JPH04218011A - 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、内視鏡対物光学系に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、内視鏡用対物レンズとしては、第１１図に示すよ
うなレトロフォーカスタイプのもの例えば特開昭４９−
１２１５４７号公報に記載されたものが知られている。

このレトロフォーカスタイプの対物レンズは、絞りＳを
はさんで物体側に凹のレンズ群Ｉを、また像側に凸のレ
ンズ群ＩＩを配置したものである。この対物レンズは、
絞りＳより前に配置した凹のレンズ群Ｉで主光線Ｐを強
くまげて広角化を可能にし、更に絞りＳより後方の凸の
レンズ群ＩＩにより像面に入射する主光線Ｐが光軸に平
行になるようにしてイメージガイドＧに光束が入射する
ようなテレセントリックタイプとしている。

このようにイメージガイドＧに垂直に光束を入射せしめ
ることによってイメージガイドＧ内での光の損失を少な
くすることが出来る。

また単板カラー固体撮像素子を用いたビデオスコープで
は、色シェーディング等の問題を回避するため、テレセ
ントリックの条件を満たしていることが要求される。こ
のように内視鏡対物レンズは、テレセントリックの条件
を満たしていることが要求されるが、そのために内視鏡
対物光学系においては、大きな歪曲収差が発生する。

歪曲収差は、入射瞳への主光線の入射角θ１に依存する
。又像高は、入射角θ１の関数である。

ここで歪曲収差をＤ（θ１）、像高をＨ（θ１）とする
と、歪曲収差Ｄ（θ１）は、次の式（ｉ）にて定義され
る。

ここでｆは対物光学系の焦点距離である。

通常Ｈ（θ１）は、Ａ（θ１）をθ１の関数としてＨ（
θ１）＝ｆＡ（θ１）と云う形で表現されることが多い
。このＨ（θ１）＝ｆＡ（θ１）を式（ｉ）に代入する
と、次の式（ｉｉ）が導かれる。

このように、歪曲収差と主光線の入射角との関係は、像
高と主光線の入射角との関係を決める関数Ａ（θ１）の
みで定まり、この関数は、光学系の歪曲特性を示してい
る。

一般に、この関数Ａ（θ１）は、瞳の結像関係のみに依
存し、それは、近軸瞳倍率への依存と、瞳の結像におけ
る収差（瞳を物点として追跡した時の正弦条件不満足量
と球面収差）への依存の二つに分類される。瞳の収差が
ない場合は、つまり対物光学系の全像高にわたって瞳の
正弦条件が満足されていて、かつ入射瞳および射出瞳に
おける瞳の球面収差がないと仮定すると、Ａ（θ１）は
、全系の近軸瞳倍率のみをパラメーターとして一意に定
まる。つまり近軸瞳倍率をβＥとすると、下記の式（ｉ
ｉｉ）が得られる。

テレセントリック条件を保つためには、内視鏡の対物光
学系は、近軸瞳倍率の絶対値｜βＥ｜を十分大きくする
必要がある。

｜βＥ｜が十分に大きいと、式（ｉｉｉ）よりＡ（θ１
）■ｓｉｎθ１と近似でき、歪曲収差は、次のようにな
る。

したがってθ１が増加するに伴って、負の歪曲収差が増
大する。

このように、テレセントリック条件を満たすことを要求
される内視鏡の対物光学系では、瞳の近軸関係に起因す
る歪曲収差が支配的である。この歪曲収差を補正するた
めには、瞳の結像における正弦条件を、強制的に大きく
崩す必要がある。

内視鏡の光学系において、歪曲収差を補正する場合、瞳
の結像における正弦条件の不満足度を増大させるために
物体の結像における非対称性収差、つまり非点収差とコ
マ収差が直接影響を受けることになる。また対物光学系
をコンパクトにし、広角にする場合も、諸収差特に軸外
収差の補正が困難になる。そのため、内視鏡の対物光学
系においては、広角にし、歪曲収差を十分減少させかつ
光学系をコンパクトに（特に外径を小さく）した時に、
いかに歪曲収差以外の諸収差を良好に補正するかが設計
上のポイントである。これら要件を同時に満足させなけ
れば、内視鏡対物光学系を実現し得ない。

非球面を用いて歪曲収差と他の収差を補正した対物レン
ズの例として特開昭５７−１７３８１０号公報に記載さ
れたものがある。しかしこの対物レンズは画角が５６°
とせまいにもかかわらず歪曲収差は完全には補正されて
いない。

また、第１２図に示す特開昭６０−１６９８１８号公報
に記載された光学系は、絞りを挟んで負のパワーを持つ
前群と正のパワーを持つ後群とにて構成され、前群に少
なくとも１面非球面を導入することにより、テレセント
リックな光学系で歪曲収差を補正したものである。しか
し上記公報に記載されている実施例の光学系は、コンパ
クトではなく、レンズ枚数も非常に多く好ましくない。

また第１３図に示す特開昭６１−１６２０２１号公報に
記載されている光学系は、明るさ絞りの前後に少なくと
も１面以上の非球面を用いたテレセントリックで歪曲収
差が補正されているが、前記の特開昭６０−１６９８１
８号公報の光学系と同様に、光学系がコンパクトでなく
かつ用いている非球面は、球面からのずれ量が非常に大
きく製作が困難であり、実用的ではない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、広角で歪曲収差が良好に補正され同時
に他の諸収差も補正され非球面レンズの加工性がよくか
つレンズ枚数の少ないコンパクトな内視鏡対物光学系を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の内視鏡対物光学系は、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、
明るさ絞りと、その後方の正の屈折力のレンズと負の屈
折力を有するレンズとを貼合わせたレンズ群とを含み全
体として正の屈折力を有する後群とからなり、少なくと
も１面非球面を有するものである。

光学系の近軸瞳倍率βＥが無限大であり、入射瞳と射出
瞳に球面収差のない光学系について、歪曲収差と瞳の正
弦条件不満足量との関係について述べる。

第９図において、像高Ｈ（θ１）は、Ａ（θ１）をθ１
＝０°における微係数が１である任意の関数としてＨ（
θ１）＝ｆＡ（θ１）と表現される。この関係と無限遠
物点における正弦条件不満足量の定義式Ｈ（θ１）−ｆ
ｓｉｎθ１とから、像面から物体面へ向かっての主光線
の追跡により求められる瞳の正弦条件不満足量は、ｆ［
Ａ（θ１）−ｓｉｎθ］となる。

これをｆｓｉｎθ１で割って規格化したものをＳ（θ１
）とおくと、Ｓ（θ１）は次の式（■）になる。

歪曲収差のない光学系では、Ａ（θ１）＝ｔａｎθ１で
あるから、βＥＴが無限大であるテレセントリックな光
学系では、歪曲収差を完全に除去するためには、Ｓ（θ
１）が次のようになるように瞳の正弦条件不満足量を発
生させれば良い。

進にＳ（θ１）がわかっていれば、Ａ（θ）が求められ
、歪曲収差Ｄ（θ１）を求めることが出来る。つまりＤ
（θ１）は次の式（■）のように表わされる。

上述と同様にして、像面から物体面に向けての主光線追
跡によって求まる前群、後群単独での瞳の正弦条件不満
足量を規格化したものを求めることが出来る。その値を
夫々Ｓ１（θ１）、Ｓ２（θ１）とすると、Ｓ（θ１）
、Ｓ（θ１）、Ｓ２（θ１）の間には次の関係がある。

この関係からＳ１（θ１）、Ｓ２（θ１）がわかってい
ればＳ（θ１）を求めることが出来る。

実際の光学系においては、入射瞳と射出瞳に球面収差が
存在するためその影響も考慮しなければならない。歪曲
収差が物点位置によって多少変動するのはこの影響であ
り、Ｓ１（θ１）、Ｓ２（θ１）も瞳の球面収差を考慮
した形にするのが望ましい。

入射瞳の球面収差を考慮したＳ１（θ１）を求めるため
には、明るさ絞りの中心を物点とし物体面を仮想絞りと
して明るさ絞りから前群に向かって第９図の矢印Ａ方向
に光線追跡すれば良い。この時のＳ１（θ１）は次の式
（■）のように定義出来る。

ここでθ２は、絞り位置における主光線の光軸に対する
角度であり、絞りが硝材中にある場合は、空気中に換算
する。〓１は明るさ絞りから物体に向かって（矢印Ａ方
向）の前群の近軸瞳倍率である。ｌ１は物体面から近軸
入射瞳までの距離である。ｌ１（θ１）は物体面から軸
外の入射瞳までの距離である。■１、■１（θ１）は物
体面を基準にして矢印Ａ方向を正とする。

同様にしてＳ２（θ１）も、明るさ絞りの中心を物点と
し、像面を仮想絞りとして、明るさ絞りから後群に向か
って第９図の矢印Ｂの方向に光線追跡を行なえば求める
ことが出来る。この場合、前群の時と光線追跡方向が逆
になるため、Ｓ２（θ１）は次の（■）のように定義で
きる。

ここでθ３は、像面から出射する主光線の光軸に対する
角度で、空気中の値に換算したものである。〓２は明る
さ絞りから像面に向かって（矢印Ｂ方向）の近軸瞳倍率
である。■２は像面から軸外の射出瞳までの距離である
。■２、ｌ２（θ１）の符号は、像面を基準にして矢印
Ｂ方向を正とする。

尚、θ１、θ２、θ３の符号は、物体側から主光線を入
射させた時、絞りより前では進行方向が光軸に近くなる
方向の場合を負、絞りより後方では進行方向が光軸から
離れる方向の場合を負とする。

前群、後群共に負の歪曲収差を補正する方向に正弦条件
を崩す時は、Ｓ１（θ１）、Ｓ２（θ１）は共に正にな
り、式（■）により定まるＳ（θ１）も正になる。

前記式（■）、（■）より瞳の正弦条件がほぼ満たされ
ている場合でも瞳の球面収差の発生量つまり式（■）、
（■）中の■１／ｌ１（θ１）又はｌ２（θ１）／■２
を変化させることによってＳ（θ１）を大きくすること
が出来る。絞りより後の後群の条件を一定にし前群に対
し絞りから物体側へ光線追跡を行なったとき、第１図に
示すような本発明のレンズ系では、明るさ絞りと第１群
との間に正の群を設けたことにより、第１群への光線の
入射角が小さくなり、θ１を一定に保つためには、第１
群のパワーを強くする必要がある。このように第１群の
パワーを強くすると、この群で発生する瞳の球面収差が
大きく式（■）のうちの■１／ｌ１（θ）を大にするこ
とが出来る。この値を大にすればＳ（θ１）が大になり
、歪曲収差を減少させることが出来る。

更に本発明の光学系で■１／ｌ１（θ１）を大きくする
ためには、次の条件（１）を満足することが望ましい。

（１）｜ｆ１／ｆ｜＜５ ただしｆ１は第１群の焦点距離、ｆは全系の焦点距離で
ある。

条件（１）の上限を越えると式（■）の■１／ｌ１（θ
１）を大きくできないため歪曲収差の補正量が少なくな
る。

またθ１が等しい時は、第１群の入射角が小さい方が■
１／ｌ１（θ１）をより大きくできるので、第１群の入
射角を小さくする条件として次の条件（２）を満足する
ことが好ましい。

（２）｜ｆ２／ｆ｜＜１０ ただしｆ２は第２群の焦点距離である。

正の屈折力を持つ第２群において、第１群の瞳の球面収
差発生量と逆方向に発生させるためには、第２群は瞳を
物点とする時に球面収差の発生量が少ない形状にするこ
とが望ましい。そのためには球面収差の発生量とレンズ
のベンディングとの関係から、物点側に凸面を持ちその
反対側が平面である平凸レンズに近い形状が、最も球面
収差を小さく出来る形状である。したがって第２群の各
曲面は、絞りと反対側の面の曲率半径をｒａ、絞り側の
面の曲率半径をｒｂとすると、次の条件（３）を満足す
ることが望ましい。

（３）｜ｒｂ／ｒａ｜＜０．７ 本発明の内視鏡対物光学系は、前記のように、負のパワ
ーの第１群と明るさ絞りとの間に正のパワーをもつ第２
群を配置してまた条件（１），（２），（３）を満足す
ることによって歪曲収差がある程度補正されているので
、非球面の数は少なくてすみ又非球面の形状も球面から
のずれ量が少なくてすむので加工性の良い形状にするこ
とができる。

更に負のパワーの群と明るさ絞りとの間に正のパワーの
群を配置した本発明のレンズ系は、次のようにして歪曲
収差以外の収差を補正することが出来る。

負のパワーの第１群と明るさ絞りの間に正のパワーを持
った第２群を配置すると、第１群の凹面で発生するマイ
ナス側のコマ収差とは反対のプラス側のコマ収差が第２
群の後面で発生するので、明るさ絞りの前側でコマ収差
をほぼ補正することが出来る。ここでコマ収差の符号は
、ガウス像面上で主光線より光軸側で結像させる方向を
マイナス、その逆をプラスとする。

又球面収差に関しても、同時に、第１群で発生する強い
正の球面収差を第２群の凸の作用によって負の球面収差
を発生させることによって補正出来る。そのために第２
群はある程の球面収差を発生させる必要があり、前記の
第２群の球面収差の発生を少なくするための条件である
条件（３）に加え次の条件を満足することが好ましい。

０．０１＜｜ｒａ／ｒｂ｜＜０．７ この条件の下限を越えると第１群で発生した正の球面収
差を十分補正できなくなる。

本発明の内視鏡対物光学系においては、明るさ絞りの後
ろ側では第３群の接合面でプラス側のコマ収差を発生さ
せて、正のパワーを持つ第４群で発生するマイナス側の
コマ収差と明るさ絞りの前側で僅かに残ったマイナス側
のコマ収差を補正している。このように本発明のレンズ
系では明るさ絞りの前と後ろでコマ収差を補正できるた
めコマ収差の曲りも少なく収差量も少なく出来る。

また凹の群の直後に明るさ絞りを配置した従来のレンズ
系の場合、倍率の色収差を後群中の接合レンズのみで補
正しているので、凹レンズで発生した倍率の色収差を充
分に補正できなかった。本発明のレンズ系は、第１群と
明るさ絞りとの間に配置した第２群でも倍率の色収差を
補正できるので、充分に倍率の色収差を補正できる。

このように、本発明のレンズ系は、明るさ絞りより前の
前群で収差が補正されているので少ないレンズ枚数で良
好な収差補正が可能である。

画角を広くしかつ第１群の外径を小さくするために第１
群の光線高を低くするには、第１群の負のパワーを非常
に強くする必要がある。

第１１図のような従来の対物レンズは、第１群のパワー
を強くしたことによって発生する非常に大きなコマ収差
の非対称性を第２群以後のレンズで補正することができ
ない。また第１群のパワーを強くするためにその屈折率
を高くすると、一般に屈折率の高い光学用硝材は、分散
が大きいために第１群で発生する大きな色収差を第２群
以降のレンズで補正しきれなくなる。そのために第１群
のパワーをあまり強くできない。

本発明のレンズ系は、前記のように第１群により発生す
るコマ収差や色収差を第２群によりキャンセルできるた
め、第１群のパワーを強くしても充分な収差の補正が可
能である。

このように本発明のレンズ系は、歪曲収差以外の収差も
良好に補正されコンパクトでレンズ枚数の少ない光学系
である。

またこのような光学系中に非球面を用いて歪曲収差を補
正するには軸外光線の光線高が高いレンズ面に非球面を
用いるのが効果的で、少ない非球面量で補正できる。そ
のため次の条件を満足することが望ましい。

１．５＞｜ｈＡ／Ｉ｜＞０．４ ただしｈＡは非球面での光線高、Ｉは最大光線高である
。

上記条件の下限を越えると歪曲収差を充分補正するため
には非球面量が大きくなり、非球面の加工性が悪くなる
。また上限を越えるとレンズ外径が大になり好ましくな
い。

歪曲収差を補正するための非球面の形状に関しては、特
開昭６０−１６９８１８号又は特開昭６１−１６２０２
１号公報に記載されているように、明るさ絞りの前側に
設ける場合は周辺になるほど正のパワーが強くなるか、
又は周辺になるほど負のパワーが弱くなる形状であれば
よい。例えば本発明のレンズ系において、第１群の第１
面を非球面にする場合は周辺ほど曲率が強くなる形状で
ある。更に明るさ絞りの後ろ側では周辺になる程正のパ
ワーが弱くなるか、周辺になる程負のパワーが強くなる
形状がよい。例えば本発明の光学系の第４群の最終面に
用いた場合は、周辺ほど曲率がゆるくなる非球面形状で
ある。上記のような非球面形状により歪曲収差を補正す
ることが出来る。

以上述べたように、本発明の光学系は、基準球面からの
ずれ量が少ない非球面で、また極力少ない数の非球面で
歪曲収差が良好に補正され、他の収差も良好に補正され
た光学系である。

〔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、ＩＨ＝１．３１３７、２ω＝１２０゜
ｒ１＝２６．９５２８（非球面） ｄ１＝０．３５８３　ｎ１＝１．５１６３３　ν１＝６
４．１５ｒ２＝０．８８１８ ｄ２＝０．９８４９ ｒ３＝−２０．９４８２ ｄ３＝１．１３５４　ｎ２＝１．８４６６６　ν２＝２
３．７８ｒ４＝−２．２１４９ ｄ４＝０．０６７１ ｒ５＝∽（絞り） ｄ５＝１．４４９３ ｒ６＝３．９８２２ ｄ６＝０．２１５８　ｎ３＝１．８４６６６　ν３＝２
３．７８ｒ７＝２．０４６２ ｄ７＝１．１０９８　ｎ４＝１．５８９１３　ν４＝６
０．９７ｒ８＝−２６．５８０３（非球面） ｄ８＝０．１０１３ ｒ９＝４．３３０９ ｄ９＝０．６５２９　ｎ５＝１．５１６３３　ν５＝６
４．１５ｒ１０＝∽ ｄ１０＝１．１９４３　ｎ６＝１．５４８１４　ν６＝
４５．７８ｒ１１＝∽ ｄ１１＝０．３１８５　ｎ７＝１．５２２８７　ν７＝
５９．８９ｒ１２＝∽ 非球面係数 （第１面） Ｐ＝１．００００、Ｂ＝０．２６３６４×１０−１Ｅ＝
０．２２９７２×１０−１、Ｆ＝−０．２４５８９×１
０−２Ｇ＝−０．１５７６７×１０−３ （第８面） Ｐ＝１．００００、Ｂ＝−０．３１１６７Ｅ＝０．３１
９８４×１０−１、Ｆ＝０．３６９１３×１０−２Ｇ＝
−０．６７６２１×１０−３ ｜ｆ１／ｆ｜＝１．８７７、｜ｆ２／ｆ｜＝１．４３｜
ｒｂ／ｒａ｜＝０．１０５７ 実施例２ ｆ＝１．０００、ＩＨ＝１．４７０６、２ω＝１２０゜
ｒ１＝９０．９３０２（非球面） ｄ１＝０．４０１１　ｎ１＝１．５１６３３　ν１＝６
４．１５ｒ２＝０．８９３８ ｄ２＝１．１０５４ ｒ３＝−９．７９４１ ｄ３＝１．２４７４　ｎ２＝１．８４６６６　ν２＝２
３．７８ｒ４＝−２．２５３４ ｄ４＝０．０７４７ ｒ５＝∽（絞り） ｄ５＝１．６１４８ ｒ６＝３．８５５３ ｄ６＝０．２１６９　ｎ３＝１．８４６６６　ν３＝２
３．７８ｒ７＝２．１５７８ ｄ７＝１．２３９６　ｎ４＝１．５６８７３　ν４＝６
３．１６ｒ８＝−４２．２９７３（非球面） ｄ８＝０．２０２３ ｒ９＝５．２０６４ ｄ９＝０．７３０８　ｎ５＝１．５１６３３　ν５＝６
４．１５ｒ１０＝∽ ｄ１０＝１．３３６９　ｎ６＝１．５４８１４　ν６＝
４５．７８ｒ１１＝∽ ｄ１１＝０．３５６５　ｎ７＝１．５２２８７　ν７＝
５９．８９ｒ１２＝∽ 非球面係数 （第１面） Ｐ＝１．００００、Ｂ＝０．１２６７７×１０−２Ｅ＝
０．１３６２６×１０−１、Ｆ＝−０．１０４６８×１
０−２Ｇ＝０．８２８０８×１０−６ （第８面） Ｐ＝１．００００、Ｂ＝−０．２８６９８Ｅ＝０．２２
２７７×１０−１、Ｆ＝０．２０３３９×１０−２Ｇ＝
−０．３０９６８×１０−３ ｜ｆ１／ｆ｜＝１．７４６、｜ｆ２／ｆ｜＝３．２１３
｜ｒｂ／ｒａ｜＝０．２３０ 実施例３ ｆ＝１．０００、ＩＨ＝１．０５０３、２ω＝１２０゜
ｒ１＝∽ ｄ１＝０．２８６４　ｎ１＝１．５１６３３　ν１＝６
４．１５ｒ２＝０．７５５８ ｄ２＝０．７７６２ ｒ３＝１５．９７３６ ｄ３＝０．８８０８　ｎ２＝１．８４６６６　ν２＝２
３．７８ｒ４＝−１．７７４０ ｄ４＝０．０５５６ ｒ５＝∽（絞り） ｄ５＝１．２０６５ ｒ６＝４．２６０３ ｄ６＝０．１９３４　ｎ３＝１．８４６６６　ν３＝２
３．７８ｒ７＝２．０２２３ ｄ７＝０．８３９１　ｎ４＝１．６０３１１　ν４＝６
０．７０ｒ８＝−２１．２５０７（非球面） ｄ８＝０．２２３３ ｒ９＝２．７６２１ ｄ９＝０．５２２０　ｎ５＝１．５１６３３　ν５＝６
４．１５ｒ１０＝∽ ｄ１０＝０．９５４８　ｎ６＝１．５４８１４　ν６＝
４５．７８ｒ１１＝ω ｄ１１＝０．２５４６　ｎ７＝１．５２２８７　ν７＝
５９．８９ｒ１２＝∽ 非球面係数 Ｐ＝１．００００、Ｂ＝−０．２５９６５Ｅ＝０．３８
３３１×１０−１、Ｆ＝０．１３０６０×１０−１Ｇ＝
−０．３９４１４×１０−２ ｜ｆ１／ｆ｜＝１．４６４、｜ｆ２／ｆ｜＝１．９３｜
ｒｂ／ｒａ｜＝０．０７３５ 実施例４ ｆ＝１．０００、ＩＨ＝０．９９９４、２ω＝１２０゜
ｒ１＝５４．００２１（非球面） ｄ１＝０．２７２６　ｎ１＝１．８８３００　ν１＝４
０．７８ｒ２＝０．６３５３ ｄ２＝０．６８４９ ｒ３＝２．７７１６ ｄ３＝０．７７８３　ｎ２＝１．７８５９０　ν２＝４
４．１８ｒ４＝−１．６５６７ ｄ４＝０．０８４１ ｒ５＝∽（絞り） ｄ５＝１．１４３５ ｒ６＝５．９２５３ ｄ６＝０．７８９１　ｎ３＝１．６０３１１　ν３＝６
０．７０ｒ７＝−０．８４１１ ｄ７＝０．１９７９　ｎ４＝１．８４６６６　ν４＝２
３．７８ｒ８＝−１．７２６７ ｄ８＝０．９６１６ ｒ９＝３．６６５７ ｄ９＝０．４９６７　ｎ５＝１．７２９１６　ν５＝５
４．６８ｒ１０＝∽ ｄ１０＝０．９０８５　ｎ６＝１．５４８１４　ν６＝
４５．７８ｒ１１＝∽ ｄ１１＝０．２４２３　ｎ７＝１．５２２８７　ν７＝
５９．８９ｒ１２＝∽ 非球面係数 Ｐ＝１．００００、Ｂ＝０．６９９６４×１０−２Ｅ＝
０．４５０５×１０−１、Ｆ＝０．１４５４２×１０−
１Ｇ＝−０．２２３１７×１０−１ ｜ｆ１／ｆ｜＝０．７３８、｜ｆ２／ｆ｜＝２．８４｜
ｒｂ／ｒａ｜＝０．５９５ ただしｒ１，ｒ２，…は各レンズ面の曲率半径、ｄ１，
ｄ２，…は各レンズの肉厚およびレンズ間隔、ｎ１，ｎ
２，…は各レンズの屈折率、ν１，ν２，…は各レンズ
のアツベ数である。

又非球面形状は、光軸をｘ軸、光軸と直交する方向をｙ
軸とする時次のように表わされる。

ここでＣは非球面頂点の曲率半径の逆数、Ｐは円錐定数
、Ｂ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、……は非球面係数である。

実施例１は、第１図に示す構成で、画角が１２０゜の固
体撮像素子と組合わせたものである。

図中Ｆはモアレを除去するための光学的ローパスフィル
ター、Ｃは固体撮像素子のカバーガラスである。また実
際に使用する場合は、観察時に不用なレーザー光や赤外
光を遮断するＹＡＧカットフィルターと赤外カットフィ
ルターを明るさ絞りと第３群の間に挿入する。

実施例２は、第２図に示すもので実施例１と同じように
固体撮像素子と組合わせたもので画角は１４０゜である
。

これら実施例１，２は、非球面を第１面と第８面に用い
ている。つまり絞りの前側では光線高の最も高い第１面
に用いて、球面からのずれ量が少なくても歪曲収差に対
する補正量を大に出来る。

また絞りより後ろ側では、コマ収差の発生量を少なくす
るため明るさ絞り側に曲率中心を持ち光線高の高い第８
面に非球面を用いている。

次に実施例３、４は、夫々第３図、第４図に示す構成で
、いずれも画角が１２０゜である。又非球面は１面のみ
用いている。実施例３は、非球面を第８面のみに、実施
例４は非球面を第１面のみに用いている。

これら実施例３、４では、画角１２０゜で歪曲収差が夫
々２９％、３３％とやや残った状態になっている。これ
は以下述べるような理由による。

内視鏡においては、例えば医療用であれば気管支や大腸
などの管状の臓器を光軸を管の軸方向に向けて観察する
場合や、工業用でガス管、水道管等を観察することがあ
る。第９図は、このような観察状態を示す概念図である
。このような被写体の場合、視野周辺の管内表面にある
物体の形状が歪まないようにするのが望ましく、管内表
面で管の軸に平行な方向を管内観察のメリジオナル方向
、それに垂直な方向を管内観察のサジタル方向として対
物光学系で観察したときに視野の周辺でメリジオナル方
向の倍率とサジタル方向の倍率が等しくなるようにすれ
ば良い。

第１０図は、管内観察において、メリジオナル方向の倍
率βＭ（θ１）とサジタル方向の倍率βＳ（θ１）を求
めるための図である。Ａ（θ１）という特性をもつ対物
光学系では、βＭ（θ１）、βＳ（θ１）は次の式のよ
うになる。

Ａ（θ１）＝Ｋｔａｎ（θ１／Ｋ）の時に、｜βＭ（θ
１）／βＳ（θ１）｜＝１となるθ１とＫとの組合わせ
は下記の式（ｘ）を満足する。

上記式を満足するθ１とＫの関係は次の表の通りである
。

辺上の関係から、例えば画角１２０゜の光学系を管内観
察に適するようにするためには、歪曲収差を約３２％程
度にすればよいことがわかる。

このような理由から、実施例３、４は、歪曲収差が残る
ようにしている。このように歪曲収差の補正量が少い時
は、一つの非球面で充分である。

したがってこれら実施例のように、本発明の光学系は、
非球面１面で管内観察に適したものを実現し得る。この
場合実施例１、２で述べたと同じ理由で絞りの前に用い
る場合は第１面、絞りの後ろに用いる場合は第８面を非
球面にすることが好ましい。

また、本発明の各実施例および前記従来例の特開昭６０
−１６９８１８号の実施例１および特開昭６１−１６２
０２１号の実施例８の非球面の基準球面からのずれ量｜
Δｘ｜を示すと次の通りである。

（本発明） 実施例１　０．０９２９１（第１面）　０．３４５３（
第８面）実施例２　０．０７１７９（第１面）　０．４
２２９３第８面）実施例３　０．１７７９８（第８面） 実施例４　０．０１０１７（第１面） （特開昭６０−１６９８１８） 実施例１　０．３８６（第３面） （特開昭６１−１６２０２１） 実施例８　０．４０６２（第１面）　０．１４２９（第
１３面）上記の値からわかるように特開昭６０−１６９
８１８号の実施例１は、画角が９０゜で歪曲収差が約−
５％であるが、｜Δｘ｜は本発明の方が少ない。

又特開昭６１−１６２０２１号の実施例８は、画角が１
２０゜で、歪曲収差が約４０％で本発明の実施例とほぼ
同じであるが、第１面、第１３面の｜Δｘ｜は大で、本
発明の光学系の方が｜Δｘ｜が小さい。

〔発明の効果〕

本発明の内視鏡対物光学系は、以上述べたような構成に
することによって、広角で歪曲収差が充分補正され同時
に他の諸収差も良好に補正され、又非球面レンズの加工
性が良くかつレンズ枚数の少ないコンパクトな光学系で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は夫々本発明の実施例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
収差曲線図、第９図は、本発明の原理を説明する図、第
１０図は管内観察時のメリデイオナル・サジタル方向の
倍率を求めるための図、第１１図乃至第１３図は従来の
内視鏡学系の構成を示す図である。 出願人　オリンパス光学工業株式会社 代理人　向寛二

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、明るさ絞りと、その
   後方に配置された正の屈折力と負の屈折力を有するレン
   ズを貼り合せてなるレンズを含み全体として正の屈折力
   を有する後群とからなり、少なくとも一つの非球面を有
   することを特徴とする内視鏡対物光学系。
2. 【請求項２】下記条件を満足することを特徴とする請求
   項（１）の内視鏡対物光学系。 （１）｜ｆ１／ｆ｜＜５ （２）｜ｆ２／ｆ｜＜１０ （３）｜ｒｂ／ｒａ｜＜０．７ ただしｆ１は第１群の焦点距離、ｆ２は第２群の焦点距
   離、ｆは全系の焦点距離、ｒａ、ｒｂは夫々第２群の物
   体側の面及び絞り側の面の曲率半径である。