JP2009109576A - 内視鏡用対物レンズおよび内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡用対物レンズにおいて、物体近傍のレンズの内側（像側）の面に付着したゴミ等による観察画像への影響を低減する。
【解決手段】物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群ＧＦと、全体として正の屈折力を有する後群ＧＲとを備え、全系の焦点距離をｆとし、後群ＧＲの焦点距離をｆＲとし、前群ＧＦの最も像側の面と後群ＧＲの物体側焦点との光軸上の間隔をＸｏとしたとき、下記条件式（１）を満足する。
０＜Ｘｏ×ｆ／ｆＲ^２＜０．２ … （１）
【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡用対物レンズおよび内視鏡に関し、より詳しくは、内視鏡の先端部に設けられる小型の対物レンズ、および該対物レンズを備えた内視鏡に関するものである。

従来、医療現場等において患者の体腔内の観察あるいは治療を行う際などに、内視鏡が用いられている。内視鏡の挿入部の先端部には、観察用の対物レンズが配置されており、本出願人は、このような対物レンズとして、特許文献１に記載された４群５枚構成からなる内視鏡用対物レンズを開示している。

内視鏡用対物レンズは、挿入部を挿入している間は進行方向遠方を観察し、挿入部を挿入した後は先端部のごく近傍を観察することができるように、一般には、比較的Ｆ値の大きな、被写界深度が深い設計となっている。
特開２００４−６１７６３号公報

しかしながら、被写界深度が深いということは、レンズの直前の物体に対して大きくピンぼけになることが少ないという利点を有する一方で、物体近傍のゴミ等を観察可能にしてしまう虞を有している。具体的には例えば、最も物体側のレンズの面に付着したゴミが、観察対象の映像に映り込んでしまい、観察画像へ影響を及ぼす可能性がありうる。

最も物体側のレンズの物体側の面は、一般に、外部に露出しているため、この部分にゴミ等が付着しても送気・送水ノズルから噴射される気体または液体により除去することが可能である。しかし、像側の面は、挿入部内部に対向する内側の面であるため、一度ゴミ等が付着すると、分解する以外に除去するのは困難である。

本発明は、上記事情に鑑み、物体近傍のレンズの内側（像側）の面に付着したゴミ等による観察画像への影響を低減することが可能な内視鏡用対物レンズ、および該内視鏡用対物レンズを備えた内視鏡を提供することを目的とするものである。

本発明の内視鏡用対物レンズは、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群と、全体として正の屈折力を有する後群とを備え、全系の焦点距離をｆとし、前記後群の焦点距離をｆＲとし、前記前群の最も像側の面と前記後群の物体側焦点との光軸上の間隔をＸｏとしたとき、下記条件式（１）を満足することを特徴とするものである。
０＜Ｘｏ×ｆ／ｆＲ^２＜０．２ … （１）

なお、上記Ｘｏについては、空気換算長を用いることとする。

上記構成の本発明の内視鏡用対物レンズは、前記前群を単レンズで構成することができる。

その際に、前記単レンズのｄ線に対する屈折率をｎ_１としたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
ｎ_１≧２．０ … （２）

また、本発明の内視鏡用対物レンズは、前記後群が、少なくとも１枚の正のレンズおよび少なくとも１枚の負のレンズを接合してなる接合レンズを有することが好ましい。なお、この接合レンズを構成する正のレンズと負のレンズの配置の順に限定はなく、いずれが物体側に配置されていてもよい。

また、本発明の内視鏡用対物レンズは、前記後群の最も物体側のレンズが、物体側に凹面を向けているように構成してもよい。

また、本発明の内視鏡用対物レンズは、前記後群が、物体側から順に、正の単レンズと、正の単レンズと、接合レンズとから構成されているようにしてもよい。

また、本発明の内視鏡用対物レンズは、前記後群が、物体側から順に、正の単レンズと、接合レンズと、正の単レンズとから構成されているようにしてもよい。

また、本発明の内視鏡は、本発明の内視鏡用対物レンズを備えたことを特徴とするものである。

なお、上記条件式（１）、（２）の値は、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長としたものであり、本明細書においては、特に断りのない限り、ｄ線を基準波長とする。

以下、図１を参照しながら、本発明の思想について説明する。本発明の内視鏡用対物レンズは、前群の像側の面を物体としたとき、この物体の後群による像の位置を、全系の結像位置から離れた位置に結像させるようにするものである。これにより、前群の像側の面にゴミ等が付着していたとしても、観察画像において、このゴミ等を目立ちにくくさせることができる。

また、本発明の内視鏡用対物レンズは、レンズ群としては、負の屈折力を有する前群ＧＦと、正の屈折力を有する後群ＧＲとからなるものであり、図１には、これら前群ＧＦと後群ＧＲとを模式的に図示している。図１に示すように、前群ＧＦは、後群ＧＲの物体側焦点Ｆｏよりも物体側に配置され、前群ＧＦの像側の面Ｓ２の後群ＧＲによる像の位置Ｐｓｒは後群ＧＲの像側焦点Ｆｉよりも像側に位置している。全系は負の前群ＧＦおよび正の後群ＧＲからなるため、全系の結像位置Ｐｉｍは後群ＧＲの像側焦点Ｆｉよりも像側に位置することになる。

前群ＧＦの像側の面Ｓ２の後群ＧＲによる像の位置Ｐｓｒを、全系の結像位置Ｐｉｍから遠ざけるためには、面Ｓ２が後群ＧＲの物体側焦点Ｆｏに近いことが好ましく、つまりは、面Ｓ２を物体側焦点Ｆｏの近傍に配置すればよい。仮に、面Ｓ２が物体側焦点Ｆｏに位置する場合には、像の位置Ｐｓｒは無限遠となる。

前群ＧＦの像側の面Ｓ２と後群ＧＲの物体側焦点Ｆｏとの光軸上の間隔をＸｏとし、後群ＧＲの焦点距離をｆＲとし、像の位置Ｐｓｒと後群ＧＲの像側焦点Ｆｉとの光軸上の間隔をＸｉとしたとき、ニュートンの公式から、Ｘｉは以下の式で表される。
Ｘｉ＝ｆＲ^２／Ｘｏ

Ｘｉの値が大きいほど、像の位置Ｐｓｒが結像位置Ｐｉｍから遠く離れていることになる。Ｘｉの値の範囲としては、後述する理由により全系の焦点距離ｆの５倍より大きいことが好ましく、これを式で表すと下式のようになり、
Ｘｉ＝ｆＲ^２／Ｘｏ＞５×ｆ
条件式（１）の上限に対応する下式が得られる。
Ｘｏ×ｆ／ｆＲ^２＜０．２

以下に、Ｘｉが全系の焦点距離ｆの５倍より大きいことが好ましい理由について説明する。像の位置Ｐｓｒと像側焦点Ｆｉとの間隔Ｘｉは、どれだけフォーカスがずれているかを示す量である。像が鮮鋭と認められる範囲である像側の焦点深度を±ｄとしたとき、前群ＧＦの像側の面Ｓ２に付着したゴミが観察画像において目立ちにくくなるためには、距離Ｘｉが焦点深度ｄに比べて十分に大きいことが好ましい。十分に大きい目安として、２桁の違い（１０^２）を想定し、Ｘｉの範囲を下式のようにする。
Ｘｉ＞１０^２×ｄ … （Ａ）

焦点深度ｄは、像が鮮鋭と認められる限界での光の広がりを許容錯乱円径δと、Ｆ値Ｆを用いて、
ｄ＝δ×Ｆ … （Ｂ）
で表される。すなわち、Ｆ値が小さな明るい光学系であれば焦点深度が浅くなり、レンズ面に付着したゴミ等は目立ちにくくなる。内視鏡用対物レンズのＦ値は、通常、下式の範囲内である。
２．８＜Ｆ＜８ … （Ｃ）

許容錯乱円径δは、画像が鮮鋭と認め許されるぼけの限度の大きさを表すものであるが、本発明においては以下の考え方に沿ってその範囲を決めることにする。人間の目の分解能は視角にすると約１′と言われていることから、ぼけていないと判断する限界の解像力をその４倍の約４′とする。また、近年の内視鏡の像の観察は、直視ではなくテレビモニタ等の表示装置に表示された画像を観察するのが一般的であるから、このような表示装置で観察することを前提にする。

使用者が表示装置から１．５ｍ離れて画像を観察するとした場合、ぼけていないと判断される表示画面上での限界の許容ぼけ量δ_ｄは
δ_ｄ＝１５００ｍｍ×ｔａｎ（４／６０）≒１．７５ｍｍ
となる。

現在、汎用されている表示装置から、その表示領域の垂直方向の寸法を約２１０ｍｍとすると、上記の表示画面上での許容ぼけ量δ_ｄの値は、表示領域の垂直方向の寸法の約０．００８３（≒１．７５／２１０）にあたる。

次に、この表示画面上での許容ぼけ量δ_ｄから、内視鏡用対物レンズ１の結像位置Ｐｉにおける像面上での許容ぼけ量、すなわち、許容錯乱円径δを決める。表示装置で垂直方向に表示される像の結像位置Ｐｉｍにおける寸法をＶとすると、許容錯乱円径δは、
δ＝Ｖ×（１．７５／２１０）≒Ｖ×０．００８３
となる。また、２１０÷１．７５＝１２０であるから、許容錯乱円径δは下式のように表される。
δ＝Ｖ／１２０

つまり、このときの内視鏡用対物レンズの解像力は６０本／ｍｍであり、テレビモニタ等の表示装置の解像度で言えば１２０ＴＶ本となる。ここで、映像信号の周波数１ＭＨｚが８０ＴＶ本に相当することから、以下、１ＭＨｚ単位で考えると、上記の許容錯乱円径δは、
δ＝（２×Ｖ）／２４０
となり、２Ｖを３ＭＨｚ（２４０ＴＶ本）で割った値に相当する。

実際の使用では、表示装置からさらに離れた距離から観察することが想定される。この場合には、表示画面上での許容ぼけ量δ_ｄの値が上記より大きくなる。よって、さらに離れた距離から観察する場合については、上記の３ＭＨｚからさらに低く２ＭＨｚとし、２Ｖを２ＭＨｚ（１６０ＴＶ本）で割ったものとして、許容錯乱円径δは下記のようになる。
δ＝（２×Ｖ）／１６０
これらのことから、許容錯乱円径δは下式の範囲にあるとする。
２Ｖ／２４０＜δ＜２Ｖ／１６０ … （Ｄ）

ここで、上記寸法Ｖは、結像位置Ｐｉｍでの像高の２倍である。内視鏡用対物レンズにおける像高と焦点距離の関係は、本出願人が特許文献１で開示しているように、超広角で、周辺光量を確保するためには、最大像高ｈと、全系の焦点距離ｆとの比を、ほぼ１にするとよい。これにより、寸法Ｖを下式のように表すことができる。
Ｖ＝２×ｈ＝２×ｆ … （Ｅ）

上述した式（Ｂ）に、式（Ｃ）の下限値、式（Ｄ）の下限値、式（Ｅ）を代入すると、
ｄ＝（２×（２×ｆ）／２４０）×２．８
＝０．０４７ｆ
となる。これと式（Ａ）とから、
Ｘｉ＞４．７×ｆ
となり、安全度を見込み、
Ｘｉ＞５×ｆ
が得られる。以上のようにして、条件式（１）の上限に対応する式が得られる。

次に、条件式（１）の下限について説明する。前群ＧＦと後群ＧＲとを、２枚の薄肉レンズに見立てて考える。これら２枚の薄肉レンズの物体側のレンズの焦点距離をｆａとし、像側のレンズの焦点距離をｆｂとし、両者の間隔をｄａｂとしたとき、これら２枚の薄肉レンズの合成焦点距離ｆａｂは、下式で表される。
１／ｆａｂ＝１／ｆａ＋１／ｆｂ−ｄａｂ／（ｆａ×ｆｂ） … （Ｆ）

前群ＧＦの焦点距離をｆＦとし、後群の焦点距離をｆＲとすると、
ｆａ＝ｆＦ … （Ｇ）
ｆｂ＝ｆＲ … （Ｈ）
となる。

前群ＧＦの像側の面Ｓ２が後群ＧＲの物体側焦点Ｆｉに位置すると仮定すると、
ｄａｂ＝ｆＲ
であり、これと式（Ｇ）および式（Ｈ）を式（Ｆ）へ代入すると、
ｆａｂ＝ｆＲ
となってしまうため、前群ＧＦの像側の面Ｓ２を後群ＧＲの物体側焦点Ｆｉと同じ位置に配置させることはできず、
Ｘｏ＞０
が得られる。すなわち、条件式（１）の下限に対応する式が得られる。

次に、本発明の条件式（２）について説明する。前群ＧＦの像側の面Ｓ２に付着したゴミ等を目立ちにくくさせるには、前述のように、面Ｓ２が後群ＧＲの物体側焦点Ｆｏに近いことが好ましく、つまりは間隔Ｘｏが小さいことが好ましい。本発明の光学系において全系の焦点距離ｆと後群ＧＲの焦点距離ｆＲを変えずに間隔Ｘｏを小さくすることは、本発明の前群ＧＦと後群ＧＲを上述した２枚の薄肉レンズに近似させて考えると、合成焦点距離ｆａｂと焦点距離ｆｂを変えずに間隔ｄａｂを小さくすることに対応する。このためには、式（Ｆ）から、焦点距離ｆａを小さくすればよいことがわかる。本発明の光学系においては、前群ＧＦの焦点距離を小さくすればよく、すなわち、前群ＧＦのパワーを強くすればよい。

前群ＧＦが単レンズからなるとき、そのパワーを強くするには、曲率半径を小さくするか、用いる硝材の屈折率を高くすればよい。内視鏡用対物レンズはもともと全体的に曲率半径が小さいため、さらに曲率半径を小さくすると加工性が悪化し、好ましくないため、高屈折率の硝材を用いることが好ましく、これにより条件式（２）が導出される。

本発明の内視鏡用対物レンズによれば、条件式（１）を満たすように構成することにより、前群の像側の面を後群の物体側焦点位置の近傍に位置させるようにし、これにより、前群の像側の面の後群による像を全系の結像位置から離れた位置に結像させることができる。したがって、物体近傍のレンズの内側（像側）の面にゴミ等が存在していたとしても、そのゴミ等による内視鏡の観察画像への影響を低減することができ、良好な観察画像を得ることができる。

また、本発明の内視鏡によれば、本発明の内視鏡用対物レンズを備えているため、該内視鏡用対物レンズの物体近傍のレンズの内側（像側）の面にゴミ等が存在していたとしても、良好な観察画像を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

＜内視鏡用対物レンズの実施形態＞
図２（Ａ）、図２（Ｂ）に本発明の一実施形態にかかる内視鏡用対物レンズのレンズ断面図を示す。この図２に示す構成例は、後述の実施例１のレンズ構成に対応している。また、図３（Ａ）、図３（Ｂ）〜図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、本発明の実施形態にかかる内視鏡用対物レンズの別の構成例のレンズ断面図を示しており、これらは後述の実施例２〜５のレンズ構成に対応している。これら実施例１〜５の内視鏡用対物レンズの基本的な構成は同じであるため、ここでは主に図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示す実施例１の構成例を例にとり説明する。

本実施形態の内視鏡用対物レンズは、４群５枚構成からなり、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群ＧＦと、開口絞りＳｔと、全体として正の屈折力を有する後群ＧＲとが配列されてなる。前群ＧＦは、第１レンズＬ１からなり、後群ＧＲは、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５とからなる。

なお、図２（Ａ）、図２（Ｂ）では、内視鏡用対物レンズが内視鏡の挿入部に配設されるときに、レンズ系と結像面との間に配置される光路変換プリズム、フィルタ、カバーガラス等を想定した平行平面板状の光学部材４、５も合わせて図示している。

本実施形態の内視鏡用対物レンズは、全系の焦点距離をｆとし、後群ＧＲの焦点距離をｆＲとし、前群ＧＦの最も像側の面と後群ＧＲの物体側焦点との光軸上の間隔をＸｏとしたとき、下記条件式（１）を満足するように構成されている。
０＜Ｘｏ×ｆ／ｆＲ^２＜０．２ … （１）

この条件式（１）の導出および作用、効果については手段の項において詳述したとおりである。条件式（１）を満たすように構成することにより、前群ＧＦの像側の面の後群ＧＲによる像を、全系の結像位置Ｐｉｍから離れた位置に結像させることができる。

本実施形態の内視鏡用対物レンズにおいては、前群ＧＦは負の単レンズである第１レンズＬ１から構成されており、前群ＧＦの最も像側の面は、第１レンズＬ１の像側の面となる。

図２（Ａ）には、レンズ断面図と合わせて、物体位置を無限遠としたときの軸上光束２と軸外光束３を示し、さらに、全系の結像位置Ｐｉｍも示している。図２（Ｂ）には、上記結像位置Ｐｉｍと、前群ＧＦの最も像側の面（第１レンズＬ１の像側の面）Ｓ２を物体としたときの軸上光束６と、面Ｓ２の後群ＧＲによる像の位置Ｐｓｒとを示している。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）〜図６（Ａ）、図６（Ｂ）についても同様に、各図（Ａ）には物体位置を無限遠としたときの軸上光束２、軸外光束３、全系の結像位置Ｐｉｍを示し、各図（Ｂ）には上記結像位置Ｐｉｍ、前群ＧＦの最も像側の面（第１レンズＬ１の像側の面）Ｓ２を物体としたときの軸上光線６、面Ｓ２の後群ＧＲによる像の位置Ｐｓｒを示す。

これらの図からわかるように、本発明の実施形態にかかる内視鏡用対物レンズにおいては、全系の結像位置Ｐｉｍと像の位置Ｐｓｒとは遠く離れている。以上のように構成された、本内視鏡用対物レンズによれば、最も物体側のレンズの像側の面にゴミ等が付着していたとしても、内視鏡の観察画像におけるゴミ等による影響を低減することができる。

なお、本実施形態の内視鏡用対物レンズにおいては、前群ＧＦが単レンズで構成される場合、この単レンズのｄ線に対する屈折率をｎ_１としたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
ｎ_１≧２．０ … （２）

条件式（２）は、上述のゴミ等の影響を低減するために、前群ＧＦを構成する単レンズの材質を好適に選択するための式である。条件式（２）の作用および効果は手段の項において詳述したとおりである。

また、本実施形態の内視鏡用対物レンズにおいては、後群ＧＲが、少なくとも１枚の正のレンズおよび少なくとも１枚の負のレンズを接合してなる接合レンズを有することが好ましい。この場合、後述の実施例に示すように、正のレンズと負のレンズの配置の順には限定はなく、いずれが物体側に位置していてもよい。このように、接合レンズを含む構成とすれば、良好に色収差を補正することができる。

また、本実施形態の内視鏡用対物レンズにおいては、後群ＧＲの最も物体側のレンズが、物体側に凹面を向けているように構成してもよい。

また、本実施形態の内視鏡用対物レンズにおいては、後群ＧＲが、物体側から順に、正の単レンズ、正の単レンズ、接合レンズからなるように構成してもよく、あるいは、後群ＧＲが、物体側から順に、正の単レンズ、接合レンズ、正の単レンズからなるように構成してもよい。

次に、本発明にかかる内視鏡用対物レンズの具体的な数値実施例について説明する。

＜実施例１＞
実施例１にかかる内視鏡用対物レンズのレンズデータを表１に、レンズ構成図を図２（Ａ）に示す。図２（Ａ）における符号Ｒｉ、Ｄｉ（ｉ＝１、２、３、…）は表１のＲｉ、Ｄｉと対応している。表１のレンズデータには、開口絞りＳｔと、レンズ系と結像点Ｐとの間に配置されるフィルタ、プリズム、カバーガラス等を想定した平行平面板状の光学部材４、５も含めて示している。なお、図２における開口絞りＳｔは形状や大きさを表すものではなく光軸Ｚ上の位置を示すものである。

表１のレンズデータにおいて、面番号は最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示す。表１のＲｉはｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面の曲率半径を示し、Ｄｉはｉ（ｉ＝１、２、３、…）番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示す。また、Ｎｄｊは最も物体側の光学要素を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示す。表１において、曲率半径および面間隔の単位はｍｍであり、曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。なお、また、上記説明の各種記号の意味や図示方法は、後述の実施例および比較例についても同様である。

＜実施例２＞
実施例２にかかる内視鏡用対物レンズのレンズデータを表２に、レンズ構成図を図３（Ａ）に示す。図３（Ａ）において、符号Ｒｉ、Ｄｉは表２のＲｉ、Ｄｉと対応している。

＜実施例３＞
実施例３にかかる内視鏡用対物レンズのレンズデータを表３に、レンズ構成図を図４（Ａ）に示す。図４（Ａ）において、符号Ｒｉ、Ｄｉは表３のＲｉ、Ｄｉと対応している。

＜実施例４＞
実施例４にかかる内視鏡用対物レンズのレンズデータを表４に、レンズ構成図を図５（Ａ）に示す。図５（Ａ）において、符号Ｒｉ、Ｄｉは表４のＲｉ、Ｄｉと対応している。

＜実施例５＞
実施例５にかかる内視鏡用対物レンズのレンズデータを表５に、レンズ構成図を図６（Ａ）に示す。図６（Ａ）において、符号Ｒｉ、Ｄｉは表５のＲｉ、Ｄｉと対応している。

上記実施例１〜５にかかる内視鏡用対物レンズの球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）をそれぞれ図７〜図１１に示す。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図には、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）についての収差も示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。球面収差図のＦｎｏ．はＦ値であり、その他の収差図のωは半画角を示す。図７〜図１１からわかるように、上記実施例１〜５は、各収差が良好に補正されている。

＜比較例＞
次に、既存の内視鏡用対物レンズの一例をとり、これを比較例として説明する。この比較例のレンズデータを表６に、レンズ構成図を図１２（Ａ）に、各収差図を図１３に示す。表６および図１３の記号の意味は、上述の実施例と同様である。

この比較例は、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群ＧＦと、全体として正の屈折力を有する後群ＧＲからなるものである。上述の実施例と同様に、図１２（Ａ）にはこの比較例において物体位置を無限遠としたときの軸上光束２、軸外光束３、全系の結像位置Ｐｉｍを合わせて示し、図１２（Ｂ）にはこの比較例における上記結像位置Ｐｉｍ、前群ＧＦの最も像側の面Ｓ２を物体としたときの軸上光線６、この面の後群ＧＲによる像の位置Ｐｓｒを示す。

＜実施例と比較例の対比＞
上記実施例１〜５および上記比較例にかかる内視鏡用対物レンズの各種データおよび条件式（１）に対応する値を表７に示す。表７の各種データにおいて、ｆは全系の焦点距離であり、ｆＲは後群ＧＲの焦点距離であり、Ｓ３−Ｆｏは後群ＧＲの最も物体側の面から後群ＧＲの物体側焦点Ｆｏまでの光軸上の距離（すなわち、フロントフォーカス）の空気換算長であり、Ｄ２３は前群ＧＦの最も像側の面から後群ＧＲの最も物体側の面までの光軸上の距離であり、Ｘｏは前群ＧＦの最も像側の面と後群ＧＲの物体側焦点Ｆｏとの光軸上の間隔である。

なお、実施例１〜５および上記比較例にかかる内視鏡用対物レンズにおいては、後群ＧＲの物体側焦点Ｆｏは、後群ＧＲの最も物体側の面より像側に位置しているため、間隔ＸｏはＳ３−ＦｏとＤ２３の和となる。

表７からわかるように、実施例１〜５の内視鏡用対物レンズは、条件式（１）を満足しているが、比較例の内視鏡用対物レンズは満足していない。

また、図２（Ａ）、図２（Ｂ）〜図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）からわかるように、比較例では、全系の結像位置Ｐｉｍと像の位置Ｐｓｒとが近いものとなっているのに対し、実施例１〜５では、全系の結像位置Ｐｉｍと像の位置Ｐｓｒとが遠いものとなっている。すなわち、比較例よりも、実施例１〜５の内視鏡用対物レンズの方が、第１レンズの像側の面に付着したゴミ等による影響を軽減できることがわかる。

＜内視鏡の実施形態＞
次に、図１４および図１５を参照しながら、本発明の実施形態にかかる内視鏡について説明する。図１４は、本発明の実施形態にかかる内視鏡を有する内視鏡システムの一例を示す概略的な全体構成図である。図１５は、この内視鏡の先端部の要部断面図である。

図１４に示す内視鏡システムは大別して、内視鏡１００と、内視鏡１００に接続されて光源の制御や画像処理等の各種処理を行うプロセッサ１２０と、内視鏡１００の内視鏡用対物レンズ１により撮像された像を表示する表示装置１２２とからなる。

図１４には、手段の項において述べた寸法Ｖに関する「垂直方向」を矢印で示している。一般に、表示装置１２２は横長の表示領域を有するものが多いため、例えば、撮像領域の形状が矩形であり、水平方向と垂直方向で寸法が異なる場合は、短い方に対応する寸法をＶとする。撮像領域の形状が円径の場合は、その直径をＶとする。

内視鏡１００は、主として、操作部１０２と、操作部１０２の先端側に連結された挿入部１０４と、操作部１０２の基端側から引き出されてプロセッサ１２０と接続されたユニバーサルコード１０６とを備える。

挿入部１０４は、患者の体内に挿入されるものであり、その大半は挿入経路に沿って任意の方向に曲がる軟性部１０７であり、この軟性部１０７の先端には、湾曲部１０８が連結され、この湾曲部１０８の先端には、先端部１１０が順次連結されている。湾曲部１０８は、先端部１１０を所望の方向に向けるために設けられるものであり、操作部１０２に設けられた湾曲走査ノブ１０９を回動させることにより湾曲操作が可能となっている。先端部１１０の内部には、本発明の実施形態にかかる内視鏡用対物レンズ１が配設されている。

図１５は、先端部１１０において、内視鏡用対物レンズ１が配置される様子を概略的に示す図である。内視鏡用対物レンズ１としては、上述の実施例１〜５の内視鏡用対物レンズを使用することができる。

図１５に示すように、先端部１１０の内部には挿入部１０４の長軸方向と平行にその光軸が配置された内視鏡用対物レンズ１と、内視鏡用対物レンズ１の像側の光路を９０度折り曲げるための光路変換プリズム７と、光路変換プリズム７に接合されて、内視鏡用対物レンズ１の結像位置にその受光面が位置する撮像素子８とが配置されている。

撮像素子８は、内視鏡用対物レンズ１により得られた光学像を表示装置１２２で表示するための電気信号に変換するものである。撮像素子８としては、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の固体撮像素子を用いることができる。

なお、撮像素子８は受光面保護用のカバーガラスを有するが、図１５ではカバーガラスも含めて撮像素子８として図示している。また、図１５の内視鏡用対物レンズ１は、レンズ形状を示すものではなく、概念的に図示されたものである。図１５では内視鏡用対物レンズ１から撮像素子８にまでの光路の光軸を一点鎖線で示している。

光路変換プリズム７は必須の構成要素ではないが、光路変換プリズム７を用いて光路を折り曲げることにより、撮像素子８をその受光面が挿入部１０４の長軸方向と平行になるように配置することができる。この配置により、図１５に示す先端部１１０の下半分において、直視型の観察光学系を構成し、図１５に示す先端部１１０の上半分において、処置具挿通チャンネル９を構成し、細径の挿入部内に多数の要素を配設可能としている。

内視鏡用対物レンズ１と結像面との間に光路変換プリズム７を配置可能とするために、実施例１〜５の内視鏡用対物レンズに示すように、長いバックフォーカスを有する構成となっている。バックフォーカスが長い内視鏡用対物レンズは、バックフォーカスが短いものよりも、全系の結像位置Ｐｉｍと前群の像側の面の後群による像の位置Ｐｓｒとが近くなる傾向にある。そのため、従来のバックフォーカスが長い内視鏡用対物レンズは物体側近傍のレンズの像側の面に付着したゴミ等が目立ちやすいという不具合があった。

これに対して、本実施形態の内視鏡用対物レンズによれば、長いバックフォーカスを有しつつ、全系の結像位置Ｐｉｍと像の位置Ｐｓｒとが遠くなるように構成されているため、対物レンズの物体側近傍のレンズの像側の面にゴミ等が付着していたとしても、そのゴミ等による内視鏡の観察画像への影響を低減することができ、良好な観察画像を得ることができる。

そして、本実施形態の内視鏡は、この内視鏡用対物レンズを備えているため、物体側近傍のレンズの像側の面にゴミ等が付着しても良好な観察画像を得ることができるととともに、細径の挿入部に多数の要素を配設することができる。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

本発明の概念を説明するための図 図２（Ａ）は本発明の実施例１の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す図、図２（Ｂ）は本発明の実施例１の内視鏡用対物レンズにおける前群の像側の面の後群による像の位置と全系の結像位置を示す図 図３（Ａ）は本発明の実施例２の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す図、図３（Ｂ）は本発明の実施例２の内視鏡用対物レンズにおける前群の像側の面の後群による像の位置と全系の結像位置を示す図 図４（Ａ）は本発明の実施例３の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す図、図４（Ｂ）は本発明の実施例３の内視鏡用対物レンズにおける前群の像側の面の後群による像の位置と全系の結像位置を示す図 図５（Ａ）は本発明の実施例４の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す図、図５（Ｂ）は本発明の実施例４の内視鏡用対物レンズにおける前群の像側の面の後群による像の位置と全系の結像位置を示す図 図６（Ａ）は本発明の実施例５の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す図、図６（Ｂ）は本発明の実施例５の内視鏡用対物レンズにおける前群の像側の面の後群による像の位置と全系の結像位置を示す図 本発明の実施例１の内視鏡用対物レンズの各収差図 本発明の実施例２の内視鏡用対物レンズの各収差図 本発明の実施例３の内視鏡用対物レンズの各収差図 本発明の実施例４の内視鏡用対物レンズの各収差図 本発明の実施例５の内視鏡用対物レンズの各収差図 図１２（Ａ）は比較例の内視鏡用対物レンズのレンズ構成を示す図、図１２（Ｂ）は比較例の内視鏡用対物レンズにおける前群の像側の面の後群による像の位置と全系の結像位置を示す図 比較例の内視鏡用対物レンズの各収差図 本発明の一実施形態にかかる内視鏡システムの概略的な全体構成図 本発明の一実施形態にかかる内視鏡の挿入部の先端部の概略断面図

符号の説明

１ 内視鏡用対物レンズ
２ 軸上光線
３ 軸外光線
４、５ 光学部材
６ 軸上光束
７ 光路変換プリズム
８ 固体撮像素子
９ 処置具挿通チャンネル
１００ 内視鏡
１０２ 操作部
１０４ 挿入部
１１０ 先端部
１２０ プロセッサ
１２２ 表示装置
Ｄｉ ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸上の面間隔
Ｆｉ 像側焦点位置
Ｆｏ 物体側焦点位置
ＧＦ 前群
ＧＲ 後群
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
Ｐｉｍ 結像位置
Ｐｓｒ 像の位置
Ｓ２ 前群の像側の面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (8)

1. 物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群と、全体として正の屈折力を有する後群とを備え、
   全系の焦点距離をｆとし、前記後群の焦点距離をｆＲとし、前記前群の最も像側の面と前記後群の物体側焦点との光軸上の間隔をＸｏとしたとき、下記条件式（１）を満足することを特徴とする内視鏡用対物レンズ。
   ０＜Ｘｏ×ｆ／ｆＲ^２＜０．２ … （１）
2. 前記前群が、単レンズで構成されてい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。
3. 前記単レンズのｄ線に対する屈折率をｎ_１としたとき、下記条件式（２）を満足することを特徴とする請求項２記載の内視鏡用対物レンズ。
   ｎ_１≧２．０ … （２）
4. 前記後群が、少なくとも１枚の正のレンズおよび少なくとも１枚の負のレンズを接合してなる接合レンズを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の内視鏡用対物レンズ。
5. 前記後群の最も物体側のレンズが、物体側に凹面を向けていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の内視鏡用対物レンズ。
6. 前記後群が、物体側から順に、正の単レンズと、正の単レンズと、接合レンズとから構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の内視鏡用対物レンズ。
7. 前記後群が、物体側から順に、正の単レンズと、接合レンズと、正の単レンズとから構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の内視鏡用対物レンズ。
8. 請求項１から７のいずれか１項記載の内視鏡用対物レンズを備えたことを特徴とする内視鏡。

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