JP3105600B2 - 内視鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内視鏡に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】内視鏡として、イメージガイドファイバ
ーを用いたファイバースコープが多く利用されている。
しかし最近では、イメージガイドの代りに各種固体撮像
素子を用いたビデオスコープも多く使用されるようにな
った。

【０００３】ビデオスコープの撮像方式には、主として
面順次方式と点順次方式とがある。ここで、点順次方式
とは、固体撮像素子の各絵素に対応させて微少な色フィ
ルターをモザイク状に集積した色符号化フィルター（通
常カラーモザイクフィルター等と呼ばれている）を固体
撮像素子の入射側に設けて色信号を得るようにしたもの
である。

【０００４】モザイク式の撮像素子を用いた場合、固体
撮像素子の各絵素上に各色フィルターが配置されてい
る。しかし、フィルターと固体撮像素子の受光素子の受
光面との間隔が離れていると固体撮像素子に対して大き
な入射角をなす光線は、色フィルターを通過後、本来入
射すべき絵素に入射せず、それに隣接する絵素上に入射
して得られる画像が色むら（色シェーディングと云う）
が生ずることがある。これは、例えば図１９に示す特開
昭６２−１７３４１５号に記載されたもののように、撮
像素子に対し斜めに入射するようなタイプのレンズ系で
は、色シェーディングを防ぐことは出来ない。

【０００５】また、上記の欠点を解消する手段として特
開平２−７４９１２号公報に記載されている光学系があ
る。

【０００６】この光学系は図２０に示す通りで、物体側
から順に、強い負のパワーの凹レンズと凸レンズと明る
さ絞りと赤外カットフィルターと接合レンズとフィール
ドレンズと、そして最も像側に光学的ローパスフィルタ
ーを配置したものである。

【０００７】この光学系は、強い負のパワーの凹レンズ
で発生するコマ収差、非点収差を補正するために明るさ
絞りより前に凸レンズを配置している。又この凸レンズ
で、前記の凹レンズで発生する倍率の色収差も補正して
いる。

【０００８】しかしこの対物レンズは、構成レンズ枚数
が多い。

【０００９】また、レンズ枚数を減らして比較的簡単な
構成にしようとすると、各レンズのパワーが総体的に増
大し、それに伴って諸収差が増加する。この収差を補正
するためにはレンズ系の全長が長くなり内視鏡により要
求されるコンパクト性が保てなくなる。又後群の接合レ
ンズを単レンズにすると倍率の色収差を十分補正できな
くなる。

【００１０】また固体撮像素子の直前に配置される水晶
フィルター等による光学ローパスフィルターは、内視鏡
が細くなるに伴ない固体撮像素子が小さくなると加工が
難しくなり非常に高価になる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、テレ
セントリック系で、広角で、全長が短く外径が小さくレ
ンズ枚数が少くかつ収差が良好に補正された対物レンズ
を備えた内視鏡を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の内視鏡は、対物
レンズと撮像素子とを備えていて、対物レンズが、図９
に示すように物体側より順に、負のパワーを有する第１
レンズＬ₁ と、正のパワーを持ち像側に凸面を持つ第
２レンズＬ₂ と、明るさ絞りＳと、明るさ絞り直後に
配置されているフィルター群Ｆと、両凸レンズの第３レ
ンズＬ₃ と、平凹レンズの第４レンズＬ₄ との接合レ
ンズとよりなり、前記接合レンズが撮像素子に密着され
ているレンズ系で、次の条件を満足するものである。 （１） ０．１８＜Ｉ_m/ｆ_R ＜０．６４２ （２） ０．１＜｜ｆ₁/ｆ₂ ｜＜２（３） ｜ν ₁ −ν ₂ ｜＜１５ （４） ０．５ｆ＜ｆ _R ＜５ｆ （５） ｜ν ₃ −ν ₄ ｜≧２０ ただし、ｆ _R は第３レンズと第４レンズの合成焦点距
離、Ｉ _m はレンズ系の最大像高、ｆ ₁ ，ｆ ₂ は夫々第１
レンズおよび第２レンズの焦点距離、ν ₁ ，ν ₂ ，ν
₃ ，ν ₄ は夫々第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、
第４レンズのアッベ数である。

【００１３】更に本発明では、明るさ絞り近傍に光学的
ローパス効果を持つ面を少なくとも１面有している。

【００１４】本発明は、特開平２−７４９１２号公報に
記載されたレンズ系における明るさ絞りより後ろに配置
した接合レンズとフィールドレンズの機能を、収差補正
能力を劣化させずに一体化したもので、一体化のために
撮像素子直前に配置されていた複屈折板をなくしたもの
である。

【００１５】本発明の対物レンズは、前記のように負の
屈折力を有する第１レンズＬ₁ と明るさ絞りＳとの間に
正のパワーを持つ第２レンズＬ₂ を配置し像に対し凸面
を向けたことによって、第１レンズＬ₁ の凹面で発生す
るマイナス側のコマ収差と反対のプラス側のコマ収差を
第２レンズＬ₂ の後面で発生させることによって明るさ
絞り前側でコマ収差を良好に補正できる。ここでコマ収
差の符号は、ガラ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。

【００１６】次に非点収差に関しては、第１レンズＬ₁
の凹面で発生するプラスの非点収差は、第２レンズＬ₂
の後面でマイナスの非点収差を発生させて補正するよう
にしている。このように絞りより前の前群で発生するコ
マ収差、非点収差を前群中で除去することが可能であ
る。

【００１７】又明るさ絞りの後ろ側では、フィールドレ
ンズとしての機能を持ち、撮像素子例えばＣＣＤにほぼ
垂直に主光線が入射するように配置されている。

【００１８】またこの時は、第３レンズＬ₃ と絞りＳと
の間はある程度あけて第３レンズＬ₃ のパワーが強すぎ
ないようにして、第３レンズＬ₃ の物体側の面で発生す
る非点収差を小さく抑えておかないと接合面では補正で
きない。また、前群で発生する非点収差を補正不足にし
て、前記第３レンズＬ₃ の物体側の面でバランスさせる
ようにすると、明るさ絞りＳと第３レンズＬ₃ の間に収
差補正上も有利であり、フィルターをおくスペースをと
ることが出来る。

【００１９】以上のようにして色収差以外は、良好に補
正することが出来る。

【００２０】色収差に関しては、絞りより前と後ろとで
独立して補正することが出来、明るさ絞りよりも物体側
に第２レンズを配置したので、第１レンズと第２レンズ
とで打消し合うようにすることが出来る。このようにし
て、第１レンズと第２レンズともパワーを強くすること
が可能であり、それによって小型化できる。

【００２１】明るさ絞りより後ろ側でも第３レンズの凸
のパワーで発生するマイナスの色収差をこの第３レンズ
と第４レンズの接合面で十分補正できる。

【００２２】最近、ＣＣＤも高画素化が進み、人体中
（胃や腸）では、高い空間周波数を持つ物体がないの
で、物体とＣＣＤとの干渉でのモアレが生じにくい。そ
のため、従来モアレ除去のためにこの位置に配置されて
いた水晶等のローパスフィルターを省略出来、接合レン
ズを含んだフィールドレンズにすることが出来る。

【００２３】このような構成の光学系は、後群にフィル
ターを配置するための条件が必要になる。

【００２４】条件（１）は、フィルターを配置した時
に、入射する光線のフィルターへの入射角度に制限を加
えたものである。

【００２５】赤外カットフィルター，ＹＡＧカットフィ
ルター等を用いるビデオスコープの場合、前述のように
明るさ絞りの直後に上記のフィルターを配置し、条件
（１）を満足するようにすることが望ましい。

【００２６】図９に示すように、像面に入射する主光線
が垂直である光学系は、明るさ絞りを通過する軸外主光
線の光軸に対する角度をθ' とすると次のように表わす
ことが出来る。 sin θ' ＝Ｉ／ｆ_R ただしＩは像高である。

【００２７】通常、干渉型の赤外カットフィルターは、
光線の入射角が大になると、赤外域の透過率が急激に高
くなり、赤外域の光を遮断することが出来なくなる。

【００２８】また吸収型フィルターは、光線の入射角が
大になると、像高の違いにより硝路に差が生ずるため、
画面上の色むらの原因になる。

【００２９】以上のことから、干渉型フィルターも、吸
収型フィルターも、それへの入射角を小にする必要があ
る。その角度は、約４０°以下で、条件（１）の上限を
満足すると色むらを除去できる。逆に条件（１）の上限
を越えると色むらを生じ好ましくない。

【００３０】また下限を越えると後群の全長が長くなり
光学系が大型化し好ましくない。条件（２）は、前群に
おける収差を良好に補正するためのものである。

【００３１】この条件（２）の下限を越えると第１レン
ズのパワーが第２レンズのパワーに対し強すぎて、第１
レンズで発生するマイナスのコマ収差やプラスの非点収
差が第２レンズで補正できなくなる。

【００３２】逆に条件（２）の上限を越えると、第２レ
ンズによる補正が過剰になり好ましくない。

【００３３】上記条件（２）を満足した状態で前群での
色収差をある程度補正するためには、次の条件（３）を
満足することが望ましい。 （３） ｜ν₁ −ν₂ ｜＜１５ ただしν₁ ，ν₂ は夫々第１レンズおよび第２レンズの
アッベ数である。この条件（３）を満足しないと、前群
での色収差の補正が出来なくなり、後群で補正しようと
しても倍率の色収差と軸上の色収差を同時に補正するこ
とが出来なくなる。次に明るさ絞りの直後にフィルター
を置くスペースを確保するために、下記条件（４）を満
足することが好ましい。 （４） ０．５ｆ＜ｆ_R ＜５ｆ 本発明の対物レンズは、テレセントリック系であるため
図３からもわかるようにｆ_R ≒Ｄ_s（Ｄ_s は明るさ絞り
から第３レンズの物体側の面の面頂までの空気換算長）
という関係が成立つ。

【００３４】Ｄ_s は絞り直後のフィルターを配置するス
ペースであり、条件（４）はある特性を持ったフィルタ
ーを配置するための条件である。

【００３５】条件（４）の下限を越えるとフィルターを
配置することが出来なくなる。上限を越えるとレンズ系
の全長が伸びすぎて大型化し実用的でなくなる。また無
理に前群によって短くしようとすると後群のパワーが弱
くなりすぎテレセントリック系にならなくなる。

【００３６】又後群でもある程度色収差の発生を抑える
ようにするためには、次の条件（５）を満足することが
望ましい。 （５） ｜ν₃ −ν₄ ｜≧２０ ただしν₃ ，ν₄ は夫々第３レンズ、第４レンズのアッ
ベ数である。

【００３７】後群での倍率の色収差を単独で抑えるには
上記条件（５）を満足する必要がある。

【００３８】また、この対物レンズは、固定焦点である
ため、被写界深度をかせぐためあまりＦナンバーを大き
くすることができない。そのため、ＣＣＤに入射する光
束の太さは制限され、ＣＣＤに近い面にゴミが付着する
とその影がＣＣＤに写りやすい。

【００３９】この欠点を解消するために本発明では、フ
ィールドレンズつまり図３の第３レンズＬ₃ と第４レン
ズＬ₄ の接合レンズはゴミ付着の防止に役立つ構成にな
っている。つまり第３レンズＬ₃ と第４レンズＬ₄ で構
成される像側の面を平面にしてＣＣＤのカバーガラス又
はＣＣＤに直接接着又は密着して、下記の条件（６）を
満足するようにしている。 （６） ０．５ｆ＜Ｄ_R ＜５ｆ ただしＤ_R は第３レンズＬ₃ の物体側の面から結像位置
までの空気換算長である。

【００４０】このレンズ系においては、最もゴミが付着
しやすいのは、第３レンズＬ₃ の物体側の面であり、こ
の面との間隔が大であればゴミによる影響がなくなる。
つまりＤ_R が条件（６）の下限値以上であることが望ま
しく、この条件の下限を越えるとゴミの影が写りやすく
なる。又条件（６）の上限を越えＤ_R が大になると、主
光線が垂直に入射するためにフィールドレンズの外径が
大になり実用上好ましくない。

【００４１】

【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１ ｆ＝1.000 ，Ｆ／5.481 ，ＩＨ＝0.8021 ，物点距離＝-9.7222 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.2222 ｎ₁ ＝1.88300 ν₁ ＝40.78 ｒ₂ ＝0.5376 ｄ₂ ＝0.3472 ｒ₃ ＝1.3829 ｄ₃ ＝0.9208 ｎ₂ ＝1.64769 ν₂ ＝33.80 ｒ₄ ＝-0.9650 ｄ₄ ＝0.1042 ｒ₅ ＝∞（絞り） ｄ₅ ＝0.0208 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0.2778 ｎ₃ ＝1.52287 ν₃ ＝59.89 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝0.0208 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝1.0417 ｎ₄ ＝1.52000 ν₄ ＝74.00 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0.7549 ｒ₁₀＝1.6092 ｄ₁₀＝1.0488 ｎ₅ ＝1.72916 ν₅ ＝54.68 ｒ₁₁＝-1.8194 ｄ₁₁＝0.8532 ｎ₆ ＝1.84666 ν₆ ＝23.78 ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝0.2778 ｎ₇ ＝1.52287 ν₇ ＝59.89 ｒ₁₃＝∞ Ｉ_m ／ｆ_R ＝0.326 ，｜ｆ₁ ／ｆ₂ ｜＝0.587 ，｜ν₁ −ν₂ ｜＝6.98 ， ｆ_R ／ｆ＝2.461 ，｜ν₃ −ν₄ ｜＝30.9 ，Ｄ_R ／ｆ＝1.29 実施例２ ｆ＝1.000 ，Ｆ／5.636 ，ＩＨ＝0.7804 ，物点距離＝-9.4595 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.1741 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝0.4113 ｄ₂ ＝0.6757 ｒ₃ ＝-30.5166 ｄ₃ ＝0.3971 ｎ₂ ＝1.61405 ν₂ ＝54.95 ｒ₄ ＝-0.7508 ｄ₄ ＝0.1014 ｒ₅ ＝∞（絞り） ｄ₅ ＝0.0203 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0.2703 ｎ₃ ＝1.52287 ν₃ ＝59.89 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝0.0203 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝1.0135 ｎ₄ ＝1.52000 ν₄ ＝74.00 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0.9285 ｒ₁₀＝1.4373 ｄ₁₀＝1.3514 ｎ₅ ＝1.65844 ν₅ ＝50.86 ｒ₁₁＝-1.4377 ｄ₁₁＝0.5100 ｎ₆ ＝1.84666 ν₆ ＝23.78 ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝0.2703 ｎ₇ ＝1.52287 ν₇ ＝59.89 ｒ₁₃＝∞ Ｉ_m ／ｆ_R ＝0.293 ，｜ｆ₁ ／ｆ₂ ｜＝0.639 ，｜ν₁ −ν₂ ｜＝9.2 ， ｆ_R ／ｆ＝2.659 ，｜ν₃ −ν₄ ｜＝27.08 ，Ｄ_R ／ｆ＝1.31 実施例３ ｆ＝1.000 ，Ｆ／5.297 ，ＩＨ＝0.8128 ，物点距離＝-9.8522 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.2252 ｎ₁ ＝1.88300 ν₁ ＝40.78 ｒ₂ ＝0.5321 ｄ₂ ＝0.3519 ｒ₃ ＝1.2799 ｄ₃ ＝0.8707 ｎ₂ ＝1.64769 ν₂ ＝33.80 ｒ₄ ＝-0.9606 ｄ₄ ＝0.1056 ｒ₅ ＝∞（絞り） ｄ₅ ＝0.0211 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0.2815 ｎ₃ ＝1.52287 ν₃ ＝59.89 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝0.0211 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝1.0556 ｎ₄ ＝1.52000 ν₄ ＝74.00 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0.7210 ｒ₁₀＝1.6137 ｄ₁₀＝1.0724 ｎ₅ ＝1.72916 ν₅ ＝54.68 ｒ₁₁＝-2.0150 ｄ₁₁＝0.6162 ｎ₆ ＝1.84666 ν₆ ＝23.78 ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝0.2815 ｎ₇ ＝1.52287 ν₇ ＝59.89 ｒ₁₃＝∞ Ｉ_m ／ｆ_R ＝0.333 ，｜ｆ₁ ／ｆ₂ ｜＝0.603 ，｜ν₁ −ν₂ ｜＝6.98 ， ｆ_R ／ｆ＝2.44 ，｜ν₃ −ν₄ ｜＝30.9 ,D_R /f=1.22 実施例４ ｆ＝1.000 ，Ｆ／5.340 ，ＩＨ＝0.8327 ，物点距離＝-10.0937 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.2307 ｎ₁ ＝1.88300 ν₁ ＝40.78 ｒ₂ ＝0.7089 ｄ₂ ＝0.6870 ｒ₃ ＝1.6655 ｄ₃ ＝1.0718 ｎ₂ ＝1.74950 ν₂ ＝35.27 ｒ₄ ＝-1.5461 ｄ₄ ＝0.1081 ｒ₅ ＝∞（絞り） ｄ₅ ＝0.0216 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0.2884 ｎ₃ ＝1.52287 ν₃ ＝59.89 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝0.0216 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝1.0815 ｎ₄ ＝1.52000 ν₄ ＝74.00 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0.5078 ｒ₁₀＝1.3148 ｄ₁₀＝1.0941 ｎ₅ ＝1.51112 ν₅ ＝60.48 ｒ₁₁＝-2.1699 ｄ₁₁＝0.4596 ｎ₆ ＝1.84666 ν₆ ＝23.78 ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝0.2884 ｎ₇ ＝1.52287 ν₇ ＝59.89 ｒ₁₃＝∞ Ｉ_m ／ｆ_R ＝0.231 ，｜ｆ₁ ／ｆ₂ ｜＝0.643 ，｜ν₁ −ν₂ ｜＝5.51 ， ｆ_R ／ｆ＝3.602 ，｜ν₃ −ν₄ ｜＝36.7 ，D_R /f=1.21 ただしｒ₁ ，ｒ₂ ，・・・ はレンズ各面の曲率半径、ｄ
₁ ，ｄ₂ ，・・・ は各レンズの肉厚およびレンズ間隔、ｎ
₁ ，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。

【００４２】これら実施例１〜４は夫々図１〜４に示す
もので、明るさ絞り直後の２枚の平行平面板は、物体側
よりＹＡＧレーザー等のＣＣＤへの影響を除去するＹＡ
Ｇレーザーカットフィルター等で、次に赤外線カットフ
ィルターである。

【００４３】これら実施例では、条件（１）を満足する
ことによって、最大像高における主光線のフィルター群
への入射角度は２５°になっている。また第１レンズで
発生するコマ収差，非点収差を補正するために第２レン
ズの明るさ側の面は、像側に凸になっている。

【００４４】以上の実施例１〜４においては、水晶フィ
ルターを省略したために物体中に高い空間周波数を持つ
部分があったり、白い小さい輝点があったりすると、そ
の部分においてモアレが発生するおそれがある。

【００４５】これを防ぐためには、次に述べるような構
成を採用することが効果的である。

【００４６】内視鏡を用いて人体の中を観察する時など
は、被写体とＣＣＤ等の固体撮像素子との干渉で生ずる
モアレと呼ばれる現象が生じにくい。しかし、人体内で
あっても観察される被写体に白い小さな輝点がある場
合、これをＣＣＤで撮像すると、白い輝点のまわりに疑
白と呼ばれる色モアレが生ずる。

【００４７】また、内視鏡は、医療用だけでなく、工業
用として、水道管のパイプの中やエンジンの中を観察、
検査する場合もある。この場合は、被写体として、高い
空間周波数を持つ物体が多く、モアレが生じ易く実際に
使用する上で支障をきたす。

【００４８】本発明の対物レンズは、次に述べるように
して、前記の状況に対応し得るようにしている。

【００４９】一般に離散的なサンプリング構造を持つ撮
像素子とこの撮像素子のサンプリングによるナイキスト
限界とが存在し、物体面を所定の結像面に形成するため
の撮像光学系とを有する構成で、像に均一なボケを与え
る事が可能な光学的ローパス効果を持つ面を１面以上撮
像光学系の明るさ絞りの近傍に配置すればよい。

【００５０】ここで前記のローパス効果をもつ面は、次
の条件（７）を満足することが望ましい。 （７） Ｓ／２≦ｆ_R sin ｛｜θ_m ｜（n₁-n₀ ／ｎ₀ ）｝≦３Ｓ ただし｜θ_m ｜＜９０° ここでＳは固体撮像素子の輝度信号を得るための最小サ
ンプリング間隔、θ_mはローパス効果を持つ面の法線と
その面の基準面の法線との角度差の最大値、ｎ₀ ，ｎ₁
は夫々光学的ローパス効果を持つ面の物体側と像側の媒
質の屈折率である。

【００５１】このような光学的ローパス効果を与えるた
めには、例えば結像面に均一な方向性のある高次の収差
を与える方法がある。図１０は、上記の方法を採用した
光学系の構成を示すもので、ＣＣＤの水平走査方向に対
してのみ、高次収差によるぼけを与えるため明るさ絞り
の直後に水平走査方向にほぼ合致させた方向に、１周期
以上のほぼ波状の形をした面を有するフィルターを配置
したものである。このフィルターは、ＣＣＤの水平走査
方向にほぼ垂直な平面状でシリンドリカル状をしてい
る。

【００５２】このモアレ除去手段の原理を次に説明す
る。

【００５３】図１１は、明るさ絞りより後方の後群を示
している。後群のレンズ群２の焦点距離をｆ_R とし、光
軸に対して法線の角度がθである面Ｒ₁ を持つフィルタ
ー１を配置する。

【００５４】ここで後群のレンズ群１が球面収差が良好
に補正されていれば軸上光線は結像面に集まる。しかし
この軸上光線はフィルターの面Ｒ₁によって屈折し光軸
に対してΔ_i の角度を持つ。

【００５５】この時、次の関係が成立つ。 Ｂ＝ｆ_R sin Δ_i （ａ） 又Δ_i ≒θ（n₁-n₀ ／ｎ₀ ）である。

【００５６】ここで、ｎ₀ ，ｎ₁ は夫々面Ｒ₁の物体側
と像側の媒質の屈折率である。したがって、Ｂは次の式
で与えられる。 Ｂ＝ｆ_R sin ｛θ（n₁-n₀ ／ｎ₀ ）｝ （ｂ） 図１２は他の光学的ローパス効果を有する面で、更に複
雑な形状で、うねりを持たせた形状である。

【００５７】この図１２において、光軸をｚ軸、ＣＣＤ
走査方向をｘ軸、垂直方向をｙ軸にとった時、ｘ方向に
のみ図１２に示すようなうねりを持つ面は、次の式
（ｃ）にて表わせる。 ｚ＝ｆ（ｘ） （ｃ） この場合、上記の値を基準面からのずれ量と呼ぶことに
する。

【００５８】この時、この面の傾きによる光線角度の変
化Δ_i は下記式（ｄ）のようになる。 Δ_i ＝｛ｄｆ（ｘ）｝／ｄｘ
（ｄ） 式（ａ）より次の式が求まる。 Ｂ＝ｆ_R sin ｛df(x) ／dx（n₁-n₀ ／n₀）｝
（ｅ） また図１１および図１２のような面によりどのような高
次の収差が発生するかを示したのが夫々図１３および図
１４である。

【００５９】既に式にて表わしたように面の形状とＢと
の関係は式（ａ）および式（ｅ）にて示す通りである。

【００６０】図１３（Ａ）は、面の形状の基準面からの
ずれを示している。ここで基準面とは、光学系の球面収
差が充分補正されている状態での面と考えることが出
来、平面とは限らない。

【００６１】図１３（Ｂ）は式（ｃ）より求めたＢの値
を示してある。

【００６２】この形状の面を用いると、図１５の（Ａ）
に示すようにスポットが２点に分離する。ただしΔＢ
は、Ｂの最大値の絶対値である。そのためレスポンス
（ＭＴＦ）は、図１５の（Ｂ）のようにコサインカーブ
に近いものになる。

【００６３】図１４の（Ａ）は、明るさ絞りの開口の範
囲内に基準面に対して１周期以上のうねりを持たせた面
で、この形状の面による高次の収差は、式（ｆ）より、
図１４の（Ｂ）のような形状になる。このような形状の
面を用いるとスポットが図１６の（Ａ）に示すように矩
形状に近くなるので、ＭＴＦは図１６の（Ｂ）のように
なり、図１５の（Ｂ）より低周波では、ＭＴＦが低いが
高周波では、よく押えられるＭＴＦとなる。

【００６４】次に前記の光学的ローパス効果を有する面
形状を組合わせた図１７の（Ａ）に示すものも考えられ
る。

【００６５】この面形状によれば、図１８に示すような
ＭＴＦを得ることが出来る。

【００６６】以上の説明は、一つの面の一つの方向につ
いて述べてきた。しかし他の方向例えば垂直方向の他の
面に対してこのような光学的ローパス効果を生じさせる
ことも可能である。この場合同一の面に同時に２方向以
上ローパス効果を生ずるようにしてもよく、又光軸に対
し回転対称にしてもよい。

【００６７】一つの面に同時に２方向に効果を生じさせ
る場合、次の式（ｆ）で表わされる面になる。 Ｚ＝ｆ(x) ×ｆ(y) （ｆ） 又回転対称の面については、次の式（ｇ）で表わされ
る。 Ｚ＝ｆ(r) （ｇ） ここで基準面の取り方について説明する。

【００６８】本発明は、収差が良好に補正された対物レ
ンズの一つの面を変形することによって、光学的ローパ
スフィルターの効果を付与するようにしたものである。
したがって基準面は、変形を取り除いた時に諸収差が良
好に補正されているような面である。より具体的には、
本発明の光学的ローパスフィルターの効果を有する面
は、対物レンズの瞳近傍に設けられていることが多いの
で、球面収差が最小になるような面が基準面である。

【００６９】本発明では、基準面の形状を平面、球面、
回転楕円面、回転双曲面のいずれかとし、例えば基準面
を球面とする場合は、球面収差が最も小さくなるような
曲率半径のものを基準面と考える。そして基準面が球面
の場合には、基準面からのずれ量は、いわゆる非球面量
そのものとなる。

【００７０】ここで図１８，１９，２１からわかるよう
に、ΔＢの値は、スポットの径を決める。このΔＢの値
は、式（ｃ），式（ｆ）ともに、光学的ローパス効果を
持つ面の法線と基準面の法線との角度の差をθとしその
最大値をθ_m とすると次の式で表わすことが出来る。 ΔＢ＝ｆ_R sin{｜θ_m ｜(n₁-n₀／ｎ₀)｝ ただし｜θ_m ｜＜９０° 同時式の固体撮像阻止として現在主流なのは、テレビジ
ョン学会誌３７巻１０号（１９８３年）頁８９−９６の
「フィルド蓄積モードＣＣＤの単板カラー化方式」に記
載された撮像方式によるものである。

【００７１】上記文献に記載された撮像方式は、固体撮
像素子の前に図２１のような色配列を持つ色フィルター
アレイを配置し、画像信号を読み出す際に垂直方向（図
面上下方向）の隣接する２画素の信号を混合するように
したものである。即ち第１フィールド（Ａフィールド）
では、図中右側に示されたように垂直２画素を混合して
水平走査を行ない、第２フィールド（Ｂフィールド）で
は、図中左側に示されたように垂直方向に１画素ずつ水
平走査を行なう。このとき、Ａフィールドにおけるｎラ
イン，ｎ＋１ラインの輝度信号をＹ_An，Ｙ_An+1、Ｂフィ
ールドにおけるｎライン，ｎ＋１ラインの輝度信号をＹ
_Bn，Ｙ_Bn+1とし、各フィルター透過後の光による各画素
の電荷を夫々Ｍg （マゼンタ）、Ｙe （イエロー）、Ｇ
（グリーン）、Ｃy （シアン）とすると、輝度信号は次
のようにして得られる。

【００７２】 Ｙ_An＝（Ｙe ＋Ｍg ）＋（Ｃy ＋Ｇ） ＝Ｙ_An+1＝（Ｙe ＋Ｇ）＋（Ｃy ＋Ｍg ） ＝２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ Ｙ_Bn＝（Ｍg ＋Ｙe ）＋（Ｇ＋Ｃy ） ＝Ｙ_Bn+1＝（Ｇ＋Ｙe ）＋（Ｍg ＋Ｃy ） ＝２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ このような固体撮像素子を用いる場合には、水平方向の
ローパスフィルターカットオフ周波数ν_cは、次の関係
を満足するのが一般的である。 ν_n ≦ν_c ≦ν_s （ｈ） ただしν_sは、この固体撮像素子の輝度信号のサンプリ
ング周波数、ν_n はナイキスト限界の周波数である。

【００７３】また図１５，１６，１８より、スポット形
状によるカットオフ周波数は、図１５の（Ｂ）を組合わ
せることによって、次の範囲内で動かすことが出来る。 １／４ΔＢ≦ν_c ≦３／４ΔＢ （ｉ） 固体撮像素子の輝度信号を得るための最小サンプリング
間隔をＳとすると、次の関係がある。 ν_s＝１／ｓ＝２ν_n （ｊ） まずν_c ＝ν_n とした時は、ν_n とΔＢとの関係は、式
（ｈ）と式（ｉ）から次のようになる。 １／４ΔＢ≦ν_n ≦３／４ΔＢ （ｋ） 次にν_c ＝ν_sとした時は次のようになる。 １／４ΔＢ≦ν_s ≦３／４ΔＢ （ｍ） 式（ｋ）と式（ｊ）および式（ｍ）と（ｊ）とから次の
関係が得られる。 １／２Ｓ≦ΔＢ≦3/2 Ｓ Ｓ≦ΔＢ≦３Ｓ 又Ｓ／２≦ΔＢ≦３Ｓ したがって次の関係が得られる。 Ｓ／２≦ｆ_R sin{｜θ_m ｜(n₁-n₀／ｎ₀)｝≦３Ｓ ただし｜θ_m ｜＜９０°である。

【００７４】これが前述の条件（７）である。つまりこ
の条件を満足することによって効果的に撮像素子と被写
体とにより生ずるモアレを除去することが出来る。

【００７５】この条件の上限を越えると光学的ローパス
効果が強すぎてぼけた画像となる。又下限を越えるとモ
アレを除去することが出来ない。

【００７６】以上述べたモアレ防止を持たせた構成をも
つレンズ系の数値例を示すと下記の通りである。 ｆ＝1.000 ，Ｆ／5.535 ，ＩＨ＝0.8134 ，物体距離＝-9.8592 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.2254 ｎ₁ ＝1.88300 ν₁ ＝40.78 ｒ₂ ＝0.5365 ｄ₂ ＝0.3521 ｒ₃ ＝1.5395 ｄ₃ ＝0.9225 ｎ₂ ＝1.64769 ν₂ ＝33.80 ｒ₄ ＝-0.9365 ｄ₄ ＝0.1056 ｒ₅ ＝∞（絞り） ｄ₅ ＝0.0211 ｒ₆ ＝∞（非球面） ｄ₆ ＝0.2817 ｎ₃ ＝1.52287 ν₃ ＝59.89 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝0.0211 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝1.0563 ｎ₄ ＝1.52000 ν₄ ＝74.00 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0.8190 ｒ₁₀＝1.6405 ｄ₁₀＝1.2622 ｎ₅ ＝1.72916 ν₅ ＝54.68 ｒ₁₁＝-1.6059 ｄ₁₁＝0.6232 ｎ₆ ＝1.84666 ν₆ ＝23.78 ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝0.2817 ｎ₇ ＝1.52287 ν₇ ＝59.89 ｒ₁₃＝∞ 非球面係数 Ｅ＝-0.13388×10² ，Ｆ＝0.19179 ×10⁴ ，Ｇ＝-0.10971×10⁶ ， Ｈ＝0.32108 ×10⁷ ，Ｉ＝-0.50865×10⁸ ，Ｊ＝0.41464 ×10⁹ ， Ｋ＝-0.13616×10¹⁰ 上記データー中の非球面（ローパス効果を持つ面）は光
軸をｚ、ＣＣＤの水平走査方向をｘ，上記走査方向に垂
直方向をｙとし、この面の関数形をｚ＝ｆ（ｘ）×ｇ
（ｘ）とすると次の式で表わされる。 ｆ（ｘ）＝Ｅｘ⁴＋Ｆｘ⁶＋Ｇｘ⁸＋Ｈｘ¹⁰＋Ｉｘ¹²＋Ｊｘ¹⁴＋Ｋｘ¹⁶ ｇ（ｘ）＝Ｃ （Ｃは定数） 又上記数値例のレンズ系の非球面の基準球面は平面であ
る。つまり他のレンズデーター（ｒ，ｄ，ｎ，νの値）
を変えることなしにこの面のみの形状を変更する場合、
この面が平面である時に全系の球面収差が最小になるよ
うになっている。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、広角で全長が短く、コ
ンパクトでレンズ枚数の少ない、使用する撮像素子に適
合した収差を有する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】

【図１】本発明の実施例１の断面図

【図２】本発明の実施例２の断面図

【図３】本発明の実施例３の断面図

【図４】本発明の実施例４の断面図

【図５】本発明の実施例１の収差曲線図

【図６】本発明の実施例２の収差曲線図

【図７】本発明の実施例３の収差曲線図

【図８】本発明の実施例４の収差曲線図

【図９】本発明の対物レンズの基本構成を示す図

【図１０】本発明の対物レンズに光学的ローパス効果を
持つ面を設けた構成を示す図

【図１１】光学的ローパス効果を持つ面およびその面に
よる作用を説明する図

【図１２】他の光学的ローパス効果を持つ面を示す図

【図１３】図１０に示す面の基準面からのずれ量および
結像面での光軸からの距離を示す図

【図１４】図１１に示す面の基準面からのずれ量および
結像面での光軸からの距離を示す図

【図１５】図１２に示す面のｘ方向のスポットの強度と
ＭＴＦを示す図

【図１６】図１３に示す面のｘ方向のスポットの強度と
ＭＴＦを示す図

【図１７】図１２と図１５を組合わせ形状の光学的ロー
パス効果を持つ面形状を示す図

【図１８】図２０に示す面のスポット強度分布とＭＴＦ
を示す図

【図１９】従来例の断面図

【図２０】他の従来例の断面図

【図２１】撮像方式の一例を示す図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対物レンズと撮像素子を備えた内視鏡で、
   前記対物レンズが物体側より順に、負のパワーを有する
   第１レンズと、正のパワーを有し像側に凸面を持つ第２
   レンズと、明るさ絞りと、明るさ絞りの直後に配置され
   たフィルター群と、両凸の第３レンズと平凹の第４レン
   ズとを接合させた接合レンズとよりなり、上記接合レン
   ズを撮像素子に密着させた構成で、次の条件（１），
   （２），（３），（４），（５）を満足する内視鏡。 （１） ０．１８＜Ｉ_m/ｆ_R ＜０．６４２ （２） ０．１＜｜ｆ₁/ｆ₂ ｜＜２ （３） ｜ν₁ −ν₂ ｜＜１５ （４） ０．５ｆ＜ｆ_R ＜５ｆ （５） ｜ν₃ −ν₄ ｜≧２０ ただし、ｆ_R は第３レンズと第４レンズの合成焦点距
   離、Ｉ_m はレンズ系の最大像高、ｆ₁ ，ｆ₂ は夫々第１
   レンズおよび第２レンズの焦点距離、ν₁ ，ν₂ ，ν
   ₃ ，ν₄ は夫々第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、
   第４レンズのアッベ数である。