JP3742484B2 - Endoscope objective lens system - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、内視鏡対物レンズ系に関し、特に、第１レンズ群と第２レンズ群（明るさ絞り）との間に、プリズムやミラー等の視野方向変換素子、あるいはフィルター類を配置するタイプとして好適な対物レンズ系に関する。
【０００２】
側視用及び斜視用として、プリズムやミラー等の視野方向変換素子を、第１レンズ群と明るさ絞り（第２レンズ群）との間に配置する構成がよく用いられており、その構成は比較的コンパクトである。第１レンズ群の外径が直視タイプと比較して大きくなったとしても、第１レンズはスコープの長手方向と平行に位置するから、スコープ径の増加にはつながならいからである。
【０００３】
プリズム等を配置するためには、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群の間に広い間隔が必要である。負の第１レンズ群と正の第２レンズ群との間隔が広いと、近軸領域で第２レンズ群へ入射する光線高が高くなり、バックフォーカスは一般的に長くなる。このため、レンズ系と固体撮像素子（ＣＣＤ）との間に、レンズ系と比較して相対的に厚いフィルター類やＣＣＤカバーガラスを配置する電子内視鏡への適用が容易である。
【０００４】
他方、従来の内視鏡対物レンズ系として、前群が負、後群が正のレトロフォーカスタイプが用いられてきたが、このタイプはパワー配置が非対称形であるため、負の歪曲収差が大きくなるという欠点がある。そこで非球面を開いて歪曲収差を小さくする手法がよく知られている。
【０００５】
一方、歪曲収差を補正しすぎると、中心に対する周辺部の像面強度比が小さくなる。内視鏡は、ランプ光源をファイバー束で伝達し、その射出光を配光レンズで照明しているため、その配光特性は、中心部は強く周辺部は弱いような強度分布を持っている。また、絶対的な光量も不足気味である。このような照明下で、レンズの中心に対する周辺部の像面強度比が小さくなると、ますます周辺部が暗くなってしまい、観察に支障がでかねない。つまり、より良い光学性能を求めて歪曲収差を小さくすると、像面強度比の低下と、照明光の不均一な強度分布とよって、周辺部が暗くなるという現象が避けられなかった。このため従来、製品として使用可能な周辺光量を得るためには、歪曲収差をあまり小さくできなかった。
【０００６】
上述したように、非球面レンズを用いて、歪曲収差を小さくできることは公知であり、また、歪曲収差を補正するのに効果的な非球面の位置は、対物レンズ第１面または最終面であることもよく知られている。
【０００７】
しかし、非球面レンズだけに歪曲収差補正の役割をもたせても、あまり大きな効果はなく、無理に補正しようとすると、他の収差が大きくなり光学性能が悪くなってしまうか、または、非球面量が大きくなってしまうため、光軸近傍から周辺にかけての面形状の変化量が大きくなり、加工性が悪くなる。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、第１レンズ群と第２レンズ群の間に、直視型に比べて長い間隔を与えるタイプの内視鏡対物レンズにおいて、従来よりも歪曲収差を低減すること、歪曲収差が低減されたときに、周辺部の像面強度比の低下をなるべく少なくすること、及び非球面の加工難易度を下げて、低コストの内視鏡対物レンズ系を得ることを目的とする。
【０００９】
【発明の概要】
本発明は、その第一の態様によると、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群と；明るさ絞りと；正のパワーを有する第２レンズ群と；近軸付近で負のパワーを有する第３レンズ群と；から構成される内視鏡対物レンズ系において、第１レンズ群は負の単レンズからなり、第２レンズ群は正の単レンズからなり、第３レンズ群は両凹単レンズと両凸単レンズの接合レンズからなり、この第３レンズ群の最も物体側の面は凹面からなり、最も像側の面は凸面からなり、次の条件式（１）ないし（３）を満足することを特徴としている。
（１）０．４＜｜ｆ／ｆ 1 ｜＜０．８（ｆ 1 ＜０）
（２）０．９＜ｆ／ｆ 2 ＜１．６
（３） - ０．５＜ｆ／ｆ 3 ＜０
但し、
ｆ：レンズ全系の焦点距離、
ｆ 1 ：第１レンズ群の焦点距離、
ｆ 2 ：第２レンズ群の焦点距離、
ｆ 3 ：第３レンズ群の焦点距離、
である。
【００１０】
第３レンズ群は、像側に凸の負メニスカス単レンズに置き換えることも可能である。すなわち、本発明は、第二の態様によると、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群と；明るさ絞りと；正のパワーを有する第２レンズ群と；近軸付近で負のパワーを有する第３レンズ群と；から構成される内視鏡対物レンズ系において、第１レンズ群は負の単レンズからなり、第２レンズ群は正の単レンズからなり、第３レンズ群は像側に凸の負のメニスカス単レンズからなり、下記条件式（１）ないし（３）を満足することを特徴としている。
（１）０．４＜｜ｆ／ｆ 1 ｜＜０．８（ｆ 1 ＜０）
（２）０．９＜ｆ／ｆ 2 ＜１．６
（３） - ０．５＜ｆ／ｆ 3 ＜０
但し、
ｆ：レンズ全系の焦点距離、
ｆ 1 ：第１レンズ群の焦点距離、
ｆ 2 ：第２レンズ群の焦点距離、
ｆ 3 ：第３レンズ群の焦点距離、
である。
【００１１】
いずれの態様でも、第３レンズ群の最も像面の面は、光軸から離れるに従って曲率が緩くなる非球面とすることが好ましい。
【００１２】
本発明の内視鏡対物レンズ系は、上述のように、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を大きくするタイプに用いて好適であるが、この間隔は、具体的には、次の条件式（４）を満足することが好ましい。
（４）０．８＜ｄa ／ｆ＜２．２
但し、
ｄa ：第１レンズ群の最も像側の面から明るさ絞りまでの距離（空気換算長）、
である。
【００１３】
本発明の内視鏡対物レンズ系は、また次の条件式（５）及び（６）を満足することが好ましい。
（５）−１．２＜ｒa ／ｆ＜−０．５
（６）−２．０＜ｒb ／ｆ＜−０．８
但し、
ｒa ：第３レンズ群の最も物体側の面の曲率半径、
ｒb ：第３レンズ群の最も像側の面の曲率半径、
である。
【００１４】
第３レンズ群を接合レンズから構成する態様では、次の条件式（７）を満足することが好ましい。
（７）１．０＜ｒS／ｆ＜６．０
但し、
ｒS：第３レンズ群の接合面の曲率半径、
である。
【００１５】
第２レンズ群の正単レンズは、次の条件式（８）を満足する両凸単レンズから構成することが好ましい。
（８）０＜（ｒd＋ｒc）／（ｒd-ｒc）＜０．４
但し、
ｒc：両凸単レンズの物体側の面の曲率半径、
ｒd：両凸単レンズの像側の面の曲率半径、
である。
【００１６】
本発明の内視鏡対物レンズ系は、その第３レンズ群の最終面の非球面が次の条件式（９）を満足することが好ましい。
（９）｜Ｒasp ｜＞１．８
但し、
Ｒasp ：第３レンズ群の非球面の近軸曲率半径（ｍｍ）、
である。
【００１８】
【発明の実施の態様】
内視鏡対物レンズ系は、超広角であって且つある程度のテレセントリック性が必要である。このような光学系では、軸外光線はレンズ面を通過するときに光軸と平行となる方向に大きく曲げられ、負の歪曲収差が発生する。その歪曲度はほぼ像高の２乗に比例して大きくなる。歪曲収差の発生量を少なくするためには、軸外の光束をなめらかに曲げる必要がある。しかし、その為にレンズ枚数を増やすのではコストアップにつながるばかりでなく、コンパクト性（径は細く、全長は長くしたい）が失われしまうため、内視鏡対物レンズ系としては非現実的である。
【００１９】
本発明の内視鏡対物レンズ系は、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群と、明るさ絞りと、全体として正のパワーを有する第２レンズ群と、近軸付近で負のパワーを有する第３レンズ群とからなり、第３レンズ群の最も物体側の面を凹面とし、第３レンズ群の最も像側の面を凸面で、かつ光軸から離れるに従って曲率が緩くなる非球面とすることにより、歪曲収差を補正している。第１レンズ群と明るさ絞り（第２レンズ群）との間には、側視型あるいは斜視用とするためのプリズムやミラー等の光路変換素子、又は（及び）各種のフィルター類が配置される。
図１は、本発明の内視鏡対物レンズ系を側視型内視鏡に適用した例で、物体側から順に、第１レンズ群１０、光路変換プリズムＰ、絞りＳ、第２レンズ群２０、及び第３レンズ群３０からなり、ＣＣＤの撮像面にカバーガラスＣＧが設けられている。
そして、すべての実施例（図２、図４、図６、図８、図１０及び図１２）において、第１レンズ群１０は負の単レンズからなり、第２レンズ群２０は正の単レンズからなっている。第３レンズ群３０は、図１２の実施例（実施例６）を除いて、両凹単レンズと両凸単レンズの接合レンズからなっており、その最も物体側の面は凹面からなり、最も像側の面は凸面からなっている。一方、図１２の実施例では、第３レンズ群３０は、像側に凸の負メニスカス単レンズからなっている。
【００２０】
本発明の内視鏡対物レンズ系により、歪曲収差を補正できる理由は次の通りである。まず、物体側から順に、負、正、近軸が負の３群のレンズ構成において、近軸が負のパワーの第３レンズ群の物体側の面を凹面とすると、この面で軸外光束が大きく曲げられることがない。上述のように、歪曲収差は、軸外光束が大きく曲げられることによって発生するから、第３レンズ群の第１面での歪曲収差の発生自体を小さくすることができる。
【００２１】
その上で、歪曲収差を補正するための非球面を、レンズ系最終面（第３レンズ群の最も像側の面）に配設している。上述のように、歪曲収差の補正は、対物レンズ系の第１面を非球面にすることで、行なうことができるが、第１面を非球面とすると、コマ収差や非点収差等の軸外収差のバランスが大きく崩れてしまう。また、周辺に向かうほど曲率がきつくなるため、加工性が悪くなる。これに対し、第３レンズ群の第１面での歪曲収差の発生自体を小さくした上で、第３レンズ群の最終面を非球面とし、しかもその非球面形状を光軸から離れるに従って曲率が緩くなる形状とすることにより、このような不具合を生じることなく、歪曲収差を補正することができる。つまり、第３レンズ群の第１面で発生する歪曲収差が軽減されるため、歪曲収差を補正する第３レンズ群最終面の非球面の負担が軽減される。また、無理に補正しないため、他のコマ収差や非点収差等が大きくなることはなく、結果的には結像性能が良くなる。
【００２２】
また、歪曲収差が小さくなると、対角方向の画角に対して、相対的に対辺画角（視野角）が大きくなるという効果も得られる。図１４は、歪曲収差と画角の関係を示している。内視鏡の視野は正方形である。
【００２３】
次に、像面強度比を大きくするためには、瞳の収差を大きくすればよい。そのためには、第１レンズ群を、第１面有効径が大きくなりすぎない程度に、明るさ絞りから離して配置すればよい。また、軸外の光線がレンズ全体を滑らかに通るように（大きく曲げられることがないように）すれば、口径食が小さくなり、像面強度比の低下が抑えられる。
【００２４】
条件式（１）は第１レンズ群のパワーに関するものである。
条件式（１）の上限を越えると、バックフォーカスが長くなりすぎて、全長（レンズ第１面から像面までの距離）が長くなる。レンズ全長が長くなるとスコープ先端部の湾曲操作性が低下する。
下限を越えると、広い視野角と長いバックフォーカスが得られなくなる。
【００２５】
条件式（２）は、第２レンズ群のパワーに関するものである。対物レンズ系は、全体として正のパワーを持つものであり、第２レンズ群は、レンズ系の中で唯一の正のパワーを受け持つ群である。
条件式（２）の上限を越えると、像面湾曲がアンダーになることに加えて、長いバックフォーカスが得られなくなる。
下限を越えると、負の第１レンズ群とのバランスが崩れて、像面湾曲がオーバーとなる。
【００２６】
条件式（３）は、第３レンズ群のパワーに関するものである。
条件式（３）の上限を越えると、第３レンズ群が正のパワーを持つこととなり、レンズ射出角は小さくできるが、歪曲収差が大きくなってしまう。また、絞りから離れた位置で強いパワーを持つと、コマ収差や非点収差等の収差補正が難しくなる。
下限を越えると、第３レンズ群が強い負のパワーをもち、レンズ射出角が大きくなる。つまり、像面入射角が大きくなり、ＣＣＤの受光感度が低下してしまう。
【００２７】
条件式（４）は、第１レンズ群最終面から明るさ絞りまでの距離に関するものである。本発明の内視鏡対物レンズは、この条件式（４）を満足するように第１レンズ群と明るさ絞りの距離を大きく設定し、その間に、光路変換プリズム、ミラー、あるいは各種フィルターを配置するタイプの対物レンズに適している。
条件式（４）の上限を越えて、第１レンズ群が絞りから離れすぎると、広角の内視鏡対物レンズ系においては、第１面の有効径が大きくなってしまう。側視型では第１レンズ群の外径の大きさは大きな問題ではないが、本内視鏡対物レンズ系は直視型にも使用可能であり、その場合にはスコープ径が大きくなり、洗浄性も悪化する。
下限を越えると、瞳の収差を大きくすることができないので、像面強度比を大きくすることができない。
【００２８】
条件式（５）は、第３レンズ群の最も物体側の面（凹面）の曲率半径に関するものである。
条件式（５）の上限を越えて、第３レンズ群の最も物体側に位置する凹面の曲率半径が小さくなると、軸外光束に対して発散作用が大きくなるため、レンズ射出角が大きくなってしまう。
下限を越えて、第３レンズ群の最も物体側の凹面の曲率半径が大きくなりすぎると、この面で軸外光束が光軸方向に曲げられてしまうので、歪曲収差が大きく発生してしまう。
【００２９】
条件式（６）は、第３レンズ群の最も像側の面（凸面）の曲率半径に関するものである。
条件式（６）の上限を越えると、第３レンズ群の最も像面側の曲率半径が小さく、歪曲収差が大きくなる。
下限を越えると、第３レンズ群の最も像側の面の曲率半径が大きくなり、レンズ射出角が大きくなってしまう。
【００３０】
条件式（７）は、第３レンズ群を両凹単レンズと両凸単レンズの接合レンズから構成した場合の接合面の曲率半径に関するものである。条件式（７）の上限を越えると、倍率色収差が補正不足となる。下限を越えると、接合レンズを構成する正レンズの周縁の厚みが取れなくなる。
【００３１】
条件式（８）は、正単レンズの第２レンズ群を両凸の単レンズで構成する場合、そのレンズ形状を表すシェイピングファクターの範囲を示すものである。シェイピングファクターＳＦは、第１面と第２面の曲率半径をｒc、ｒdとするとき、
ＳＦ＝（ｒd＋ｒc）／（ｒd-ｒc）
で定義される。
条件式（８）の上限を越えると、第２レンズ群を構成する両凸単レンズの第１面の曲率半径が、第２面のそれと比較して小さくなりすぎて、軸外光線の第１面への入射角が大きくなるため、非点収差及び像面湾曲が大きくなる。下限を越えると、第１面の曲率半径が第２面のそれに比べて大きくなり、軸外光線の領域での第２レンズの像側の面への入射高が高くなるため、バックフォーカスが長くなりすぎてしまう。
【００３２】
条件式（９）は、非球面の近軸曲率半径に関するものである。
非球面レンズはプレス加工法が良く用いられる。非球面金型の製造のしやすさ、あるいはレンズ成形時に離型性の良さ等を考慮すると、曲率半径は条件式（８）を満足して大きい方が成形上有利である。
【００３４】
次に、本発明を側視型の内視鏡対物レンズ系に適用した具体的な実施例を説明する。
［実施例１］
図２は、本発明の内視鏡対物レンズ系の第１の実施例のレンズ構成図（カバーガラスを含む）である。物体側から順に、１枚の負レンズからなる第１レンズ群１０、プリズムＰ、絞りＳ、１枚の正レンズからなる第２レンズ群２０、及び両凹単レンズ３０ｎと両凸単レンズ３０ｐの接合レンズからなる第３レンズ群３０からなっている。ＣＧは、ＣＣＤの撮像面に設けられたカバーガラスである。表１は、このレンズ系（カバーガラスを含む）の数値データ、図３は、このレンズ系による諸収差図である。カバーガラスＣＧの最も像側の面（ｒ１２）と、ＣＣＤの撮像面とは、０．０５ｍｍ離れている。
【００３５】
以下の各表及び各図面において、FNO はＦナンバー、f は全系の焦点距離、M は近軸横倍率、W は半画角、fBは空気換算バックフォーカス、R はレンズ各面の曲率半径、D はレンズ厚もしくはレンズ間隔、N はｄ線に対する屈折率、νはアッベ数を示す。ｄ線、ｇ線およびＣ線は、それぞれの波長における、球面収差によって示される色収差及び倍率色収差、Ｓはサジタル面、Ｍはメリディオナル面を示している。
また、回転対称非球面は次式で定義される。
x=Ch2/{1+[1-(1+K)C2h2]1/2}+A4h4+A6h6+A8h8+・・・
（Ｃは曲率(1/r)、ｈは光軸からの高さ、Ｋは円錐係数)
【００３６】
【表１】
［実施例２］
図４は、本発明の内視鏡対物レンズ系の第２の実施例のレンズ構成図（カバーガラスを含む）であるが、カバーガラスＣＧの最も像側の面（ｒ１２）は、ＣＣＤの撮像面に密着している。基本的なレンズ構成は、実施例１と同じである。表２は、このレンズ系の数値データ、図５は、このレンズ系による諸収差図である。
【００３８】
【表２】
［実施例３］
図６は、本発明の内視鏡対物レンズ系の第３の実施例のレンズ構成図（カバーガラスを含む）である。カバーガラスＣＧの最も像側の面（ｒ１２）は、ＣＣＤの撮像面に密着している。基本的なレンズ構成は、実施例１と同じである。表３は、このレンズ系の数値データ、図７は、このレンズ系による諸収差図である。
【００４０】
【表３】
［実施例４］
図８は、本発明の内視鏡対物レンズ系の第３の実施例のレンズ構成図（カバーガラスを含む）である。カバーガラスＣＧの最も像側の面（ｒ１２）は、ＣＣＤの撮像面に密着している。基本的なレンズ構成は、実施例１と同じである。表４は、このレンズ系の数値データ、図９は、このレンズ系による諸収差図である。
【００４２】
【表４】
［実施例５］
図１０は、本発明の内視鏡対物レンズ系の第５の実施例のレンズ構成図（カバーガラスを含む）である。カバーガラスＣＧの最も像側の面（ｒ１２）は、ＣＣＤの撮像面に密着している。基本的なレンズ構成は、実施例１と同じである。表５は、このレンズ系の数値データ、図１１は、このレンズ系による諸収差図である。
【００４４】
【表５】
［実施例６］
図１２は、本発明の内視鏡対物レンズ系の第６の実施例のレンズ構成図（カバーガラスを含む）である。カバーガラスＣＧの最も像側の面（ｒ１１）は、ＣＣＤの撮像面に密着している。第３レンズ群が負のメニスカス単レンズからなる点が先の各実施例と異なる。表６は、このレンズ系の数値データ、図１３は、このレンズ系による諸収差図である。
【００４６】
【表６】
表７に実施例１ないし６の各条件式の値を示す。
【表７】
表７から明らかなように、各実施例は条件式（１）ないし（９）を満たしている。各収差はよく補正され、特に歪曲収差がよく補正されている。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、第１レンズ群と第２レンズ群の間に、直視型に比べて長い間隔を与えるタイプの内視鏡対物レンズ系において、従来よりも歪曲収差を低減できるともに、周辺部の像面強度比の低下を少なくし、さらに非球面の加工難易度を下げて、コストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】側視型内視鏡の構成例を示すレンズ構成図である。
【図２】本発明の内視鏡対物レンズ系の第１の実施例のレンズ構成図（カバーガラスを含む）である。
【図３】図２のレンズ系の諸収差図である。
【図４】本発明の内視鏡対物レンズ系の第２の実施例のレンズ構成図（カバーガラスを含む）である。
【図５】図４のレンズ系の諸収差図である。
【図６】本発明の内視鏡対物レンズ系の第３の実施例のレンズ構成図（カバーガラスを含む）である。
【図７】図６のレンズ系の諸収差図である。
【図８】本発明の内視鏡対物レンズ系の第４の実施例のレンズ構成図（カバーガラスを含む）である。
【図９】図８のレンズ系の諸収差図である。
【図１０】本発明の内視鏡対物レンズ系の第５の実施例のレンズ構成図（カバーガラスを含む）である。
【図１１】図１０のレンズ系の諸収差図である。
【図１２】本発明の内視鏡対物レンズ系の第６の実施例のレンズ構成図（カバーガラスを含む）である。
【図１３】図１２のレンズ系の諸収差図である。
【図１４】歪曲収差と画角の関係例を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 第１レンズ群
Ｓ 絞り
２０ 第２レンズ群
３０ 第３レンズ群[0001]
【Technical field】
The present invention relates to an endoscope objective lens system, and in particular, a type in which a field direction conversion element such as a prism or a mirror, or a filter is disposed between a first lens group and a second lens group (brightness stop). The present invention relates to a suitable objective lens system.
[0002]
A configuration in which a viewing direction conversion element such as a prism or a mirror is disposed between a first lens group and an aperture stop (second lens group) is often used for side viewing and perspective viewing. It is relatively compact. This is because even if the outer diameter of the first lens group is larger than that of the direct-view type, the first lens is positioned in parallel with the longitudinal direction of the scope, and therefore the increase in the scope diameter is not linked.
[0003]
In order to arrange a prism or the like, a wide space is required between the negative first lens group and the positive second lens group. If the distance between the negative first lens group and the positive second lens group is wide, the height of light incident on the second lens group in the paraxial region increases, and the back focus generally increases. For this reason, the present invention can be easily applied to an electronic endoscope in which a relatively thick filter or a CCD cover glass is disposed between the lens system and the solid-state imaging device (CCD).
[0004]
On the other hand, as a conventional endoscope objective lens system, a retro focus type in which the front group is negative and the rear group is positive has been used. However, since this type has an asymmetric power arrangement, negative distortion is large. There is a drawback of becoming. Therefore, a method for reducing distortion by opening an aspheric surface is well known.
[0005]
On the other hand, if the distortion is corrected too much, the image plane intensity ratio of the peripheral part with respect to the center becomes small. The endoscope transmits the lamp light source with a fiber bundle and illuminates the emitted light with a light distribution lens, so that the light distribution characteristic has an intensity distribution such that the central part is strong and the peripheral part is weak. . Moreover, the absolute light quantity is also insufficient. Under such illumination, if the image plane intensity ratio of the peripheral part to the center of the lens becomes small, the peripheral part becomes darker and observation may be hindered. In other words, when distortion is reduced in order to obtain better optical performance, the phenomenon that the peripheral portion becomes dark due to a reduction in the image plane intensity ratio and an uneven intensity distribution of illumination light cannot be avoided. For this reason, conventionally, in order to obtain a peripheral light amount usable as a product, the distortion aberration cannot be reduced so much.
[0006]
As described above, it is known that distortion can be reduced by using an aspheric lens, and the position of the aspheric surface that is effective in correcting distortion is the first surface or the final surface of the objective lens. It is also well known.
[0007]
However, even if only the aspheric lens has the role of correcting distortion aberration, there is not much effect, and if you try to correct it, other aberrations will increase and the optical performance will deteriorate, or the aspheric amount Therefore, the amount of change in the surface shape from the vicinity of the optical axis to the periphery increases, and the workability deteriorates.
[0008]
OBJECT OF THE INVENTION
According to the present invention, in an endoscope objective lens of a type in which a long distance is provided between the first lens group and the second lens group as compared with the direct-view type, distortion aberration is reduced and distortion aberration is reduced compared to the related art. An object of the present invention is to obtain a low-cost endoscope objective lens system by reducing the decrease in the image plane intensity ratio at the peripheral portion as much as possible and lowering the processing difficulty of the aspherical surface.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION
According to the first aspect of the present invention, in order from the object side, a first lens group having a negative power; an aperture stop; a second lens group having a positive power; An endoscope objective lens system comprising: a third lens group having power; the first lens group is a negative single lens, the second lens group is a positive single lens, and the third lens group is It consists of a cemented lens of a biconcave single lens and a biconvex single lens. The most object side surface of this third lens group is a concave surface, the most image side surface is a convex surface, and the following conditional expressions (1) to ( It is characterized by satisfying 3) .
(1) 0.4 <| f / f 1 | <0.8 (f 1 <0)
(2) 0.9 <f / f 2 <1.6
(3) - 0.5 <f /
However,
f: focal length of the entire lens system
f 1 : focal length of the first lens group,
f 2 : focal length of the second lens group,
f 3 : focal length of the third lens group,
It is.
[0010]
The third lens group can be replaced with a negative meniscus single lens convex on the image side. That is, according to the second aspect of the present invention, in order from the object side, the first lens group having negative power; the aperture stop; the second lens group having positive power; and negative in the vicinity of the paraxial axis An endoscope objective lens system comprising: a third lens group having the following power: a first lens group comprising a negative single lens, a second lens group comprising a positive single lens, and a third lens group. Is composed of a negative meniscus single lens convex on the image side, and satisfies the following conditional expressions (1) to (3).
(1) 0.4 <| f / f 1 | <0.8 (f 1 <0)
(2) 0.9 <f / f 2 <1.6
(3) - 0.5 <f /
However,
f: focal length of the entire lens system
f 1 : focal length of the first lens group,
f 2 : focal length of the second lens group,
f 3 : focal length of the third lens group,
It is.
[0011]
In any aspect, it is preferable that the most image surface of the third lens group is an aspheric surface whose curvature becomes gentler as it goes away from the optical axis.
[0012]
As described above, the endoscope objective lens system of the present invention is suitable for use in a type in which the distance between the first lens group and the second lens group is increased. It is preferable to satisfy conditional expression (4).
(4) 0.8 <d a /f<2.2
However,
d a : distance from the surface closest to the image side of the first lens group to the aperture stop (air conversion length),
It is.
[0013]
The endoscope objective lens system according to the present invention preferably satisfies the following conditional expressions (5) and (6).
(5) −1.2 <r a /f<−0.5
(6) −2.0 <r b /f<−0.8
However,
r a : radius of curvature of the most object side surface of the third lens group,
r b : radius of curvature of the most image side surface of the third lens group,
It is.
[0014]
In the aspect in which the third lens group is constituted by a cemented lens, it is preferable that the following conditional expression (7) is satisfied.
(7) 1.0 <r S /f<6.0
However,
r S : radius of curvature of the cemented surface of the third lens group ,
It is.
[0015]
The positive single lens of the second lens group is preferably composed of a biconvex single lens that satisfies the following conditional expression (8) .
(8) 0 <(r d + r c ) / (r d −r c ) <0.4
However,
r c : radius of curvature of the object side surface of the biconvex single lens,
r d : radius of curvature of the image side surface of the biconvex single lens,
It is.
[0016]
In the endoscope objective lens system of the present invention, it is preferable that the aspherical surface of the final surface of the third lens group satisfies the following conditional expression (9).
(9) | Rasp |> 1.8
However,
Rasp: Paraxial radius of curvature (mm) of the aspherical surface of the third lens group ,
It is.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The endoscope objective lens system has an ultra-wide angle and a certain degree of telecentricity. In such an optical system, off-axis rays are greatly bent in a direction parallel to the optical axis when passing through the lens surface, and negative distortion occurs. The degree of distortion increases in proportion to the square of the image height. In order to reduce the amount of distortion, the off-axis light beam needs to be smoothly bent. However, increasing the number of lenses for this purpose not only leads to an increase in cost, but also loses compactness (the diameter is narrow and the total length is long), which is unrealistic as an endoscope objective lens system. .
[0019]
The endoscope objective lens system according to the present invention includes, in order from the object side, a first lens group having negative power, an aperture stop, a second lens group having positive power as a whole, and a negative value near the paraxial axis. The third lens unit has a third lens group, the most object side surface of the third lens group is a concave surface, the most image side surface of the third lens group is a convex surface, and the curvature becomes gentler as the distance from the optical axis increases. Distortion is corrected by using an aspherical surface. Between the first lens group and the aperture stop (second lens group), there are disposed optical path conversion elements such as prisms and mirrors for side view type or perspective view, and / or various filters. The
FIG. 1 shows an example in which an endoscope objective lens system according to the present invention is applied to a side-view type endoscope. In order from the object side, a
In all the examples (FIGS. 2, 4, 6, 8, 10, and 12), the
[0020]
The reason why distortion can be corrected by the endoscope objective lens system of the present invention is as follows. First, in order from the object side, in a three-group lens configuration in which negative, positive, and paraxial negative are negative, and the object side surface of the third lens group having a paraxial negative power is a concave surface, the off-axis light flux on this surface Is not greatly bent. As described above, since distortion occurs when the off-axis light beam is greatly bent, the occurrence of distortion on the first surface of the third lens group itself can be reduced.
[0021]
In addition, an aspherical surface for correcting distortion is disposed on the final surface of the lens system (the most image-side surface of the third lens group). As described above, distortion can be corrected by making the first surface of the objective lens system an aspherical surface. However, if the first surface is an aspherical surface, axes such as coma and astigmatism can be used. The balance of external aberrations is greatly lost. In addition, since the curvature becomes tighter toward the periphery, the workability deteriorates. On the other hand, with the occurrence of distortion itself on the first surface of the third lens group being reduced, the final surface of the third lens group is aspherical, and the curvature of the aspherical surface increases with distance from the optical axis. By adopting a loose shape, it is possible to correct distortion without causing such a problem. That is, since the distortion generated on the first surface of the third lens group is reduced, the aspherical burden on the final surface of the third lens group for correcting the distortion is reduced. Further, since it is not forcibly corrected, other coma and astigmatism are not increased, and as a result, the imaging performance is improved.
[0022]
Further, when the distortion is reduced, an effect that the opposite side angle of view (viewing angle) is relatively increased with respect to the angle of view in the diagonal direction can be obtained. FIG. 14 shows the relationship between distortion and field angle. The field of view of the endoscope is square.
[0023]
Next, in order to increase the image plane intensity ratio, the aberration of the pupil may be increased. For this purpose, the first lens group may be disposed away from the aperture stop so that the effective diameter of the first surface does not become too large. Further, if the off-axis light beam smoothly passes through the entire lens (so as not to be greatly bent), the vignetting is reduced, and the reduction in the image plane intensity ratio is suppressed.
[0024]
Conditional expression (1) relates to the power of the first lens group.
If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the back focus becomes too long and the total length (distance from the first lens surface to the image plane) becomes long. When the total length of the lens is increased, the bending operability at the distal end of the scope is lowered.
If the lower limit is exceeded, a wide viewing angle and a long back focus cannot be obtained.
[0025]
Conditional expression (2) relates to the power of the second lens group. The objective lens system has a positive power as a whole, and the second lens group is the only group that has a positive power in the lens system.
When the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, in addition to undercuring field curvature, a long back focus cannot be obtained.
If the lower limit is exceeded, the balance with the negative first lens group will be lost, and the field curvature will be over.
[0026]
Conditional expression (3) relates to the power of the third lens group.
If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the third lens group will have positive power, and the lens exit angle can be reduced, but distortion will be increased. In addition, when strong power is provided at a position away from the stop, it is difficult to correct aberrations such as coma and astigmatism.
If the lower limit is exceeded, the third lens group has a strong negative power and the lens exit angle becomes large. That is, the incident angle on the image plane increases, and the light receiving sensitivity of the CCD decreases.
[0027]
Conditional expression (4) relates to the distance from the final surface of the first lens group to the aperture stop. In the endoscope objective lens of the present invention, the distance between the first lens group and the aperture stop is set to be large so as to satisfy the conditional expression (4), and an optical path conversion prism, a mirror, or various filters are arranged therebetween. Suitable for this type of objective lens.
If the upper limit of conditional expression (4) is exceeded and the first lens group is too far from the stop, the effective diameter of the first surface will be large in a wide-angle endoscope objective lens system. In the side view type, the size of the outer diameter of the first lens group is not a big problem, but this endoscope objective lens system can also be used for the direct view type, in which case the scope diameter becomes large and the cleaning property becomes large. It gets worse.
If the lower limit is exceeded, the aberration of the pupil cannot be increased, and the image plane intensity ratio cannot be increased.
[0028]
Conditional expression (5) relates to the radius of curvature of the most object side surface (concave surface) of the third lens group.
If the radius of curvature of the concave surface located closest to the object side in the third lens group is reduced beyond the upper limit of conditional expression (5), the divergence action increases with respect to the off-axis light beam, and the lens exit angle increases. End up.
If the curvature radius of the concave surface on the most object side of the third lens unit becomes too large beyond the lower limit, the off-axis light beam is bent in the optical axis direction on this surface, so that distortion is greatly generated.
[0029]
Conditional expression (6) relates to the radius of curvature of the most image side surface (convex surface) of the third lens group.
When the upper limit of conditional expression (6) is exceeded, the radius of curvature of the third lens unit closest to the image plane is small, and the distortion becomes large.
If the lower limit is exceeded, the radius of curvature of the surface closest to the image side of the third lens group becomes large, and the lens exit angle becomes large.
[0030]
Conditional expression (7) relates to the radius of curvature of the cemented surface when the third lens group is composed of a cemented lens of a biconcave single lens and a biconvex single lens . If the upper limit of conditional expression (7) is exceeded, lateral chromatic aberration will be undercorrected. If the lower limit is exceeded, the thickness of the periphery of the positive lens constituting the cemented lens cannot be obtained.
[0031]
Conditional expression (8) shows the range of the shaping factor representing the lens shape when the second lens group of the positive single lens is constituted by a biconvex single lens. The shaping factor SF is given by assuming that the radius of curvature of the first surface and the second surface is r c and r d .
SF = (r d + r c ) / (r d −r c )
Defined by
If the upper limit of conditional expression (8) is exceeded, the radius of curvature of the first surface of the biconvex single lens constituting the second lens group becomes too small compared to that of the second surface, and the first off-axis ray As the angle of incidence on the surface increases, astigmatism and field curvature increase. If the lower limit is exceeded, the radius of curvature of the first surface becomes larger than that of the second surface, and the height of incidence on the image-side surface of the second lens in the off-axis ray region is increased, resulting in a long back focus. It becomes too much.
[0032]
Conditional expression (9) relates to the paraxial radius of curvature of the aspherical surface.
For aspheric lenses, the press working method is often used. Considering the ease of manufacture of the aspherical mold or the good releasability at the time of lens molding, it is advantageous in molding that the radius of curvature satisfies the conditional expression (8).
[0034]
Next, a specific embodiment in which the present invention is applied to a side-view type endoscope objective lens system will be described.
[Example 1]
FIG. 2 is a lens configuration diagram (including a cover glass) of the first embodiment of the endoscope objective lens system of the present invention. In order from the object side, a
[0035]
In the following tables and drawings, F NO is the F number, f is the focal length of the entire system, M is the paraxial lateral magnification, W is the half field angle, f B is the air equivalent back focus, and R is the lens surface. The radius of curvature, D is the lens thickness or lens interval, N is the refractive index for the d-line, and ν is the Abbe number. The d line, the g line, and the C line indicate chromatic aberration and lateral chromatic aberration indicated by spherical aberration, S indicates a sagittal plane, and M indicates a meridional plane at each wavelength.
A rotationally symmetric aspherical surface is defined by the following equation.
x = Ch 2 / {1+ [1- (1 + K) C 2 h 2 ] 1/2 } + A4h 4 + A6h 6 + A8h 8 + ...
(C is the curvature (1 / r), h is the height from the optical axis, K is the cone coefficient)
[0036]
[Table 1]
[Example 2]
FIG. 4 is a lens configuration diagram (including a cover glass) of the second embodiment of the endoscope objective lens system according to the present invention. The surface (r12) closest to the image side of the cover glass CG is an image of a CCD. It is in close contact with the surface. The basic lens configuration is the same as in the first embodiment. Table 2 shows numerical data of this lens system, and FIG. 5 shows various aberrations due to this lens system.
[0038]
[Table 2]
[Example 3]
FIG. 6 is a lens configuration diagram (including a cover glass) of a third example of the endoscope objective lens system according to the present invention. The most image side surface (r12) of the cover glass CG is in close contact with the imaging surface of the CCD. The basic lens configuration is the same as in the first embodiment. Table 3 shows numerical data of this lens system, and FIG. 7 shows various aberrations due to this lens system.
[0040]
[Table 3]
[Example 4]
FIG. 8 is a lens configuration diagram (including a cover glass) of the third embodiment of the endoscope objective lens system of the present invention. The most image side surface (r12) of the cover glass CG is in close contact with the imaging surface of the CCD. The basic lens configuration is the same as in the first embodiment. Table 4 shows numerical data of this lens system, and FIG. 9 shows various aberrations due to this lens system.
[0042]
[Table 4]
[Example 5]
FIG. 10 is a lens configuration diagram (including a cover glass) of the fifth example of the endoscope objective lens system of the present invention. The most image side surface (r12) of the cover glass CG is in close contact with the imaging surface of the CCD. The basic lens configuration is the same as in the first embodiment. Table 5 shows numerical data of this lens system, and FIG. 11 shows various aberrations due to this lens system.
[0044]
[Table 5]
[Example 6]
FIG. 12 is a lens configuration diagram (including a cover glass) of a sixth example of the endoscope objective lens system according to the present invention. The most image side surface (r11) of the cover glass CG is in close contact with the imaging surface of the CCD. The third lens unit is different from the previous embodiments in that the third lens unit is composed of a negative meniscus single lens. Table 6 shows numerical data of this lens system, and FIG. 13 shows various aberrations due to this lens system.
[0046]
[Table 6]
Table 7 shows the values of the conditional expressions of Examples 1 to 6.
[Table 7]
As is apparent from Table 7, each example satisfies the conditional expressions (1) to (9). Each aberration is well corrected, and especially distortion is well corrected.
[0049]
【The invention's effect】
According to the present invention, in an endoscope objective lens system of a type in which a long interval is provided between the first lens group and the second lens group as compared with the direct-view type, distortion aberration can be reduced as compared with the conventional and the peripheral portion. The image surface intensity ratio can be reduced, the aspherical processing difficulty can be reduced, and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a lens configuration diagram showing a configuration example of a side-view type endoscope.
FIG. 2 is a lens configuration diagram (including a cover glass) of the first embodiment of the endoscope objective lens system of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating various aberrations of the lens system in FIG. 2;
FIG. 4 is a lens configuration diagram (including a cover glass) of a second example of the endoscope objective lens system according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating various aberrations of the lens system in FIG. 4;
FIG. 6 is a lens configuration diagram (including a cover glass) of a third example of the endoscope objective lens system according to the present invention.
7 is a diagram showing various aberrations of the lens system in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a lens configuration diagram (including a cover glass) of a fourth example of the endoscope objective lens system according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating various aberrations of the lens system in FIG. 8;
FIG. 10 is a lens configuration diagram (including a cover glass) of a fifth example of the endoscope objective lens system according to the present invention.
11 is a diagram illustrating various aberrations of the lens system in FIG.
FIG. 12 is a lens configuration diagram (including a cover glass) of a sixth example of the endoscope objective lens system according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing various aberrations of the lens system of FIG.
FIG. 14 is a graph showing an example of the relationship between distortion and angle of view.
[Explanation of symbols]
10 First lens
Claims (8)
第１レンズ群は負の単レンズからなり、第２レンズ群は正の単レンズからなり、第３レンズ群は両凹単レンズと両凸単レンズの接合レンズからなり、
この第３レンズ群の最も物体側の面は凹面からなり、最も像側の面は凸面からなり、
次の条件式（１）ないし（３）を満足することを特徴とする内視鏡対物レンズ系。
（１）０．４＜｜ｆ／ｆ 1 ｜＜０．８（ｆ 1 ＜０）
（２）０．９＜ｆ／ｆ 2 ＜１．６
（３） - ０．５＜ｆ／ｆ 3 ＜０
但し、
ｆ：レンズ全系の焦点距離、
ｆ 1 ：第１レンズ群の焦点距離、
ｆ 2 ：第２レンズ群の焦点距離、
ｆ 3 ：第３レンズ群の焦点距離。 In order from the object side, a first lens group having negative power; an aperture stop; a second lens group having positive power; and a third lens group having negative power near the paraxial axis; Endoscope objective lens system
The first lens group is composed of a negative single lens, the second lens group is composed of a positive single lens, the third lens group is composed of a cemented lens of a biconcave single lens and a biconvex single lens,
The most object side surface of the third lens group is a concave surface, the most image side surface is a convex surface,
An endoscope objective lens system satisfying the following conditional expressions (1) to (3):
(1) 0.4 <| f / f 1 | <0.8 (f 1 <0)
(2) 0.9 <f / f 2 <1.6
(3) - 0.5 <f / f 3 <0
However,
f: focal length of the entire lens system
f 1 : focal length of the first lens group,
f 2 : focal length of the second lens group,
f 3 : focal length of the third lens group.
第１レンズ群は負の単レンズからなり、第２レンズ群は正の単レンズからなり、第３レンズ群は像側に凸の負のメニスカス単レンズからなり、 The first lens group is composed of a negative single lens, the second lens group is composed of a positive single lens, and the third lens group is composed of a negative meniscus single lens convex to the image side,
下記条件式（１）ないし（３）を満足することを特徴とする内視鏡対物レンズ系。 An endoscope objective lens system satisfying the following conditional expressions (1) to (3):
（１）０．４＜｜ｆ／ｆ(1) 0.4 <| f / f 11 ｜＜０．８（ｆ| <0.8 (f 11 ＜０）<0)
（２）０．９＜ｆ／ｆ(2) 0.9 <f / f 22 ＜１．６<1.6
（３）(3) -- ０．５＜ｆ／ｆ0.5 <f / f 3Three ＜０<0
但し、However,
ｆ：レンズ全系の焦点距離、f: focal length of the entire lens system
ｆf 11 ：第１レンズ群の焦点距離、: Focal length of the first lens group,
ｆf 22 ：第２レンズ群の焦点距離、: Focal length of the second lens group,
ｆf 3Three ：第３レンズ群の焦点距離。: Focal length of the third lens group.
（４）０．８＜ｄa／ｆ＜２．２
但し、
ｄa：第１レンズ群の最も像側の面から明るさ絞りまでの距離（空気換算長）。 The endoscope objective lens system according to any one of claims 1 to 3 , further satisfying the following conditional expression (4).
(4) 0.8 <d a /f<2.2
However,
d a : Distance from the surface closest to the image side of the first lens group to the aperture stop (air equivalent length).
（５）-１．２＜ｒa／ｆ＜-０．５
（６）-２．０＜ｒb／ｆ＜-０．８
但し、
ｒa：第３レンズ群の最も物体側の面の曲率半径、
ｒb：第３レンズ群の最も像側の面の曲率半径。 The endoscope objective lens system according to any one of claims 1 to 4, wherein the endoscope objective lens system further satisfies the following conditional expressions (5) and (6).
(5) -1.2 <r a /f<-0.5
(6) -2.0 <r b /f<-0.8
However,
r a : radius of curvature of the most object side surface of the third lens group,
r b : radius of curvature of the surface closest to the image side of the third lens group.
（７）１．０＜ｒS／ｆ＜６．０
但し、
ｒS：第３レンズ群の接合面の曲率半径。 The endoscope objective lens system according to claim 1 , wherein the endoscope objective lens system satisfies the following conditional expression (7).
(7) 1.0 <r S /f<6.0
However,
r S : radius of curvature of the cemented surface of the third lens group .
（８）０＜（ｒd＋ｒc）／（ｒd-ｒc）＜０．４
但し、
ｒc：両凸単レンズの物体側の面の曲率半径、
ｒd：両凸単レンズの像側の面の曲率半径。 The endoscope objective lens system according to any one of claims 1 to 6 , wherein the second lens group includes a biconvex single lens and satisfies the following conditional expression (8).
(8) 0 <(r d + r c ) / (r d −r c ) <0.4
However,
r c : radius of curvature of the object side surface of the biconvex single lens,
r d : radius of curvature of the image side surface of the biconvex single lens.
（９）｜Ｒasp｜＞１．８
但し、
Ｒasp：第３レンズ群の非球面の近軸曲率半径（ｍｍ）。 The endoscope objective lens system according to any one of claims 3 to 7, wherein the endoscope objective lens system satisfies the following conditional expression (9).
(9) | R asp |> 1.8
However,
R asp : Paraxial radius of curvature (mm) of the aspherical surface of the third lens group .
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