JP2920670B2

JP2920670B2 - 内視鏡対物レンズ

Info

Publication number: JP2920670B2
Application number: JP2243790A
Authority: JP
Inventors: 勉五十嵐
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-10-13
Filing date: 1990-09-17
Publication date: 1999-07-19
Anticipated expiration: 2014-07-19
Also published as: JPH03200911A; US5119238A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ほぼテレセントリックな内視鏡対物レンズ
で、特にテレセントリック系において発生する負の歪曲
収差を補正しつつ比較的小型に構成した対物光学系に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来から知られているように、ファイバースコープ、
内視鏡、単板カラー固体撮像素子を使用したビデオスコ
ープに用いる対物光学系は、テレセントリック系である
ことが要求される。またテレセントリックな内視鏡対物
光学系は、広角になるにつれて大きな歪曲収差が発生す
ることが一般に知られている。

瞳の結像に関して正弦条件が成立ち入射瞳および射出
瞳に球面収差がない場合、入射瞳への主光線の入射角θ
_１と歪曲収差Ｄ（θ_１）との関係は、近軸瞳倍率β_Ｅを
パラメーターとして次の式（ｉ）で表わすことが出来
る。

厳密にテレセントリックである対物光学系は、近軸瞳
倍率の絶対値が無限大になるため、歪曲収差が次の式
（ii）のようになり、したがって負の歪曲収差が発生す
る。

Ｄ（θ_１）＝100×〔cosθ_１−１〕（％）（ii）通常の設計においては、テレセントリック系といって
も厳密に近軸瞳倍率β_Ｅを無限大にする必要はないが、
近軸瞳倍率の絶対値｜β_E|を２より大にしなければなら
ない。もしも｜β_E|＜２になった場合、テレセントリッ
クの条件からの外れが大きくなりすぎて、内視鏡用対物
光学系として使用出来なくなる。

このような対物光学系は、テレセントリック性を有す
るので大きな負の歪曲収差が発生する。この歪曲収差を
非球面を用いて瞳の結像関係を変化させることにより補
正を行なう方法が提案されている。

像面わん曲を補正するためにレトロフォーカス型のレ
ンズ構成をとりつつ、更に歪曲収差を減少させるために
非球面を用いたほぼテレセントリックな内視鏡対物レン
ズの従来例として、特開昭60−169818号公報および特開
昭61−162021号公報に記載されたレンズ系が知られてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来例のうち特開昭60−169818号公報に記載され
たレンズ系は、絞りの前の前群のみに非球面を用いて歪
曲収差を補正している。しかし前群のみに非球面を用い
たレンズ系は、像高に比べてレンズの外径が大になり、
これは前記公報に記載された実施例からも明らかであ
る。それは、前群にて元々発生している負の歪曲収差を
非球面を用いることにより補正することが他の諸収差特
に子午像面の曲がりに大きな悪影響を与えることに起因
していると考えられる。そのため前群の負のパワーを強
めてレンズ系を小型にしようとすると子午像面の曲がり
等の歪曲収差以外の収差が悪化しレンズ系の使用が不可
能になる。

特開昭61−162021号公報のレンズ系は、前記レンズ系
の欠点を解消するため、絞りより前の前群と絞りより後
の後群に夫々に非球面を用いて、歪曲収差と像面わん曲
を同時に補正したものである。このように前群に加えて
後群にも非球面を設けて、負の歪曲収差を補正しつつ非
球面を設けたことによる像面わん曲への影響を前群と後
群とで補正するようにし、特開昭60−169818号のレンズ
系よりも各群のパワーを強くすることが可能になり、小
型化をはかることが出来る。しかしペッツバール和を補
正するためにレンズ系をレトロフォーカス型にした時
は、前群の非球面レンズによる影響が生ずる。

レトロフォーカス型の内視鏡対物レンズは、最も物体
側のレンズが負のレンズで、光学系の小型化をはかると
この負レンズのパワーが必然的に強くなる。前記特開昭
61−162021号公報の記載によれば、前群に用いる非球面
の位置は、歪曲収差補正のため物体に近いことが望まれ
る。つまり最も物体側の強い負のパワーを有するレンズ
を非球面レンズにせざるを得ず、この従来例の実施例中
レトロフォーカス型のレンズ系は、すべてが最も物体側
の負レンズが非球面レンズである。このように最も物体
側の負レンズを非球面レンズにする場合、そのどちらの
面を非球面にしても以下述べるような問題が生ずる。

最も物体側の面を非球面とすると、内視鏡特有の水き
れ性が悪化する。水きれ性とは、内視鏡先端のレンズの
表面に、水や粘液等が付着した場合の、表面に残りにく
さを云い、医療用内視鏡の使用の多くを占める消化器分
野では、送気、送水等の内視鏡先端部を洗浄する機能を
含めて総合的に評価される。この水きれ性が悪いと、対
物レンズの外面に水等が残った時に、送気、送水等の操
作を行なっても、レンズ表面から水を除去できず、正常
な観察が不可能になる。このように水きれ性が良いこと
は内視鏡にとって非常に重要な要件である。

レンズ表面が、前記従来例の実施例のように物体側に
凸の非球面である場合、レンズ最周辺の傾きが大きいた
め、第21図に示すようにレンズ１とレンズ固定枠２の境
界付近のくぼみに水や粘液３が残りやすい。また前記非
球面は、曲率が周辺部で大きく変化する形状であるた
め、第22図に示すように送気や送水時の空気や水のスム
ーズな流れが阻害され、レンズ周辺部に残った水などの
除去が困難となる。そのためレンズ表面に粘液等が付着
する場合の多い医療用内視鏡に、従来例の対物レンズを
用いることは困難である。

次に最も物体側の負レンズの像側の面を非球面とする
と、非球面のレンズの加工性が悪化する。レンズ系の小
型化のために、最も物体側の負レンズは、強い負のパワ
ーを持つ必要がある。対物レンズの前面を凹面にするこ
とは、歪曲収差の補正上又異物がたまりやすい等、内視
鏡の機能上好ましくない。したがって必然的に負レンズ
の像側の面は負の強いパワーにせざるを得ない。この強
いパワーの凹面を非球面とし、かつ歪曲収差を補正する
ためにその非球面化の度合いを非常に大きなものにする
と、この非球面レンズをプレス成形により高精度に加工
することが困難になる。このような非球面レンズをプレ
ス成形する場合の母材はプレス時の大変形による面精度
の悪化をさけるために、非球面にある程度適合する球面
を持つように予め加工しておき、プレス時における変形
量をなるべく小さくし、金型とガラスの間の応力のかた
よりを防ぐ工夫をされることが多い。しかし元の非球面
化の度合いが大きすぎると、又面が凹面でレンズの肉厚
の変化が激しいと、プレス加工時の応力のかたよりを小
さく出来ず、このような形状のレンズは、予め加工した
母材を用いる工夫をしても、高度な面精度を保ちつつプ
レス加工を行なうことが困難である。

尚、非球面レンズの加工は、プレス成形以外の方法も
あるが量産性が悪く、コスト高になる等により、適用で
きる非球面の自由度が少なく、一般的とはいえない。し
たがって本発明のレンズ系で用いる非球面レンズの加工
は、プレス成形以外は考えられない。

本発明の目的は、比較的コンパクトで、歪曲収差が良
好に補正されたテレセントリックな対物光学系を提供す
ることにある。

更に本発明の目的は、像面わん曲を充分補正できる内
視鏡対物レンズを提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の内視鏡対物レンズは、明るさ絞りと、絞りよ
り後方に設けられている正の屈折力のレンズ群からなる
ほぼテレセントリックなレンズ系で正の屈折力を有する
レンズ群中に次の条件（１）を満足する非球面を少くと
も１面有しているレンズ系である。

（１） E₁′（n_i-1−n_i）＞０ただしE_i′は上記非球面の４次の非球面係数、n_i-1,n
_iは夫々上記非球面の物体側および像側の媒質の屈折率
である。

本発明の内視鏡対物レンズは、上記の構成に加えて明
るさ絞りの物体側に負レンズを含むレンズ群を配置する
ことが出来る。この場合は次の条件（２）を満足するこ
とが望ましい。

（２）ただしωは対物レンズの半画角、Ｉは最大像高、ｆは
対物レンズの焦点距離である。

以下上記の本発明の内視鏡対物レンズについて詳細に
説明する。

先づ本発明の対物レンズで用いられる非球面について
説明する。

本発明の対物レンズで用いる非球面は、次の式（ii
i）で表わされる。

ここで、x,yは、第23図に示すように光軸をｘ軸にと
りその像の方向を正、光軸と垂直な方向をｙ軸にとった
もので、面と光軸との交点を原点としている。またｒは
２次曲面項における曲率半径、ｐは円錐定数、B,E,F,G
…は夫々２次、４次、６次、８次…の非球面係数であ
る。

しかし本発明では、次に述べる収差補正に関連して、
非球面を表わす式（iii）を球面項と非球面項とに分け
て示した方が好ましいので、以後非球面を表わす式とし
て次の（iv）式を用いて説明する。

ただしｒ′は非球面の基準球面（面頂において非球面
に接する球面）の曲率半径、Ｅ′,F′,G′，…は夫々変
換後の４次、６次、８次、…の非球面係数である。

式（iii）においてＰ＝１かつＢ＝０の場合は式（i
v）に変換する必要がなくＥ＝Ｅ′,F＝Ｆ′,G＝Ｇ′で
ある。しかしそれ以外ではＥ≠Ｅ′,F≠Ｆ′,G≠Ｇ′…
となる。

次に前述の構成について説明する。

内視鏡対物レンズは、組合わせるイメージガイドや固
体撮像素子の画素数等との兼ね合いで、像面湾曲の補正
された高性能なタイプと、像面湾曲の補正されていない
簡単なタイプの二つのタイプがある。これら二つのタイ
プの対物レンズは、いずれも歪曲収差が十分補正される
必要がある。しかし従来の対物レンズと同じように明る
さ絞りの前にレンズ群を配置し、このレンズ群中に非球
面を設けて歪曲収差を補正すると、先に述べたような問
題が生ずる。

本発明の対物レンズは、明るさ絞りの後のレンズにの
み非球面を設けて歪曲収差を補正するようにしている。
このように非球面の位置を限定した場合に必要になるの
が条件（１）である。

次にこの条件（１）について説明する。

非球面により生ずる歪曲収差ΔV_iと非点収差ΔIII_iと
は、４次の非球面係数E_iを用いて次のように表わすこと
が出来る。

ΔV_i＝8h_i▲▼^３・E_i′（n_i-1−n_i）（ｖ） ΔIII_i＝8h_i ²h_i ²・E_i′（n_i-1−n_i）（vi）ただし、h_i,▲▼は夫々第ｉ番目の面における近
軸マージナル光線高および近軸主光線高、ΔV_i,ΔIII_i
は夫々４次の非球面係数E_iにより生ずる３次の歪曲収差
係数および３次の非点収差係数である。

上記の式（ｖ），（vi）より明らかなように、h_i,▲
▼の符号の関係から、前群ではΔV_iとΔIII_iとが異
符号になり、又後群ではΔV_iとΔIII_iとが同符号にな
る。

テレセントリックな内視鏡対物レンズ系は、負の歪曲
収差が発生し、又上記レンズ系の後群は、全体として正
の屈折力を保ちながら主光線を大きく屈折させるため負
の非点収差が大きく発生する。そのため後群に非球面を
用いて歪曲収差を補正すれば、同時に負の非点収差も補
正できる。

後群で非球面を用いて負の歪曲収差を補正するために
後群にてΔV_i＞０になるようにするためには、上記非球
面を前記の条件（１）を満足するようにすればよい。

本発明のレンズ系で、後群中に設ける非球面は、一つ
でもよく又複数でもよい。しかし、条件（１）を満足す
る非球面が少なくとも１面ないと歪曲収差を補正するこ
とが出来ない。

更に歪曲収差の補正量を考えると、後群中の各々の非
球面のE_i′（n_i-1−n_i）の値の和ΣE_i′（n_i-1−n_i）が
次の条件を満足することが望ましい。

（３） ΣE_i′（n_i-1−n_i）・f³＞0.001 上記の条件（３）を満足しないと、歪曲収差の補正量
が小さすぎて歪曲収差を十分良好に補正出来ない。

更に次の条件（４）を満足すれば一層好ましい。

（４） ΣE_i′（n_i-1−n_i）・f³＞0.01 後群中の非球面の配置は、先に述べた非球面の収差係
数に関する式（ｖ），（vi）における光線高の次数から
考えると、マージナル光線高および主光線高の低すぎな
い面に用いるのが歪曲収差と非点収差を補正するために
は望ましい。

非球面におけるマージナル光線高をh_m、最大像高の主
光線高をh_c、絞り半径をr_s、最大像高をＩとする時、次
の条件（５）、（６）を同時に満足する位置に非球面を
配置することが歪曲収差と非点収差とを良好に補正する
上で望ましい。

（５） |h_m/r_s|＞0.5 （６） |h_c/I|＞0.5 条件（５）、（６）から外れる位置に非球面を配置す
ると、非球面度を大きくしても十分な収差補正の作用が
得られず好ましくない。

上記条件を満足する位置は、絞りに最も近いレンズよ
りも像側でかつ像位置に近すぎない位置である。

更に非球面は、正の屈折力を有する面に設けることが
好ましい。内視鏡対物レンズは、広角化が望まれるため
後群中に強い正のパワーの屈折面を設けなければなら
ず、これらの面で大きな収差が発生する。これらの面を
非球面にしてその面自体で発生する収差の量を減少させ
れば全系の収差補正が容易になる。そのため非球面の近
軸パワーｆ（n_i-1−n_i）/r_i′があるレベル以上に強い
ことが望ましく、その値が0.1以上であれば全系のパワ
ーを十分保ちつつ収差を良好に補正できる。

またコマ収差の発生をできるだけ抑えるためには、像
側に凸の形状を有する面を非球面にするのが望ましい。

本発明の対物レンズにおける絞りより後の後群は、単
レンズまたは接合レンズによる３群構成より構成するこ
とが出来るが、特に物体側から順に正の群と像側の面が
正の屈折力を有する正の群と物体側の面が正の屈折力を
有する正の群とより構成することが望ましい。

内視鏡対物レンズは、比較的簡単な構成のものでも、
画角が広いため、絞りの後のレンズ群も主光線を強く曲
げるだけの屈折力が必要になる。そのためこのレンズ群
が２群構成では軸外収差のもともとの発生量が大にな
り、非球面を用いても軸外収差の補正が難しくなる。ま
たこのレンズ群を４群構成以上にすると、対物レンズを
配置する空間が少ないため加工性の悪いレンズ形状にな
らざるを得ない。

次に絞りの前に、負レンズを含むレンズ群（前群）を
設けた対物レンズについて説明する。

負レンズを絞りの前に設けると、対物レンズ全体がレ
トロフォーカス型になり、像面湾曲の補正が行ない易
い。しかしこのようなレンズ群は、前群において負の歪
曲収差が発生するので、前群を単レンズで構成する場
合、その物体側の面が正の屈折力になるよにレンズをベ
ンディングさせることが歪曲収差、非点収差、コマ収差
を補正する上で好ましい。

絞りの前にレンズ群を有する対物レンズは、前述の条
件（２）を満足することが望ましい。この条件（２）
は、絞りの前に負レンズを含むレンズ群を設けて像面湾
曲を補正しながら歪曲収差をより一層良好に補正するた
めに必要なものである。

従来のテレセントリックな内視鏡対物レンズは、一般
にＩ＝fsinωと云う歪曲特性を有している。そのため大
きな負の歪曲収差が生ずる。この歪曲収差を非球面を用
いて補正しても歪曲特性がでは、実質上補正が十分なされたとはいえない。そのた
め少なくともを満足するレベルまで歪曲収差を補正しなければならな
い。

写真レンズ等の歪曲収差のないレンズ糸は、一般にの関係を満足する。そのため、を満足するまで歪曲収差を補正すると逆に正の歪曲収差
が問題になる。そのために前述の条件（２）を満足する
ことが好ましい。

条件（２）から外れると歪曲収差を補正しつつ他の収
差を良好に補正し又レンズの加工性等を良好に保つこと
が困難になる。

本発明は、その目的を達成するための手段として、大
きくわけて二つの構成を含んでいる。一つは後群中にの
み非球面を設けることと、他の構成は前群中に負レンズ
のほかに正レンズを含むものである。

後者のように前群中に正レンズを含ませると、この正
レンズによる主光線の屈折により前群中でも歪曲収差を
補正することが可能になる。これにより歪曲収差の補正
のレベルを高めることが出来、又は前群中に正レンズを
用いないレンズ系と同じレベルの歪曲収差のレンズ系の
場合、後群中の非球面による収差補正作用の負担が軽減
され、この非球面レンズの加工性を改善することが出来
る。又前群中に正レンズを設けた場合、前群にも非球面
を設けることが出来る。しかしこの非球面は単独で収差
補正作用を負担するわけではないので、非球面化の度合
を減らすことが出来、加工性を改善出来る。又水きれ性
の問題も、レンズの周辺の傾きを減らすことにより改善
出来る。前群中に非球面を用いることは、収差補正にと
って好ましいので、非球面レンズの加工性と水きれ性の
悪化が解消されれば前群に非球面を用いることは好まし
い。そのため前群中に正レンズを含むことによって、後
群のみに非球面を配置しても良好な性能のレンズ系が得
られ、更に前群中に非球面を配置してもよい。

〔実施例〕

次に本発明の内視鏡対物レンズの各実施例を示す。

実施例１ｆ＝1.000,F/2.120,2ω＝120゜ IH＝1.1787,物体距離＝−15.0000 近軸倍率β_Ｅ＝−2.444 r₁＝∞ d₁＝0.5797 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝∞（絞り） d₂＝0.9697 n₂＝1.72916 ν_２＝54.68 r₃＝−1.4844 d₃＝0.1932 r₄＝∞ d₄＝1.0771 n₃＝1.56384 ν_３＝60.69 r₅＝−0.7176（非球面） d₅＝0.1932 r₆＝3.1282 d₆＝0.6803 n₄＝1.51633 ν_４＝64.15 r₇＝∞ 非球面係数Ｐ＝−0.8791, E_i′（n_i-1−n_i）f³＝0.358 hm/r_s＝0.630,hc/I＝0.823 ω〔rad〕＝1.047,0.9tan（ω/0.9）＝2.086 I/f＝1.179,平均屈折率＝1.603 ｆ（n_i-1−n_i）/r_i′（非球面の近軸パワー）＝0.786 実施例２ｆ＝1.000,F/2.341,2ω＝120゜ IH＝1.1650,物体距離＝−15.0000 β_Ｅ＝−10.065 r₁＝2.3920 d₁＝0.6460 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝0.7383 d₂＝0.7384 r₃＝∞（絞り） d₃＝0.8490 n₂＝1.72916 ν_２＝54.68 r₄＝−1.1111 d₄＝0.1846 r₅＝∞ d₅＝1.4950 n₃＝1.56384 ν_３＝60.69 r₆＝−1.4765（非球面） d₆＝0.1846 r₇＝2.9992 d₇＝1.2366 n₄＝1.72916 ν_４＝54.68 r₈＝∞ 非球面係数Ｐ＝−4.7000, E_i′（n_i-1−n_i）f³＝0.125 hm/r_s＝0.704,hc/I＝0.829 ω〔rad〕＝1.047,0.9tan（ω/0.9）＝2.086 I/f＝1.165,平均屈折率＝1.635 ｆ（n_i-1−n_i）/r_i′＝0.382 実施例３ｆ＝1.000,F/2.311,2ω＝140゜ IH＝1.2400,物体距離＝−15.0000 β_Ｅ＝−139.742 r₁＝2.6385 d₁＝0.7126 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝0.8144 d₂＝0.5293 r₃＝∞（絞り） d₃＝0.9365 n₂＝1.72916 ν_２＝54.68 r₄＝−1.0851 d₄＝0.2036 r₅＝∞ d₅＝0.9569 n₃＝1.56384 ν_３＝60.69 r₆＝−1.6287（非球面） d₆＝0.2036 r₇＝2.9358 d₇＝1.3838 n₄＝1.72916 ν_４＝54.68 r₈＝∞ 非球面係数Ｐ＝−4.7000, E_i′（n_i-1−n_i）f³＝0.093 hm/r_s＝0.842,hc/I＝0.788 ω〔rad〕＝1.222,0.9tan（ω/0.9）＝4.155 I/f＝1.240,平均屈折率＝1.635 ｆ（n_i-1−n_i）/r_i′＝0.346 実施例４ｆ＝1.000,F/2.364,2ω＝120゜ IH＝1.2837,物体距離＝−15.0000 β_Ｅ＝−3.925 r₁＝3.3290 d₁＝0.6773 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝0.6504 d₂＝0.8314 r₃＝23.3180（絞り） d₃＝0.8938 n₂＝1.72916 ν_２＝54.68 r₄＝−1.2384 d₄＝0.4879 r₅＝−26.3472 d₅＝1.8788 n₃＝1.56384 ν_３＝60.69 r₆＝−1.1977（非球面） d₆＝0.2165 r₇＝4.6120 d₇＝1.4349 n₄＝1.72916 ν_４＝54.68 r₈＝∞ 非球面係数Ｐ＝−0.9042,B＝0,E＝0.11599×10^-1 Ｆ＝0.94886×10^-2,G＝0.23421×10^-2 E_i′（n_i-1−n_i）f³＝0.085 hm/r_s＝0.700,hc/I＝0.861 ω〔rad〕＝1.047,0.9tan（ω/0.9）＝2.086 I/f＝1.284,平均屈折率＝1.635 ｆ（n_i-1−n_i）/r_i′＝0.471 実施例５ｆ＝1.000,F/2.354,2ω＝120゜ IH＝1.1589,物体距離＝−15.0000 β_Ｅ＝−6.150 r₁＝2.6205 d₁＝0.6649 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝0.7599 d₂＝0.7599 r₃＝−7.2793（絞り） d₃＝0.9670 n₂＝1.72916 ν_２＝54.68 r₄＝−1.1351 d₄＝0.1900 r₅＝7.3799 d₅＝1.8920 n₃＝1.72916 ν_３＝54.68 r₆＝−3.9718 d₆＝0.1900 r₇＝1.4480（非球面） d₇＝1.1522 n₄＝1.56384 ν_４＝60.69 r₈＝∞ 非球面係数Ｐ＝−5.2256, E_i′（n_i-1−n_i）f³＝0.145 hm/r_s＝0.552,hc/I＝1.000 ω〔rad〕＝1.047,0.9tan（ω/0.9）＝2.086 I/f＝1.159,平均屈折率＝1.635 ｆ（n_i-1−n_i）/r_i′＝0.389 実施例６ｆ＝1.000,F/2.230,2ω＝132.8゜ IH＝1.2587,物体距離＝−13.9860 β_Ｅ＝−12.540 r₁＝11.8881 d₁＝0.5594 n₁＝1.88300 ν_１＝40.78 r₂＝1.2769 d₂＝0.7832 r₃＝−16.4783 d₃＝0.8392 n₂＝1.83350 ν_２＝21.00 r₄＝−2.5762 d₄＝0.4336 r₅＝∞（絞り） d₅＝0.0420 d₆＝∞ d₆＝1.1469 n₃＝1.72916 ν_３＝54.68 r₇＝−1.4238 d₇＝0.4196 n₄＝1.83350 ν_４＝21.00 r₈＝−5.1105 d₈＝0.1399 r₉＝∞ d₉＝1.7762 n₅＝1.56384 ν_５＝60.69 r₁₀＝−1.5832（非球面） d₁₀＝0.2797 r₁₁＝4.0643 d₁₁＝1.9580 n₆＝1.72916 ν_６＝54.68 r₁₂＝−2.2727 d₁₂＝0.9091 n₇＝1.83350 ν_７＝21.00 r₁₃＝∞ 非球面係数Ｐ＝0.1170,B＝0,E＝−0.55925×10^-2 Ｆ＝0.14314×10^-1,G＝−0.21685×10^-2 E_i′（n_i-1−n_i）f³＝0.0125 hm/r_s＝1.081,hc/I＝0.909 ω〔rad〕＝1.159,0.9tan（ω/0.9）＝3.098 I/f＝1.259,平均屈折率＝1.772 ｆ（n_i-1−n_i）/r_i′＝0.356 実施例７ｆ＝1.000,F/2.268,2ω＝153.1゜ IH＝1.4308,物体距離＝−12.7186 β_Ｅ＝−23.861 r₁＝6.1304 d₁＝0.6359 n₁＝1.88300 ν_１＝40.78 r₂＝1.1526 d₂＝0.8744 r₃＝−7.8935 d₃＝0.7631 n₂＝1.83350 ν_２＝21.00 r₄＝−2.9285 d₄＝0.3816 r₅＝∞（絞り） d₅＝0.0477 d₆＝∞ d₆＝1.3355 n₃＝1.72916 ν_３＝54.68 r₇＝−1.5517 d₇＝0.4769 n₄＝1.83350 ν_４＝21.00 r₈＝−4.1860 d₈＝0.1590 r₉＝∞ d₉＝1.5103 n₅＝1.56384 ν_５＝60.69 r₁₀＝−1.8219（非球面） d₁₀＝0.3180 r₁₁＝4.2353 d₁₁＝2.2258 n₆＝1.72916 ν_６＝54.68 r₁₂＝−2.5835 d₁₂＝1.0334 n₇＝1.83350 ν_７＝21.00 r₁₃＝∞ 非球面係数Ｐ＝−0.0224,B＝0,E＝−0.21875×10^-2 Ｆ＝0.36823×10^-2,G＝−0.48693×10^-4 E_i′（n_i-1−n_i）f³＝0.0107 hm/r_s＝1.182,hc/I＝0.888 ω〔rad〕＝1.336,0.9tan（ω/0.9）＝10.347 I/f＝1.431,平均屈折率＝1.772 ｆ（n_i-1−n_i）/r_i′＝0.309 実施例８ｆ＝1.000,F/2.271,2ω＝152.9゜ IH＝1.4271,物体距離＝−12.6857 β_Ｅ＝−15.550 r₁＝10.3436 d₁＝0.6343 n₁＝1.88300 ν_１＝40.78 r₂＝1.2606 d₂＝1.0307 r₃＝∞ d₃＝0.8721 n₂＝1.83350 ν_２＝21.00 r₄＝−2.6133 d₄＝0.3806 r₅＝∞（絞り） d₅＝0.3171 d₆＝−3.0192 d₆＝0.4599 n₃＝1.83350 ν_３＝21.00 r₇＝8.2901 d₇＝1.2527 n₄＝1.72916 ν_４＝54.68 r₈＝−2.3516 d₈＝0.1586 r₉＝4.8681 d₉＝2.0456 n₅＝1.56384 ν_５＝60.69 r₁₀＝−2.2238（非球面） d₁₀＝0.3171 r₁₁＝10.2453 d₁₁＝1.7919 n₆＝1.72916 ν_６＝54.68 r₁₂＝−2.5498 d₁₂＝0.7170 n₇＝1.83350 ν_７＝21.00 r₁₃＝∞ 非球面係数Ｐ＝−1.0132,B＝0,E＝0.50514×10^-2 Ｆ＝0.20009×10^-2,G＝0.47710×10^-4 E_i′（n_i-1−n_i）f³＝0.0158 hm/r_s＝0.973,hc/I＝0.993 ω〔rad〕＝1.334,0.9tan（ω/0.9）＝10.167 I/f＝1.427,平均屈折率＝1.772 ｆ（n_i-1−n_i）/r_i′＝0.254 実施例９ｆ＝1.000,F/2.355,2ω＝116.0゜ IH＝1.1359,物体距離＝−14.8976 β_Ｅ＝−8.173 r₁＝3.6006 d₁＝0.6518 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝0.7187 d₂＝0.6297 r₃＝−47.6071（絞り） d₃＝0.8922 n₂＝1.72916 ν_２＝54.68 r₄＝−1.1611 d₄＝0.1862 r₅＝−16.4898 d₅＝1.6748 n₃＝1.56384 ν_３＝60.69 r₆＝−1.4151（非球面） d₆＝0.1862 r₇＝3.4415 d₇＝1.7049 n₄＝1.72916 ν_４＝54.68 r₈＝∞ 非球面係数Ｐ＝−3.6578, E_i′（n_i-1−n_i）f³＝0.1158 hm/r_s＝0.874,hc/I＝0.847 ω〔rad〕＝1.012,0.9tan（ω/0.9）＝1.882 I/f＝1.136,平均屈折率＝1.635 ｆ（n_i-1−n_i）/r_i′＝0.398 実施例10 ｆ＝1.000,F/2.406,2ω＝116.0゜ IH＝1.1314,物体距離＝−14.8382 β_Ｅ＝−8.968 r₁＝3.5972 d₁＝0.6492 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝0.7478 d₂＝0.6180 r₃＝−18.2847（絞り） d₃＝0.8606 n₂＝1.72916 ν_２＝54.68 r₄＝−1.1546 d₄＝0.1855 r₅＝−23.3371 d₅＝1.5212 n₃＝1.56384 ν_３＝60.69 r₆＝−2.6919 d₆＝0.1855 r₇＝1.7835（非球面） d₇＝1.7927 n₄＝1.72916 ν_４＝54.68 r₈＝∞ 非球面係数Ｐ＝−4.4223, E_i′（n_i-1−n_i）f³＝0.0871 hm/r_s＝0.799,hc/I＝1.000 ω〔rad〕＝1.012,0.9tan（ω/0.9）＝1.882 I/f＝1.131,平均屈折率＝1.635 ｆ（n_i-1−n_i）/r_i′＝0.409 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,ν_２…は各レンズのアツベ数である。

実施例１は、第１図に示す構成で、絞りより前の前群
にパワーを持たせない設計で、後群は三つの正レンズか
らなり、その２番目の正レンズの像側の面を非球面にし
た。この非球面により歪曲収差を補正するようにした
が、そのために生じやすいメリジオナル像面の曲がりや
うねりは、ほとんどみられない。又非球面の形状はなめ
らかで変曲点もないので、非球面レンズをプレス成形す
る時の金型の加工が行ないやすい。歪曲収差は半画角60
゜において−29％まで補正されている。

実施例２乃至実施例５は、夫々第２図乃至第５図に示
す構成で、前群に負レンズを用いてレトロフォーカスタ
イプのレンズ系にした。又後群は三つのレンズよりな
る。

実施例2,3,4は後群の２番目のレンズの像側の面を非
球面とした。又実施例５は後群の３番目のレンズの物体
側の面を非球面とした。実施例2,3,5で用いている非球
面は、変曲点を有しないが、実施例４で用いている非球
面は、変曲点を有している。

実施例２〜５の歪曲収差は、夫々、半画角60゜におい
て−32％、半画角70゜において−54％、半画角60％にお
いて−24％、半画角60゜において−32％である。

実施例６〜８は、前群中に正レンズを含むもので、前
群は、物体側から順に像側に強い凹面を有する負レンズ
と、像側に強い凸面を有する正レンズで構成したもので
ある。また後群は、絞りから順に像側に凸面を有する正
レンズと、像側に非球面の凸面を有する正レンズと、絞
り側に凸面を有するレンズとからなっている。又これら
実施例は、後群中に接合レンズを配置して倍率の色収差
を補正し、又前群中の正レンズにアツベ数が45以下の高
分散ガラスを用いて倍率の色収差を補正している。更に
最も物体側の負レンズに屈折率が1.7以上の高屈折率の
ガラスを用いて負レンズの加工正を良くしている。又絞
り直後の正レンズを接合レンズとして軸上色収差を補正
している。

又像面とレンズとを接合可能な構成にして像位置のゴ
ミ等がみえないようにし、最も物体側の面を平面に近い
形状にして水きれ性を一層良好にしている。

内視鏡先端部の限られた空間内に加工性の良いレンズ
を配置するため高屈折率のレンズを多用し、レンズの平
均屈折率（各レンズの屈折率の和）／（レンズ枚数）が
1.65以上になるようにした。

また実施例6,7は、非球面レンズが平凸レンズである
ので、プレス成形時の面間の偏芯がない。

実施例9,10は夫々第９図、第10図に示すレンズ構成
で、前群が負レンズのみで構成されており、又後群は、
絞り側から順に像側に凸面を有する正レンズと、像側に
凸面を有する正レンズと、物体側に凸面を有する正レン
ズとからなっている。

実施例９は、後群の中間の正レンズの像側に非球面を
設け又実施例10は、最も像側の正レンズの物体側に非球
面を設けている。どちらの実施例もマージナル光線高、
主光線高からみて最も適した位置に非球面を設けてい
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の構成を採用することによ
って、コンパクトで、水きれ性が良好で、又加工が難し
い形状の非球面を用いることなしに像面湾曲を補正しつ
つ歪曲収差を減少させたほぼテレセントリックな内視鏡
対物レンズを得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第10図は夫々本発明内視鏡対物レンズの実施
例１乃至実施例10の断面図、第11図乃至第20図は夫々実
施例１乃至実施例10の収差曲線図、第21図は対物レンズ
外面周辺部の水の残り具合いを示す図、第22図は送水時
レンズ表面の水の流れを示す図、第23図は非球面の式の
座標糸を示す図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側より順に、明るさ絞りと正の屈折力
を有するレンズ群とを備え、前記明るさ絞りが前記レン
ズ群の前側焦点近傍に位置するように配置された内視鏡
対物レンズにおいて、前記正の屈折力を有するレンズ群
は３群構成からなり、前記絞りの後のレンズ群のみが非
球面を含んでおり、該非球面が下記の条件（１）を満足
することを特徴とする内視鏡対物レンズ。（１） E₁′（n_i-1−n_i）＞０ただし、非球面は球面に高次の項を加えた以下の多項式
で近似され、E_i′はこの非球面の４次の非球面係数、n
_i-1、n_iは夫々上記非球面の物体側および像側の媒質の
屈折率、ｒ′は基準球面の曲率半径、x,yは光軸と基準
球面の交点を原点としたときの、光軸方向及び光軸に垂
直な方向の座標である。
【請求項２】物体側より順に、負の単レンズと正の単レ
ンズとを含む前群と、明るさ絞りと、正の屈折力を有す
る後群とを備え、前記明るさ絞りが前記後群の前側焦点
近傍に位置するように配置され、少なくとも前記後群が
下記の条件（１）を満足する非球面を含んでいることを
特徴とする内視鏡対物レンズ。（１） E₁′（n_i-1−n_i）＞０ただし、非球面は球面に高次の項を加えた以下の多項式
で近似され、E_i′は上記非球面の４次の非球面係数、n
_i-1、n_iは夫々上記非球面の物体側および像側の媒質の
屈折率、ｒ′は基準球面の曲率半径、x,yは光軸と基準
球面の交点を原点としたときの、光軸方向及び光軸に垂
直な方向の座標である。
【請求項３】物体側より順に、負レンズからなる前群
と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する後群とを備え、
前記明るさ絞りが前記後群の前側焦点近傍に位置するよ
うに配置された内視鏡対物レンズにおいて、前記後群は
３群構成からなり、少なくとも前記後群が下記の条件
（１）を満足する非球面を含んでいることを特徴とする
内視鏡対物レンズ。（１） E₁′（n_i-1−n_i）＞０ただし、非球面は球面に高次の項を加えた以下の多項式
で近似され、E_i′は上記非球面の４次の非球面係数、n
_i-1、n_iは夫々上記非球面の物体側および像側の媒質の
屈折率、ｒ′は基準球面の曲率半径、x,yは光軸と基準
球面の交点を原点としたときの、光軸方向及び光軸に垂
直な方向の座標である。
【請求項４】前記絞りの前に負レンズを含むレンズ群を
備え、下記の条件（２）を満足することを特徴とする請
求項１の内視鏡対物レンズ。（２） ω≦I/f≦0.9tan（ω/0.9）ただしωは対物レンズの半画角、Ｉは最大像高、ｆは対
物レンズの焦点距離である。
【請求項５】下記の条件（２）を満足することを特徴と
する請求項２または３の内視鏡対物レンズ。（２） ω≦I/f≦0.9tan（ω/0.9）ただしωは対物レンズの半画角、Ｉは最大像高、ｆは対
物レンズの焦点距離である。
【請求項６】下記の条件（３）を満足することを特徴と
する請求項１、２または３の内視鏡対物レンズ。（３） ΣE_i′（n_i-1−n_i）・f³＞0.001 ただし、ｆは対物レンズの焦点距離である。
【請求項７】下記の条件（４）を満足することを特徴と
する請求項６の内視鏡対物レンズ。（４） ΣE_i′（n_i-1−n_i）・f³＞0.01
【請求項８】前記非球面が下記の条件（５）、（６）を
満足することを特徴とする請求項１又は２の内視鏡対物
レンズ。（５） |h_m/r_s|＞0.5 （６） |h_c/I|＞0.5 ただし、h_m、h_cは非球面におけるマージナル光線高およ
び最大像高の主光線高、r_sは絞り半径、Ｉは最大像高で
ある。
【請求項９】前記非球面が像側に凸の形状を有すること
を特徴とする請求項１、２または３の内視鏡対物レン
ズ。
【請求項１０】前記非球面を有するレンズが平凸レンズ
であることを特徴とする請求項１、２または３の内視鏡
対物レンズ。
【請求項１１】前記非球面の近軸パワーｆ（n_i-1−n_i）
/r_i′が0.1以上であることを特徴とする請求項１、２ま
たは３の内視鏡対物レンズ。ただし、r_i′は非球面の基準球面の曲率半径である。
【請求項１２】前記後群が正の３群構成からなることを
特徴とする請求項２の内視鏡対物レンズ。
【請求項１３】前記後群の正の３群のうち、正の第２群
の像側面が非球面であることを特徴とする請求項１又は
３の内視鏡対物レンズ。