JP2001091832A - 内視鏡用対物レンズ - Google Patents
内視鏡用対物レンズInfo
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Abstract
4群構成で、負の第3レンズ群およびいずれか一方の正
のレンズ群を移動させることにより、ワイド状態とテレ
状態の中間領域においても、焦点合わせを行うとともに
レンズの使用倍率を任意に変化させて観察することがで
きる内視鏡用対物レンズを得る。 【構成】 物体側より、負の第1レンズ群G1、光軸X
に沿って移動可能な正の第2レンズ群G2、光軸Xに沿
って移動可能な負の第3レンズ群G3、および正の第4
レンズ群G4を配してなり、条件式(1)2.0<β1T
/β1W<10.0および条件式(2)1.2<fT/fWを
満足する(ただし、β1T:第1レンズ群G1のテレ端
における倍率,β1W:第1レンズ群G1のワイド端に
おける倍率,fT:レンズ全体のテレ端における焦点距
離,fW:レンズ全体のワイド端における焦点距離)。
なお、絞り1は光軸上で第5レンズL5の物体側の面に
接するように配設されている。
Description
設けられる対物レンズに関するものであり、特に通常観
察状態および近接拡大観察状態における使用が可能な内
視鏡用対物レンズに関するものである。
ては、CCD等の固体撮像素子やイメージガイドファイ
バによる画像伝達や、また、この画像を取り込んでの解
析や観察も行われるようになってきており、近年ますま
す高精度な観察や正確な診断が要求されている。そのた
め、対物レンズについても、広い観察範囲にわたって良
好な画像を得ることが可能な内視鏡用対物レンズの開発
が望まれている。
ては、全体的な観察とともに一部分を詳細に拡大した観
察もできることが好ましい。従来はこのような要望に対
し、被写界深度の深いレンズとすることにより遠近の間
の観察範囲を広くし、対応することが一般的であった。
察状態(ワイド)と部分的な観察に適した近接拡大観察
状態(テレ)との切換え使用が可能な内視鏡用対物レン
ズとして、例えば、特許番号第2876252号公報に記載さ
れたものも知られている。この内視鏡用対物レンズは物
体側より順に負、正、負、正の4群からなる構成で、第
3群を光軸に沿って移動させることにより、被写界深度
を外れた位置の観察対象物にもピント調整が可能なもの
となっている。そして、この移動するレンズ群の位置に
より通常観察状態(ワイド)と近接拡大観察状態(テ
レ)の両端のみならず、この両端の中間領域での観察も
行い得るものとなっている。
視鏡用対物レンズは、通常観察状態から近接拡大観察状
態までの観察が可能となってはいるものの、この中間領
域における対物レンズの使用倍率には制約がある。すな
わち、任意の1つの観察対象に対し、対物レンズは通常
観察状態から拡大観察状態までの任意の物体距離を取る
ことが可能であるが、内部のレンズ移動によりその物体
距離にフォーカシングを行う場合に、対物レンズの使用
倍率は一義的に決まってしまう。より高精度な観察や正
確な診断を行うためには、両端の中間領域の観察状態で
も使用倍率により自由度のある対物レンズが望まれる。
もので、通常観察状態と近接拡大観察状態の両端の中間
領域におけるレンズの使用倍率を任意に変化させること
ができ、コンパクトで諸収差が良好に補正された内視鏡
用対物レンズを提供することを目的とするものである。
物レンズは、物体側より順に、負の屈折力を有する第1
レンズ群、正の屈折力を有する第2レンズ群、負の屈折
力を有する第3レンズ群、および正の屈折力を有する第
4レンズ群からなり、該第3レンズ群、ならびに、該第
2レンズ群もしくは該第4レンズ群のうちのいずれか一
方のレンズ群の2つのレンズ群を光軸に沿って移動させ
ることにより倍率変化と焦点合わせを行い、以下の条件
式(1)および(2)を満足することを特徴とするもの
である。
は、該第2レンズ群および該第3レンズ群の2つのレン
ズ群を光軸に沿って移動させることにより倍率変化と焦
点合わせを行い、以下の条件式(3)、(6)および
(7)を満足するように構成されてなることが好まし
い。
離 f2:第2レンズ群の焦点距離 f3:第3レンズ群の焦点距離 fW:レンズ全体のワイド端における焦点距離
は、該第3レンズ群および該第4レンズ群の2つのレン
ズ群を光軸に沿って移動させることにより倍率変化と焦
点合わせを行い、以下の条件式(4)、(7)および
(8)を満足するように構成されてなることが好まし
い。
離 f3:第3レンズ群の焦点距離 f4:第4レンズ群の焦点距離 fW:レンズ全体のワイド端における焦点距離
は、該第2レンズ群と該第3レンズ群との間に絞りが配
設され、以下の条件式(5)を満足するように構成され
てなることがより好ましい。
おける合成倍率 β3・4W:第3レンズ群と第4レンズ群とのワイド端
における合成倍率
係る内視鏡用対物レンズについて、図面を用いて説明す
る。まず、第1の実施形態に係る内視鏡用対物レンズに
ついて、図1を用いて説明する。図1は、本発明の実施
例1に係るレンズの基本構成を示すものである。
ズは、物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ
群G1、正の屈折力を有し光軸Xに沿って移動可能な第
2レンズ群G2、負の屈折力を有し光軸Xに沿って移動
可能な第3レンズ群G3、および正の屈折力を有する第
4レンズ群G4を配してなる。
うに通常観察状態(ワイド)から近接拡大状態(テレ)
に至るまでに、第2レンズ群G2が光軸に沿って物体側
に移動し、同時に第3レンズ群G3が光軸に沿って像側
に移動して、倍率変化と焦点合わせを可能とするように
構成されている。
は、物体距離が遠く、画角が広く、広い範囲の観察に適
した状態を表し、一方、近接拡大状態(テレ)とは、物
体距離が近く、一部分を拡大した観察に適した状態を表
す。また、図1に示すワイド端とは、通常観察状態にお
いて、移動レンズ群を所定の位置に移動させることによ
り全系の倍率が最も低くなった状態を表し、一方、テレ
端とは、近接拡大状態において、移動レンズ群を所定の
位置に移動させることにより全系の倍率が最も高くなっ
た状態を表す。
群G2と第3レンズ群G3との間に絞り1が配設され、
また、第4レンズ群G4の像側には光路変換用プリズム
2が配設され、このプリズム2の図示されない像側には
CCD素子やイメージガイドファイバが配設されて画像
情報が伝達される。なお、図1において絞り1は、光軸
上で第3レンズ群G3の最も物体側の面に接するように
配設されている。
(1)〜(3)および(5)〜(7)を満足するように
構成されている。
移動距離 f2 :第2レンズ群G2の焦点距離 f3 :第3レンズ群G3の焦点距離 β3・4T:第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との
テレ端における合成倍率 β3・4W:第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との
ワイド端における合成倍率
視鏡用対物レンズについて、図5を用いて説明する。図
5は本発明の実施例5に係るレンズの基本構成を示すも
のである。図5に示すように、この内視鏡用対物レンズ
は、物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群
G1、正の屈折力を有する第2レンズ群G2、負の屈折
力を有し光軸Xに沿って移動可能な第3レンズ群G3、
および正の屈折力を有し光軸Xに沿って移動可能な第4
レンズ群G4を配してなる。
うにワイド端からテレ端に至るまでに、第3レンズ群G
3が光軸に沿って像側に移動し、同時に第4レンズ群G
4が光軸に沿って物体側に移動して、倍率変化と焦点合
わせを可能とするように構成されている。
形態と同様に絞り1およびCCDカバーガラス2が配設
され、プリズム2の図示されない像側にはCCD素子や
イメージガイドファイバが配設されて画像情報が伝達さ
れる。なお、図5において絞り1は、光軸上で第3レン
ズ群G3の最も物体側の面に接するように配設されてい
る。
(1)、(2)、(4)、(5)、(7)、(8)を満
足するように構成されている。
移動距離 f3 :第3レンズ群G3の焦点距離 f4 :第4レンズ群G4の焦点距離 β3・4T:第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との
テレ端における合成倍率 β3・4W:第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との
ワイド端における合成倍率
よる内視鏡用対物レンズによれば、通常観察状態および
近接拡大状態のみならず、その中間領域においても焦点
合わせを行うとともに対物レンズの使用倍率を任意に変
化させ、観察対象や使用状況に応じた倍率を得ることが
できる。
るように、条件式(1)に示された物体距離の変化によ
り生じるものと、条件式(2)に示された2つの移動群
を適切に移動させることにより生じるものとの相互作用
により得られるものである。
/ワイド倍率比を規定するものである。一般にズームレ
ンズはこのβ1T/β1W=1となるが、本対物レンズ
がワイド状態からテレ状態に移行する場合、テレ側に近
づくにつれ物体距離も短くなり、それにより観察対象が
拡大して見える作用を利用して倍率を変化させているこ
とを示している。この下限値を超えるとテレ側での倍率
が不足する。また、この上限値を超えるとテレ側での物
体距離が近くなりすぎ、ライトガイドからの照明光がう
まくあたらない部分を観察することになってしまう。
ーム比にあたる数値を示しているもので、第2レンズ群
G2と第3レンズ群G3、あるいは第3レンズ群G3と
第4レンズ群G4の、2つのレンズ群を移動させ、焦点
距離を変動させることによっても倍率を変化させている
ことを示している。この下限値を超えて、テレ端とワイ
ド端における焦点距離の比が小さくなると、テレ側で同
じ倍率を得ようとする場合に物体距離が近くなりすぎ、
ライトガイドからの照明光がうまくあたらない部分を観
察することになってしまう。
群が移動可能とされていることにより、1つの物体距離
に対し焦点合わせを行うとともに使用倍率を任意に変化
させることができる。
離を2.2032に固定した場合、2つの移動群、すなわち第
2レンズ群G2および第3レンズ群G3の位置を、いず
れも焦点の合った下記のタイプ1およびタイプ2とする
ことができる。ただし、この物体距離におけるレンズ群
位置はこの2つのタイプに限定されるものではなく、ワ
イド端からテレ端までの移動過程でその中間領域の任意
の位置で組み合わせが可能であり、2つの移動群の配置
によりワイド端からテレ端までの中間領域での使用倍率
を任意に変化させることができる。
0.4887となる。
の屈折力を有する移動群、すなわち第2レンズ群G2ま
たは第4レンズ群G4の移動距離を規定している。この
下限値を超えこれらの移動群の移動距離が小さくなる
と、中間領域における倍率の変化を十分に得ることがで
きなくなる。また、この上限値を超えると移動距離が大
きくなり、内視鏡の先端構成部の全長が長くなってしま
うため、内視鏡用対物レンズとして好ましくない。特
に、条件式(4)の上限値については、この上限値を超
えた場合、射出瞳の変動が大きくなりすぎてしまう。
合の射出瞳に関する条件式で、この上限値および下限値
を超えると射出瞳の変動が大きくなり過ぎ、高画質の像
が得られなくなる。
パワー配分を規定している。条件式(6)または条件式
(8)の下限値を超えると、正の屈折力を有する移動
群、すなわち第2レンズ群G2または第4レンズ群G4
のパワーが強くなり過ぎ、収差補正が困難となる。同様
に、条件式(7)の上限値を超えると、負の屈折力を有
する移動群、すなわち第3レンズ群G3のパワーが強く
なり過ぎ、収差補正が困難となる。また、条件式(6)
または条件式(8)の上限値を超えると、正の屈折力を
有する移動群、すなわち第2レンズ群G2または第4レ
ンズ群G4の各移動群の移動距離が大きくなりレンズが
コンパクトでなくなる。同様に、条件式(7)の下限値
を超えると、負の屈折力を有する移動群、すなわち第3
レンズ群G 3の移動距離が大きくなりレンズがコンパク
トでなくなる。
に説明する。
物レンズのワイド端およびテレ端における基本構成を図
1に示す。本実施例1に係るレンズは、第1の実施形態
として説明したとおり、物体側より順に、負の屈折力を
有する第1レンズ群G1、正の屈折力を有し光軸Xに沿
って移動可能な第2レンズ群G2、負の屈折力を有し光
軸Xに沿って移動可能な第3レンズ群G3、および正の
屈折力を有する第4レンズ群G4を配してなる。
実施例では、光軸上において第5レンズL5の物体側の
面と等しい位置に、絞り1が配設されている。図1およ
び下記表1において絞り1の曲率半径をR8として表
す。
曲率半径R、各レンズの軸上面間隔(各レンズの中心厚
および各レンズ間の空気間隔)D、各レンズのd線にお
ける屈折率N、およびアッベ数νを示す。なお、表1お
よび以下の表2〜5において、曲率半径Rおよび軸上面
間隔Dはワイド端における焦点距離を1.0として規格化
された値であり、また、各記号に対応させた数字は物体
側より順次増加するようになっている。
端およびテレ端における物体距離(軸上面間隔Dと同様
に規格化されている。以下の表2〜5においても同
様。)、倍率、および軸上面間隔Dの可変群間隔1〜3
の値を示す。
物レンズのワイド端およびテレ端における基本構成を図
2に示す。本実施例2に係るレンズは、実施例1とほぼ
同様の構成とされている。
実施例では、光軸上において第3レンズL3の像側の面
と等しい位置に、絞り1が配設されている。図2および
下記表2において絞り1の曲率半径をR7として表す。
曲率半径R、各レンズの軸上面間隔(各レンズの中心厚
および各レンズ間の空気間隔)D、各レンズのd線にお
ける屈折率N、およびアッベ数νを示す。
端およびテレ端における物体距離、倍率、および軸上面
間隔Dの可変群間隔1〜3の値を示す。
物レンズのワイド端およびテレ端における基本構成を図
3に示す。本実施例3に係るレンズは、実施例1とほぼ
同様の構成とされている。
実施例では、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の間
に絞り1が配設されている。図3および下記表3におい
て絞り1の曲率半径をR8として表す。
曲率半径R、各レンズの軸上面間隔(各レンズの中心厚
および各レンズ間の空気間隔)D、各レンズのd線にお
ける屈折率N、およびアッベ数νを示す。
端およびテレ端における物体距離(軸上面間隔Dと同様
に規格化されている)、倍率、および軸上面間隔Dの可
変群間隔1〜4の値を示す。
物レンズのワイド端およびテレ端における基本構成を図
4に示す。本実施例4に係るレンズは、実施例3とほぼ
同様の構成とされている。図4および下記表4において
絞り1の曲率半径をR8として表す。
曲率半径R、各レンズの軸上面間隔(各レンズの中心厚
および各レンズ間の空気間隔)D、各レンズのd線にお
ける屈折率N、およびアッベ数νを示す。
端およびテレ端における物体距離、倍率、および軸上面
間隔Dの可変群間隔1〜4の値を示す。
物レンズのワイド端およびテレ端における基本構成を図
5に示す。本実施例5に係るレンズは、第2の実施形態
として説明したとおり、物体側より順に、負の屈折力を
有する第1レンズ群G1、正の屈折力を有する第2レン
ズ群G2、負の屈折力を有し光軸Xに沿って移動可能な
第3レンズ群G3、および正の屈折力を有し光軸Xに沿
って移動可能な第4レンズ群G4を配してなる。
実施例では、光軸上において第4レンズL4の物体側の
面と等しい位置に、絞り1が配設されている。図5およ
び下記表5において絞り1の曲率半径をR7として表
す。
曲率半径R、各レンズの軸上面間隔(各レンズの中心厚
および各レンズ間の空気間隔)D、各レンズのd線にお
ける屈折率N、およびアッベ数νを示す。
端およびテレ端における物体距離、倍率、および軸上面
間隔Dの可変群間隔1〜3の値を示す。
(1)〜(8)に対応する値を示す。各実施例1〜5は
対応する各条件式(1)〜(8)をすべて満足してい
る。
よびテレ端における諸収差(球面収差、非点収差、ディ
ストーション、および倍率色収差)を示す。これらの収
差図においてωは半画角を示す。図6〜10に示すよう
に、各実施例1〜5によれば上述した各収差をすべて良
好なものとすることができる。
は、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態
様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径Rお
よびレンズ間隔(もしくはレンズ厚)Dを適宜変更する
ことが可能である。
ズに非球面、GRINレンズ、回折光学素子を付加、あ
るいは代替して、色収差や他の諸収差の補正を行うこと
も可能である。
鏡用対物レンズによれば、4つのレンズ群のうちの所定
の2つのレンズ群を移動させることにより、通常観察状
態(ワイド)と近接拡大観察状態(テレ)のみならずそ
の中間領域においても、焦点合わせを行いつつしかも対
物レンズの使用倍率を任意に変化させることが可能な、
コンパクトで諸収差が良好に補正された内視鏡用対物レ
ンズを得ることができる。
構成を示す図
構成を示す図
構成を示す図
構成を示す図
構成を示す図
各収差図
各収差図
各収差図
各収差図
の各収差図
ス)
Claims (6)
- 【請求項1】 物体側より順に、負の屈折力を有する第
1レンズ群、正の屈折力を有する第2レンズ群、負の屈
折力を有する第3レンズ群、および正の屈折力を有する
第4レンズ群からなり、該第3レンズ群、ならびに、該
第2レンズ群もしくは該第4レンズ群のうちのいずれか
一方のレンズ群の2つのレンズ群を光軸に沿って移動さ
せることにより倍率変化と焦点合わせを行うように構成
され、さらに以下の条件式(1)および(2)を満足す
ることを特徴とする内視鏡用対物レンズ。 2.0 < β1T/β1W < 10.0 ……(1) 1.2 < fT/fW ……(2) ただし、 β1T:第1レンズ群のテレ端における倍率 β1W:第1レンズ群のワイド端における倍率 fT :レンズ全体のテレ端における焦点距離 fW :レンズ全体のワイド端における焦点距離 - 【請求項2】 該第2レンズ群および該第3レンズ群の
2つのレンズ群を光軸に沿って移動させることにより倍
率変化と焦点合わせを行うように構成され、さらに以下
の条件式(3)を満足するように構成されてなることを
特徴とする請求項1記載の内視鏡用対物レンズ。 0.1 < |d2|/f2 < 1.0 ……(3) ただし、 d2:ワイド端からテレ端までの第2レンズ群の移動距
離 f2:第2レンズ群の焦点距離 - 【請求項3】 該第3レンズ群および該第4レンズ群の
2つのレンズ群を光軸に沿って移動させることにより倍
率変化と焦点合わせを行うように構成され、さらに以下
の条件式(4)を満足するように構成されてなることを
特徴とする請求項1記載の内視鏡用対物レンズ。 0.1 < |d4|/f4 < 0.8 ……(4) ただし、 d4:ワイド端からテレ端までの第4レンズ群の移動距
離 f4:第4レンズ群の焦点距離 - 【請求項4】 該第2レンズ群と該第3レンズ群との間
に絞りが配設され、以下の条件式(5)を満足するよう
に構成されてなることを特徴とする請求項2または3記
載の内視鏡用対物レンズ。 0.4 < β3・4T/β3・4W < 2.5 ……(5) ただし、β3・4T:第3レンズ群と第4レンズ群との
テレ端における合成倍率β3・4W:第3レンズ群と第
4レンズ群とのワイド端における合成倍率 - 【請求項5】 以下の条件式(6)および(7)を満足
するように構成されてなることを特徴とする請求項2ま
たは4記載の内視鏡用対物レンズ。 0.7 < f2/fW < 4.0 ……(6) -3.0 < f3/fW < -0.5 ……(7) ただし、 f2:第2レンズ群の焦点距離 f3:第3レンズ群の焦点距離 fW:レンズ全体のワイド端における焦点距離 - 【請求項6】 以下の条件式(7)および(8)を満足
するように構成されてなることを特徴とする請求項3ま
たは4記載の内視鏡用対物レンズ。 -3.0 < f3/fW < -0.5 ……(7) 1.0 < f4/fW < 2.5 ……(8) ただし、 f3:第3レンズ群の焦点距離 f4:第4レンズ群の焦点距離 fW:レンズ全体のワイド端における焦点距離
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