JP2929309B2 - 管内観察用内視鏡対物光学系 - Google Patents
管内観察用内視鏡対物光学系Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、主として工業用として使用される管内観察
用内視鏡対物光学系に関するものである。
用内視鏡対物光学系に関するものである。
［従来の技術］ 従来、内視鏡光学系の観察対象物の形状は、平面であ
ることを想定している。また撮像面も平面であることを
想定している。また撮像面も平面である。そのため内視
鏡対物光学系は、物体平面に対して共役の結像面がほぼ
平面になるように補正されている。つまり軸外の結像性
能を向上させるために非点隔差を小さくし、かつ像面湾
曲がなくなるような光学設計がなされてきた。したがっ
て物体側が平面に近い状態、つまり撮像面の中心付近と
周辺に対応する物体平面までの距離がほぼ等しい状態で
あれば良好な画像が得られた。
ることを想定している。また撮像面も平面であることを
想定している。また撮像面も平面である。そのため内視
鏡対物光学系は、物体平面に対して共役の結像面がほぼ
平面になるように補正されている。つまり軸外の結像性
能を向上させるために非点隔差を小さくし、かつ像面湾
曲がなくなるような光学設計がなされてきた。したがっ
て物体側が平面に近い状態、つまり撮像面の中心付近と
周辺に対応する物体平面までの距離がほぼ等しい状態で
あれば良好な画像が得られた。
また、主に工業用内視鏡の分野では、水道管や土管な
どの管状物体の内面検査に内視鏡対物光学系が用いられ
ている。管状物体を観察する場合、一度により多くの情
報を得ることや、管内面に対して出来るだけ垂直に近い
状態で観察できることが重要であるため、対物光学系の
広角化が望まれる。
どの管状物体の内面検査に内視鏡対物光学系が用いられ
ている。管状物体を観察する場合、一度により多くの情
報を得ることや、管内面に対して出来るだけ垂直に近い
状態で観察できることが重要であるため、対物光学系の
広角化が望まれる。
しかし物体面が管状の場合、像面中心付近と周辺に対
応する物体平面までの距離に違いが出る。例えば物体平
面からスコープの先端までの距離をＬ、管の内径をφと
し、対物光学系の半画角をωとすると次のように表わせ
る。
応する物体平面までの距離に違いが出る。例えば物体平
面からスコープの先端までの距離をＬ、管の内径をφと
し、対物光学系の半画角をωとすると次のように表わせ
る。
ただしＥは対物光学系の入射瞳距離である。上の式か
ら物体距離Ｌは、管の内径φに比例し、対物光学系の半
画角ωのタンジェントに反比例することがわかる。第12
図は画角と物体距離Ｌとの関係を示す略図で、対物光学
系の画角がω１からω２へと広がれば広がるほど像面周
辺での物体距離がL1からL2へと近点寄りになる。そのた
めに従来の対物光学系では、特に細径の管の観察の場
合、像面中心付近を無限遠点にピントを合わせると、被
写界深度から近点側がはずれ、像面周辺でピントが合わ
ないと云う不具合があった。またこの不具合を解消する
ための手段として被写界深度をより深くすることが考え
られるが、その場合、Ｆナンバーが大になるよう絞らな
ければならず、光学系が暗くなる。
ら物体距離Ｌは、管の内径φに比例し、対物光学系の半
画角ωのタンジェントに反比例することがわかる。第12
図は画角と物体距離Ｌとの関係を示す略図で、対物光学
系の画角がω１からω２へと広がれば広がるほど像面周
辺での物体距離がL1からL2へと近点寄りになる。そのた
めに従来の対物光学系では、特に細径の管の観察の場
合、像面中心付近を無限遠点にピントを合わせると、被
写界深度から近点側がはずれ、像面周辺でピントが合わ
ないと云う不具合があった。またこの不具合を解消する
ための手段として被写界深度をより深くすることが考え
られるが、その場合、Ｆナンバーが大になるよう絞らな
ければならず、光学系が暗くなる。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、固体撮像素子又はイメージガイドを用いた
内視鏡光学系で、管状物体を観察した時像面中心付近か
ら周辺までピントが合いかつＦナンバーの小さい明るい
光学系を提供することを目的とするものである。
内視鏡光学系で、管状物体を観察した時像面中心付近か
ら周辺までピントが合いかつＦナンバーの小さい明るい
光学系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］ 本発明は、固体撮像素子又はイメージガイドを用いた
内視鏡先端光学系で、物体側より順に前群発散レンズ系
と、明るさ絞りと、後群収斂レンズ系とよりなるレトロ
フォーカス型レンズ系で、次の条件を満足するものであ
る。
内視鏡先端光学系で、物体側より順に前群発散レンズ系
と、明るさ絞りと、後群収斂レンズ系とよりなるレトロ
フォーカス型レンズ系で、次の条件を満足するものであ
る。
（２）0.2＜Ｐ・ｆ （３）0.8＜I/f （４）１≦f2/f≦３ ここで f :対物光学系の合成焦点距離 I :最大像高 φ：スコープの外径 P :対物光学系のペッツバール和 ω：最大像高での半画角 fF：対物光学系の前側焦点距離 L0：管状物体観察時の内視鏡を管状物体中心においた
ときの最近接物体距離（物体距離は対物レンズの光軸に
沿って測る） ri:i番目の曲率半径 ni:i番目の屈折率 f2：後群収斂レンズ系の合成焦点距離 前記の構成のレンズ系で物体平面からスコープ先端ま
での距離をＬ、対物光学系の後側焦点距離をfB、最終面
からガウス像面までの距離をSkとすると近軸的には次の
関係が成立つ。
ときの最近接物体距離（物体距離は対物レンズの光軸に
沿って測る） ri:i番目の曲率半径 ni:i番目の屈折率 f2：後群収斂レンズ系の合成焦点距離 前記の構成のレンズ系で物体平面からスコープ先端ま
での距離をＬ、対物光学系の後側焦点距離をfB、最終面
からガウス像面までの距離をSkとすると近軸的には次の
関係が成立つ。
（Ｌ＋fF）（Sk-fB）＝f2 ここでSk-fBは無限遠物点の結像位置と近接物点の結
像位置との差を表わすが、本発明では一つの管状物体を
観察する場合でも画角に応じて物体距離が異なる。ω＝
０では、事実上無限遠物点と考えられるのでSk-fBは画
角毎に異なる値を持ち、各画角におけるガウス像面と実
像面とのずれを表わすことになる。このずれ量（Sk-
fB）が観察する管の内径φと対物光学系の画角ωによっ
て変化することは明らかである。任意の径φａの管にお
いて、対物レンズの中心（無限遠物点）での合焦位置か
ら周辺部のそれぞれの画角での物体面からスコープの先
端までの距離Ｌに対応する、各像高での最終面からガウ
ス像面までの距離Skをつないだ管内面に共役な像面形状
の概略図を第11図に示してある。ここでfF，fB＝0,f＝
１としている。
像位置との差を表わすが、本発明では一つの管状物体を
観察する場合でも画角に応じて物体距離が異なる。ω＝
０では、事実上無限遠物点と考えられるのでSk-fBは画
角毎に異なる値を持ち、各画角におけるガウス像面と実
像面とのずれを表わすことになる。このずれ量（Sk-
fB）が観察する管の内径φと対物光学系の画角ωによっ
て変化することは明らかである。任意の径φａの管にお
いて、対物レンズの中心（無限遠物点）での合焦位置か
ら周辺部のそれぞれの画角での物体面からスコープの先
端までの距離Ｌに対応する、各像高での最終面からガウ
ス像面までの距離Skをつないだ管内面に共役な像面形状
の概略図を第11図に示してある。ここでfF，fB＝0,f＝
１としている。
次に実際の対物光学系の像面は、平面の物体の像が湾
曲する像面湾曲が発生する。３次収差の領域では像面が
球面になり、その曲率がペッツバール和で次の式で表わ
される。
曲する像面湾曲が発生する。３次収差の領域では像面が
球面になり、その曲率がペッツバール和で次の式で表わ
される。
このＰの値が正のときには、像面はレンズ系に向かっ
て凹状に湾曲する。又湾曲による対物レンズ中心（無限
遠物点）での、合焦位置から周辺部での合焦点位置まで
のずれ量ΔSkは次のようになる。
て凹状に湾曲する。又湾曲による対物レンズ中心（無限
遠物点）での、合焦位置から周辺部での合焦点位置まで
のずれ量ΔSkは次のようになる。
以上のことから、（Sk-fB）とΔSkとが互いに打消し
合うためには、両者の値が符号が反対で絶対値がほぼ等
しい値である。つまり下記の式｛−ΔSkと（Sk-fB）の
比｝が１に近くなるように像面湾曲を補正することによ
って、観察管の管径φにおいて中心付近から周辺まで良
好な画像が得られる。
合うためには、両者の値が符号が反対で絶対値がほぼ等
しい値である。つまり下記の式｛−ΔSkと（Sk-fB）の
比｝が１に近くなるように像面湾曲を補正することによ
って、観察管の管径φにおいて中心付近から周辺まで良
好な画像が得られる。
ここで管状物体観察時の最近接距離は、観察可能な管
の太さつまりスコープ外径φ０と、最大画角ωとで規定
され、その時の物体距離L0は次の式で表わされる。
の太さつまりスコープ外径φ０と、最大画角ωとで規定
され、その時の物体距離L0は次の式で表わされる。
L0＝（φ０/2）/tanω この物体距離L0に対応する最終像面からガウス像面ま
での距離をSk0とすると、前記の比つまり−ΔSkと（Sk0
-fB）の比は下記のようになる。
での距離をSk0とすると、前記の比つまり−ΔSkと（Sk0
-fB）の比は下記のようになる。
上記の比が１に近い値つまり条件（１）を満足し更に
条件（２）を満足するように像面湾曲を補正すれば、観
察可能限界の細径の管まで画面の中心付近から周辺まで
良好な画像が得られる。
条件（２）を満足するように像面湾曲を補正すれば、観
察可能限界の細径の管まで画面の中心付近から周辺まで
良好な画像が得られる。
外径の極めて細いスコープ用の対物光学系は、条件
（１）に示す式の値を0.1以上にしかつ全系の焦点距離
ｆで規格したペッツバール和Ｐ・ｆを0.2より大にする
ことによって、少なくとも実際に観察する時に一番必要
と考えられる範囲である像高約60％から周辺までの範囲
（中心は真暗なので見えなくともよい）において良好な
画像が得られる。これは観察可能限界の細径の管（スコ
ープ外径と同等の径）においては、ΔSkの値が（Sk0-
fB）より小さくなるので、像面が撮像面側に倒れる。し
かし条件（１），（２）の下限を越えなければ、像面の
倒れ量があまり大きくない。したがって最大像高から像
高が約60％での結像位置まで結像位置をほぼ平面とみな
すことが出来、その位置に撮像面を合わせることによっ
て実際に観察するときに一番必要と考えられる範囲にお
いて良好な画像が得られる。
（１）に示す式の値を0.1以上にしかつ全系の焦点距離
ｆで規格したペッツバール和Ｐ・ｆを0.2より大にする
ことによって、少なくとも実際に観察する時に一番必要
と考えられる範囲である像高約60％から周辺までの範囲
（中心は真暗なので見えなくともよい）において良好な
画像が得られる。これは観察可能限界の細径の管（スコ
ープ外径と同等の径）においては、ΔSkの値が（Sk0-
fB）より小さくなるので、像面が撮像面側に倒れる。し
かし条件（１），（２）の下限を越えなければ、像面の
倒れ量があまり大きくない。したがって最大像高から像
高が約60％での結像位置まで結像位置をほぼ平面とみな
すことが出来、その位置に撮像面を合わせることによっ
て実際に観察するときに一番必要と考えられる範囲にお
いて良好な画像が得られる。
しかし条件（２）の範囲を外れると、ペッツバール像
面がほぼ平面とみなせるようになり、撮像面上での像面
の倒れ量が大になる。そのために最大像高での結像位置
から像高が約60％までの結像位置をほぼ平面とみなすこ
とが出来なくなる。
面がほぼ平面とみなせるようになり、撮像面上での像面
の倒れ量が大になる。そのために最大像高での結像位置
から像高が約60％までの結像位置をほぼ平面とみなすこ
とが出来なくなる。
また条件（１）の上限を越えると逆に像面が倒れすぎ
て太い径の管を周辺まで良好な画像で観察することが出
来ない。
て太い径の管を周辺まで良好な画像で観察することが出
来ない。
条件（３）の下限を越えると画角が狭くなり、管状物
体を観察するときに一度により多くの情報を得ることや
管内面に対して出来るだけ垂直に近い状態での観察が出
来なくなるので、管内観察用対物光学系としては、使い
勝手が悪くなる。また焦点距離が長くなるために被写界
深度が浅くなるという不具合も生ずる。
体を観察するときに一度により多くの情報を得ることや
管内面に対して出来るだけ垂直に近い状態での観察が出
来なくなるので、管内観察用対物光学系としては、使い
勝手が悪くなる。また焦点距離が長くなるために被写界
深度が浅くなるという不具合も生ずる。
本発明の光学系を固体撮像素子を用いた内視鏡先端光
学系とした場合、固体撮像素子の前にモアレを除去する
ための光学的ローパスフィルターを配置する必要があ
る。そのためには、光学系のバックフォーカスを長くし
なければならない。ここで対物光学系の後群の焦点距離
をf2、対物光学系全系の後側焦点距離をfB、後群の結像
倍率をβ２とすると次の関係式が成立つ。
学系とした場合、固体撮像素子の前にモアレを除去する
ための光学的ローパスフィルターを配置する必要があ
る。そのためには、光学系のバックフォーカスを長くし
なければならない。ここで対物光学系の後群の焦点距離
をf2、対物光学系全系の後側焦点距離をfB、後群の結像
倍率をβ２とすると次の関係式が成立つ。
fB＝f2（１−β２） 上記式からfBを大にするためにはf2を大にする必要が
あることがわかる。
あることがわかる。
条件（４）においてf2/fが下限を越えるとバックフォ
ーカスを充分とることが出来なくなる。又条件（４）の
上限を越えると前群の負のパワーが強くなり、他の条件
を満足させるためには前群の外径が大になってしまい好
ましくない。
ーカスを充分とることが出来なくなる。又条件（４）の
上限を越えると前群の負のパワーが強くなり、他の条件
を満足させるためには前群の外径が大になってしまい好
ましくない。
以上のように、本発明は前述のレンズ構成で条件
（１）〜（４）を満足させることにより、管状物体を観
察する時にＦナンバーを小さくしても像面中心付近から
周辺までピントの合う対物光学系を得るようにした。
（１）〜（４）を満足させることにより、管状物体を観
察する時にＦナンバーを小さくしても像面中心付近から
周辺までピントの合う対物光学系を得るようにした。
［実施例］ 次に本発明の管内観察用内視鏡対物光学系の各実子例
を示す。
を示す。
実施例１ ｆ＝1.000,fF＝0.537,fB＝−0.074 IH＝0.85080,2ω＝120° r1＝∞ d1＝0.2321 n1＝1.88300 ν１＝40.78 r2＝1.5702 d2＝0.6704 r3＝∞（絞り） d3＝0.3287 r4＝−4.7591 d4＝0.4126 n2＝1.51633 ν２＝64.15 r5＝−0.7634 d5＝0.0516 r6＝∞ d6＝0.7736 n3＝1.52000 ν３＝74.00 r7＝∞ d7＝0.0516 r8＝3.0923 d8＝1.0315 n4＝1.69680 ν４＝56.49 r9＝−1.0356 d9＝0.1547 n5＝1.83350 ν５＝21.00 r10＝−2.3175 d10＝0.2579 r11＝∞ d11＝0.9644 n6＝1.54814 ν６＝45.78 r12＝∞ d12＝0.2063 n7＝1.51633 ν７＝64.15 r13＝∞ ｛I2・（L0＋fF）・Ｐ｝／（２・f2）＝0.373（φ＝8
mm） Ｐ・ｆ＝0.362,I/f＝0.851,f2/f＝1.303 実施例２ ｆ＝1.000,fF＝0.610,fB＝−0.116 IH＝0.84861,2ω＝120° r1＝∞ d1＝0.2315 n1＝1.88300 ν１＝40.78 r2＝1.5682 d2＝0.6687 r3＝∞（絞り） d3＝0.2418 r4＝−2.2522 d4＝0.3601 n2＝1.51633 ν２＝64.15 r5＝−0.6923 d5＝0.0514 r6＝∞ d6＝0.7716 n3＝1.52000 ν３＝74.00 r7＝∞ d7＝0.0514 r8＝11.4513 d8＝0.8745 n4＝1.69680 ν４＝56.49 r9＝−0.9894 d9＝0.1543 n5＝1.83350 ν５＝21.00 r10＝−1.8066 d10＝0.3601 r11＝3.5020 d11＝0.4205 n6＝1.51633 ν６＝64.15 r12＝∞ d12＝0.9619 n7＝1.54814 ν７＝45.78 r13＝∞ d13＝0.2058 n8＝1.51633 ν８＝64.15 r13＝∞ ｛I2・（L0＋fF）・Ｐ｝／（２・f2）＝0.402（φ＝8m
m） Ｐ・ｆ＝0.382,I/f＝0.849,f2/f＝1.378 実施例３ ｆ＝1.000,fF＝0.231,fB＝−0.076 IH＝0.85521,2ω＝140° r1＝∞ d1＝0.2333 n1＝1.88300 ν１＝40.78 r2＝1.3210 d2＝0.2286 r3＝∞（絞り） d3＝0.0401 r4＝−1.8840 d4＝0.4147 n2＝1.51633 ν２＝64.15 r5＝−0.4801 d5＝0.0518 r6＝∞ d6＝0.7776 n3＝1.52000 ν３＝74.00 r7＝∞ d7＝0.0518 r8＝8.0120 d8＝0.1555 n4＝1.68893 ν４＝31.08 r9＝1.5851 d9＝0.9331 n5＝1.77250 ν５＝49.66 r10＝−1.8143 d10＝0.0985 r11＝∞ d11＝0.7776 n6＝1.54814 ν６＝45.78 r12＝∞ d12＝0.2074 n7＝1.51633 ν７＝64.15 r13＝∞ ｛I2・（L0＋fF）・Ｐ｝／（２・f2）＝0.297（φ＝8
mm） Ｐ・ｆ＝0.482,I/f＝0.855,f2/f＝1.077 実施例４ ｆ＝1.000,fF＝0.827,fB＝−0.035 IH＝0.95321,2ω＝140° r1＝∞ d1＝0.2600 n1＝1.51633 ν１＝64.15 r2＝1.5337 d2＝0.6970 r3＝∞（絞り） d3＝0.0420 r4＝−2.4797 d4＝0.4622 n2＝1.51633 ν２＝64.15 r5＝−0.7052 d5＝0.0578 r6＝∞ d6＝0.8667 n3＝1.52000 ν３＝74.00 r7＝∞ d7＝0.0578 r8＝8.6149 d8＝0.1155 n4＝1.72825 ν４＝28.46 r9＝1.3287 d9＝1.0399 n5＝1.72916 ν５＝54.68 r10＝−1.2166（非球面） d10＝0.08 r11＝∞ d11＝0.8667 n6＝1.54814 ν６＝45.78 r12＝∞ d12＝0.2311 n7＝1.51633 ν７＝64.15 r13＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.8541,E＝0.8627×10-1 Ｆ＝0.12932×10-1,G＝0.31100×10-2 Ｈ＝0.10222×10-1 ｛I2・（L0＋fF）・Ｐ｝／（２・f2）＝0.538（φ＝8m
m） Ｐ・ｆ＝0.519,I/f＝0.953,f2/f＝1.283 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レンズ間隔、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。
mm） Ｐ・ｆ＝0.362,I/f＝0.851,f2/f＝1.303 実施例２ ｆ＝1.000,fF＝0.610,fB＝−0.116 IH＝0.84861,2ω＝120° r1＝∞ d1＝0.2315 n1＝1.88300 ν１＝40.78 r2＝1.5682 d2＝0.6687 r3＝∞（絞り） d3＝0.2418 r4＝−2.2522 d4＝0.3601 n2＝1.51633 ν２＝64.15 r5＝−0.6923 d5＝0.0514 r6＝∞ d6＝0.7716 n3＝1.52000 ν３＝74.00 r7＝∞ d7＝0.0514 r8＝11.4513 d8＝0.8745 n4＝1.69680 ν４＝56.49 r9＝−0.9894 d9＝0.1543 n5＝1.83350 ν５＝21.00 r10＝−1.8066 d10＝0.3601 r11＝3.5020 d11＝0.4205 n6＝1.51633 ν６＝64.15 r12＝∞ d12＝0.9619 n7＝1.54814 ν７＝45.78 r13＝∞ d13＝0.2058 n8＝1.51633 ν８＝64.15 r13＝∞ ｛I2・（L0＋fF）・Ｐ｝／（２・f2）＝0.402（φ＝8m
m） Ｐ・ｆ＝0.382,I/f＝0.849,f2/f＝1.378 実施例３ ｆ＝1.000,fF＝0.231,fB＝−0.076 IH＝0.85521,2ω＝140° r1＝∞ d1＝0.2333 n1＝1.88300 ν１＝40.78 r2＝1.3210 d2＝0.2286 r3＝∞（絞り） d3＝0.0401 r4＝−1.8840 d4＝0.4147 n2＝1.51633 ν２＝64.15 r5＝−0.4801 d5＝0.0518 r6＝∞ d6＝0.7776 n3＝1.52000 ν３＝74.00 r7＝∞ d7＝0.0518 r8＝8.0120 d8＝0.1555 n4＝1.68893 ν４＝31.08 r9＝1.5851 d9＝0.9331 n5＝1.77250 ν５＝49.66 r10＝−1.8143 d10＝0.0985 r11＝∞ d11＝0.7776 n6＝1.54814 ν６＝45.78 r12＝∞ d12＝0.2074 n7＝1.51633 ν７＝64.15 r13＝∞ ｛I2・（L0＋fF）・Ｐ｝／（２・f2）＝0.297（φ＝8
mm） Ｐ・ｆ＝0.482,I/f＝0.855,f2/f＝1.077 実施例４ ｆ＝1.000,fF＝0.827,fB＝−0.035 IH＝0.95321,2ω＝140° r1＝∞ d1＝0.2600 n1＝1.51633 ν１＝64.15 r2＝1.5337 d2＝0.6970 r3＝∞（絞り） d3＝0.0420 r4＝−2.4797 d4＝0.4622 n2＝1.51633 ν２＝64.15 r5＝−0.7052 d5＝0.0578 r6＝∞ d6＝0.8667 n3＝1.52000 ν３＝74.00 r7＝∞ d7＝0.0578 r8＝8.6149 d8＝0.1155 n4＝1.72825 ν４＝28.46 r9＝1.3287 d9＝1.0399 n5＝1.72916 ν５＝54.68 r10＝−1.2166（非球面） d10＝0.08 r11＝∞ d11＝0.8667 n6＝1.54814 ν６＝45.78 r12＝∞ d12＝0.2311 n7＝1.51633 ν７＝64.15 r13＝∞ 非球面係数 Ｐ＝0.8541,E＝0.8627×10-1 Ｆ＝0.12932×10-1,G＝0.31100×10-2 Ｈ＝0.10222×10-1 ｛I2・（L0＋fF）・Ｐ｝／（２・f2）＝0.538（φ＝8m
m） Ｐ・ｆ＝0.519,I/f＝0.953,f2/f＝1.283 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レンズ間隔、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。
実施例１は第１図に示す構成で、物体側より順に像側
に凹面を有する負レンズと、絞りと、像側に凸面を有す
る正レンズと、固体撮像素子（CCD）に近赤外領域の光
が入射するのを防ぐための色温度補正フィルターF1と、
軸外の倍率の色収差を補正するためにアッベ数の大きい
材料よりなる正レンズとアッベ数の小さい材料よりなる
負のメニスカスレンズとを貼合わせた全体として正の屈
折力を有する接合色消レンズと、モアレおよび擬色の発
生を防止するために高周波成分をカットする光学的ロー
バスフィルターF2と、CCDカバーガラスＣとを配置した
ものである。この実施例１は、画角が約120°の広角な
対物光学系である。
に凹面を有する負レンズと、絞りと、像側に凸面を有す
る正レンズと、固体撮像素子（CCD）に近赤外領域の光
が入射するのを防ぐための色温度補正フィルターF1と、
軸外の倍率の色収差を補正するためにアッベ数の大きい
材料よりなる正レンズとアッベ数の小さい材料よりなる
負のメニスカスレンズとを貼合わせた全体として正の屈
折力を有する接合色消レンズと、モアレおよび擬色の発
生を防止するために高周波成分をカットする光学的ロー
バスフィルターF2と、CCDカバーガラスＣとを配置した
ものである。この実施例１は、画角が約120°の広角な
対物光学系である。
この実施例は、明るさ絞りより後群の収斂レンズ系に
おける色温度補正フィルターF2が吸収フィルターである
とき軸外での入射光の入射角が大きいと（約40°以上で
あると）、軸上光線との光路差が大きくなり軸上に比べ
て周辺での赤側の波長の光の分光透過率がおちる。その
影響で画面周辺で多少青みがかるなどの問題が生ずる。
またCCD受光素子の前にR,G,B等のモザイクカラーフィル
ターが設けられている同時式CCDにおいては、受光素子
への入射角度が大きいと色むらを起こしやすいと云う欠
点がある。そのためCCDに入射する各像高での主光線がC
CDに対しほぼ垂直に入射するようにしなければならな
い。つまり対物光学系としては、瞳位置がほぼ無限遠に
なるテレセントリック光学系が望まれる。
おける色温度補正フィルターF2が吸収フィルターである
とき軸外での入射光の入射角が大きいと（約40°以上で
あると）、軸上光線との光路差が大きくなり軸上に比べ
て周辺での赤側の波長の光の分光透過率がおちる。その
影響で画面周辺で多少青みがかるなどの問題が生ずる。
またCCD受光素子の前にR,G,B等のモザイクカラーフィル
ターが設けられている同時式CCDにおいては、受光素子
への入射角度が大きいと色むらを起こしやすいと云う欠
点がある。そのためCCDに入射する各像高での主光線がC
CDに対しほぼ垂直に入射するようにしなければならな
い。つまり対物光学系としては、瞳位置がほぼ無限遠に
なるテレセントリック光学系が望まれる。
上記問題点を解決するために、この実施例１は、像高
Ｉに対するフィルターF 1より後方のレンズの合成焦点距
離f21を下記のように設定し、f21を長くしてフィルター
F1の入射角を小さくしている。
Ｉに対するフィルターF 1より後方のレンズの合成焦点距
離f21を下記のように設定し、f21を長くしてフィルター
F1の入射角を小さくしている。
I/f21＜tan40°＝0.84 また後群収斂レンズ系の焦点距離f2を短くすることよ
り前群発散レンズ系の後方で光線を充分に曲げることが
出来、凹レンズの屈折力を小さくし得るようにした。つ
まり前群発散レンズ系の焦点距離をf1とすると、｜f1｜
＞f2となり、｜f1｜を長く出来かつ凹レンズの凹面に対
して光線が高いところで交わるので、凹面の曲率半径r
21を大きく出来、これによってペッツバール和Ｐをプラ
ス方向へもっていっている。
り前群発散レンズ系の後方で光線を充分に曲げることが
出来、凹レンズの屈折力を小さくし得るようにした。つ
まり前群発散レンズ系の焦点距離をf1とすると、｜f1｜
＞f2となり、｜f1｜を長く出来かつ凹レンズの凹面に対
して光線が高いところで交わるので、凹面の曲率半径r
21を大きく出来、これによってペッツバール和Ｐをプラ
ス方向へもっていっている。
又接合レンズの正レンズと負レンズの屈折率差を小さ
くし、夫々のレンズの屈折率を大きくすることによって
もペッツバール和をプラス側へもって行くことが出来、
全体的にペッツバール和を大きくしている。
くし、夫々のレンズの屈折率を大きくすることによって
もペッツバール和をプラス側へもって行くことが出来、
全体的にペッツバール和を大きくしている。
この光学系を用いて管状物体面を観察した時の非点収
差を第５図に示してある。この時のスコープの外径は、
条件としては厳しい細径スコープの外径8mmで行なっ
た。
差を第５図に示してある。この時のスコープの外径は、
条件としては厳しい細径スコープの外径8mmで行なっ
た。
比較のために同一画角でペッツバール和がほぼ零であ
る第９図に示す特開昭62−173415号の実施例７の非点収
差図を第10図に示す。
る第９図に示す特開昭62−173415号の実施例７の非点収
差図を第10図に示す。
第５図と第10図とを比較すれば明らかであるようにこ
の実施例１は特に球欠方向の非点収差において像面の倒
れが従来例に対し約1/3に改善されている。
の実施例１は特に球欠方向の非点収差において像面の倒
れが従来例に対し約1/3に改善されている。
実施例２は、第２図に示す構成で、光学的ロ−パスフ
ィルターF2の直前に物体側に凸面を向けた正のフィール
ドレンズを配置したものである。これは、実施例１の説
明でも述べたように、受光素子の前にR,G,B等のモザイ
クカラーフィルターが設けられている同時式CCDにおい
て受光素子への入射角度が大きいと色むらを起こしやす
い欠点がある。そのためCCDに対して各像高での主光線
を垂直に入射させる必要がある。かつ内視鏡の先端部
は、出来るだけ細くすることが望まれているが、最終レ
ンズをCCDから離せば離す程最終レンズの外径が大にな
る。そのために光学的ローパスフィルターF2の前面に物
体側に凸面を向けた正のフィールドレンズを設けること
によって、このフィールドレンズよりも前側のレンズの
径を小にすることが出来、かつCCDに対して垂直に入射
するようにして色むらのない画像が得られるようにし
た。
ィルターF2の直前に物体側に凸面を向けた正のフィール
ドレンズを配置したものである。これは、実施例１の説
明でも述べたように、受光素子の前にR,G,B等のモザイ
クカラーフィルターが設けられている同時式CCDにおい
て受光素子への入射角度が大きいと色むらを起こしやす
い欠点がある。そのためCCDに対して各像高での主光線
を垂直に入射させる必要がある。かつ内視鏡の先端部
は、出来るだけ細くすることが望まれているが、最終レ
ンズをCCDから離せば離す程最終レンズの外径が大にな
る。そのために光学的ローパスフィルターF2の前面に物
体側に凸面を向けた正のフィールドレンズを設けること
によって、このフィールドレンズよりも前側のレンズの
径を小にすることが出来、かつCCDに対して垂直に入射
するようにして色むらのない画像が得られるようにし
た。
実施例３は、第３図に示す構成で、画角を更に広角に
し140°にしてより広い範囲の観察を可能にした対物光
学系である。
し140°にしてより広い範囲の観察を可能にした対物光
学系である。
実施例４は第５図に示す構成で、画角が140°であ
る。この実施例は、接合レンズ中の正レンズの像側の面
が非球面で、この非球面レンズを用いることによりコマ
収差等の軸外収差を補正している。この実施例では最終
レンズ面に非球面を用いているが、前群に非球面を用い
ても同様の効果が得られる。更に前群，後群の両方に非
球面を用いればより効果的である。
る。この実施例は、接合レンズ中の正レンズの像側の面
が非球面で、この非球面レンズを用いることによりコマ
収差等の軸外収差を補正している。この実施例では最終
レンズ面に非球面を用いているが、前群に非球面を用い
ても同様の効果が得られる。更に前群，後群の両方に非
球面を用いればより効果的である。
上記非球面の形状は、光軸方向をｘ軸、光軸と垂直方
向をｙ軸とした時、次の式で表わされる。
向をｙ軸とした時、次の式で表わされる。
ただしｒは光軸近傍の曲率半径、E,F,G,H,…は非球面
係数である。
係数である。
［発明の効果］ 本発明の管内観察用内視鏡光学系は、以上述べてきた
ように管状物体内を観察したときに像面中心付近から周
辺までピントが合いかつＦナンバーの小さい明るい光学
系である。
ように管状物体内を観察したときに像面中心付近から周
辺までピントが合いかつＦナンバーの小さい明るい光学
系である。
第１図乃至第４図は本発明対物光学系の実施例１乃至実
施例４の断面図、第５図乃至第８図は実施例１乃至実施
例４の非点収差曲線図、第９図は従来の内視鏡対物光学
系の断面図、第10図は上記従来例の非点収差曲線図、第
11図は管内面に共役な像面形状の概略図、第12図は画角
と物体距離の関係を示す図である。
施例４の断面図、第５図乃至第８図は実施例１乃至実施
例４の非点収差曲線図、第９図は従来の内視鏡対物光学
系の断面図、第10図は上記従来例の非点収差曲線図、第
11図は管内面に共役な像面形状の概略図、第12図は画角
と物体距離の関係を示す図である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 23/00 - 23/26 G02B 25/00 - 25/04
Claims (1)
- 【請求項１】物体側より順に、前群発散レンズ系と、明
るさ絞りと、後群収斂レンズ系とを間に反射部材を挟む
ことなく配列してなり、後群収斂レンズ系内に少なくと
も一枚の色補正フィルターが配置され、次の条件を満足
することを特徴とする管内観察用内視鏡対物光学系。 （２）0.2＜Ｐ・ｆ （３）0.8＜I/f （４）１≦f2/f≦３ ただしｆは対物光学系の合成焦点距離、Ｉは最大像高、
Ｐは対物光学系のペッツバール和、fFは対物光学系の前
側焦点距離、L0は管物体観察時の最近接物体距離、f2は
後群収斂レンズ系の焦点距離である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2101726A JP2929309B2 (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | 管内観察用内視鏡対物光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2101726A JP2929309B2 (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | 管内観察用内視鏡対物光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH041713A JPH041713A (ja) | 1992-01-07 |
| JP2929309B2 true JP2929309B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=14308293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2101726A Expired - Fee Related JP2929309B2 (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | 管内観察用内視鏡対物光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2929309B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4566539B2 (ja) * | 2003-02-04 | 2010-10-20 | Ｈｏｙａ株式会社 | 内視鏡対物レンズ系 |
| JP2009014947A (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-22 | Olympus Imaging Corp | 結像光学系及びそれを用いた撮像装置 |
| EP2891918A1 (en) * | 2008-02-29 | 2015-07-08 | Global Bionic Optics Pty Ltd. | Single-lens extended depth-of-field imaging systems |
| TWI461728B (zh) | 2011-09-02 | 2014-11-21 | Largan Precision Co Ltd | 影像鏡組 |
| JP5893801B2 (ja) | 2013-10-30 | 2016-03-23 | オリンパス株式会社 | 撮像装置 |
| JP6313241B2 (ja) * | 2015-02-17 | 2018-04-18 | 富士フイルム株式会社 | 内視鏡用対物レンズおよび内視鏡 |
| JP6584301B2 (ja) * | 2015-11-09 | 2019-10-02 | 株式会社タムロン | 光学系及び撮像装置 |
-
1990
- 1990-04-19 JP JP2101726A patent/JP2929309B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH041713A (ja) | 1992-01-07 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |