JP2002277735A - 内視鏡の対物レンズ - Google Patents

内視鏡の対物レンズ

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JP2002277735A JP2001076909A JP2001076909A JP2002277735A JP 2002277735 A JP2002277735 A JP 2002277735A JP 2001076909 A JP2001076909 A JP 2001076909A JP 2001076909 A JP2001076909 A JP 2001076909A JP 2002277735 A JP2002277735 A JP 2002277735A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 観察対象物の位置や形状に応じて像面湾曲量
を適宜調整することにより、最良の観察状態を実現でき
るようにすること。 【構成】 負の屈折力を有する第1レンズ群11と、正
の屈折力を有する第2レンズ群12と、正又は負の屈折
力を有する第3レンズ群13とを備えた内視鏡の対物レ
ンズであって、第2レンズ群12と第3レンズ群13と
の間隔を変化させることにより像面湾曲量を変化させ、
これによる像面位置の変化を第3レンズ群13と像面と
の間隔を変化させることで補償するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の技術分野】本発明は、観察部位に対向する内視
鏡の先端部に設ける内視鏡の対物レンズに関する。
【0002】
【従来技術及びその問題点】周知にように、一般に、写
真レンズのような結像レンズは、平面物体を平面状の像
面であるフィルム面に結像させるようになっており、こ
のため例えば像面湾曲などについても収差の補正が各種
の方法・手段で行われている。
【0003】ところで、内視鏡には、観察部位に対向す
る先端部に、対物レンズを設けており、この対物レンズ
についても同様に、この像面湾曲について補正が行われ
ている。これによって、平面状の物体が平面状の像面、
例えばCCDやイメージバンドルに結像するようになっ
ている。
【0004】このような内視鏡では、観察対象が例えば
上部消化器官などの場合、例えば図15に示すように、
胃壁のようにほぼ平面状の観察対象物7であれば画面中
心から周辺まで最良の状態で観察できるから問題ない。
ところが、例えば図16に示すように、ポリープのよう
な突起物8の観察では、それを画面中央で捕らえようと
すると、例えば図17に示すように、突起物8の先端の
ピットパターンを観察すると、突起の周辺部分は最良の
状態からずれた位置での観察になる。また、逆に、突起
の周辺部分を最良の状態で観察しようとすると、図16
に示すように突起の先端部分は最良の状態からずれた位
置での観察になってしまう。そこで、このような場合に
は、平面物体に対する像面形状が周辺部ほど対物レンズ
から離れるような、いわゆる像面湾曲オーバーな状態で
結像するような特性を有した対物光学系を用いると、突
起の先端から周辺までほぼ同一平面上に結像できるの
で、一度に観察できて都合がよい。
【0005】一方、例えば下部消化器官などの場合、例
えば図18に示すように、大腸のように観察対象部分が
管空状を呈するもの(以下、管空状物9)では、管空状物
9の側壁は観察距離が非常に近接した位置関係になって
しまい、レンズ性能が最良の位置関係とはずれてしまう
ために、観察対象部分の観察像が悪くなってしまう。そ
こで、良好な状態で観察しようとすれば、現在の観察位
置から内視鏡を離して遠ざけることにより、所望のレン
ズ性能で観察できるようになるが、狭い空間では、内視
鏡を思うような観察位置に移動できなかったり、検査時
間が長びくといった不都合を生じる虞れがある。そこ
で、このような場合には、平面物体に対する像面形状が
周辺部ほど対物レンズ側に近づくような、いわゆる像面
湾曲アンダーな状態で結像するような特性を有した対物
レンズを用いると、観察距離が接近した管空状物の側壁
に対しても、レンズ性能が最良の位置関係で結像するこ
とができるので、良好な像質で観察することが可能にな
る。
【0006】
【発明の目的】そこで、本発明は、上記した事情に鑑
み、観察対象物の位置や形状に応じて像面湾曲量を適宜
調整することにより、最良の観察状態を実現できるよう
にした内視鏡の対物レンズを提供することを目的とす
る。
【0007】
【発明の概要】本発明の内視鏡の対物レンズは、負の屈
折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2
レンズ群と、正又は負の屈折力を有する第3レンズ群と
を備えた内視鏡の対物レンズであって、第2レンズ群と
第3レンズ群との間隔を変化させることにより像面湾曲
量を変化させ、これによる像面位置の変化を第3レンズ
群と像面との間隔を変化させることで補償するように構
成したことを特徴としている。
【0008】本発明の内視鏡の対物レンズは、負の屈折
力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レ
ンズ群と、正又は負の屈折力を有する第3レンズ群とを
備えた内視鏡の対物レンズであって、第1レンズ群と第
2レンズ群との間隔及び第2レンズ群と第3レンズ群と
の間隔を変化させることにより、像面湾曲量を変化さ
せ、かつ、像面位置の変化を補償するように構成したこ
とを特徴としている。
【0009】
【発明の実施形態】以下、この発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。図1は、この発
明の第1の実施形態に係る内視鏡の対物レンズを備えた
撮像装置を示すものであり、この撮像装置は、対物レン
ズ1と、撮像素子であるCCD(またはイメージバンド
ル)2とから構成されている。
【0010】対物レンズ1は、第1レンズ群11と、第
2レンズ群12と、第3レンズ群13とから構成されて
おり、特にこの実施形態では、観察対象物の形状に応じ
て第2レンズ群12と第3レンズ群13との間隔d23
及び第3レンズ群13とCCD2との間隔fbを変化さ
せるため、図示外の位置調整手段を備えている。
【0011】第1レンズ群11は、負の屈折力を有し、
この実施形態では、1個の像側凹の負メニスカスレンズ
で構成されている。
【0012】第2レンズ群12は、正の屈折力を有し、
この実施形態では、1個の像側凸の平凸レンズで構成さ
れている。
【0013】第3レンズ群13は、負の屈折力を有し、
この実施形態では、両凹レンズ13A及び両凸レンズ1
3Bの張り合せで構成されている。
【0014】位置調整手段は、第2レンズ群12と第3
レンズ群13との間隔d23を変化させることにより像
面湾曲量を変化させ、これによる像面位置の変化を第3
レンズ群13とCCD2との間隔fbを変化させること
で補償するものである。より具体的には、間隔d23の
変化は、第3レンズ群13を光軸に沿って移動させるこ
とによって行う。間隔fbの変化は、上記第3レンズ群
13を光軸に沿って移動させることによって発生する変
化とあわせてCCD2を光軸に沿って移動させることに
よって行う。これらの位置調整手段(移動手段)には、
例えば円筒形のカム環にそれぞれの動作に応じたカム溝
を設けてそれぞれを保持し、カム環の回転させることに
よって第3レンズ群13及びCCD2を光軸方向に沿っ
て前後に移動させるような機構を用いることができる。
なお、第1レンズ群は内視鏡の先端部に固定されていて
先端部の水密性を維持する為のカバーガラスを兼ねてい
る。
【0015】次に、この実施形態の作用について説明す
る。観察しようとする観察対象物の形状に応じて像面湾
曲を変化させるべく第3レンズ群13及びCCD2を光
軸方向に適宜移動させ、CCD2と各レンズ群との間隔
を変化させる。この場合、CCD2撮像面に対してピン
ト位置が移動してしまうと、再度ピント調整を必要とす
るため、使い難いものとなってしまうので、像面湾曲変
化に伴うピント位置の移動は多くとも焦点深度の範囲内
に留めることが望ましい。そこで、この実施形態では、
像面湾曲を変化させる為のレンズ群の移動に際して、C
CD撮像面に対するピント位置の変化は殆どないように
構成されている。
【0016】例えば、図5に示すように、大腸のような
管空状のものの場合には、像面湾曲がアンダーの特性を
有するように、第3レンズ群13及びCCD2を光軸方
向に適宜移動させれば、CCD撮像面に結像する観察対
象物の位置は、画面中央付近に対して周辺部が対物レン
ズに接近した状態となる。一方、例えば図6に示すよう
に、突起物8のようなものの場合には、像面湾曲がオー
バーの特性を有するように、第3レンズ群13及びCC
D2を光軸方向に適宜移動させれば、CCD撮像面に結
像する観察対象物の位置は、画面中央付近に対して周辺
部が対物レンズに離反した状態となる。これにより、凹
凸を有していて、従来は同時に観察することができない
ような被検面に対しても、画面中心から周辺まで、最良
の性能で観察対象物の観察が行える。なお、この場合、
画角の変化も小さいことが望ましい。画角が大きく変わ
ると、変化の前後で、今まで見えていたものが見えなく
なる虞れがあるからである。従って、画角の変化があま
り発生しないよう、第3レンズ群13とCCD2の移動
量比を定めている。
【0017】次に第1の実施形態の具体的な実施例を示
す。図1には、基準として、像面湾曲をほぼゼロに補正
した時の各レンズ群の位置を示している。図2、図3、
図4は、それぞれ、像面湾曲をほぼゼロに補正した状
態、像面湾曲をオーバー側に適量発生させた状態、像面
湾曲をアンダー側に適量発生させた状態での諸収差図を
示している。これらの収差図においては、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のd
線、g線、c線はそれぞれの波長に対する収差曲線であ
り、非点収差図中Sはサジタル像面、Mはメリディオナ
ル像面である。また、表中のFEは実効Fナンバー、f
は全系の焦点距離、Wは半画角(゜)、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。
【0018】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、・・・・・は各次数の
非球面係数)である。下記に示す表1はその数値データ
で、像面湾曲がほぼゼロ、オーバー、アンダーの順で記
載している。
【0019】面No. 1,2は負の第1レンズ群11、面N
o. 3,4は正の第2レンズ群12、面No. 5乃至7は
第3レンズ群13であり、第3レンズ群13は、物体側
から順に負レンズと正レンズの接合レンズで構成され、
第1の実施形態では第3レンズ群13は負のパワーを有
している。面No. 8乃至10はフィルター群である。
【0020】
【表1】 FE=1:8.35−8.42−8.27 f=1.80−1.82−1.79 W=62.2−63.7−61.9 fB=0.05−0.05−0.05 d4=0.26−0.16−0.36 d7=1.24−1.49−0.99 面 No. r d Nd ν 1 4.000 0.59 1.51633 64.1 2 0.752 0.77 ‐ ‐ 3 ∞ 0.86 1.88300 40.8 4 -1.013 d4 ‐ ‐ 5 -2.628 0.33 1.92286 21.3 6 2.628 1.40 1.66625 55.2 7* -2.427 d7 ‐ ‐ 8 ∞ 1.00 1.53113 62.4 9 ∞ 0.50 1.53000 60.0 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. K A4 A6 7 0.00 0.2343×10-1 0.1547×10-1
【0021】次に、この発明の第2の実施形態について
説明する。図7は、この発明の第2の実施形態に係る内
視鏡の対物レンズを備えた撮像装置を示すものであり、
対物レンズ3と、撮像素子であるCCD(イメージバン
ドル)4とから構成されている。
【0022】対物レンズ3には、負の屈折力を有する第
1レンズ群31と、側視型内視鏡に対応する為の偏向プ
リズム34と、絞り35、正の屈折力を有する第2レン
ズ群32と、正の屈折力を有する第3レンズ群33とを
備えている。特に、この実施形態では、観察対象物の形
状に応じて第2レンズ群32と第3レンズ群33との間
隔d23及び第3レンズ群33とCCD4との間隔fb
を変化させるため、図示外の位置調整手段を備えてい
る。なお、図7では偏向プリズム34の反射面を展開し
て光軸を一直線状にして表示している。
【0023】位置調整手段は、第2レンズ群32と第3
レンズ群33との間隔d23を変化させることにより像
面湾曲量を変化させ、これによる像面位置の変化を第3
レンズ群33とCCD4との間隔fbを変化させること
により補償するものである。より具体的には、間隔d2
3の変化は、第3レンズ群33を光軸に沿って移動させ
ることによって行う。間隔fbの変化は、上記第3レン
ズ群33を光軸に沿って移動させることによって発生す
る変化とあわせてCCD4を光軸に沿って移動させるこ
とによって行う。これらの位置調整手段(移動手段)に
は、例えば円筒形のカム環にそれぞれの動作に応じたカ
ム溝を設けてそれぞれを保持し、カム環の回転させるこ
とによって第3レンズ群33及びCCD4を光軸方向に
沿って前後に移動させるような機構を用いることができ
る。なお、第1レンズ群は内視鏡先端部側面に固定され
ていて先端部の水密性を維持するカバーガラスを兼ねて
いる。
【0024】次に第2の実施形態の具体的な実施例を示
す。図7には、基準として、像面湾曲をほぼゼロに補正
した時の各レンズ群の位置を示している。図8、図9、
図10はそれぞれ、像面湾曲をほぼゼロに補正した状
態、像面湾曲をオーバー側に適量発生させた状態、像面
湾曲をアンダー側に適量発生させた状態での諸収差図を
示している。なお、下記の表2はその数値データで、像
面湾曲がほぼゼロ、オーバー、アンダーの順で記載して
いる。
【0025】面No. 1,2は負の第1レンズ群31、面
No.3,4は側視用偏向プリズム、面No. 5,6は正
の第2レンズ群32、面No. 7乃至9は第3レンズ群3
3であり、第3レンズ群33は、物体側から順に負レン
ズと正レンズの接合レンズで構成され、第2の実施形態
では第3レンズ群33は正のパワーを有している。面N
o. 10乃至12はフィルター群である。
【0026】
【表2】 FE=1:5.66−5.52−5.80 f=1.25−1.22−1.28 W=53.0−55.2−51.7 fB=0.0−0.0−0.0 d6=0.46−0.26−0.66 d9=0.80−1.21−0.37 面 No. r d Nd ν 1 ∞ 0.35 1.88300 40.8 2 2.111 0.60 ‐ ‐ 3 ∞ 4.50 1.88300 40.8 4 ∞ 0.18 ‐ ‐ 5 2.038 1.08 1.88300 40.3 6 -3.042 d6 ‐ ‐ 7 -1.331 0.30 1.84666 23.8 8 2.315 1.15 1.66910 55.4 9* -1.326 d9 ‐ ‐ 10 ∞ 1.00 1.52000 62.4 11 ∞ 0.50 1.53000 60.0 12 ∞ ‐ ‐ ‐ *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. K A4 A6 9 0.00 0.4461×10-1 0.6017×10-1
【0027】次に、この発明の第3の実施形態について
説明する。図11は、この発明の第3の実施形態に係る
内視鏡の対物レンズを備えた撮像装置を示すものであ
り、対物レンズ5と、撮像素子であるCCD(イメージ
バンドル)6とから構成されている。
【0028】対物レンズ5には、負の屈折力を有する第
1レンズ群51と、正の屈折力を有する第2レンズ群5
2と、正又は負の屈折力を有する第3レンズ群53とを
備えている。特に、この実施形態では、観察対象物の形
状に応じて第1レンズ群51と第2レンズ群52との間
隔d12、第2レンズ群52と第3レンズ群53との間
隔d23及び第3レンズ群53とCCD6との間隔fb
を変化させるため、図示外の位置調整手段を備えてい
る。なお、この実施形態では、第1レンズ群51乃至第
3レンズ群53をそれぞれ構成するレンズとして、先の
第1の実施形態のものと同一のものを用いた。
【0029】位置調整手段は、第1レンズ群51と第2
レンズ群52との間隔d12及び第2レンズ群52と第
3レンズ群53との間隔d23を変化させることにより
像面湾曲量を変化させ、これによる像面位置の変化を第
3レンズ群53とCCD6との間隔fbを変化させるこ
とにより補償するものである。より具体的には、間隔d
12の変化は第2レンズ群52を光軸に沿って移動させ
ることによって行う。間隔d23の変化は、上記第2レ
ンズ群52を光軸に沿って移動させることによって発生
する変化とあわせて第3レンズ群53を光軸に沿って移
動させることによって行う。間隔fbの変化は、上記第
3レンズ群53を光軸に沿って移動させることによって
発生する変化とあわせてCCD6を光軸に沿って移動さ
せることによって行う。これらの位置調整手段(移動手
段)には、例えば円筒形のカム環にそれぞれの動作に応
じたカム溝を設けてそれぞれを保持し、カム環の回転さ
せることによって第2レンズ群52、第3レンズ群53
及びCCD6を光軸方向に沿って前後に移動させるよう
な機構を用いることができる。
【0030】次に第3の実施形態の具体的な実施例を示
す。図11には、基準として、像面湾曲をほぼゼロに補
正した時の各レンズ群の位置を示している。図12、図
13、図14はそれぞれ、図11、像面湾曲をアンダー
側に適量発生させた状態、像面湾曲をオーバー側に適量
発生させた状態での諸収差図を示している。なお、下記
の表3はその数値データで、像面湾曲がほぼゼロ、アン
ダー、オーバーの順で記載している。
【0031】面No. 1,2は負の第1レンズ群51、面N
o. 3,4は正の第2レンズ群52、面No. 5乃至7は
第3レンズ群53であり、第3レンズ群53は、物体側
から順に負レンズと正レンズの接合レンズで構成され、
第3の実施形態では第3レンズ群53は負のパワーを有
している。面No. 8乃至10はフィルター群である。
【0032】
【表3】 FE=1:8.35−8.18−8.53 f=1.80−1.74−1.87 W=62.7−63.5−62.0 fB=0.0−0.0−0.0 d2=0.77−0.82−0.72 d4=0.26−0.36−0.16 d7=1.29−0.98−1.60 面 No. r d Nd ν 1 4.000 0.59 1.51633 64.1 2 0.752 d2 ‐ ‐ 3 ∞ 0.86 1.88300 40.8 4 -1.013 d4 ‐ ‐ 5 -2.628 0.33 1.92286 21.3 6 2.628 1.40 1.66625 55.2 7* -2.427 d7 ‐ ‐ 8 ∞ 1.00 1.53113 62.4 9 ∞ 0.50 1.53000 60.0 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. K A4 A6 7 0.00 0.2343×10-1 0.1547×10-1
【0033】従って、以上の実施形態によれば、観察対
象物の形状に応じて、位置調整手段によって各距離を調
整することで、観察対象物を最良の観察状態で観察でき
るようになる。
【0034】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力
を有する第2レンズ群と、正又は負の屈折力を有する第
3レンズ群とを備えた内視鏡の対物レンズであって、第
2レンズ群と第3レンズ群との間隔を変化させることに
より像面湾曲量を変化させ、これによる像面位置の変化
を第3レンズ群と像面との間隔を変化させることで補償
するように構成しており、各レンズ群の間隔を適宜変更
させて、観察対象物の位置や形状に応じて像面湾曲量を
適宜調整することにより、最良の観察状態を実現でき
る。
【0035】また、この発明によれば、第1レンズ群と
第2レンズ群との間隔及び第2レンズ群と第3レンズ群
との間隔を変化させることにより、像面湾曲量を変化さ
せ、かつ、像面位置の変化を補償するように構成してお
り、同様に、観察対象物の位置や形状に応じて像面湾曲
量を適宜調整することにより、最良の観察状態を実現で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施形態に係る内視鏡の対物
レンズを備えた撮像装置を示す構成図である。
【図2】図1のレンズ構成の諸収差図である。
【図3】実施例1のズームレンズ系の像面湾曲をオーバ
ー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図4】実施例1のズームレンズ系の像面湾曲をアンダ
ー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図5】この発明の対物レンズで管空状の観察対象物を
観察するときの状態を示す説明図である。
【図6】この発明の対物レンズで突起状の観察対象物を
観察するときの状態を示す説明図である。
【図7】この発明の第2の実施形態に係る内視鏡の対物
レンズを備えた撮像装置を示す構成図である。
【図8】図7のレンズ構成の諸収差図である。
【図9】実施例2のズームレンズ系の像面湾曲をオーバ
ー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図10】実施例2のズームレンズ系の像面湾曲をアン
ダー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図11】この発明の第3の実施形態に係る内視鏡の対
物レンズを備えた撮像装置を示す構成図である。
【図12】図11のレンズ構成の諸収差図である。
【図13】実施例3のズームレンズ系の像面湾曲をアン
ダー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図14】実施例3のズームレンズ系の像面湾曲をオー
バー側に発生させた状態での諸収差図である。
【図15】従来の対物レンズで観察部位を観察するとき
の状態を示す説明図である。
【図16】従来の対物レンズで突起状の観察部位を観察
するときの状態を示す説明図である。
【図17】従来の対物レンズで突起状の観察部位を観察
するときの欠点を示す説明図である。
【図18】従来の対物レンズで管空状の観察部位を観察
するときの欠点を示す説明図である。
【符号の説明】
1 対物レンズ 11 第1レンズ群 12 第2レンズ群 13 第3レンズ群 2 CCD 3 対物レンズ 31 第1レンズ群 32 第2レンズ群 33 第3レンズ群 34 側視用偏向プリズム 35 光彩絞り 4 CCD 5 対物レンズ 51 第1レンズ群 52 第2レンズ群 53 第3レンズ群 6 CCD 7 観察対象物 8 突起物 9 管空状物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H040 BA01 BA05 BA14 CA23 2H087 KA10 LA03 NA01 PA03 PA18 PB04 QA02 QA07 QA17 QA21 QA26 QA34 QA42 QA45 RA05 RA13 RA41 RA42 RA44

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負の屈折力を有する第1レンズ群と、正
    の屈折力を有する第2レンズ群と、正又は負の屈折力を
    有する第3レンズ群とを備えた内視鏡の対物レンズであ
    って、 第2レンズ群と第3レンズ群との間隔を変化させること
    により像面湾曲量を変化させ、 この像面湾曲量の変化によって生じる像面位置の変化を
    第3レンズ群と像面との間隔を変化させることで補償す
    るように構成したことを特徴とする内視鏡の対物レン
    ズ。
  2. 【請求項2】 負の屈折力を有する第1レンズ群と、正
    の屈折力を有する第2レンズ群と、正又は負の屈折力を
    有する第3レンズ群とを備えた内視鏡の対物レンズであ
    って、 第1レンズ群と第2レンズ群との間隔及び第2レンズ群
    と第3レンズ群との間隔を変化させることにより、像面
    湾曲量を変化させ、かつ、像面位置の変化を補償するよ
    うに構成したことを特徴とする内視鏡の対物レンズ。
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