JP2740662B2 - 内視鏡用対物レンズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、気管支鏡等の外径の細い内視鏡に用いられ
る対物レンズに関するものである。

［従来の技術］ 気管支鏡等の内視鏡は、径を細くする必要があり、そ
のため対物光学系も、径を小にしなければならず、イメ
ージガイドや固体撮像素子の画素数はあまり多く出来
ず、対物レンズの結像性能はそれ程厳しい制約をうけな
い。したがって、内視鏡用対物レンズは、レンズの加工
性やレンズ系の組立性のよいものが望まれ、特公昭61-2
8965号公報に記載されているレンズ系のように簡単な構
成のものが用いられることが多い。

この従来の内視鏡用対物レンズは、間に絞りをはさん
で接合したカバーガラスと平凸レンズからなる第１群
と、物体側に凸面を向けて配置された平凸レンズの第２
群とより構成されている。そしてこの小さな径のレンズ
でも加工性のよい平凸レンズの第２群をイメージガイド
や固体撮像素子に接着すれば、イメージガイドや固体撮
像素子とレンズの間にスペーサーをはさまずにすむた
め、レンズ外径と光線高との余裕がとりやすいという利
点がある。このレンズ構成の第２群は、フイールドレン
ズの役目をはたしており、射出瞳を十分遠方にもってい
くことにより像面上における主光線の傾きを抑えてい
る。これによってファイバースコープでは、イメージガ
イドの周辺部において光束が斜めに入射して光量の損失
が増大するのを防いでいる。

近年、気管支鏡等の内視鏡に対しても広角化の要望が
強まっており、細径の内視鏡が適用される分野でも視野
角が80°を越えるものが主流になりつつある。そのため
従来のようなそれ程視野角の広くない対物レンズでは問
題にならなかった瞳に関する収差が問題になる。

第17図は、特開昭61-28965号公報のレンズ系において
カバーガラスを除いたもので、射出瞳が無限遠にあると
想定して、像面側から光軸に平行に光束を入射させた時
の光線図である。

このレンズ系のデーターは次の通りである。

ｒ₂＝∞ ｄ₂＝1.7157 ｎ₂＝1.883 ν₂＝40.78 ｒ₃＝−1.7157 ｄ₃＝0.1667 ｒ₄＝1.6621 ｄ₄＝1.8318 ｎ₃＝1.883 ν₃＝40.78 ｒ₅＝∞ ｆ＝１ 上記のデーターは、前記広報に記載されている条件を
満足するもののうちで最も好ましい値に設定されている
ものである。

このレンズ系では、前側焦点位置は、第２面の平面つ
まり第17図に示す絞りの位置と一致する。そして図面に
示すように射出角最大の光線の射出角が、通常使用時の
視野角120°を想定して光軸に対し60°になるように第
５図での光線高を設定してある。

第17図の光線図から明らかなように、像高が小さく視
野角が狭い時は、最大像高における瞳の球面収差の量は
それ程問題にはならない。しかし像高を大にして視野角
を広くすると瞳の球面収差が急激に増加するため絞り位
置から像高の大きな光線の収束位置が大きくずれる。

第17図においては、全像高にわたって射出瞳が無限遠
にあることを想定しているが、実際には絞りが配置され
るため、第18図には前述のレンズデーターのレンズ系に
おける絞りの中心を物点として光線追跡した結果を示し
ている。つまり前記データーのレンズ系で、絞りの中心
を物点として光線追跡を行なったものである。この図の
ように近軸の射出瞳は無限遠であっても軸外の射出瞳は
瞳の球面収差の影響によって像位置に近くなるので、主
光線の射出角が像高と共に急激に増加し、イメージガイ
ド周辺部での伝送損失が増加する。又硬性鏡のようにリ
レー系を用いている内視鏡においては、軸外物点に関す
る瞳が接眼側までうまくリレーされず、軸外物点からの
光束がリレー系の途中でけられてしまうために、同様に
像の周辺部で光量の損失が増大する。

又単板カラー固体撮像素子を用いたスコープにおいて
は、上記の影響によって色シェーディングが発生する。
即ち単板カラー固体撮像素子は、各画素の表面にカラー
フィルターが配置されているが、このカラーフィルター
と光電変換部は、完全に密着しているのではなく、ある
程度の間隔を有している。そのため、本来ならフイルタ
ーを通過した光のみを光電変換部に到達させねばならな
いのに、斜めに光束が通過した場合は、フイルターを通
過しないで光電変換部に到達する光が生ずるため、この
部分では色再現性が悪化して色づきを生ずる。そのため
イメージガイドばかりでなく単板カラー固体撮像素子を
用いた対物レンズもテレセントリック光学系が要求され
る。

又本発明の対物レンズに類似する構成のものに特開昭
61-162021号公報に記載されたもののうちの実施例７の
レンズ系がある。このレンズ系は、非球面を用いて歪曲
収差を補正する場合に、非球面を用いたことによって生
ずる像面の曲がりも同時に補正するようにしたものであ
る。そのため歪曲収差を補正する作用が絞りの前後で反
転するようにつまり絞りの前の非球面は、レンズの周辺
で凸の作用を強める（凹の作用を弱める）もので、一方
絞りより後の非球面は、レンズ周辺で凸の作用を弱める
（凹の作用を強める）ものである。したがって絞りの前
後に夫々少なくとも１面非球面を設けるもので絞りを境
にして前群，後群に分割された構成になっている。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のように絞りを近軸の前側焦点位置近傍に配置す
る構成の対物レンズは、広角化した場合全像高にわたっ
て出射主光線の傾きを小さくするのは困難であり、イメ
ージガイドおよび固体撮像素子を用いた内視鏡のいずれ
も上記のような問題点を生ずる。

本発明は、以上の問題点を除去するためのもので、視
野角を広角化しても像の全面にわたって主光線の傾きを
十分小さく出来る内視鏡用対物レンズを提供することを
目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の内視鏡用対物レンズは、物体側から順に、絞
りと、第１群と第２群とからなり、前記第１群の最も像
側の面と前記第２群の最も物体側の面とが共に正のパワ
ーを持ち、各レンズ群が非球面を含まず、以下の条件を
満足するレンズ系である。

（１）0.22＜L/f＜0.5 （２）1.4＜ｆ₂/f₁＜３ ただし、Ｌは全系の前側焦点位置から絞りまでの空気
換算長、ｆは全系の焦点距離、ｆ₁は第１群の焦点距
離、ｆ₂は第２群の焦点距離である。

上記の通り本発明の対物レンズは、例えば第１図に示
すような第１群Ｉと第２群IIとよりなり、第１群Ｉの像
側の面が正のパワーの球面であり、第２群IIの物体側の
面が同様に正のパワーの球面である。尚この第１図の例
では、第１群Ｉが平凸レンズでその平面側に絞りＳを設
け更にカバーガラスＣを配置してある。又第２群IIは平
凸レンズである。そして前記の条件（１），（２）を満
足するものである。

条件（１）は、瞳の球面収差を考慮して最大像高にお
ける出射主光線の傾角を小さくするための条件である。
第１図に示すレンズ系のようにパワーをもつ面が二つし
かなく、その両方共に球面である場合は、パワー配分を
変えることによりある程度瞳の球面収差の発生量をコン
トロールすることが出来る。しかし、広角にした場合、
瞳の球面収差の絶対量を減少させることは困難である。
そのため主光線の射出角を全像高にわたってある程度小
さくするためには最大像高における射出角がほぼ０°と
なるように絞り位置を近軸の前側焦点位置から収差の発
生量に相当する分だけ像面側に移動してやればよい。こ
の移動量をつまり前記のＬの値を条件（１）を満足する
範囲内にすれば、視野角度が90°以上であっても出射主
光線の傾角が小さくなる。

この条件（１）で下限の0.22以下であると像高が大き
くなるにつれて、出射主光線が光軸側に傾き又上限の0.
5より大になると出射主光線が光軸から離れる方向に傾
くため共にイメージガイドやリレー系での光量の損失が
増大し、又単板カラー固体撮像素子を用いた内視鏡では
色シェーディングが発生するので好ましくない。

条件（２）は、最大像高における主光線の傾きを殆ど
なくした時の中間像高における主光線の傾きを減少さ
せ、かつ瞳の収差と像の収差のバランスを適正にするた
めの条件である。

条件（１）を満足するようにして最大像高さにおける
出射主光線の傾きをなくしても、瞳の球面収差の影響に
より中間像高では仮想的な前側焦点位置が最大像高と異
なるために出射主光線は傾いてしまう。この様子を示し
たのが第19図である。尚この図において縦軸は像高、横
軸は主光線傾角で、出射後に光軸側に傾く場合を正とし
ている。このため、最大像高とともに中間像高でも主光
線の傾きを小さくするためには、瞳の球面収差の絶対量
を減少させねばならない。またこの収差の発生は主光線
が過度に屈折することによるものであるから、本発明の
対物レンズのように単純な構成のレンズ系では同時に樽
型歪曲収差の増大につながる。

条件（２）は、以上の点を考慮して設けたもので、第
２群のパワーを第１群のパワーよりもあまり強くしない
ようにして瞳の収差の発生を抑制するようにした。つま
りこの条件（２）を満足するようにすれば瞳の収差の発
生が少なく、像の球面収差の発生もそれ程大きくなら
ず、像に関しても瞳に関しても全体的に性能のバランス
のとれた対物レンズになし得る。

条件（２）の下限の1.4以下になると第２群のパワー
が強くなりすぎて瞳の収差が悪化し、第19図に示す曲線
の曲がりが増大して全ての像高にわたって出射主光線の
傾角を小さくすることが困難になり又歪曲収差も増大す
る。また条件（２）の上限の３を越えると第１群のパワ
ーが強くなりすぎて、像の球面収差が増加し結像性能が
劣化する。

本発明の対物レンズにおいて、収差を一層良好に補正
するためには平凸レンズに高屈折率の硝材を用いればよ
いが更に次の条件（３）を満足することが望ましい。

（３）ｄ₃/f＜0.4 ここでｄ₃は第１群の平凸レンズの曲面と第２群の平
凸レンズの曲面との間の間隔である。

この条件（３）を満足すれば、ペッツバール和もそれ
程大にならず又各面のパワーも小さくてすむので像に関
しても瞳に関しても収差の発生を最小限に抑えることが
出来る。またレンズの厚さを大きくとれるためにレンズ
加工上も有利である。

前述のような構成の本発明の対物レンズにおいて更に
非球面を導入すれば瞳の球面収差をコントロールする自
由度が大幅に増大するので、主光線の傾きを全像高にわ
たって小さくし、しかも球面系に比べて一層容易に瞳の
球面収差を除去し得る。

一般に非球面は次の式にて表わすことが出来る。

ここでx,yは光軸をｘ軸にとって像の方向を正方向に
とり、ｙ軸を面と光軸との交点を原点としてｘ軸に直行
した方向にとった座標の値、Ｃは光軸近傍でこの非球面
と接する円の曲率半径の逆数、Ｐは非球面の形状を表わ
すパラメーター、B,E,F,G…は夫々２次,4次,6次,8次…
の非球面係数である。

Ｐ＝１でB,E,F,G…がすべて０の場合は上記式は球面
を表す。

本発明の対物レンズは、前記従来例の特開昭61-16202
1号公報のものとは異なり、絞りより後方のレンズ系に
おける瞳の収差を補正することを目的とするものであ
る。したがってレンズ系のうちの絞りより後方の部分に
おいて、空間を境にしてその前後での瞳の収差と結像の
収差の影響を考慮し、これらの収差をバランス良く補正
する必要がある。そのために本発明の対物レンズでは、
前述のように空気間隔を挟んで前後を夫々第１群，第２
群として扱うことが妥当である。そして前述のように瞳
の収差をコントロールする自由度を増大させるために設
ける非球面は、第１群，第２群の正のパワーの屈折面に
導入することが望ましい。

そのため本発明では、絞りを挟んで物体側に平行平面
板を又像側に正のパワーの屈折面を有するレンズを配置
した第１群と更に物体側に正のパワーの屈折面を有する
第２群とにて構成し、第２群の物体側に非球面を有する
ことが望ましい。そしてそれは光軸から離れるにつれて
曲率が徐々に弱くなる部分を含んでいる非球面である。

更に前記のような第１群と第２群とからなる２群構成
であって、第１群の最も像側の面と第２群の最も物体側
の面が共に光軸から離れるにつれて曲率が徐々に弱くな
る部分を含んでいる非球面にすれば本発明の目的にかな
った対物レンズを実現する上で一層望ましい。

以上述べたように第２群又は第１群，第２群の両群に
非球面を用いて瞳の球面収差を一層少なくなし得るもの
である。しかしL/fおよびｆ₂/f₁を次の条件（１′），
（２′）の範囲内の値にすれば一層好ましい。

（１′） −0.5＜L/f＜0.3 （２′） 0.5＜ｆ₂/f₁＜３ 条件（１′）は瞳の球面収差の発生を制限するための
ものである。第２群に非球面を導入した場合、瞳の球面
収差を自由にコントロールすることが可能になる。又瞳
の球面収差を補正過剰にして歪曲収差をより一層少なく
することも可能である。この時、最大像高における主光
線の傾きを少なくするためには、L/f＜０にしなければ
ならない。このL/fの絶対値があまり大になると最大像
高において主光線の傾きがなくても、中間像高における
主光線の傾きが大きくなり好ましくない。したがって上
記の値は条件（１′）の下限の−0.5より大であること
が望ましい。しかし上限の0.3を越えると非球面を導入
した効果がなくなるため好ましくない。

条件（２′）は対物レンズの総合的な性能のバランス
をとるためのものである。

球面系の場合、瞳の収差の関係から第２群のパワーを
あまり小さくすることが出来ないので、ｆ₂/f₁を小さく
することが出来なかった。しかし第２群に非球面を用い
れば第２群のパワーを強くすることが可能である。その
ためｆ₂/f₁の値も小さくすることが可能になる。しかし
あまり小さくしすぎて0.5以下になると、瞳の球面収差
を除去した時に結像に関する軸外の収差が補正しきれな
くなるため好ましくない。

また条件（２′）の上限の３を越えると第１群のパワ
ーが強くなりすぎて、像の球面収差が増加し結像性能が
劣化する。

又前述のように第１群が正のパワーの球面を有し、第
２群のみが正のパワーの非球面を有する対物レンズの場
合は、次の条件（４）を満足することが望ましい。

（４） 0.5＜ｄ₂/|r₃｜＜1.7 ただしｒ₃は第１群の像側の面の曲率半径、ｄ₂は第１
群の平凸レンズの肉厚である。

この条件の上限又は下限を越えるといずれも第１群で
非点収差、コマ収差等の非対称性の収差の発生が大にな
り全系でもこれら収差を補正しきれないので好ましくな
い。

尚上記条件（４）の代りにｄ₂/|r₃｜が次の範囲を満
足すれば一層好ましい。

0.8＜ｄ₂/|r₃｜＜1.15 又第１群，第２群の両方共非球面を用いた対物レンズ
の場合、次の条件（５）を満足することが望ましい。

（５） 0.6＜ｄ₂/|r₃′｜＜２ 尚ｒ₃′は、第１群の凸面の光軸上での曲率半径を示
し、非球面の式において２次の係数ＢのみあるいはＢと
Ｃとの組合わせで表わされる場合もそれを曲率半径に換
算したものである。この換算曲率半径をｒ₃′とすると
下記のように表わされる。

ｒ₃′＝1/（2B＋Ｃ） 条件（５）の範囲を越えると第１群により発生する非
点収差，コマ収差等の非対称性の収差の発生が大きくな
りすぎ全系でもこれを補正出来ず好ましくない。1.2＜
ｄ₂/|r₃′｜＜1.5であれば更によい。

尚以上説明した第１群は絞りが平凸レンズの平面上に
配設されても第20図のようにそれから物体側へ離れて配
置されてもよい。又第１群の絞り側の面は平面でなくと
もよく、前記条件を満足する構成であれば、本発明の目
的を達成し得る。

［実施例］ 以上説明した本発明内視鏡用対物レンズの各実施例を
示す。

［実施例１］ ｆ＝1.000,F/2.023,2ω＝120° IH＝0.9063,物体距離＝−20.0000 ｒ₁＝∞ ｄ₁＝0.6012 ｎ₁＝1.88300 ν₁＝40.78 ｒ₂＝∞（絞り） ｄ₂＝1.3082 ｎ₂＝1.88300 ν₂＝40.78 ｒ₃＝−1.3978 ｄ₃＝0.2004 ｒ₄＝2.0967 ｄ₄＝1.7392 ｎ₃＝1.88300 ν₃＝40.78 ｒ₅＝∞ |L/f|＝0.221,f₂/f₁＝|r₄/r₃｜＝1.5 ［実施例２］ ｆ＝1.000,F/2.026,2ω＝140° IH＝1.0104,物体距離＝−20.0000 ｒ₁＝∞ ｄ₁＝0.6006 ｎ₁＝1.88300 ν₁＝40.78 ｒ₂＝∞（絞り） ｄ₂＝1.3012 ｎ₂＝1.88300 ν₂＝40.78 ｒ₃＝−1.3342 ｄ₃＝0.2004 ｒ₄＝2.2681 ｄ₄＝1.7277 ｎ₃＝1.88300 ν₃＝40.78 ｒ₅＝∞ |L/f|＝0.231,f₂/f₁＝|r₄/r₃｜＝1.7 ［実施例３］ ｆ＝1.000,F/2.000,2ω＝120° IH＝1.1378,物体距離＝−20.0000 ｒ₁＝∞ ｄ₁＝0.7644 ｎ₁＝1.88300 ν₁＝40.78 ｒ₂＝∞（絞り） ｄ₂＝1.2552 ｎ₂＝1.88300 ν₂＝40.78 ｒ₃＝−1.2552 ｄ₃＝0.6277 ｒ₄＝1.6626（非球面） ｄ₄＝1.1437 ｎ₃＝1.88300 ν₃＝40.78 ｒ₅＝∞ 非球面係数 Ｐ＝−2.5456 L/f＝0,f₂/f₁＝1.325,−（ｄ₂/r₃）＝１ （ｄ₂＋ｄ₃）/f₂＝１ ［実施例４］ ｆ＝1.000,F/2.335,2ω＝120° IH＝1.2913,物体距離＝−20.0000 ｒ₁＝∞ ｄ₁＝0.8675 ｎ₁＝1.88300 ν₁＝40.78 ｒ₂＝∞（絞り） ｄ₂＝1.3523 ｎ₂＝1.88300 ν₂＝40.78 ｒ₃＝−1.3523 ｄ₃＝0.5315 ｒ₄＝0.9727（非球面） ｄ₄＝1.0650 ｎ₃＝1.51633 ν₃＝64.15 ｒ₅＝∞ 非球面係数 Ｐ＝−1.2993 L/f＝0,f₂/f₁＝1.393,−（ｄ₂/r₃）＝１ （ｄ₂＋ｄ₃）/f₂＝１ ［実施例５］ ｆ＝1.000,F/2.003,2ω＝120° IH＝1.1299,物体距離＝−20.0000 ｒ₁＝∞ ｄ₁＝0.7591 ｎ₁＝1.88300 ν₁＝40.78 ｒ₂＝∞（絞り） ｄ₂＝1.1798 ｎ₂＝1.88300 ν₂＝40.78 ｒ₃＝−1.2525 ｄ₃＝0.6346 ｒ₄＝1.6541（非球面） ｄ₄＝1.1330 ｎ₃＝1.88300 ν₃＝40.78 ｒ₅＝∞ 非球面係数 Ｐ＝1.0000,E＝−0.16340 Ｆ＝0.10870,G＝−0.38057×10^-1 L/f＝0.035,f₂/f₁＝1.321 −（ｄ₂/r₃）＝0.942,（ｄ₂＋ｄ₃）/f₂＝0.969 ［実施例６］ ｆ＝1.000,F/2.006,2ω＝120° IH＝1.1424,物体距離＝−20.0000 ｒ₁＝∞ ｄ₁＝0.7675 ｎ₁＝1.88300 ν₁＝40.78 ｒ₂＝∞（絞り） ｄ₂＝1.4845 ｎ₂＝1.88300 ν₂＝40.78 ｒ₃＝−1.1544（非球面） ｄ₃＝0.7019 ｒ₄＝1.7406（非球面） ｄ₄＝0.9638 ｎ₃＝1.88300 ν₃＝40.78 ｒ₅＝∞ 非球面係数 Ｐ₃＝1.0000,E₃＝−0.15198×10^-1 Ｆ₃＝0.31605×10^-1,G₃＝0.5024×10^-1非球面係数 Ｐ₄＝1.0000,E₄＝−0.63804×10^-1 Ｆ₄＝0.25671×10^-2,G₄＝0.65556×10^-2 L/f＝−0.144,f₂/f₁＝1.508 −（ｄ₂/r₃）＝1.286,（ｄ₂＋ｄ₃）/f₂＝1.109 ［実施例７］ ｆ＝1.000,F/1.992,2ω＝120° IH＝1.0912,物体距離＝−20.0000 ｒ₁＝∞ ｄ₁＝0.7331 ｎ₁＝1.88300 ν₁＝40.78 ｒ₂＝∞（絞り） ｄ₂＝1.4544 ｎ₂＝1.88300 ν₂＝40.78 ｒ₃＝−1.1203（非球面） ｄ₃＝0.6803 ｒ₄＝1.9308（非球面） ｄ₄＝0.9692 ｎ₃＝1.88300 ν₃＝40.78 ｒ₅＝∞ 非球面係数 Ｐ₃＝1.0000,E₃＝−0.12612×10^-1 Ｆ₃＝0.38562×10^-1,G₃＝0.63516×10^-1非球面係数 Ｐ₄＝1.0000,E₄＝−0.90575×10^-1 Ｆ₄＝0.11785×10^-1,G₄＝0.42079×10^-2 L/f＝−0.084,f₂/f₁＝1.723 −（ｄ₂/r₃）＝1.298,（ｄ₂＋ｄ₃）/f₂＝0.976 ［実施例８］ ｆ＝1.000,F/1.983,2ω＝140° IH＝1.3506,物体距離＝−20.0000 ｒ₁＝∞ ｄ₁＝0.9093 ｎ₁＝1.88300 ν₁＝40.78 ｒ₂＝∞（絞り） ｄ₂＝1.5846 ｎ₂＝1.88300 ν₂＝40.78 ｒ₃＝−1.2763（非球面） ｄ₃＝0.6352 ｒ₄＝1.6087（非球面） ｄ₄＝1.1334 ｎ₃＝1.88300 ν₃＝40.78 ｒ₅＝∞ 非球面係数 Ｐ₃＝1.0000,E₃＝−0.28590×10^-1 Ｆ₃＝0.16884×10^-1,G₃＝0.26784×10^-1非球面係数 Ｐ₄＝1.0000,E₄＝−0.72682×10^-1 Ｆ₄＝−0.29955×10^-2， Ｇ₄＝−0.49935×10^-2 L/f＝−0.190,f₂/f₁＝1.260 −（ｄ₂/r₃）＝1.241,（ｄ₂＋ｄ₃）/f₂＝1.218 ただしｒ₁,r₂，…はレンズ各面の曲率半径、ｄ₁,d₂，
…は各レンズの肉厚および空気間隔、ｎ₁,n₂，…は各レ
ンズの屈折率，ν₁，ν₂，…は各レンズのアッベ数であ
る。

上記実施例のうち実施例１及び２は第１図及び第２図
に示すものですべて球面系のみで構成されたものであ
る。いずれの実施例も前記の条件（１），（２），
（３）を満足していて、本発明の目的にかなった内視鏡
用対物レンズである。

本発明の実施例３は、第３図に示す通りのレンズ構成
である。本発明の構成のレンズ系で、瞳の収差に最も影
響するのは第２群の凸面である。そのためにこの面を非
球面にすることによって瞳の球面収差を除去することが
可能である。この実施例では、第１群を平凸の球面レン
ズにし、絞りをその球心に配置し又第２群を平凸レンズ
にしてその凸面を双曲面にした。このレンズ系の絞りの
中心は、第１群の球面の不遊点であるため、この球面に
よる瞳の球面収差は全く発生しない。第２群の双曲面
は、非球面の式の２次の非球面係数Ｂおよび高次の非球
面係数を０とし、Ｐ＜０としたもので次の式で表わされ
る。

第２群の平凸レンズの硝材をｎ₄とすると上記の式の
ＰをＰ＝１−ｎ₄ ²とすれば、平凸レンズにおいて平面側
の無限遠物点に対して光線高によらず球面収差を完全に
除去できる。

この実施例３は、第１群において不遊点を、第２群に
おいて球面収差のない非球面平凸レンズを用い、更に下
記の式を満足するようにして絞り位置と前側焦点位置を
一致させ、瞳の球面収差を完全に除去し、全像高にわた
って射出瞳を無限遠にして主光線の傾きを完全に除去し
ている。

（ｄ₂＋ｄ₃）/f₂＝１ ただし上記式でｄ₂は第１群の平凸レンズの中肉厚、
ｄ₃は第１群と第２群の空気間隔、ｆ₂は第２群の焦点距
離である。

又この実施例は、歪曲収差も可成り良好に補正されて
いる。球面系のテレセントリックな光学系の最大像高に
おける歪曲収差は、半画角をωとすると100（１−cos
ω）［％］と云う式で近似され、ω＝60°とすると−50
％になる。この実施例は、半画角が60°であるが、最大
像高における歪曲収差は−33.7％であって、球面収差と
比較してかなり減少している。

これは第２群に非球面を用いたことによって、第２群
の凸面の曲率が光軸から離れるにつれて弱まっているた
め、視野角および全系の焦点距離を同一にした場合、球
面系と比較してより像高を高めることが出来るためであ
る。

以上のようにこの実施例は、瞳の収差を良好に補正し
得ると同時に結像に関する収差も良好に補正されてい
る。

球面収差に関しては、第２群の凸面を通過するマージ
ナル光線の光線高が低く、非球面を用いたことによる影
響をほとんど受けることがないので、前述の球面系の場
合と同様に考えてよい。したがって第１群のパワーが第
２群のパワーに比べて相対的に強くなりすぎないように
すればよい。この実施例では、ｆ₂/f₁＝1.325であり、
第１群のパワーが必要以上に強くならないようにしてい
る。

非点収差，コマ収差に関しては、第２群の凸面に用い
た非球面により影響を受ける。しかし本発明の構成の場
合、絞りが第１群の凸面の球心付近に配置されることが
多く第１群の凸面での非点収差，コマ収差の発生はほと
んどない。しかし第２群の凸面では、通常３次のザイデ
ル係数が正であり、非点収差，コマ収差は補正過剰の傾
向を有する。したがって非球面を含まない場合は、メリ
ジオナル像面がサジタル像面より正の側にくることを利
用して平均的な像面の曲がりを極力抑えるような設計が
多い。この場合非点隔差が増大し、又コマ収差は補正過
剰になり外コマの傾向になる。

この実施例では、瞳の収差を補正するために第２群の
凸面に非球面を用いたが、この非球面が同時に非点収差
やコマ収差の補正に良好な作用をする。この非球面は光
軸から離れるにしたがって曲率が弱くなる傾向を有する
ために、像高の高いところでの非点収差，コマ収差の補
正過剰の傾向を弱めることが出来る。そのためにこの実
施例では、像高が高くなっても非点隔差はそれ程大きく
ならず、サジタル、メリジオナルを平均した像面の曲が
りは十分小さくなっており、又コマ収差も良好に補正さ
れている。

実施例４は、第４図に示すようなレンズ構成で、実施
例３と同様の構成であるが第２群の非球面平凸レンズの
屈折率を低くしたものである。この実施例のω＝60°の
時の歪曲収差は、−24.7％であり、実施例３よりも一層
歪曲収差が除去されている。これは屈折率を低くしたこ
とにより主光線のレンズへの入射角をより大きくする必
要があり、非球面を示す式におけるｘの値のより大きな
部分での屈折を使用することになり結果として像高が高
くなるからである。このようにフイールドレンズとして
の作用を有するレンズを非球面レンズにした場合、その
屈折率を下げることによって大きな歪曲収差の補正が可
能になる。しかし非球面化の度合いの強い部分を使用す
ることになるので、像高の低い部分と高い部分で非点収
差の発生の度合いに大きな差が生じメリジオナル像面が
中間像高において正の側へふくらむ傾向が強くなる。

実施例５は、第５図に示すレンズ構成で、基本的には
実施例３とほぼ同じである。つまり第１群の凸面の球心
付近に絞りを配設し、第２群の凸面は双曲面ではなく任
意の多項式で表わされるものであるが、有効径内での形
状は、ほぼ双曲面に近く、光軸から離れるにしたがって
曲率が弱まるものである。それは実施例3,4のように瞳
の球面収差を全像高にわたって完全に除去しなくともよ
いからである。像高の低い部分に関しては、ある程度瞳
の球面収差を発生させても主光線の傾きはそれ程大きく
はならないので、第２群の非球面は厳密には光軸から離
れるにしたがって常に曲率が弱まる傾向にあるものでな
くともよく、像高が高い部分での主光線が非球面を通過
する光線高において曲率が確実に光軸上での曲率に対し
て弱まっていれば十分である。

以上の実施例３乃至実施例５は、球面を有する第１群
と非球面を設けた第２群よりなりいずれも非点収差，コ
マ収差の発生を抑えるために前記の条件（４）を満足し
ている。

実施例６乃至実施例８は、夫々第６図乃至第８図に示
す通りである。これら実施例は第２群の凸面に加えて更
に第１群の凸面にも非球面を用いたものである。これら
の実施例も瞳の収差に主として影響を与えるものは、第
２群の凸面である。したがってこの面の形状は、光軸か
ら離れる部分でかつ実際に光線が通る部分が光軸上より
も曲率が弱くなっている。この第２群の非球面化によっ
てメリジオナル像面が正の側へふくらむ傾向を生ずる。
この傾向が強まると像高の高いところでメリジオナル像
面が急激に変化し好ましくない。そのため第１群の凸面
を非球面とすることによりこの傾向を補正するようにし
た。

非点収差に関する第２群の非球面の作用は像高が低い
部分では補正過剰の傾向にあり、像高が高い部分では補
正過剰の度合いは弱まっている。そのため中間像高にお
けるメリジオナル像面のふくらみを抑えかつメリジオナ
ル像面全体を近軸像面に近づけるためには第１群におい
て像高の小さい部分では非点収差を補正不足気味にし、
像高の大きい部分で補正過剰気味になるようにすればよ
い。第１群において絞りを凸面の球心から左右のどちら
にずらしても像高の小さい部分での非点収差を補正不足
の傾向にすることが可能である。しかし非球面化によっ
て像高の高い部分で補正過剰の傾向を作り出す場合光軸
から離れた部分で曲率が弱くなるようにする必要があ
る。そのため絞りを凸面の球心からずらす場合、凸面の
曲率をｒ₃、平凸レンズの肉厚をｄ₂とすると、ｄ₂/|r₃
｜＞１となる側へ絞りを移動するのが好ましい。このよ
うにした上で凸面を光軸から離れた所で曲率が弱まる非
球面にすれば対物レンズ全体でメリジオナル像面のふく
らみを抑えかつメリジオナル像面全体を近軸像面に近づ
けることが可能になる。この場合第１群の非球面は、光
軸から離れるにしたがって常に曲率が弱まる傾向である
必要はなく、収差補正上の作用から考え中間像高の主光
線が通る部分では、逆に曲率が強まる非球面にし中間像
高における非点収差に対して補正不足の傾向をより強め
てもよい。ただし最大像高の主光線が通る部分では、少
なくとも曲率が光軸上よりも弱くなっていることが必要
である。

以上のように実施例６〜８のような第２群に加えて第
１群にも非球面を用いた場合、前述のように条件（５）
を満足することが好ましく、上記実施例もこれを満足し
ている。

本発明対物レンズの第１群の平凸レンズの屈折率は、
ペッツバール和および第１群での球面収差、瞳の周辺を
通る軸外光線の収差等を考慮して1.65以上であることが
望ましい。このことは、第１群が球面系であるか非球面
を用いるかには関係ない。

又実施例３〜８のように第２群に非球面を用いる場
合、この非球面は、瞳の収差を最大像高まで十分に補正
するためにその非球面化の度合いが十分大きいことが望
ましい。十分大きな視野角を得るためには、第１群の主
光線の屈折力を考慮して第２群における仮想的な瞳の開
口数を少なくとも0.5程度は確保する必要がある。その
ため第２群の非球面形状は、非球面を表わす式のｙを面
のパワーで規格化した値ｙ₄（ｎ₄−１）/r₄′が0.5のと
ころで十分に非球面化されていればよい。尚ｒ₄′は第
２群の非球面の光軸上の換算曲率でｒ₄′＝1/（2B₄＋Ｃ
₄）である。

又非球面化の度合いはΔｘ₄は次の式で定義されるも
のである。

このΔｘ₄を面のパワーで規格化した値Δｘ₄（ｎ₄−
１）/r₄′が、ｙ₄（ｎ₄−１）/r₄′＝0.5の時に次の式
を満足すればよい。

Δｘ（ｎ−１）/r₄′＜−0.01 上記の式で、符号が負になっているのは、ｘの値が像
の方向を正にとっているためである。したがって上記式
の不等号は、非球面の度合いが強くなる方向であること
を示している。

以上のレンズ系中に非球面も用いた本発明対物レンズ
の場合も、第20図のように絞りと第１群の絞り側の面と
は離れてもよい。。この場合、ｄ₂の値は、第１群の中
肉厚ではなく、絞りから第１群の像側を向いた凸面まで
距離をこの凸面を有するレンズの屈折率で換算した値に
すればよい。

［発明の効果］ 本発明の内視鏡対物レンズは、以上説明した構成にし
て、視野角を広角化にしても主光線の傾きを小さく出
来、又瞳の収差と結像の収差をバランスよく補正し得る
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図はそれぞれ本発明の実施例１乃至８の
断面図、第９図乃至第16図は本発明の実施例１乃至８の
収差曲線図、第17図、第18図は従来の内視鏡用対物レン
ズの断面図、第19図は出射主光線傾角の曲線図、第20図
は本発明対物レンズの第１群から絞りを離した例を示す
図である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体側から順に、絞りと、第１群と第２群
   とからなり、前記第１群の最も像側の面と前記第２群の
   最も物体側の面とが共に正のパワーを持ち、各レンズ群
   が非球面を含まず、以下の条件を満足する内視鏡用対物
   レンズ。 （１）0.22＜L/f＜0.5 （２）1.4＜ｆ₂/f₁＜３ ただし、Ｌは全系の前側焦点位置から絞りまでの空気換
   算長、ｆは全系の焦点距離、ｆ₁は第１群の焦点距離、
   ｆ₂は第２群の焦点距離である。
2. 【請求項２】第１群と第２群とが各々平凸レンズからな
   り、更に以下の条件を満足する請求項１の内視鏡用対物
   レンズ。 ｄ₃/f＜0.4 但し、ｄ₃は前記第１群の平凸レンズの曲面と第２群の
   平凸レンズの曲面との間の間隔である。