JP2007010916A - Eyepiece for endoscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に内視鏡に用いられる高倍率の接眼レンズに関するものである。 The present invention relates to a high-magnification eyepiece mainly used for an endoscope.
内視鏡の接眼レンズは、手元の操作部本体内に組み込まれ、先端部の対物レンズから光学繊維束を通して送られてきたこの繊維束の出射端面上の像を、拡大して観察し得るようにする光学系である。それ故、接眼レンズの接眼倍率が低い場合には観察像が小さいため見えにくく、内視鏡による検査、診断に支障をきたすことがある。像を観察しやすくするためには、焦点距離が短く倍率が高いこと、接眼レンズから観察者の瞳の位置までの距離(アイポイント距離)が長いこと、接眼レンズの構成枚数が少ないこと、が必要であった。このような事情を考慮した接眼レンズとして、下記特許文献1および下記特許文献2に記載されたものがある。しかし、これらの接眼レンズは、電子スチルカメラのファインダ光学系に使用するもので、内視鏡用接眼レンズとして使用するには十分な倍率ではなかった。そこで、本出願人は下記特許文献3において、レンズ3枚という簡単な構成でありながら、接眼倍率が34倍で、光学繊維束の端面との間隔を、視度調整を行うのに充分な距離としつつアイポイント距離を充分に確保し得る接眼レンズを提案している。
The eyepiece of the endoscope is incorporated in the operation unit main body at hand, so that the image on the exit end face of the fiber bundle sent from the objective lens at the tip through the optical fiber bundle can be enlarged and observed. It is an optical system. Therefore, when the eyepiece magnification of the eyepiece is low, the observation image is small and difficult to see, which may hinder the examination and diagnosis by the endoscope. In order to make the image easy to observe, the focal length is short and the magnification is high, the distance from the eyepiece to the position of the observer's pupil (eyepoint distance) is long, and the number of eyepieces is small. It was necessary. As eyepieces in consideration of such circumstances, there are those described in Patent Document 1 and
しかし、近年医療現場から、内視鏡用対物レンズの小型化、細径化が望まれており、それに応じて光学繊維束の細径化が進んだことで、光学繊維束の出射端面が大幅に縮小され、さらに高倍率な内視鏡用接眼レンズが望まれるようになった。 However, in recent years, there has been a demand for smaller and thinner endoscope objective lenses from the medical field, and the corresponding reduction in the diameter of the optical fiber bundle has led to a significant increase in the exit end face of the optical fiber bundle. Accordingly, an eyepiece for an endoscope having a higher magnification has been desired.
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、比較的少ない3枚というレンズ構成でレンズ系全長が短く、光学性能が良好で高倍率な内視鏡用接眼レンズを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an endoscope eyepiece having a relatively small three-lens configuration with a short overall lens system, good optical performance, and high magnification. Is.
本発明の内視鏡用接眼レンズは、物体側より順に、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズからなる第1レンズ、眼側に凹面を向けた負レンズからなる第2レンズ、および両凸レンズからなる第3レンズを配列してなり、前記第2レンズと前記第3レンズは互いに接合されて正の接合レンズを構成してなり、以下の条件式(1)〜(3)を満足することを特徴とするものである。
(1) 0.5<(d−aBP+bFP)/f<0.8
(2) 1.4<|R1F|/f<1.9
(3) 25.0<ν3−ν2
ただし
f :全系の焦点距離
d :第1レンズと第2レンズとの空気間隔
aBP :第1レンズの眼側の面から第1レンズの眼側主点までの距離
bFP :第2レンズの物体側の面から接合レンズの物体側主点までの距離
R1F :第1レンズの物体側の面の曲率半径
ν2 :第2レンズのアッベ数
ν3 :第3レンズのアッベ数
An endoscope eyepiece according to the present invention includes, in order from the object side, a first lens composed of a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side, a second lens composed of a negative lens facing the concave surface toward the eye side, and both A third lens made of a convex lens is arranged, and the second lens and the third lens are cemented together to form a positive cemented lens, which satisfies the following conditional expressions (1) to (3): It is characterized by this.
(1) 0.5 <(d−aBP + bFP) / f <0.8
(2) 1.4 <| R1F | / f <1.9
(3) 25.0 <ν 3 −ν 2
However,
f: Focal length of the entire system
d: Air distance between the first lens and the second lens
aBP: Distance from the eye-side surface of the first lens to the eye-side principal point of the first lens
bFP: Distance from the object side surface of the second lens to the object side principal point of the cemented lens
R1F: radius of curvature of the object side surface of the first lens ν 2 : Abbe number of the second lens ν 3 : Abbe number of the third lens
本発明の内視鏡用接眼レンズは、物体側から順に、正、負、正の3枚という簡単なレンズ構成で上記条件式(1)〜(3)を満足することにより、レンズ系の合成焦点距離が短く接眼倍率が例えば50倍と極めて大きいにもかかわらず、光学繊維束端面と十分な間隔を保持可能な小型の接眼レンズを実現することができるようになっている。すなわち、3枚という比較的少ないレンズ構成にもかかわらずレンズ系全長が短く、光学性能の良好な内視鏡用接眼レンズを得ることができる。 The endoscope eyepiece according to the present invention satisfies the conditional expressions (1) to (3) with a simple lens configuration of positive, negative, and positive three elements in order from the object side, thereby synthesizing the lens system. Although the focal length is short and the eyepiece magnification is as extremely large as 50 times, for example, it is possible to realize a small eyepiece that can maintain a sufficient distance from the end face of the optical fiber bundle. That is, it is possible to obtain an eyepiece for an endoscope having a short overall lens system and good optical performance in spite of a relatively small lens configuration of three lenses.
以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1に示す実施形態(実施例1のものを代表させて示している)の内視鏡用接眼レンズは、物体側より順に、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズからなる第1レンズL1、眼側に凹面を向けた負のメニスカスレンズからなる第2レンズL2、両凸レンズからなる第3レンズL3を配列してなり、第2レンズL2と第3レンズL3は互いに接合されて正の接合レンズを構成してなる内視鏡用接眼レンズである。なお、第1レンズL1の物体側の縦線1は被観察面位置(例えば光ファイバ出射端面位置)を表し、第3レンズL3と像面2の間にある縦線3は射出瞳位置を表している。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The endoscope eyepiece of the embodiment shown in FIG. 1 (representing the lens of Example 1 as a representative) is a first lens composed of a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side in order from the object side. L 1 , a second lens L 2 made of a negative meniscus lens having a concave surface facing the eye side, and a third lens L 3 made of a biconvex lens are arranged, and the second lens L 2 and the third lens L 3 are mutually connected. It is an ocular lens for an endoscope which is cemented to form a positive cemented lens. Note that the vertical line 1 on the object side of the first lens L 1 represents the position of the surface to be observed (for example, the position of the optical fiber exit end face), and the
また、本実施形態の内視鏡用対物レンズは、以下の条件式(1)〜(3)を満足している。
(1) 0.5<(d−aBP+bFP)/f<0.8
(2) 1.4<|R1F|/f<1.9
(3) 25.0<ν3−ν2
ただし
f :全系の焦点距離
d :第1レンズと第2レンズとの空気間隔
aBP :第1レンズの眼側の面から第1レンズの眼側主点までの距離
bFP :第2レンズの物体側の面から接合レンズの物体側主点までの距離
R1F :第1レンズの物体側の面の曲率半径
ν2 :第2レンズのアッベ数
ν3 :第3レンズのアッベ数
In addition, the endoscope objective lens of the present embodiment satisfies the following conditional expressions (1) to (3).
(1) 0.5 <(d−aBP + bFP) / f <0.8
(2) 1.4 <| R1F | / f <1.9
(3) 25.0 <ν 3 −ν 2
However,
f: Focal length of the entire system
d: Air distance between the first lens and the second lens
aBP: Distance from the eye-side surface of the first lens to the eye-side principal point of the first lens
bFP: Distance from the object side surface of the second lens to the object side principal point of the cemented lens
R1F: radius of curvature of the object side surface of the first lens ν 2 : Abbe number of the second lens ν 3 : Abbe number of the third lens
以下、上述した各条件式(1)〜(3)についての技術的意義を説明する。 Hereinafter, the technical significance of the conditional expressions (1) to (3) described above will be described.
上記条件式(1)は、第1レンズL1の眼側主点と接合レンズの物体側主点との間隔の範囲を定めるもので、この条件式(1)の上限を上回ると高倍率化が困難となる。その一方条件式(1)の下限を下回ると、第1レンズL1と第2レンズL2との空気間隔を確保することが困難となり、レンズ系を維持できなくなる。ここで、2つのレンズの合成パワーは次式
φ=φ1+φ2−Δφ1φ2
で表される。Δは空気間隔である。すなわち、この式より、第1レンズL1と第2レンズL2の空気間隔が大きくなると、合成パワーが小さくなることが明らかである。
Condition (1) is intended to delimit the distance between the object side principal point of the first lens L 1 of the eye-side principal point and a cemented lens, high magnification and exceeds the upper limit of the conditional expression (1) It becomes difficult. If the lower limit of the one condition (1), it becomes difficult to ensure the air gap between the first lens L 1 and second lens L 2, we can not maintain the lens system. Where the combined power of the two lenses is
φ = φ 1 + φ 2 −Δφ 1 φ 2
It is represented by Δ is the air spacing. That is, from this equation, the air distance between the first lens L 1 and second lens L 2 becomes large, it is apparent that the synthesized power is reduced.
上記条件式(2)は、第1レンズL1の物体側の面の曲率半径の範囲を定めるもので、この条件式(2)の上限を上回ると、十分なアイポイント距離が得られなくなる。その一方条件式(2)の下限を下回ると、第1レンズL1と光ファイバ出射端面の距離が十分に確保できなくなる。 Condition (2) is intended to define a radius of curvature in the range of the surface of the first lens L 1 on the object side, beyond the upper limit of the conditional expression (2), sufficient eye point distance can not be obtained. If the lower limit of the one condition (2), the distance of the first lens L 1 and the optical fiber emitting end face can not be sufficiently secured.
上記条件式(3)は、接合レンズである、第2レンズL2と第3レンズL3両者とのアッベ数の差の範囲を定めるもので、この下限を下回ると倍率色収差が増加し、周辺部の解像力が低下することになる。 Condition (3) is a cemented lens, intended to define a second lens L 2 to the range of Abbe number of the difference between the third lens L 3 both lateral chromatic aberration increases below this lower limit, around The resolution of the part will be reduced.
以下、具体的な実施例および従来技術に係る比較例を用いて、本発明の内視鏡用接眼レンズをさらに説明する。 The endoscope eyepiece of the present invention will be further described below using specific examples and comparative examples according to the prior art.
<実施例1>
実施例1に係る内視鏡用接眼レンズの概略構成を図1に示す。この内視鏡用接眼レンズは、物体側より順に、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズからなる第1レンズL1、眼側に凹面を向けた負のメニスカスレンズからなる第2レンズL2、物体側に強い曲率の面をもつ両凸レンズからなる第3レンズL3を配列している。ただし、第2レンズL2および第3レンズL3は互いに接合されて、正の接合レンズを構成している。
<Example 1>
FIG. 1 shows a schematic configuration of the endoscope eyepiece according to the first embodiment. This endoscope eyepiece is, in order from the object side, a first lens L 1 composed of a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side, and a second lens L composed of a negative meniscus lens having a concave surface facing the eye side. 2, are arranged a third lens L 3 which is a biconvex lens having a surface with a stronger curvature on the object side. However, the second lens L 2 and third lens L 3 is bonded to each other to constitute a positive cemented lens.
この内視鏡用接眼レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔(以下、これらを総称して軸上面間隔という)D(mm)、各レンズのd線における、屈折率Nおよびアッベ数νの値を表1に示す。なお表中の数字は、物体側からの順番を表すものである(実施例2、3および比較例において同じ)。 The radius of curvature R (mm) of each lens surface of the endoscope eyepiece, the center thickness of each lens, and the air spacing between the lenses (hereinafter collectively referred to as the axial top surface spacing) D (mm), Table 1 shows values of the refractive index N and the Abbe number ν at the d-line of the lens. The numbers in the table represent the order from the object side (the same applies to Examples 2, 3 and Comparative Examples).
また、実施例1の内視鏡用接眼レンズによれば、表1に示すように、条件式(1)〜(3)は全て満足されている。そして、レンズ系の全長は約9.90mm、接眼倍率は約49.78倍とされている。 Further, according to the endoscope eyepiece of Example 1, as shown in Table 1, all the conditional expressions (1) to (3) are satisfied. The total length of the lens system is about 9.90 mm, and the eyepiece magnification is about 49.78 times.
図2は実施例1の内視鏡用接眼レンズの球面収差、非点収差、コマ収差、倍率色収差およびディストーションを示す収差図で、第3レンズL3の眼側の面から15mmの距離に、眼のかわりに焦点距離20mmの無収差レンズを配置したときのものである。球面収差図および非点収差図のスケール0.4mmは1ディオプターに相当し、倍率色収差図およびコマ収差図のスケール0.058mmは10分の角度に相当する(後述する図4、6、8においても同じ)。なお、非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。これらの収差図においてωは半画角を示す。これらの収差図から明らかなように、実施例1の内視鏡用接眼レンズによれば、高倍率でありながら各収差を良好に補正することができる。 Figure 2 shows spherical aberration of the endoscope eyepiece lens of Example 1, astigmatism, coma, and aberration figure illustrating lateral and distortion, the distance 15mm from the surface of the eye side of the third lens L 3, This is when an aberration lens having a focal length of 20 mm is arranged instead of the eye. The scale of 0.4 mm in the spherical aberration diagram and astigmatism diagram corresponds to 1 diopter, and the scale of 0.058 mm in the chromatic aberration diagram and coma aberration diagram corresponds to an angle of 10 minutes (in FIGS. 4, 6 and 8 described later). The same). In the astigmatism diagram, aberrations with respect to the sagittal image surface and the tangential image surface are shown. In these aberration diagrams, ω represents a half angle of view. As is clear from these aberration diagrams, according to the endoscope eyepiece of Example 1, it is possible to correct each aberration satisfactorily while maintaining a high magnification.
<実施例2>
実施例2に係る内視鏡用接眼レンズの概略構成を図3に示す。この内視鏡用接眼レンズの構成も実施例1のものと略同様であり、対応する図面の説明において同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明については省略する。
この内視鏡用接眼レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔D(mm)、各レンズのd線における、屈折率Nおよびアッベ数νの値を表2に示す。
<Example 2>
FIG. 3 shows a schematic configuration of the endoscope eyepiece according to the second embodiment. The configuration of the endoscope eyepiece is substantially the same as that of the first embodiment, and in the description of the corresponding drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
The radius of curvature R (mm) of each lens surface of the endoscope eyepiece, the center thickness of each lens and the air space D (mm) between the lenses, the refractive index N and the Abbe number ν at the d-line of each lens The values are shown in Table 2.
また、実施例2の内視鏡用接眼レンズによれば、表2に示すように、条件式(1)〜(3)は全て満足されている。そして、レンズ系の全長は約9.92mm、接眼倍率は約49.76倍とされている。 Further, according to the endoscope eyepiece of Example 2, as shown in Table 2, all the conditional expressions (1) to (3) are satisfied. The total length of the lens system is about 9.92 mm, and the eyepiece magnification is about 49.76 times.
図4は実施例2の内視鏡用接眼レンズの球面収差、非点収差、コマ収差、倍率色収差およびディストーションを示す収差図である。なお、非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。これらの収差図においてωは半画角を示す。これらの収差図から明らかなように、実施例2の内視鏡用接眼レンズによれば、高倍率でありながら各収差を良好に補正することができる。 FIG. 4 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, coma aberration, lateral chromatic aberration, and distortion of the endoscope eyepiece of Example 2. In the astigmatism diagram, aberrations with respect to the sagittal image surface and the tangential image surface are shown. In these aberration diagrams, ω represents a half angle of view. As is apparent from these aberration diagrams, according to the endoscope eyepiece of Example 2, it is possible to correct each aberration satisfactorily while maintaining a high magnification.
<実施例3>
実施例3に係る内視鏡用接眼レンズの概略構成を図5に示す。この内視鏡用接眼レンズの構成も実施例1のものと略同様であり、対応する図面の説明において同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明については省略する。
この内視鏡用接眼レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔D(mm)、各レンズのd線における、屈折率Nおよびアッベ数νの値を表3に示す。
<Example 3>
FIG. 5 shows a schematic configuration of the endoscope eyepiece according to the third embodiment. The configuration of the endoscope eyepiece is substantially the same as that of the first embodiment, and in the description of the corresponding drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
The radius of curvature R (mm) of each lens surface of the endoscope eyepiece, the center thickness of each lens and the air space D (mm) between the lenses, the refractive index N and the Abbe number ν at the d-line of each lens Table 3 shows the values.
また、実施例3の内視鏡用接眼レンズによれば、表3に示すように、条件式(1)〜(3)は全て満足されている。そして、レンズ系の全長は約9.14mm、接眼倍率は約50.18倍とされている。 Further, according to the endoscope eyepiece of Example 3, as shown in Table 3, all the conditional expressions (1) to (3) are satisfied. The total length of the lens system is about 9.14 mm, and the eyepiece magnification is about 50.18 times.
図6は実施例3の内視鏡用接眼レンズの球面収差、非点収差、コマ収差、倍率色収差およびディストーションを示す収差図である。なお、非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。これらの収差図においてωは半画角を示す。これらの収差図から明らかなように、実施例3の内視鏡用接眼レンズによれば、高倍率でありながら各収差を極めて良好に補正することができる。 FIG. 6 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, coma aberration, lateral chromatic aberration, and distortion of the endoscope eyepiece of Example 3. In the astigmatism diagram, aberrations with respect to the sagittal image surface and the tangential image surface are shown. In these aberration diagrams, ω represents a half angle of view. As is clear from these aberration diagrams, according to the endoscope eyepiece of Example 3, each aberration can be corrected extremely well even though the magnification is high.
<比較例>
比較例に係る内視鏡用接眼レンズの概略構成を図7に示す。この比較例に係る内視鏡用接眼レンズはレンズ構成が実施例1のものと略同様とされているので、対応する図面の説明において同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明については省略する。
この内視鏡用接眼レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔D(mm)、各レンズのd線における、屈折率Nおよびアッベ数νの値を表4に示す。
<Comparative example>
FIG. 7 shows a schematic configuration of an endoscope eyepiece according to a comparative example. Since the endoscope eyepiece according to the comparative example has a lens configuration substantially the same as that of the first embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals in the description of the corresponding drawings, and overlapping descriptions are given. Is omitted.
The radius of curvature R (mm) of each lens surface of the endoscope eyepiece, the center thickness of each lens and the air gap D (mm) between the lenses, the refractive index N and the Abbe number ν at the d-line of each lens Table 4 shows the values.
また、比較例の内視鏡用接眼レンズにおいては、条件式(1)〜(3)に対応する各値は表4に示すようになっており、条件式(3)は満足しているが、条件式(1)、(2)は満足されていない。そして、レンズ系の全長は約14.26mm、接眼倍率は約34.00倍とされている。 Further, in the endoscope eyepiece of the comparative example, the values corresponding to the conditional expressions (1) to (3) are as shown in Table 4, and the conditional expression (3) is satisfied. Conditional expressions (1) and (2) are not satisfied. The total length of the lens system is about 14.26 mm, and the eyepiece magnification is about 34.00 times.
図8は比較例の内視鏡用接眼レンズの球面収差、非点収差、コマ収差、倍率色収差およびディストーションを示す収差図である。なお、非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。これらの収差図においてωは半画角を示す。 FIG. 8 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, coma aberration, lateral chromatic aberration, and distortion of the endoscope eyepiece of the comparative example. In the astigmatism diagram, aberrations with respect to the sagittal image surface and the tangential image surface are shown. In these aberration diagrams, ω represents a half angle of view.
L1〜L3 レンズ
X 光軸
1 被観察面位置
2 像面
3 射出瞳位置
L 1 to L 3 lens X optical axis 1
Claims (1)
(1) 0.5<(d−aBP+bFP)/f<0.8
(2) 1.4<|R1F|/f<1.9
(3) 25.0<ν3−ν2
ただし
f :全系の焦点距離
d :第1レンズと第2レンズとの空気間隔
aBP :第1レンズの眼側の面から第1レンズの眼側主点までの距離
bFP :第2レンズの物体側の面から接合レンズの物体側主点までの距離
R1F :第1レンズの物体側の面の曲率半径
ν2 :第2レンズのアッベ数
ν3 :第3レンズのアッベ数 In order from the object side, a first lens composed of a positive meniscus lens with a concave surface facing the object side, a second lens composed of a negative lens with a concave surface facing the eye side, and a third lens composed of a biconvex lens are arranged. The second lens and the third lens are joined together to form a positive cemented lens, and satisfy the following conditional expressions (1) to (3): .
(1) 0.5 <(d−aBP + bFP) / f <0.8
(2) 1.4 <| R1F | / f <1.9
(3) 25.0 <ν 3 −ν 2
However,
f: Focal length of the entire system
d: Air distance between the first lens and the second lens
aBP: Distance from the eye-side surface of the first lens to the eye-side principal point of the first lens
bFP: Distance from the object side surface of the second lens to the object side principal point of the cemented lens
R1F: radius of curvature of the object side surface of the first lens ν 2 : Abbe number of the second lens ν 3 : Abbe number of the third lens
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CN105137590A (en) * | 2015-09-28 | 2015-12-09 | 深圳纳德光学有限公司 | Large-field-of-view (LFOV) eyepiece optical system |
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