JP2004354888A - 内視鏡用対物レンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】広角で、外径が小さく第１レンズの最大光線高が低く、更に小型ＣＣＤに適した内視鏡用対物レンズを提供する。
【解決手段】本発明による内視鏡用対物レンズは、絞りを挟んで前群レンズ群と後群レンズ群とよりなり、前記前群レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズと、曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズとからなり、前記後群レンズ群は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズと、正の屈折力の第４レンズと負の屈折力の第５レンズとからなり、前記第４レンズと前記第５レンズとは接合され、ｆを全系の合成焦点距離、ｆ３ を第３レンズの焦点距離としたとき、以下の条件（１）を満足することを特徴とする。
（１）２．０ ＜ ｜ ｆ３ ／ ｆ ｜ ＜ ３．０
【選択図】 図６
【解決手段】本発明による内視鏡用対物レンズは、絞りを挟んで前群レンズ群と後群レンズ群とよりなり、前記前群レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズと、曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズとからなり、前記後群レンズ群は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズと、正の屈折力の第４レンズと負の屈折力の第５レンズとからなり、前記第４レンズと前記第５レンズとは接合され、ｆを全系の合成焦点距離、ｆ３ を第３レンズの焦点距離としたとき、以下の条件（１）を満足することを特徴とする。
（１）２．０ ＜ ｜ ｆ３ ／ ｆ ｜ ＜ ３．０
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広角で、外径が小さく第１レンズの最大光線高が低く、更に小型撮像素子に適した内視鏡用対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡挿入部外径の細径化に伴い、全長が短く、外径が小さい光学系が種々開発されている。コンパクトな内視鏡用光学系の従来例としては、例えば下記の
【特許文献１】に記載された３群４枚構成の対物レンズ、
【特許文献２】に記載された３群４枚構成の対物レンズ、
【特許文献３】に記載された４群５枚構成の対物レンズが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２８１１１２号公報
【特許文献２】特開平４−２７５５１４号公報
【特許文献３】特開平２−１８８７０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、内視鏡先端外径を更に細くするためには、対物レンズ自体のコンパクト化のみでは達成できない。内視鏡先端部には、一般的に対物レンズ、被写体を照明する照明レンズ、種々の処置具を挿入して患部の処置を行なうチャンネル、対物レンズ表面の汚物を取り除く送気・送水用のノズルが設置されている。一般的に内視鏡は、これらの部品、特にノズルが視野範囲に入らないように設計されている。つまり、内視鏡の先端外径は、ノズルと対物レンズの間隔を縮める事で細くできるが、対物レンズの最大光線高で決まる限界以上に細くすることはできない。
【０００５】
図１は内視鏡先端部のレイアウトの概略部分断面図である。図において、１はノズル、２は対物光学系の第１レンズ、Ｈ１は、ある対物光学系の光軸に対する最大光線高を表す線、Ｈ２は、異なる対物光学系の光軸に対する最大光線高を示す線、Ｄは第１レンズ２とノズル１との間隔、Ｒは内視鏡の先端外径である。図から明らかなように、間隔Ｄは光線高Ｈ１又はＨ２によって制約される。光線高がＨ２で示される光学系、即ち、より低い光線高の光学系の場合は、間隔Ｄを狭くでき、結果的に内視鏡の先端外径Ｒを細くすることが可能である。
【０００６】
図３は、前記特許文献２に記載された対物レンズ系の断面図である。図から明らかなように、この特許文献に記載された対物レンズ系は、絞りＳを正の屈折力の第２レンズＬ２と接合レンズＬ３、Ｌ４で挟んだ構成となっている。このレンズ系は、収差性能は良好であるが、第１レンズＬ１と絞りＳの間隔が広いために、第１レンズＬ１の最大光線高が高く、内視鏡先端外径をある程度まで細くできるが、前記制約により、更に細くできないという課題がある。
【０００７】
図４は、前記特許文献１に記載された対物レンズ系の断面図である。図より明らかなように、この特許文献に記載の対物レンズ系は、絞りＳを第１レンズＬ１と第２レンズＬ２で挟んだ構成になっており、第１レンズＬ１と絞りＳの間隔が短いので、第１レンズＬ１の光線高を低くしている。しかし、この構成においては、第１レンズＬ１の球欠直径が小さく、加工性が悪い。また、強いアンダーの非点収差が発生するので、画角を広角にできず、病変を検出するには不利である。
【０００８】
また、近年の内視鏡先端外径の細径化に伴い、内視鏡用小型撮像素子（以下ＣＣＤと呼ぶ）が開発されており、その画素ピッチは年々縮小化している。受光素子上にフィルターが配置されるオンチップカラーフィルター方式ＣＣＤにおいては、入射角に対する許容値の幅（以下、斜入射条件という）が狭くなっている。
【０００９】
図２に一般的なオンチップカラーフィルター方式ＣＣＤの断面図を示す。図において、１Ａ、１Ｂは光束、２２はマイクロレンズ、２３はオンチップフィルター、２４は受光素子、２５はＣＣＤ基板である。ＣＣＤに入射した光束はマイクロレンズ２２によって集光され、オンチップフィルター２３によって最適な色に着色され、受光素子２４によって電気信号へと変換される。オンチップフィルター２３と受光素子２４は規則的に配置されており、これによって被写体の色情報のカラー画像への変換を実現している。光束１Ａは対応するカラーフィルターを経て受光素子２４に入射し、正常な色として出力される。この状態はＣＣＤの前記斜入射条件を満足している。一方、光束１Ｂは対応していないカラーフィルターを通過して受光素子２４に入射しているため、本来必要とされる色が得られず、色シェーディングが発生する。この場合、光束１ＢはこのＣＣＤの斜入射条件を満足していない。つまり、斜入射条件を満たさない光線がＣＣＤに入射した場合、構造上、色シェーディングによって画面内に色ムラが発生してしまう。この色ムラは患部の診断に支障をきたすため、特に内視鏡においては許容値を満たす設計が必要である。
【００１０】
図５は前記特許文献３に記載の対物レンズ系の断面図である。このレンズ系は、全長短縮の目的で個々のレンズＬ１〜Ｌ５のパワーが大きくなっており、その結果、レンズの製造誤差や対物レンズの組立時の誤差によってＣＣＤ受光面への入射角バラツキが大きくなり、斜入射条件を満たすことができない。
【００１１】
本発明は前記の如き従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、前記のような従来の内視鏡用対物レンズの問題点を解決して、広角で、外径が小さく第１レンズの最大光線高が低く、更に小型ＣＣＤに適した内視鏡用対物レンズを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内視鏡用対物レンズにおいて絞りを挟んで前群レンズ群と後群レンズ群とよりなり、前記前群レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズと、曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズとからなり、前記後群レンズ群は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズと、正の屈折力の第４レンズと負の屈折力の第５レンズとからなり、前記第４レンズと前記代レンズとは接合され、ｆを全系の合成焦点距離、ｆ３ を第３レンズの焦点距離としたとき、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。（１） ２．０ ＜ ｜ ｆ３ ／ ｆ ｜ ＜ ３．０
【００１３】
本発明は、内視鏡用対物レンズにおいて絞りを挟んで前群レンズ群と後群レンズ群とよりなり、前記前群レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズと、曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズとからなり、前記後群レンズ群は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズと、正の屈折力の第４レンズと負の屈折力の第５レンズとからなり、前記第４レンズと前記第５レンズとは接合され、ｆを全系の合成焦点距離、ｆ３ を第３レンズの焦点距離、ｄＦ を第１レンズの曲率半径の大きな面の面頂から絞りまでの距離（空気換算長）、ＩＨを撮像面上での最大像高としたとき、以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足することを特徴とする。
（１） ２．０ ＜ ｜ ｆ３ ／ ｆ ｜ ＜ ３．０
（２） １．０ ＜ ｜ ｄＦ ／ ｆ ｜ ＜ １．８
（３） ０．８ ＜ ＩＨ ／ ｆ ＜ １．２
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示した実施例に基づき説明するが、説明に先立ち、本発明の作用、効果について説明する。
本願発明では、先ず第１レンズの最大光線高を低くするために、絞りの配置位置に着目した。最大光線高を低くするためには、第１レンズと絞りの間隔をできるだけ短くするのが良い。図４に示したレンズ系は、間隔が短く好適であるが、前述したように性能との両立が困難である。また、図３に示したレンズ系は第１レンズと絞りの間隔が長すぎる。そこで、本発明の対物レンズでは第１レンズの光線高と後群光線高のバランスをとるために、絞りを中心とし、前群と後群とに分ける構成とした。
さて、ＣＣＤ入射角のバラツキは、絞りよりも像側のレンズの肉厚や偏心のバラツキによって決まる。ＣＣＤ入射角のバラツキを極力少なくするためには、絞り以降のレンズのパワーを小さくして、レンズの肉厚や偏心のバラツキの影響を小さくすれば良い。そこで、本発明の対物レンズでは、対物レンズの全長を内視鏡として実用可能な範囲に抑えつつ、個々のレンズのパワーをできるだけ小さくした。
【００１５】
次に、各条件式について説明する。先ず、第３レンズは本発明の対物レンズの主結像系をなし、その焦点距離が画角、性能に大きく影響している。前記条件式（１）は、第３レンズの焦点距離の範囲を限定したものであって、画角を広角にし、ＣＣＤ入射角バラツキの影響を低減させるものである。そして、前記条件式（１）の下限を超えた場合には、ＣＣＤ入射角バラツキは低減するものの、コマ収差が増大してその補正が困難なうえ、画角を広角にできない。また、逆に、上限を超えた場合には、ＣＣＤの入射角バラツキの幅が増大してしまう。
【００１６】
前記条件式（２）は、第１レンズから絞りまでの距離の範囲を限定したものであって、第１レンズの最大光線高を低く抑え、且つ後群レンズの最大光線高とのバランスを取るための条件式である。そして、前記条件式（２）の下限を超えた場合には、第１レンズの最大光線高は低くなるが、後群レンズの最大光線高が上がるために、外径を大きくする必要があり、コンパクト性が損なわれてしまう。また、上限を超えた場合には、第１レンズの最大光線高が高くなってしまう。
【００１７】
前記条件式（３）は、最大像高に対する焦点距離の範囲を限定したものであって、画角を広角にし、対物レンズの全長を小さくするための条件式である。そして、前記条件式（３）の上限を超えた場合には、対物レンズの全長が大きくなってしまう。下限を超えた場合には、対物レンズの画角が小さくなってしまう。
【００１８】
また、本発明の対物レンズにおいては前記の条件式（１）乃至（３）の他に、正の屈折率の第３レンズの物体側の面を平面で構成し、または次の条件式（４）乃至（６）、及び（６’）のいずれか一つ以上を満足するように構成すると、性能上及び組立上一層好ましい構成が得られる。
（４）３．０ ＜ ｜ ｆ２ ／ ｆ ｜ ＜ １０．０
（５）ｎ２ ＜ １．６， （２ ＞ ５０
（６）１．２ ＜ ｄ２３ ／ ｆ ＜ １．７
（６’）１．３ ＜ ｄ２３ ／ ｆ ＜ １．６
ただし、ｆ２ は第２レンズの焦点距離、ｎ２ は第２レンズのｄ線の屈折率、（２ は第２レンズのｄ線のアッベ数、ｄ２３は第２レンズの曲率半径の小さな面の面頂から第３レンズの曲率半径の小さな面の面頂までの距離（空気換算長）である。
【００１９】
前記のように絞りより像側のレンズのバラツキがＣＣＤ入射角バラツキに影響する。特に、絞り直後の像側の面の面間隔は影響が大きく、ＣＣＤ入射角バラツキを低減させるためには、この面間隔のバラツキを小さくすることが重要である。面間隔のバラツキを抑えるためには、絞りの像側の面は第３レンズ面に密着していることが望ましい。従って、第３レンズの物体側の面を平面とし、絞りを密着させてバラツキを抑えると良い。また、レンズに絞りを蒸着形成しても良い。
【００２０】
前記条件式（４）は、第２レンズの焦点距離の範囲を限定したものであって、収差性能を良くし、かつ、全長が必要以上に大きくなるのを抑えるための条件式である。そして、この条件式（４）の下限を超えた場合には、第２レンズで発生する球面収差が増大してしまう。また、逆に、上限を超えた場合には、対物レンズの全長が大きくなってしまう。
【００２１】
前記特許文献３に記載の光学系は、第２レンズに高分散の硝材を使用している。第２レンズに高屈折率、高分散の硝材を用いた場合、レンズのパワーが強くなって全長短縮に寄与するほか、倍率の色収差の除去に有効である。この特許文献３に記載の対物レンズは、光学系の全長、外径に対して最大像高が大きく、倍率の色収差を十分に補正する必要があったと考えられる。しかし、前記特許文献３に記載の光学系は、倍率の色収差を重視するあまり、軸上の色収差の補正が不十分である。
本発明の対物レンズにおいては、倍率の色収差と軸上の色収差とをバランス良く補正して画面中心から周辺まで良好な画像が得られるようにした。すなわち、第２レンズに低分散の硝材を用いることで、軸上の色収差を良好に補正している。
【００２２】
前記条件式（５）は、第２レンズのｄ線の屈折率とアッベ数の範囲を限定したものであって、屈折率は適切なバックフォーカスを得るためのものである。屈折率がこの条件式（５）の上限を超えた場合には、バックフォーカスが減少してしまうために、組立時に、像面位置調整用に十分な間隔を得られなくなってしまう。また、アッベ数がこの条件式（５）の下限を下回った場合には、軸上の色収差が悪化してしまう。
【００２３】
非点収差を効率よく補正するためには、絞りを中心にして前群後群のレンズ配置を左右対称に近い構成にすればよい。前記条件式（６）は、第２レンズと第３レンズの肉厚及び、第２レンズと第３レンズの面間隔の範囲を限定したものであって、絞りを中心に第２レンズと第３レンズの位置を最適化し、非点収差を良好に補正できる範囲を示したものである。この条件式（６）の上限を超えた場合には、非点収差がオーバー側に増大してしまう。また、この条件式（６）を条件式（６’）のようにすると、非点収差を一層小さくすることができ好適である。
【００２４】
以下、本発明に係るレンズ系の実施の形態を図６乃至図１６を参照して詳細に説明する。
実施例１
図６は、本発明による内視鏡用対物レンズの第１実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図６において、実施例１の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ１１と後群レンズ群Ｇ１２よりなる。前群レンズ群Ｇ１１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ１１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ１２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ１２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ１３と、正の屈折力の第４レンズＬ１４と負の屈折力の第５レンズＬ１５とからなる。第４レンズＬ１４と第５レンズＬ１５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ１２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。
【００２５】
次に、第１実施例の光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
第１実施例の数値データにおいて、ｒ１ 、ｒ２ …は各レンズ面の曲率半径、ｄ１、ｄ２ 、…は各レンズの肉厚又は空気間隔、ｎｄ１、ｎｄ２、…は各レンズのｄ線での屈折率、νｄ１、νｄ２、…は各レンズのアッべ数、Ｆｎｏ．はＦナンバー、ｆは全系焦点距離を表している。ｒ、ｄ、ｆの単位はｍｍである。
なお、これらの記号は後述の他の実施例の数値データにおいても共通である。
【００２６】
【００２７】
実施例２
図７は、本発明による内視鏡用対物レンズの第２実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図７において、実施例２の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ２１と後群レンズ群Ｇ２２よりなる。前群レンズ群Ｇ２１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ２１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ２２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ２２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ２３と、正の屈折力の第４レンズＬ２４と負の屈折力の第５レンズＬ２５とからなる。第４レンズＬ２４と第５レンズＬ２５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ２２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。本実施例では、より加工性の良い硝材を用い、生産性の向上を図っている。
【００２８】
【００２９】
実施例３
図８は、本発明による内視鏡用対物レンズの第３実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図８において、実施例３の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ３１と後群レンズ群Ｇ３２よりなる。前群レンズ群Ｇ３１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ３１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ３２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ２２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ３３と、正の屈折力の第４レンズＬ３４と負の屈折力の第５レンズＬ３５とからなる。第４レンズＬ３４と第５レンズＬ３５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ３２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。本実施例は、画角を１３１゜にしたものである。
【００３０】
【００３１】
実施例４
図９は、本発明による内視鏡用対物レンズの第４実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図９において、実施例４の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ４１と後群レンズ群Ｇ４２よりなる。前群レンズ群Ｇ４１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ４１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ４２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ４２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ４３と、正の屈折力の第４レンズＬ４４と負の屈折力の第５レンズＬ４５とからなる。第４レンズＬ４４と第５レンズＬ４５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ４２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。本実施例は、画角を１３０゜にしたものである。
【００３２】
【００３３】
実施例５
図１０は、本発明による内視鏡用対物レンズの第５実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図１０において、実施例５の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ５１と後群レンズ群Ｇ５２よりなる。前群レンズ群Ｇ５１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ５１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ５２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ５２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ５３と、正の屈折力の第４レンズＬ５４と負の屈折力の第５レンズＬ５５とからなる。第４レンズＬ５４と第５レンズＬ５５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ５２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。
【００３４】
【００３５】
図１１は、本発明による内視鏡用対物レンズの第６実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図１１において、実施例６の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ６１と後群レンズ群Ｇ６２よりなる。前群レンズ群Ｇ６１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ６１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ６２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ６２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ６３と、正の屈折力の第４レンズＬ６４と負の屈折力の第５レンズＬ６５とからなる。前記の絞りＳは第２レンズＬ６２側に配置されている。第４レンズＬ６４と第５レンズＬ６５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ６２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。
本実施例では第２レンズＬ６２と第３レンズＬ６３の間に空気層を設け、金属等の枠でレンズを保持しやすい構成となっている。なお、第２レンズＬ６２と絞りＳ及び絞りＳと第３レンズＬ６３とのそれぞれの面間隔がＣＣＤの入射角バラツキに影響するので、前記枠の寸法公差の設定には細心の注意が必要である。
【００３６】
【００３７】
図１２は、本発明による内視鏡用対物レンズの第７実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図において、実施例７の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ７１と後群レンズ群Ｇ７２よりなる。前群レンズ群Ｇ７１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ７１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ７２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ７２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ７３と、正の屈折力の第４レンズＬ７４と負の屈折力の第５レンズＬ７５とからなる。前記の絞りＳは第２レンズＬ７２側に配置されている。第４レンズＬ７４と第５レンズＬ７５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ７２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。
本実施例では第２レンズＬ７２と第３レンズＬ７３の間に空気層を設け、金属等の枠でレンズを保持しやすい構成となっている。なお、第２レンズＬ７２と絞りＳ及び絞りＳと第３レンズＬ７３とのそれぞれの面間隔がＣＣＤの入射角バラツキに影響するので、前記枠の寸法公差の設定には細心の注意が必要である。
また、本実施例は、実施例６と同様な構成であるが、全長が短縮されている。
【００３８】
【００３９】
図１３は、本発明による内視鏡用対物レンズの第８実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図において、実施例８の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ８１と後群レンズ群Ｇ８２よりなる。前群レンズ群Ｇ８１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ８１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ８２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ８２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ８３と、正の屈折力の第４レンズＬ８４と負の屈折力の第５レンズＬ８５とからなる。前記の絞りＳは第３レンズＬ８３側に配置されている。第４レンズＬ８４と第５レンズＬ８５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ８２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。
本実施例は、第３レンズＬ８３側に絞りＳを設けた点以外は前記実施例６，７と同様な構成である。本実施例では絞りＳを前記のように配置しているので、実施例６，７よりもＣＣＤの入射角バラツキの幅は狭く、好適である。
【００４０】
【００４１】
図１４は、本発明による内視鏡用対物レンズの第９実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図において、実施例９の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ９１と後群レンズ群Ｇ９２よりなる。前群レンズ群Ｇ９１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ９１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ９２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ９２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ９３と、正の屈折力の第４レンズＬ９４と負の屈折力の第５レンズＬ９５とからなる。前記の絞りＳは第２レンズＬ９２側に配置されている。第４レンズＬ９４と第５レンズＬ９５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ９２の後方、即ち第５レンズＬ９５の後方にはフイルタＦＬが設けられ、その後方に平行平面板ＰＰが設けられている。前記フイルタＦＬは、例えば、赤外カットフイルタである。
【００４２】
【００４３】
図１５は、本発明による内視鏡用対物レンズの第１０実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図において、実施例１０の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ１０１と後群レンズ群Ｇ１０２よりなる。前群レンズ群Ｇ１０１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ１０１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ１０２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ１０２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ１０３と、正の屈折力の第４レンズＬ１０４とと負の屈折力の第５レンズＬ１０５とからなる。第４レンズＬ１０４と第５レンズＬ１０５は接合されている。前記の絞りＳは第２レンズＬ１０２側に配置されている。第３レンズＬ１０３と第４レンズＬ１０４の間にはフイルタＦＬが設けられている。そして第５レンズ１０５の後方に平行平面板ＰＰが設けられている。前記フイルターＦＬは赤外カットフイルターである。
【００４４】
【００４５】
図１６は、本発明による内視鏡用対物レンズの第１１実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図において、実施例１１の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ１１１と後群レンズ群Ｇ１１２よりなる。前群レンズ群Ｇ１１１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ１１１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ１１２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ１１２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ１１３と、正の屈折力の第４レンズＬ１１４と負の屈折力の第５レンズＬ１１５とからなる。第４レンズＬ１１４と第５レンズＬ１１５は接合されている。本実施例では、前記第２レンズＬ１１２と第３レンズＬ１１３の間には、第１のフイルターＦＬ１が設けられ、また、第３レンズＬ１１３と第４レンズＬ１１４の間には第２のフイルターＦＬ２が設けられている。前記フイルターＦＬ１はレーザカットフイルター、前記フイルターＦＬ２は赤外カットフイルターである。そして、第５レンズＬ１１５の後方に平行平面板ＰＰが設けられている。本実施例では前記絞りＳは、第２レンズＬ１１２に接するフイルターＦＬ１の像側の面（ｒ５）に配置されている。
【００４６】
【００４７】
前記実施例１乃至１１の対物レンズの諸収差をそれぞれ図１７〜図２７に示す。又、前記実施例９乃至１１における、赤外カットフイルター等の色補正フイルターや、ＹＡＧレーザーなどの光をカットするレーザーカットフィルタは、単独で配置してもよい。
また、接合したフィルタ群として配置してもよい。このようなフィルタの配置の必要が無い場合には、平行平面板と等価な空気換算長に置き換えることができる。
【００４８】
また、本発明では前記各実施例における第２レンズに低屈折率、低分散の硝材が使用可能である。したがって、これらの第２レンズを赤外カットフィルタ等の色補正フィルターレンズとして構成することができる。前記実施例１、２、５及び６は、第２レンズＬ１２，Ｌ２２、Ｌ５２及びＬ６２をフィルターレンズで構成した例を示している。
【００４９】
以上説明したように、本発明の内視鏡用対物レンズは、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次の（Ａ）乃至（Ｊ）に示すような特徴を有している。
（Ａ）次の条件式（４）を満足していることを特徴とする、請求項２に記載の対物レンズ。
（４）３．０ ＜ ｜ ｆ２ ／ ｆ ｜ ＜ １０．０
ただし、ｆ２ は第２レンズの焦点距離である。
【００５０】
（Ｂ）次の条件式（５）を満足していることを特徴とする、請求項２に記載の対物レンズ。
（５）ｎ２ ＜ １．６， （２ ＞ ５０
ただし、ｎ２ は第２レンズのｄ線の屈折率、（２ は第２レンズのｄ線のアッベ数である。
【００５１】
（Ｃ）次の条件式（６）を満足していることを特徴とする、請求項２に記載の対物レンズ。
（６）１．２ ＜ ｄ２３ ／ ｆ ＜ １．７
ただし、ｄ２３は第２レンズの曲率半径の小さな面の面頂から第３レンズの曲率半径の小さな面の面頂までの距離（空気換算長）である。
【００５２】
（Ｄ）次の条件式（４）を満足していることを特徴とする、請求項１に記載の対物レンズ。
（４）３．０ ＜ ｜ ｆ２ ／ ｆ ｜ ＜ １０．０
ただし、ｆ２ は第２レンズの焦点距離である。
【００５３】
（Ｅ）次の条件式（５）を満足していることを特徴とする、請求項１に記載の対物レンズ。
（５）ｎ２ ＜ １．６， （２ ＞ ５０
ただし、ｎ２ は第２レンズのｄ線の屈折率、（２ は第２レンズのｄ線のアッベ数である。
【００５４】
（Ｆ）次の条件式（６）を満足していることを特徴とする、請求項１に記載の対物レンズ。
（６）１．２ ＜ ｄ２３ ／ ｆ ＜ １．７
ただし、ｄ２３は第２レンズの曲率半径の小さな面の面頂から第３レンズの曲率半径の小さな面の面頂までの距離（空気換算長）である。
【００５５】
（Ｇ）次の条件式（６’）を満足していることを特徴とする、（Ｃ）に記載の対物レンズ。
（６’）１．３ ＜ ｄ２３ ／ ｆ ＜ １．６
ただし、ｄ２３は第２レンズの曲率半径の小さな面の面頂から第３レンズの曲率半径の小さな面の面頂までの距離（空気換算長）である。
【００５６】
（Ｈ）次の条件式（６’）を満足していることを特徴とする、（Ｆ）に記載の対物レンズ。
（６’）１．３ ＜ ｄ２３ ／ ｆ ＜ １．６
ただし、ｄ２３は第２レンズの曲率半径の小さな面の面頂から第３レンズの曲率半径の小さな面の面頂までの距離（空気換算長）である。
【００５７】
（Ｉ）前記正の屈折力の第３レンズの物体側の面が平面であることを特徴とする、請求項２に記載の対物レンズ。
【００５８】
（Ｊ）前記絞りを正の屈折力の第３レンズに密着させたことを特徴とする、（Ｉ）に記載の対物レンズ。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、前記諸条件式を満足するように構成することにより、広角で、外径が小さく第１レンズの最大光線高が低く、更に小型撮像素子に適した内視鏡用対物レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内視鏡の先端部レイアウトの概略部分断面図。
【図２】一般的なオンチップカラーフイルター方式ＣＣＤの断面図。
【図３】従来例における内視鏡用光学系の概略構成図。
【図４】従来例における内視鏡用光学系の概略構成図。
【図５】従来例における内視鏡用光学系の概略構成図。
【図６】本発明による内視鏡用対物レンズの第１実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図７】本発明による内視鏡用対物レンズの第２実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図８】本発明による内視鏡用対物レンズの第３実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図９】本発明による内視鏡用対物レンズの第４実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１０】本発明による内視鏡用対物レンズの第５実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１１】本発明による内視鏡用対物レンズの第６実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１２】本発明による内視鏡用対物レンズの第７実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１３】本発明による内視鏡用対物レンズの第８実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１４】本発明による内視鏡用対物レンズの第９実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１５】本発明による内視鏡用対物レンズの第１０実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１６】本発明による内視鏡用対物レンズの第１１実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１７】本発明による内視鏡用対物レンズの第１実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図１８】本発明による内視鏡用対物レンズの第２実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図１９】本発明による内視鏡用対物レンズの第３実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２０】本発明による内視鏡用対物レンズの第４実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２１】本発明による内視鏡用対物レンズの第５実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２２】本発明による内視鏡用対物レンズの第６実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２３】本発明による内視鏡用対物レンズの第７実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２４】本発明による内視鏡用対物レンズの第８実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２５】本発明による内視鏡用対物レンズの第９実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２６】本発明による内視鏡用対物レンズの第１０実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２７】本発明による内視鏡用対物レンズの第１１実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【符号の説明】
Ｇ１１、Ｇ２１、Ｇ３１…Ｇ１１１ 前群レンズ
Ｇ１２、Ｇ２２、Ｇ３２…Ｇ１１２ 後群レンズ
Ｓ 絞り
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５…Ｌ１１５ レンズ
ＰＰ 平行平面板
ＦＬ フイルター
【発明の属する技術分野】
本発明は、広角で、外径が小さく第１レンズの最大光線高が低く、更に小型撮像素子に適した内視鏡用対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡挿入部外径の細径化に伴い、全長が短く、外径が小さい光学系が種々開発されている。コンパクトな内視鏡用光学系の従来例としては、例えば下記の
【特許文献１】に記載された３群４枚構成の対物レンズ、
【特許文献２】に記載された３群４枚構成の対物レンズ、
【特許文献３】に記載された４群５枚構成の対物レンズが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２８１１１２号公報
【特許文献２】特開平４−２７５５１４号公報
【特許文献３】特開平２−１８８７０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、内視鏡先端外径を更に細くするためには、対物レンズ自体のコンパクト化のみでは達成できない。内視鏡先端部には、一般的に対物レンズ、被写体を照明する照明レンズ、種々の処置具を挿入して患部の処置を行なうチャンネル、対物レンズ表面の汚物を取り除く送気・送水用のノズルが設置されている。一般的に内視鏡は、これらの部品、特にノズルが視野範囲に入らないように設計されている。つまり、内視鏡の先端外径は、ノズルと対物レンズの間隔を縮める事で細くできるが、対物レンズの最大光線高で決まる限界以上に細くすることはできない。
【０００５】
図１は内視鏡先端部のレイアウトの概略部分断面図である。図において、１はノズル、２は対物光学系の第１レンズ、Ｈ１は、ある対物光学系の光軸に対する最大光線高を表す線、Ｈ２は、異なる対物光学系の光軸に対する最大光線高を示す線、Ｄは第１レンズ２とノズル１との間隔、Ｒは内視鏡の先端外径である。図から明らかなように、間隔Ｄは光線高Ｈ１又はＨ２によって制約される。光線高がＨ２で示される光学系、即ち、より低い光線高の光学系の場合は、間隔Ｄを狭くでき、結果的に内視鏡の先端外径Ｒを細くすることが可能である。
【０００６】
図３は、前記特許文献２に記載された対物レンズ系の断面図である。図から明らかなように、この特許文献に記載された対物レンズ系は、絞りＳを正の屈折力の第２レンズＬ２と接合レンズＬ３、Ｌ４で挟んだ構成となっている。このレンズ系は、収差性能は良好であるが、第１レンズＬ１と絞りＳの間隔が広いために、第１レンズＬ１の最大光線高が高く、内視鏡先端外径をある程度まで細くできるが、前記制約により、更に細くできないという課題がある。
【０００７】
図４は、前記特許文献１に記載された対物レンズ系の断面図である。図より明らかなように、この特許文献に記載の対物レンズ系は、絞りＳを第１レンズＬ１と第２レンズＬ２で挟んだ構成になっており、第１レンズＬ１と絞りＳの間隔が短いので、第１レンズＬ１の光線高を低くしている。しかし、この構成においては、第１レンズＬ１の球欠直径が小さく、加工性が悪い。また、強いアンダーの非点収差が発生するので、画角を広角にできず、病変を検出するには不利である。
【０００８】
また、近年の内視鏡先端外径の細径化に伴い、内視鏡用小型撮像素子（以下ＣＣＤと呼ぶ）が開発されており、その画素ピッチは年々縮小化している。受光素子上にフィルターが配置されるオンチップカラーフィルター方式ＣＣＤにおいては、入射角に対する許容値の幅（以下、斜入射条件という）が狭くなっている。
【０００９】
図２に一般的なオンチップカラーフィルター方式ＣＣＤの断面図を示す。図において、１Ａ、１Ｂは光束、２２はマイクロレンズ、２３はオンチップフィルター、２４は受光素子、２５はＣＣＤ基板である。ＣＣＤに入射した光束はマイクロレンズ２２によって集光され、オンチップフィルター２３によって最適な色に着色され、受光素子２４によって電気信号へと変換される。オンチップフィルター２３と受光素子２４は規則的に配置されており、これによって被写体の色情報のカラー画像への変換を実現している。光束１Ａは対応するカラーフィルターを経て受光素子２４に入射し、正常な色として出力される。この状態はＣＣＤの前記斜入射条件を満足している。一方、光束１Ｂは対応していないカラーフィルターを通過して受光素子２４に入射しているため、本来必要とされる色が得られず、色シェーディングが発生する。この場合、光束１ＢはこのＣＣＤの斜入射条件を満足していない。つまり、斜入射条件を満たさない光線がＣＣＤに入射した場合、構造上、色シェーディングによって画面内に色ムラが発生してしまう。この色ムラは患部の診断に支障をきたすため、特に内視鏡においては許容値を満たす設計が必要である。
【００１０】
図５は前記特許文献３に記載の対物レンズ系の断面図である。このレンズ系は、全長短縮の目的で個々のレンズＬ１〜Ｌ５のパワーが大きくなっており、その結果、レンズの製造誤差や対物レンズの組立時の誤差によってＣＣＤ受光面への入射角バラツキが大きくなり、斜入射条件を満たすことができない。
【００１１】
本発明は前記の如き従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、前記のような従来の内視鏡用対物レンズの問題点を解決して、広角で、外径が小さく第１レンズの最大光線高が低く、更に小型ＣＣＤに適した内視鏡用対物レンズを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内視鏡用対物レンズにおいて絞りを挟んで前群レンズ群と後群レンズ群とよりなり、前記前群レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズと、曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズとからなり、前記後群レンズ群は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズと、正の屈折力の第４レンズと負の屈折力の第５レンズとからなり、前記第４レンズと前記代レンズとは接合され、ｆを全系の合成焦点距離、ｆ３ を第３レンズの焦点距離としたとき、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。（１） ２．０ ＜ ｜ ｆ３ ／ ｆ ｜ ＜ ３．０
【００１３】
本発明は、内視鏡用対物レンズにおいて絞りを挟んで前群レンズ群と後群レンズ群とよりなり、前記前群レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズと、曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズとからなり、前記後群レンズ群は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズと、正の屈折力の第４レンズと負の屈折力の第５レンズとからなり、前記第４レンズと前記第５レンズとは接合され、ｆを全系の合成焦点距離、ｆ３ を第３レンズの焦点距離、ｄＦ を第１レンズの曲率半径の大きな面の面頂から絞りまでの距離（空気換算長）、ＩＨを撮像面上での最大像高としたとき、以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足することを特徴とする。
（１） ２．０ ＜ ｜ ｆ３ ／ ｆ ｜ ＜ ３．０
（２） １．０ ＜ ｜ ｄＦ ／ ｆ ｜ ＜ １．８
（３） ０．８ ＜ ＩＨ ／ ｆ ＜ １．２
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示した実施例に基づき説明するが、説明に先立ち、本発明の作用、効果について説明する。
本願発明では、先ず第１レンズの最大光線高を低くするために、絞りの配置位置に着目した。最大光線高を低くするためには、第１レンズと絞りの間隔をできるだけ短くするのが良い。図４に示したレンズ系は、間隔が短く好適であるが、前述したように性能との両立が困難である。また、図３に示したレンズ系は第１レンズと絞りの間隔が長すぎる。そこで、本発明の対物レンズでは第１レンズの光線高と後群光線高のバランスをとるために、絞りを中心とし、前群と後群とに分ける構成とした。
さて、ＣＣＤ入射角のバラツキは、絞りよりも像側のレンズの肉厚や偏心のバラツキによって決まる。ＣＣＤ入射角のバラツキを極力少なくするためには、絞り以降のレンズのパワーを小さくして、レンズの肉厚や偏心のバラツキの影響を小さくすれば良い。そこで、本発明の対物レンズでは、対物レンズの全長を内視鏡として実用可能な範囲に抑えつつ、個々のレンズのパワーをできるだけ小さくした。
【００１５】
次に、各条件式について説明する。先ず、第３レンズは本発明の対物レンズの主結像系をなし、その焦点距離が画角、性能に大きく影響している。前記条件式（１）は、第３レンズの焦点距離の範囲を限定したものであって、画角を広角にし、ＣＣＤ入射角バラツキの影響を低減させるものである。そして、前記条件式（１）の下限を超えた場合には、ＣＣＤ入射角バラツキは低減するものの、コマ収差が増大してその補正が困難なうえ、画角を広角にできない。また、逆に、上限を超えた場合には、ＣＣＤの入射角バラツキの幅が増大してしまう。
【００１６】
前記条件式（２）は、第１レンズから絞りまでの距離の範囲を限定したものであって、第１レンズの最大光線高を低く抑え、且つ後群レンズの最大光線高とのバランスを取るための条件式である。そして、前記条件式（２）の下限を超えた場合には、第１レンズの最大光線高は低くなるが、後群レンズの最大光線高が上がるために、外径を大きくする必要があり、コンパクト性が損なわれてしまう。また、上限を超えた場合には、第１レンズの最大光線高が高くなってしまう。
【００１７】
前記条件式（３）は、最大像高に対する焦点距離の範囲を限定したものであって、画角を広角にし、対物レンズの全長を小さくするための条件式である。そして、前記条件式（３）の上限を超えた場合には、対物レンズの全長が大きくなってしまう。下限を超えた場合には、対物レンズの画角が小さくなってしまう。
【００１８】
また、本発明の対物レンズにおいては前記の条件式（１）乃至（３）の他に、正の屈折率の第３レンズの物体側の面を平面で構成し、または次の条件式（４）乃至（６）、及び（６’）のいずれか一つ以上を満足するように構成すると、性能上及び組立上一層好ましい構成が得られる。
（４）３．０ ＜ ｜ ｆ２ ／ ｆ ｜ ＜ １０．０
（５）ｎ２ ＜ １．６， （２ ＞ ５０
（６）１．２ ＜ ｄ２３ ／ ｆ ＜ １．７
（６’）１．３ ＜ ｄ２３ ／ ｆ ＜ １．６
ただし、ｆ２ は第２レンズの焦点距離、ｎ２ は第２レンズのｄ線の屈折率、（２ は第２レンズのｄ線のアッベ数、ｄ２３は第２レンズの曲率半径の小さな面の面頂から第３レンズの曲率半径の小さな面の面頂までの距離（空気換算長）である。
【００１９】
前記のように絞りより像側のレンズのバラツキがＣＣＤ入射角バラツキに影響する。特に、絞り直後の像側の面の面間隔は影響が大きく、ＣＣＤ入射角バラツキを低減させるためには、この面間隔のバラツキを小さくすることが重要である。面間隔のバラツキを抑えるためには、絞りの像側の面は第３レンズ面に密着していることが望ましい。従って、第３レンズの物体側の面を平面とし、絞りを密着させてバラツキを抑えると良い。また、レンズに絞りを蒸着形成しても良い。
【００２０】
前記条件式（４）は、第２レンズの焦点距離の範囲を限定したものであって、収差性能を良くし、かつ、全長が必要以上に大きくなるのを抑えるための条件式である。そして、この条件式（４）の下限を超えた場合には、第２レンズで発生する球面収差が増大してしまう。また、逆に、上限を超えた場合には、対物レンズの全長が大きくなってしまう。
【００２１】
前記特許文献３に記載の光学系は、第２レンズに高分散の硝材を使用している。第２レンズに高屈折率、高分散の硝材を用いた場合、レンズのパワーが強くなって全長短縮に寄与するほか、倍率の色収差の除去に有効である。この特許文献３に記載の対物レンズは、光学系の全長、外径に対して最大像高が大きく、倍率の色収差を十分に補正する必要があったと考えられる。しかし、前記特許文献３に記載の光学系は、倍率の色収差を重視するあまり、軸上の色収差の補正が不十分である。
本発明の対物レンズにおいては、倍率の色収差と軸上の色収差とをバランス良く補正して画面中心から周辺まで良好な画像が得られるようにした。すなわち、第２レンズに低分散の硝材を用いることで、軸上の色収差を良好に補正している。
【００２２】
前記条件式（５）は、第２レンズのｄ線の屈折率とアッベ数の範囲を限定したものであって、屈折率は適切なバックフォーカスを得るためのものである。屈折率がこの条件式（５）の上限を超えた場合には、バックフォーカスが減少してしまうために、組立時に、像面位置調整用に十分な間隔を得られなくなってしまう。また、アッベ数がこの条件式（５）の下限を下回った場合には、軸上の色収差が悪化してしまう。
【００２３】
非点収差を効率よく補正するためには、絞りを中心にして前群後群のレンズ配置を左右対称に近い構成にすればよい。前記条件式（６）は、第２レンズと第３レンズの肉厚及び、第２レンズと第３レンズの面間隔の範囲を限定したものであって、絞りを中心に第２レンズと第３レンズの位置を最適化し、非点収差を良好に補正できる範囲を示したものである。この条件式（６）の上限を超えた場合には、非点収差がオーバー側に増大してしまう。また、この条件式（６）を条件式（６’）のようにすると、非点収差を一層小さくすることができ好適である。
【００２４】
以下、本発明に係るレンズ系の実施の形態を図６乃至図１６を参照して詳細に説明する。
実施例１
図６は、本発明による内視鏡用対物レンズの第１実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図６において、実施例１の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ１１と後群レンズ群Ｇ１２よりなる。前群レンズ群Ｇ１１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ１１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ１２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ１２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ１３と、正の屈折力の第４レンズＬ１４と負の屈折力の第５レンズＬ１５とからなる。第４レンズＬ１４と第５レンズＬ１５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ１２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。
【００２５】
次に、第１実施例の光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
第１実施例の数値データにおいて、ｒ１ 、ｒ２ …は各レンズ面の曲率半径、ｄ１、ｄ２ 、…は各レンズの肉厚又は空気間隔、ｎｄ１、ｎｄ２、…は各レンズのｄ線での屈折率、νｄ１、νｄ２、…は各レンズのアッべ数、Ｆｎｏ．はＦナンバー、ｆは全系焦点距離を表している。ｒ、ｄ、ｆの単位はｍｍである。
なお、これらの記号は後述の他の実施例の数値データにおいても共通である。
【００２６】
実施例２
図７は、本発明による内視鏡用対物レンズの第２実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図７において、実施例２の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ２１と後群レンズ群Ｇ２２よりなる。前群レンズ群Ｇ２１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ２１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ２２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ２２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ２３と、正の屈折力の第４レンズＬ２４と負の屈折力の第５レンズＬ２５とからなる。第４レンズＬ２４と第５レンズＬ２５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ２２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。本実施例では、より加工性の良い硝材を用い、生産性の向上を図っている。
【００２８】
実施例３
図８は、本発明による内視鏡用対物レンズの第３実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図８において、実施例３の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ３１と後群レンズ群Ｇ３２よりなる。前群レンズ群Ｇ３１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ３１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ３２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ２２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ３３と、正の屈折力の第４レンズＬ３４と負の屈折力の第５レンズＬ３５とからなる。第４レンズＬ３４と第５レンズＬ３５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ３２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。本実施例は、画角を１３１゜にしたものである。
【００３０】
実施例４
図９は、本発明による内視鏡用対物レンズの第４実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図９において、実施例４の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ４１と後群レンズ群Ｇ４２よりなる。前群レンズ群Ｇ４１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ４１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ４２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ４２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ４３と、正の屈折力の第４レンズＬ４４と負の屈折力の第５レンズＬ４５とからなる。第４レンズＬ４４と第５レンズＬ４５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ４２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。本実施例は、画角を１３０゜にしたものである。
【００３２】
実施例５
図１０は、本発明による内視鏡用対物レンズの第５実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図１０において、実施例５の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ５１と後群レンズ群Ｇ５２よりなる。前群レンズ群Ｇ５１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ５１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ５２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ５２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ５３と、正の屈折力の第４レンズＬ５４と負の屈折力の第５レンズＬ５５とからなる。第４レンズＬ５４と第５レンズＬ５５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ５２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。
【００３４】
図１１は、本発明による内視鏡用対物レンズの第６実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図１１において、実施例６の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ６１と後群レンズ群Ｇ６２よりなる。前群レンズ群Ｇ６１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ６１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ６２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ６２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ６３と、正の屈折力の第４レンズＬ６４と負の屈折力の第５レンズＬ６５とからなる。前記の絞りＳは第２レンズＬ６２側に配置されている。第４レンズＬ６４と第５レンズＬ６５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ６２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。
本実施例では第２レンズＬ６２と第３レンズＬ６３の間に空気層を設け、金属等の枠でレンズを保持しやすい構成となっている。なお、第２レンズＬ６２と絞りＳ及び絞りＳと第３レンズＬ６３とのそれぞれの面間隔がＣＣＤの入射角バラツキに影響するので、前記枠の寸法公差の設定には細心の注意が必要である。
【００３６】
図１２は、本発明による内視鏡用対物レンズの第７実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図において、実施例７の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ７１と後群レンズ群Ｇ７２よりなる。前群レンズ群Ｇ７１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ７１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ７２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ７２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ７３と、正の屈折力の第４レンズＬ７４と負の屈折力の第５レンズＬ７５とからなる。前記の絞りＳは第２レンズＬ７２側に配置されている。第４レンズＬ７４と第５レンズＬ７５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ７２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。
本実施例では第２レンズＬ７２と第３レンズＬ７３の間に空気層を設け、金属等の枠でレンズを保持しやすい構成となっている。なお、第２レンズＬ７２と絞りＳ及び絞りＳと第３レンズＬ７３とのそれぞれの面間隔がＣＣＤの入射角バラツキに影響するので、前記枠の寸法公差の設定には細心の注意が必要である。
また、本実施例は、実施例６と同様な構成であるが、全長が短縮されている。
【００３８】
図１３は、本発明による内視鏡用対物レンズの第８実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図において、実施例８の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ８１と後群レンズ群Ｇ８２よりなる。前群レンズ群Ｇ８１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ８１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ８２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ８２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ８３と、正の屈折力の第４レンズＬ８４と負の屈折力の第５レンズＬ８５とからなる。前記の絞りＳは第３レンズＬ８３側に配置されている。第４レンズＬ８４と第５レンズＬ８５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ８２の後方には平行平面板ＰＰが設けられている。
本実施例は、第３レンズＬ８３側に絞りＳを設けた点以外は前記実施例６，７と同様な構成である。本実施例では絞りＳを前記のように配置しているので、実施例６，７よりもＣＣＤの入射角バラツキの幅は狭く、好適である。
【００４０】
図１４は、本発明による内視鏡用対物レンズの第９実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図において、実施例９の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ９１と後群レンズ群Ｇ９２よりなる。前群レンズ群Ｇ９１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ９１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ９２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ９２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ９３と、正の屈折力の第４レンズＬ９４と負の屈折力の第５レンズＬ９５とからなる。前記の絞りＳは第２レンズＬ９２側に配置されている。第４レンズＬ９４と第５レンズＬ９５は接合されている。第２群レンズ群Ｇ９２の後方、即ち第５レンズＬ９５の後方にはフイルタＦＬが設けられ、その後方に平行平面板ＰＰが設けられている。前記フイルタＦＬは、例えば、赤外カットフイルタである。
【００４２】
図１５は、本発明による内視鏡用対物レンズの第１０実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図において、実施例１０の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ１０１と後群レンズ群Ｇ１０２よりなる。前群レンズ群Ｇ１０１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ１０１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ１０２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ１０２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ１０３と、正の屈折力の第４レンズＬ１０４とと負の屈折力の第５レンズＬ１０５とからなる。第４レンズＬ１０４と第５レンズＬ１０５は接合されている。前記の絞りＳは第２レンズＬ１０２側に配置されている。第３レンズＬ１０３と第４レンズＬ１０４の間にはフイルタＦＬが設けられている。そして第５レンズ１０５の後方に平行平面板ＰＰが設けられている。前記フイルターＦＬは赤外カットフイルターである。
【００４４】
図１６は、本発明による内視鏡用対物レンズの第１１実施例に係るレンズ構成を示す光軸に沿った断面図である。
図において、実施例１１の対物レンズ系は、明るさ絞りＳを挟んで前群レンズ群Ｇ１１１と後群レンズ群Ｇ１１２よりなる。前群レンズ群Ｇ１１１は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ１１１と曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズＬ１１２とからなり、前記後群レンズ群Ｇ１１２は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズＬ１１３と、正の屈折力の第４レンズＬ１１４と負の屈折力の第５レンズＬ１１５とからなる。第４レンズＬ１１４と第５レンズＬ１１５は接合されている。本実施例では、前記第２レンズＬ１１２と第３レンズＬ１１３の間には、第１のフイルターＦＬ１が設けられ、また、第３レンズＬ１１３と第４レンズＬ１１４の間には第２のフイルターＦＬ２が設けられている。前記フイルターＦＬ１はレーザカットフイルター、前記フイルターＦＬ２は赤外カットフイルターである。そして、第５レンズＬ１１５の後方に平行平面板ＰＰが設けられている。本実施例では前記絞りＳは、第２レンズＬ１１２に接するフイルターＦＬ１の像側の面（ｒ５）に配置されている。
【００４６】
前記実施例１乃至１１の対物レンズの諸収差をそれぞれ図１７〜図２７に示す。又、前記実施例９乃至１１における、赤外カットフイルター等の色補正フイルターや、ＹＡＧレーザーなどの光をカットするレーザーカットフィルタは、単独で配置してもよい。
また、接合したフィルタ群として配置してもよい。このようなフィルタの配置の必要が無い場合には、平行平面板と等価な空気換算長に置き換えることができる。
【００４８】
また、本発明では前記各実施例における第２レンズに低屈折率、低分散の硝材が使用可能である。したがって、これらの第２レンズを赤外カットフィルタ等の色補正フィルターレンズとして構成することができる。前記実施例１、２、５及び６は、第２レンズＬ１２，Ｌ２２、Ｌ５２及びＬ６２をフィルターレンズで構成した例を示している。
【００４９】
以上説明したように、本発明の内視鏡用対物レンズは、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次の（Ａ）乃至（Ｊ）に示すような特徴を有している。
（Ａ）次の条件式（４）を満足していることを特徴とする、請求項２に記載の対物レンズ。
（４）３．０ ＜ ｜ ｆ２ ／ ｆ ｜ ＜ １０．０
ただし、ｆ２ は第２レンズの焦点距離である。
【００５０】
（Ｂ）次の条件式（５）を満足していることを特徴とする、請求項２に記載の対物レンズ。
（５）ｎ２ ＜ １．６， （２ ＞ ５０
ただし、ｎ２ は第２レンズのｄ線の屈折率、（２ は第２レンズのｄ線のアッベ数である。
【００５１】
（Ｃ）次の条件式（６）を満足していることを特徴とする、請求項２に記載の対物レンズ。
（６）１．２ ＜ ｄ２３ ／ ｆ ＜ １．７
ただし、ｄ２３は第２レンズの曲率半径の小さな面の面頂から第３レンズの曲率半径の小さな面の面頂までの距離（空気換算長）である。
【００５２】
（Ｄ）次の条件式（４）を満足していることを特徴とする、請求項１に記載の対物レンズ。
（４）３．０ ＜ ｜ ｆ２ ／ ｆ ｜ ＜ １０．０
ただし、ｆ２ は第２レンズの焦点距離である。
【００５３】
（Ｅ）次の条件式（５）を満足していることを特徴とする、請求項１に記載の対物レンズ。
（５）ｎ２ ＜ １．６， （２ ＞ ５０
ただし、ｎ２ は第２レンズのｄ線の屈折率、（２ は第２レンズのｄ線のアッベ数である。
【００５４】
（Ｆ）次の条件式（６）を満足していることを特徴とする、請求項１に記載の対物レンズ。
（６）１．２ ＜ ｄ２３ ／ ｆ ＜ １．７
ただし、ｄ２３は第２レンズの曲率半径の小さな面の面頂から第３レンズの曲率半径の小さな面の面頂までの距離（空気換算長）である。
【００５５】
（Ｇ）次の条件式（６’）を満足していることを特徴とする、（Ｃ）に記載の対物レンズ。
（６’）１．３ ＜ ｄ２３ ／ ｆ ＜ １．６
ただし、ｄ２３は第２レンズの曲率半径の小さな面の面頂から第３レンズの曲率半径の小さな面の面頂までの距離（空気換算長）である。
【００５６】
（Ｈ）次の条件式（６’）を満足していることを特徴とする、（Ｆ）に記載の対物レンズ。
（６’）１．３ ＜ ｄ２３ ／ ｆ ＜ １．６
ただし、ｄ２３は第２レンズの曲率半径の小さな面の面頂から第３レンズの曲率半径の小さな面の面頂までの距離（空気換算長）である。
【００５７】
（Ｉ）前記正の屈折力の第３レンズの物体側の面が平面であることを特徴とする、請求項２に記載の対物レンズ。
【００５８】
（Ｊ）前記絞りを正の屈折力の第３レンズに密着させたことを特徴とする、（Ｉ）に記載の対物レンズ。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、前記諸条件式を満足するように構成することにより、広角で、外径が小さく第１レンズの最大光線高が低く、更に小型撮像素子に適した内視鏡用対物レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内視鏡の先端部レイアウトの概略部分断面図。
【図２】一般的なオンチップカラーフイルター方式ＣＣＤの断面図。
【図３】従来例における内視鏡用光学系の概略構成図。
【図４】従来例における内視鏡用光学系の概略構成図。
【図５】従来例における内視鏡用光学系の概略構成図。
【図６】本発明による内視鏡用対物レンズの第１実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図７】本発明による内視鏡用対物レンズの第２実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図８】本発明による内視鏡用対物レンズの第３実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図９】本発明による内視鏡用対物レンズの第４実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１０】本発明による内視鏡用対物レンズの第５実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１１】本発明による内視鏡用対物レンズの第６実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１２】本発明による内視鏡用対物レンズの第７実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１３】本発明による内視鏡用対物レンズの第８実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１４】本発明による内視鏡用対物レンズの第９実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１５】本発明による内視鏡用対物レンズの第１０実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１６】本発明による内視鏡用対物レンズの第１１実施例に係る光学構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図１７】本発明による内視鏡用対物レンズの第１実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図１８】本発明による内視鏡用対物レンズの第２実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図１９】本発明による内視鏡用対物レンズの第３実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２０】本発明による内視鏡用対物レンズの第４実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２１】本発明による内視鏡用対物レンズの第５実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２２】本発明による内視鏡用対物レンズの第６実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２３】本発明による内視鏡用対物レンズの第７実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２４】本発明による内視鏡用対物レンズの第８実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２５】本発明による内視鏡用対物レンズの第９実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２６】本発明による内視鏡用対物レンズの第１０実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【図２７】本発明による内視鏡用対物レンズの第１１実施例に係る球面収差、非点収差、歪曲収差等を示す図である。
【符号の説明】
Ｇ１１、Ｇ２１、Ｇ３１…Ｇ１１１ 前群レンズ
Ｇ１２、Ｇ２２、Ｇ３２…Ｇ１１２ 後群レンズ
Ｓ 絞り
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５…Ｌ１１５ レンズ
ＰＰ 平行平面板
ＦＬ フイルター
Claims (2)
- 絞りを挟んで前群レンズ群と後群レンズ群とよりなり、前記前群レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズと、曲率半径の小さな面を物体側へ向けた正の屈折力の第２レンズとからなり、前記後群レンズ群は、曲率半径の小さな面を像側へ向けた正の屈折力の第３レンズと、正の屈折力の第４レンズと負の屈折力の第５レンズとからなり、前記第４レンズと前記代レンズとは接合され、ｆを全系の合成焦点距離、ｆ３ を第３レンズの焦点距離としたとき、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする内視鏡用対物レンズ。
（１） ２．０ ＜ ｜ ｆ３ ／ ｆ ｜ ＜ ３．０ - ｄＦ を第１レンズの曲率半径の大きな面の面頂から絞りまでの距離（空気換算長）、ＩＨを撮像面上での最大像高としたとき、以下の条件式（２）、（３）を満足することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用対物レンズ。
（２） １．０ ＜ ｜ ｄＦ ／ ｆ ｜ ＜ １．８
（３） ０．８ ＜ ＩＨ ／ ｆ ＜ １．２
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