JP2009163256A - Optical system - Google Patents
Optical system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009163256A JP2009163256A JP2009049731A JP2009049731A JP2009163256A JP 2009163256 A JP2009163256 A JP 2009163256A JP 2009049731 A JP2009049731 A JP 2009049731A JP 2009049731 A JP2009049731 A JP 2009049731A JP 2009163256 A JP2009163256 A JP 2009163256A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- observation
- optical system
- lens group
- diverging
- diverging lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
- Endoscopes (AREA)
Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子を用いた撮像光学系において、とくに物体距離を変動しながら拡大をおこなう光学系に関する。 The present invention relates to an imaging optical system using a solid-state imaging device, and particularly to an optical system that performs enlargement while varying an object distance.
近年、小型のＣＣＤ（固体撮像素子）を用いた電子式内視鏡が流行っている。これによれば、体腔内の病変をＴＶモニター上で多人数で観察することができるので、複数の医者で観察および診断が可能であり、また、患者も自分の病変を見ながら診断してもらえるという大なる効果がある。 In recent years, electronic endoscopes using small CCDs (solid-state imaging devices) have become popular. According to this, since the lesion in the body cavity can be observed by a large number of people on the TV monitor, it can be observed and diagnosed by a plurality of doctors, and the patient can be diagnosed while viewing his / her lesion. There is a great effect.
このような内視鏡の中でも、病変部を近接観察してその微細構造を観察することで、微小病変の浸潤の度合いや切除範囲の診断を目的とした、いわゆる拡大内視鏡が注目されている。拡大内視鏡用の光学系には、例えば特許文献１や特許文献２に開示されたものなどがある。これらの光学系は、それぞれ３群式、４群式の拡大光学系であり、大きな観察倍率を得ることができるが、光学系の全長が大きく患者の負担が大きいという問題点がある。
Among such endoscopes, so-called magnified endoscopes have been attracting attention for the purpose of diagnosing the degree of invasion and excision range of minute lesions by closely observing the lesion and observing its microstructure. Yes. Examples of the optical system for the magnifying endoscope include those disclosed in
これに対し、特許文献３や特許文献４に開示されたものでは、２群式の光学系によって光学系全長を短くしている。しかしながら、拡大時の作動距離（以下ＷＤという）が長く拡大率が小さいという欠点がある。また、遠方観察時の視野角２ｗが１００度以下と狭く、病変を発見するのに時間がかかるという欠点もある。現在、近接観察機能をもたないスクリーニング用の単焦点内視鏡は視野角２ｗが１３０度程度であるので、これと同程度の広い画角が望ましい。
On the other hand, in the devices disclosed in Patent Document 3 and
２群式の光学系は全長を短縮することが容易であるが、収斂レンズ群を光軸方向に移動した場合に、遠方観察時と近接観察時における光線高が大きく変動するために、非点収差の変動を抑えることが困難となる。このため、収斂レンズの移動にともない、メリジオナル方向の像面が大きく変動することになる。 Although it is easy to shorten the overall length of the two-group optical system, when the converging lens group is moved in the optical axis direction, the height of the light beam at the far and near observations greatly fluctuates. It becomes difficult to suppress fluctuations in aberration. For this reason, the image plane in the meridional direction largely fluctuates with the movement of the converging lens.
図１（Ａ）に概念図を示す。図中、光線１は遠方観察時の光線であり、光線２は近接観察時の光線である。これから分かるように、光線１は第１発散レンズ群Ｌ1と第２収斂レンズ群Ｌ2の高い位置を通過する。光線１の状態で第１発散レンズ群Ｌ1と第２収斂レンズ群Ｌ2のパワーをバランスさせ、非点収差の発生を０とすると、光線２で光線高が低くなったときに第１発散レンズ群Ｌ1の作用が弱まり、非点収差が補正不足になってしまう。つまり従来の２群式の光学系では収差補正上、収斂レンズ群の移動ストロークを大きくできない。このため、近接観察時のＷＤを短くして光学系倍率を大きくすることが困難となる。
A conceptual diagram is shown in FIG. In the figure,
さらに収斂レンズ群の移動ストロークが小さいことは、遠方観察時の画角を大きくできないことにもつながる。なぜなら、遠方観察時と近接観察時の画角の大きさは相関関係があり、遠方観察時の画角を大きくすると近接観察時の倍率が小さくなってしまうが、ストローク量が小さいと、この拡大倍率の低下を解消することができないからである。 Furthermore, the small movement stroke of the converging lens group also leads to the fact that the angle of view during far-field observation cannot be increased. This is because there is a correlation between the angle of view during distant observation and close-up observation, and if the angle of view during distant observation is increased, the magnification during close-up observation will be reduced. This is because the reduction in magnification cannot be eliminated.
本発明は上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スクリーニング用の単焦点内視鏡並の全長短縮と広視野角を図りつつ、拡大倍率が大きい拡大内視鏡用の光学系を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and the purpose thereof is an enlarged endoscope having a large enlargement magnification while reducing the overall length and wide viewing angle of a single-focus endoscope for screening. It is to provide an optical system for a mirror.
上記目的を達成する本発明の光学系は、物体までのベストフォーカス距離が変動する光学系において、以下の条件（７）、（８）を満足することを特徴とする。
２ｐ／（１．２２λ） ＜ ＦT ＜ ４ｐ／（１．２２λ） ・・・（７）
ＦW ＜ ＦT ・・・（８）
ただし、ＦTは近接観察時の有効Ｆナンバー、ＦWは遠方観察時の有効Ｆナンバー、ｐはＣＣＤの画素ピッチ、λはｄ線の波長（５８７ｎｍ）である。
The optical system of the present invention that achieves the above object satisfies the following conditions (7) and (8) in an optical system in which the best focus distance to an object varies.
2p / (1.22λ) <F T <4p / (1.22λ) (7)
F W <F T (8)
However, the F T is effective F-number in the close observation, F W is the effective F-number in the far viewing, p is the pixel pitch of the CCD, lambda is the d-line wavelength of (587 nm).
また、上記目的を達成する本発明の光学系は、物体までのベストフォーカス距離が変動する光学系において、バリエータよりも像側に干渉フィルタを配置したことを特徴とする。 The optical system of the present invention that achieves the above object is characterized in that an interference filter is disposed on the image side of the variator in the optical system in which the best focus distance to the object varies.
本発明によれば、スクリーニング用の単焦点内視鏡並の全長短縮と広視野角を図りつつ、拡大倍率が大きい拡大内視鏡用の光学系を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical system for a magnifying endoscope having a large magnifying power while reducing the overall length and the wide viewing angle of a single-focus endoscope for screening.
本発明の光学系の実施例の説明に先立ち、本発明の光学系の構成による作用効果を説明する。 Prior to the description of the embodiments of the optical system of the present invention, the effects of the configuration of the optical system of the present invention will be described.
図１（Ｂ）に本発明の概念図を示す。図中、光線３は遠方観察時の光線であり、光線４は近接観察時の光線である。本発明では、２群式を改良し、第２収斂レンズ群Ｌ2のさらに像側に第３発散レンズ群Ｌ3を配置している。
FIG. 1B shows a conceptual diagram of the present invention. In the figure, the light beam 3 is a light beam at the time of remote observation, and the
遠方観察時の光線３は、第１発散レンズ群Ｌ1と、第２収斂レンズ群Ｌ2および第３発散レンズ群Ｌ3のパワーがバランスしているため、非点収差の発生は０である。近接観察時の光線４は第１発散レンズ群Ｌ1における光線高が低くなり凹作用が弱まるが、第２収斂レンズ群Ｌ2の移動にともない第３発散レンズ群Ｌ3における凹作用が強まるため、近接観察時でも非点収差は０に近い。ゆえに第２収斂レンズ群Ｌ2の移動にともなう収差変動を気にすることがなくなり、大きなストローク量をもつことができるのである。この結果、従来の２群式光学系に比べ、近接観察時の作動距離を短くすること、すなわち光学系倍率を大きくすることができる。また、拡大するのに十分なストローク量があるため遠方観察時の画角を大きくすることができる。
The light ray 3 at the time of distant observation has zero astigmatism because the powers of the first diverging lens unit L 1 , the second converging lens unit L 2, and the third diverging lens unit L 3 are balanced. . The
物体側から順に負、正、負の３群よりなる光学系において、第１発散レンズ群および第３発散レンズ群を固定し、第２収斂レンズ群を移動させて倍率β2を変化させたときの物点位置と焦点位置との関係を以下に説明する。 When the first diverging lens group and the third diverging lens group are fixed and the second converging lens group is moved to change the magnification β 2 in the optical system including the negative, positive, and negative three groups in order from the object side. The relationship between the object point position and the focal position will be described below.
なお、第２収斂レンズ群の移動により像面が変動しないとすると、第３発散レンズ群にとっての物点の変動も生じないことになる。すなわち、この光学系の物体距離を説明するにあたり、第３発散レンズ群は無視して説明する。 If the image plane does not fluctuate due to the movement of the second converging lens group, the object point does not fluctuate for the third diverging lens group. That is, in describing the object distance of this optical system, the third diverging lens group will be ignored.
図２において、全系の焦点距離をｆ、第１発散レンズ群Ｌ1、第２収斂レンズ群Ｌ2の焦点距離を各々ｆ1、ｆ2、無限遠観察時の第２収斂レンズ群Ｌ2の倍率をβ2’、第１発散レンズ群Ｌ1から第２収斂レンズ群Ｌ2の後ろ側焦点位置までの距離をＬとすると、ｆおよびＬは、次の式で表される。
ｆ ＝ ｆ1β2’ ・・・（ａ）
Ｌ ＝ ｆ1＋ｆ2（２−β2’−１／β2’） ・・・（ｂ）
In FIG. 2, the focal length of the entire system is f, the focal lengths of the first diverging lens unit L 1 and the second converging lens unit L 2 are f 1 and f 2 , respectively, and the second converging lens unit L 2 at infinity observation. the magnification beta 2 ', and the distance from the first divergent lens group L 1 to the back-side focal position of the second converging lens unit L 2 and L, f and L is expressed by the following equation.
f = f 1 β 2 ′ (a)
L = f 1 + f 2 (2-β 2 '-1 / β 2 ') (b)
周知のように第２収斂レンズ群を移動させてβ2’を変化させると、（ａ）式にしたがって焦点距離ｆが変化し、また（ｂ）式にしたがって焦点位置が変動しβ2’＝−１のときＬは最小になる。 As is well known, when β 2 ′ is changed by moving the second converging lens group, the focal length f changes according to equation (a), and the focal position fluctuates according to equation (b), and β 2 ′ = When -1, L is minimum.
上の説明は物体側を基準にして考察した場合であるが、実際の観察においては像位置は固定である。そのため像位置を基準にして考えると、特定の像位置に対する第２収斂レンズ群Ｌ2の倍率β2’が−１のときに、この像位置と結像関係にある物体距離が最小になる。 The above explanation is a case where the object side is considered as a reference, but the image position is fixed in actual observation. Therefore, considering the image position as a reference, when the magnification β 2 ′ of the second converging lens unit L 2 with respect to a specific image position is −1, the object distance in the image formation relation with this image position is minimized.
任意のβ2’に対する第１発散レンズ群Ｌ1の前側焦点位置から物体までの距離をｘ、β2’＝−１のときの距離をｘ0とすると、ｘは次の式にて表せる。
ｘ ＝ ｛１／ｘ0−ｆ2・（２＋β2’＋１／β2’）／ｆ1 2｝-1 ・・・（ｃ）
ただし、ｘは第２図に示す配置において左方向を負とする。なお物点距離に関しては、以後上記の符号にしたがうものとする。
If the distance from the front focal position of the first diverging lens unit L 1 to the object with respect to an arbitrary β 2 ′ is x, and the distance when β 2 ′ = −1 is x 0 , x can be expressed by the following equation.
x = {1 / x 0 −f 2 · (2 + β 2 ′ + 1 / β 2 ′) / f 1 2 } −1 (c)
However, x is negative in the left direction in the arrangement shown in FIG. In addition, regarding the object distance, it shall follow the above-mentioned code | symbol from now on.
またｘ、β2’を特定の状態に設定して像位置を固定すると、その状態で第２収斂レンズ群を動かしてβ2’を変化させたときのｘを求めることができる。β2’＝β2W’のときのｘをｘWとすると、（ｃ）式は次の（ｄ）式のように変形できる。
ｘ ＝ ｛ｆ2・（β2W’＋１／β2W’−β2’−１／β2’）／ｆ1 2＋１／ｘW｝-1 ・・・（ｄ）
Further, when x and β 2 ′ are set in a specific state and the image position is fixed, x can be obtained when β 2 ′ is changed by moving the second converging lens group in that state. When x when β 2 ′ = β 2W ′ is x W , the equation (c) can be transformed as the following equation (d).
x = {f 2 · (β 2W '+ 1 / β 2W ' −β 2 '-1 / β 2 ') / f 1 2 + 1 / x W } -1 (d)
このときのｘ0をｘ0Wとすると、ｘ0Wは次の（ｅ）式にて求めることができる。
ｘ0W ＝ ｛１／ｘW＋ｆ2・（２＋β2W’＋１／β2W’）／ｆ1 2｝-1 ・・・（ｅ）
When the x 0 at this time is x 0 W, x 0 W can be determined in the next equation (e).
x 0W = {1 / x W + f 2 · (2 + β 2W '+ 1 / β 2W ') / f 1 2 } -1 (e)
図３は（ｄ）式の関係を表すグラフである。なお、このグラフで縦軸は−ｘ、横軸は−β2’をとっている。このグラフから、ｘ＝ｘWのときβ2’＝β2W’となる状態を設定した場合、ｘ≦ｘ0Wの任意の物点に対してフォーカシングが可能になる。またｘ≦ｘ0Wの任意の物点に対しβ2’はβ2’＝−１をはさんで両側に各々一つの解が存在する。 FIG. 3 is a graph showing the relationship of equation (d). In this graph, the vertical axis represents −x and the horizontal axis represents −β 2 ′. From this graph, if you set the condition to be β 2 '= β 2W' when x = x W, allowing focusing to any object point x ≦ x 0W. For any object point with x ≦ x 0 W , β 2 ′ has one solution on each side across β 2 ′ = −1.
次に焦点距離の比について述べる。β2とβ2’とは通常異なり、両者の関係を示すと次の（ｆ）式のとおりである。
β2’ ＝ β2／｛１−ｆ1／ｆ2β｝ ・・・（ｆ）
ただし、βは像位置に対応した物点における第１発散レンズ群と第２収斂レンズ群の倍率である。
Next, the focal length ratio will be described. β 2 and β 2 ′ are usually different, and the relationship between the two is as shown in the following equation (f).
β 2 ′ = β 2 / {1-f 1 / f 2 β} (f)
Where β is the magnification of the first diverging lens group and the second converging lens group at the object point corresponding to the image position.
全系の倍率が十分小さければ、（ｆ）式はβ2’≒β2と近似でき、（ａ）式はｆ≒ｆ1β2’となる。したがって、β2’≒β2W’における焦点距離ｆWに対する、任意のβ2’における焦点距離の比γは、全系の倍率があまり大きくならない範囲ではおよそ次の（ｇ）式で表されると考えてよい。
γ ＝ ｆ／ｆW ≒ β2’／β2W’ ・・・（ｇ）
If the magnification of the entire system is sufficiently small, the expression (f) can be approximated as β 2 ′ ≈β 2, and the expression (a) becomes f≈f 1 β 2 ′. Therefore, with respect to the focal length f W of the β 2 '≒ β 2W', the ratio of the focal length γ in any beta 2 ', the magnification of the entire system is represented by approximately: (g) expression in a range of not so large You may think.
γ = f / f W ≒ β 2 '/ β 2W ' (g)
ｆ1、ｆ2を固定させ、第２収斂レンズ群を動かしてβ2’を二つの状態に変化させて焦点距離を変える場合、短焦点の状態における物点距離と第２収斂レンズ群の倍率とを各々W、β2W’、長焦点の状態における物点距離と第２収斂レンズ群の倍率を各々ｘT、β2T’とすると、本発明は
−１．３ ＜ β2T ＜ β2W ・・・（１）
の条件を満足するため、物体までの距離ｘの変動が少ない。このときβ2W＜β2Tとすると、長焦点時の物体までの距離が、短焦点時のそれよりも大きくなってしまう。通常、短焦点時は、観察対象の物体を検査するので物体は遠くにあり、長焦点時は近くに寄って近接観察するため、β2T＜β2Wの条件を満足する必要がある。
When f 1 and f 2 are fixed and the second converging lens unit is moved to change the focal length by changing β 2 ′ to two states, the object distance in the short focal state and the magnification of the second converging lens unit Are W , β 2W ′, the object distance in the long focus state, and the magnification of the second converging lens group are x T , β 2T ′, respectively, −1.3 <β 2T <β 2W · (1)
Therefore, the distance x to the object varies little. At this time, if β 2W <β 2T , the distance to the object at the long focus is larger than that at the short focus. Usually, the object to be observed is inspected at the time of the short focus, and the object is far away. At the time of the long focus, the object is closer to the object, so it is necessary to satisfy the condition of β 2T <β 2W .
また、短焦点から長焦点へ拡大をおこなっていったときに、β2T＝−１の状態で、最も物体までの距離が短くなるが、さらに第２収斂レンズ群を移動させると、逆に作動距離が遠ざかっていくことになってしまう。遠ざかる量がある程度小さければ気にならないが、β2T＜−１．３程度の範囲では使い勝手が悪くなってくる。そこで本発明では、−１．３＜β2Tなる条件を付加している。 In addition, when the magnification from the short focus to the long focus is performed, the distance to the object becomes the shortest in the state of β 2T = −1, but when the second converging lens group is further moved, the operation is reversed. The distance will go away. If the amount to move away is small to some extent, it will not be noticed, but in the range of β 2T <−1.3, the usability becomes worse. Therefore, in the present invention, a condition of −1.3 <β 2T is added.
ただし、このままでは、γ＝β2T’／β2W’の比を大きくとることができず倍率が小さいので、第３発散レンズ群によって拡大し、全系倍率を大きくする必要がある。このため、本発明では、
１ ＜ │β3T│ ・・・（２）
なる条件を付加した。第３発散レンズ群は拡大系であることが発明の主旨であるので、等倍より大きい必要がある。
However, in this state, the ratio of γ = β 2T ′ / β 2W ′ cannot be made large, and the magnification is small. Therefore, it is necessary to enlarge by the third diverging lens group and increase the total system magnification. For this reason, in the present invention,
1 <│β 3T │ (2)
The following conditions were added. Since the gist of the invention is that the third diverging lens group is a magnifying system, it must be larger than the same magnification.
さらに条件（２）に代えて以下の条件（２’）を満足することが好ましい。
１．５ ＜ │β3T│ ・・・（２’）
Furthermore, it is preferable to satisfy the following condition (2 ′) instead of condition (2).
1.5 <│β 3T │ (2 ')
本発明はさらに、第３収斂レンズ群が、少なくとも物体側に向けた凹面を有することで、より効果的に目的を達成することが可能である。内視鏡には先端に付着した粘液等を水流で洗い流す機能が必要であるが、第１発散レンズ群の外表面が凹面であると水がたまって観察不能状態となる。ゆえに外表面は平面か凸面であることが望ましい。一方、第１発散レンズ群は、広角化をおこなうために、凹のパワーが必要であるので、結局第１発散レンズ群は、像側に向いた凹面を有することになる。この第１発散レンズ群と、絞りに対して対称形になるように第３発散レンズ群の形状を工夫すると、非点収差およびコマ収差の発生を抑えるのに都合がよい。この結果、少ない枚数で光学系を実現することができ、コストと短い光路長の面で望ましい。 The present invention can achieve the object more effectively by having the third converging lens group has a concave surface directed toward at least the object side. The endoscope needs to have a function of washing mucus or the like attached to the tip with a water flow, but if the outer surface of the first diverging lens group is concave, water accumulates and the observation becomes impossible. Therefore, it is desirable that the outer surface be flat or convex. On the other hand, since the first diverging lens group requires concave power in order to widen the angle, the first diverging lens group eventually has a concave surface facing the image side. Devising the shape of the first diverging lens group and the third diverging lens group so as to be symmetric with respect to the stop is advantageous for suppressing the generation of astigmatism and coma. As a result, an optical system can be realized with a small number of sheets, which is desirable in terms of cost and a short optical path length.
このときの、第１発散レンズ群の凹面と第３発散レンズ群の凹面との望ましい関係について以下に述べる。
１ ＜ ｜Ｒ1／Ｒ3｜ ＜ ３ ・・・（３）
ただし、Ｒ1は第１発散レンズ群における像側に向いた凹面のうち曲率半径がもっとも小さい凹面の曲率半径、Ｒ3は第３発散レンズ群における物体側に向いた凹面のうち曲率半径がもっとも小さい凹面の曲率半径である。
A desirable relationship between the concave surface of the first diverging lens group and the concave surface of the third diverging lens group at this time will be described below.
1 <| R 1 / R 3 | <3 ··· (3)
However, R 1 is the radius of curvature of the concave surface with the smallest radius of curvature among the concave surfaces facing the image side in the first diverging lens group, and R 3 is the radius of curvature of the concave surface facing the object side in the third diverging lens group. The radius of curvature of the small concave surface.
Ｒ1とＲ3とは、非点収差を補正し合うために適切な関係でなければならないが、このバランスが条件（３）の下限を下回ると、Ｒ1の曲率半径が不必要に小さくなりバックフォーカスが長くなるので、全長の増加をまねく。逆に条件（３）の上限を上回ると、Ｒ1の曲率が大きくなりすぎ、当初の狙いである非点収差を補正することが困難になる。 R 1 and R 3 must be in an appropriate relationship for correcting astigmatism, but if this balance falls below the lower limit of condition (3), the radius of curvature of R 1 becomes unnecessarily small. Since the back focus becomes longer, the total length increases. On the contrary, if the upper limit of the condition (3) is exceeded, the curvature of R 1 becomes too large, and it becomes difficult to correct astigmatism that is the initial aim.
さらに、第３発散レンズ群の焦点距離ｆ3に関する望ましい条件を説明する。
−５ ＜ ｆ3／ｆW＜ −１ ・・・（４）
ただし、ｆ3は第３発散レンズ群の焦点距離、ｆWは第１発散レンズ群から第３発散レンズ群までの遠方観察時における焦点距離である。
Furthermore, desirable conditions regarding the focal length f 3 of the third diverging lens group will be described.
−5 <f 3 / f W <−1 (4)
Here, f 3 is a focal length of the third diverging lens group, and f W is a focal length at the time of remote observation from the first diverging lens group to the third diverging lens group.
第３発散レンズ群は収差を補正するために、物体側に向いた凹面をもつ。この曲率半径をなるべく小さくする方が非点収差の補正上有利であるが、条件（４）の上限を上回ってパワーを強くすると、全長が延びてしまい、本来の目的である全長の短縮が図れなくなってくる。また逆に条件（４）の下限を下回ってパワーが弱くなると、第２収斂レンズ群の移動時に収差が補正されている範囲が小さくなり、第２収斂レンズ群のストローク量を大きくとれなくなってくる。条件（４）は、以上の性質を加味して、実用上許せる範囲で規定した条件である。 The third diverging lens group has a concave surface facing the object side in order to correct aberration. Although it is advantageous for correcting astigmatism to make the radius of curvature as small as possible, if the power is increased beyond the upper limit of the condition (4), the total length will be extended, and the original purpose, the total length can be shortened. It will disappear. On the other hand, if the power becomes weaker than the lower limit of the condition (4), the range in which the aberration is corrected when the second converging lens unit is moved becomes small, and the stroke amount of the second converging lens unit cannot be increased. . Condition (4) is a condition defined within a practically allowable range, taking the above properties into consideration.
本発明はさらに、第３発散レンズ群中に、少なくとも凸の作用をもつ面を含むことで、より効果的に目的を達成することが可能である。第３発散レンズ群は、物体側に向けた強い凹面を少なくとももち、第１発散レンズ群および第２収斂レンズ群による像を拡大する作用をもつが、凹のパワーが小さい方が、バックフォーカスが延びないため、全長のコンパクト化という意味で望ましい。すなわち、第３発散レンズ群中に凸のパワーを配して凹のパワーを打ち消すようにする必要がある。また、凸の面が存在すると、非点収差の補正をおこなうにあたり微調整をおこないやすく好ましい。特に凸の面が像側を向いていると収差補正上好ましい。 The present invention can achieve the object more effectively by including at least a surface having a convex action in the third divergent lens group. The third diverging lens group has at least a strong concave surface directed toward the object side, and has an action of enlarging an image by the first diverging lens group and the second converging lens group. Since it does not extend, it is desirable in terms of making the entire length compact. That is, it is necessary to dispose the concave power by providing a convex power in the third diverging lens group. Further, it is preferable that a convex surface is present because it is easy to make fine adjustments when correcting astigmatism. In particular, it is preferable in terms of aberration correction that the convex surface faces the image side.
さらに、第３発散レンズ群の凹作用をもつ面の形状と、凸作用をもつ面の形状との望ましい関係について以下に述べる。
−０．１ ＜ ０．５・ｈ3・（１／（｜ｒ31｜＋ｄ3）−１／｜ｒ32｜） ＜ ０．３ ・・・（５）
ただし、ｈ3は第３発散レンズ群を通る最も高い光線高、ｒ31は第３発散レンズ群中の物体側を向いたの凹の面の曲率半径、ｒ32は第３発散レンズ群中の像面を向いた凸の面の曲率半径、ｄ3は第３発散レンズ群の中肉厚である。
Furthermore, a desirable relationship between the shape of the surface having the concave action of the third diverging lens group and the shape of the surface having the convex action will be described below.
−0.1 <0.5 · h 3. (1 / (| r 31 | + d 3 ) −1 / | r 32 |) <0.3 (5)
Where h 3 is the highest ray height passing through the third diverging lens group, r 31 is the radius of curvature of the concave surface of the third diverging lens group facing the object side, and r 32 is the third diverging lens group. radius of curvature of the convex facing the image plane, d 3 is the medium thickness of the third diverging lens unit.
前述のごとく、第３発散レンズ群中の凸作用と凹作用をバランスさせていくと、曲率差の小さいレンズ形状となっていく。条件（５）は、そのレンズ形状をレンズ加工の面から条件化したものである。条件（５）の下限を下回ると、実際のレンズ加工をおこなう場合に、レンズの芯取りが困難になり歩留まりが劣化し、コストが高くなる。逆に、条件（５）の上限を上回ると、加工性は楽になるが、第３発散レンズ群中の凸作用と凹作用とのバランスが悪くなり、非点収差の補正が困難になってくる。 As described above, when the convex action and the concave action in the third divergent lens group are balanced, the lens shape has a small curvature difference. Condition (5) is that the lens shape is conditioned from the viewpoint of lens processing. If the lower limit of the condition (5) is not reached, when actual lens processing is performed, the centering of the lens becomes difficult, the yield deteriorates, and the cost increases. On the contrary, if the upper limit of the condition (5) is exceeded, the workability becomes easier, but the balance between the convex action and the concave action in the third divergent lens group becomes worse, and correction of astigmatism becomes difficult. .
本発明はまた、第２収斂レンズ群が、明るさ絞りを収斂レンズにより挟む構成とすることで、より効果的に目的を達成することが可能である。第２収斂レンズ群は、結像作用をもつために強い凸のパワーが必要である。そこで、第２収斂レンズ群の構成を、凸、明るさ絞り、凸とすることで、全体として強い凸パワーをもたせつつ、絞りに対して対称形の配置にし、非点収差およびコマ収差の発生を抑えることができる。この結果、やはり少ない枚数で光学系を実現することができ、コストと短い光路長の面で望ましい。 In the present invention, the second converging lens group can achieve the object more effectively by adopting a configuration in which the aperture stop is sandwiched between the converging lenses. The second convergent lens group needs a strong convex power in order to have an image forming action. Therefore, the configuration of the second convergent lens group is convex, brightness stop, and convex so that the entire converging lens group has a strong convex power and is symmetrically arranged with respect to the stop to generate astigmatism and coma. Can be suppressed. As a result, an optical system can be realized with a small number of sheets, which is desirable in terms of cost and a short optical path length.
このときの、第２収斂レンズ群の望ましい関係について以下に述べる。
０．９ ＜ ｆ2／ｆW ＜ ２ ・・・（６）
ただし、ｆ2は第２発散レンズ群の焦点距離、ｆWは第１発散レンズ群から第３発散レンズ群までの遠方観察時における焦点距離である。
A desirable relationship of the second convergent lens group at this time will be described below.
0.9 <f 2 / f W < 2 ··· (6)
Here, f 2 is the focal length of the second diverging lens group, and f W is the focal length during the distance observation from the first diverging lens group to the third diverging lens group.
第２収斂レンズ群は、本光学系中で唯一の結像系である。このため、全焦点距離に対する第２収斂レンズ群のパワーも、光学系全長すなわち光学系第１面から結像面までの長さへの寄与が大きい。全長の観点ではｆ2は短いほど良いが、条件（６）の下限を下回る程度に短いと球面収差の発生を抑えることが困難となる。逆に、条件（６）の上限を上回ると全長の増加をまねいてしまう。本条件は、以上の性質を加味して、実用上許せる範囲で規定した条件である。 The second converging lens group is the only imaging system in the present optical system. For this reason, the power of the second convergent lens group with respect to the total focal length also greatly contributes to the total length of the optical system, that is, the length from the optical system first surface to the imaging surface. From the viewpoint of the total length, f 2 is preferably as short as possible, but if it is short enough to fall below the lower limit of condition (6), it will be difficult to suppress the occurrence of spherical aberration. On the contrary, if the upper limit of the condition (6) is exceeded, the total length is increased. This condition is a condition defined within a practically allowable range taking the above properties into consideration.
また最近では、ＣＣＤの多画素化、小型化が進み、内視鏡への適用が考え始められている。このような画素数の多いＣＣＤを前述の拡大式の内視鏡へ適用すると、より細かな生体観察が可能であるため診断能的に有利である。しかし拡大内視鏡光学系をそのまま適用すると、近接観察時のＦナンバーが大きいため、回折現象による画像の劣化が生ずるという問題がある。この問題を回避するために、近接観察時のＦナンバーが小さくなるように設計的に絞り径を大きくすると、遠方観察（ワイド）時のＦナンバーも小さくなってしまう。 Recently, as the number of pixels of a CCD has been increased and the size has been reduced, application to an endoscope has been started. When such a CCD with a large number of pixels is applied to the above-described magnifying endoscope, it is advantageous in terms of diagnosis because it enables finer biological observation. However, when the magnifying endoscope optical system is applied as it is, there is a problem in that the F number at the time of close-up observation is large, so that the image is deteriorated due to the diffraction phenomenon. In order to avoid this problem, if the aperture diameter is designed to be large so that the F-number during close-up observation is small, the F-number during remote observation (wide) also decreases.
内視鏡としての使い勝手として、遠方観察時は微細病変を探しているときなので、近い物体から遠くの物体までにピントがあっていること、すなわちＦナンバーが大きく、広い被写界深度を有していることが望ましい。本発明は上記の相反する二つの課題を解決する拡大内視鏡光学系も提供するものである。 As an endoscope, because it is when looking for a fine lesion during distant observation, it is in focus from a close object to a distant object, that is, has a large F number and a wide depth of field. It is desirable that The present invention also provides a magnifying endoscope optical system that solves the above two conflicting problems.
上記課題は、物体までのベストフォーカス距離が変動する光学系において、以下の条件（７）、（８）を同時に満足することで解決できる。
２ｐ／（１．２２λ） ＜ ＦT＜４ｐ／（１．２２λ） ・・・（７）
ＦW ＜ ＦT ・・・（８）
ただし、ＦTは近接観察時の有効Ｆナンバー、ＦWは遠方観察時の有効Ｆナンバー、ｐはＣＣＤの画素ピッチ、λはｄ線の波長（５８７ｎｍ）である。
The above problem can be solved by satisfying the following conditions (7) and (8) simultaneously in an optical system in which the best focus distance to the object varies.
2p / (1.22λ) <F T <4p / (1.22λ) (7)
F W <F T (8)
However, the F T is effective F-number in the close observation, F W is the effective F-number in the far viewing, p is the pixel pitch of the CCD, lambda is the d-line wavelength of (587 nm).
図４は、明るさ絞りＳ以降にバリエータが存在する場合に、像側より逆追跡した構成を単純化して示した図である。図４（Ａ）は遠方物体を観察する場合であり、図４（Ｂ）は拡大観察時に明るさ絞りも同時に移動した場合を示す。この図から瞳の結像倍率をｍとすると、ｍは以下の式で表される。
ｍ ＝ Ｏ’Ｈ’／ＯＨ ＝ φE／φ0 ＝ ｆ／｜ｘ｜ ・・・（ｈ）
ただし、ＯＨは明るさ絞り径φ0の半径、Ｏ’Ｈ’は入射瞳径φEの半径、ｆは図における光学系の焦点距離、ｘは明るさ絞り位置から前側焦点位置ｆFまでの距離である。
FIG. 4 is a diagram showing a simplified configuration in which the back tracking is performed from the image side when a variator is present after the aperture stop S. FIG. FIG. 4A shows a case where a distant object is observed, and FIG. 4B shows a case where the aperture stop is moved simultaneously during magnified observation. From this figure, if the imaging magnification of the pupil is m, m is expressed by the following equation.
m = O′H ′ / OH = φ E / φ 0 = f / | x | (h)
However, OH is the radius of the aperture stop diameter φ 0 , O′H ′ is the radius of the entrance pupil diameter φ E , f is the focal length of the optical system in the figure, and x is the distance from the aperture stop position to the front focus position f F. Distance.
次に、遠方観察時の有効ＦナンバーをＦW、拡大観察時の有効Ｆナンバーを、明るさ絞りが固定の場合をＦT(F)、バリエータと同時に動く場合をＦT(M)とすると、以下の式が成り立つ。
ＦW ＝ ｆW／φE，
ＦT(F) ＝ ｆT／φE，
ＦT(M) ＝ ｆT／φE’，
・・・（ｉ）
Next, suppose that the effective F-number for distant observation is F W , the effective F-number for magnified observation is F T (F) when the aperture stop is fixed, and F T (M) when it moves simultaneously with the variator. The following equation holds.
F W = f W / φ E ,
F T (F) = f T / φ E ,
F T (M) = f T / φ E ',
... (i)
明るさ絞りＳが、図４（Ｂ）のように移動した場合の瞳の結像倍率ｍ’は次のとおりである。
ｍ’ ＝ Ｏ”Ｈ”／ＯＨ ＝ φE’／φ0 ＝ ｆ／｜ｘ1｜ ・・・（ｊ）
したがって、｜ｘ1｜＜｜ｘ｜より、ｍ＜ｍ’、φE＜φE’ゆえにＦT(M)＜ＦT(F)。
The imaging magnification m ′ of the pupil when the aperture stop S is moved as shown in FIG. 4B is as follows.
m ′ = O ″ H ″ / OH = φ E ′ / φ 0 = f / | x 1 | (j)
Therefore, from | x 1 | <| x |, m <m ′ and φ E <φ E ′, so that F T (M) <F T (F) .
またＦT(M)は、｜β3T／β3W｜＝ｎとおくと、次のように表される。
ＦT(M) ＝ ｍ・ｎ・ＦW／ｍ’ ・・・（ｋ）
Further, FT (M) is expressed as follows when | β 3T / β 3W | = n.
F T (M) = m · n · F W / m ′ (k)
今、入射瞳係数の変動比を上回る十分な変倍比ｎがあることから、上式から以下の関係が成り立つ。
ＦW ＜ ＦT(M) ＜ ＦT(F) ・・・（ｍ）
Since there is a sufficient zoom ratio n that exceeds the fluctuation ratio of the entrance pupil coefficient, the following relationship is established from the above equation.
F W <F T (M) <F T (F) (m)
このことから、明るさ絞りが固定されているよりも、バリエータと同時に動いた方が、拡大観察時のＦナンバーを小さくしつつ且つ遠方観察時のＦナンバーを大きくすることが可能である。 For this reason, it is possible to increase the F-number at the time of far-field observation while decreasing the F-number at the time of magnification observation, when moving at the same time as the variator, rather than fixing the aperture stop.
一方、光学系の解像限界周波数ｆrは例えば、レーリーによる回折限界として以下の式にて与えられる。
ｆr ＝ １／（１．２２・λ・Ｆｎｏ） ［本／ｍｍ］ ・・・（ｎ）
ただし、λは波長で、通常５８７ｎｍ、Ｆｎｏは光学系の有効Ｆナンバーである。
On the other hand, a resolution limit frequency f r of the optical system, for example, given by the following equation as a diffraction limit by Rayleigh.
f r = 1 / (1.22 · λ · Fno) [lines / mm] (n)
Where λ is the wavelength, usually 587 nm, and Fno is the effective F number of the optical system.
一方、ＣＣＤが物体情報として再現できる限界周波数ｆnは、サンプリング理論のナイキストレートとして表され、以下の式のようになる。
ｆn ＝ １／（２・ｋ・ｐ） ・・・（ｏ）
ただし、ｐはＣＣＤの画素ピッチ、ｋは電気系の係数である。ｋは理想的にはｋ＝１であるが、電気処理の都合上ＣＣＤの能力を生かせない場合に、
１ ＜ ｋ ＜ ２ ・・・（ｐ）
の値となりうる。ナイキスト定理から、ｋ＜１とはなり得ないし、２＜ｋだと電気系の性能が悪すぎ、画素数を多くする意味がない。式（ｏ）、（ｐ）から、
１／（４・ｐ） ＜ ｆn ＜ １／（２・ｐ） ・・・（ｑ）
On the other hand, the limit frequency f n that the CCD can reproduce as object information is expressed as a Nyquist rate in sampling theory and is expressed by the following equation.
f n = 1 / (2 · k · p) (o)
Here, p is the pixel pitch of the CCD, and k is a coefficient of the electrical system. k is ideally k = 1, but when the power of the CCD cannot be utilized for the convenience of electrical processing,
1 <k <2 (p)
Can be the value of From the Nyquist theorem, k <1 cannot be satisfied, and if 2 <k, the performance of the electrical system is too bad, and there is no point in increasing the number of pixels. From equations (o) and (p),
1 / (4 · p) <f n <1 / (2 · p) (q)
ところで、なるべく高画質を生かしながら、回折限界による画像のボケが画素数の多いＣＣＤでも検知できずボケとして認識されないためには、以下の式を満足する必要がある。
ｆn ＝ｆr ・・・（ｒ）
変形して、
ｆn ＝ １／（１．２２・λ・Ｆｎｏ） ・・・（ｓ）
By the way, in order to prevent the image blur due to the diffraction limit from being detected by the CCD having a large number of pixels and not recognized as a blur while making the best possible picture quality, it is necessary to satisfy the following equation.
f n = f r (r)
Deformed,
f n = 1 / (1.22 · λ · Fno) (s)
式（ｑ）、（ｓ）から、
２ｐ／（１．２２λ） ＜ Ｆｎｏ ＜４ｐ／（１．２２λ） ・・・（１０）
したがって、高画質用ＣＣＤに対応した内視鏡用の光学系として、条件（８）を満足するような拡大観察時のＦナンバーを満足すればよい。
From equations (q) and (s),
2p / (1.22λ) <Fno <4p / (1.22λ) (10)
Therefore, it is only necessary to satisfy the F-number at the time of magnification observation that satisfies the condition (8) as an optical system for an endoscope corresponding to a high-quality CCD.
以上まとめると、高画質用ＣＣＤに対応した拡大内視鏡用の光学系が、条件（７）（式（ｍ））、（８）を満足すればよい。 In summary, the optical system for the magnifying endoscope corresponding to the high-quality CCD only needs to satisfy the conditions (7) (formula (m)) and (8).
以下に、本発明の光学系の実施形態について説明する。本発明の実施例１〜９のレンズ断面図を図５〜図１３に、収差図を図１８〜図２７に示す。レンズ断面図においては曲率半径をｒ1、ｒ2、・・・、面間隔をｄ1、ｄ2、・・・で表している。またレンズデータは以下のとおりである。物体距離によって変化する面間隔は「（遠方観察時の面間隔）〜（近接観察時の面間隔）」と記載している。 Hereinafter, embodiments of the optical system of the present invention will be described. Lens cross-sectional views of Examples 1 to 9 of the present invention are shown in FIGS. 5 to 13, and aberration diagrams are shown in FIGS. In the lens cross-sectional view, the radius of curvature is represented by r 1 , r 2 ,..., And the surface spacing is represented by d 1 , d 2 ,. The lens data is as follows. The surface interval that varies depending on the object distance is described as “(surface interval during distant observation) to (surface interval during close-up observation)”.
（実施例１）
面番 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1 ∞ 0.3021 1.88300 40.78
2 0.9265 0.3879
3 ∞ 0.1492 1.52287 59.89
4 ∞ 0.5856〜0.2611
5 2.4685 0.3357 1.80100 34.97
6 -2.4685 0.2914
7 ∞ 0.2984 1.51400 75.00
8 ∞（絞り） 0.3170
9 ∞ 0.3916 1.74400 44.78
10 -0.8146 0.2163〜0.5409
11 -0.5602 0.2238 1.75520 27.51
12 ∞ 0.5595 1.75500 52.32
13 -1.1197 1.2876
14 ∞（像面）
Example 1
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index Abbe number
1 ∞ 0.3021 1.88300 40.78
2 0.9265 0.3879
3 ∞ 0.1492 1.52287 59.89
4 ∞ 0.5856〜0.2611
5 2.4685 0.3357 1.80 100 34.97
6 -2.4685 0.2914
7 ∞ 0.2984 1.51400 75.00
8 ∞ (Aperture) 0.3170
9 ∞ 0.3916 1.74400 44.78
10 -0.8146 0.2163〜0.5409
11 -0.5602 0.2238 1.75520 27.51
12 ∞ 0.5595 1.75500 52.32
13 -1.1197 1.2876
14 ∞ (image plane)
（実施例２）
面番 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1 ∞ 0.3214 1.88300 40.78
2 0.8888 0.5016
3 ∞ 0.1592 1.52287 59.89
4 ∞ 0.3878〜0.1892
5 ∞ 0.4776 1.88300 40.76
6 -1.6329 0.6010
7 ∞ 0.2468 1.51400 75.00
8 ∞（絞り） 0.2399
9 6.9360 0.5174 1.75500 52.32
10 -0.8236 0.2388〜0.4321
11 -0.5590 0.1990 1.78470 26.29
12 ∞ 0.5970 1.76200 40.10
13 -1.2736 1.3435
14 ∞（像面）
(Example 2)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index Abbe number
1 ∞ 0.3214 1.88300 40.78
2 0.8888 0.5016
3 ∞ 0.1592 1.52287 59.89
4 ∞ 0.3878-0.1892
5 ∞ 0.4776 1.88300 40.76
6 -1.6329 0.6010
7 ∞ 0.2468 1.51400 75.00
8 ∞ (Aperture) 0.2399
9 6.9360 0.5174 1.75500 52.32
10 -0.8236 0.2388〜0.4321
11 -0.5590 0.1990 1.78470 26.29
12 ∞ 0.5970 1.76200 40.10
13 -1.2736 1.3435
14 ∞ (image plane)
（実施例３）
面番 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1 ∞ 0.3232 1.88300 40.78
2 1.0879 1.7560〜1.1615
3 1.8643 0.3887 1.76200 40.10
4 -3.6291 0.4390
5 ∞（絞り） 0.3810
6 2.4647 0.2014 1.84666 23.78
7 0.9172 0.6585 1.51633 64.14
8 -0.8866 0.1945〜0.8315
9 -0.8937 0.2593 1.51633 64.14
10 -498.8448 0.4802
11 3.2015 1.1000 1.75700 47.82
12 ∞（像面）
(Example 3)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index Abbe number
1 ∞ 0.3232 1.88300 40.78
2 1.0879 1.7560〜1.1615
3 1.8643 0.3887 1.76200 40.10
4 -3.6291 0.4390
5 ∞ (Aperture) 0.3810
6 2.4647 0.2014 1.84666 23.78
7 0.9172 0.6585 1.51633 64.14
8 -0.8866 0.1945〜0.8315
9 -0.8937 0.2593 1.51633 64.14
10 -498.8448 0.4802
11 3.2015 1.1000 1.75700 47.82
12 ∞ (image plane)
（実施例４）
面番 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1 ∞ 0.3197 1.88300 40.78
2 1.1746 1.5903〜0.9025
3 1.9624 0.4370 1.84666 23.78
4 -4.3711 0.4342
5 ∞（絞り） 0.4958
6 5.0497 0.2163 1.88300 40.76
7 0.8713 0.7502 1.76200 40.10
8 -1.2267 0.1978〜0.9297
9 -1.0509 0.3185 1.88300 40.76
10 -2.0576 0.9115
11 ∞（像面）
Example 4
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index Abbe number
1 ∞ 0.3197 1.88300 40.78
2 1.1746 1.5903 ~ 0.9025
3 1.9624 0.4370 1.84666 23.78
4 -4.3711 0.4342
5 ∞ (Aperture) 0.4958
6 5.0497 0.2163 1.88300 40.76
7 0.8713 0.7502 1.76200 40.10
8 -1.2267 0.1978〜0.9297
9 -1.0509 0.3185 1.88300 40.76
10 -2.0576 0.9115
11 ∞ (image plane)
（実施例５）
面番 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1 ∞ 0.3293 1.88300 40.78
2 1.1762 1.3374〜0.7305
3 1.9023 0.3961 1.76200 40.10
4 -3.6520 0.4473
5 ∞（絞り） 0.3359
6 6.2917 0.7524 1.75500 52.32
7 -1.1695 0.1917〜0.7986
8 -0.7799 0.2447 1.75500 52.32
9 -6.3073 0.4078 1.88300 40.76
10 -1.8595 0.4078
11 4.0782 1.0800 1.75700 47.82
12 ∞（像面）
(Example 5)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index Abbe number
1 ∞ 0.3293 1.88300 40.78
2 1.1762 1.3374〜0.7305
3 1.9023 0.3961 1.76200 40.10
4 -3.6520 0.4473
5 ∞ (Aperture) 0.3359
6 6.2917 0.7524 1.75500 52.32
7 -1.1695 0.1917 to 0.7986
8 -0.7799 0.2447 1.75500 52.32
9 -6.3073 0.4078 1.88300 40.76
10 -1.8595 0.4078
11 4.0782 1.0800 1.75700 47.82
12 ∞ (image plane)
（実施例６）
面番 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1 ∞ 0.3290 1.88300 40.78
2 1.1507 1.4330〜0.8490
3 1.2008 0.3669 1.76200 40.10
4 -11.1408 0.4469
5 ∞（絞り） 0.2247
6 -3.2111 0.4263 1.75500 52.32
7 -0.8600 0.2291〜0.8131
8 -0.8890 0.2445 1.84666 23.78
9 ∞ 0.5297 1.88300 40.76
10 -2.1909 0.4074
11 4.0745 0.9700 1.75700 47.82
12 ∞（像面）
(Example 6)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index Abbe number
1 ∞ 0.3290 1.88300 40.78
2 1.1507 1.4330 to 0.8490
3 1.2008 0.3669 1.76200 40.10
4 -11.1408 0.4469
5 ∞ (Aperture) 0.2247
6 -3.2111 0.4263 1.75500 52.32
7 -0.8600 0.2291 ~ 0.8131
8 -0.8890 0.2445 1.84666 23.78
9 ∞ 0.5297 1.88300 40.76
10 -2.1909 0.4074
11 4.0745 0.9700 1.75700 47.82
12 ∞ (image plane)
（実施例７）
面番 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1 ∞ 0.3237 1.88300 40.78
2 1.1931 1.3577〜0.7942
3 1.5498 0.3610 1.76200 40.10
4 -5.0764 0.4397
5 ∞（絞り） 0.4295
6 7.2409 0.4194 1.75500 52.32
7 -1.1665 0.1945〜0.7580
8 -0.7403 0.2405 1.84666 23.78
9 ∞ 0.5212 1.88300 40.76
10 -1.4576 0.4009
11 4.0091 1.0700 1.75500 52.32
12 ∞（像面）
(Example 7)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index Abbe number
1 ∞ 0.3237 1.88300 40.78
2 1.1931 1.3577 to 0.7942
3 1.5498 0.3610 1.76200 40.10
4 -5.0764 0.4397
5 ∞ (Aperture) 0.4295
6 7.2409 0.4194 1.75500 52.32
7 -1.1665 0.1945〜0.7580
8 -0.7403 0.2405 1.84666 23.78
9 ∞ 0.5212 1.88300 40.76
10 -1.4576 0.4009
11 4.0091 1.0700 1.75500 52.32
12 ∞ (image plane)
（実施例８）
面番 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1 ∞ 0.3348 1.88300 40.78
2 1.0268 0.4299
3 ∞ 0.1653 1.52287 59.89
4 ∞ 0.6490〜0.2893
5 2.7355 0.3720 1.80100 34.97
6 -2.7355 0.3229
7 ∞ 0.3307 1.51400 75.00
8 ∞（絞り） 0.3513
9 ∞ 0.4340 1.74400 44.78
10 -0.9027 0.2397〜0.5994
11 -0.6649 0.6649 1.75520 27.51
12 -1.2312 1.2596
13 ∞（像面）
(Example 8)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index Abbe number
1 ∞ 0.3348 1.88300 40.78
2 1.0268 0.4299
3 ∞ 0.1653 1.52287 59.89
4 ∞ 0.6490〜0.2893
5 2.7355 0.3720 1.80 100 34.97
6 -2.7355 0.3229
7 ∞ 0.3307 1.51400 75.00
8 ∞ (Aperture) 0.3513
9 ∞ 0.4340 1.74400 44.78
10 -0.9027 0.2397 ~ 0.5994
11 -0.6649 0.6649 1.75520 27.51
12 -1.2312 1.2596
13 ∞ (image plane)
（実施例９）
面番 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1 ∞ 0.3043 1.88300 40.78
2 0.9931 0.4974
3 ∞ 0.3628 1.51400 75.00
4 ∞ 0.6987
5 -3.9890 0.2926 1.84666 23.78
6 3.9890 0.5969 1.51633 64.14
7 -1.4818 0.2048
8 3.7958 0.4974 1.69680 55.53
9 -3.7958 0.1463〜2.3000
10 ∞（絞り） 0.1364
11 -2.8799 0.1756 1.69680 55.53
12 1.3343 0.4214 1.80518 25.42
13 2.6441 2.5200〜0.3664
14 ∞ 0.8018 1.72916 54.68
15 -3.1328 0.1170
16 3.1328 0.8018 1.72916 54.68
17 ∞ 0.1908
18 -8.6872 0.2926 1.84666 23.78
19 2.0893 1.2290 1.62280 57.05
20 -13.0794 0.1112
21 ∞ 0.2341 1.51633 64.14
22 ∞ 2.8900
23 ∞（像面）
Example 9
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index Abbe number
1 ∞ 0.3043 1.88300 40.78
2 0.9931 0.4974
3 ∞ 0.3628 1.51400 75.00
4 ∞ 0.6987
5 -3.9890 0.2926 1.84666 23.78
6 3.9890 0.5969 1.51633 64.14
7 -1.4818 0.2048
8 3.7958 0.4974 1.69680 55.53
9 -3.7958 0.1463〜2.3000
10 ∞ (Aperture) 0.1364
11 -2.8799 0.1756 1.69680 55.53
12 1.3343 0.4214 1.80518 25.42
13 2.6441 2.5200〜0.3664
14 ∞ 0.8018 1.72916 54.68
15 -3.1328 0.1170
16 3.1328 0.8018 1.72916 54.68
17 ∞ 0.1908
18 -8.6872 0.2926 1.84666 23.78
19 2.0893 1.2290 1.62280 57.05
20 -13.0794 0.1112
21 ∞ 0.2341 1.51633 64.14
22 ∞ 2.8900
23 ∞ (image plane)
各条件式の値などを表１に示す。
実施例１は図５に示すように、最も簡素な構成とし、第１発散レンズ群Ｌ1を凹レンズ１枚、第２収斂レンズ群Ｌ2を２枚の凸レンズで明るさ絞りＳを挟み込むように設定している。また、画素数の多いＣＣＤ用の光学系として、第３発散レンズ群Ｌ3を接合玉とし、色収差を除去している。 As shown in FIG. 5, the first embodiment has the simplest configuration, with the first diverging lens unit L 1 having one concave lens and the second converging lens unit L 2 having two convex lenses sandwiching the aperture stop S. It is set. Further, as an optical system for a CCD having a large number of pixels, the third diverging lens unit L 3 is used as a cemented ball to remove chromatic aberration.
ここで第２収斂レンズ群Ｌ2中の平行平板Ｆ1は色補正フィルタである。一般的にＣＣＤは赤外の光の感度が高いので、通常観察光中の赤外波長の光に過剰に反応し、色再現性が崩れるという不具合がある。これを補正する目的で色補正フィルタを使用する。第１発散レンズ群Ｌ1中の平行平板Ｆ2はＹＡＧレーザカットフィルタと呼ばれる干渉型のフィルタである。内視鏡では治療用のＹＡＧレーザを使用するが、ＹＡＧレーザ波長（１０６４ｎｍ）は強度の強い赤外光であり、この光がＣＣＤに入射すると、この光に反応して画面全体が白飛びしてしまうという不具合が生じる。この現象を防止する目的で、ＹＡＧレーザカットフィルタを配置することが望ましい。絞りＳは色補正フィルタの像側面に配置されている。 Here, the parallel plate F 1 in the second convergent lens unit L 2 is a color correction filter. In general, a CCD has a high sensitivity to infrared light, so that it reacts excessively with light having an infrared wavelength in normal observation light, and color reproducibility is lost. In order to correct this, a color correction filter is used. The parallel plate F 2 in the first diverging lens unit L 1 is an interference type filter called a YAG laser cut filter. Endoscopes use a YAG laser for treatment, but the YAG laser wavelength (1064 nm) is intense infrared light, and when this light enters the CCD, the entire screen is blown out in response to this light. This causes a malfunction. In order to prevent this phenomenon, it is desirable to arrange a YAG laser cut filter. The stop S is disposed on the image side surface of the color correction filter.
本実施例の収差曲線図を図１８に示す。（ａ）は遠方観察時、（ｂ）は近接観察時の各収差曲線である。また、各群の非点収差とペッツバールエラーに関する３次の収差係数を以下に示す。
●遠方観察時
非点収差 ペッツバールエラー
第１発散レンズ群 0.00252 0.01406
第２収斂レンズ群 -0.00898 -0.02456
第３発散レンズ群 0.00479 0.01066
合計 -0.00167 0.00016
●近接観察時
非点収差 ペッツバールエラー
第１発散レンズ群 -0.00360 0.01208
第２収斂レンズ群 -0.00436 -0.02110
第３発散レンズ群 0.00711 0.00916
合計 -0.00085 0.00014
これによれば、第３発散レンズ群Ｌ3の働きにより、非点収差とペッツバールエラーがうまく補正されていることが分かる。
An aberration curve diagram of this example is shown in FIG. (A) is each aberration curve at the time of distant observation, (b) is each aberration curve at the time of close-up observation. The third-order aberration coefficients related to astigmatism and Petzval error in each group are shown below.
● Distant observation
Astigmatism Petzval error First divergent lens group 0.00252 0.01406
Second convergent lens group -0.00898 -0.02456
Third divergent lens group 0.00479 0.01066
Total -0.00167 0.00016
● Close-up observation
Astigmatism Petzval error First divergence lens group -0.00360 0.01208
Second convergent lens group -0.00436 -0.02110
Third divergent lens group 0.00711 0.00916
Total -0.00085 0.00014
According to this, it can be seen that astigmatism and Petzval error are well corrected by the action of the third diverging lens unit L 3 .
実施例２は図６に示すように、レンズ第１面（ｒ1）での光線高を小さくすることで、レンズ外径を小さくしたものである。レンズ外径を小さくするために、第１発散レンズ群Ｌ1と第２収斂レンズ群Ｌ2との間の光線を平行に近くなるように設定している。これは、第２収斂レンズ群の物体側の凸レンズの後側焦点位置ｆB が明るさ絞りＳに近くなるように設定することで実現できる。例えばＹＡＧレーザカットフィルタなどの干渉型光学フィルタは光線角度が大きくなると、分光特性が変化し色再現性が崩れるといった問題があるが、第１発散レンズ群Ｌ1と第２収斂レンズ群Ｌ2との間の光線角度が緩ければ、そこに本実施例のように干渉フィルタＦを配置することができ、設計的な自由度も上がるので好ましい。 In Example 2, as shown in FIG. 6, the outer diameter of the lens is reduced by reducing the ray height on the first lens surface (r 1 ). In order to reduce the outer diameter of the lens, the light rays between the first diverging lens unit L 1 and the second converging lens unit L 2 are set to be nearly parallel. This can be realized by setting the rear focal position fB of the convex lens on the object side of the second convergent lens group to be close to the aperture stop S. For example, an interference type optical filter such as a YAG laser cut filter has a problem that when the light beam angle increases, the spectral characteristics change and the color reproducibility deteriorates. However, the first diverging lens unit L 1 and the second converging lens unit L 2 If the angle of the light beam between them is gentle, the interference filter F can be arranged there as in this embodiment, and the degree of freedom in design is also increased, which is preferable.
本実施例の収差曲線図を図１９に示す。（ａ）は遠方観察時、（ｂ）は近接観察時の各収差曲線である。 An aberration curve diagram of this example is shown in FIG. (A) is each aberration curve at the time of distant observation, (b) is each aberration curve at the time of close-up observation.
実施例３は図７に示すように、第２収斂レンズ群Ｌ2に接合レンズを用いて、色収差の発生を抑えたものである。この実施例では、ＣＣＤへの入射角が大きくなり画面周辺での色付きが生じる現象、いわゆるシェーディング現象の対策をするために、瞳位置を大きく変えるためのフィールドレンズＣを配置している。この場合でも、収差除去はフィールドレンズＣに入射する前の第１発散レンズ群Ｌ1、第２収斂レンズ群Ｌ2、第３発散レンズ群Ｌ3でほぼ決まっている。 In Example 3, as shown in FIG. 7, a cemented lens is used for the second converging lens unit L 2 to suppress the occurrence of chromatic aberration. In this embodiment, a field lens C for greatly changing the pupil position is disposed in order to take measures against a phenomenon in which the incident angle to the CCD is increased and coloring occurs around the screen, that is, a so-called shading phenomenon. Even in this case, aberration removal is almost determined by the first diverging lens unit L 1 , the second converging lens unit L 2 , and the third diverging lens unit L 3 before entering the field lens C.
本実施例の収差曲線図を図２０に示す。（ａ）は遠方観察時、（ｂ）は近接観察時の各収差曲線である。 The aberration curve diagram of this example is shown in FIG. (A) is each aberration curve at the time of distant observation, (b) is each aberration curve at the time of close-up observation.
実施例４は図８に示すように、シェーディング現象を対策しなくてよいＣＣＤに対し、実施例３と同じタイプの光学系を適用したものである。 In the fourth embodiment, as shown in FIG. 8, an optical system of the same type as that of the third embodiment is applied to a CCD that does not require countermeasures against the shading phenomenon.
本実施例の収差曲線図を図２１に示す。（ａ）は遠方観察時、（ｂ）は近接観察時の各収差曲線である。 An aberration curve diagram of this example is shown in FIG. (A) is each aberration curve at the time of distant observation, (b) is each aberration curve at the time of close-up observation.
実施例５は図９に示すように、実施例１の光学系の第２収斂レンズ群Ｌ2の各面に曲率を付加することで、球面収差の発生を少なくしたものである。 Example 5 As shown in FIG. 9, by adding a curvature to the second surfaces of the converging lens unit L 2 of the optical system according to Example 1, it is obtained by reducing the occurrence of spherical aberration.
本実施例の収差曲線図を図２２に示す。（ａ）は遠方観察時、（ｂ）は近接観察時の各収差曲線である。 The aberration curve diagram of this example is shown in FIG. (A) is each aberration curve at the time of distant observation, (b) is each aberration curve at the time of close-up observation.
実施例６は図１０に示すように、第２収斂レンズ群Ｌ2の長さをなるべくコンパクトにするために、第２収斂レンズ群Ｌ2の像側のレンズをメニスカス形状にしたものである。両凸レンズまたは平凸レンズの主点位置はレンズのほぼ真ん中に形成されるが、物体側に凹面が向くようなメニスカスレンズでは、両凸レンズまたは平凸レンズに比べ主点位置が像側に若干ずれる。したがって、第２収斂レンズ群Ｌ2の像側のレンズをメニスカス形状とすると、第２収斂レンズ群Ｌ2としての主点間隔を変えずにレンズ位置だけ物体側に移動することができ、すなわち第２収斂レンズ群の長さを短くすることができるのである。 In Example 6, as shown in FIG. 10, in order to make the length of the second converging lens unit L 2 as compact as possible, the lens on the image side of the second converging lens unit L 2 has a meniscus shape. The principal point position of the biconvex lens or plano-convex lens is formed almost in the middle of the lens, but in the meniscus lens with the concave surface facing the object side, the principal point position is slightly shifted to the image side as compared to the biconvex lens or plano-convex lens. Therefore, if the lens on the image side of the second converging lens unit L 2 has a meniscus shape, the lens position can be moved to the object side without changing the principal point interval as the second converging lens unit L 2 . The length of the two-converging lens group can be shortened.
本実施例の収差曲線図を図２３に示す。（ａ）は遠方観察時、（ｂ）は近接観察時の各収差曲線である。 The aberration curve diagram of this example is shown in FIG. (A) is each aberration curve at the time of distant observation, (b) is each aberration curve at the time of close-up observation.
実施例７は図１１に示すように、実施例１と同じタイプの光学系に、瞳位置を大きく変えるためのフィールドレンズＣを配置したものである。 In the seventh embodiment, as shown in FIG. 11, a field lens C for greatly changing the pupil position is arranged in the same type of optical system as the first embodiment.
本実施例の収差曲線図を図２４に示す。（ａ）は遠方観察時、（ｂ）は近接観察時の各収差曲線である。 The aberration curve diagram of this example is shown in FIG. (A) is each aberration curve at the time of distant observation, (b) is each aberration curve at the time of close-up observation.
実施例８は図１２に示すように、実施例１の光学系の第３発散レンズ群Ｌ3内の接合玉を１枚にし低コストとしつつ、遠方観察時の画角をより広げて、オリエンテーション性を重視したものである。 In Example 8, as shown in FIG. 12, the number of cemented balls in the third diverging lens unit L 3 of the optical system of Example 1 is reduced to one, and the angle of view at the time of far-field observation is further widened for orientation. It emphasizes sex.
本実施例の収差曲線図を図２５に示す。（ａ）は遠方観察時、（ｂ）は近接観察時の各収差曲線である。 The aberration curve diagram of this example is shown in FIG. (A) is each aberration curve at the time of distant observation, (b) is each aberration curve at the time of close-up observation.
実施例９は図１３に示すとおりの構成である。 Example 9 has a configuration as shown in FIG.
本実施例の収差曲線図を図２６に示す。（ａ）は遠方観察時、（ｂ）は近接観察時の各収差曲線である。 An aberration curve diagram of this example is shown in FIG. (A) is each aberration curve at the time of distant observation, (b) is each aberration curve at the time of close-up observation.
ところで、今まで述べてきたような拡大内視鏡は、被写体へ近接するため、従来考えられなかったようなフレアが問題になってくる。 By the way, since the magnifying endoscope as described above is close to the subject, flare that has not been conceived in the past becomes a problem.
図１４に３群式の拡大内視鏡のレンズ断面図を、以下にそのレンズデータを示す。物体距離によって変化する面間隔は「（遠方観察時の面間隔）〜（近接観察時の面間隔）」と記載している。 FIG. 14 shows a lens cross-sectional view of a three-group magnifying endoscope, and the lens data is shown below. The surface interval that varies depending on the object distance is described as “(surface interval during distant observation) to (surface interval during close-up observation)”.
（実施例１０）
面番 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1 ∞ 0.3027 1.88300 40.78
2 0.9703 0.5098
3 ∞ 0.3609 1.51400 75.00
4 ∞ 0.0175
5 ∞ 0.2328 1.51633 64.15
6 ∞ 0.5254
7 -3.7253 0.5239 1.84666 23.78
8 3.7253 0.4482 1.51742 52.43
9 -1.5512 0.0882
10 2.5908 0.5239 1.51633 64.14
11 -2.5908 0.0255
12 ∞（絞り） 0.1983〜2.4116
13 -2.8644 0.1746 1.69680 55.53
14 1.3271 0.4191 1.80518 25.42
15 2.6298 2.5899〜0.3767
16 ∞ 0.7975 1.72916 54.68
17 -3.1159 1.3849
18 3.1159 0.7975 1.72916 54.68
19 ∞ 0.1946
20 -8.6404 0.2910 1.84666 23.78
21 2.0780 1.2224 1.62280 57.05
22 -13.0090 0.1106
23 ∞ 0.2328 1.51633 64.1
24 ∞ 2.5704
25 ∞（像面）
(Example 10)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index Abbe number
1 ∞ 0.3027 1.88300 40.78
2 0.9703 0.5098
3 ∞ 0.3609 1.51400 75.00
4 ∞ 0.0175
5 ∞ 0.2328 1.51633 64.15
6 ∞ 0.5254
7 -3.7253 0.5239 1.84666 23.78
8 3.7253 0.4482 1.51742 52.43
9 -1.5512 0.0882
10 2.5908 0.5239 1.51633 64.14
11 -2.5908 0.0255
12 ∞ (Aperture) 0.1983-2.4116
13 -2.8644 0.1746 1.69680 55.53
14 1.3271 0.4191 1.80518 25.42
15 2.6298 2.5899〜0.3767
16 ∞ 0.7975 1.72916 54.68
17 -3.1159 1.3849
18 3.1159 0.7975 1.72916 54.68
19 ∞ 0.1946
20 -8.6404 0.2910 1.84666 23.78
21 2.0780 1.2224 1.62280 57.05
22 -13.0090 0.1106
23 ∞ 0.2328 1.51633 64.1
24 ∞ 2.5704
25 ∞ (image plane)
各条件式の値などを表２に示す。
従来、内視鏡にはＹＡＧレーザカットフィルタと呼ばれる干渉型のフィルタを図１４の（ア）の位置に配置していた。これは、干渉型光学フィルタは光線角度が大きくなると分光特性が変化し、色再現性が崩れるといった問題があるため、なるべく光線の角度が緩い位置に配置する必要があったためである。一方、干渉型のフィルタは高い反射率をもっているため、ゴーストなどの問題を生じやすい。また内視鏡の第１レンズの表面は胃酸などの影響によりマルチコートなどの表面処理がはがれる恐れがあるのでコーティングしないことになっている。つまり第１レンズ表面もやはり高い反射率をもつ。 Conventionally, an endoscope is provided with an interference type filter called a YAG laser cut filter at the position (a) in FIG. This is because the interference-type optical filter has a problem that the spectral characteristics change and the color reproducibility is lost when the light beam angle increases, and therefore, it is necessary to arrange the light beam at a position where the light beam angle is as loose as possible. On the other hand, since the interference type filter has a high reflectance, problems such as a ghost are likely to occur. Further, the surface of the first lens of the endoscope is not coated because there is a risk that the surface treatment such as multi-coating may be peeled off due to the influence of stomach acid or the like. That is, the first lens surface also has a high reflectance.
拡大内視鏡では物体に近接するが、図１４の（ア）の位置に干渉フィルタが存在すると、干渉フィルタで反射した光ｉが第１レンズ表面（ｒ1）でさらに反射し、ＣＣＤに結像してしまう。このゴースト光は物体とほぼ共役な位置であり、ゴーストとしてよく目立つのである。 In the magnifying endoscope, if it is close to an object but an interference filter exists at the position (a) in FIG. 14, the light i reflected by the interference filter is further reflected by the first lens surface (r 1 ) and is connected to the CCD. I will image. This ghost light is at a position almost conjugate with the object, and is often conspicuous as a ghost.
これを解決するために、物体までのベストフォーカス距離が変動する光学系において、バリエータよりも像側に干渉フィルタを配置する。例えば、図１４の（イ）の位置に干渉フィルタをおけばよい。バリエータより物体側の位置では、光線高の変動が大きく、干渉フィルタに入射する角度が安定的でない。バリエータよりも像側の位置にＹＡＧカットフィルタを置くと、入射角の制限を設計的におこない易く、拡大内視鏡に特有なゴーストの対策ができる。 In order to solve this, an interference filter is arranged on the image side of the variator in the optical system in which the best focus distance to the object varies. For example, an interference filter may be placed at the position (A) in FIG. At the position closer to the object side than the variator, the fluctuation of the ray height is large, and the angle of incidence on the interference filter is not stable. If the YAG cut filter is placed at a position closer to the image side than the variator, it is easy to limit the incident angle in terms of design, and ghost countermeasures peculiar to the magnifying endoscope can be taken.
また、３群式の拡大内視鏡では、光学系が長くなるため、間隔管の内面反射が原因となるフレアが発生しやすい。図１５（Ａ）に示すごとく、間隔管Ｔの内面に光が当たると、そこを２次光源としてフレアが発生する。これを解決するには、拡大内視鏡光学系の間隔管に遮光線加工をおこなうことが望ましい。遮光線加工とは図１５（Ｂ）に示すごとく、複数の溝を間隔管内面に施すことである。これにより遮光管内面の反射率を下げ、フレアの対策をすることが可能となる。 Further, in the three-group magnifying endoscope, the optical system becomes long, and therefore flare is likely to occur due to the internal reflection of the spacing tube. As shown in FIG. 15A, when light strikes the inner surface of the spacing tube T, flare is generated using this as a secondary light source. In order to solve this, it is desirable to perform shading line processing on the interval tube of the magnifying endoscope optical system. As shown in FIG. 15B, the shading line processing is to provide a plurality of grooves on the inner surface of the spacing tube. As a result, the reflectance of the inner surface of the light-shielding tube can be lowered and flare countermeasures can be taken.
もちろんこの発明は、前記の実施例１〜９に対しても有効であることはいうまでもない。また、今まで述べてきたような拡大内視鏡では、製品組立時のピント調整に工夫が必要となる。通常の拡大機能をもたない内視鏡は、広い被写界深度をもつパンフォーカスな光学系であることが知られている。 Needless to say, the present invention is also effective for the first to ninth embodiments. In addition, in the magnifying endoscope as described above, it is necessary to devise a focus adjustment at the time of product assembly. It is known that an endoscope having no normal enlargement function is a pan-focus optical system having a wide depth of field.
被写界深度を以下に簡単に説明する。図１６は、内視鏡光学系の図である。図において、ある物体Ｏに対する像Ｉが形成されたとして、像位置にＣＣＤを配置することで、ピントが合った像を得ることができる。物体Ｏを近接しＯ’の位置とすると、像位置はＩの位置よりずれることになり、Ｉ’の位置に形成される。逆に物体Ｏを遠方にしＯ”の位置とすると、像位置はＩの位置よりずれることになり、Ｉ”の位置に形成される。 The depth of field is briefly described below. FIG. 16 is a diagram of an endoscope optical system. In the figure, assuming that an image I for an object O is formed, an in-focus image can be obtained by placing a CCD at the image position. When the object O is brought close to the position O ′, the image position is shifted from the position I and is formed at the position I ′. On the contrary, when the object O is moved far away to the position O ″, the image position is shifted from the position I, and is formed at the position I ″.
ここで、ＣＣＤの位置は固定されているとすると、ＣＣＤ位置における像Ｉ’およびＩ”は錯乱円径δとなり、ピントボケした画像になる。しかしながら、ＣＣＤによる分解能が錯乱円径δより大きい場合、画像はＣＣＤの分解能で決定し、物体Ｏ’からＯ”の範囲はピントが合っているように感じられる。この範囲を被写界深度とよぶ。 Here, assuming that the position of the CCD is fixed, the images I ′ and I ″ at the CCD position have a confusion circle diameter δ, resulting in a blurred image. However, when the resolution by the CCD is larger than the confusion circle diameter δ, The image is determined by the resolution of the CCD, and the range from the object O ′ to O ″ seems to be in focus. This range is called the depth of field.
このときの光学系の実効口径比をＦｎｏ、光学系の焦点距離をｆLとすると
｜１／Ｘn−１／Ｘf｜ ＝ ２δＦｎｏ／ｆL 2 ・・・（ｔ）
が成り立つ。ここで、被写界深度Ｄは、
Ｄ ＝ Ｘf−Ｘn ・・・（ｕ）
である。
Fno the effective aperture ratio of the optical system at this time, when the focal length of the optical system and f L | 1 / X n -1 / X f | = 2δFno /
Holds. Here, the depth of field D is
D = Xf− Xn (u)
It is.
内視鏡は前述のごとくパンフォーカスな光学系であり、望ましい被写界深度とする必要があるが、レンズ加工などで発生したバラツキを吸収するために、最終組立時にＣＣＤ位置を調整することで望ましい被写界深度になるように調整することが必要とされる。特に拡大内視鏡では、遠方観察時と近接観察時の二つの状態でピントが合っているように調整をおこなう必要があるので、従来の方法に対し工夫が必要になる。 The endoscope is a pan-focus optical system as described above, and it is necessary to set a desirable depth of field. However, in order to absorb variations caused by lens processing, the endoscope position can be adjusted by adjusting the CCD position at the time of final assembly. Adjustments are required to achieve the desired depth of field. Particularly in the case of the magnifying endoscope, since it is necessary to make adjustments so that the two subjects are in focus in the distance observation and the proximity observation, it is necessary to devise a conventional method.
その工夫とは、遠方観察時の調整をおこなう段階の後に近接観察時の調整をおこなうことである。図１７に１／ｘの図を示す。式（ｔ）における｜１／Ｘn−１／Ｘf｜とは、図１７におけるＹ方向の大きさを示す。この大きさ２δＦｎｏ／ｆL 2が固定であると仮定すると、Ｘnが小さいとき、すなわち近接よりのときの被写界深度Ｄ1は小さくなる。逆にＸnが大きいとき、すなわち遠点よりのときの被写界深度Ｄ2は大きくなる。 The idea is to make adjustments for close-up observation after the stage of making adjustments for remote observation. FIG. 17 shows a 1 / x diagram. | 1 / X n −1 / X f | in the formula (t) indicates the size in the Y direction in FIG. Assuming that the magnitude 2δFno / f L 2 is fixed, the depth of field D 1 is small when X n is small, that is, closer to the proximity. On the contrary, the depth of field D 2 when X n is large, that is, when the distance from the far point is large.
ここで、ピント調整時には、多少の誤差が残るものであるので、近接観察時の調整をおこなった後で遠方観察時の調整をおこなう方法をとると、近接観察時に多少の誤差が残った場合、遠方観察時にこの誤差が拡大されて設計状態から大きくずれてしまうことになる。 Here, since some error remains at the time of focus adjustment, if you take the method of adjusting at the distance observation after adjusting at the time of close observation, if some error remains at the time of close observation, This error is magnified during far-distance observation, resulting in a large deviation from the design state.
そこで、最初に遠方観察状態でピント調整をおこなうと、ピント調整時に多少誤差が乗ったとしても、近接観察状態になるとその誤差が縮小する方向なので、精度良くピント調整をおこなうことができる。なおこのときの遠方観察状態でのピント調整は、ＣＣＤの位置決めによりおこない、近接観察時のピント調整は移動するレンズのストップ位置を決めることに相当する。 Therefore, when the focus adjustment is first performed in the far-field observation state, even if a slight error occurs during the focus adjustment, since the error is reduced in the near-field observation state, the focus adjustment can be performed with high accuracy. At this time, the focus adjustment in the distant observation state is performed by positioning the CCD, and the focus adjustment at the close observation corresponds to determining the stop position of the moving lens.
なお、以上に述べた各実施例において、画素情報の一部領域をＴＶモニター上に拡大表示するいわゆる電子ズーム方式と併用すると、観察したい部位を選択的に大きく表示し見やすくなるので、さらに使い勝手が向上した拡大内視鏡が得られることは言うまでもない。以上に説明した光学系は、たとえば次のように構成することができる。 In each of the embodiments described above, when used in combination with a so-called electronic zoom method that enlarges and displays a partial area of pixel information on a TV monitor, a portion to be observed is selectively displayed in a large size for easy viewing. Needless to say, an improved magnifying endoscope is obtained. The optical system described above can be configured as follows, for example.
（１） 物体側から順に第１レンズ群と第２レンズ群と第３レンズ群の３つのレンズ群よりなり前記第２レンズ群が可動な光学系において、前記第２レンズ群の移動によって、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群による非点収差が補正されている状態と、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群による非点収差が補正されている状態とを含むことを特徴とする光学系。 (1) In an optical system composed of three lens groups of a first lens group, a second lens group, and a third lens group in order from the object side, the second lens group is movable. Including a state in which astigmatism by the first lens group and the second lens group is corrected, and a state in which astigmatism by the second lens group and the third lens group is corrected. Optical system.
（２） 物体側から順に負の作用を有する第１発散レンズ群と、正の作用を有する第２収斂レンズ群と、負の作用を有する第３発散レンズ群とよりなる結像系を少なくとも含み、前記第２収斂レンズ群を光軸に沿って移動させることを特徴とする撮像光学系。 (2) includes at least an imaging system including a first diverging lens group having a negative action in order from the object side, a second converging lens group having a positive action, and a third diverging lens group having a negative action. An imaging optical system, wherein the second converging lens group is moved along the optical axis.
（３） 以下の条件（１）、（２）を満足することを特徴とする前記（２）項に記載の撮像光学系。
−１．３ ＜ β2T ＜ β2W ・・・（１）
１ ＜ │β3T│ ・・・（２）
ただし、β2Tは近接観察時の前記第２収斂レンズ群の倍率、β2Wは遠方観察時の前記第２収斂レンズ群の倍率、β3Tは近接観察時の前記第３発散レンズ群の倍率である。
(3) The imaging optical system according to item (2), wherein the following conditions (1) and (2) are satisfied.
-1.3 <β 2T <β 2W (1)
1 <│β 3T │ (2)
Where β 2T is the magnification of the second converging lens group during close-up observation, β 2W is the magnification of the second converging lens group during distant observation, and β 3T is the magnification of the third diverging lens group during close-up observation. is there.
（４） 以下の条件（１）、（２’）を満足することを特徴とする前記（２）項に記載の撮像光学系。
−１．３ ＜ β2T ＜ β2W ・・・（１）
１．５ ＜ │β3T│ ・・・（２’）
ただし、β2Tは近接観察時の前記第２収斂レンズ群の倍率、β2Wは遠方観察時の前記第２収斂レンズ群の倍率、β3Tは近接観察時の前記第３発散レンズ群の倍率である。
(4) The imaging optical system according to item (2), wherein the following conditions (1) and (2 ′) are satisfied.
-1.3 <β 2T <β 2W (1)
1.5 <│β 3T │ (2 ')
Where β 2T is the magnification of the second converging lens group during close-up observation, β 2W is the magnification of the second converging lens group during distant observation, and β 3T is the magnification of the third diverging lens group during close-up observation. is there.
（５） 前記第３収斂レンズ群が少なくとも物体側に向けた凹面を有することを特徴とする前記（２）〜（４）項に記載の撮像光学系。 (5) The imaging optical system according to any one of (2) to (4), wherein the third convergent lens group has at least a concave surface directed toward the object side.
（６） 以下の条件（３）を満足することを特徴とする前記（５）項に記載の撮像光学系。
１ ＜ ｜Ｒ1／Ｒ3｜ ＜ ３ ・・・（３）
ただし、Ｒ1は前記第１発散レンズ群における像側に向いた凹面のうち曲率半径がもっとも小さい凹面の曲率半径、Ｒ3は前記第３発散レンズ群における物体側に向いた凹面のうち曲率半径がもっとも小さい凹面の曲率半径である。
(6) The imaging optical system according to item (5), wherein the following condition (3) is satisfied.
1 <| R 1 / R 3 | <3 ··· (3)
Where R 1 is the radius of curvature of the concave surface with the smallest radius of curvature among the concave surfaces facing the image side in the first diverging lens group, and R 3 is the radius of curvature of the concave surface facing the object side of the third diverging lens group. Is the smallest concave radius of curvature.
（７） 以下の条件（４）を満足することを特徴とする前記（２）〜（４）項に記載の撮像光学系。
−５ ＜ ｆ3／ｆW ＜ −１ ・・・（４）
ただし、ｆ3は前記第３発散レンズ群の焦点距離、ｆWは前記第１発散レンズ群から前記第３発散レンズ群までの遠方観察時における焦点距離である。
(7) The imaging optical system according to any one of (2) to (4), wherein the following condition (4) is satisfied.
−5 <f 3 / f W <−1 (4)
Here, f 3 is a focal length of the third diverging lens group, and f W is a focal length at the time of far-viewing from the first diverging lens group to the third diverging lens group.
８） 前記第３発散レンズ群中に少なくとも凸の作用をもつ面を有することを特徴とする前記（２）〜（４）項に記載の撮像光学系。 8) The imaging optical system according to any one of (2) to (4), wherein the third diverging lens group has a surface having at least a convex action.
（９） 以下の条件（５）を満足することを特徴とする前記（２）〜（４）項に記載の撮像光学系。
−０．１ ＜ ０．５・ｈ3・（１／（｜ｒ31｜＋ｄ3）−１／｜ｒ32｜） ＜０．３ ・・・（５）
ただし、ｈ3は前記第３発散レンズ群を通る最も高い光線高、ｒ31は前記第３発散レンズ群中の物体側を向いたの凹の面の曲率半径、ｒ32は前記第３発散レンズ群中の像面を向いた凸の面の曲率半径、ｄ3は前記第３発散レンズ群の中肉厚である。
(9) The imaging optical system according to any one of (2) to (4), wherein the following condition (5) is satisfied.
−0.1 <0.5 · h 3 · (1 / (| r 31 | + d 3 ) −1 / | r 32 |) <0.3 (5)
Where h 3 is the highest ray height passing through the third diverging lens group, r 31 is the radius of curvature of the concave surface facing the object side in the third diverging lens group, and r 32 is the third diverging lens. radius of curvature of the convex facing the image plane in the group, d 3 is the medium thickness of the third diverging lens unit.
（１０） 前記第２収斂レンズ群が明るさ絞りを収斂レンズにより挟む構成であることを特徴とする前記（２）〜（４）項に記載の撮像光学系。 (10) The imaging optical system according to any one of (2) to (4), wherein the second converging lens group has a configuration in which an aperture stop is sandwiched between converging lenses.
（１１） 以下の条件（６）を満足することを特徴とする前記（１０）項に記載の撮像光学系。
０．９ ＜ ｆ2／ｆW ＜ ２ ・・・（６）
ただし、ｆ2は前記第２発散レンズ群の焦点距離、ｆWは前記第１発散レンズ群から前記第３発散レンズ群までの遠方観察時における焦点距離である。
(11) The imaging optical system according to item (10), wherein the following condition (6) is satisfied.
0.9 <f 2 / f W < 2 ··· (6)
Here, f 2 is a focal length of the second diverging lens group, and f W is a focal length at the time of distant observation from the first diverging lens group to the third diverging lens group.
（１２） 物体までのベストフォーカス距離が変動する光学系において、以下の条件（７）、（８）を満足することを特徴とする光学系。
２ｐ／（１．２２λ） ＜ ＦT＜４ｐ／（１．２２λ） ・・・（７）
ＦW ＜ ＦT ・・・（８）
ただし、ＦTは近接観察時の有効Ｆナンバー、ＦWは遠方観察時の有効Ｆナンバー、ｐはＣＣＤの画素ピッチ、λはｄ線の波長（５８７ｎｍ）である。
(12) An optical system that satisfies the following conditions (7) and (8) in an optical system in which the best focus distance to an object varies:
2p / (1.22λ) <F T <4p / (1.22λ) (7)
F W <F T (8)
However, the F T is effective F-number in the close observation, F W is the effective F-number in the far viewing, p is the pixel pitch of the CCD, lambda is the d-line wavelength of (587 nm).
（１３） 物体までのベストフォーカス距離が変動する光学系において、バリエータよりも像側に干渉フィルタを配置したことを特徴とする光学系。 (13) An optical system in which an interference filter is arranged on the image side of the variator in an optical system in which the best focus distance to an object varies.
（１４） 間隔管に遮光線加工を施したことを特徴とする拡大内視鏡。 (14) A magnifying endoscope characterized in that a light shielding line process is applied to the interval tube.
（１５） 遠方観察時の調整をおこなう段階の後に近接観察時の調整をおこなうことを特徴とする拡大内視鏡。 (15) A magnifying endoscope characterized in that the adjustment for the close-up observation is performed after the stage of the adjustment for the remote observation.
Ｌ1 第１発散レンズ群
Ｌ2 第２収斂レンズ群
Ｌ3 第３発散レンズ群
Ｓ 絞り
Ｃ フィールドレンズ
Ｆ 干渉フィルタ
Ｆ1 色補正フィルタ
Ｆ2 ＹＡＧレーザカットフィルタ
ｉ 光
Ｔ 間隔管
L 1 first diverging lens group L 2 second converging lens group L 3 third diverging lens group S Aperture C Field lens F Interference filter F 1 color correction filter F 2 YAG laser cut filter i Light T Spacing tube
Claims (2)
２ｐ／（１．２２λ） ＜ ＦT ＜ ４ｐ／（１．２２λ） ・・・（７）
ＦW ＜ ＦT ・・・（８）
ただし、ＦTは近接観察時の有効Ｆナンバー、ＦWは遠方観察時の有効Ｆナンバー、ｐはＣＣＤの画素ピッチ、λはｄ線の波長（５８７ｎｍ）である。 An optical system that satisfies the following conditions (7) and (8) in an optical system in which the best focus distance to an object varies:
2p / (1.22λ) <F T <4p / (1.22λ) (7)
F W <F T (8)
However, the F T is effective F-number in the close observation, F W is the effective F-number in the far viewing, p is the pixel pitch of the CCD, lambda is the d-line wavelength of (587 nm).
In an optical system in which the best focus distance to an object varies, an optical system in which an interference filter is disposed on the image side of the variator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009049731A JP2009163256A (en) | 2009-03-03 | 2009-03-03 | Optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009049731A JP2009163256A (en) | 2009-03-03 | 2009-03-03 | Optical system |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11068018A Division JP2000267002A (en) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | Optical system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009163256A true JP2009163256A (en) | 2009-07-23 |
Family
ID=40965866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009049731A Pending JP2009163256A (en) | 2009-03-03 | 2009-03-03 | Optical system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009163256A (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011070930A1 (en) * | 2009-12-11 | 2011-06-16 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | Objective optical system |
| WO2011077972A1 (en) * | 2009-12-24 | 2011-06-30 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | Objective lens for endoscope, and endoscope using same |
| WO2011152099A1 (en) * | 2010-06-01 | 2011-12-08 | Hoya株式会社 | Objective lens for endoscope, and endoscope |
| WO2012026070A1 (en) * | 2010-08-25 | 2012-03-01 | パナソニック株式会社 | Single focal point lens system, interchangeable lens device, and camera system |
| WO2017119188A1 (en) * | 2016-01-06 | 2017-07-13 | オリンパス株式会社 | Objective optical system |
| CN108873257A (en) * | 2018-07-11 | 2018-11-23 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | Lens group and laser process equipment |
| CN111279711A (en) * | 2017-10-31 | 2020-06-12 | 三菱电机株式会社 | Device control apparatus, device control method, and device control program |
| WO2024106964A1 (en) * | 2022-11-16 | 2024-05-23 | 엘지이노텍 주식회사 | Optical system and camera module |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01128031A (en) * | 1987-11-13 | 1989-05-19 | Olympus Optical Co Ltd | Image pickup optical system |
| JPH0490503A (en) * | 1990-04-27 | 1992-03-24 | Olympus Optical Co Ltd | Zoom image pickup optical system for endoscope |
| JPH04218012A (en) * | 1990-10-17 | 1992-08-07 | Olympus Optical Co Ltd | Objective lens of endoscope |
| JPH07181377A (en) * | 1993-12-24 | 1995-07-21 | Olympus Optical Co Ltd | Endoscopic objective lens |
-
2009
- 2009-03-03 JP JP2009049731A patent/JP2009163256A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01128031A (en) * | 1987-11-13 | 1989-05-19 | Olympus Optical Co Ltd | Image pickup optical system |
| JPH0490503A (en) * | 1990-04-27 | 1992-03-24 | Olympus Optical Co Ltd | Zoom image pickup optical system for endoscope |
| JPH04218012A (en) * | 1990-10-17 | 1992-08-07 | Olympus Optical Co Ltd | Objective lens of endoscope |
| JPH07181377A (en) * | 1993-12-24 | 1995-07-21 | Olympus Optical Co Ltd | Endoscopic objective lens |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011070930A1 (en) * | 2009-12-11 | 2011-06-16 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | Objective optical system |
| CN102687053A (en) * | 2009-12-11 | 2012-09-19 | 奥林巴斯医疗株式会社 | Objective Optical System |
| US8456767B2 (en) | 2009-12-11 | 2013-06-04 | Olympus Medical Systems Corp. | Objective optical system |
| WO2011077972A1 (en) * | 2009-12-24 | 2011-06-30 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | Objective lens for endoscope, and endoscope using same |
| CN102667570A (en) * | 2009-12-24 | 2012-09-12 | 奥林巴斯医疗株式会社 | Objective lens for endoscope, and endoscope using same |
| US8449127B2 (en) | 2009-12-24 | 2013-05-28 | Olympus Medical Systems Corp. | Endoscope objective lens and endoscope using the same |
| WO2011152099A1 (en) * | 2010-06-01 | 2011-12-08 | Hoya株式会社 | Objective lens for endoscope, and endoscope |
| US9140888B2 (en) | 2010-06-01 | 2015-09-22 | Hoya Corporation | Objective lens for endoscope, and endoscope |
| CN102918441A (en) * | 2010-06-01 | 2013-02-06 | Hoya株式会社 | Objective lens for endoscope, and endoscope |
| JP5668059B2 (en) * | 2010-06-01 | 2015-02-12 | Hoya株式会社 | Endoscope objective lens and endoscope |
| US8717682B2 (en) | 2010-08-25 | 2014-05-06 | Panasonic Corporation | Single focal length lens system, interchangeable lens apparatus and camera system |
| JPWO2012026070A1 (en) * | 2010-08-25 | 2013-10-28 | パナソニック株式会社 | Single focus lens system, interchangeable lens device and camera system |
| JP5760192B2 (en) * | 2010-08-25 | 2015-08-05 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Single focus lens system, interchangeable lens device and camera system |
| WO2012026070A1 (en) * | 2010-08-25 | 2012-03-01 | パナソニック株式会社 | Single focal point lens system, interchangeable lens device, and camera system |
| WO2017119188A1 (en) * | 2016-01-06 | 2017-07-13 | オリンパス株式会社 | Objective optical system |
| JP6197147B1 (en) * | 2016-01-06 | 2017-09-13 | オリンパス株式会社 | Objective optical system |
| US10649201B2 (en) | 2016-01-06 | 2020-05-12 | Olympus Corporation | Objective optical system |
| CN111279711A (en) * | 2017-10-31 | 2020-06-12 | 三菱电机株式会社 | Device control apparatus, device control method, and device control program |
| CN111279711B (en) * | 2017-10-31 | 2022-07-22 | 三菱电机株式会社 | Device control apparatus, device control method, and storage medium storing device control program |
| CN108873257A (en) * | 2018-07-11 | 2018-11-23 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | Lens group and laser process equipment |
| WO2024106964A1 (en) * | 2022-11-16 | 2024-05-23 | 엘지이노텍 주식회사 | Optical system and camera module |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2000267002A (en) | Optical system | |
| JP4659645B2 (en) | Magnifying endoscope optical system | |
| JP4575198B2 (en) | Endoscopic imaging unit | |
| US9140888B2 (en) | Objective lens for endoscope, and endoscope | |
| CN107111110B (en) | Endoscope objective optical system | |
| JP5455572B2 (en) | Zoom lens and imaging apparatus having the same | |
| JP5601924B2 (en) | Endoscope variable magnification optical system and endoscope | |
| JP5802847B2 (en) | Objective optical system | |
| JP2009163256A (en) | Optical system | |
| JP6197147B1 (en) | Objective optical system | |
| JP2876252B2 (en) | Endoscope objective lens | |
| CN109416459B (en) | Endoscope objective optical system | |
| JP5868275B2 (en) | Zoom lens and imaging apparatus having the same | |
| JP2005352348A (en) | Imaging apparatus and zoom lens | |
| JP5460255B2 (en) | Optical system and optical instrument using the same | |
| JP2014010286A5 (en) | ||
| US8248703B2 (en) | Zoom lens and optical apparatus having the zoom lens | |
| JP2016045314A (en) | Rear conversion lens | |
| JP2008008981A (en) | Finder optical system and optical apparatus with the same | |
| CN112748556A (en) | Endoscope optical system | |
| JP5836686B2 (en) | Catadioptric optical system and imaging apparatus having the same | |
| JP4509192B2 (en) | Macro lens and camera equipped with the same | |
| WO2021084835A1 (en) | Optical system and optical device | |
| WO2017199613A1 (en) | Relay optical system and hard mirror provided therewith | |
| JP4898361B2 (en) | Teleconverter lens and imaging apparatus having the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120214 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120710 |