）において、下限の０．４を超えると、球面収差が補正過剰になり、良好な画質が得られなくなる。また、上限の０．７５を超えると、上側光線によるコマ収差が負への補正過剰となり、例えば画像周辺の画質が劣化して好ましくない。 Condition (3) is a condition for obtaining a good image quality by defining the power of the first surface of the first lens. In the condition (3), if the lower limit of 0.4 is exceeded, the spherical aberration is overcorrected and good image quality cannot be obtained. On the other hand, when the upper limit of 0.75 is exceeded, the coma aberration due to the upper ray is excessively corrected to negative, and the image quality around the image is deteriorated, for example.

条件（４）は、第２レンズのパワーを規定したものである。本発明のカメラヘッドを硬性鏡等の接眼レンズと組み合わせたときに、片ボケのない画面周辺まで良好な画像が得られるようにするためには、像面湾曲を十分に補正する必要がある。そのためには、負レンズのパワーを適切なものにすることが重要である。条件（４）において、下限の０．１を超えると、像面湾曲が補正不足になる。また、上限の０．３を超えると、像面湾曲の補正が過剰になる。 Condition (4) defines the power of the second lens. When the camera head of the present invention is combined with an eyepiece such as a rigid mirror, it is necessary to sufficiently correct the curvature of field in order to obtain a good image up to the periphery of the screen with no blurring. For that purpose, it is important to make the power of the negative lens appropriate. In the condition (4), if the lower limit of 0.1 is exceeded, the curvature of field becomes insufficiently corrected. If the upper limit of 0.3 is exceeded, field curvature correction becomes excessive.

なお、撮像部にＣＣＤ等の固体撮像素子を用いる場合、撮影レンズの光学系に対する内視鏡接眼レンズの射出瞳位置は固定であり、諸収差の変動が少ないので、固体撮像素子を光軸方向に繰り出すことによってピント調整を行うことが好ましいが、撮影レンズの光学系を前後に移動することによってピント調整を行うようにしてもよい。また、撮像部が複数のＣＣＤを含む色分解プリズムユニットからなるものであってもよい。 When a solid-state imaging device such as a CCD is used for the imaging unit, the exit pupil position of the endoscope eyepiece with respect to the optical system of the photographic lens is fixed, and fluctuations in various aberrations are small. However, it is preferable to adjust the focus by moving the optical system back and forth. However, the focus adjustment may be performed by moving the optical system of the taking lens back and forth. Further, the imaging unit may be composed of a color separation prism unit including a plurality of CCDs.

また、さらに、以下の条件（５）、（６）を満足すると、より良好な画像を得られる光学系を実現することができる。 Furthermore, when the following conditions (5) and (6) are satisfied, an optical system capable of obtaining a better image can be realized.

（５）｜ＴＷ｜＜２°
（６）（ν₃＋ν₄）／２＞５０
ただし、ＴＷは最大像高主光線の像面への入射角度、ν₃は第３レンズのアッベ数、ν₄は第４レンズのアッベ数である。 (5) | TW | <2 °
(6) (ν ₃ + ν ₄ ) / 2> 50
Where TW is the angle of incidence of the maximum image height chief ray on the image plane, ν ₃ is the Abbe number of the third lens, and ν ₄ is the Abbe number of the fourth lens.

条件（５）は、撮影レンズの光学系のテレセントリック性について規定したものである。撮像素子として使用するＣＣＤの高画素化が進めば、前述したように、当然画素サイズが小さくなり、シェーディングに対する光線の入射角の許容範囲も狭くなる。図２に示されているのは、画素サイズが５μｍ程度であるＣＣＤの感度特性である。また，３板カメラ等では色分解プリズムを使用するが、この場合、プリズム面への光線の入射角特性も重要となる。一般的に、色分解プリズムへの入射角が大きくなると、色シェーディングが発生してしまう。したがって、近年のＣＣＤの高画素化、色分解プリズムの色シェーディングを考慮すると、条件（５）を満足することが望ましい。 Condition (5) defines the telecentricity of the optical system of the taking lens. If the number of pixels of a CCD used as an image sensor increases, as described above, the pixel size naturally becomes smaller, and the allowable range of the incident angle of light rays for shading becomes narrower. FIG. 2 shows the sensitivity characteristics of a CCD having a pixel size of about 5 μm. In addition, a color separation prism is used in a three-plate camera or the like. In this case, the incident angle characteristic of the light beam to the prism surface is also important. In general, when the incident angle to the color separation prism increases, color shading occurs. Therefore, it is desirable to satisfy the condition (5) in consideration of the recent increase in the number of pixels of the CCD and color shading of the color separation prism.

条件（６）は、第３レンズと第４レンズのアッベ数について規定したものである。本発明では、第３レンズ、第４レンズで光線高を高くすることによってテレセントリックな光学系を実現している。このため、色収差、特に倍率の色収差の補正は、この第３レンズ、第４レンズに負うところが大きい。したがって、条件（６）の下限の５０を超えると、色収差、特に倍率の色収差が補正し切れなくなる。 Condition (6) defines the Abbe numbers of the third lens and the fourth lens. In the present invention, a telecentric optical system is realized by increasing the light beam height with the third lens and the fourth lens. For this reason, correction of chromatic aberration, particularly magnification chromatic aberration, is largely imposed on the third lens and the fourth lens. Therefore, if the lower limit of 50 of the condition (6) is exceeded, chromatic aberration, particularly chromatic aberration of magnification cannot be corrected.

本発明によれば、周辺光量が不足することがなく、しかも、収差が十分に補正されたコンパクトな光学系のカメラヘッドを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a compact camera head of an optical system in which the amount of peripheral light is not insufficient and the aberration is sufficiently corrected.

次に、本発明におけるカメラヘッド光学系の実施例１〜４を説明する。 Next, first to fourth embodiments of the camera head optical system according to the present invention will be described.

実施例１のカメラヘッド光学系の構成は、図３の断面図に示す通りである。この光学系中のカバーガラス１０を含めた撮影レンズ６の数値データは後記する。この光学系は、カバーガラス１０と撮影レンズ６と撮像部７とからなり、撮影レンズ６は、絞りＳと、凸平レンズである第１レンズＬ１と、両凹レンズである第２レンズＬ２と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズである第３レンズＬ３と、両凸レンズである第４レンズＬ４とからなる。撮像部７は、色分解プリズム１１と、色分解プリズム１１でＲＧＢ３色に色分解された像面に配置されたＣＣＤ１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂとからなる。 The configuration of the camera head optical system of Example 1 is as shown in the sectional view of FIG. Numerical data of the photographing lens 6 including the cover glass 10 in this optical system will be described later. The optical system includes a cover glass 10, a photographing lens 6, and an imaging unit 7. The photographing lens 6 includes a diaphragm S, a first lens L1 that is a convex flat lens, and a second lens L2 that is a biconcave lens. The lens includes a third lens L3 that is a positive meniscus lens having a convex surface facing the image surface side, and a fourth lens L4 that is a biconvex lens. The imaging unit 7 includes a color separation prism 11 and CCDs 12R, 12G, and 12B arranged on an image plane that is color-separated into three colors RGB by the color separation prism 11.

この実施例１の撮影レンズ６の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差についての収差状況は図７の収差図に示す通りである。この収差図中において、“ＦＩＹ”は像高を表す。以下、同じ。 The aberration states of spherical aberration, astigmatism, distortion aberration, lateral chromatic aberration, and coma aberration of the photographing lens 6 of Example 1 are as shown in the aberration diagram of FIG. In this aberration diagram, “FIY” represents the image height. same as below.

実施例１の場合は、光学系のコンパクト化と撮像面への光線入射角、つまりテレセントリック性を重視したものとなっている。すなわち、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４のパワー配分のバランスを取り、第３レンズＬ３で上げた光線高を第４レンズで下げる際、撮像面への光線入射角が小さくなることを優先させた。 In the case of Example 1, the optical system is made compact and the light incident angle on the imaging surface, that is, telecentricity is emphasized. That is, when the power distribution of the third lens L3 and the fourth lens L4 is balanced, and the height of the light beam raised by the third lens L3 is lowered by the fourth lens, priority is given to reducing the light incident angle on the imaging surface. I let you.

実施例２のカメラヘッド光学系の構成は、図４の断面図に示す通りである。この光学系中のカバーガラス１０を含めた撮影レンズ６の数値データは後記する。この光学系は、カバーガラス１０と撮影レンズ６と撮像部７とからなり、撮影レンズ６は、絞りＳと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズである第１レンズＬ１と、両凹レンズである第２レンズＬ２と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズである第３レンズＬ３と、凸平レンズである第４レンズＬ４とからなる。撮像部７は、色分解プリズム１１と、色分解プリズム１１でＲＧＢ３色に色分解された像面に配置されたＣＣＤ１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂとからなる。 The configuration of the camera head optical system of Example 2 is as shown in the sectional view of FIG. Numerical data of the photographing lens 6 including the cover glass 10 in this optical system will be described later. This optical system includes a cover glass 10, a photographing lens 6, and an imaging unit 7. The photographing lens 6 includes a diaphragm S, a first lens L1 that is a positive meniscus lens having a convex surface facing the object side, and a biconcave lens. It consists of a certain second lens L2, a third lens L3 that is a positive meniscus lens having a convex surface facing the image surface side, and a fourth lens L4 that is a convex flat lens. The imaging unit 7 includes a color separation prism 11 and CCDs 12R, 12G, and 12B arranged on an image plane that is color-separated into three colors RGB by the color separation prism 11.

この実施例２の撮影レンズ６の図７同様の収差状況は図８の収差図に示す通りである。 The aberration situation similar to that of FIG. 7 of the photographing lens 6 of Example 2 is as shown in the aberration diagram of FIG.

実施例２の場合は、実施例１と後記の実施例４で重視した項目のバランスを取ったものとなっている。すなわち、テレセントリック性を確保しつつ、コンパクト化、画質を考慮している。 In the case of Example 2, the items emphasized in Example 1 and Example 4 described later are balanced. That is, compactness and image quality are taken into consideration while ensuring telecentricity.

実施例３のカメラヘッド光学系の構成は、図５の断面図に示す通りである。この光学系中のカバーガラス１０を含めた撮影レンズ６の数値データは後記する。この光学系は、カバーガラス１０と撮影レンズ６と撮像部７とからなり、撮影レンズ６は、絞りＳと、凸平レンズである第１レンズＬ１と、両凹レンズである第２レンズＬ２と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズである第３レンズＬ３と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズである第４レンズＬ４とからなる。撮像部７は、色分解プリズム１１と、色分解プリズム１１でＲＧＢ３色に色分解された像面に配置されたＣＣＤ１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂとからなる。 The configuration of the camera head optical system of Example 3 is as shown in the sectional view of FIG. Numerical data of the photographing lens 6 including the cover glass 10 in this optical system will be described later. The optical system includes a cover glass 10, a photographing lens 6, and an imaging unit 7. The photographing lens 6 includes a diaphragm S, a first lens L1 that is a convex flat lens, and a second lens L2 that is a biconcave lens. The third lens L3 is a positive meniscus lens having a convex surface facing the image surface side, and the fourth lens L4 is a positive meniscus lens having a convex surface facing the object side. The imaging unit 7 includes a color separation prism 11 and CCDs 12R, 12G, and 12B arranged on an image plane that is color-separated into three colors RGB by the color separation prism 11.

この実施例３の撮影レンズ６の図７同様の収差状況は図９の収差図に示す通りである。 The aberration situation similar to FIG. 7 of the photographic lens 6 of Example 3 is as shown in the aberration diagram of FIG.

実施例３の場合は、光学系のレンズ、特に凸メニスカスレンズの加工性を重視したものとなっている。すなわち、２つの正メニスカスレンズにおいて、各面の曲率半径の差を大きくすることで、加工性の向上を図った。 In the case of Example 3, the workability of an optical lens, particularly a convex meniscus lens, is emphasized. That is, in the two positive meniscus lenses, workability was improved by increasing the difference in the radius of curvature of each surface.

実施例４のカメラヘッド光学系の構成は、図６の断面図に示す通りである。この光学系中のカバーガラス１０を含めた撮影レンズ６の数値データは後記する。この光学系は、カバーガラス１０と撮影レンズ６と撮像部７とからなり、撮影レンズ６は、絞りＳと、凸平レンズである第１レンズＬ１と、両凹レンズである第２レンズＬ２と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズである第３レンズＬ３と、両凸レンズである第４レンズＬ４とからなる。撮像部７は、色分解プリズム１１と、色分解プリズム１１でＲＧＢ３色に色分解された像面に配置されたＣＣＤ１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂとからなる。 The configuration of the camera head optical system of Example 4 is as shown in the sectional view of FIG. Numerical data of the photographing lens 6 including the cover glass 10 in this optical system will be described later. The optical system includes a cover glass 10, a photographing lens 6, and an imaging unit 7. The photographing lens 6 includes a diaphragm S, a first lens L1 that is a convex flat lens, and a second lens L2 that is a biconcave lens. The lens includes a third lens L3 that is a positive meniscus lens having a convex surface facing the image surface side, and a fourth lens L4 that is a biconvex lens. The imaging unit 7 includes a color separation prism 11 and CCDs 12R, 12G, and 12B arranged on an image plane that is color-separated into three colors RGB by the color separation prism 11.

この実施例４の撮影レンズ６の図７同様の収差状況は図１０の収差図に示す通りである。 The aberration situation similar to that of FIG. 7 of the photographing lens 6 of Example 4 is as shown in the aberration diagram of FIG.

実施例４の場合は、光学系のコンパクト化を最も重視し、また、像面湾曲量つまり画質を重視したものとなっている。すなわち、正メニスカスレンズである第３レンズＬ３の凹面の曲率半径を小さくすることで、光線高を上げる効果を大きくして、像面湾曲を他の実施例よりも良く補正している。 In the case of the fourth embodiment, the most important is the downsizing of the optical system, and the emphasis is on the amount of field curvature, that is, the image quality. That is, by reducing the radius of curvature of the concave surface of the third lens L3, which is a positive meniscus lens, the effect of increasing the ray height is increased, and the field curvature is corrected better than in the other embodiments.

以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の他、ｆは全系の焦点距離、ｒ₁、ｒ₂…は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…は各レンズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は各レンズのｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は各レンズのアッベ数である。 In the following, numerical data of each of the above embodiments is shown. Symbols are the above, f is the focal length of the entire system, r ₁ , r ₂ ... Are the curvature radii of the lens surfaces, d ₁ , d ₂ . The distance between the lens surfaces, n _d1 , n _d2 ... Is the refractive index of the d-line of each lens, and ν _d1 , ν _d2 .

実施例１
ｒ₁= ∞ ｄ₁= 0.7 ｎ_d1 =1.7682 ν_d1 =71.79
ｒ₂= ∞ ｄ₂= 6.1
ｒ₃= ∞（絞り）ｄ₃= 1.9
ｒ₄= 10.484 ｄ₄= 3.5 ｎ_d2 =1.788 ν_d2 =47.37
ｒ₅= ∞ ｄ₅= 4.0
ｒ₆= -11.061 ｄ₆= 2.2 ｎ_d3 =1.84666 ν_d3 =23.78
ｒ₇= 11.061 ｄ₇= 2.0
ｒ₈= -22.182 ｄ₈= 3.1 ｎ_d4 =1.72916 ν_d4 =54.68
ｒ₉= -10.691 ｄ₉= 0.54
ｒ₁₀= 13.408 ｄ₁₀= 3.1 ｎ_d5 =1.788 ν_d5 =47.37
ｒ₁₁= -60.966
ｆ＝18.46
（１）Ｌ／ｆ＝ 1.212
（２）ｆ₁／ｆ＝ 0.72
（３）ｒ₁／ｆ＝ 0.57
（４）｜φ₂｜＝ 0.16
（５）｜ＴＷ｜＝ 0.03 °
（６）（ν₃＋ν₄）／２＝51.03 。
Example 1
r ₁ = ∞ d ₁ = 0.7 n _d1 = 1.7682 ν _d1 = 71.79
r ₂ = ∞ d ₂ = 6.1
r ₃ = ∞ (aperture) d ₃ = 1.9
r ₄ = 10.484 d ₄ = 3.5 n _d2 = 1.788 ν _d2 = 47.37
r ₅ = ∞ d ₅ = 4.0
r ₆ = -11.061 d ₆ = 2.2 n _d3 = 1.84666 ν _d3 = 23.78
r ₇ = 11.061 d ₇ = 2.0
r ₈ = -22.182 d ₈ = 3.1 n _d4 = 1.72916 ν _d4 = 54.68
r ₉ = -10.691 d ₉ = 0.54
r ₁₀ = 13.408 d ₁₀ = 3.1 n _d5 = 1.788 ν _d5 = 47.37
r ₁₁ = -60.966
f = 18.46
(1) L / f = 1.212
_{(2) f 1 / f =} 0.72
_{(3) r 1 / f =} 0.57
(4) | φ ₂ | = 0.16
(5) | TW | = 0.03 °
(6) (ν ₃ + ν ₄ ) /2=51.03.

実施例２
ｒ₁= ∞ ｄ₁= 0.7 ｎ_d1 =1.7682 ν_d1 =71.79
ｒ₂= ∞ ｄ₂= 6.1
ｒ₃= ∞（絞り）ｄ₃= 4.0651
ｒ₄= 10.1651 ｄ₄= 2.5831 ｎ_d2 =1.83481 ν_d2 =42.71
ｒ₅= 127.9514 ｄ₅= 3.5
ｒ₆= -17.1888 ｄ₆= 2.2339 ｎ_d3 =1.84666 ν_d3 =23.78
ｒ₇= 8.9058 ｄ₇= 1.9
ｒ₈= -14.2003 ｄ₈= 2.7002 ｎ_d4 =1.7725 ν_d4 =49.6
ｒ₉= -9.3 ｄ₉= 0.9889
ｒ₁₀= 11.2501 ｄ₁₀= 2.7031 ｎ_d5 =1.72916 ν_d5 =54.68
ｒ₁₁= ∞
ｆ＝18.45
（１）Ｌ／ｆ＝ 1.209
（２）ｆ₁／ｆ＝ 0.71
（３）ｒ₁／ｆ＝ 0.55
（４）｜φ₂｜＝ 0.15
（５）｜ＴＷ｜＝ 0.25 °
（６）（ν₃＋ν₄）／２＝52.14 。
Example 2
r ₁ = ∞ d ₁ = 0.7 n _d1 = 1.7682 ν _d1 = 71.79
r ₂ = ∞ d ₂ = 6.1
r ₃ = ∞ (aperture) d ₃ = 4.0651
r ₄ = 10.1651 d ₄ = 2.5831 n _d2 = 1.83481 ν _d2 = 42.71
r ₅ = 127.9514 d ₅ = 3.5
r ₆ = -17.1888 d ₆ = 2.2339 n _d3 = 1.84666 ν _d3 = 23.78
r ₇ = 8.9058 d ₇ = 1.9
r ₈ = -14.2003 d ₈ = 2.7002 n _d4 = 1.7725 ν _d4 = 49.6
r ₉ = -9.3 d ₉ = 0.9889
r ₁₀ = 11.2501 d ₁₀ = 2.7031 n _d5 = 1.72916 ν _d5 = 54.68
r ₁₁ = ∞
f = 18.45
(1) L / f = 1.209
_{(2) f 1 / f =} 0.71
_{(3) r 1 / f =} 0.55
(4) | φ ₂ | = 0.15
(5) | TW | = 0.25 °
(6) (ν ₃ + ν ₄ ) /2=52.14.

実施例３
ｒ₁= ∞ ｄ₁= 0.7 ｎ_d1 =1.7682 ν_d1 =71.79
ｒ₂= ∞ ｄ₂= 6.1
ｒ₃= ∞（絞り）ｄ₃= 4.3292
ｒ₄= 13 ｄ₄= 3.2 ｎ_d2 =1.883 ν_d2 =40.76
ｒ₅= ∞ ｄ₅= 3.1
ｒ₆= -14.1245 ｄ₆= 2.5574 ｎ_d3 =1.84666 ν_d3 =23.78
ｒ₇= 14.7074 ｄ₇= 2.7
ｒ₈= -32.0904 ｄ₈= 3.0913 ｎ_d4 =1.7725 ν_d4 =49.6
ｒ₉= -11.1301 ｄ₉= 1
ｒ₁₀= 13.4383 ｄ₁₀= 3.0947 ｎ_d5 =1.72916 ν_d5 =54.68
ｒ₁₁= 63.8046
ｆ＝18.44
（１）Ｌ／ｆ＝ 1.31
（２）ｆ₁／ｆ＝ 0.80
（３）ｒ₁／ｆ＝ 0.70
（４）｜φ₂｜＝ 0.12
（５）｜ＴＷ｜＝ 0.33 °
（６）（ν₃＋ν₄）／２＝52.14 。
Example 3
r ₁ = ∞ d ₁ = 0.7 n _d1 = 1.7682 ν _d1 = 71.79
r ₂ = ∞ d ₂ = 6.1
r ₃ = ∞ (aperture) d ₃ = 4.3292
r ₄ = 13 d ₄ = 3.2 n _d2 = 1.883 ν _d2 = 40.76
r ₅ = ∞ d ₅ = 3.1
r ₆ = -14.1245 d ₆ = 2.5574 n _d3 = 1.84666 ν _d3 = 23.78
r ₇ = 14.7074 d ₇ = 2.7
r ₈ = -32.0904 d ₈ = 3.0913 n _d4 = 1.7725 ν _d4 = 49.6
r ₉ = -11.1301 d ₉ = 1
r ₁₀ = 13.4383 d ₁₀ = 3.0947 n _d5 = 1.72916 ν _d5 = 54.68
r ₁₁ = 63.8046
f = 18.44
(1) L / f = 1.31
_{(2) f 1 / f =} 0.80
_{(3) r 1 / f =} 0.70
(4) | φ ₂ | = 0.12
(5) | TW | = 0.33 °
(6) (ν ₃ + ν ₄ ) /2=52.14.

実施例４
ｒ₁= ∞ ｄ₁= 0.7 ｎ_d1 =1.7682 ν_d1 =71.79
ｒ₂= ∞ ｄ₂= 6.1
ｒ₃= ∞（絞り）ｄ₃= 1.9
ｒ₄= 8.2 ｄ₄= 3.5 ｎ_d2 =1.7859 ν_d2 =44.2
ｒ₅= ∞ ｄ₅= 2.7
ｒ₆= -10.2063 ｄ₆= 2.2 ｎ_d3 =1.84666 ν_d3 =23.78
ｒ₇= 6.993 ｄ₇= 2.3
ｒ₈= -10.7952 ｄ₈= 2.8 ｎ_d4 =1.51823 ν_d4 =58.9
ｒ₉= -6.3724 ｄ₉= 0.7
ｒ₁₀= 10.8202 ｄ₁₀= 3 ｎ_d5 =1.7725 ν_d5 =49.6
ｒ₁₁= -460.807
ｆ＝18.46
（１）Ｌ／ｆ＝ 1.17
（２）ｆ₁／ｆ＝ 0.57
（３）ｒ₁／ｆ＝ 0.44
（４）｜φ₂｜＝ 0.22
（５）｜ＴＷ｜＝ 0.13 °
（６）（ν₃＋ν₄）／２＝54.25 。
Example 4
r ₁ = ∞ d ₁ = 0.7 n _d1 = 1.7682 ν _d1 = 71.79
r ₂ = ∞ d ₂ = 6.1
r ₃ = ∞ (aperture) d ₃ = 1.9
r ₄ = 8.2 d ₄ = 3.5 n _d2 = 1.7859 ν _d2 = 44.2
r ₅ = ∞ d ₅ = 2.7
r ₆ = -10.2063 d ₆ = 2.2 n _d3 = 1.84666 ν _d3 = 23.78
r ₇ = 6.993 d ₇ = 2.3
r ₈ = -10.7952 d ₈ = 2.8 n _d4 = 1.51823 ν _d4 = 58.9
r ₉ = -6.3724 d ₉ = 0.7
r ₁₀ = 10.8202 d ₁₀ = 3 n _d5 = 1.7725 ν _d5 = 49.6
r ₁₁ = -460.807
f = 18.46
(1) L / f = 1.17
_{(2) f 1 / f =} 0.57
_{(3) r 1 / f =} 0.44
(4) | φ ₂ | = 0.22
(5) | TW | = 0.13 °
(6) (ν ₃ + ν ₄ ) /2=54.25.

以上、本発明のカメラヘッド光学系の撮影レンズは、何れの実施例においても、各条件式（１）〜（６）を満足することにより、良好な性能が得られる。 As described above, the photographic lens of the camera head optical system of the present invention can obtain good performance by satisfying the conditional expressions (1) to (6) in any embodiment.

なお、各実施例において、撮影レンズ６の第１レンズＬ１の前には、平行平板のカバーガラス１０が配置されているが、これはゴミ、塵等がカメラヘッド５内部へ侵入するのを防止するためのものである。また、カバーガラス１０にサファイアを使用し、メタライズ後に半田付けして封止ユニットとすることで、オートクレーブにも対応することができる。この際、サファイアの屈折率が大きく反射率が高いため、カバーガラス１０を図３〜図６に示すように傾けて配置することにより、カバーガラス１０の面での反射光によるゴーストを防止するようにしている。あるいは、サファイア表面に反射防止コートを施しても効果的である。 In each of the embodiments, a parallel flat cover glass 10 is disposed in front of the first lens L1 of the photographing lens 6. This prevents dust, dust, and the like from entering the camera head 5. Is to do. Moreover, it can respond also to an autoclave by using sapphire for the cover glass 10 and soldering after metallization to form a sealing unit. At this time, since the refractive index of sapphire is large and the reflectance is high, the cover glass 10 is inclined as shown in FIGS. 3 to 6 to prevent ghosts caused by reflected light on the surface of the cover glass 10. I have to. Alternatively, it is effective to apply an antireflection coating to the sapphire surface.

一般に、上記実施例のように、撮影レンズ６と撮像部７が一体となっている内視鏡用カメラヘッド５の場合、図１１に示すように、複数の内視鏡（硬性鏡）１₁〜１_nが選択的に接続される内視鏡テレビカメラシステムとなる。なお、以上の本発明のカメラヘッドでは、輝度シェーディングによる光量の低下を撮影レンズをテレセントリックとすることで改善を図っているが、より多くの仕様の異なる複数の内視鏡１₁〜１_nに対応するために、画像処理装置８のＤＳＰ（Digital Signal Processor）にて輝度平均化を行うようにしてもよい。 Generally, in the case of the endoscope camera head 5 in which the photographing lens 6 and the imaging unit 7 are integrated as in the above-described embodiment, a plurality of endoscopes (rigid endoscopes) 1 ₁ as shown in FIG. to 1 _n the endoscope TV camera system is selectively connected. In the above camera head of the present invention have attempted to improve by a telecentric imaging lens a decrease in light intensity by the luminance shading, the more multiple the endoscope 1 ₁ to 1 _n of different specifications In order to cope with this, luminance averaging may be performed by a DSP (Digital Signal Processor) of the image processing apparatus 8.

硬性内視鏡とテレビカメラシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a rigid endoscope and a television camera system. ＣＣＤ相対感度の入射角特性を示す図である。It is a figure which shows the incident angle characteristic of CCD relative sensitivity. 本発明の実施例１のカメラヘッド光学系の断面図である。It is sectional drawing of the camera head optical system of Example 1 of this invention. 本発明の実施例２のカメラヘッド光学系の断面図である。It is sectional drawing of the camera head optical system of Example 2 of this invention. 本発明の実施例３のカメラヘッド光学系の断面図である。It is sectional drawing of the camera head optical system of Example 3 of this invention. 本発明の実施例４のカメラヘッド光学系の断面図である。It is sectional drawing of the camera head optical system of Example 4 of this invention. 本発明の実施例１のカメラヘッド光学系における撮影レンズの収差図である。FIG. 6 is an aberration diagram of the photographing lens in the camera head optical system according to Example 1 of the present invention. 本発明の実施例２のカメラヘッド光学系における撮影レンズの収差図である。It is an aberration diagram of the taking lens in the camera head optical system of Example 2 of the present invention. 本発明の実施例３のカメラヘッド光学系における撮影レンズの収差図である。It is an aberration diagram of the taking lens in the camera head optical system of Example 3 of the present invention. 本発明の実施例４のカメラヘッド光学系における撮影レンズの収差図である。It is an aberration diagram of the taking lens in the camera head optical system of Example 4 of the present invention. 複数の内視鏡と本発明のカメラヘッドを含む内視鏡テレビカメラシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the endoscope television camera system containing a some endoscope and the camera head of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１、１₁〜１_n…硬性鏡（内視鏡）
２…対物レンズ
３…リレーレンズ
４…接眼レンズ
５…カメラヘッド
６…撮影レンズ
７…撮像部
８…画像処理装置
９…モニターテレビ
１０…カバーガラス
１１…色分解プリズム
１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ…ＣＣＤ
Ｓ…絞り
Ｌ１…第１レンズ
Ｌ２…第２レンズ
Ｌ３…第３レンズ
Ｌ４…第４レンズ 1, ₁ 1 _-1 _n ... rigid endoscope (endoscope)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Objective lens 3 ... Relay lens 4 ... Eyepiece lens 5 ... Camera head 6 ... Shooting lens 7 ... Imaging part 8 ... Image processing device 9 ... Monitor television 10 ... Cover glass 11 ... Color separation prism 12R, 12G, 12B ... CCD
S ... Aperture L1 ... First lens L2 ... Second lens L3 ... Third lens L4 ... Fourth lens

Claims

内視鏡の接眼部に取り付けて撮影を行う撮影レンズを備えたカメラヘッドにおいて、前記撮影レンズが、少なくとも物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを持ち、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズとからなり、以下の条件（１）、（２）を満足することを特徴とするカメラヘッド。
（１）１．１＜Ｌ／ｆ＜１．４
（２）０．５５＜ｆ₁／ｆ＜０．８５
ただし、Ｌは第１レンズ第１面から像面までの軸上空気換算長、ｆは撮影レンズ全系の焦点距離、ｆ₁は第１レンズの焦点距離である。 In a camera head having a photographic lens that is attached to an eyepiece of an endoscope and shoots, the photographic lens has a meniscus lens having a concave surface at least on the object side, and has a positive refractive power in order from the object side. A first lens having a negative refractive power, a third lens having a positive refractive power, and a fourth lens having a positive refractive power. The following conditions (1), (2 ) Satisfying the above).
(1) 1.1 <L / f <1.4
(2) 0.55 <f ₁ /f<0.85
Here, L is the axial air-converted length from the first surface of the first lens to the image surface, f is the focal length of the entire taking lens system, and f ₁ is the focal length of the first lens.

前記撮影レンズがさらに以下の条件（３）、（４）を満足することを特徴とする請求項１記載のカメラヘッド。
（３）０．４＜ｒ₁／ｆ＜０．７５
（４）０．１＜｜φ₂｜＜０．３
ただし、ｒ₁は第１レンズの第１面の曲率半径、φ₂は第２レンズの屈折力（ｍｍ^-1）である。 The camera head according to claim 1, wherein the photographing lens further satisfies the following conditions (3) and (4).
(3) 0.4 <r ₁ /f<0.75
(4) 0.1 <| φ ₂ | <0.3
Here, r ₁ is the radius of curvature of the first surface of the first lens, and φ ₂ is the refractive power (mm ⁻¹ ) of the second lens.

前記撮影レンズの撮像部が固体撮像素子を備え、前記固体撮像素子を光軸方向に繰り出すことによってピント調整を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のカメラヘッド。 3. The camera head according to claim 1, wherein an imaging unit of the photographing lens includes a solid-state image sensor, and performs focus adjustment by extending the solid-state image sensor in an optical axis direction.

前記撮影レンズの撮像部は、複数のＣＣＤを含む色分解プリズムユニットからなることを特徴とする請求項３記載のカメラヘッド。 4. The camera head according to claim 3, wherein the imaging unit of the photographing lens includes a color separation prism unit including a plurality of CCDs.