JP2995491B2 - 内視鏡対物光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内視鏡対物光学系に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、内視鏡用対物レンズとしては、第11図に示すよ
うなレトロフォーカスタイプのもの例えば特開昭49−12
1547号公報に記載されたものが知られている。このレト
ロフォーカスタイプの対物レンズは、絞りＳをはさんで
物体側に凹の第１群を、また像側に凸の第２群を配置し
たものである。この対物レンズは、絞りＳより前に配置
した凹の第１群で主光線Ｐを強くまげて広角化を可能に
し、更に絞りＳより後方の凸の第２群により像面に入射
する主光線Ｐが光軸に平行になるようにしてイメージガ
イドに光束が入射するようなテレセントリックタイプと
している。このようにイメージガイドに垂直に光束を入
射せしめることによってイメージガイド内での光の損失
を少なくすることが出来る。

また単板カラー固体撮像素子を用いたビデオスコープ
では、色シェーディング等の問題を回避するため、テレ
セントリックの条件を満たしていることが要求される。
このように内視鏡対物レンズは、テレセントリックの条
件を満たしていることが要求されるが、そのために内視
鏡対物光学系においては、大きな歪曲収差が発生する。

歪曲収差は、入射瞳への主光線の入射角θ_１に依存す
る。又像高は、入射角θ_１の関数である。ここで歪曲収
差をＤ（θ_１）、像高をＨ（θ_１）とすると、歪曲収差
Ｄ（θ_１）は、次の式（ｉ）にて定義される。

ここでｆは対物光学系の焦点距離である。

通常Ｈ（θ_１）は、Ａ（θ_１）をθ_１の関数としてＨ
（θ_１）＝fA（θ_１）と云う形で表現されることが多
い。このＨ（θ_１）＝fA（θ_１）を式（ｉ）に代入する
と、次の式（ii）が導かれる。

このように、歪曲収差と主光線の入射角との関係は、
像高と主光線の入射角との関係を決める関数Ａ（θ_１）
のみで定まり、この関数は、光学系の歪曲特性を示して
いる。

一般に、この関数Ａ（θ_１）は、瞳の結像関係のみに
依存し、それは、近軸瞳倍率への依存と、瞳の結像にお
ける収差（瞳を物点として追跡した時の正弦条件不満足
量と球面収差）への依存の二つに分類される。瞳の収差
がない場合は、つまり対物光学系の全像高にわたって瞳
の正弦条件が満足されていて、かつ入射瞳および射出瞳
における瞳の球面収差がないと仮定すると、Ａ（θ_１）
は、全系の近軸瞳倍率のみをパラメーターとして一意に
定まる。つまり近軸瞳倍率をβ_Ｅとすると、下記の式
（iii）が得られる。

テレセントリック条件を保つためには、内視鏡の対物
光学系は、近軸瞳倍率の絶対値｜β_E|を十分大きくする
必要がある。

｜β_E|が十分に大きいと、式（iii）よりＡ（θ_１）
sinθ_１と近似でき、歪曲収差は、次のようになる。

Ｄ（θ_１）100×［cosθ_１−１］（％） （iv） したがってθ_１が増加するに伴って、負の歪曲収差が
増大する。

このように、テレセントリック条件を満たすことを要
求される内視鏡の対物光学系では、瞳の近軸関係に起因
する歪曲収差が支配的である。この歪曲収差を補正する
ためには、瞳の結像における正弦条件を、強制的に大き
く崩す必要がある。

内視鏡の光学系において、歪曲収差を補正する場合、
瞳の結像における正弦条件の不満足度を増大させるため
に物体の結像における非対称性収差、つまり非点収差と
コマ収差が直接影響を受けることになる。また対物光学
系をコンパクトにし、広角にする場合も、諸収差特に軸
外収差の補正が困難になる。そのため、内視鏡の対物光
学系においては、広角にし、歪曲収差を十分減少させか
つ光学系をコンパクトに（特に外径を小さく）した時
に、いかに歪曲収差以外の諸収差を良好に補正するかが
設計上のポイントである。これら要件を同時に満足させ
なければ、内視鏡対物光学系を実現し得ない。

非球面を用いて歪曲収差と他の収差を補正した対物レ
ンズの例として特開昭57−173810号公報に記載されたも
のがある。しかしこの対物レンズは画角が56゜とせまい
にもかかわらず歪曲収差は完全には補正されていない。

また、第12図に示す特開昭60−169818号公報に記載さ
れた光学系は、絞りを挾んで負のパワーを持つ前群と正
のパワーを持つ後群とにて構成され、前群に少なくとも
１面非球面を導入することにより、テレセントリックな
光学系で歪曲収差を補正したものである。しかし上記公
報に記載されている実施例の光学系は、コンパクトでは
なく、レンズ枚数も非常に多く好ましくない。

また第13図に示す特開昭61−162021号公報に記載され
ている光学系は、明るさ絞りの前後に少なくとも１面以
上の非球面を用いたテレセントリックで歪曲収差が補正
されているが、前記の特開昭60−169818号公報の光学系
と同様に、光学系がコンパクトでなくかつ用いている非
球面は、球面からのずれ量が非常に大きく製作が困難で
あり、実用的ではない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、広角で歪曲収差が良好に補正され同
時に他の諸収差も補正され非球面レンズの加工性がよく
かつレンズ枚数の少ないコンパクトな内視鏡対物光学系
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の内視鏡光学系は、物体側より順に負の屈折力
を有する第１群と、正の屈折力を有する第２群と、明る
さ絞りと、その後方に配置された正の屈折力と負の屈折
力を有するレンズを貼り合わせてなるレンズを含み全体
として正の屈折力を有する後群とからなり、少なくとも
一つの非球面を有し、下記条件を満足することを特徴と
する。

（１） |f₁/f|＜５ （２） |f₂/f|＜10 （３） |r_b/r_a|＜0.7 ただし、f₁は第１群の焦点距離、f₂は第２群の焦点距
離、ｆは全系の焦点距離、r_b,r_aは夫々第２群の物体側
の面及び絞り側の面の曲率半径である。

光学系の近軸瞳倍率β_Ｅが無限大であり、入射瞳と射
出瞳に球面収差のない光学系について、歪曲収差と瞳の
正弦条件不満足量との関係について述べる。

第９図において、像高Ｈ（θ_１）は、Ａ（θ_１）をθ
_１＝０゜における微係数が１である任意の関数としてＨ
（θ_１）＝fA（θ_１）と表現される。この関係と無限遠
物点における正弦条件不満足量の定義式Ｈ（θ_１）−f
sinθ_１とから、像面から物体面へ向かっての主光線の
追跡により求められる瞳の正弦条件不満足量は、ｆ［Ａ
（θ_１）−sinθ］となる。これをf sinθ_１で割って規
格化したものをＳ（θ_１）とおくと、Ｓ（θ_１）は次の
式（Ｖ）になる。

歪曲収差のない光学系では、Ａ（θ_１）＝tanθ_１で
あるから、β_ETが無限大であるテレセントリックな光学
系では、歪曲収差を完全に除去するためには、Ｓ
（θ_１）が次のようになるように瞳の正弦条件不満足量
を発生させれば良い。

逆にＳ（θ_１）がわかっていれば、Ａ（θ）が求めら
れ、歪曲収差Ｄ（θ_１）を求めることが出来る。つまり
Ｄ（θ_１）は次の式（vi）のように表わされる。

Ｄ（θ_１）＝100×［｛Ｓ（θ_１）＋１｝cosθ_１−１］（％） （vi） 上述と同様にして、像面から物体面に向けての主光線
追跡によって求まる前群、後群単独での瞳の正弦条件不
満足量を規格化したものを求めることが出来る。その値
を夫々S₁（θ_１）,S₂（θ_１）とすると、Ｓ（θ_１）,S
（θ_１）,S₂（θ_１）の間には次の関係がある。

Ｓ（θ_１）＋１＝｛S₁（θ_１）＋１｝｛S₂（θ_１）＋１｝ （vii） この関係からS₁（θ_１）,S₂（θ_１）がわかっていれ
ばＳ（θ_１）を求めることが出来る。

実際の光学系においては、入射瞳と射出瞳に球面収差
が存在するためその影響も考慮しなければならない。歪
曲収差が物点位置によって多少変動するのはこの影響で
あり、S₁（θ_１）.S₂（θ_１）も瞳の球面収差を考慮し
た形にするのが望ましい。入射瞳の球面収差を考慮した
S₁（θ_１）を求めるためには、明るさ絞りの中心を物点
とし物体面を仮想絞りとして明るさ絞りから前群に向か
って第９図の矢印Ａ方向に光線追跡すれば良い。この時
のS₁（θ_１）は次の式（viii）のように定義出来る。

ここでθ_２は、絞り位置における主光線の光軸に対す
る角度であり、絞りが硝材中にある場合は、空気中に換
算する。▲▼は明るさ絞りから物体に向かって（矢
印Ａ方向）の前群の近軸瞳倍率である。_１は物体面か
ら近軸入射軸までの距離である。_１（θ_１）は物体面
から軸外の入射瞳までの距離である。

_１（θ_１）は物体面を基準にして矢印Ａ方向を正とす
る。

同様にしてS₂（θ_１）も、明るさ絞りの中心を物点と
し、像面を仮想絞りとして、明るさ絞りから後群に向か
って第９図の矢印Ｂの方向に光線追跡を行なえば求める
ことが出来る。この場合、前群の時と光線追跡方向が逆
になるため、S₂（θ_１）は次の（ix）のように定義でき
る。

ここでθ_３は、像面から出射する主光線の光軸に対す
る角度で、空気中の値に換算したものである。▲▼
は明るさ絞りから像面に向かって（矢印Ｂ方向）の近軸
瞳倍率である。

は像面から軸外の射出瞳までの距離である。

_１（θ_１）の符号は、像面を基準にして矢印Ｂ方向を
正とする。

尚、θ₁,θ₂,θ_３の符号は、物体側から主光線を入射
させた時、絞りより前では進行方向が光軸に近くなる方
向の場合を負、絞りより後方では進行方向が光軸から離
れる方向の場合を負とする。

前群、後群共に負の歪曲収差を補正する方向に正弦条
件を崩す時は、S₁（θ_１）.S₂（θ_１）は共に正にな
り、式（vi）により定まるＳ（θ_１）も正になる。

前記式（viii），（ix）より瞳の正弦条件がほぼ満た
されている場合でも瞳の球面収差の発生量つまり式（vi
ii），（ix）中の ／_１（θ_１）又は_２（θ_１）／ を変化させることによってＳ（θ_１）を大きくすること
が出来る。絞りより後の後群の条件を一定にし前群に対
し絞りから物体側へ光線追跡を行なったとき、第１図に
示すような本発明のレンズ系では、明るさ絞りと第１群
との間に正の群を設けたことにより、第１群への光線の
入射角が小さくなり、θ_１を一定に保つためには、第１
群のパワーを強くする必要がある。このように第１群の
パワーを強くすると、この群で発生する瞳の球面収差が
大きく式（viii）のうちの ／_１（θ）を大にすることが出来る。この値を大にす
ればＳ（θ_１）が大になり、歪曲収差を減少させること
が出来る。

更に本発明の光学系で ／_１（θ_１）を大きくするためには、次の条件（１）
を満足することが望ましい。

（１） |f₁/f|＜５ だたしf₁は第１群の焦点距離、ｆは全系の焦点距離で
ある。

条件（１）の上限を越えると式（viii）の ／_１（θ_１）を大きくできないため歪曲収差の補正量
が少なくなる。

またθ_１が等しい時は、絞りから物体側へ光線追跡を
行なった時の第１群の入射角が小さい方が ／_１（θ_１）をより大きくできるので、第１群の入射
角を小さくする条件として次の条件（２）を満足するこ
とが好ましい。

（２） |f₂/f|＜10 ただしf₂は第２群の焦点距離である。

正の屈折力を持つ第２群において、第１群の瞳の球面
収差発生量と逆方向に発生させるためには、第２群は瞳
を物点とする時に球面収差の発生量が少ない形状にする
ことが望ましい。そのためには球面収差の発生量とレン
ズのベンディングとの関係から、物点側に凸面を持ちそ
の反対側が平面である平凸レンズに近い形状が、最も球
面収差を小さく出来る形状である。したがって第２群の
各曲面は、絞りと反対側の面の曲率半径をr_a、絞り側の
面の曲率半径をr_bとすると、次の条件（３）を満足する
ことが望ましい。

（３） |r_b/r_a|＜0.7 本発明の内視鏡対物光学系は、前記のように、負のパ
ワーの第１群と明るさ絞りとの間に正のパワーをもつ第
２群を配置してまた条件（１），（２），（３）を満足
することによって歪曲収差がある程度補正されているの
で、非球面の数は少なくてすみ又非球面の形状も球面か
らのずれ量が少なくてすむので加工性の良い形状にする
ことができる。

更に負のパワーの群と明るさ絞りとの間に正のパワー
の群を配置した本発明のレンズ系は、次のようにして歪
曲収差以外の収差を補正することが出来る。

負のパワーの第１群と明るさ絞りの間に正のパワーを
持った第２群を配置すると、第１群の凹面で発生するマ
イナス側のコマ収差とは反対のプラス側のコマ収差が第
２群の後面で発生するので、明るさ絞りの前側でコマ収
差をほぼ補正することが出来る。ここでコマ収差の符号
は、ガウス像面上で主光線より光軸側で結像させる方向
をマイナス、その逆をプラスとする。

又球面収差に関しても、同時に、第１群で発生する強
い正の球面収差を第２群の凸の作用によって負の球面収
差を発生させることによって補正出来る。そのために第
２群はある程の球面収差を発生させる必要があり、前記
の第２群の球面収差の発生を少なくするための条件であ
る条件（３）に加え次の条件を満足することが好まし
い。

0.01＜|r_b/r_a|＜0.7 この条件の下限を越えると第１群で発生した正の球面
収差を十分補正できなくなる。

本発明の内視鏡対物光学系においては、明るさ絞りの
後ろ側では第３群の接合面でプラス側のコマ収差を発生
させて、正のパワーを持つ第４群で発生するマイナス側
のコマ収差と明るさ絞りの前側で僅かに残ったマイナス
側のコマ収差を補正している。このように本発明のレン
ズ系では明るさ絞りの前と後ろでコマ収差を補正できる
ためコマ収差の曲りも少なく収差量も少なく出来る。

また凹の群の直後に明るさ絞りを配置した従来のレン
ズ系の場合、倍率の色収差を後群中の接合レンズのみで
補正しているので、凹レンズで発生した倍率の色収差を
充分に補正できなかった。本発明のレンズ系は、第１群
と明るさ絞りとの間に配置した第２群でも倍率の色収差
を補正できるので、充分に倍率の色収差を補正できる。

このように、本発明のレンズ系は、明るさ絞りより前
の前群で収差が補正されているので少ないレンズ枚数で
良好な収差補正が可能である。

画角を広くしかつ第１群の外径を小さくするために第
１群の光線高を低くするには、第１群の負のパワーを非
常に強くする必要がある。

第11図のような従来の対物レンズは、第１群のパワー
を強くしたことによって発生する非常に大きなコマ収差
の非対称性を第２群以後のレンズで補正することができ
ない。また第１群のパワーを強くするためにその屈折率
を高くすると、一般に屈折率の高い光学用硝材は、分散
が大きいために第１群で発生する大きな色収差を第２群
以降のレンズで補正しきれなくなる。そのために第１群
のパワーをあまり強くできない。

本発明のレンズ系は、前記のように第１群により発生
するコマ収差や色収差を第２群によりキャンセルできる
ため、第１群のパワーを強くしても充分な収差の補正が
可能である。

このように本発明のレンズ系は、歪曲収差以外の収差
も良好に補正されコンパクトでレンズ枚数の少ない光学
系である。

またこのような光学系中に非球面を用いて歪曲収差を
補正するには軸外光線の光線高が高いレンズ面に非球面
を用いるのが効果的で、少ない非球面量で補正できる。
そのため次の条件を満足することが望ましい。

1.5＞|h_A/I|＞0.4 ただしh_aは非球面での最大光線高、Ｉは像面上の最大
光線高である。

上記条件の下限を越えると歪曲収差を充分補正するた
めには非球面量が大きくなり、非球面の加工性が悪くな
る。また上限を越えるとレンズ外径が大になり好ましく
ない。

歪曲収差を補正するための非球面の形状に関しては、
特開昭60−169818号又は特開昭61−162021号公報に記載
されているように、明るさ絞りの前側に設ける場合は周
辺になるほど正のパワーが強くなるか、又は周辺になる
ほど負のパワーが弱くなる形状であればよい。例えば本
発明のレンズ系において、第１群の第１面を非球面にす
る場合は周辺ほど曲率が強くなる形状である。更に明る
さ絞りの後ろ側では周辺になる程正のパワーが弱くなる
か、周辺になる程負のパワーが強くなる形状がよい。例
えば本発明の光学系の第３群の最終面に用いた場合は、
周辺ほど曲率がゆるくなる非球面形状である。上記のよ
うな非球面形状により歪曲収差を補正することが出来
る。

以上述べたように、本発明の光学系は、基準球面から
のずれ量が少ない非球面で、また極力少ない数の非球面
で歪曲収差が良好に補正され、他の収差も良好に補正さ
れた光学系である。

〔実施例〕

次に本発明の内視鏡対物光学系の各実施例を示す。

実施例１ ｆ＝1.000、IH＝1.3137、２ω＝120゜ r₁＝26.9528（非球面） d₁＝0.3583 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝0.8818 d₂＝0.9849 r₃＝−20.9482 d₃＝1.1354 n₂＝1.84666 ν_２＝23.78 r₄＝−2.2149 d₄＝0.0671 r₅＝∞（絞り） d₅＝1.4493 r₆＝3.9822 d₆＝0.2158 n₃＝1.84666 ν_３＝23.78 r₇＝2.0462 d₇＝1.1098 n₄＝1.58913 ν_４＝60.97 r₈＝−26.5803（非球面） d₈＝0.1013 r₉＝4.3309 d₉＝0.6529 n₅＝1.51633 ν_５＝64.15 r₁₀＝∞ d₁₀＝1.1943 n₆＝1.54814 ν_６＝45.78 r₁₁＝∞d₁₁＝∞＝0.3185 n₇＝1.52287 ν_７＝59.89 r₁₂＝∞ 非球面係数 （第１面） Ｐ＝1.000、Ｂ＝0.26364×10^-1 Ｅ＝0.22972×10^-1、Ｆ＝−0.24589×10^-2 Ｇ＝−0.15767×10^-3 （第８面） Ｐ＝1.000、Ｂ＝−0.31167 Ｅ＝0.31984×10^-1、Ｆ＝0.36913×10^-2 Ｇ＝−0.67621×10^-3 |f₁/f|＝1.877、|f₂/f|＝1.43 |r_b/r_a|＝0.1057 実施例２ ｆ＝1.000、IH＝1.4706、２ω＝140゜ r₁＝90.9302（非球面） d₁＝0.4011 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝0.8938 d₂＝1.1054 r₃＝−9.7941 d₃＝1.2474 n₂＝1.84666 ν_２＝23.78 r₄＝−2.2534 d₄＝0.0747 r₅＝∞（絞り） d₅＝1.6148 r₆＝3.8553 d₆＝0.2169 n₃＝1.84666 ν_３＝23.78 r₇＝2.1578 d₇＝1.2396 n₄＝1.56873 ν_４＝63.16 r₈＝−42.2973（非球面） d₈＝0.2023 r₉＝5.2064 d₉＝0.7308 n₅＝1.51633 ν_５＝64.15 r₁₀＝∞ d₁₀＝1.3369 n₆＝1.54814 ν_６＝45.78 r₁₁＝∞ d₁₁＝0.3565 n₇＝1.52287 ν_７＝59.89 r₁₂＝∞ 非球面係数 （第１面） Ｐ＝1.000、Ｂ＝−0.12677×10^-2 Ｅ＝0.13626×10^-1、Ｆ＝−0.10468×10^-2 Ｇ＝0.82808×10^-6 （第８面） Ｐ＝1.0000、Ｂ＝−0.28698 Ｅ＝0.22277×10^-1、Ｆ＝0.20339×10^-2 Ｇ＝−0.30968×10^-3 |f₁/f|＝1.746、|f₂/f|＝3.213 |r_b/r_a|＝0.230 実施例３ ｆ＝1.000、IH＝1.0503、２ω＝120゜ r₁＝∞ d₁＝0.2864 n₁＝1.51633 ν_１＝64.15 r₂＝0.7558 d₂＝0.7762 r₃＝15.9736 d₃＝0.8808 n₂＝1.84666 ν_２＝23.78 r₄＝−1.7740 d₄＝0.0556 r₅＝∞（絞り） d₅＝1.2065 r₆＝4.2603 d₆＝0.1934 n₃＝1.84666 ν_３＝23.78 r₇＝2.0223 d₇＝0.8391 n₄＝1.60311 ν_４＝60.70 r₈＝−21.2507（非球面） d₈＝0.2233 r₉＝2.7621 d₉＝0.5220 n₅＝1.51633 ν_５＝64.15 r₁₀＝∞ d₁₀＝0.9548 n₆＝1.54814 ν_６＝45.78 r₁₁＝∞ d₁₁＝0.2546 n₇＝1.52287 ν_７＝59.89 r₁₂＝∞ 非球面係数 Ｐ＝1.0000、Ｂ＝−0.25965 Ｅ＝0.38331×10^-1、Ｆ＝0.13060×10^-1 Ｇ＝−0.39414×10^-2 |f₁/f|＝1.464、|f₂/f|＝1.93 |r_b/r_a|＝0.0735 実施例４ ｆ＝1.000、IH＝0.9994、２ω＝120゜ r₁＝54.0021（非球面） d₁＝0.2726 n₁＝1.88300 ν_１＝40.78 r₂＝0.6353 d₂＝0.6849 r₃＝2.7716 d₃＝0.7783 n₂＝1.78590 ν_２＝44.18 r₄＝−1.6567 d₄＝0.0841 r₅＝∞（絞り） d₅＝1.1435 r₆＝5.9253 d₆＝0.7891 n₃＝1.60311 ν_３＝60.70 r₇＝−0.8411 d₇＝0.1979 n₄＝1.84666 ν_４＝23.78 r₈＝−1.7267 d₈＝0.9616 r₉＝3.6657 d₉＝0.4967 n₅＝1.72916 ν_５＝54.68 r₁₀＝∞ d₁₀＝0.9085 n₆＝1.54814 ν_６＝45.78 r₁₁＝∞ d₁₁＝0.2423 n₇＝1.52287 ν_７＝59.89 r₁₂＝∞ 非球面係数 Ｐ＝1.0000、Ｂ＝0.69964×10^-2 Ｅ＝0.4505×10^-1、Ｆ＝0.14542×10^-1 Ｇ＝−0.22317×10^-1 |f₁/f|＝0.738、|f₂/f|＝2.84 |r_b/r_a|＝0.595 ただしr₁,r₂,…は各レンズ面の曲率半径、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,…は各レンズのアツベ数である。

又非球面形状は、光軸をｘ軸、光軸と直交する方向を
ｙ軸とする時次のように表わされる。

ここでＣは非球面頂点の曲率半径の逆数、Ｐは円錐定
数、B,E,F,G,……は非球面係数である。

実施例１は、第１図に示す構成で、画角が120゜の固
体撮像素子と組合わせたものである。図中Ｆはモアレを
除去するための光学的ローパスフィルター、Ｃは固体撮
像素子のカバーガラスである。また実際に使用する場合
には、観察時に不用なレーザー光や赤外光を遮断するYA
Gカットフィルターと赤外カットフィルターを明るさ絞
りと第３群の間に挿入する。

実施例２は、第２図に示すもので実施例１と同じよう
に固体撮像素子と組合わせたもので画角は140゜であ
る。

これら実施例1,2は、非球面を第１面と第８面に用い
ている。つまり絞りの前側では光線高の最も高い第１面
に用いて、球面からのずれ量が少なくても歪曲収差に対
する補正量を大に出来る。また絞りより後ろ側では、コ
マ収差の発生量を少なくするため明るさ絞り側に曲率中
心を持ち光線高の高い第８面に非球面を用いている。

次に実施例3,4は、夫々第３図，第４図に示す構成
で、いずれも画角が120゜である。又非球面は１面のみ
用いている。実施例３は、非球面を第８面のみに、実施
例４は非球面を第１面のみに用いている。

これら実施例3,4では、画角120゜で歪曲収差が夫々29
％,33％とやや残った状態になっている。これは以下述
べるような理由による。

内視鏡においては、例えば医療用であれば気管支や大
腸などの管状の臓器を光軸を管の軸方向に向けて観察す
る場合や、工業用でガス管、水道管等を観察することが
ある。第９図は、このような観察状態を示す概念図で、
図中P₁は近軸の入射瞳、P₂は軸外の入射瞳、P₃は近軸の
射出瞳、P₄は軸外の射出瞳である。このような被写体の
場合、視野周辺の管内表面にある物体の形状が歪まない
ようにするのが望ましく、管内表面で管の軸に平行な方
向を管内観察のメリジオナル方向、それに垂直な方向を
管内観察のサジタル方向として対物光学系で観察したと
きに視野の周辺でメリジオナル方向の倍率とサジタル方
向の倍率が等しくなるようにすれば良い。

第10図は、管内観察において、メリジオナル方向の倍
率β_Ｍ（θ_１）とサジタル方向の倍率β_Ｓ（θ_１）を求
めるための図である。Ａ（θ_１）という特性をもつ対物
光学系では、β_Ｍ（θ_１），β_Ｓ（θ_１）は次の式のよ
うになる。

Ａ（θ_１）＝Ktan（θ₁/K）の時に、｜β_Ｍ（θ_１）
／β_Ｓ（θ_１）｜＝１となるθ_１とＫとの組合わせは下
記の式（Ｘ）を満足する。

（Ｘ） 上記式を満足するθ_１とＫの関係は次の表の通りであ
る。

θ_１ 50゜ 60゜ 70゜ 80゜ Ｋ 1.18 1.53 1.81 1.96 以上の関係から、例えば画角120゜の光学系を管内観
察に適するようにするためには、歪曲収差を約32％程度
にすればよいことがわかる。

このような理由から、実施例3,4は、歪曲収差が残る
ようにしている。このように歪曲収差の補正量が少い時
は、一つの非球面で充分である。したがってこれら実施
例のように、本発明の光学系は、非球面１面で管内観察
に適したものを実現し得る。この場合実施例1,2で述べ
たと同じ理由で絞りの前に用いる場合は第１面、絞りの
後ろに用いる場合は第８面を非球面にすることが好まし
い。

また、本発明の各実施例および前記従来例の特開昭60
−169818号の実施例１および特開昭61−162021号の実施
例８の非球面の基準球面からのずれ量｜Δx|を示すと次
の通りである。

（本発明） 実施例１ 0.09291（第１面） 0.3453（第８面） 実施例２ 0.07179（第１面） 0.42293第８面） 実施例３ 0.17798（第８面） 実施例４ 0.01017（第１面） （特開昭60−169818） 実施例１ 0.386（第３面） （特開昭61−162021） 実施例８ 0.4062（第１面） 0.1429（第13面） 上記の値からわかるように特開昭60−169818号の実施
例１は、画角が90゜で歪曲収差が約−５％であるが、｜
Δx|は本発明の方が少ない。

又特開昭61−162021号の実施例８は、画角が120゜
で、歪曲収差が約40％で本発明の実施例とほぼ同じであ
るが、第１面，第13面の｜Δx|は大で、本発明の光学系
の方が｜Δx|が小さい。

〔発明の効果〕

本発明の内視鏡対物光学系は、以上述べたような構成
にすることによって、広角で歪曲収差が充分補正され同
時に他の諸収差も良好に補正され、又非球面レンズの加
工性が良くかつレンズ枚数の少ないコンパクトな光学系
である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は夫々本発明の実施例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
収差曲線図、第９図は、本発明の原理を説明する図、第
10図は管内観察時のメリデイオナル・サジタル方向の倍
率を求めるための図、第11図乃至第13図は従来の内視鏡
学系の構成を示す図である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体側より順に負の屈折力を有し物体側に
   凸面を向けた単レンズからなる第１群と、物体側の面の
   曲率半径が像側の面の曲率半径より大きい正の屈折力を
   有する単レンズからなる第２群と、明るさ絞りと、正の
   屈折力を持った単レンズと負の屈折力を持った単レンズ
   を貼り合わせてなる第３群と、正の屈折力を持った単レ
   ンズからなる第４群で構成され、光学系中に少なくとも
   一つの非球面を有し、下記条件を満足することを特徴と
   する内視鏡対物光学系。 （１） |f₁/f|＜５ （２） |f₂/f|＜10 （３） |r_b/r_a|＜0.7 ただし、f₁は第１群の焦点距離、f₂は第２群の焦点距
   離、ｆは全系の焦点距離、r_a,r_bは夫々第２群の物体側
   の面及び絞り側の面の曲率半径である。
2. 【請求項２】非球面が第２群以外のレンズ中に配置さ
   れ、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１
   の内視鏡対物光学系。 1.5＞|h_A/I|＞0.4 ただし、h_Aは非球面での最大光線高、Ｉは像面上の最大
   光線高である。