JPH04163509A - 内視鏡対物光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野］ 本発明は、主として工業用として使用される管内観察用
内視対物光学系に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、内視鏡光学系の観察対象物の形状は、平面である
ことを想定している。また撮像面も平面である。そのた
め内視鏡対物光学系は、物体平面に対して共役の結像面
がほぼ平面になるように補正されている。つまり軸外の
結像性能を向上させるために非点隔差を小さくし、かつ
像面湾曲がなくなるような光学設計がなされてきた。し
たがって物体側が平面に近い状態、つまり撮像面の中心
付近と周辺に対応する物体平面までの距離がほぼ等しい
状態であれば良好な画像が得られた。

また、主に工業用内視鏡の分野では、水道管や土管など
の管状物体の内面検査に内視鏡対物光学系が用いられて
いる。管状物体を観察する場合、−度により多くの情報
を得ることや、管内面に対して出来るだけ垂直に近い状
態で観察できることが重要であるため、対物光学系の広
角化が望まれる。

しかし物体面が管状の場合、像面中心付近と周辺に対応
する物体平面までの距離に違いが出る。

例えば物体平面からスコープの先端までの距離をし、管
の内径をφとし、対物光学系の半画角をωとすると次の
ように表わせる。

ｔａｎ　　ω ただしＥは対物光学系の入射瞳距離である。上の式から
入射瞳位置から物体までの距離Ｌ−Ｅは、管の内径φに
比例し、対物光学系の半画角ωのタンジェントに反比例
することがわかる。第９図は画角と物体距離りとの関係
を示す略図で、対物光学系の画角がω１からω２へと広
がれば広がるほど像面周辺での物体距離がり、からＬ２
へと近点寄りになる。そのために従来の対物光学系では
、特に細径の管の観察の場合、像面中心付近を無限遠点
にピントを合わせると、被写界深度から近点側がはずれ
、像面周辺でピントが合わないと云う不具合があった。

またこの不具合を解消するための手段として被写界深度
をより深くすることが考えられるが、その場合、Ｆナン
バーが大になるよう絞らなければならず光学系が暗くな
る。

〔発明が解決しようとする課題］ 本発明は、固体撮像素子又はイメージガイドを用いた内
視鏡光学系で、管状物体を観察した時像面中心付近から
周辺までピントが合いかつＦナンバーの小さい明るい光
学系を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の内視鏡光学系は、物体側より順に負の屈折力を
有する第１群と正の屈折力を有する第２群と、第２群の
後に配置された明るさ絞りと、正の屈折力を有する後群
とからなり、光学系中に少なくとも１面非球面を有する
もので、次の条件（１）。

（２）、　（３）を満足することを特徴としている。

（１）　　Ｐ　−ｆ　＞０．１ （２）　　Ｅｉ　（ｎ＝−＋　　ｎ＝）　＜０（３）　
　Ａｊ　（ｎｊ−＋−ｎ＝）　＞Ｑで表わされる光学系
のペッツバール和、ｆは光学系の焦点距離、Ｅ８は光学
系中の任意の非球面で軸外主光線が最も高い位置を含む
非球面ｉの４次の非球面係数、ｎｉ−＋　、ｎ＝は前記
非球面ｉの物体側および像側の媒質の屈折率、ＡＪは光
学系中の非球面ｊで６次以上の中の少なくとも一つの非
球面係数、ｎｊ−１ｒ　　ｎｊは上記非球面ｊの物体側
および像側の媒質の屈折率である。

前記の構成のレンズ系で物体平面からスコープ先端まで
の距離をし、対物光学系の前側焦点距離をｆｒ最終面か
らガウス像面までの距離をＳＫとすると近軸的には次の
関係が成立つ。

（Ｌ十ｆｒ　）　　（ＳＫ　　ｆａ　）＝　　ｆ”　　
（ｉｉｉ）ここでＳｌ［ｆｇは無限遠物点の結像位置と
近接物点の結像位置との差を表わすが、本発明では一つ
の管状物体を観察する場合でも画角に応じて物体距離が
異なる。そのためＳＫ　　ｆｉは画角毎に異なる値を持
ち、各画角におけるガウス像面と実像面とのずれを°表
わすことになる。このずれ量（ｓＫ−ｆｓ　）が観察す
る管の内径φと対物光学系の画角ωによって変化するこ
とは明らかである。

任意の径φ１の管において、対物レンズの中心（無限遠
物点）での合焦位置から周辺部のそれぞれの画角での物
体面からスコープの先端までの距離りに対応する、各像
高での最終面からガウス像面までの距離ＳＫをつないだ
管内面に共役な像面形状の概略図を第１０図に示しであ
る。ここ・で簡単のためｆｒ’ｆｓ＋＝ｏ、ｆ＝１とし
ている。

光学系で観察すべき物体が管状の場合、第１０図に示す
ように、物体距離の変化によりガウス像面は、正の像面
湾曲を示すことになる。この現象による画質の劣化を防
ぐためには、光学系自体に負の像面湾曲を持たせて、前
記の正の像面湾曲をキャンセルすればよい。

実際の対物光学系の像面ば、３次収差の領域では像面が
球面になり、その曲率は、ペッツバールの和Ｐで次の式
で表わされる。

このＰの値が正のときは、像面ば、光学系に向かって凹
である。又像面湾曲による対物光学系中心（無限遠物点
）での合焦位置から周辺部での合焦点位置までのずれ量
ΔＳＫは次の式で与えられま ただしＩは最大像高である。

以上のことから、ペッツバール和Ｐを正にすることによ
り負の像面湾曲を持たせることができる。

又Ｐの値が大きければ大きい程ΔＳＫの絶対値が大にな
り、負の像面湾曲が大きくなり、これにより周辺像面に
共役な物体距離を短くすることができる。つまりより細
径の管で中心から周辺までピントが合う範囲が広がる。

以上のことから、ペッツバール和Ｐを正にする必要があ
り、これを実現する具体的な手段として凹の作用の面で
は、その面での軸外主光線との交点を高くかつ高屈折率
の硝材を用いればよい。また凸の作用の面では、逆に軸
外主光線との交点を低くしかつ低い屈折率の硝材を用い
ればよい。即ち、絞り近傍の前側では像面に向って凸面
を向けた正レンズ群を又絞りの後側近傍には物体側に凸
面を向けた正レンズ群を配置することが望ましい。更に
外径の極めて細いスコープ用の対物光学系としては、全
系の焦点距離で規格化したペッツバール和を前述のよう
に条件（１）を満足することにより、無限遠での合焦位
置から周辺部での合焦位置までの大きなずれ量ΔＳＫを
十分補正出来る。つまり条件（１）を満足しないとずれ
量を補正出来ない。

しかしペッツバール和Ｐを極端に大きくすると、光学系
の凸の作用が強くなりすぎて、球面収差やコマ収差の発
生量が大になり、実用上問題が生ずる。つまりペッツバ
ール和をある程度で押え球面収差やコマ収差を小さく抑
えるために非球面を設けて負の像面湾曲の発生を増加さ
せる必要がある。

そして更に前記の条件（２）、　（３）を満足させる必
要がある。一般に非球面は次の式にて表わすことが出来
る。

ここでｘ、　　ｙ光軸をｙ軸にとって像の方向を正方向
にとり、ｙ軸を面と光軸との交点を原点としてｙ軸に直
交した方向にとった座標の値、Ｃは光軸近傍でこの非球
面と接する円の曲率半径の逆数、Ｐは非球面の形状をあ
られすパラメーター、Ｂ。

Ｅ、　　Ｆ、　Ｇ・・・は夫々２次、４次、６次、８次
・・・の非球面係数である。

Ｐ＝１でＢ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、・・・がすべて０の場合は上
記式は球面を表わす。

またザイデルの収差係数を次の式（ｉｉ）、（ｉｉｉ）
のように定義する。物体距離をＯＢ、マージナル光線の
開口数をＮＡ、第１面より物体側の媒質の屈折率をｎｏ
とした時、近軸光線の第１面における光線高Ｈ０が ＮＡ Ｈｏ　＝ＯＢｘ　− Ｏ にて決まる。

メリジオナル光線（Ｘ＝Ｏ）に対して ΔＹ　＝　（ＳＡ３）π３＋（０ＭＡ３）Ｖ１π２＋　
（３（ＡＳＴ３）＋（ＰＴＺ３））　ｙ２Ｔ＋（ｏＩｓ
３）ｙ３＋　（ｓａｓ）Ｔ！５＋　（ＣＭＡ５）　ｙｕ
４＋　（ＴＯＢＳＡ）　マｚＰ＋　（ＥＬＣＭＡ）”−
Ｙ曙２＋　（５（ＡＳＴ５）＋（ＰＴＺ５））　Ｖ’Ｔ
＋（ｏ　ｒｓ５）Ｖ’　±（ＳＡ７）　Ｈ７・・・・・
・・・・　（ｉｉ　）サジタル光線（Ｙ＝Ｏ）に対して ΔＺ　＝　（ＳＡ３）Ｈ’　＋　（（ＡＳＴ３）　＋　
（ＰＴＺ３）　）　Ｚ”）ｌ＋（ＳＡ５）ＴｉＳ＋（Ｓ
ＯＢＳＡ）７２Ｗ３＋　（（ＡＳＴ５）　＋（ＰＴＺ５
）　）　’Ｚ’ｌＴ＋　（ＳＡ７）π７・・・（ｉｉｉ
）上記の式（ｉｉ）はメリディオナル光線に対して近軸
像点（収差がない時の像点）と実際の像点とのずれをΔ
Ｙとしたもので、Ｙは最大像高で規格化した像面におけ
る近軸主光線の入射位置、Ｈは瞳面における瞳径で規格
化したマージナル光線の入射位置である。またＳＡ３．
　　ＳＡ５．　　ＳＡ７は夫々３次、５次、７次の球面
収差、０ＭＡ３．　ＣＭＡ５ハ夫々３次、ｌのタンジェ
ンシャルコマ、ＡＳＴ３．　ＡＳＴ５は夫々３次、５次
の非点収差、ＰＴＺ３．　ＰＴＺ５は夫々３次、５次の
ペッツバール和、０１５３．　ＤＩＳ５は夫々３次、５
次の歪曲収差、ＴＯＢＳＡは５次の斜方向のタンジェン
シャル球面収差、ＥＬＣ？ＩＡは５次の楕円コマ、５Ｏ
ＢＳＡは５次の斜方向のサジタル球面収差である。

以後、非球面の式のうち、Ｐ＝１．Ｂ＝Ｏと置き換えた
式で説明する。

非球面により生ずる球面収差ΔＩｉ、コマ収差ΔＩＩｉ
、非点収差Δ■、および像面湾曲Δ■、は、４次の非球
面係数Ｅ、を用いて次のように表わすことが出来る。

ただしｈ□、巳は、夫々１面における近軸マージナル光
線および近軸主光線、ｎｌ−１ｒ　　ｎｉは非球面の物
体側および像側の媒質の屈折率である。

式（ｉｖ）より３次の像面湾曲係数Δ■、は非球面係数
Δ■、に等しいことがわかる。またレンズ全系のうちで
球面収差、コマ収差量をあまり変えずに像面湾曲を最適
化するために用いる非球面を配置する位置は、近軸マー
ジナル光線高り、が低くかつ近軸主光線高［の高い位置
が良いことがわかる。この非球面は、絞りの前後どちら
でもよい。ただし負の像面湾曲を発生させるためにΔ■
〈０すなわち条件（２）を満足する必要がある。しかじ
式（ｉｉＬ　（ｊｉ）から子午像面湾曲ΔＭと球欠像面
湾曲の変化量ΔＳがΔＭ：Ｓ＝３：１となる。

非点収差に限らず一般に収差は、物体距離に依存して値
が変化する。したがって例えば、ある物体距離に対して
非点収差が０となるように設計したものでも、物体距離
が変化すれば収差が発生する。

第１１図は、物体距離無限大に対して非点収差が０にな
るように補正された光学系に対して、物体距離が変化し
た時に非点収差が、どのようになるかを示した図である
。つまりこの図においてＳｋ。

が物体距離無限大に対するガウス像面である。物体距離
が近くなるとそれに応じてガウス像面の位置は右側に移
動する。それと同時に非点収差が発生し、その大きさは
第１１図において、ΔＤＭ、、　　△ＤＳ、、　　ΔＤ
Ｍ、、ΔＤＳｚで表わされるような値になる。

本発明の光学系は、観察対象物が管状物体なので、第９
図に示すように物体距離りと像高（画角２ω）との間に
特定の関係を有する。つまり物体距離が無限遠（ガラス
像面の位置は第１１図のＳｋ、）となるのは、光軸上（
画角が０°）だけである。

そしてガウス像面の位置がＳｋｌとなるような物体距離
では、像高は０．５だけとなり、又ガウス像面の位置が
Ｓｋｚとなるような物体距離は、最大像高の点だけであ
る。したがって、物体距離無限大に対して非点収差が０
である光学系を用いて管内面を結像させると第１１図に
符号ａ、ｂで示すような大きく傾いた像面になり、しか
も像高が高くなるにつれて非点収差が大になり像面ａと
ｂの差が非常に大きくなる。これでは光軸に垂直な像面
上では、鮮鋭な像を得ることは出来ない。

次に第１２図をもとに像面形状がどのような形状であれ
ば管状物体内を観察するのに最適であるかを調べる。

第１２図において原点（縦軸）は特定の物体距離に対す
るガウス像面であり、Ｓ□′は、像高０．５の位置に対
するガウス像面、ＳＫＩ’は像高が最大の位置に対する
ガウス像面の位置を夫々示している。最大像高に対する
像面ば、第１２図において、実線Ａにて示すように湾曲
しており、最大像高においてちょうど特定物体距離のガ
ウス像面上に乗る。尚ここでは非点収差がないのでΔＤ
ＭとΔＤＳとは重なっている。又像高０．５となる位置
では、物体距離が遠くなるので、ガウス像面はＳ　Ｋｌ
′となるが、物体距離が変化するので非点収差が発生し
、像面ばΔＭとΔＳとに分れ図において実線と破線のよ
うになるが像面湾曲の程度が小さくなるため像高０．５
の位置では、像点は特定の物体距離に対するガウス像面
よりは左側に来る。

各像高に関して同様の考察をすると、結局、最大像高に
おいて像点がガウス像面上に乗るようにするためには中
間の像高では像面がプラス側に曲がり、図面に破線ａｌ
、ｂ／にて示すようになる。

つまり管状物体を平らな像面に鮮鋭に結像させるために
は、中間の像高において非点収差を小さくすると共にプ
ラス側への像面の膨らみが小さくなるように中間像高で
の像面湾曲を大きくする必要がある。

ここで負の像面湾曲を発生させ、かつ最大像高でＤＭ＞
ＤＳを満足させることは、３次の収差係数の領域だけで
像面をマイナス方向にしか倒せないため無理である。そ
のためＤＭ＞ＤＳを満足させるには、６次以上の非球面
係数により高次の収差を発生させる必がある。

本発明では、光学系中の任意の面ｊに非球面を設け、そ
の非球面の６次以上の非球面係数ＡＪが前記の条件（３
）を満足する必要があり、それによってＤＭ＞ＤＳを満
足させることが可能になる。

以上のように、本発明の光学系は、前述のレンズ構成で
条件（３）を満足するもので、管状物体を観察する時に
Ｆナンバーを小さくしても像面中心から周辺までピント
が合う。

〔実施例〕

次に本発明の内視鏡対物光学系の各実施例を示す。

実施例１ ｆ　＝１．０００　　Ｆ１５．８８３ ｒｌ＝■ ｄ　、　＝０．２４１９　　ｎ　、　＝１．８８３００
　ｖ　、　＝４０．７８ｒ　ｚ　＝　０　、９６０２ ｄ　、＝０．４１５５ ｒ　ｚ　＝　１　、７７３８ ａ、＝０．９６７６　　ｎ２＝１．６２００４　シ、＝
３６．２５ｒ　、＝−１，６３５２（非球面） ｄ、＝０．３１３４ ｒｓ＝（１）（絞り） ｄ５＝０．０５３８ ｒｂ”（１） ｄ　６＝０．８０６４　　ｎ　３＝１．５２０００９３
＝７４．０Ｏｒ？＝■ ｄ　、＝０．０５３８ ｒ　ｓ＝２．６４９３ ｄ　−＝０．５１１９　　ｎ　、＝１．６０３１１　ｖ
　、＝６０．７Ｏｒ　、　＝−０，９３２６ ｄ　、＝０．１６１３　　ｎ　ｓ＝１．８３３５０　　
ｖ　５＝２１．０Ｏｒ　＋ｏ＝−２．４１７２ ｄ、。＝０．３８２２ ｒ　、、＝１．７０１７　（非球面） ｄ、、＝０．４３０１　　　ｎ、＝１．５８９１３　　
シ、＝６０．９７ｆ　Ｉｚ＝ＯＯ ｄ　１ｚ＝１．００５３　　　ｎ　、＝１．５４８１４
　　ｖ　？＝４５．７８ｒ、３＝ｏＯ ｄ　Ｉｚ＝０．２１５０　　ｎ　ｓ＝１．５１６３３　
　ｖ　−＝６４．１５ｒ、４＝ＣＤ 非球面係数 （第４面） Ｐ　＝１．００００、Ｂ＝０、Ｅ　＝０．１９４８０Ｘ
１０弓Ｆ　＝０．１５６０２Ｘ１０−’ （第１１面） Ｐ　＝１．００００．　Ｂ　＝　ＯｌＥ　＝　０．５８
９９２　Ｘ　１０−　’Ｆ＝−０．７１７５３Ｘ１０−
’、　Ｇ＝０．１８４５４Ｘ１０月Ｈ＝０．３７６３５
Ｘ１０−” Ｐ　−ｆ　＝０．４２５＞０．２ Ｅ、＝Ｅ、。

Ｅｌｌ　　（ｎｌｏ−ｎ１１）　　＝−０，０３４８＜
ＯＡ、＝Ｆ、。

Ｆ　ＩＩ　　（ｎ　１０−　ｎ　１１）　　＝０．０４
２３＞　０１　／　ｆ　、、＋＝０．５１９＜０．８４
実施例２ ｆ＝１．ｏｏｏ　　Ｆ１５．９７０ ｒ、＝（１） ｄ、−０，２４６６ｎ、＝１．８８３００　シ、＝４０
．７８ｒ　２＝０．７４１４　（非球面） ａ　、＝０．２５５５ ｒ　ｚ　＝　１　、２８９４ ｄ、＝０．９８６５　　ｎ、＝１．６１２９３　ｙ２＝
３７．００ｒ　４＝−１，５２０３ ｄ、＝０．３６２５ ｒ、＝ｃｃ＋（絞り） ｄｓ−０，０９８７ ｒ６＝ω ｄ　−＝０．８２２１　　ｎ−＝１．５２０００　ｖ　
３＝７４．０Ｏｒ？＝■ ｄ　、＝０．０５４８ ｒ　ｓ＝２．１２９９　（非球面） ｄ　、＝０．５６８４　　ｎ　、＝１．６０８８１　　
ｖ　、＝５８．９４ｒ　ｑ　　＝−１，０２５２ ｄ、＝０．１６４４　　ｎ、＝１．８３３５０　　ｖ５
＝２１．０Ｏｒ１゜＝−２，５９８６ ａ　、、＝０．３８９７ ｒ口＝１．６９３６ ｄ、、＝０．４３８５　　ｎ、＝１．５１６３３　　シ
、＝６４．１５ｒ、２＝ｏ。

ａ、２＝１．０２４９　　ｎ、＝１．５４８１４　　シ
、＝４５．７８ｒ、、Ｗｏ。

ａ、、＝０．２１９２　　ｎ、＝１．５１６３３　　シ
、＝６４．１５７．４ｍＣＤ 非球面係数 （第２面） ｐ＝ｉ、ｏｏｏｏ、Ｂ＝０、Ｅ　＝−０，１４７８８Ｆ
　＝−０，２９８４１、Ｇ　＝０．１７８００ｘｌＯＨ
＝−０，３９８７８Ｘ　１０ （第８面） Ｐ＝１．０Ｏ００、Ｂ＝Ｏ１Ｅ　＝　０．９０９２７　
Ｘ　１０−２Ｆ　＝−０，１１１６６、Ｇ　＝０．３６
３８０ｘｌＯ−’Ｈ＝０．１５２６１ Ｐ　　−ｆ　＝０．３９２＞０．２ Ｅ；　−Ｅｚ、　　Ｅｅ Ｅｚ（ｎ＋　　ｎｚ）＝−０，１３１＜ＯＥ　８　（ｎ
　７−　ｎ　Ｒ）　＝−０，００５５＜　０ＡＪ＝Ｆ。

Ｆ　ｓ　（ｎ　７−　ｎ’ｓ）　　＝−ｏ、ｏ６ｓｏ＞
　ＯＩ　／　ｆ　＊＊＝０．８８７／１．６６１　＝０
．５３４　＜０．８４実施例３ ｆ＝１．０００　　Ｆ１５．９２４ ｒｌ＝ω ｄ　、＝０．２３２０　　ｎ　＋　＝１．８８３００　
ｖ　１＝４０．７８ｒｚ＝０．９７４６ ｄ　２＝０．５１０８ ｒ：＋＝１．５９４９ ｄ　３＝０．９７９５　　ｎ　−＝１．６４７６９　ｖ
　ｚ＝３３．８゜ｒ　、　＝−１，８０３６ ｄ　４＝０．０５１５ ｒｓ＝’ｏ（絞り） ｄ　、＝　０．０９２８ ｒ６＝■ ａ、＝０．７７３３　　ｎｚ＝１．５２０００　　シ＝
＝７４．ｏ。

ｒｉ　；■ ｄ　、＝０．．０５１５ ｒ　ａ＝３．２８５０　（非球面） ｄ　ｅ＝０．５０５０　　ｎ　４＝１．５８９１３　　
ｖ　４＝６０．９７ｒ　ｑ　　＝−０，８２０２ ｄ　、＝０．１５４７　　ｎ　ｓ＝１．８３３５０　　
ｖ　、＝２１．０Ｏｒ　＋ｏ＝−２．０７１０ ａ　、　ｏ　＝　０．３６６５ ｒｌＩ＝１．５０１３（非球面） ｄ、、＝０．４１２４　　ｎ＋、＝１．４８７４９　　
シ、、＝７０．２Ｏｒ　＋ｚ”’ω ｄ　ｌ２＝０．９６４０　　ｎ　７＝１．５４８１４　
　シ、＝４５．７８ｒ　Ｉ：ｌ＝ω ｄ　＋＋＝０．２０６２　　ｎ　ｓ＝１．５１６３３　
　Ｖ　５＝６４．１５ｒ１４８ω 非球面係数 （第８面） Ｐ　＝１．０ＯＯＯ１Ｂ＝Ｏ１Ｅ　＝−０，１１８００
Ｆ＝０．１２５９０Ｘ１０．　　Ｇ＝−０，３７４６７
Ｘ１０Ｈ＝０．４１３３２Ｘ１０ （第１１面） Ｐ　＝１．００００、Ｂ＝Ｏ１Ｅ＝０．１９８６０Ｆ　
−−０，３１２０７、Ｇ＝０．１７３８８Ｈ＝−０，３
２７９１Ｘ１０−’ Ｐ　　−ｆ　＝０．４３２＞０．２ Ｅ、＝Ｅ、。

Ｅｌｆ　（ｎｌｏ−ｎ＋１）　＝−０，０９６８＜ＯＡ
、＝Ｆ、。

Ｆ　ＩＩ　　（ｎ　１０−　ｎ　ＩＩ）　　＝０．１５
２１＞　０１　／　ｆ　ｙ＋＝０．８５０６／１．７９
６ミ０．４７４＜０．８４実施例４ ｆ　＝１．ＯＯＯＦ１５．９６５ ｒ　１　°ω ｄ　、　＝０．２５４６　　ｎ　、　＝１．８８３００
　ｖ　＋　＝４０．７８ｒｚ＝１．０１５５ ｄｚ−０，７００１ ｒ３＝１．８３３０ ｄ　３＝１．０１８６　　ｎ　２＝１．６３６３６　　
ｖ　ｚ＝３５．３７ｒ　、　＝−１，９５８６ ｄ、＝０．０５６６ ｒｓ＝ω（絞り） ｄｓ＝０．１０１９ ｒｂ＝■ ｄ　、＝０．８４８９　　ｎ　３＝１．５２０００　　
ｖ　、＝７４．０Ｏｒ？＝（１） ｄ、＝０．０５６６ ｒ　ｇ＝３．４９５８　（非球面） ｄ　ｓ＝０．５５３５　　ｎ　４＝１．６１７００　　
ｖ　ａ＝６２．７９ｒ、＝−０，８８８０ ｄ＊＝０．１６９８　　ｎ５＝１．８３３５０　　ν５
＝２１．０゜ｒ　＋ｏ＝−２，５１７７ ｄ、、＝０．４０２４ ｒ　＋　＋　＝　１．６４４０　（非球面）ｄ、、＝０
．４５２７　　ｎ、＝１．４８７４９　　シ、＝７０．
２Ｏｒ　、２＝ＣＯ ｄ　、２＝１．０５８２　　ｎ　、＝１．５４８１４　
　ｖ　、＝４５．７８ｒｌｌ°ａ） ａ、、＝０．２１３８　　ｎ５＝１．５１６３３　　シ
ｅ＝６４．１５ｒ、４＝■ 非球面係数 （第８面） Ｐ　＝１．０Ｏ００、Ｂ＝Ｏ１Ｅ　＝−０，９１１１６
Ｘ　１０伺Ｆ　＝０．７７１７８　、Ｇ　＝−０，１９
６３９ｘｌＯＨ＝　０．１８６１０　Ｘ　１０ （第１１面） Ｐ　＝１．００００、Ｂ＝Ｏ１Ｅ　＝０．１４７８１Ｆ
　＝−０，２００６８、Ｇ＝０．１０１８６Ｈ＝−０，
１８６７９Ｘ　１０−　’ Ｐ　−ｆ　＝０．３５６＞０．２ Ｅ　ｉ　−Ｅ　ＩＩ Ｅｚ　（ｎＩｏ　　ｎ＋＋）　＝−０，０７２１＜ＯＡ
、＝Ｆ、。

Ｆ　＋＋　（ｎ　＋ｏ　　ｎ　＋＋）　＝０．０９７８
＞　ＯＩ　／　ｆ　、、＝０．９１／１．９６４＝０．
４６３＜０．８４ただしｒｌ＋ｒ２＋　・・・はレンズ
各面の曲率半径、ｄ、、ｄ２．・・・は各レンズの肉厚
およびレンズ間隔、ｎＩ　＋　　ｎｚ　＋　・・・は各
レンズの屈折率、ν、。

ν２．・・・は各レンズのアツベ数である。

これらの実施例は、次の条件（４）、　（５）を満足す
る。

（４）　　ｆｉｌ　ｆｉｌ　＋　ｌ　ｆｚｌ　＜５ｆ（
５）　　０．３＜ｌ　ｆ、ｌ／ｌ　ｆｚｌ＜１．５ただ
しｆｌは絞りより前にある発散レンズ群の焦点距離、ｆ
２は絞りより前にある収斂レンズ群である。

上記条件（４）の上限を越えると絞りの前のレンズ群の
前長が長くなり好ましくない。また条件（４）の下限を
越えると絞りの前の収斂レンズ群の各々の屈折力が非常
に強くなるので全長を短くすることは出来るが、発散レ
ンズ群、収斂レンズ群で発生する収差が大きくなりすぎ
て絞りの前でのレンズ群で発生する収差を小さくするこ
とが出来ない。

この条件（１）を満足するとき、絞りの前の発散レンズ
群の屈折力に対する収斂レンズ群の屈折力が強すぎると
、発散レンズ群で発生する正の球面収差より収斂レンズ
群で発生する負の球面収差が大きくなりすぎるため球面
収差を絞りの後のレンズ群で補正出来なくなる。逆に発
散レンズ群の屈折力が収斂レンズ群の屈折力より強すぎ
ると、発散レンズ群で発生する負のコマ収差を収斂レン
ズ群で充分補正できない。

したがって、収差を良好に補正するためには、絞りの前
の発散レンズ群と絞より前の収斂レンズ群との屈折力の
比をある範囲内に収めることが必要である。これを規定
したのが条件（５）である。

この条件（５）の下限を越えると球面収差が悪化し、又
上限を越えるとコマ収差が悪化し、いずれも補正が困難
になる。

実施例１は、第１図に示す構成で、物体側より順に像側
に凹面を有する負レンズの第１群Ｌ＋　と、像側に凸面
を有する正レンズの第２群Ｌ２と、絞りＳと、固体撮像
素子（ＣＯＤ）に近赤外領域の光が入射するのを防ぐた
めの色温度補正フィルタＦ＋　と、軸外の倍率の色収差
を補正するためにアツベ数の大きい材料よりなる正レン
ズとアッペ数の小さい材料よりなる負のメニスカスレン
ズとを貼合わせ全体として正の屈折力を有する接合色消
レンズの第３群Ｌ３と、物体側に凸面を向けた正のフィ
ールドレンズの第４群Ｌ４と、モアレおよび擬色の発生
を防止するために高周波成分をカットする光学的ローパ
スフィルターＦ２と、ＣＣＤカバーガラスＣとを配置し
たものである。

更にフィールドレンズＬ４の凸の面が条件（２）。

（３）を満足する形状の非球面として像面湾曲の補正を
行なっている。

この実施例１は、画角が約１２０°の広角な内視鏡対物
光学系である。文明るさ絞りＳより後ろの後群の収斂系
における色温度補正フィルターＦ。

が吸収フィルターであるとき軸外での入射光の入射角が
大きい（約４０°以上）と軸上光線との光路差が大きく
なり、軸上に比べて周辺での赤側の波長の光の分光透過
率がおちる。その影響で画面周辺で多少青みがかる等の
問題が生ずる。またＣＣＤ受光素子の前にＲ，Ｇ、Ｂ等
のモザイクカラーフィルターが設けられている同時代Ｃ
ＣＤにおいては、受光素子への入射角度が大きいと色む
らを起こしやすい欠点がある。そのためＣＣＤに入射す
る各像高での主光線がＣＣＤに対してほぼ垂直に入射す
るようにしなければならない。つまり対物光学系として
は、瞳位置がほぼ無限遠になるテレセンドリンク光学系
が望まれる。

この実施例１では、像高■に対するフィルターＦ、より
も後方のレンズＬ、、Ｌ、の合成焦点距離ｆ３４を長く
して、フィルターＦ＋への入射角を小さくしている。基
本的には以下の式を満足することが好ましい。

１　／　ｆ　３４＜　ｔａｎ４０°＝０．８４又実施例
１は、絞りＳの前の凸の面を非球面にして主として球面
収差、コマ収差の補正を行なっている。絞りの直前の面
は、近軸マージナル光線高り、は大きく近軸主光線高は
小さいので、この面を非球面にすると、式（ｉｘ）から
３次の非点収差係数は小さく出来、球面収差係数および
コマ収差係数は太き（出来るため球面収差、コマ収差の
補正にとって都合がよい。尚Ｆナンバーの大きな光学系
では、球面でも差しつかえないことは明らかである。　
　　　　　。

この実施例１の光学系を用いて管状物体面を観察した時
の非点収差を第５図に示しである。この時物体距離に相
当する管の内径は、条件としては厳しい管を設定し内径
約８ｍとした。

比較のために同一画角でペッツバール和がほぼ零である
第１３図に示す特開昭６２−１７３４１５号の実施例７
の非点収差曲線を第１４図に示す。

第５図と第１４図とを比較すれば明らかなように、前記
従来例の光学系は像面が極端にプラス方向に傾いている
のに対して、この実施例１の光学系は、中心から周辺ま
で像面がフラットである。

実施例２は、第２図に示す構成で、負レンズＬ、の像側
の面と接合レンズＬ３の物体側の面が非球面である。こ
れら非球面は、いずれも近軸主光線高のそれ程高くない
ところに設けられているため、いずれも一方の面だけで
は像面湾曲の補正量が小さい、そのために両非球面合わ
せて像面湾曲の補正を行なっている。

この実施例３の非点収差は、第６図に示す通りである。

実施例３は、第３図に示す構成で接合レンズＬ３の物体
側の面と接合レンズＬ４の物体側の面の２面が非球面で
ある。これら非球面は、２面とも絞りＳよりも像側に配
置されている。実施例３の非点収差は、第７図に示す通
りである。

実施例４は、第４図に示す構成で、実施例３と同じ構成
で画角を更に広＜　Ｌ　１４０°にして、より広い範囲
の観察を可能にした光学系である。

この実施例４の非点収差は、第８図に示す通りである。

〔発明の効果〕

本発明の管内観察用内視鏡光学系は、管状物体を観察し
たとき像面中心付近から周辺までピントが合いかつ明る
い光学系である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の実施例１乃至実施例４の断
面図、第５図乃至第８図は実施例１乃至実施例４の非点
収差曲線図、第９図は管内観察時の画角と物体距離の関
係を示す図、第１０図は従来の光学系での管内観察時の
像面形状を示す図、第１１図、第１２図は物点距離の変
化に対する非点収差の状況を示す図、第１３図は従来の
内視鏡対物レンズの断面図、第１４図は上記従来例の非
点収差曲線図である。 出願人　　オリンパス光学工業株式会社代理人　　　　
向　　　寛　　　− 第２図 第３図 第９図 第１０図 Ｕ　駕笈鴇 第５図 非点収差 第７図 第６図 非点収差 第８図 非点収差

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 物体側より順に、負の屈折力を有する第１群と、正の屈
   折力を有する第２群と、第２群の直後に配置された明る
   さ絞りと、正の屈折力を有する後群とよりなり、少なく
   とも１面の非球面を有し、下記の条件（１）、（２）、
   （３）を満足する内視鏡対物光学系。 （１）Ｐ・ｆ＞０．１ （２）Ｅ＿ｉ（ｎ＿ｉ＿−＿１−ｎ＿ｉ）＜０ （３）Ａ＿ｊ（ｎ＿ｊ＿−＿１−ｎ＿ｊ）＞０ ただしｆは対物光学系の焦点距離、Ｄは対物光学系のペ
   ッツバール和、Ｅ＿ｉは非球面のうち主光線が最も高い
   位置を含む非球面の４次の非球面係数、ｎ＿ｉ＿−＿１
   、ｎ＿ｉは上記非球面の物体側および像側の媒質の屈折
   率、Ａ＿ｊは６次以上のうちの少なくとも一つの非球面
   係数、ｎ＿ｊ＿−＿１、ｎ＿ｊは夫々上記非球面の物体
   側および像側の屈折率である。