JP3426378B2

JP3426378B2 - 内視鏡対物レンズ

Info

Publication number: JP3426378B2
Application number: JP00650295A
Authority: JP
Inventors: 悟立原; 隆司小枝
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1994-01-27
Filing date: 1995-01-19
Publication date: 2003-07-14
Anticipated expiration: 2018-07-14
Also published as: JPH07253535A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、医用、工業用の内視鏡の対物レ
ンズに関する。

【０００２】

【従来技術】従来、内視鏡対物レンズは広い視野角を確
保するために、レンズ先頭にパワーの強い負レンズを配
置することが多く、必然的に負のディストーションが発
生し、画像を見づらくしていた。特にディストーション
は先頭負レンズの第１面で大きく発生する。これをいく
らかでも軽減するために、第１面の曲率半径を小さくす
ることも検討されたが、レンズ先端を洗浄する際、水滴
が残留しやすいという理由から、採用しにくい状況にあ
る。また、レンズ系内に非球面レンズを採用することに
より、ディストーションを軽減することも多く提案され
ているが、製造コストが上昇するという問題がある。

【０００３】

【発明の目的】本発明は、安い製造コストで、ディスト
ーションの小さい内視鏡対物レンズを提供することを目
的とする。

【０００４】

【発明の概要】本発明は、内視鏡対物レンズにおいて、
通常の球面レンズのみでもディストーションを軽減でき
るレンズ構成とその満たすべき条件を見出し、低コスト
化を実現したものである。

【０００５】本発明の内視鏡対物レンズは、物体側から
順に、１枚の負レンズからなる第１レンズ群と；正のパ
ワーを持つ第２レンズ群と；負のパワーを持つ第３レン
ズ群と；第１レンズ群と第２レンズ群との間に設けた開
口絞りと；から構成され、次の条件式（１）ないし
（３）を満たすことを特徴としている。（１）−１．４＜ｆ ₁ ／ｆ＜−０．５（２）０．５５＜ｆ ₂ ／ｆ＜０．８５（３）ｆ ₃ ／ｆ＜−２．０但し、ｆ：レンズ全系の焦点距離、ｆ ₁ ：第１レンズ群の焦点距離、ｆ ₂ ：第２レンズ群の焦点距離、ｆ ₃ ：第３レンズ群の焦点距離、である。

【０００６】

【０００７】第２レンズ群は、例えば、１枚の正レンズ
と、１組の正レンズと負レンズの貼り合わせレンズとか
ら構成すると、より好ましい結果が得られる。

【０００８】また、第３レンズ群は、物体側に凸面を向
けた負メニスカスレンズから構成することが好ましく、
さらにこの負メニスカスレンズは、次の条件式（４）及
び（５）を満足することが好ましい。（４）０．７＜Ｒ_L ／ｆ＜１．２（５）１．２＜Ｌ_A ／ｆ＜２．５但し、Ｒ_L ：負メニスカスレンズの像側の面の曲率半径、Ｌ_A ：絞り位置から負メニスカスレンズの像側の面まで
の距離、である。

【０００９】

【発明の実施例】一般的に、ディストーションは、絞位
置から遠い面において多く発生する。前述のごとく、物
体側の先頭に負レンズを配置すると、絞り位置からより
遠い第１面において負のディストーションが大きく発生
する。したがって、他の面で正のディストーションを発
生させて、このバランスをとり、トータルの量を軽減す
る必要がある。

【００１０】しかし、正のディストーションを発生させ
る正のパワーを持つレンズを、絞り位置より物体側に配
してこのバランスをとると、負レンズの視野角増大効果
が打ち消されてしまい、内視鏡対物レンズとして必要な
性能が得られない。

【００１１】そこで本発明者らは、逆に、絞り位置より
像側に位置する面で正のディストーションを発生させて
全体のバランスを取るために、絞位置より像面側で、な
るべく絞りから遠い位置に負レンズを配することとし
た。

【００１２】一方、レンズ系全体では、正のパワーを持
つことが必要である。そこで、この負レンズと、第１レ
ンズ群の負レンズとの間に、正のレンズ群を配置し、全
体として負の第１レンズ群、正の第２レンズ群、負の第
３レンズ群という構成とした。

【００１３】すなわち、本発明の内視鏡対物レンズは、
まず広い視野角を確保するために第１レンズ群を負レン
ズとし、次に、レンズ系全体に正のパワーを付与するた
めに、第２レンズ群を正のパワーを持つレンズ群とし、
さらに第１レンズ群で発生する大きな負のディストーシ
ョンを補正するために、第３レンズ群に負レンズを配し
たのが基本構成である。この第３レンズ群は、全体の正
のパワーを小さくしないように、パワーの余り強くない
メニスカス形状、特に、ディストーション補正効果を大
きくするために第１面と第２面での軸外主光線の屈折角
に差をつけるべく、物体側に凸のメニスカス形状とする
ことが好ましい。またこのような形状とすることで、ペ
ッツバール和を小さくし、像面湾曲を減少させる効果も
得ることができる。

【００１４】その上で、より高い光学性能を得るために
は、上記の（１）ないし（５）の条件式を満足すること
が望ましいことを見出した。

【００１５】条件式（１）は、第１レンズ群のパワーに
関する。第１レンズ群の負レンズは、レンズ全系の視野
角を増大させる役割を持つのみならず、強い正のパワー
を持つ第２レンズ群で発生するアンダーの球面収差、色
収差、像面湾曲を補正する働きも持つ。条件式（１）の
上限を越えるとパワーが強くなりすぎ、負のディストー
ション量が増大しすぎる。下限を越えると、パワーが弱
くなってディストーションの発生を抑えるという点では
好ましいが、同時に視野角が減少してしまうという欠点
が生じ、さらに、第２レンズ群でのアンダーの諸収差を
補正する力がなくなり、良好な結像性能が得られなくな
ってしまう。

【００１６】条件式（２）は、第２レンズ群のパワ−に
関する。第２レンズ群は、レンズ全体のなかで唯一正の
パワーを持ち、結像に寄与する群である。つまり、第２
レンズ群は、第１レンズ群の負のパワーを打ち消して、
レンズ系全体を正のパワーとするため強いパワーを持っ
ており、前述の如くアンダーの収差を発生させている。
また条件式（２）は、条件式（１）とともに、レンズ系
全体をコンパクトにする働きをもっている。

【００１７】条件式（２）の上限を越えると、第２群の
パワーは弱くなりすぎ、諸収差の発生量は減少するもの
の、レンズ全長が増大する。かつ第２群のパワーが上限
を越えて弱いと、レンズ全系でのパワーを一定に保つた
めには、第１レンズ群の負のパワーを同時に弱くせざる
を得ず、視野角が減少して内視鏡対物レンズとしての用
をなさない。下限を越えると、パワーが強くなりすぎ
て、特に球面収差、像面湾曲のアンダー量が増大しすぎ
るため、画像のコントラストが低下し、かつ画像全体で
の性能の一様性が保たれない。この点を補正するため
に、第１レンズ群の負のパワーを同時に強くすることも
考えられるが、この場合、さらにディストーションが増
大し好ましくない。

【００１８】条件式（３）は、第３レンズ群のパワーに
関する。第３レンズ群は、ディストーション以外の結像
性能に大きい影響を与えぬよう、第１、第２レンズ群に
比べるとそのパワーが弱くなっている。この条件式
（３）の上限を越えると、第３レンズ群のパワーは強く
なりすぎて非点収差、倍率色収差が増大し、特に軸外光
束の結像性に影響して好ましくない

【００１９】条件式（４）は、第３レンズ群を負メニス
カスレンズから構成した場合の像側の面の曲率半径に関
する。この条件は、条件式（３）とともに働いてディス
トーションの補正に効果的な役割を演ずる。条件式
（４）を満足するように負メニスカスレンズの像側の面
の曲率半径を決めることにより、軸外主光線の第３レン
ズ群の第１面と第２面における高さに差がつき、従って
屈折角にも差がつくため、第２面において発生する正の
ディストーションで、第１レンズ群で生じる負のディス
トーションを補正することができる。

【００２０】条件式（４）の上限を越えると、負メニス
カスレンズの曲率半径が大きくなって、屈折角の差が小
さくなり、このレンズ全体での正のディストーションの
発生量が減り、本発明の目的が達成できなくなる。下限
を越えると、曲率半径が小さくなって正のディストーシ
ョン発生量が増加するという好ましい点もあるが、逆に
加工上の困難さが増大し、さらに、負メニスカス形状の
レンズ周縁部において、像面に位置するファイバーバン
ドル端面や、ＣＣＤ面との機械的接触のおそれが増え、
好ましくない。

【００２１】条件式（５）は、絞り位置から、第３レン
ズ群負メニスカスレンズの像側の面までの距離に関す
る。前述の如く、この面が正のディストーションを発生
させ、第１レンズ群の負のディストーションを打ち消す
役割を持っているので、その効果を大きくするには、こ
の面の位置を絞り位置からなるべく離したほうがよい。
しかし、上限を越えて離すと、前記のようにディストー
ション補正上は有利ではあるが、逆にレンズ全長が増加
し、全体をコンパクトに構成できなくなるという欠点が
生じる。下限を越えると、この面が絞りに近づきすぎ、
ディストーション補正効果が減少してしまう。

【００２２】また、レンズ全長をなるべく短くし、かつ
レンズ構成枚数を少なくしてコストを下げるためには、
第２レンズ群を、１枚の正レンズからなる第２ａサブレ
ンズと、１組の正、負貼り合わせレンズからなる第２ｂ
サブレンズとから構成することが望ましい。

【００２３】さらに、より良好な光学性能を得るために
は、次の条件式をも満足することが好ましい。（６）−０．７５＜Ｒ_A ／ｆ＜−０．５５（７）０．５０＜｜Ｒ_B ｜／ｆ＜１．３０（８）１．６７＜Ｎ₂ 但し、Ｒ_A ：第２レンズ群中の第２ａサブレンズの像側の曲率
半径、Ｒ_B ：第２ｂサブレンズ中の貼り合わせ面の曲率半径、Ｎ₂ ：第２レンズ群中の正レンズの屈折率の平均値、である。

【００２４】条件式（６）は、第２レンズ群中、第２ａ
サブレンズの像側の面の曲率半径に関する。条件式
（２）を満足し、かつこの条件式（６）を満足すること
によって、第２レンズ群中の第２ａサブレンズは、像側
の面の曲率半径が小さい形状となる。このような形状と
することによって、アンダーの球面収差を適度に発生さ
せ、軸上のピント位置をガウス像面よりも若干物体側に
シフトさせ、同じくアンダー傾向となりがちな軸外光束
とのバランスをとることができる。条件式（６）の上限
を越えると、この面の曲率半径は絶対値が小さくなりす
ぎ、すなわち、面パワーが強くなりすぎ、球面収差のア
ンダー量が増大しすぎて軸上、軸外のバランスがとれな
くなると共に非点収差が増加し、用途によっては、要求
される光学性能が得にくい方向となる。下限を越える
と、面パワーが弱くなりすぎて、球面収差のアンダー量
が少なくなり、軸上、軸外のバランスをとることが難し
い方向となる。

【００２５】条件式（７）は、第２ｂサブレンズ中の貼
り合わせ面の曲率半径に関する。この面は軸上色収差、
および倍率色収差のバランスに影響する。上限を越えて
も、下限を越えても、両色収差のバランスを適切にする
ことが難しい方向となり、用途によっては、性能要求を
満たさなくなる。

【００２６】条件式（８）は、第２レンズ群中の正レン
ズの屈折率の平均値に関する。第２レンズ群中の正レン
ズを、この条件式のように屈折率の高い硝材から構成す
ることによって、ペッツバール和を小さく抑え、像面湾
曲をより小さくすることができる。この効果と、条件式
（６）で述べた効果を合わせて、画面全体の性能バラン
スをとりやすい方向となる。条件式（８）を外れると、
以上の効果が得にくくなり、画面全体の性能バランスが
とりにくい方向へ向かう。

【００２７】なお、以上説明した通り、本発明によれ
ば、球面レンズのみの組み合わせでも従来例よりディス
トーションの小さい対物レンズが得られるが、本発明の
基本構成を用いた上で、適宜非球面を用いることによっ
て、さらにディストーションをはじめ諸収差を良好にす
ることも当然可能である。

【００２８】以下、具体的な数値実施例について説明す
る。以下の実施例１ないし７は、いずれも、物体側から
順に、負の第１レンズ群１１、正の第２レンズ群１２、
負メニスカスレンズの第３レンズ群１３、及びフィル
タ、カバーガラス等を想定した２枚の平行平面板１４か
らなり、正の第２レンズ群１２は、１枚の正レンズ１２
−１と、１組の正レンズ１２−２と負レンズ１２−３の
貼り合わせレンズとからなっている。絞りＳは、第１レ
ンズ群１１と第２レンズ群１２の間に位置している。平
行平面板１４の厚みや光学定数の違いは光学性能に大き
な影響を与えない。

【００２９】［実施例１］図１は、本発明の第１の実施
例のレンズ構成図である。このレンズ系の具体的数値デ
ータを表１に示し、諸収差を図２に示す。諸収差図中、
ＳＡは球面収差、ＳＣは正弦条件、ｄ線、ｇ線、ｃ線
は、それぞれの波長における、球面収差によって示され
る色収差と倍率色収差、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオ
ナルを示している。

【００３０】表および図面中、F_NO はF ナンバー、f は
焦点距離、M は横倍率、ωは半画角、Y は像高、ｒ_i は
レンズ各面の曲率半径、ｄ_i はレンズ厚もしくはレンズ
間隔、Ｎはｄ線の屈折率、νはｄ線のアッベ数を示す。

【００３１】

【表１】 F_NO=1:5.6 f=1.69 M=-0.143 ω=54.7 ゜ Y=1.7 面 No. r_i d_i N ν 1 ∞ 0.72 1.88300 40.8 2 1.004 0.05 - - 絞 ∞ 0.02 - - 3 5.325 1.43 1.78650 50.0 4 -1.061 0.06 - - 5 19.642 1.21 1.65160 58.5 6 -1.073 0.30 1.84666 23.9 7 -2.355 0.05 - - 8 3.462 0.30 1.61293 37.0 9 1.657 0.87 - - 10 ∞ 0.50 1.52400 69.0 11 ∞ 1.00 1.53996 59.5 12 ∞ - - -

【００３２】［実施例２］図３は、本発明の内視鏡対物
レンズの実施例２のレンズ構成図である。このレンズ系
の具体的数値データを表２に示し、その諸収差を図４に
示す。

【００３３】

【表２】 F_NO=1:5.6 f=1.67 M=-0.135 ω=54.2 ゜ Y=1.7 面 No. r_i d_i N ν 1 ∞ 1.89 1.88300 40.8 2 1.141 0.06 - - 絞 ∞ 0.02 - - 3 6.587 1.28 1.73520 41.1 4 -1.092 0.05 - - 5 7.305 0.30 1.80518 25.4 6 1.384 0.95 1.74100 52.7 7 -3.099 0.05 - - 8 2.715 0.30 1.74077 27.8 9 1.478 0.82 - - 10 ∞ 0.50 1.52400 69.0 11 ∞ 1.00 1.53996 59.5 12 ∞ - - -

【００３４】［実施例３］図５は、本発明の内視鏡対物
レンズの実施例３のレンズ構成図である。このレンズ系
の具体的数値データを表３に示し、その諸収差を図６に
示す。

【００３５】

【表３】 F_NO=1:5.6 f=1.69 M=-0.140 ω=54.0 ゜ Y=1.7 面 No. r_i d_i N ν 1 ∞ 1.35 1.88300 40.8 2 1.407 0.07 - - 絞 ∞ 0.02 - - 3 ∞ 1.27 1.77250 49.6 4 -1.158 0.05 - - 5 7.916 0.30 1.80518 25.4 6 1.720 0.91 1.72916 54.7 7 -2.782 0.05 - - 8 2.841 0.30 1.75550 25.1 9 1.497 0.83 - - 10 ∞ 0.50 1.52400 69.0 11 ∞ 1.00 1.53996 59.5 12 ∞ - - -

【００３６】［実施例４］図７は、本発明の内視鏡対物
レンズの実施例４のレンズ構成図である。このレンズ系
の具体的数値データを表４に示し、その諸収差を図８に
示す。

【００３７】

【表４】 F_NO=1:5.6 f=1.68 M=-0.139 ω=53.8 ゜ Y=1.7 面 No. r_i d_i N ν 1 ∞ 1.47 1.88300 40.8 2 1.399 0.07 - - 絞 ∞ 0.02 - - 3 ∞ 1.26 1.77250 49.6 4 -1.141 0.05 - - 5 8.039 0.30 1.80518 25.4 6 1.682 0.91 1.72916 54.7 7 -2.799 0.05 - - 8 2.908 0.30 1.75520 27.5 9 1.504 0.82 - - 10 ∞ 0.50 1.52400 69.0 11 ∞ 1.00 1.53996 59.5 12 ∞ - - -

【００３８】［実施例５］図９は、本発明の内視鏡対物
レンズの実施例５のレンズ構成図である。このレンズ系
の具体的数値データを表５に示し、その諸収差を図１０
に示す。

【００３９】

【表５】 F_NO=1:5.6 f=1.63 M=-0.134 ω=53.3 ゜ Y=1.7 面 No. r_i d_i N ν 1 ∞ 1.52 1.88300 40.8 2 1.066 0.10 - - 絞 ∞ 0.02 - - 3 7.378 1.06 1.77250 49.6 4 -1.050 0.05 - - 5 16.536 0.30 1.80518 25.4 6 1.567 0.83 1.72916 54.7 7 -2.531 0.05 - - 8 2.348 0.37 1.75520 27.5 9 1.333 0.78 - - 10 ∞ 0.50 1.52400 69.0 11 ∞ 1.00 1.53996 59.5 12 ∞ - - -

【００４０】［実施例６］図１１は、本発明の内視鏡対
物レンズの実施例６のレンズ構成図である。このレンズ
系の具体的数値データを表６に示し、その諸収差を図１
２に示す。

【００４１】

【表６】 F_NO=1:5.6 f=1.77 M=-0.148 ω=49.9 ゜ Y=1.6 面 No. r_i d_i N ν 1 ∞ 1.55 1.88300 40.8 2 1.892 0.05 - - 絞 ∞ 0.02 - - 3 ∞ 1.33 1.77250 49.6 4 -1.122 0.05 - - 5 20.684 0.30 1.80518 25.4 6 1.418 0.65 1.72916 54.7 7 -29.304 0.05 - - 8 1.647 0.48 1.75520 27.5 9 1.419 0.70 - - 10 ∞ 0.50 1.52400 69.0 11 ∞ 1.00 1.53996 59.5 12 ∞ - - -

【００４２】［実施例７］図１３は、本発明の内視鏡対
物レンズの実施例７のレンズ構成図である。このレンズ
系の具体的数値データを表７に示し、その諸収差を図１
４に示す。

【００４３】

【表７】 F_NO=1:5.6 f=1.75 M=-0.145 ω=49.7 ゜ Y=1.6 面 No. r_i d_i N ν 1 ∞ 1.50 1.88300 40.8 2 1.331 0.05 - - 絞 ∞ 0.02 - - 3 7.143 1.31 1.77250 49.6 4 -1.085 0.13 - - 5 -43.866 0.32 1.80518 25.4 6 1.591 0.59 1.72916 54.7 7 -6.830 0.05 - - 8 1.651 0.49 1.75520 27.5 9 1.366 0.80 - - 10 ∞ 0.50 1.52400 69.0 11 ∞ 1.00 1.53996 59.5 12 ∞ - - -

【００４４】次に、実施例１ないし７の各条件式（１）
ないし（５）に対応する値を表８に示す。

【表８】条件式（１）条件式（２）条件式（３）条件式（４）条件式（５）実施例１ -0.671 0.717 -3.267 0.978 1.978 実施例２ -0.775 0.692 -2.928 0.886 1.763 実施例３ -0.947 0.700 -2.750 0.888 1.715 実施例４ -0.941 0.696 -2.698 0.893 1.704 実施例５ -0.740 0.674 -2.969 0.817 1.631 実施例６ -1.209 0.812 -90.3 0.801 1.614 実施例７ -0.864 0.751 -22.9 0.783 1.656

【００４５】表８から明かなように、実施例１ないし実
施例７の数値は、いずれも条件式（１）ないし（５）を
満足している。また、本発明の内視鏡対物レンズは、倍
率色収差が小さく、他の収差も比較的よく補正されてい
る。

【００４６】さらに、実施例１ないし７の各条件式
（６）ないし（８）に対応する値を表９に示す。

【表９】

【００４７】表９から明かなように、実施例１ないし実
施例７の数値は、いずれも条件式（６）ないし（８）も
満足している。

【００４８】

【発明の効果】本発明の内視鏡対物レンズは、球面レン
ズのみでもディストーションを軽減でき、安い製造コス
トで、ディストーションの小さい内視鏡対物レンズが得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内視鏡対物レンズの第１の実施例
を示すレンズ構成図である。

【図２】図１のレンズ系の諸収差図である。

【図３】本発明による内視鏡対物レンズの第２の実施例
を示すレンズ構成図である。

【図４】図３のレンズ系の諸収差図である。

【図５】本発明による内視鏡対物レンズの第３の実施例
を示すレンズ構成図である。

【図６】図５のレンズ系の諸収差図である。

【図７】本発明による内視鏡対物レンズの第４の実施例
を示すレンズ構成図である。

【図８】図７のレンズ系の諸収差図である。

【図９】本発明による内視鏡対物レンズの第５の実施例
を示すレンズ構成図である。

【図１０】図９のレンズ系の諸収差図である。

【図１１】本発明による内視鏡対物レンズの第６の実施
例を示すレンズ構成図である。

【図１２】図１１のレンズ系の諸収差図である。

【図１３】本発明による内視鏡対物レンズの第７の実施
例を示すレンズ構成図である。

【図１４】図１３のレンズ系の諸収差図である。

【符号の説明】

１１第１レンズ群１２第２レンズ群１３第３レンズ群Ｓ絞り

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 13/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、１枚の負レンズからな
る第１レンズ群と；正のパワーを持つ第２レンズ群と；
負のパワーを持つ第３レンズ群と；第１レンズ群と第２
レンズ群との間に設けた開口絞りと；から構成されてお
り、以下の条件式（１）ないし（３）を満たすことを特徴と
する内視鏡対物レンズ。（１）−１．４＜ｆ ₁ ／ｆ＜−０．５（２）０．５５＜ｆ ₂ ／ｆ＜０．８５（３）ｆ ₃ ／ｆ＜−２．０但し、ｆ：レンズ全系の焦点距離、ｆ ₁ ：第１レンズ群の焦点距離、ｆ ₂ ：第２レンズ群の焦点距離、ｆ ₃ ：第３レンズ群の焦点距離。
【請求項２】請求項１記載の内視鏡対物レンズにおい
て、第２レンズ群が、１枚の正レンズ；及び、１組の正
レンズと負レンズの貼り合わせレンズ；からなっている
内視鏡対物レンズ。
【請求項３】請求項１または２記載の内視鏡対物レン
ズにおいて、第３レンズ群が、物体側に凸面を向けた負
メニスカスレンズからなっている内視鏡対物レンズ。
【請求項４】請求項３記載の内視鏡対物レンズにおい
て、さらに以下の条件式（４）及び（５）を満足する内
視鏡対物レンズ。（４）０．７＜Ｒ_L ／ｆ＜１．２（５）１．２＜Ｌ_A ／ｆ＜２．５但し、Ｒ_L ：負メニスカスレンズの像側の面の曲率半径、Ｌ_A ：絞り位置から負メニスカスレンズの像側の面まで
の距離。