JPH06194571A - 内視鏡対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、接合レンズを用いることなくし
たがって少ないレンズ枚数で色収差等を良好に補正した
内視鏡対物レンズを提供することを目的とするものであ
る。 【構成】 本発明の内視鏡対物レンズは、絞りよりも
像側に正の作用を有する回折型光学素子を用いたことを
特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人間の体腔内に挿入し
て診断を行なったり治療したりするために、又はパイプ
内に挿入しその内壁の腐食の状態等を検査するために用
いられる内視鏡の対物レンズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の内視鏡の対物レンズは、図２４に
示すようにレトロフォーカス型のレンズ構成のものが多
い。それは、像面にグラスファイバーを束ねたイメージ
ガイドファイバー束の端面を配置するか、ＣＣＤなどの
固体撮像素子等を配置したりするため、像面への入射角
が大きいとグラスファイバーで光の漏れを起こしたり、
モザイクフィルター方式の固体撮像素子で色シェーディ
ングを起こすため、対物レンズがテレセントリックな条
件を満足する必要があり、又内視鏡の操作性の点で広画
角な対物レンズが望まれるためである。このような、レ
トロフォーカス型の内視鏡対物レンズとして、例えば、
特開平２−７４９１２号公報に記載されたレンズ系が知
られている。

【０００３】このような従来の内視鏡対物レンズは、色
収差を補正するために接合レンズが用いられ、構成レン
ズ枚数が多くなる。

【０００４】又近年回折現象を利用した回折型光学素子
即ちディフラクチブ オプティクス エレメンツ［Ｄｉ
ｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ
（ＤＯＥ）］が知られている。この回折型光学素子は、
次の通りの作用を有している。

【０００５】通常の光学ガラスは、図２６（Ａ）におい
て次の式で表わされるスネルの法則に従って屈折する。

【０００６】 ｎsin θ＝ｎ'sinθ' （１） ただし、ｎは入射側媒質の屈折率、ｎ' は出射側媒質の
屈折率、θは光線の入射角、θ' は光線の出射角であ
る。

【０００７】一方、回折現象では、図２６（Ｂ）のよう
に光は次の式で表わす回折の法則にしたがって屈折す
る。

【０００８】 ｎsin θ−ｎ'sinθ' ＝ｍλ/d （２） ただしｍは回折光の次数、λは波長、ｄは格子間隔であ
る。

【０００９】上記の式（２）に従って光線を屈折させる
ようにした光学素子が回折型光学素子である。この式
（２）において、ｄを光線高により変化させ、一次光の
出射角θ' を光線高に応じて変化させて、一点に集光す
るようにすれば適当な焦点距離ｆを持つ回折型光学素子
（回折型レンズ）を作ることが出来る。しかしこのまま
では、一般的にフレネルゾーンプレートと呼ばれている
ものであって、格子状に遮蔽されていることと、一次以
外の次数の光が発生するためとにより光量の無駄が多
く、図２７（Ａ）に示すようなキノフォームと呼ばれる
断面形状が鋸状にしてある。これにより入射光はブレー
ズ化され、１次回折効率が１００％になる。実際には、
完全な鋸状に加工することは難しく、図２７（Ｂ）に示
すようにエッチングにより階段状にして近似させるが、
それでも回折効率がほぼ９０％以上になる。

【００１０】次に上記のような回折型光学素子を使用す
ることによる効果について説明する。

【００１１】薄肉レンズの場合、次の式（３）に示す関
係が成立つ。

【００１２】 １／ｆ＝（ｎ−１）（１／ｒ₁ −１／ｒ₂ ） （３） ただし、ｆは焦点距離、ｒ₁ ，ｒ₂ は夫々入射面と出射
面の曲率半径、ｎはレンズの屈折率である。

【００１３】上記式（３）の両辺を波長λにて微分する
と下記のように式（４）が求まる。

【００１４】 ｄｆ／ｄλ＝−ｆ（ｄｎ／ｄλ）／（ｎ−１） Δｆ＝−ｆ｛Δｎ／（ｎ−１）｝ （４） 回折型光学素子の場合、λｆ＝Ｃ（一定）であるので、
ｆ＝Ｃ／λである。このｆ＝Ｃ／λの両辺をλで微分す
ると次のようにして式（５）が得られる。

【００１５】 ｄｆ／ｄλ＝−Ｃ／λ² ＝−ｆ／λ Δｆ＝−ｆ（Δλ／λ） （５） Δｎ／（ｎ−１）＝νであるので、式（４）と（５）と
からν＝λ／Δλである。したがって、回折型光学素子
のν_d は下記の通りである。

【００１６】 ν_d ＝λ_d ／（λ_F −λ_C ）＝−３．４５３ （６） このように回折型光学素子は、非常に大きな負の分散特
性を持つ。通常のガラスの分散特性は、約２０〜１００
であるので、通常のレンズと回折型光学素子とを組合わ
せることにより色収差の除去に大きな効果を発揮するこ
とが出来る。このような回折型光学素子の最も簡単な設
計法は、一般に使用されている自動設計プログラムのう
ち、ＨＯＥ即ちホログラフィック オプティクス エレ
メンツ（Ｈolographic Ｏptics Ｅlements ）の設計が
できる機能を持つ自動設計プログラムを用いることであ
る。ここでウルトラ−ハイ インデックス レンズ（Ｕ
ｌｔｒａ−Ｈｉｇｈ Ｉｎｄｅｘ Ｌｅｎｓ）と呼ばれ
るレンズを回折型光学素子と仮定することによって、通
常のレンズ自動設計プログラムを用いても設計すること
ができる。このことについては、ＳＰＩＥ １２６巻４
６−５３頁（１９７７年）に記載されている。この屈折
率ｎがｎ≫１であるようなウルトラ−ハイ インデック
ス レンズにおいては、次の式（７）で表わされる関係
が成立つ。

【００１７】 （ｎ−１）ｄｚ／ｄｈ＝ｎsin θ−ｎ'sinθ' （７） ただし、ｎ' は出射側の媒質の屈折率、θ，θ' は光線
の入射角および出射角、ｎは回折型光学素子の基板の屈
折率、ｚはウルトラ−ハイ インデックスレンズの肉厚
である。

【００１８】式（２）および（７）から次の式（８）が
求まる。

【００１９】 （ｎ−１）ｄｚ／ｄｈ＝ｍλ/d （８） ウルトラ−ハイ インデックス レンズとして非球面を
定義したとすると、下記のように表わされる。 ｚ＝Ｃｙ² ／［１＋（１−Ｃ² Ｐｙ² ）^1/2 ］＋Ｂｙ² ＋Ｅｙ⁴ ＋Ｆｙ⁶ ＋Ｇｙ⁸ ＋・・・・ （９） ただし、図２８に示すようにｚは光軸（像の方向を
正）、ｙは面とｚ軸との交点を原点としｚ軸に直交した
座標軸のうちメリジオナル方向の座標軸、Ｃは基準面の
曲率、Ｐは円錐定数でＰ＝１−ｅ² （ｅは離心率）で与
えられる値、Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，・・・は夫々２次，４
次，６次，８次，・・・の非球面係数である。尚図２８
において、Ｏは物体、Ｉは像である。

【００２０】式（８），（９）よりある光線高における
回折型光学素子のピッチｄは、次の式（１０）で表わさ
れる。 ｄ＝ｍλ／［（ｎ−１）｛Ｃｈ／（１−Ｃ² Ｐｈ² ）^1/2＋２Ｂｈ＋４Ｅｈ³ ＋６Ｆｈ⁵ ＋８Ｇｈ⁷ ＋・・・・｝］ （１０） したがって、ウルトラ−ハイ インデックス レンズを
用いて設計を行なえば、そのレンズデーターと等価の回
折型レンズの面の形状を求めることが出来る。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】前述の図２４に示すよ
うな構成のレンズ系は、色収差を除去するために少なく
とも２枚のレンズからなる接合レンズを用いる必要があ
り、必然的にレンズ枚数が増えコスト高になる問題を有
していた。

【００２２】本発明は、接合レンズの代りに回折型光学
素子を用いることによって、色収差を除去しかつレンズ
枚数を減らしコストを低下せしめた内視鏡対物レンズを
提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の内視鏡対物レン
ズは、レンズ系中に少なくとも開口絞りを含んでいて、
この絞りよりも像側に正の作用を持つ回折型光学素子を
配置したことを特徴としている。

【００２４】又本発明の内視鏡対物レンズにおいて、絞
りより像側に更に正の屈折力を持つレンズ成分を配置す
ることにより一層良好なレンズ系となし得る。

【００２５】更に本発明の内視鏡対物レンズにおいて、
絞りより物体側に負の屈折力を持つレンズ配分を配置す
ることも好ましい。

【００２６】通常の内視鏡対物レンズは、ある程度のテ
レセントリック性（光線射出角が０°±１０°以内であ
ることが好ましい）を確保するために、正レンズの前側
焦点位置付近に絞りが配置されることが最低限必要であ
る。しかし、このようなレンズ構成の場合、像面上で倍
率の色収差が−ｙ方向に発生し、軸上色収差が−ｚ方向
に発生する。

【００２７】回折型光学素子は、負のアッベ数を持つウ
ルトラ−ハイ インデックス レンズと等価であり、正
の作用を持つ回折型光学素子を絞りよりも像側に配置す
れば、倍率の色収差および軸上色収差を良好に補正出来
る。

【００２８】また、通常の内視鏡対物レンズは、画角を
広くするために、絞りよりも物体側に負レンズを配置す
る。このように絞りより物体側に負レンズを配置すると
倍率の色収差は像面上で大きく−ｙ方向に発生し、又軸
上の色収差は、この負レンズの作用と正レンズの作用と
でやや打ち消し合うが、−ｚ方向に発生する。これら倍
率の色収差および軸上の色収差も、絞りよりも像側に配
置された正の作用を有する回折型光学素子により良好に
補正出来る。

【００２９】又ウルトラ−ハイ インデックス レンズ
により収差補正を行なう場合、下記の式（１１）の密着
薄肉レンズの色消し条件について考える。 Σ 1/(ｆ_i ν_i)＝０ （１１） 通常のガラスのアッベ数とウルトラ−ハイ インデック
ス レンズのアッベ数とは、オーダーが１桁異なってい
るため、ウルトラ−ハイ インデックス レンズの焦点
距離は、他のガラスレンズの焦点距離にくらべてオーダ
ーを１桁異なるようにする必要がある。そのためにウル
トラ−ハイ インデックス レンズを用いて色収差を補
正するためには全系の焦点距離をｆ、ウルトラ−ハイ
インデックス レンズの焦点距離をｆ_D とすると、次の
条件（１２）を満足することが望ましい。 ３ｆ＜ｆ_D ＜１００ｆ （１２） 条件（１２）の下限を越えると軸上色収差の補正が困難
になり、条件（１２）の上限を越えると、通常のガラス
レンズ程度の補正能力しか持ち得ないため、回折型光学
素子を用いる意味がない。

【００３０】

【実施例】次に本発明の内視鏡用対物レンズの各実施例
を示す。以下述べる実施例１〜６は、図１〜図６に示す
構成で下記のデーターを有する。 実施例１ ｆ＝1 ，Ｆ／2.3 ，２ω＝51.0°，ＩＨ＝0.3952 ｒ₁ ＝∞（絞り） ｄ₁ ＝ 1.2587 n₁ =1.883 ν₁ =40.78 ｒ₂ ＝3334.5350(非球面）ｄ₂ ＝ 0(DOE) n₂ =1001.42 ν₂ =-3.45 ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝ 0.3688 ｒ₄ ＝1.1245 ｄ₄ ＝1.7455 n₃ =1.883 ν₃ =40.78 ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝0.0376 n₄ =1.56384 ν₄ =60.69 ｒ₆ ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝1 ，Ｂ＝0 ，Ｅ＝-0.78889×10^-4，Ｆ＝0.99820 ×
10^-4 Ｇ＝-0.45346×10^-3 ｆ_D ＝3.333 ，ｈ_M＝0.225 ，ｈ_C＝0.296 ，ｆ_D ／Ｄ＝
2.648 Ｅ₁ ＝1.3 ，Ｅ₂ ＝1.7 ，Ｅ₂ ／Ｅ₁ ＝1.31，ｆ_D ／ｆ
＝3.333 １−Ｄ₂ （ｆ₁ −Ｄ₁ ）／ｆ₁ Ｄ₁ ＝0.818 ｈ_C ／ｈ_M・Ｆ_NO・ ＩＨ＝0.782

【００３１】実施例２ ｆ＝1 ，Ｆ／6.2 ，２ω＝102.68°，ＩＨ＝0.815 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.4782 ｎ₁ ＝1.883 ν₁ ＝40.78 ｒ₂ ＝0.7562 ｄ₂ ＝0.5002 ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝0.6173 ｎ₂ ＝1.52287 ν₂ ＝57.89 ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝0.3086 ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝0.9568 ｎ₃ ＝1.52 ν₃ ＝74.0 ｒ₆ ＝∞（絞り） ｄ₆ ＝0.29 ｒ₇ ＝1.6192 ｄ₇ ＝0.8403 ｎ₄ ＝1.883 ν₄ ＝40.78 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝0(ＤＯＥ）ｎ₅ ＝1001.42 ν₅ ＝-3.45 ｒ₉ ＝-40.9515（非球面）ｄ₉ ＝2.3704 ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝1.5432 ｎ₆ ＝1.51633 ν₆ ＝64.15 ｒ₁₁＝∞ 非球面係数 Ｐ＝1 ，Ｂ＝0.12168 ×10^-1，Ｅ＝0.17450 ×10^-4 Ｆ＝0.13663 ×10^-2 Ｇ＝-0.41386×10^-2 ｆ_D ＝12.020，ｈ_M＝0.286 ，ｈ_C＝0.17，｜ｆ₁ ｜／Ｄ
＝0.401 ｈ_C ／ｈ_M・Ｆ_NO・ ＩＨ＝0.127 ，ｆ_D ／ｆ₂ ＝7.31

【００３２】実施例３ ｆ＝1 ，Ｆ／2.8 ，２ω＝91.5°，ＩＨ＝0.759 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.3408 ｎ₁ ＝1.45875 ν₁ ＝67.80 ｒ₂ ＝0.5414 ｄ₂ ＝0.8676 ｒ₃ ＝∞（絞り） ｄ₃ ＝0.0077 ｒ₄ ＝6.9149 ｄ₄ ＝0.8154 ｎ₂ ＝1.45875 ν₂ ＝67.80 ｒ₅ ＝-0.9261 ｄ₅ ＝0 ｒ₆ ＝2.4647 ｄ₆ ＝0.5061 ｎ₃ ＝1.45875 ν₃ ＝67.80 ｒ₇ ＝-1985.943(非球面）ｄ₇ ＝0(ＤＯＥ）ｎ₄ ＝1001.42 ν₄ ＝-3.45 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝1.4819 ｒ₉ ＝2.6822 ｄ₉ ＝0.8807 ｎ₅ ＝1.45875 ν₅ ＝67.80 ｒ₁₀＝∞ 非球面係数 Ｐ＝1 ，Ｂ＝0.29699 ×10^-3，Ｅ＝-0.52072×10^-4 Ｆ＝0.43806 ×10^-4 Ｇ＝-0.44209×10^-4 Ｈ＝-0.33752×10^-4 Ｉ＝-0.23462×10^-5 ｆ_D ＝11.052，ｈ_M＝0.35，ｈ_C＝0.338 ，｜ｆ₁ ｜／Ｄ
＝1.36 ｆ_D ／ｆ₂ ＝8.696 ，ｈ_C ／ｈ_M・Ｆ_NO・ ＩＨ＝0.46

【００３３】実施例４ ｆ＝1 ，Ｆ／4.47，２ω＝93.4°，ＩＨ＝0.740 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.3324 ｎ₁ ＝1.45875 ν₁ ＝67.80 ｒ₂ ＝0.5905 ｄ₂ ＝0.9516 ｒ₃ ＝∞（絞り） ｄ₃ ＝0.7953 ｎ₂ ＝1.45875 ν₂ ＝67.80 ｒ₄ ＝-1.112 ｄ₄ ＝0 ｒ₅ ＝2.5939 ｄ₅ ＝0.4936 ｎ₃ ＝1.45875 ν₃ ＝67.80 ｒ₆ ＝-2474.5145（非球面）ｄ₆ ＝0(ＤＯＥ）ｎ₄ ＝1001.42 ν₄ ＝-3.45 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝1.3592 ｒ₈ ＝1.6118 ｄ₈ ＝1.6794 ｎ₅ ＝1.45875 ν₅ ＝67.80 ｒ₉ ＝∞ 非球面係数 Ｐ＝1 ，Ｂ＝0.25386 ×10^-3，Ｅ＝-0.54928×10^-4 Ｆ＝0.80482 ×10^-4 Ｇ＝-0.3876 ×10^-4 Ｈ＝-0.42264×10^-4 Ｉ＝-0.30885×10^-5 ｆ_D ＝9.649 ，ｈ_M＝0.229 ，ｈ_C＝0.342 ，｜ｆ₁ ｜／
Ｄ＝1.35 ｆ_D ／ｆ₂ ＝6.5 ，ｈ_C ／ｈ_M・Ｆ_NO・ ＩＨ＝0.45

【００３４】実施例５ ｆ＝1 ，Ｆ／2.44，２ω＝110.0 °，ＩＨ＝0.829 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.372 ｎ₁ ＝1.45875 ν₁ ＝67.80 ｒ₂ ＝0.6033 ｄ₂ ＝0.9735 ｒ₃ ＝∞（絞り） ｄ₃ ＝0.0076 ｒ₄ ＝-8.9636 ｄ₄ ＝0.8902 ｎ₂ ＝1.45875 ν₂ ＝67.80 ｒ₅ ＝-1.0299 ｄ₅ ＝0 ｒ₆ ＝2.4339 ｄ₆ ＝0.4481 ｎ₃ ＝1.45875 ν₃ ＝67.80 ｒ₇ ＝1700.1112 （非球面）ｄ₇ ＝0(ＤＯＥ）ｎ₄ ＝1001.42 ν₄ ＝-3.45 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝1.2456 ｒ₉ ＝1.7524 ｄ₉ ＝1.9166 ｎ₅ ＝1.45875 ν₅ ＝67.80 ｒ₁₀＝∞ 非球面係数 Ｐ＝1 ，Ｂ＝-0.27291×10^-3，Ｅ＝-0.40356×10^-4 Ｆ＝0.38175 ×10^-4 Ｇ＝-0.15833×10^-4 Ｈ＝-0.63409×10^-5 Ｉ＝0.40434 ×10^-11 ｆ_D ＝23.59 ，ｈ_M＝0.437 ，ｈ_C＝0.407 ，｜ｆ₁ ｜／
Ｄ＝1.351 ｆ_D ／ｆ₂ ＝15.1，ｈ_C ／ｈ_M・Ｆ_NO・ ＩＨ＝0.46

【００３５】実施例６ ｆ＝1 ，Ｆ／2.45，２ω＝102.6 °，ＩＨ＝0.785 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.3526 ｎ₁ ＝1.45875 ν₁ ＝67.80 ｒ₂ ＝0.6062 ｄ₂ ＝0.8780 ｒ₃ ＝∞（絞り） ｄ₃ ＝0.006 ｒ₄ ＝-10.2198 ｄ₄ ＝0.8436 ｎ₂ ＝1.45875 ν₂ ＝67.80 ｒ₅ ＝-0.9714 ｄ₅ ＝0.3949 ｒ₆ ＝2.3065 ｄ₆ ＝0.4174 ｎ₃ ＝1.45875 ν₃ ＝67.80 ｒ₇ ＝1087.3734 （非球面）ｄ₇ ＝0(ＤＯＥ）ｎ₄ ＝1001.42 ν₄ ＝-3.45 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝1.0845 ｒ₉ ＝1.6606 ｄ₉ ＝1.7852 ｎ₅ ＝1.45875 ν₅ ＝67.80 ｒ₁₀＝∞ 非球面係数 Ｐ＝1 ，Ｂ＝-0.43907×10^-3，Ｅ＝-0.35378×10^-4 Ｆ＝0.28031 ×10^-4 Ｇ＝-0.12212×10^-4 ｆ_D ＝24.083，ｈ_M＝0.395 ，ｈ_C＝0.519 ，｜ｆ₁ ｜／
Ｄ＝1.321 ｆ_D ／ｆ₂ ＝15.35 ，ｈ_C ／ｈ_M・Ｆ_NO・ ＩＨ＝0.684 ただしｒ₁ ，ｒ₂ ，・・・ はレンズ各面の曲率半径、ｄ
₁ ，ｄ₂ ，・・・ は面間隔、ｎ₁ ，ｎ₂ ，・・・ は屈折率、
ν₁ ，ν₂ ，・・・ はアッベ数、Ｆ_NoはＦナンババー、Ｉ
Ｈは像高、ｈ_M ，ｈ_C は夫々軸上マージナル光線及び軸
外主光線高である。

【００３６】実施例１は、図１に示す構成で主に血管等
に用いられる極細のファイバースコープに適用した内視
鏡対物レンズである。ここで回折型光学素子の焦点距離
は、通常のレンズに比べて約１０倍であるので、像面近
くのレンズが回折型光学素子であるテレセントリックな
光学系は、全長が大きくなりすぎる。この実施例１は、
物体側より順に、絞りと正の作用を持つ回折型光学素子
（平行平面板の像側の面に設けられている）と、通常の
ガラスよりなる正レンズとより構成されている。又回折
型光学素子の焦点距離をｆ_D 、絞りから前記光学素子ま
での距離をＤとする時、次の条件を満足する。

【００３７】 １＜ｆ_D ／Ｄ＜３ （１３） この条件の下限を越えるとテレセントリック性を維持す
ることが困難になる。又上限を越えると前記の正レンズ
の全反射によるけられが問題になる。ウルトラ−ハイ
インデックス レンズは、屈折率が非常に大であるた
め、ペッツバール和が小さく、図２５に示すような従来
の血管用内視鏡対物レンズより像面湾曲が良く補正され
ている。

【００３８】又主光線より上側の光線がレンズ外径によ
りけられないための条件は、図１４における近軸計算に
より求められる。第１のレンズＬ₁ において、ニュート
ンの公式より次の関係が成立つ。

【００３９】 （ｚ’ −ｆ₁ ）（ｆ₁ −Ｄ₁ ）＝−ｆ₁ ² （１４） 又第２レンズＬ₂ に入射する光線の光線高をｈ₂ 、第１
レンズＬ₁ に入射する光線高をｈ₁ とすると、次の関係
が成立つ。

【００４０】 ｈ₂ ／ｈ₁ ＝１−Ｄ₂ （ｆ₁ −Ｄ₁ ）／（ｆ₁・Ｄ₁) （１５） したがって、第１レンズＬ₁ の外径Ｅ₁ と第２レンズＬ
₂ の外径をＥ₂ とすると、主光線より上側の光線が外径
によりけられないための条件は下記の通りである。

【００４１】 Ｅ₂ ／Ｅ₁ ≧１−Ｄ₂ （ｆ₁ −Ｄ₁ ）／（ｆ₁・Ｄ₁) （１６） また図１５（Ｄ）に示すように、絞りを有してはいない
が、面取り部分が機能上絞りの役割をはたすものも本実
施例と同等の効果を有していることは言うまでもない。

【００４２】実施例２は、図２に示す通りの構成で主と
してビデオ内視鏡に用いられる対物レンズである。この
実施例は、絞りより像側の正レンズの像側の面に回折型
光学素子を設けている。又この実施例２の対物レンズ
は、若干テレセントリック性が崩れているが、面順方式
の固体撮像素子を用いれば色シェーディングも発生する
ことなく使用し得る。また図２において第２の平行平面
板Ｆ₂ は、白板ガラスにＹＡＧカットコーティングを行
なったＹＡＧカットフィルターであり、第３の平行平面
板Ｆ₃ は、赤外光を除去する赤外カットフィルターであ
る。一般に内視鏡では、ＹＡＧカットフィルターを撮像
光路中に配置するが、ＣＣＤなどの固体撮像素子の受光
部以外の金属面により反射した光がＹＡＧカットフィル
ターで再反射しゴーストの原因になる。

【００４３】本発明では、ＣＣＤとＹＡＧカットフィル
ターとの間に赤外カットフィルターを配置することによ
りゴースト光の強度を減少させている。

【００４４】実施例２は、絞りを挟んで負レンズと正レ
ンズとを組合わせて色収差以外の収差を除去している。
まず球面収差は、第１負レンズの像側の面で発生する正
の収差を第４正レンズの物体側の面で発生する負の収差
が打消している。又コマ収差は、第１正レンズの像側の
面で発生する正の下側従属光線のコマ収差をウルトラー
ハイ インデックス レンズで発生する負の収差で打ち
消している。又ウルトラーハイ インデックス レンズ
は、屈折率が非常に大であり、ペッツバール和がほとん
ど０である。

【００４５】又軸上色収差は、負レンズと正レンズとで
ある程度打ち消しあっているため、全体としてやや過剰
補正ぎみであるが、倍率の色収差は非常に良く補正され
ている。また第４正レンズは、物体側の面が凸面の凸平
レンズであるが、このような構成にした場合、コマ収差
を補正する上で有利であり、かつ式（１０）にしたがっ
て回折型光学素子の加工を平面に行なった場合、平行光
に近い光を回折面に入射させることが出来るため、回折
効率が劣化することがないので望ましい。

【００４６】回折型光学素子の配置は、通常のガラスに
近接していればよく、例えば図１５（Ａ）のように凸平
レンズＬの平面部に回折型光学素子（ＤＯＥ）を直接加
工すればよい。又図１５（Ｂ）のようにプラスチックや
ガラス等の素材でプレス加工した回折型光学素子（ＤＯ
Ｅ）を、凸平レンズの平面に貼り付けたり、機械的につ
きあててもよい。また図１５（Ｃ）のようにプラスチッ
クやガラス等の素材でプレス加工した回折型光学素子
（ＤＯＥ）をフレアー絞りを兼ねたスペーサーＳを介し
て配置してもよい。

【００４７】実施例２〜６では、広角化をはかるため
に、絞りと第１負レンズとの間隔Ｄに条件をつけてい
る。

【００４８】 ０．２＜｜ｆ₁ ｜／Ｄ＜３．２ （１７） ただし、ｆ₁ は第１負レンズの焦点距離である。又全系
の焦点距離を１に規格化している。

【００４９】絞りと第１負レンズとの間隔Ｄをせばめな
がら広角化をはかると、第４正レンズのパワーが強くな
り、上側従属光線のコマ収差が強く負側に発生し、回折
型光学素子による補正が困難になる。このような現象が
生じないためには、上記の条件（１７）を満足すること
が望ましい。この条件で下限を越えると、前記のように
収差を良好に補正することが出来ず、又上限を越えると
第１負レンズによるけられが発生してしまう。更にこの
ような構成にすることによって、実施例２のようにＹＡ
Ｇカットフィルターと赤外カットフィルターを無理なく
配置出来るので好ましい。

【００５０】実施例３〜６は、絞りより物体側の負の第
１レンズ群と絞りより像側の正の第２レンズ群よりな
り、第２レンズ群の２番目のレンズである第３正レンズ
の像側に回折型光学素子が設けられている。これら実施
例は、原子力発電所などで使用される耐放射線仕様の内
視鏡対物レンズである。通常の硝材を使用した内視鏡対
物レンズは、放射線により硝材が変色し観察不可能にな
り、そのため、放射線による変色を起こさない硝材であ
る石英のみを使用している。このように単一の硝材での
み光学系を構成したため、色収差が大きく発生するが、
この色収差を回折型光学素子を用いて除去している。色
収差を除去するために、ウルトラ−ハイインデックス
レンズを用いる場合、その配置位置を適切な位置にしな
ければならない。物体側より、負レンズ、絞り、正レン
ズにて構成される光学系の場合、第１負レンズと絞りと
の間に回折型光学素子を配置すると、軸上色収差と倍率
の色収差とで補正の方向がまったく逆になり、そのため
これら色収差が同時にほぼ零になるように補正すること
は難しい。これら色収差が同時にほぼ零になるようにす
るためには、回折型光学素子を、絞りと第２正レンズと
の間に配置するのが望ましい。この場合も、軸上色収差
と倍率の色収差のウエイト付けが必要である。つまり回
折型光学素子以外のレンズの硝材や構成によって、倍率
の色収差と軸上色収差の発生量が変わるので、ウルトラ
−ハイ インデックス レンズの面における軸外主光線
高ｈ_C とマージナル光線高ｈ_M の値が適当な条件を満足
するような位置にこの回折型光学素子を配置することが
望ましく、実施例１〜６の場合、下記の条件を満足する
ことが好ましく、これによって軸上色収差と倍率の色収
差を同時にほぼ零にすることが出来る。

【００５１】 ０．１＜ｈ_C ／（ｈ_M ×Ｆ_NO×ＩＨ）＜２．５２ （１８） ここでＦ_NOはＦナンバー、ＩＨは像高である。

【００５２】上記条件の下限を越えると、倍率の色収差
の補正が難しく、又上限を越えると、軸上色収差の補正
が難しくなる。

【００５３】実施例３および実施例４は、軸上色収差の
補正よりも倍率の色収差の補正にウエイトをおいた実施
例である。また実施例５および実施例６は、倍率の色収
差の補正よりも軸上色収差の補正にウエイトをおいた実
施例である。

【００５４】又他の収差のうち球面収差は、第２正レン
ズの像側の面のパワーを弱めた場合、実施例４や実施例
５におけるように正に発生し、又第２正レンズの像側の
面のパワーを強めると実施例３や実施例６のように負に
発生する。

【００５５】更にコマ収差は、各面での発生量が小さく
抑えられており、かつ全体的に打ち消し合うようにして
良好に補正してある。特に実施例３および実施例４は、
コマ収差が良好に補正されている。又第２正レンズのパ
ワーは、非点収差の発生に影響を及ぼし、実施例３のよ
うに、このレンズの物体側の凸面のパワーを強くし、像
側の凸面のパワーを弱くすれば非点収差の発生を抑える
ことが出来る。

【００５６】実施例２乃至実施例３では、絞りを挟んで
物体側に負の作用を持つ第１レンズ群が配置され、又像
側には正の作用を持つ第２レンズ群が配置されている。
このような構成のレンズでは、色収差Δｆは、次のよう
にして求められる。

【００５７】図１３において、光線高の関係から次の式
（１９）が求められる。

【００５８】 ｌ＝（ｆ₁ −Ｄ）×ｆ／ｆ₁ （１９） 又ニュートンの公式から、次の式（２０）が求められ
る。

【００５９】 （Ｄ−ｆ₁ −ｆ₂ ）（ｌ−ｆ₂ ）＝−ｆ₂ ² （２０） 式（１９），（２０）よりｌを消去し次の式（２１）が
得られる。

【００６０】 ｆ＝−ｆ₁ ・ｆ₂ ／（Ｄ−ｆ₁ −ｆ₂ ） （２１） 式（２１）の両辺をｎで微分すると次の式が得られる。 Δｆ＝ Δｆ₁・Δｆ₂{Ｄ（ν₁ ＋ν₂)−（ｆ₁ ν₁ ＋ｆ₂ ν₂)}/（Ｄ−ｆ₁ −ｆ₂)² （２２） Δｆは、軸上色収差および倍率の色収差の両方に含まれ
る項で、Δｆ＝０とすれば軸上色収差、倍率の色収差共
に除去出来る。ここで正の作用を有する第２レンズ群に
回折型光学素子が貼付けられているので、正の作用を持
つ第２レンズ群中の回折型光学素子以外のガラスによる
焦点距離およびアッベ数を式（２０）乃至式（２２）に
おけるｆ₂ およびν₂ と区別するために、Ｆ₂ およびＶ
₂ とすると次の式（２３）が成立つ。

【００６１】 １／ｆ₂ ＝１／Ｆ₂ ＋１／ｆ_D （２３） この式（２３）の両辺をｎで微分すると、次の式（２
４）のようになる。

【００６２】 Δｆ₂ ＝−ｆ₂ ²｛（１／（Ｆ₂・Ｎ₂ ）＋１／（ｆ_D・ν_D ）｝ （２４） ｆ_D はＦ₂ よりも１桁ほど大であるので、 １／ｆ₂ ≒１．１／Ｆ₂ （２５） とすると、Δｆ＝０になるためには、式（２２）より Ｄ（ν₁ ＋ν₂ ）−（ｆ₁ ν₁ ＋ｆ₂ ν₂ ）＝０ （２６） であればよいので、式（６）、式（２３）乃至式（２
５）からΔｆ＝０になる回折型光学素子の焦点距離ｆ_D
は、次の式（２１）で求めることが出来る。

【００６３】 １／ｆ_D ≒−3.45[(ｆ₂ −Ｄ)/{(Ｄ−ｆ₁)ν₁ ｆ₂}−1/( Ｎ₂・ｆ₂)] （２７） したがって上記の式（２７）を満足するようにレンズを
設計すれば、色収差を除去することが出来る。内視鏡の
対物レンズは、ｆ₁ ，ｆ₂ ，ν₁ ，Ｎ₂ ，Ｄはほぼ決ま
った値であるので、ｆ_D とｆ₂ の比が次の条件を満足す
れば、色収差Δｆを良好に補正出来る。

【００６４】 ０＜ｆ_D ／ｆ₂ ＜５０ （２８） ここで、全系の焦点距離を１に規格化してある。

【００６５】この条件（２８）の下限を越えると、レン
ズ系がレトロフォーカスタイプであるため、色収差が除
去できない。又条件（２８）の上限を越えると回折型光
学素子のパワーが弱くなる方向になるが、第２レンズ群
を構成するレンズ枚数が増え、図２４に示す従来例と同
じ枚数になり好ましくない。

【００６６】即ち、下記の条件を満足するようなｆ
_１ ，ｆ_２ ，ν_１ ，Ｎ_２ ，Ｄであれば、色収差Δ
ｆを良好に補正することが出来る。

【００６７】 ０＜１／［−３．４５［（ｆ₂−Ｄ）／｛（Ｄ−ｆ₁）ν
_１ｆ₂｝−１／（Ｎ₂ｆ₂）］ｆ₂］＜５０ ただし全系の焦点距離を１に規格化している。

【００６８】尚本発明で用いられている回折型光学素子
の焦点距離とは、回折型の焦点距離の意味の他、ウルト
ラーハイ インディクス レンズの焦点距離であること
も意味し、上記の実施例１〜６においては、式（１０）
により、ウルトラーハイインディクス レンズから回折
型光学素子に変換し、この変換した回折型光学素子を設
けた対物レンズが本発明の対物レンズである。

【００６９】次に回折型光学素子の回折効率について考
える。図１６は、実施例２で用いる赤外カットフィルタ
ーの分光透過率特性を示す図で、又図１７は同じ実施例
２で用いる固体撮像素子の分光感度特性を示す図であ
る。図１８は、図１６と図１７の特性をかけ合わせ正規
化したもので、赤外カットフィルターと固体撮像素子の
トータルの感度特性である。

【００７０】一般に回折型光学素子は、１次の回折光を
１００％にできるキノフォームであっても波長によって
回折効率が異なり、０次光以外の不要次数光が発生しフ
レアー等の原因になる。この不要次数光の比率は、下記
の式（２９）にて示す回折効率として求めることが出来
る。 η_m ＝sin c² ［π｛ｍ−ｍ₀(λ₀/Δｎ（λ₀))・(Δｎ（λ)/λ）｝］ （２９） ただし、λ₀ は回折効率を１とする波長、λは回折効率
を求めようとする波長、ｎ' （λ）はある波長における
射出光の媒質の屈折率で通常は１、ｎ（λ）はある波長
における入射光の媒質の屈折率であり、通常は回折型光
学素子を加工する媒質の屈折率、ｍ₀ は回折効率を１に
する次数、ｍは回折効率を求めたい次数である。

【００７１】例えば、実施例２の硝材を用いてｄ線の１
次光をキノフォームによりブレーズ化する（前述のよう
にある次数、ある波長の回折効率を１００％とする）と
式（２９）は下記のようになる。 η_m ＝sin c² ［π｛ｍ−ｍ₀(587.56/1-1.883)(1-ｎ（λ)/λ）｝］ （３０） これを計算すると下記のようになる。

【００７２】 -1 0 1 2 3 ｎ（λ） ｇ線(435.83nm) 1.57％ 4.64％ 59％ 24.1％3. 46％ 1.91049 Ｆ線(486.13nm) 0.89％ 2.92％ 83.8％ 7.44％ 1.41％ 1.89822 ｅ線(546.07nm) 0.15％ 0.56％ 97.8％ 0.79％0. 18％ 1.88814 ｄ線(587.56nm) 0 ％ 0 ％ 100 ％ 0 ％ 0 ％ 1.88300 Ｃ線(656.27nm) 0.33％ 1.5 ％ 96％ 0.96％0. 27％ 1.87656 Ａ線(768.19nm) 1.62％ 8.75％ 81.5％ 3.19％ 0.98％ 1.86947 上記の計算結果をグラフ化したのが図２０である。式
（３０）において、ｍ＝１のみに着目し、１次光以外の
光はすべてフレアーになるとすると、入射光線がフレア
ー光になる比率εは下記のように表わすことが出来る。

【００７３】 ε＝１−η₁ （３１） 波長と上記の比率εとの関係を概念的に示すと、図２１
の（Ａ）のようになる。波長域λ₁ ＜λ＜λ₂ （λ₁ ＜
λ₂ ）におけるフレアーＦは、図２１（Ａ）の斜線にて
示す部分の面積で表わされ、下記の通りである。尚図に
おいてλ₀ はブレーズ化波長である。 例えば、図２７（Ａ）に示すようなキノフォームではな
く、図２７（Ｂ）に示すようなキノフォームを近似した
断面形状であれば、理想的なキノフォームがブレーズ化
波長λ₀ における回折効率η₁ ＝１となるのに対し、そ
の回折効率η_１’はη₁'≒０．９５〜０．９９となるた
め、フレアー率εは、図２１（Ｂ）のようにε＝１−η
₁'となるが、ある波長域λ₁ ＜λ＜λ₂ （λ₁ ＜λ₂ ）
におけるフレアーＦは、同様に式（３２）で表わされ
る。ここで、図２１（Ｃ）のように曲線εを波長方向に
移動させると、斜線部分の面積を小さくすることが出来
る。このことは、使用する波長域におけるフレアー量を
最少にするようなブレーズ化波長λ₀ が、ｄ線以外に存
在することを示唆している。これを式で表わすと、ある
波長域λ₁ ＜λ＜λ₂ （λ₁ ＜λ₂ ）におけるフレアー
Ｆを最小にするようなブレーズ化波長をλ₀ とすると下
記の式（３３）が成立つ。 尚式（３１）での議論では、使用する次数を１次とし、
ブレーズ化する次数はなるべくフレアーを少なくしたの
で、ｍ₀ ＝ｍとなることが望ましく、ｍ₁ ＝１、ｍ₀ ＝
１である。又式（３３）においてＭｉｎは、Ｆの値が最
小となることを意味する。上記式（３２）において、λ
₁ ＝４００ｎｍ、λ₂ ＝７００ｎｍ，ｍ＝１、ｎ（ｄ）
＝１．８８３００として具体的に計算すると、図１９の
ようになる。この結果、Ｆがミニマムになるブレーズ化
波長λ₀ はλ₀ ＝５６０ｎｍ近傍であり、λ₀ をおおよ
そ５００ｎｍ＜λ₀ ＜６１０ｎｍの範囲内にすればフレ
アー光Ｆをミニマム付近におさえることが出来る。つま
り図１９は、式（３２）の値を積分したもので、この値
が小さければフレアーが少ない。これは、ブレーズ化波
長λ₀ が５００ｎｍ〜６１０ｎｍの間になるように回折
型光学素子を作れば、フレアーが極小又はそれに近くな
ることを示している。

【００７５】次に赤外カットフィルターの透過率特性が
図１６で示される特性で、固体撮像素子の分光感度特性
が図１７で示されるような特性である時、赤外カットフ
ィルターと固体撮像素子のトータルの感度特性は、図１
８で示すようになる。この特性の場合、ｄ線の近傍で分
光感度特性がピークになり、Ｆ線、Ｃ線の近傍では、感
度特性がやや悪くなるため、実際には映像信号処理の際
に青信号および赤信号をアップして増幅し、図２２
（Ａ）に示すようにＦ線からＣ線の間の感度がフラット
になるようにしている。そのため回折型光学素子による
フレアー光も増幅され、回折型光学素子によるフレアー
光は、撮像素子や赤外カットフィルターの特性によら
ず、図１９に示すように式（３３）が成立つようなブレ
ーズ化波長λ₀ に設定しなければならない。その場合に
は、例えばスティルビデオカメラのように自然色を使用
する場合に適応される。しかし、内視鏡においては、照
明光はライトガイドケーブルの光ファイバー束により伝
送され、光ファイバーの特性として短波長の光がコアー
材により吸収されるため、Ｆ線近傍の波長の光が減衰さ
れたものとなる。したがって、内視鏡において得られる
画像は、Ｆ線近傍の波長の光が減衰するためＦ線からＣ
線までの間の感度をフラットにするためにはＦ線近傍の
波長の増幅率を高める必要がある。このように増幅率を
高めた場合、Ｓ／Ｎ比が悪くなり、ノイズが多くなるた
めに実際にはあまり増幅率をあげることは出来ない。そ
のため内視鏡で得られる画像は、Ｆ線からＣ線の間の波
長領域で、Ｆ線の付近の感度がやや落ちた図２４（Ｂ）
に示すような感度特性になる。このようにウエイト付け
された感度特性をＷ（λ）とすると式（２６）における
入射光線がフレアー光になる比率ε' は、次の式（３
４）にて表わされる。 ε' ＝Ｗ（λ）（１−η₁ ） （３４） 又式（３５）は、次のようにかきかえられる。 これを図２１と同様の概念図で表わすと、Ｗ（λ）のウ
ェイトの影響によりε’は図２３の（Ａ）に示すように
短波長λ₁側が小さくなっている。そのため、先の議論
では、図１９に示したようにλ₀がほぼλ₀＝５６０ｍｍ
になれば良い結果が得られていたがウェイトを考慮する
とλ₀＝５６０ｍｍよりも長波長側にλ₀を設定した方
が、図２３の（Ｂ）からもわかるように、フレアー光に
なる比率が全体として小さくなる。つまりＦ’の値が小
さくなる。以上のように、ブレーズ化を行なう波長を使
用する撮像体や光源装置や信号処理装置の特性に応じて
適宜設定することによって不要次数光によるフレアーの
発生が目立たないようにすることが出来る。例えば、実
施例２のデーターを回折型光学素子に変換すると、λ₀
＝５６０ｎｍにおいてブレーズ化を行なった場合、回折
型の光線高に対するピッチｄ（ｈ）は、下記のようにな
る。

【００７６】これより次の値が求まる。 ｈ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 ｄ（ｈ） 71.5 41.9 55.3 1300 16.1 以上述べた条件は、製作を考慮した場合の条件で、コス
トの安い内視鏡対物レンズを提供するためのものであ
る。また、ここでは撮像手段には固体撮像素子のみを考
えているが、イメージガイドファイバー束や銀塩フィル
ムでもよい。更に使用する波長も、可視域に限らず赤外
波長域や紫外波長域にも適用し得る。

【００７７】

【発明の効果】本発明の内視鏡対物レンズは、回折作用
を有する光学素子を用いて色収差を除去するようにし、
従来のもののように２枚の接合レンズを用いることなく
レンズ枚数を少なく出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の断面図

【図２】実施例２の断面図

【図３】実施例３の断面図

【図４】実施例４の断面図

【図５】実施例５の断面図

【図６】実施例６の断面図

【図７】実施例１の収差曲線図

【図８】実施例２の収差曲線図

【図９】実施例３の収差曲線図

【図１０】実施例４の収差曲線図

【図１１】実施例５の収差曲線図

【図１２】実施例６の収差曲線図

【図１３】絞りを挟んで負，正の屈折力のレンズ系のレ
ンズ間隔等と光線高との関係を示す図

【図１４】絞りを最も物体側に配置した光学系のレンズ
間隔等と光線高との関係を示す図

【図１５】回折型光学素子の構成を示す図

【図１６】実施例２で用いられる赤外カットフィルター
の分光透過率特性

【図１７】実施例２で用いられる固体撮像素子の分光感
度特性

【図１８】上記赤外カットフィルターと上記固体撮像素
子の合成の特性

【図１９】回折型光学素子による波長に対するフレアー
の値を示す図

【図２０】回折型光学素子における波長に対する回折率
を示す図

【図２１】回折型光学素子による波長に対するフレアー
率の概念図

【図２２】内視鏡の画像の感度特性を示す図

【図２３】ウェイト付された時のフレアー率の概念図

【図２４】従来の内視鏡対物レンズの断面図

【図２５】従来の他の内視鏡対物レンズの断面図

【図２６】光の屈折および回折を示す図

【図２７】回折格子の断面形状の例を示す図

【図２８】光学系における座標軸を示す図

【手続補正書】

【提出日】平成５年１１月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】 （ｎ_ｖ −１）ｄｚ／ｄｈ＝ｎｓｉｎ θ−ｎ’ｓｉｎθ’ （７） ただし、ｎ’は出射側の媒質の屈折率、θ，θ’は光線
の入射角および出射角、ｎは回折型光学素子の基板の屈
折率、ｎ_ｖはウルトラーハイ インデックスレンズの屈
折率、ｚはウルトラ−ハイ インデックス レンズと光
線高ｈの光線との交点の光軸方向の座標である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】 （ｎ_ｖ −１）ｄｚ／ｄｈ＝ｍλ／ｄ （８） ウルトラ−ハイ インデックス レンズとして非球面を
定義したとすると、下記のように表わされる。 ｚ＝Ｃｙ^２／［１＋（１−Ｃ^２Ｐｙ^２）^１／２］＋Ｂｙ^２＋Ｅｙ^４ ＋Ｆｙ^６＋Ｇｙ^８＋・・・・ （９） ただし、図２８に示すようにｚは光軸（像の方向を
正）、ｙは面とｚ軸との交点を原点としｚ軸に直交した
座標軸のうちメリジオナル方向の座標軸、Ｃは基準面の
曲率、Ｐは円錐定数でＰ＝１−ｅ^２（ｅは離心率）で与
えられる値、Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，・・・は夫々２次，４
次，６次，８次，・・・の非球面係数である。尚図２８
において、Ｏは物体、Ｉは像である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】式（８），（９）よりある光線高における
回折型光学素子のピッチｄは、次の式（１０）で表わさ
れる。 ｄ＝ｍλ／［（ｎ_ｖ −１）｛Ｃｈ／（１−Ｃ^２Ｐｈ^２）^１／２＋２Ｂｈ＋４Ｅｈ^３ ＋６Ｆｈ^５＋８Ｇｈ^７＋・・・・｝］ （１０） したがって、ウルトラ−ハイ インデックス レンズを
用いて設計を行なえば、そのレンズデーターと等価の回
折型レンズの面の形状を求めることが出来る。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】

【実施例】次に本発明の内視鏡用対物レンズの各実施例
を示す。以下述べる実施例１〜６は、図１〜図６に示す
構成で下記のデーターを有する。各実施例において、
（ＤＯＥ）と書かれた行の屈折率がｎ_ｖに相当する。 実施例１ 非球面係数

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７３】 ε＝１−η_１ （３１） 波長と上記の比率εとの関係を概念的に示すと、図２１
の（Ａ）のようになる。波長域λ_１＜λ＜λ_２（λ_１＜
λ_２）におけるフレアーＦは、図２１（Ａ）の斜線にて
示す部分の面積で表わされ、下記の通りである。尚図に
おいてλ_０はブレーズ化波長である。 例えば、図２７（Ａ）に示すようなキノフォームではな
く、図２７（Ｂ）に示すようなキノフォームを近似した
断面形状であれば、理想的なキノフォームがブレーズ化
波長λ_０における回折効率η_１＝１となるのに対し、そ
の回折効率η１’はη_１’≒０．９５〜０．９９となる
ため、フレアー率εは、図２１（Ｂ）のようにε’＝１
−η_１’（ただし、ε’＞ε）となるが、ある波長域λ
_１＜λ＜λ_２（λ_１＜λ_２）におけるフレアーＦは、同
様に式（３２）で表わされる。通常は、ブレーズ化する
波長をｄ線にするが、図２１（Ｃ）のように曲線εを波
長方向に移動させると、斜線部分の面積を小さくするこ
とが出来る。このことは、使用する波長域におけるフレ
アー量を最少にするようなブレーズ化波長λ_０が、ｄ線
以外に存在することを示唆している。これを式で表わす
と、ある波長域λ_１＜λ＜λ_２（λ_１＜λ_２）における
フレアーＦを最小にするようなブレーズ化波長をλ_０と
すると下記の式（３３）が成立つ。 尚式（３１）での議論では、使用する次数を１次とし、
ブレーズ化する次数はなるべくフレアーを少なくしたの
で、ｍ_０＝ｍとなることが望ましく、ｍ_１＝１、ｍ_０＝
１である。又式（３３）においてＭｉｎは、Ｆの値が最
小となることを意味する。上記式（３２）において、λ
_１＝４００ｎｍ、λ_２＝７００ｎｍ，ｍ＝１、ｎ（ｄ）
＝１．８８３００として具体的に計算すると、図１９の
ようになる。この結果、Ｆがミニマムになるブレーズ化
波長λ_０はλ_０＝５６０ｎｍ近傍であり、λ_０をおおよ
そ５００ｎｍ＜λ_０＜６１０ｎｍの範囲内にすればフレ
アー光Ｆをミニマム付近におさえることが出来る。つま
り図１９は、式（３２）の値を積分したもので、この値
が小さければフレアーが少ない。これは、ブレーズ化波
長λ_０が５００ｎｍ〜６１０ｎｍの間になるように回折
型光学素子を作れば、フレアーが極小又はそれに近くな
ることを示している。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７５】次に赤外カットフィルターの透過率特性が
図１６で示される特性で、固体撮像素子の分光感度特性
が図１７で示されるような特性である時、赤外カットフ
ィルターと固体撮像素子のトータルの感度特性は、図１
８で示すようになる。この特性の場合、ｄ線の近傍で分
光感度特性がピークになり、Ｆ線、Ｃ線の近傍では、感
度特性がやや悪くなるため、実際には映像信号処理の際
に青信号および赤信号をアップして増幅し、図２２
（Ａ）に示すようにＦ線からＣ線の間の感度がフラット
になるようにしている。そのため回折型光学素子による
フレアー光も増幅され、回折型光学素子によるフレアー
光は、撮像素子や赤外カットフィルターの特性によら
ず、図１９に示すように式（３３）が成立つようなブレ
ーズ化波長λ_０に設定しなければならない。その場合に
は、例えばスティルビデオカメラのように自然色を使用
する場合に適応される。しかし、内視鏡においては、照
明光はライトガイドケーブルの光ファイバー束により伝
送され、光ファイバーの特性として短波長の光がコアー
材により吸収されるため、Ｆ線近傍の波長の光が減衰さ
れたものとなる。したがって、内視鏡において得られる
画像は、Ｆ線近傍の波長の光が減衰するためＦ線からＣ
線までの間の感度をフラットにするためにはＦ線近傍の
波長の増幅率を高める必要がある。このように増幅率を
高めた場合、Ｓ／Ｎ比が悪くなり、ノイズが多くなるた
めに実際にはあまり増幅率をあげることは出来ない。そ
のため内視鏡で得られる画像は、Ｆ線からＣ線の間の波
長領域で、Ｆ線の付近の感度がやや落ちた図２４（Ｂ）
に示すような感度特性になる。このようにウエイト付け
された感度特性をＷ（λ）とすると式（２６）における
入射光線がフレアー光になる比率ε’は、次の式（３
４）にて表わされる。 ε’ ＝Ｗ（λ）（１−η_１ ） （３４） 又式（３５）は、次のようにかきかえられる。 これを図２１と同様の概念図で表わすと、Ｗ（λ）のウ
ェイトの影響によりε’は図２３の（Ａ）に示すように
短波長λ_１側が小さくなっている。そのため、先の議論
では、図１９に示したようにλ_０がほぼλ_０＝５６０ｍ
ｍになれば良い結果が得られていたがウェイトを考慮す
るとλ_０＝５６０ｍｍよりも長波長側にλ_０を設定した
方が、図２３の（Ｂ）からもわかるように、フレアー光
になる比率が全体として小さくなる。つまりＦ’の値が
小さくなる。以上のように、ブレーズ化を行なう波長を
使用する撮像体や光源装置や信号処理装置の特性に応じ
て適宜設定することによって不要次数光によるフレアー
の発生が目立たないようにすることが出来る。例えば、
実施例２のデーターを回折型光学素子に変換すると、λ
_０＝５６０ｎｍにおいてブレーズ化を行なった場合、回
折型の光線高に対するピッチｄ（ｈ）は、下記のように
なる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７６】これより次の値が求まる。 以上述べた条件は、製作を考慮した場合の条件で、コス
トの安い内視鏡対物レンズを提供するためのものであ
る。また、ここでは撮像手段には固体撮像素子のみを考
えているが、イメージガイドファイバー束や銀塩フィル
ムでもよい。更に使用する波長も、可視域に限らず赤外
波長域や紫外波長域にも適用し得る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】開口絞りと、前記開口絞りの像側に配置さ
   れた正の作用を持つ回折型光学素子とを備えた内視鏡対
   物レンズ。
2. 【請求項２】開口絞りより像側に正の屈折力を持つレン
   ズ成分を配置した請求項１の内視鏡対物レンズ。
3. 【請求項３】開口絞りより物体側に負の屈折力を持つレ
   ンズ成分を配置した請求項１の内視鏡対物レンズ。
4. 【請求項４】所定の波長域λ₁ ＜λ＜λ₂ （λ₁ ＜λ
   ₂ ）で使用される回折型光学素子であって、下記の式に
   て定義されるＦの値が最小となるような波長λ₀ の近傍
   でブレーズ化されていることを特長とする回折型光学素
   子。 但し、λ₀ は回折効率が１になる波長、λは回折効率を
   求めたい波長、ｎ'（λ）は波長λに対する回折型光学
   素子の射出側媒体の屈折率、ｎ（λ）は波長λに対する
   回折型光学素子の入射側媒質の屈折率、ｍ₀ は回折効率
   が１となる次数、ｍは回折効率を求めたい次数である。