JP2002131633A

JP2002131633A - 内視鏡用対物レンズ

Info

Publication number: JP2002131633A
Application number: JP2000323488A
Authority: JP
Inventors: Minoru Murayama; 稔村山; Kazushige Tanaka; 千成田中
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2000-10-24
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2002-05-09

Abstract

(57)【要約】【目的】画角が広い内視鏡用対物レンズにおいて、非
球面を設けて負の歪曲収差を大きくすることによって、
球面のみで構成された内視鏡用対物レンズより画面周辺
での像面照度比を大きくし、周辺部まで明るく見える画
像を得ること。【構成】物体側から順に、負のパワーの前群、絞り、
及び正パワーの後群からなり、後群中に、光軸から離れ
るに従い曲率がきつくなる非球面からなる正パワー面
と、光軸から離れるに従い曲率が緩くなる非球面からな
る負パワー面との少なくとも一方を配置し、あるいは、
前群中に、光軸から離れるに従い曲率が緩くなる非球面
からなる正パワー面と、光軸から離れるに従い曲率がき
つくなる非球面からなる負パワー面との少なくとも一方
を配置した内視鏡用対物レンズ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、内視鏡用対物レンズに関する。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】内視鏡による観察の問題点
の一つとして、観察視野内の周辺光量の低下の問題があ
る。その原因は、対物レンズ自体に起因する原因と、照
明光源に起因する原因とに分けられる。照明光源に起因
する問題は、ライトガイドバンドルファイバーによる照
明では、その配光分布が観察範囲の中心部では明るく、
周辺部では暗くなるのが避けられない。

【０００３】対物レンズに起因する問題は、画角が大き
い程コサイン４乗則によって周辺部での像面照度比が小
さくなるという問題と、最近広く用いられている電子内
視鏡に固有の次の問題とがある。

【０００４】ファイバーや固体撮像素子に結像する従来
の内視鏡用対物レンズは、テレセントリックであった。
このような光学系は、小型化、短全長化が困難である。
そこで、近年、撮像画面直前にマイクロレンズを配する
ことにより、テレセン角を大きく（射出瞳距離=射出瞳
位置から像面までの距離を短く）し、レンズの小径化、
短全長化を可能にする固体撮像素子がある。しかしなが
ら、このような固体撮像素子には、シェーディングがあ
り、同じ光量の光が固体撮像素子に入射した場合、その
中心部の出力に比べ、たとえば、素子の水平方向端で
は、出力が低下してしまう。つまり、周辺光量の低下の
問題はより拡大される。

【０００５】また、非球面レンズを用いた内視鏡用対物
レンズがあるが、従来のものは、負の歪曲収差を補正す
る目的でなされたものであり、画面周辺部の像面照度比
は球面レンズのみで構成された内視鏡用対物レンズより
も小さくなる。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、画角が広い内視鏡用対物レン
ズにおいて、画面周辺での像面照度比を大きくし、周辺
部まで明るく見える画像が得られるようにすることを目
的とする。

【０００７】

【発明の概要】本発明による内視鏡用対物レンズは、そ
の第一の態様によると、物体側から順に、負又は０のパ
ワーの前群、絞り、及び正パワーの後群からなり、後群
中に、光軸から離れるに従い曲率がきつくなる非球面か
らなる正パワー面と、光軸から離れるに従い曲率が緩く
なる非球面からなる負パワー面との少なくとも一方を配
置したことを特徴としている。別言すると、後群中に、
光軸から離れるに従い近軸での曲率半径からなる球面レ
ンズより厚さが徐々に薄くなるような非球面を有するレ
ンズを含ませたことを特徴としている。非球面は、具体
的には、例えば接合面でない最も像側の凸の面に配置す
ることができる。

【０００８】本発明の内視鏡用対物レンズは、別の態様
によると、物体側から順に、負のパワーの前群、絞り、
及び正パワーの後群からなり、前群中に、光軸から離れ
るに従い曲率が緩くなる非球面からなる正パワー面と、
光軸から離れるに従い曲率がきつくなる非球面からなる
負パワー面との少なくとも一方を配置したことを特徴と
している。別言すると、前群中に、光軸から離れるに従
い近軸での曲率半径からなる球面レンズより厚さが徐々
に厚くなるような非球面を有するレンズを含ませたこと
を特徴としている。非球面は、具体的には、例えば接合
面でない最も物体側の凸の面に配置することができる。

【０００９】本発明の内視鏡用対物レンズにおいて、非
球面形状を x=cy²/[1+[1-(1+K)c²y²]^1/2]+A4y⁴+A6y⁶+A8y⁸ +A10y¹⁰+
A12y¹²・・・（但し、cは曲率（１／ｒ）、ｙは光軸からの高さ、Ｋ
は円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・・・は各
次数の非球面係数）で定義したとき、各非球面が、次式
（１）を満足することが好ましい。（１）０．００５＜｜Ａ４｜×ｆ³＜５．０但し、ｆ：全系の焦点距離、である。

【００１０】

【発明の実施態様】本発明の内視鏡用対物レンズは、図
１、図３、図５、図７、図９及び図１１の各実施例のレ
ンズ構成図に示すように、物体側から順に、負又は０の
パワーの前群１０、絞りＳ、及び正パワーの後群２０か
らなっている。いずれの実施例も、前群１０は、平凹レ
ンズまたは物体側に凸の単メニスカスレンズからなり、
後群２０は、物体側から順に、正単レンズ２１、負レン
ズ２２、及び両凸レンズ２３からなっていて、負レンズ
２２と両凸レンズ２３は貼り合わせされている。後群２
０の後方には、撮像素子の撮像面３０の前方に位置する
カバーガラス（フィルタ類）３１が位置している。

【００１１】本実施形態では、後群２０中に、光軸から
離れるに従い曲率がきつくなる非球面からなる正パワー
面と、光軸から離れるに従い曲率が緩くなる非球面から
なる負パワー面との少なくとも一方が配置されている。
このような非球面の正パワー面と非球面の負パワー面の
少なくとも一方を有するレンズは、その厚さが、光軸か
ら離れるに従い、近軸の球面レンズより薄くなる。後群
２０中にこのような非球面を有するレンズを配置する場
合には、前群１０のパワーは負または０とする。

【００１２】あるいは、前群１０中に、光軸から離れる
に従い曲率が緩くなる非球面からなる正パワー面と、光
軸から離れるに従い曲率がきつくなる非球面からなる負
パワー面との少なくとも一方を配置する態様でもよい。
このような非球面の正パワー面と非球面の負パワー面の
少なくとも一方を有するレンズは、その厚さが、光軸か
ら離れるに従い、近軸の球面レンズより厚くなる。前群
１０中にこのような非球面を有するレンズを配置する場
合には、前群１０のパワーは負とする。

【００１３】このような非球面を有するレンズを、前群
１０または後群２０中に配置すると、負の歪曲収差は大
きくなるが、周辺光量の低下の問題を低減することがで
きる。

【００１４】条件式（１）は、非球面の形状を規定して
いる。条件式（１）の上限を超えると、像面湾曲が大き
くなり、非球面以外の面で補正するのが困難になる。下
限を超えると、非球面による歪曲収差の増加が少なく、
画面周辺部での像面照度比を大きくする効果が小さい。

【００１５】次に具体的な数値実施例について説明す
る。諸収差図中、球面収差で表される色収差（軸上色収
差）図及び倍率色収差図中、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対する収
差であり、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナル、Ｙは像
高である。また、表中のFEは物体距離１０ｍｍでの実効
Ｆ値、Fは全系の焦点距離、Ｗは半画角（°）、Mは物体
距離１０ｍｍでの近軸横倍率、FBはバックフォーカス、
Ｒは曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎdは
ｄ線の屈折率、νはアッベ数を示す。バックフォーカス
FBは、撮像面３０とカバーガラス３１の最終面との距離
で表している。回転対称非球面は次式で定義される。 x=cy²/[1+[1-(1+K)c²y²]^1/2]+A4y⁴+A6y⁶+A8y⁸ +A10y¹⁰+
A12y¹²・・・（但し、cは曲率（１／ｒ）、ｙは光軸からの高さ、Ｋ
は円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・・・は各
次数の非球面係数）

【００１６】［実施例１］図１は、実施例１のレンズ構
成を示し、図２は図１のレンズ構成での諸収差を示す。
表１はその数値データである。この実施形態では、非球
面は、後群２０の像側の最終面（面Ｎｏ.７）の像側に
凸の面に形成されている。

【００１７】

【表１】 FE=1:5.9 F=1.42 M=-0.139 W = 69.5 FB= 0.05 面ＮＯ. R D Ｎd ν 1 ∞ 0.40 1.51633 64.1 2 1.025 0.30 ‐ ‐ 絞 ∞ 0.06 ‐ ‐ 3 -2.100 1.06 1.77250 49.6 4 -1.124 0.05 ‐ ‐ 5 5.094 0.30 1.92286 18.9 6 1.761 1.19 1.66910 55.4 7* -2.562 1.29 ‐ ‐ 8 ∞ 1.00 1.51633 64.1 9 ∞ 0.30 1.53113 62.4 10 ∞ - ‐ ‐ ＊は回転対称非球面。非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）：面Ｎｏ．ＫＡ４Ａ６ 7 0.00 -4.85401×10^-3 -1.56284×10^-3

【００１８】［実施例２］図３は、実施例２のレンズ構
成を示し、図４は図３のレンズ構成での諸収差を示す。
表２はその数値データである。この実施形態では、非球
面は、後群２０の像側の最終面（面Ｎｏ.７）の像側に
凸の面に形成されている。

【００１９】

【表２】 FE = 1:5.8 F =1.45 M =-0.142 W= 68.1 FB=0.05 面ＮＯ. R D Ｎd ν 1 ∞ 0.40 1.51633 64.1 2 1.471 0.30 ‐ ‐ 絞 ∞ 0.06 ‐ ‐ 3 -1.368 0.80 1.77250 49.6 4 -0.929 0.05 ‐ ‐ 5 19.995 0.30 1.92286 18.9 6 1.908 1.24 1.66910 55.4 7* -1.829 1.27 ‐ ‐ 8 ∞ 1.00 1.51633 64.1 9 ∞ 0.30 1.53113 62.4 10 ∞ - ‐ ‐ ＊は回転対称非球面。非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）：面Ｎｏ．ＫＡ４Ａ６ 7 0.00 -8.15799×10^-3 -7.37785×10^-3

【００２０】［実施例３］図５は、実施例３のレンズ構
成を示し、図６は図５のレンズ構成での諸収差を示す。
表３はその数値データである。この実施形態では、非球
面は、後群２０中の面Ｎｏ.５に形成されている。

【００２１】

【表３】 FE = 1:5.7 F =1.44 M = -0.141 W= 69.1 FB=0.04 面ＮＯ. R D Ｎd ν 1 ∞ 0.39 1.51633 64.1 2 1.108 0.31 ‐ ‐ 絞 ∞ 0.06 ‐ ‐ 3 -1.590 1.01 1.88300 40.8 4 -1.194 0.05 ‐ ‐ 5* 7.967 0.31 1.92286 18.9 6 1.680 1.22 1.77250 49.6 7 -2.636 1.51 ‐ ‐ 8 ∞ 1.00 1.51633 64.1 9 ∞ 0.30 1.53113 62.4 10 ∞ - ‐ ‐ ＊は回転対称非球面。非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）：面Ｎｏ．ＫＡ４Ａ６ 5 0.00 1.52032×10^-2 -5.95020×10^-3

【００２２】［実施例４］図７は、実施例４のレンズ構
成を示し、図８は図７のレンズ構成での諸収差を示す。
表４はその数値データである。この実施形態では、非球
面は、後群２０の像側の最終面（面Ｎｏ.７）の像側に
凸の面に形成されている。

【００２３】

【表４】 FE = 1:5.9 F = 1.49 M = -0.146 W = 68.2 FB=0.05 面ＮＯ. R D Ｎd ν 1 ∞ 0.40 1.51633 64.1 2 1.596 0.30 ‐ ‐ 絞 ∞ 0.06 ‐ ‐ 3 -1.362 1.00 1.88300 40.8 4 -1.093 0.05 ‐ ‐ 5 15.347 0.35 1.92286 18.9 6 1.926 1.12 1.77250 49.6 7* -2.782 1.41 ‐ ‐ 8 ∞ 1.00 1.51633 64.1 9 ∞ 0.30 1.53113 62.4 10 ∞ - ‐ ‐ ＊は回転対称非球面。非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）：面Ｎｏ．ＫＡ４Ａ６ 7 0.00 -2.24868×10^-21.96315×10^-3

【００２４】［実施例５］図９は、実施例５のレンズ構
成を示し、図１０は図９のレンズ構成での諸収差を示
す。表５はその数値データである。この実施形態では、
非球面は、前群１０の最も物体側の面（面Ｎｏ.１）の
物体側に凸の面に形成されている。

【００２５】

【表５】 FE = 1:5.8 F = 1.39 M =-0.136 W= 69.4 FB=0.05 面ＮＯ. R D Ｎd ν 1* 6.000 0.40 1.51633 64.1 2 0.748 0.30 ‐ ‐ 絞 ∞ 0.06 ‐ ‐ 3 -2.780 1.00 1.88300 40.8 4 -1.110 0.15 ‐ ‐ 5 26.946 0.30 1.92286 18.9 6 1.765 1.27 1.77250 49.6 7 -2.567 1.17 ‐ ‐ 8 ∞ 1.00 1.51633 64.1 9 ∞ 0.30 1.53113 62.4 10 ∞ ‐ ‐ ‐ ＊は回転対称非球面。非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）：面Ｎｏ．ＫＡ４Ａ６ 1 0.00 -6.39361×10^-22.25126×10^-2

【００２６】［実施例６］図１１は、実施例６のレンズ
構成を示し、図１２は図１１のレンズ構成での諸収差を
示す。表６はその数値データである。この実施形態で
は、非球面は、前群１０中の面Ｎｏ.２に形成されてい
る。

【００２７】

【表６】 FE = 1:5.8 F = 1.45 M =-0.142 W = 68.7 FB=0.05 面ＮＯ. R D Ｎd ν 1 ∞ 0.40 1.51633 64.1 2* 0.991 0.31 ‐ ‐ 絞 ∞ 0.06 ‐ ‐ 3 -6.015 1.00 1.88300 40.8 4 -1.192 0.05 ‐ ‐ 5 -30.681 0.34 1.92286 18.9 6 1.978 1.48 1.77250 49.6 7 -2.424 1.06 ‐ ‐ 8 ∞ 1.00 1.51633 64.1 9 ∞ 0.30 1.53113 62.4 10 ∞ - ‐ ‐ ＊は回転対称非球面。非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）：面Ｎｏ．ＫＡ４Ａ６ 2 0.00 4.29430×10^-1 1.52182

【００２８】［比較例］表７は比較例の数値データであ
る。この比較例は、非球面は含ませることなく、実施例
１ないし６の内視鏡用対物レンズと同等の半画角が得ら
れるように設計したものである。

【００２９】

【表７】 FE =1:5.8 F =1.40 M = -0.137 W = 68.1 FB=0.05 面ＮＯ. R D Ｎd ν 1 ∞ 0.40 1.51633 64.1 2 1.006 0.30 ‐ ‐ 絞 ∞ 0.06 ‐ ‐ 3 -2.483 1.00 1.88300 40.8 4 -1.084 0.11 ‐ ‐ 5 -36.342 0.34 1.92286 18.9 6 1.961 1.23 1.77250 49.6 7 -2.413 1.21 ‐ ‐ 8 ∞ 1.00 1.51633 64.1 9 ∞ 0.30 1.53113 62.4 10 ∞ - ‐ ‐

【００３０】表８は、以上の実施例１ないし６と比較例
について、像高y=1.07と1.34とにおける像面照度比（光
軸（y=0）上での像面照度を100とした場合の値）と歪曲
収差を調べた結果である。この表８から、本発明による
内視鏡用対物レンズは、歪曲収差は比較例に比して大き
いものの、像面照度比では著しい改善が見られることが
分かる。

【００３１】

【表８】半画角歪曲収差像面照度比像高ｙ＝1.34 ｙ＝1.34 ／ｙ＝1.07 ｙ＝1.34 ／ｙ＝1.07 実施例１ 69.5 -65.0 ／ -33.0 78.2 ／ 85.1 実施例２ 68.1 -63.3 ／ -32.1 80.2 ／ 87.2 実施例３ 69.1 -64.7 ／ -32.8 82.5 ／ 87.5 実施例４ 68.2 -64.5 ／ -33.1 87.3 ／ 94.0 実施例５ 69.4 -64.0 ／ -32.9 71.0 ／ 79.9 実施例６ 68.7 -64.1 ／ -32.3 77.7 ／ 82.7 比較例 68.1 -61.8 ／ -31.0 69.6 ／ 78.2

【００３２】表９は、以上の実施例１ないし６の非球面
の非球面係数（A4、A6）の値と、条件式（１）の値につ
いての一覧表である。実施例１ないし６は、いずれも条
件式（１）を満足している。

【００３３】

【表９】焦点距離非球面Ａ₄ Ａ₆ |Ａ₄|×ｆ³ 実施例１ 1.42 ７面 -4.85401×10^-3 -1.56284×10^-3 1.40310×10^-2 実施例２ 1.45 ７面 -8.15799×10^-3 -7.37785×10^-3 2.51185×10^-2 実施例３ 1.44 ５面 1.52032×10^-2 -5.95020×10^-3 4.56144×10^-2 実施例４ 1.49 ７面 -2.24868×10^-21.96315×10^-3 7.45351×10^-2 実施例５ 1.39 １面 -6.39361×10^-22.25126×10^-2 1.73344×10^-1 実施例６ 1.45 ２面 4.29430×10^-1 1.52182 1.30728

【００３４】

【発明の効果】本発明の内視鏡用対物レンズによれば、
画面周辺での像面照度比を大きくし、周辺部まで明るく
見える画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内視鏡用対物レンズの実施例１の
レンズ構成図である。

【図２】図１のレンズ構成の諸収差図である。

【図３】本発明による内視鏡用対物レンズの実施例２の
レンズ構成図である。

【図４】図３のレンズ構成の諸収差図である。

【図５】本発明による内視鏡用対物レンズの実施例３の
レンズ構成図である。

【図６】図５のレンズ構成の諸収差図である。

【図７】本発明による内視鏡用対物レンズの実施例４の
レンズ構成図である。

【図８】図７のレンズ構成の諸収差図である。

【図９】本発明による内視鏡用対物レンズの実施例５の
レンズ構成図である。

【図１０】図９のレンズ構成の諸収差図である。

【図１１】本発明による内視鏡用対物レンズの実施例６
のレンズ構成図である。

【図１２】図１１のレンズ構成の諸収差図である。

【符号の説明】

１０前群２０後群２１正単レンズ２２負レンズ２３両凸レンズ３０撮像面３１カバーガラス

フロントページの続きＦターム(参考） 2H087 KA10 LA03 PA03 PA18 PB04 QA01 QA02 QA07 QA17 QA18 QA21 QA26 QA34 QA42 QA45 RA04 RA05 RA12 RA13 RA32 RA42 RA43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、負又は０のパワーの前
群、絞り、及び正パワーの後群からなり、上記後群中に、光軸から離れるに従い曲率がきつくなる
非球面からなる正パワー面と、光軸から離れるに従い曲
率が緩くなる非球面からなる負パワー面との少なくとも
一方を配置したことを特徴とする内視鏡用対物レンズ。
【請求項２】物体側から順に、負又は０のパワーの前
群、絞り、及び正パワーの後群からなり、後群中に、光軸から離れるに従い近軸での曲率半径から
なる球面レンズより厚さが徐々に薄くなるような非球面
を有するレンズを含むことを特徴とする内視鏡用対物レ
ンズ。
【請求項３】請求項１または２記載の内視鏡用対物レ
ンズにおいて、上記非球面は、接合面でない最も像側の
凸の面に配置されている内視鏡用対物レンズ。
【請求項４】物体側から順に、負のパワーの前群、絞
り、及び正パワーの後群からなり、上記前群中に、光軸から離れるに従い曲率が緩くなる非
球面からなる正パワー面と、光軸から離れるに従い曲率
がきつくなる非球面からなる負パワー面との少なくとも
一方を配置したことを特徴とする内視鏡用対物レンズ。
【請求項５】物体側から順に、負のパワーの前群、絞
り、及び正パワーの後群からなり、前群中に、光軸から離れるに従い近軸での曲率半径から
なる球面レンズより厚さが徐々に厚くなるような非球面
を有するレンズを含むことを特徴とする内視鏡用対物レ
ンズ。
【請求項６】請求項４または５記載の内視鏡用対物レ
ンズにおいて、上記非球面は、接合面でない最も物体側
の凸の面に配置されている内視鏡用対物レンズ。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれか１項記載の
内視鏡用対物レンズにおいて、非球面形状を x=cy²/[1+[1-(1+K)c²y²]^1/2]+A4y⁴+A6y⁶+A8y⁸ +A10y¹⁰+
A12y¹²・・・（但し、cは曲率（１／ｒ）、ｙは光軸からの高さ、Ｋ
は円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・・・は各
次数の非球面係数）で定義したとき、各非球面が、次式（１）を満足することを特徴とする内
視鏡用対物レンズ。（１）０．００５＜｜Ａ４｜×ｆ³＜５．０但し、ｆ：全系の焦点距離。