JP3406684B2 - 内視鏡対物レンズ - Google Patents
内視鏡対物レンズInfo
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- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
- G02B13/0055—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras employing a special optical element
- G02B13/006—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras employing a special optical element at least one element being a compound optical element, e.g. cemented elements
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- G—PHYSICS
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- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
- G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
- G02B23/2407—Optical details
- G02B23/2423—Optical details of the distal end
- G02B23/243—Objectives for endoscopes
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- G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
- G02B9/12—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、倍率色収差が良好に
補正された内視鏡対物レンズに関する。 【0002】 【従来の技術】内視鏡の対物レンズは、内視鏡の先端部
に照明光学系や送気、送水用のチャンネルと共に組み込
まれることを考慮して、レンズ外径、レンズ全長を極力
コンパクトにする必要がある。 【0003】従来の内視鏡用対物レンズは、一般的に、
物体側から順に、負のパワーを有する単レンズから成る
第1レンズ群、絞り、正のパワーを有する単レンズから
成る第2レンズ群、正負の2枚のレンズを貼合わせた正
のパワーを持つ接合レンズから成る第3レンズ群とが配
列した3群4枚で構成されている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の内視鏡対物レンズは、3群4枚という必要最小
限の構成であり、色消し効果を発揮するのは像側に配置
された接合正レンズのみであり、倍率の色収差の補正に
関しては必ずしも満足のいくものではなかった。 【0005】内視鏡対物レンズにおける倍率色収差は、
ファイバーの直径を目安としてできるだけ小さな値とす
ることが望ましく、倍率色収差の補正が不十分な場合に
は、伝達される画像の特に周辺部分で色がにじんで画質
の低下を招き、像の不良を感ずると共に、正しい観察
(医療診断)の妨げとなるという問題を生ずることもあ
る。 【0006】内視鏡に用いられるファイバーの直径は、
一般に10μ程度であるが、近年ではファイバーの製造
技術の向上に伴い、より細いものが製造できるようにな
り、イメージガイドとしてのファイバー自身の解像力は
高くなる傾向にある。したかって、内視鏡対物レンズの
倍率色収差も極力小さく抑え、高画質が得られるよう高
コントラスト、高解像力が要求されている。 【0007】 【発明の目的】この発明は、上述した従来技術の課題に
鑑みてなされたものであり、レンズの構成の大幅な変更
をすることなしに、つまりコンパクト性を保ちつつ、倍
率色収差を良好に補正することができる内視鏡対物レン
ズを提供することを目的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】この発明にかかる内視鏡
対物レンズは、上記の目的を達成するため、物体側から
順に、負のパワーを有する単レンズから成る第1レンズ
群、絞り、正のパワーを有する第2レンズ群、正負の2
枚のレンズを貼合わせた正のパワーを持つ接合レンズか
ら成る第3レンズ群とが配列して構成され、前記第2レ
ンズ群は、物体側より第1の光学要素と物体側に凹面を
向けたメニスカスレンズからなる第2の光学要素とから
構成され、前記第1の光学要素と第2の光学要素とは密
着あるいは貼り合わせて構成され、前記第1の光学要素
のアッベ数をν2、第2の光学要素のアッベ数をν3とす
るとき、ν2−ν3≦−15なる関係を満足するように両光
学要素にν値の異なる硝材を用い、前記第1の光学要素
の像側面の曲率半径riを−0.25≦1/ri<0の範
囲としたことを特徴とする。 【0009】 【実施例】以下、この発明にかかる内視鏡対物レンズの
実施例を説明する。 【0010】実施例にかかる内視鏡対物レンズは、例え
ば図1に示されるように、図中左側となる物体側から順
に、平凹の負の単レンズから成る第1レンズ群1と、絞
りDと、像側に凸面を向けた平凸レンズである第1の光
学要素2aと像側に凸面を向けたメニスカスの正レンズ
である第2の光学要素2bとが貼り合わされて構成され
る第2レンズ群2と、両凸レンズ3aとメニスカスの負
レンズ3bとが貼り合わされて構成される第3レンズ群
3とが配列して構成される。 【0011】この対物レンズは、図示せぬファイバーの
端面に対象物の像を形成する。 【0012】内視鏡対物レンズは画角、すなわち包括す
る入射角度が大きく、このため絞りの前の発散の軸外の
射出光線は、絞りの直後の正レンズに対して大きな角度
で入射するが、その入射側は平面であるため、屈折面に
おける倍率色収差の補正効果が大きい。 【0013】一般に、内視鏡対物レンズにおいては、フ
ァイバー端面への入射光束をファイバー端面にできるだ
け垂直に入射させるため、絞り直後の正レンズはレンズ
厚が比較的大きくとられている。ファイバー端面に対し
て垂直に入射した場合が最も光量の損失が小さく、ファ
イバー端面の法線に対して大きな角度で入射する光束ほ
ど光量が低下するためである。 【0014】従って、正レンズの厚さは、光量の利用効
率に密接に関連し、第2レンズ群を出射して最終レンズ
へ入射する時に、既にファイバー径の高さに匹敵する程
度の光線高を確保することにより達成される。即ち、絞
り直後の正レンズは、軸外光線高が十分高くなるべく厚
肉レンズが用いられる。 【0015】このように絞り直後の正の第2レンズ群は
予め厚みが確保されているため、2つに分割できる余地
が十分与えられている。従って、本発明が意図するこの
レンズの分割は、従来の内視鏡対物レンズにおける絞り
直後の正レンズと同様なサイズ内で処理されるため、内
視鏡対物レンズとして最も重要なコンパクト性を損なう
ことなく、倍率色収差の改善が達成できたものである。 【0016】絞り直後の正の第2レンズ群は、ν値の異
なる第1の光学要素と第2の光学要素とから成り、その
屈折面に倍率色収差の補正効果を持たされている。 【0017】絞り直後の第2レンズ群2の第2の光学要
素2bは、コバ厚を確保をするため屈折率を1.7以上
とするのが望ましく、絞りより物体側の負の第1レンズ
群で発生した色収差をそれ以上増大させないために分散
の少ない硝材の使用が望まれる。 【0018】従来の構成では像側に配置された第3レン
ズ群のみが色収差補正効果を持っていたが、この発明の
ように第2レンズ群と第3レンズ群との両者に色収差補
正効果を持たせることにより、全系の倍率色収差を十分
満足のいく程度に小さく抑えることができる。 【0019】実際的には、第1の光学要素2aのアッベ
数をν2、第2の光学要素2bのアッベ数をν3とする
時、ν2<ν3なる関係を満足するよう構成する必要があ
り、より色消し効果を持たせるためには、ν2−ν3≦−
15とするのが望ましい。 【0020】すなわち、ν2>ν3では逆にこの正レンズ
群で倍率色収差が発生し、ν2=ν3では1枚の正レンズ
と変わりがないため分割した意味(色消しの効果)がな
く、またν2−ν3≦−15を満足しない場合、倍率色収差
の効果がない訳ではないが、より大きな効果は期待でき
なくなる。 【0021】第1の光学要素2aの像側面の曲率半径r
iは、−0.25≦1/ri<0の範囲とされている。第
2レンズ群の第1の光学要素を像側に凸面を向けた平凸
レンズとすることにより、第2の光学要素の形状をメニ
スカスとすることができ、第2の光学要素を平凸レンズ
とする場合よりコバ厚の確保が容易となる。これによ
り、第1レンズ群から第3レンズ群までの全てのレンズ
を同一の外径で作成することができるため、筒状の鏡筒
に順に押し込んで組み立てることができ、組立作業が容
易となる。 【0022】1/riが−0.25より小さくなると、
色収差補正効果が小さくなり、第2レンズ群を単一のレ
ンズで構成した場合と変わりが無くなる。 【0023】また、二次的効果として、第2レンズ群の
第1の光学要素の第2面の曲率半径をマイナスとする
と、第2の光学要素の第2面の曲率を緩くすることがで
き、球面収差のアンダー量を減らすことができる。 【0024】第3レンズ群は、正レンズと負レンズが貼
り合わされて構成され、正レンズと負レンズとのアッベ
数をそれぞれνp、νnとする時、νp>νnを満足するこ
とにより色収差を良好に補正することができる。 【0025】第3レンズ群の加工を容易にするために
は、第3レンズ群の正レンズのコバ厚を確保する必要が
あり、そのためには貼り合わせ面のカーブを比較的緩く
して正レンズのパワーを小さくした方が望ましい。そし
て、正レンズのパワーを小さくしても十分な色収差の補
正を可能とするため、正レンズと負レンズとにはνp−
νn>25を満足する程度に分散値が異なる硝材の組み合
せを選択することが望ましい。 【0026】 【実施例1】図1は、実施例1にかかる内視鏡対物レン
ズのレンズ構成を示したものである。具体的な数値構成
は表1に示されている。表中、mは倍率、fBはバック
フォーカス、MCはC線とg線との間の倍率色収差の最
大値、rはレンズ各面の曲率半径、dはレンズ厚または
レンズ間隔、nは各レンズのd-line(588nm)での屈折
率、νは各レンズのアッベ数である。 【0027】図2は、d線、g線、C線、F線、e線に
おける倍率色収差、球面収差SA、正弦条件SC、d線、g
線、C線、F線、e線における球面収差によって示され
る色収差、非点収差(S:サジタル、M:メリディオナル)、
歪曲収差を示している。 【0028】 【表1】 【0029】 【実施例2】図3は、実施例2にかかる内視鏡対物レン
ズのレンズ構成を示したものである。絞りDは、第2面
と第3面との間に設けられている。実施例2の具体的な
数値構成は表2に示されている。図4は、上記構成によ
る諸収差を示している。 【0030】 【表2】 【0031】 【実施例3】図5は、実施例3にかかる内視鏡対物レン
ズのレンズ構成を示したものである。絞りDは、第2面
と第3面との間に設けられている。実施例3の具体的な
数値構成は表3に示されている。図6は、上記構成によ
る諸収差を示している。 【0032】 【表3】【0033】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、第2レンズ群を第1の光学要素と物体側に凹面を向
けたメニスカスレンズからなる第2の光学要素とに分割
するとともに第1の光学要素の像面側の曲率半径を所定
の範囲に設定することにより、従来の3群4枚構成のコ
ンパクト性を保ちつつ、倍率色収差を良好に補正するこ
とができ、解像度の高い内視鏡対物レンズを提供するこ
とができる。
補正された内視鏡対物レンズに関する。 【0002】 【従来の技術】内視鏡の対物レンズは、内視鏡の先端部
に照明光学系や送気、送水用のチャンネルと共に組み込
まれることを考慮して、レンズ外径、レンズ全長を極力
コンパクトにする必要がある。 【0003】従来の内視鏡用対物レンズは、一般的に、
物体側から順に、負のパワーを有する単レンズから成る
第1レンズ群、絞り、正のパワーを有する単レンズから
成る第2レンズ群、正負の2枚のレンズを貼合わせた正
のパワーを持つ接合レンズから成る第3レンズ群とが配
列した3群4枚で構成されている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の内視鏡対物レンズは、3群4枚という必要最小
限の構成であり、色消し効果を発揮するのは像側に配置
された接合正レンズのみであり、倍率の色収差の補正に
関しては必ずしも満足のいくものではなかった。 【0005】内視鏡対物レンズにおける倍率色収差は、
ファイバーの直径を目安としてできるだけ小さな値とす
ることが望ましく、倍率色収差の補正が不十分な場合に
は、伝達される画像の特に周辺部分で色がにじんで画質
の低下を招き、像の不良を感ずると共に、正しい観察
(医療診断)の妨げとなるという問題を生ずることもあ
る。 【0006】内視鏡に用いられるファイバーの直径は、
一般に10μ程度であるが、近年ではファイバーの製造
技術の向上に伴い、より細いものが製造できるようにな
り、イメージガイドとしてのファイバー自身の解像力は
高くなる傾向にある。したかって、内視鏡対物レンズの
倍率色収差も極力小さく抑え、高画質が得られるよう高
コントラスト、高解像力が要求されている。 【0007】 【発明の目的】この発明は、上述した従来技術の課題に
鑑みてなされたものであり、レンズの構成の大幅な変更
をすることなしに、つまりコンパクト性を保ちつつ、倍
率色収差を良好に補正することができる内視鏡対物レン
ズを提供することを目的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】この発明にかかる内視鏡
対物レンズは、上記の目的を達成するため、物体側から
順に、負のパワーを有する単レンズから成る第1レンズ
群、絞り、正のパワーを有する第2レンズ群、正負の2
枚のレンズを貼合わせた正のパワーを持つ接合レンズか
ら成る第3レンズ群とが配列して構成され、前記第2レ
ンズ群は、物体側より第1の光学要素と物体側に凹面を
向けたメニスカスレンズからなる第2の光学要素とから
構成され、前記第1の光学要素と第2の光学要素とは密
着あるいは貼り合わせて構成され、前記第1の光学要素
のアッベ数をν2、第2の光学要素のアッベ数をν3とす
るとき、ν2−ν3≦−15なる関係を満足するように両光
学要素にν値の異なる硝材を用い、前記第1の光学要素
の像側面の曲率半径riを−0.25≦1/ri<0の範
囲としたことを特徴とする。 【0009】 【実施例】以下、この発明にかかる内視鏡対物レンズの
実施例を説明する。 【0010】実施例にかかる内視鏡対物レンズは、例え
ば図1に示されるように、図中左側となる物体側から順
に、平凹の負の単レンズから成る第1レンズ群1と、絞
りDと、像側に凸面を向けた平凸レンズである第1の光
学要素2aと像側に凸面を向けたメニスカスの正レンズ
である第2の光学要素2bとが貼り合わされて構成され
る第2レンズ群2と、両凸レンズ3aとメニスカスの負
レンズ3bとが貼り合わされて構成される第3レンズ群
3とが配列して構成される。 【0011】この対物レンズは、図示せぬファイバーの
端面に対象物の像を形成する。 【0012】内視鏡対物レンズは画角、すなわち包括す
る入射角度が大きく、このため絞りの前の発散の軸外の
射出光線は、絞りの直後の正レンズに対して大きな角度
で入射するが、その入射側は平面であるため、屈折面に
おける倍率色収差の補正効果が大きい。 【0013】一般に、内視鏡対物レンズにおいては、フ
ァイバー端面への入射光束をファイバー端面にできるだ
け垂直に入射させるため、絞り直後の正レンズはレンズ
厚が比較的大きくとられている。ファイバー端面に対し
て垂直に入射した場合が最も光量の損失が小さく、ファ
イバー端面の法線に対して大きな角度で入射する光束ほ
ど光量が低下するためである。 【0014】従って、正レンズの厚さは、光量の利用効
率に密接に関連し、第2レンズ群を出射して最終レンズ
へ入射する時に、既にファイバー径の高さに匹敵する程
度の光線高を確保することにより達成される。即ち、絞
り直後の正レンズは、軸外光線高が十分高くなるべく厚
肉レンズが用いられる。 【0015】このように絞り直後の正の第2レンズ群は
予め厚みが確保されているため、2つに分割できる余地
が十分与えられている。従って、本発明が意図するこの
レンズの分割は、従来の内視鏡対物レンズにおける絞り
直後の正レンズと同様なサイズ内で処理されるため、内
視鏡対物レンズとして最も重要なコンパクト性を損なう
ことなく、倍率色収差の改善が達成できたものである。 【0016】絞り直後の正の第2レンズ群は、ν値の異
なる第1の光学要素と第2の光学要素とから成り、その
屈折面に倍率色収差の補正効果を持たされている。 【0017】絞り直後の第2レンズ群2の第2の光学要
素2bは、コバ厚を確保をするため屈折率を1.7以上
とするのが望ましく、絞りより物体側の負の第1レンズ
群で発生した色収差をそれ以上増大させないために分散
の少ない硝材の使用が望まれる。 【0018】従来の構成では像側に配置された第3レン
ズ群のみが色収差補正効果を持っていたが、この発明の
ように第2レンズ群と第3レンズ群との両者に色収差補
正効果を持たせることにより、全系の倍率色収差を十分
満足のいく程度に小さく抑えることができる。 【0019】実際的には、第1の光学要素2aのアッベ
数をν2、第2の光学要素2bのアッベ数をν3とする
時、ν2<ν3なる関係を満足するよう構成する必要があ
り、より色消し効果を持たせるためには、ν2−ν3≦−
15とするのが望ましい。 【0020】すなわち、ν2>ν3では逆にこの正レンズ
群で倍率色収差が発生し、ν2=ν3では1枚の正レンズ
と変わりがないため分割した意味(色消しの効果)がな
く、またν2−ν3≦−15を満足しない場合、倍率色収差
の効果がない訳ではないが、より大きな効果は期待でき
なくなる。 【0021】第1の光学要素2aの像側面の曲率半径r
iは、−0.25≦1/ri<0の範囲とされている。第
2レンズ群の第1の光学要素を像側に凸面を向けた平凸
レンズとすることにより、第2の光学要素の形状をメニ
スカスとすることができ、第2の光学要素を平凸レンズ
とする場合よりコバ厚の確保が容易となる。これによ
り、第1レンズ群から第3レンズ群までの全てのレンズ
を同一の外径で作成することができるため、筒状の鏡筒
に順に押し込んで組み立てることができ、組立作業が容
易となる。 【0022】1/riが−0.25より小さくなると、
色収差補正効果が小さくなり、第2レンズ群を単一のレ
ンズで構成した場合と変わりが無くなる。 【0023】また、二次的効果として、第2レンズ群の
第1の光学要素の第2面の曲率半径をマイナスとする
と、第2の光学要素の第2面の曲率を緩くすることがで
き、球面収差のアンダー量を減らすことができる。 【0024】第3レンズ群は、正レンズと負レンズが貼
り合わされて構成され、正レンズと負レンズとのアッベ
数をそれぞれνp、νnとする時、νp>νnを満足するこ
とにより色収差を良好に補正することができる。 【0025】第3レンズ群の加工を容易にするために
は、第3レンズ群の正レンズのコバ厚を確保する必要が
あり、そのためには貼り合わせ面のカーブを比較的緩く
して正レンズのパワーを小さくした方が望ましい。そし
て、正レンズのパワーを小さくしても十分な色収差の補
正を可能とするため、正レンズと負レンズとにはνp−
νn>25を満足する程度に分散値が異なる硝材の組み合
せを選択することが望ましい。 【0026】 【実施例1】図1は、実施例1にかかる内視鏡対物レン
ズのレンズ構成を示したものである。具体的な数値構成
は表1に示されている。表中、mは倍率、fBはバック
フォーカス、MCはC線とg線との間の倍率色収差の最
大値、rはレンズ各面の曲率半径、dはレンズ厚または
レンズ間隔、nは各レンズのd-line(588nm)での屈折
率、νは各レンズのアッベ数である。 【0027】図2は、d線、g線、C線、F線、e線に
おける倍率色収差、球面収差SA、正弦条件SC、d線、g
線、C線、F線、e線における球面収差によって示され
る色収差、非点収差(S:サジタル、M:メリディオナル)、
歪曲収差を示している。 【0028】 【表1】 【0029】 【実施例2】図3は、実施例2にかかる内視鏡対物レン
ズのレンズ構成を示したものである。絞りDは、第2面
と第3面との間に設けられている。実施例2の具体的な
数値構成は表2に示されている。図4は、上記構成によ
る諸収差を示している。 【0030】 【表2】 【0031】 【実施例3】図5は、実施例3にかかる内視鏡対物レン
ズのレンズ構成を示したものである。絞りDは、第2面
と第3面との間に設けられている。実施例3の具体的な
数値構成は表3に示されている。図6は、上記構成によ
る諸収差を示している。 【0032】 【表3】【0033】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、第2レンズ群を第1の光学要素と物体側に凹面を向
けたメニスカスレンズからなる第2の光学要素とに分割
するとともに第1の光学要素の像面側の曲率半径を所定
の範囲に設定することにより、従来の3群4枚構成のコ
ンパクト性を保ちつつ、倍率色収差を良好に補正するこ
とができ、解像度の高い内視鏡対物レンズを提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1にかかる内視鏡対物レンズのレンズ
図である。 【図2】 実施例1にかかる内視鏡対物レンズの諸収差
図である。 【図3】 実施例2にかかる内視鏡対物レンズのレンズ
図である。 【図4】 実施例2にかかる内視鏡対物レンズの諸収差
図である。 【図5】 実施例3にかかる内視鏡対物レンズのレンズ
図である。 【図6】 実施例3にかかる内視鏡対物レンズの諸収差
図である。 【符号の説明】 1…第1レンズ群 2…第2レンズ群 2a…第1の光学要素 2b…第2の光学要素 3…第3レンズ群 D…絞り
図である。 【図2】 実施例1にかかる内視鏡対物レンズの諸収差
図である。 【図3】 実施例2にかかる内視鏡対物レンズのレンズ
図である。 【図4】 実施例2にかかる内視鏡対物レンズの諸収差
図である。 【図5】 実施例3にかかる内視鏡対物レンズのレンズ
図である。 【図6】 実施例3にかかる内視鏡対物レンズの諸収差
図である。 【符号の説明】 1…第1レンズ群 2…第2レンズ群 2a…第1の光学要素 2b…第2の光学要素 3…第3レンズ群 D…絞り
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭63−293515(JP,A)
特開 平3−145614(JP,A)
特開 平1−279219(JP,A)
特開 昭63−289518(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
G02B 13/04
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 物体側から順に、負のパワーを有する単
レンズから成る第1レンズ群、絞り、正のパワーを有す
る第2レンズ群、正負の2枚のレンズを貼合わせた正の
パワーを持つ接合レンズから成る第3レンズ群とが配列
して構成され、 前記第2レンズ群は、物体側より第1の光学要素と物体
側に凹面を向けたメニスカスレンズからなる第2の光学
要素とから構成され、前記第1の光学要素と第2の光学要素とは密着あるいは
貼り合わせて構成され、 前記第1の光学要素のアッベ数をν2、第2の光学要素
のアッベ数をν3とするとき、ν2−ν3≦−15なる関係
を満足するように両光学要素にν値の異なる硝材を用
い、 前記第1の光学要素の像側面の曲率半径riを−0.2
5≦1/ri<0の範囲としたことを特徴とする内視鏡
対物レンズ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10943294A JP3406684B2 (ja) | 1993-07-06 | 1994-05-24 | 内視鏡対物レンズ |
US08/266,882 US5515208A (en) | 1993-07-06 | 1994-07-05 | Endoscope objective lens |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16669693 | 1993-07-06 | ||
JP5-166696 | 1993-07-06 | ||
JP10943294A JP3406684B2 (ja) | 1993-07-06 | 1994-05-24 | 内視鏡対物レンズ |
Publications (2)
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