JP3989806B2

JP3989806B2 - Eccentric aberration adjustment device

Info

Publication number: JP3989806B2
Application number: JP2002276910A
Authority: JP
Inventors: 守康金井
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: JP2004117018A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬性鏡等の光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
結像光学系の結像性能の低下を招く原因のひとつとして、レンズ群を保持枠内に組み入れるときに起こる偏芯により発生する収差（偏芯収差）があり、特に偏芯によるコマ収差（偏芯コマ）と非点収差（偏芯アス）が結像性能に及ぼす影響が大きい。一般的に、発生した偏芯収差は、保持枠に収められた比較的偏芯感度の高いレンズやレンズ群を保持枠内で回転させたり、予めレンズのクリアランスを大きく取り、保持枠内でレンズを光軸に対して微小量動かすなどして調整される。しかし、光学系の外径が非常に小さい場合、このような作業により正確に補正を行うことはその構造上非常に困難である。
【０００３】
従来、硬性鏡等のように外径が非常に小さい結像光学系は、比較的低い倍率で使用されている為、偏芯調整もは行われていない。しかし、近年、硬性鏡を用いた腹腔鏡手術において、高倍率で腹腔内を観察することが望まれてきており、画質の高い画像を得ることが必要となってきている。つまり、硬性鏡等のように、外径が非常に小さい光学系においても、偏芯収差を補正する必要が生じてきているの少ない高性能なものが要求されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みて成されたものであり、例えば硬性鏡において、偏芯調整が困難である結像光学系により発生した偏芯収差を容易に補正することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
偏芯収差調整装置は結像光学系と、この結像光学系の光軸上に配設され、偏芯収差を発生することにより、少なくとも結像光学系で発生した偏芯収差を補正する偏芯収差補正光学系とを備える。これにより、偏芯調整が困難である結像光学系で発生した偏芯収差を補正することができる。
【０００６】
結像光学系が硬性鏡の挿入部に配設され、偏芯収差補正光学系が硬性鏡の操作部に配設される場合、偏芯収差補正光学系を保持する第１の保持部材の外径が、結像光学系を保持する第２の保持部材の外径よりも大きい。これにより、硬性鏡において、結像光学系により発生する偏芯収差を補正することができ容易に調整補正することができ、高倍率での観察が可能となる。
【０００７】
好ましくは、偏芯収差補正光学系は、光軸に対して略垂直に変位させることにより主にコマ収差を発生させるコマ収差補正レンズ群を備える。また、好ましくは、偏芯収差補正光学系は、光軸に対して略垂直に変位させることにより主に非点収差を発生させる非点収差補正レンズ群を備える。これにより、コマ収差補正レンズ群により結像光学系の偏芯コマを、非点収差補正レンズ群により結像光学系の偏芯アスをおよそ独立して補正することができるため、偏芯収差の補正が容易にできるようになる。
【０００８】
コマ収差補正レンズ群単体の３次収差係数は以下の条件式（１）を満足することが好ましい。これにより、コマ収差補正レンズ群単体は主にコマ収差を発生させることができる。
｜Ｓ２｜／｜Ｓ１｜＜０．５・・・・・・（１）
（ただし、Ｓ１：球面収差係数、Ｓ２：コマ収差係数）
【０００９】
非点収差補正レンズ群単体の３次収差係数は以下の条件式（２）を満足することが好ましい。これにより、非点収差補正レンズ群単体は主に非点収差を発生させることができる。
｜Ｓ１｜／｜Ｓ２｜＜０．３・・・・・・（２）
（ただし、Ｓ１：球面収差係数、Ｓ２：コマ収差係数）
【００１０】
偏芯収差補正光学系はリレー系であることが好ましい。また、偏芯収差補正光学系の横倍率は略−１倍であることが好ましい。
【００１１】
結像光学系が硬性鏡の挿入部に配設され、偏芯収差補正光学系が硬性鏡の操作部に配設される場合、偏芯収差補正光学系が複数の結像光学系に対して共通に使用可能としても良い。これにより、異なる結像光学系を使用する場合でも、１個の偏芯収差補正光学系で偏芯調整をすることができる。なお、結像光学系が硬性鏡の挿入部に配設される場合、偏芯収差補正光学系は硬性鏡の挿入部と操作部の間に配設されるアダプター光学系であっても良い。
また、本発明に係る内視鏡システムは、上記いずれかの偏芯収差調整装置を持つことが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態である偏芯収差調整装置を有する硬性鏡システムを示す。硬性鏡１０は体内に挿入される挿入部１１と、操作部１２を備える。挿入部１１にはレンズ群を保持するための保持部材３１が設けられ、その保持部材３１によって、結像光学系２０の各レンズは保持されている。結像光学系２０は、先端に設けられる対物レンズ１４と対物レンズ１４の光軸後方に配設されるリレーレンズ群１５から成る。
【００１３】
操作部１２は、結像光学系２０の光軸上に配設された偏芯収差補正光学系２２、ズームレンズ２３およびＣＣＤ２４を備える。操作部１２において、偏芯収差補正光学系２２は保持部材３２によって保持されている。偏芯収差補正光学系２２は、リレーレンズ２０の後方に、ズームレンズ２３は偏芯収差補正光学系２２の後方に、ＣＣＤ２４はズームレンズ２３の後方に配設される。
【００１４】
観察体からの反射光は、対物レンズ１４、リレーレンズ１５および偏芯収差補正光学系２２を通り、さらにズームレンズ２３を介してＣＣＤ２４の上に導かれる。ＣＣＤ２４では観察体の映像に応じた映像信号が発生し、ＴＶモニター１９に送られ、映像としてＴＶモニター１９に映し出される。
【００１５】
偏芯収差補正光学系２２は、リレー系であり、光学系全体での横倍率は略−１倍である。この場合、ＴＶモニター１９に映し出される映像が、偏芯収差補正光学系２２が無い場合の映像と略等倍の映像となる。
【００１６】
結像光学系２０は組立加工の誤差等により偏芯が生じる。挿入部１１の外径すなわち保持部材３１の外径Ｄ１は体内に挿入されるため小さく、例えば１０ｍｍ程度である。このため、保持部材３１のレンズ保持枠の真円度は必ずしも充分でなく、組み立ての作業性を考えれば、保持部材３１と各レンズとのクリアランスも充分に取れない。その上、挿入部１１の長手は例えば腹腔鏡手術用の場合、３００ｍｍ程度であり、結像光学系２０の各レンズを組み直して動かすことは容易ではない。このため、硬性鏡１０の結像光学系２０において、各レンズを正確な位置に変位させ、正確に調芯することは難しいため、結像光学系２０で生じた偏芯を補正することは困難である。したがって、結像光学系２０によって、偏芯収差、すなわち偏芯アスと偏芯コマが発生する。また、偏芯収差補正光学系２２の後方に位置するズームレンズ２３も偏芯収差が発生している場合もあるする。
【００１７】
操作部１２は体内に挿入される部分ではないので細く成形する必要はなく、操作部１２の外径は、挿入部１１の外径に比べると大きく、また偏芯調整光学系２２を保持する保持部材３２の外径Ｄ２は保持部材３１の外径Ｄ１より大きくても支障はない。保持部材３２には、外径Ｄ２に規制がないため、高精度の調整機構が配置可能であり、偏芯収差補正光学系２２は操作性のよい機械的構造とすることもできる。したがって、偏芯収差補正光学系２２は、結像光学系２０に比べ各レンズを正確な位置に容易に変位させることができる。すなわち、偏芯収差補正光学系２２は、レンズの一部を任意に光軸から略垂直に変位させ、任意の偏芯収差を発生させることにより、結像光学系２０およびズームレンズ２３によって発生した偏芯収差を補正することができる。
【００１８】
偏芯収差補正光学系２２は回転対称であるコマ収差補正レンズ群と非点収差補正レンズ群を備える。初期状態において、コマ収差補正レンズ群単体と非点収差補正レンズ群単体は光軸上に位置し、偏芯収差補正光学系２２は偏芯アスと偏芯コマを発生させていない。ここで、コマ収差補正レンズ群単体は光軸と略垂直に変位することにより、主にコマ収差を発生させ、他の光学系で発生したコマ収差を打ち消すことができる。また、非点収差補正レンズ群単体は光軸と略垂直に変位することにより、主に非点収差を発生させ、他の光学系で発生した非点収差を打ち消すことができる。
【００１９】
コマ収差補正レンズ群単体の３次収差係数は以下の条件式（１）を満足することが好ましい。これにより、コマ収差補正レンズ群は主にコマ収差のみを発生させることができる。なお、条件式（１）の３次収差係数を求める際の横倍率及び入射瞳又は射出瞳位置は、偏芯収差補正光学系２２内におけるコマ収差補正レンズ群の横倍率及び入射瞳位置であり、焦点距離はコマ収差補正レンズ群単体の焦点距離である。
｜Ｓ２｜／｜Ｓ１｜＜０．５・・・・・・（１）
（ただし、Ｓ１：球面収差係数、Ｓ２：コマ収差係数）
【００２０】
また、非点収差補正レンズ群単体の３次収差係数は以下の条件式（２）を満足する。これにより、非点収差補正レンズ群は主に非点収差のみを発生させることができる。条件式（２）の３次収差係数を求める場合も、横倍率及び入射瞳又は射出瞳位置は偏芯収差補正光学系２２内における非点収差補正レンズ群の横倍率及び入射瞳位置であり、焦点距離は非点収差補正レンズ群単体の焦点距離である。
｜Ｓ１｜／｜Ｓ２｜＜０．３・・・・・・（２）
（ただし、Ｓ１：球面収差係数、Ｓ２：コマ収差係数）
【００２１】
以上のように、偏芯調整が困難である結像光学系２０等で発生した偏芯収差は、偏芯収差補正光学系２２によって打ち消すことができる。偏芯収差には、偏芯コマと偏芯アスがあるが、偏芯収差補正光学系２２に主にコマ収差を補正するコマ収差補正レンズ群と、主に非点収差を補正する非点収差補正レンズ群を設けることにより、偏芯コマと偏芯アスが独立して補正可能となり、一方の収差の補正が他方の収差に影響しないので、少ない調整回数で偏芯収差を容易に補正することができる。これにより、硬性鏡においても、偏芯収差の発生が抑制された映像を容易に得ることができ、高倍率での観察も可能となるような像性能を得ることができる。
【００２２】
次に実施例を示して説明する。
〔偏芯収差補正光学系の実施例１〕
偏芯収差補正光学系２２の実施例１のレンズの配置を図２に、光学データを表１に示す。図２における面ｒ１から面ｒ１８は、この光学系においてそれぞれ第１面から第１８面に対応する。レンズ１０１からレンズ１１０は、この光学系においてそれぞれ第１レンズから第１０レンズに対応する。また、表中のＦｎｏはＦナンバー、ｆはこの偏芯収差補正光学系２２全体の焦点距離、ｍはこの偏芯収差補正光学系２２全体の横倍率、Ｆｆｂはバックフォーカス、ＮＯはレンズ面番号、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（Ｄ）はｄ線の屈折率、ＶＤはｄ線基準のアッベ数を示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
レンズを光軸の垂直方向に位置調整しない状態すなわち初期状態における横収差図を図３に、非点収差図を図４に示す。図３におけるｙは像高を示し、図４における、実線ＤＳはサジタル像、破線ＤＭはメリディオナル像を示す。これらの図より、例えば図４において実線ＤＳと破線ＤＭは重なっているように、偏芯収差補正光学系２２はほとんどコマ収差も非点収差も発生していないことがわかる。
【００２５】
この場合において、第２レンズ１０２または第７レンズ１０７をコマ収差補正レンズ群として使用し、第２〜第４レンズ１０２〜１０４から成るレンズ群または第５〜第７レンズ１０５〜１０７から成るレンズ群を非点収差補正レンズとして使用する。
【００２６】
ここで、第２レンズ１０２において、横倍率は−１．６０９倍、第４面ｒ４からの射出瞳位置は１０．３、Ｓ１は０．３２６、Ｓ２は−０．１０５である。よって、｜Ｓ２｜／｜Ｓ１｜＝０．３２であり、条件式（１）の式を満足している。第７レンズ１０７において、横倍率は−０．６２２倍、第１１面ｒ１１からの入射瞳位置は−１０．３、Ｓ１は４．３７１、Ｓ２は０．３８４である。よって、｜Ｓ２｜／｜Ｓ１｜＝０．０９であり、条件式（１）の式を満足している。
【００２７】
第２〜第４レンズ１０２〜１０４のレンズ群において、横倍率は１７３０．３倍、第７面ｒ７からの射出瞳位置は２．４８、Ｓ１は０．００１、Ｓ２は−０．４９６である。よって、｜Ｓ１｜／｜Ｓ２｜＝０．０２であり、条件式（２）の式を満足している。第５〜第７レンズ１０５〜１０７のレンズ群において、横倍率は−０．０００６倍、第８面ｒ８からの入射瞳位置は−２．３、Ｓ１は０．２５８、Ｓ２は２．５０４である。よって、｜Ｓ１｜／｜Ｓ２｜＝０．１０であり条件式（２）の式を満足している。
【００２８】
図５、６は第２レンズ１０２のみを光軸と垂直方向（ｙ方向）に０．２変位させたとき偏芯収差補正光学系２２における横収差図および非点収差図を示す。また、図７，８は第７レンズ１０７のみを光軸と垂直方向（ｙ方向）に０．２変位させたとき偏芯収差補正光学系２２における横収差図および非点収差図を示す。これらの図より、コマ収差補正レンズ群のみを光軸と垂直方向に変位させたときは主にコマ収差しか発生していないことがわかる。
【００２９】
図９，１０は第２〜第４レンズ１０２〜１０４のレンズのみを光軸と垂直方向（ｙ方向）に０．３変位させたとき偏芯収差補正光学系２２における横収差図および非点収差図を示す。また、図１１，１２は第５〜第７レンズ１０５〜１０７のレンズのみを光軸と垂直方向（ｙ方向）に０．３変位させたとき偏芯収差補正光学系２２における横収差図および非点収差図を示す。これらの図より、非点収差補正レンズ群のみを光軸と垂直方向に変位させたときは主に非点収差しか発生していないことがわかる。
【００３０】
〔偏芯収差補正光学系の実施例２〕
偏芯収差補正光学系２２の実施例２のレンズの配置を図１３に、光学データを表２に示す。図１３における面ｒ’１から面ｒ’１１は、この光学系においてそれぞれ第１面から第１１面に対応する。レンズ２０１からレンズ２０６は、この光学系においてそれぞれ第１レンズから第６レンズに対応する。
【００３１】
【表２】

【００３２】
レンズを光軸の垂直方向に位置調整しない状態すなわち初期状態における横収差図を図１４、非点収差図を図１５に示す。実施例１と同様にこれらの図より初期状態において、実施例２はほとんどコマ収差も非点収差も発生していないことがわかる。
【００３３】
この場合において、第２レンズ２０２をコマ収差補正レンズ群として使用し、第５〜第６レンズ２０５〜２０６から成るレンズ群を非点収差補正レンズ群として使用した。
【００３４】
ここで、第２レンズ２０２において、横倍率は−１．１６倍、第４面ｒ’４からの射出瞳位置は６．６、Ｓ１は−０．９９９、Ｓ２は４．１７０である。よって、｜Ｓ２｜／｜Ｓ１｜＝０．０６であり、条件式（１）の式を満足している。第５〜第６レンズ２０５〜２０６のレンズ群において、横倍率は０．０２６倍、第８面ｒ８からの入射瞳位置は−１．７、Ｓ１は０．７２５、Ｓ２は−０．０４５である。すなわち、｜Ｓ１｜／｜Ｓ２｜＝０．２４であり、条件式（２）の式を満足している。
【００３５】
図１６、１７は第２レンズ２０２のみを光軸と垂直方向（ｙ方向）に０．２変位させたとき偏芯収差補正光学系２２における横収差図および非点収差図を示す。これらの図より、コマ収差補正レンズ群のみを光軸と垂直方向に変位させたときコマ収差は大きく発生していたが、非点収差はあまり大きく発生していないことがわかる。
【００３６】
図１８，１９は第５〜第６レンズ２０５〜２０６のレンズ群のみを光軸と垂直方向（ｙ方向）に０．３変位させたとき偏芯収差補正光学系２２における横収差図および非点収差図を示す。これらの図より、非点収差補正レンズ群のみを光軸と垂直方向（ｙ方向）に変位させたとき非点収差は大きく発生していたが、コマ収差はあまり大きく発生していないことがわかる。
【００３７】
〔偏芯収差調整装置の実施例〕
偏芯収差調整装置における結像光学系２０の実施例のレンズデータを表３に示す。図２０、２１には、この光学系の横収差図および非点収差図を示す。また、図２２、２３には、この実施例の結像光学系２０に故意に偏芯を発生させた場合の横収差図および非点収差図を示す。ここでは、第２３面を光軸と交わる点を中心にｙ−ｘ平面内で反時計回りに１°倒すことによって偏芯を発生させている。図２２、２３から分かるように、結像光学系２０を偏芯させたことによって、コマ収差および非点収差が発生している。
【００３８】
【表３】

【００３９】
ここで、このコマ収差および非点収差を補正するための偏芯収差補正光学系２２として、実施例１で示した光学系を使用する。まず、実施例１の第７レンズ１０７、すなわちコマ収差補正レンズ群を−０．２５だけ光軸と垂直方向（ｙ方向）に変位させ、コマ収差を補正する。補正後の横収差図および非点収差図を図２４、図２５に示す。図２４からわかるように補正前に比べコマ収差が減少しており、コマ収差補正レンズ群によりコマ収差が補正されている。
【００４０】
次に、実施例１の第２レンズ〜第４レンズ１０２〜１０４のレンズ群すなわち非点収差補正レンズ群を０．３だけ光軸と垂直方向（ｙ方向）に変位させ、非点収差を補正する。補正後の横収差図および非点収差図を図２６、図２７に示す。図２６、図２７からわかるように、補正前に比べ非点収差が減少しており、非点収差補正レンズ群により非点収差が主に補正されている。このように、偏芯収差補正光学系２２を用いれば、硬性鏡の結像光学系２０に偏芯収差が発生しても、その収差は、コマ収差補正レンズ群と、非点収差補正レンズ群を独立に変位させて補正することができる。
【００４１】
以上のように本実施例においては、光軸上に偏芯収差補正光学系２２を設けることにより、偏芯調整ができない結像光学系２０で発生した偏芯収差を補正することが可能となる。また、偏芯収差補正光学系２２に、コマ収差補正レンズ群と非点収差補正レンズ群とを設けることにより、コマ収差と非点収差とを独立に補正できるため、容易に補正することができる。
【００４２】
なお、偏芯収差補正光学系は複数の結像光学系に対して使用可能であるようにしても良い。例えば、本実施形態においては、挿入部１１と操作部１２を自由に着脱できるようにする。一般に異なる結像光学系を使用する場合は、結像光学系毎に偏芯を補正するための調整量も異なる。しかし、偏芯収差補正光学系においては偏芯調整が容易であるため、交換機種ごとに予め調整量を記録しておけば、１個の偏芯収差補正光学系で偏芯調整を容易にすることができる。これにより、結像光学系２０を備えた挿入部１１が交換された場合でも、１個の偏芯収差補正光学系２２で対応できる。さらに、偏芯収差補正光学系２２は、結像光学系２０の光軸上に配設されるならば、操作部１２外に設けられるような構成であっても良い。例えば、偏芯収差補正光学系は硬性鏡の挿入部と操作部の間に配設され着脱が自由であるアダプター光学系であっても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、従来偏芯調整が困難であった例えば硬性鏡の光学系において、容易に偏芯調整することができ、偏芯収差が発生しない高い結像性能を持つ映像を得ることが可能となる。これにより、例えば硬性鏡において、従来困難であった高倍率での観察が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である偏芯収差調整装置を備えた硬性鏡システムを示す。
【図２】偏芯収差補正光学系のレンズ群の実施例１を示す。
【図３】実施例１のレンズ群の横収差図を示す。
【図４】実施例１のレンズ群の非点収差図を示す。
【図５】実施例１のレンズ群において第２レンズのみを変位させたときの横収差図を示す。
【図６】実施例１のレンズ群において第２レンズのみを変位させたときの非点収差図を示す。
【図７】実施例１のレンズ群において第７レンズのみを変位させたときの横収差図を示す。
【図８】実施例１のレンズ群において第７レンズのみを変位させたときの非点収差図を示す。
【図９】実施例１のレンズ群において第２〜４レンズのみを変位させたときの横収差図を示す。
【図１０】実施例１のレンズ群において第２〜４レンズのみを変位させたときの非点収差図を示す。
【図１１】実施例１のレンズ群において第５〜７レンズのみを変位させたときの横収差図を示す。
【図１２】実施例１のレンズ群において第５〜７レンズのみを変位させたときの非点収差図を示す。
【図１３】偏芯収差補正光学系のレンズ群の実施例２を示す。
【図１４】実施例２のレンズ群の横収差図を示す。
【図１５】実施例２のレンズ群の非点収差図を示す。
【図１６】実施例２のレンズ群において第２レンズのみを変位させたときの横収差図を示す。
【図１７】実施例２のレンズ群において第２レンズのみを変位させたときの非点収差図を示す。
【図１８】実施例２のレンズ群において第５〜６レンズのみを変位させたときの横収差図を示す。
【図１９】実施例２のレンズ群において第５〜６レンズのみを変位させたときの非点収差図を示す。
【図２０】結像光学系の実施例の横収差図を示す。
【図２１】結像光学系の実施例の非点収差図を示す。
【図２２】結像光学系の実施例において偏芯収差を発生させたときの横収差図を示す。
【図２３】結像光学系の実施例において偏芯収差を発生させたときの非点収差図を示す。
【図２４】結像光学系の偏芯コマ収差をコマ収差補正レンズ群によって補正したときの横収差図を示す。
【図２５】結像光学系の偏芯コマ収差をコマ収差補正レンズ群によって補正したときの非点収差図を示す。
【図２６】結像光学系の偏芯アス収差をアス収差補正レンズ群によって補正したときの横収差図を示す。
【図２７】結像光学系の偏芯アス収差をアス収差補正レンズ群によって補正したときの非点収差図を示す。
【符号の説明】
１０硬性鏡
１１挿入部
１２操作部
２０結像光学系
２２偏芯収差補正光学系[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical system such as a rigid endoscope.
[0002]
[Prior art]
One of the causes of the deterioration of the imaging performance of the imaging optical system is an aberration (eccentric aberration) caused by the eccentricity that occurs when the lens group is incorporated in the holding frame. The effect of the core coma) and astigmatism (decentered ass) on the imaging performance is large. In general, the generated decentration aberration is caused by rotating a lens or lens group housed in a holding frame with relatively high decentration sensitivity within the holding frame, or by taking a large lens clearance in advance and setting the lens in the holding frame. Is adjusted by moving a small amount with respect to the optical axis. However, when the outer diameter of the optical system is very small, it is very difficult to correct accurately by such an operation because of its structure.
[0003]
Conventionally, an imaging optical system having a very small outer diameter, such as a rigid mirror, has been used at a relatively low magnification, so that eccentricity adjustment has not been performed. However, in recent years, in laparoscopic surgery using a rigid endoscope, it has been desired to observe the abdominal cavity at a high magnification, and it has become necessary to obtain images with high image quality. That is, even in an optical system having a very small outer diameter, such as a rigid mirror, there is a demand for a high-performance optical system that has little need to correct decentration aberrations.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems. For example, in a rigid mirror, an object of the present invention is to easily correct decentration aberrations generated by an imaging optical system in which decentration adjustment is difficult.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The decentering aberration adjusting device is disposed on the optical axis of the imaging optical system and the optical axis of the imaging optical system, and generates a decentering aberration to correct at least the decentering aberration generated in the imaging optical system. And a core aberration correcting optical system. As a result, it is possible to correct the decentration aberration generated in the imaging optical system in which the decentration adjustment is difficult.
[0006]
When the imaging optical system is disposed in the insertion portion of the rigid mirror and the decentering aberration correction optical system is disposed in the operation portion of the rigid mirror, the outer side of the first holding member that holds the decentering aberration correction optical system is removed. The diameter is larger than the outer diameter of the second holding member that holds the imaging optical system. Thereby, in the rigid mirror, the decentration aberration generated by the imaging optical system can be corrected, the adjustment correction can be easily performed, and observation at a high magnification becomes possible.
[0007]
Preferably, the decentration aberration correcting optical system includes a coma aberration correcting lens group that mainly generates coma aberration by being displaced substantially perpendicular to the optical axis. Preferably, the decentration aberration correcting optical system includes an astigmatism correcting lens group that mainly generates astigmatism by being displaced substantially perpendicular to the optical axis. As a result, the decentration coma of the imaging optical system can be corrected almost independently by the coma aberration correction lens group, and the decentering ass of the imaging optical system can be corrected almost independently by the astigmatism correction lens group. Correction can be made easily.
[0008]
The third-order aberration coefficient of the coma aberration correcting lens group alone preferably satisfies the following conditional expression (1). Thereby, the coma aberration correcting lens group alone can mainly generate coma aberration.
| S2 | / | S1 | <0.5 (1)
(However, S1: Spherical aberration coefficient, S2: Coma aberration coefficient)
[0009]
The third-order aberration coefficient of the astigmatism correction lens group alone preferably satisfies the following conditional expression (2). Thereby, the astigmatism correction lens group alone can mainly generate astigmatism.
| S1 | / | S2 | <0.3 (2)
(However, S1: Spherical aberration coefficient, S2: Coma aberration coefficient)
[0010]
The decentration aberration correcting optical system is preferably a relay system. The lateral magnification of the decentration aberration correcting optical system is preferably about −1.
[0011]
When the imaging optical system is disposed in the insertion portion of the rigid mirror and the decentration aberration correcting optical system is disposed in the operation portion of the rigid mirror, the decentering aberration correcting optical system is provided for a plurality of imaging optical systems. It can be used in common. As a result, even when different image-forming optical systems are used, the eccentricity can be adjusted with one eccentric aberration correcting optical system. When the imaging optical system is disposed in the insertion portion of the rigid mirror, the decentration aberration correcting optical system may be an adapter optical system disposed between the insertion portion of the rigid mirror and the operation portion.
Moreover, it is preferable that the endoscope system according to the present invention has any one of the decentration aberration adjusting devices described above.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a rigid endoscope system having an eccentric aberration adjusting apparatus according to an embodiment of the present invention. The rigid endoscope 10 includes an insertion unit 11 to be inserted into the body and an operation unit 12. The insertion portion 11 is provided with a holding member 31 for holding a lens group, and each lens of the imaging optical system 20 is held by the holding member 31. The imaging optical system 20 includes an objective lens 14 provided at the distal end and a relay lens group 15 provided behind the optical axis of the objective lens 14.
[0013]
The operation unit 12 includes an eccentric aberration correction optical system 22, a zoom lens 23, and a CCD 24 that are disposed on the optical axis of the imaging optical system 20. In the operation unit 12, the decentration aberration correcting optical system 22 is held by a holding member 32. The decentering aberration correcting optical system 22 is disposed behind the relay lens 20, the zoom lens 23 is disposed behind the decentering aberration correcting optical system 22, and the CCD 24 is disposed behind the zoom lens 23.
[0014]
Reflected light from the observation body passes through the objective lens 14, the relay lens 15, and the decentering aberration correction optical system 22, and is further guided onto the CCD 24 via the zoom lens 23. In the CCD 24, a video signal corresponding to the image of the observation body is generated, sent to the TV monitor 19, and displayed on the TV monitor 19 as an image.
[0015]
The decentration aberration correcting optical system 22 is a relay system, and the lateral magnification of the entire optical system is approximately −1 times. In this case, the image displayed on the TV monitor 19 is approximately the same size as the image without the decentering aberration correcting optical system 22.
[0016]
The imaging optical system 20 is decentered due to assembly processing errors or the like. The outer diameter of the insertion portion 11, that is, the outer diameter D1 of the holding member 31, is small because it is inserted into the body, for example, about 10 mm. For this reason, the roundness of the lens holding frame of the holding member 31 is not always sufficient, and the clearance between the holding member 31 and each lens cannot be sufficiently taken into consideration when assembling workability is considered. In addition, the length of the insertion portion 11 is, for example, about 300 mm in the case of laparoscopic surgery, and it is not easy to reassemble and move the lenses of the imaging optical system 20. For this reason, in the imaging optical system 20 of the rigid mirror 10, it is difficult to correct the eccentricity generated in the imaging optical system 20 because it is difficult to displace each lens to an accurate position and to perform accurate alignment. It is. Therefore, the imaging optical system 20 generates decentration aberrations, that is, decentered ass and decentered coma. In some cases, the zoom lens 23 located behind the decentration aberration correcting optical system 22 also has decentration aberrations.
[0017]
Since the operation part 12 is not a part inserted into the body, it is not necessary to form it thinly. The outer diameter of the operation part 12 is larger than the outer diameter of the insertion part 11, and the holding for holding the eccentricity adjusting optical system 22. There is no problem even if the outer diameter D2 of the member 32 is larger than the outer diameter D1 of the holding member 31. Since the holding member 32 has no restriction on the outer diameter D2, a highly accurate adjustment mechanism can be arranged, and the decentering aberration correcting optical system 22 can be a mechanical structure with good operability. Therefore, the decentration aberration correcting optical system 22 can easily displace each lens to an accurate position as compared with the imaging optical system 20. That is, the decentering aberration correcting optical system 22 is generated by the imaging optical system 20 and the zoom lens 23 by arbitrarily displacing a part of the lens from the optical axis to generate arbitrary decentering aberration. Decentration aberrations can be corrected.
[0018]
The decentration aberration correcting optical system 22 includes a coma aberration correcting lens group and an astigmatism correcting lens group that are rotationally symmetric. In the initial state, the coma aberration correcting lens unit and the astigmatism correcting lens unit alone are positioned on the optical axis, and the decentering aberration correcting optical system 22 does not generate decentering and decentering. Here, the coma aberration correcting lens unit alone is displaced substantially perpendicular to the optical axis, so that coma aberration is mainly generated, and coma aberration generated in other optical systems can be canceled. Further, the astigmatism correction lens group alone is displaced substantially perpendicular to the optical axis, so that astigmatism is mainly generated, and astigmatism generated in other optical systems can be canceled.
[0019]
The third-order aberration coefficient of the coma aberration correcting lens group alone preferably satisfies the following conditional expression (1). Thereby, the coma aberration correcting lens group can mainly generate only coma aberration. Note that the lateral magnification and the entrance pupil or exit pupil position when obtaining the third-order aberration coefficient of the conditional expression (1) are the lateral magnification and entrance pupil position of the coma aberration correcting lens group in the decentering aberration correcting optical system 22. The focal length is the focal length of the coma aberration correcting lens group alone.
| S2 | / | S1 | <0.5 (1)
(However, S1: Spherical aberration coefficient, S2: Coma aberration coefficient)
[0020]
The third-order aberration coefficient of the astigmatism correction lens group alone satisfies the following conditional expression (2). Thereby, the astigmatism correction lens group can mainly generate only astigmatism. Also when obtaining the third-order aberration coefficient of the conditional expression (2), the lateral magnification and the entrance pupil or exit pupil position are the lateral magnification and the entrance pupil position of the astigmatism correction lens group in the decentering aberration correction optical system 22, The focal length is the focal length of a single astigmatism correction lens group.
| S1 | / | S2 | <0.3 (2)
(However, S1: Spherical aberration coefficient, S2: Coma aberration coefficient)
[0021]
As described above, the decentration aberration generated in the imaging optical system 20 or the like, which is difficult to adjust for decentration, can be canceled by the decentration aberration correcting optical system 22. There are two types of decentration aberrations: decentration coma and decentering astigmatism. Decentration aberration correction optical system 22 includes a coma aberration correction lens group that mainly corrects coma aberration, and astigmatism that mainly corrects astigmatism. By providing a correction lens group, it is possible to correct the decentered coma and decentered ass independently, and correction of one aberration does not affect the other, so it is easy to correct decentration aberrations with a small number of adjustments. Can do. As a result, even in the rigid endoscope, it is possible to easily obtain an image in which the occurrence of decentration aberration is suppressed, and to obtain image performance that enables observation at a high magnification.
[0022]
Next, examples will be described.
[Embodiment 1 of Decentration Aberration Correction Optical System]
The arrangement of the lenses of Example 1 of the decentration aberration correcting optical system 22 is shown in FIG. Surfaces r1 to r18 in FIG. 2 correspond to the first to 18th surfaces in this optical system, respectively. The lenses 101 to 110 correspond to the first lens to the tenth lens in this optical system, respectively. In the table, Fno is the F number, f is the focal length of the entire decentration aberration correcting optical system 22, m is the lateral magnification of the entire decentering aberration correcting optical system 22, Ffb is the back focus, and NO is the lens surface number. , R is the radius of curvature of each lens surface, D is the lens thickness or lens spacing, N (D) is the d-line refractive index, and VD is the d-line reference Abbe number.
[0023]
[Table 1]

[0024]
FIG. 3 shows a lateral aberration diagram in a state where the lens is not adjusted in the vertical direction of the optical axis, that is, an initial state, and FIG. 4 shows an astigmatism diagram. In FIG. 3, y represents the image height, and in FIG. 4, a solid line DS represents a sagittal image, and a broken line DM represents a meridional image. From these figures, it can be seen that, for example, as shown in FIG. 4, the solid line DS and the broken line DM overlap, the decentration aberration correcting optical system 22 generates almost no coma and astigmatism.
[0025]
In this case, the second lens 102 or the seventh lens 107 is used as a coma aberration correcting lens group, and the lens group including the second to fourth lenses 102 to 104 or the lens group including the fifth to seventh lenses 105 to 107. Is used as an astigmatism correction lens.
[0026]
Here, in the second lens 102, the lateral magnification is -1.609 times, the exit pupil position from the fourth surface r4 is 10.3, S1 is 0.326, and S2 is -0.105. Therefore, | S2 | / | S1 | = 0.32, which satisfies the expression (1). In the seventh lens 107, the lateral magnification is -0.622, the entrance pupil position from the eleventh surface r11 is -10.3, S1 is 4.371, and S2 is 0.384. Therefore, | S2 | / | S1 | = 0.09, which satisfies the expression (1).
[0027]
In the lens group of the second to fourth lenses 102 to 104, the lateral magnification is 1730.3 times, the exit pupil position from the seventh surface r7 is 2.48, S1 is 0.001, and S2 is -0.496. . Therefore, | S1 | / | S2 | = 0.02, which satisfies the expression (2). In the lens group of the fifth to seventh lenses 105 to 107, the lateral magnification is −0.0006 times, the entrance pupil position from the eighth surface r8 is −2.3, S1 is 0.258, and S2 is 2.504. is there. Therefore, | S1 | / | S2 | = 0.10, which satisfies the conditional expression (2).
[0028]
5 and 6 show lateral aberration diagrams and astigmatism diagrams in the decentration aberration correcting optical system 22 when only the second lens 102 is displaced by 0.2 in the direction perpendicular to the optical axis (y direction). FIGS. 7 and 8 show lateral aberration diagrams and astigmatism diagrams in the decentration aberration correcting optical system 22 when only the seventh lens 107 is displaced by 0.2 in the direction perpendicular to the optical axis (y direction). From these figures, it can be seen that when only the coma aberration correcting lens group is displaced in the direction perpendicular to the optical axis, only coma aberration is mainly generated.
[0029]
9 and 10 are lateral aberration diagrams and astigmatism in the decentration aberration correcting optical system 22 when only the second to fourth lenses 102 to 104 are displaced by 0.3 in the direction perpendicular to the optical axis (y direction). The figure is shown. 11 and 12 show lateral aberration diagrams and non-existence in the decentration aberration correcting optical system 22 when only the fifth to seventh lenses 105 to 107 are displaced by 0.3 in the direction perpendicular to the optical axis (y direction). A point aberration diagram is shown. From these figures, it can be seen that when only the astigmatism correction lens group is displaced in the direction perpendicular to the optical axis, only astigmatism occurs.
[0030]
[Embodiment 2 of the decentration aberration correcting optical system]
The arrangement of the lenses of Example 2 of the decentration aberration correcting optical system 22 is shown in FIG. Surfaces r′1 to r′11 in FIG. 13 correspond to the first surface to the eleventh surface, respectively, in this optical system. The lenses 201 to 206 correspond to the first lens to the sixth lens, respectively, in this optical system.
[0031]
[Table 2]

[0032]
FIG. 14 shows a lateral aberration diagram in a state where the lens is not adjusted in the vertical direction of the optical axis, that is, an initial state, and FIG. 15 shows an astigmatism diagram. As in the case of Example 1, it can be seen from these figures that Example 2 hardly generates coma and astigmatism in the initial state.
[0033]
In this case, the second lens 202 was used as a coma aberration correcting lens group, and a lens group including the fifth to sixth lenses 205 to 206 was used as an astigmatism correcting lens group.
[0034]
Here, in the second lens 202, the lateral magnification is −1.16 times, the exit pupil position from the fourth surface r′4 is 6.6, S1 is −0.999, and S2 is 4.170. Therefore, | S2 | / | S1 | = 0.06, which satisfies the expression (1). In the lens group of the fifth to sixth lenses 205 to 206, the lateral magnification is 0.026 times, the entrance pupil position from the eighth surface r8 is -1.7, S1 is 0.725, and S2 is -0.045. is there. That is, | S1 | / | S2 | = 0.24, which satisfies the conditional expression (2).
[0035]
FIGS. 16 and 17 show lateral aberration diagrams and astigmatism diagrams in the decentration aberration correcting optical system 22 when only the second lens 202 is displaced by 0.2 in the direction perpendicular to the optical axis (y direction). From these figures, it can be seen that when only the coma aberration correcting lens group is displaced in the direction perpendicular to the optical axis, the coma aberration is large, but the astigmatism is not so large.
[0036]
18 and 19 show lateral aberration diagrams and astigmatism in the decentration aberration correcting optical system 22 when only the lens group of the fifth to sixth lenses 205 to 206 is displaced by 0.3 in the direction perpendicular to the optical axis (y direction). An aberration diagram is shown. From these figures, it can be seen that when only the astigmatism correction lens group is displaced in the direction perpendicular to the optical axis (y direction), astigmatism has occurred greatly, but coma has not occurred so much. .
[0037]
[Example of decentration aberration adjusting device]
Table 3 shows lens data of examples of the imaging optical system 20 in the decentration aberration adjusting apparatus. 20 and 21 show a lateral aberration diagram and an astigmatism diagram of this optical system. 22 and 23 show lateral aberration diagrams and astigmatism diagrams in the case where decentering is intentionally generated in the imaging optical system 20 of this embodiment. Here, the eccentricity is generated by tilting the 23rd surface by 1 ° counterclockwise in the y-x plane around the point intersecting the optical axis. As can be seen from FIGS. 22 and 23, coma and astigmatism are generated by decentering the imaging optical system 20.
[0038]
[Table 3]

[0039]
Here, the optical system shown in Example 1 is used as the decentration aberration correcting optical system 22 for correcting the coma and astigmatism. First, the seventh lens 107 of Example 1, that is, the coma aberration correcting lens group is displaced by −0.25 in the direction perpendicular to the optical axis (y direction) to correct coma aberration. FIG. 24 and FIG. 25 show lateral aberration diagrams and astigmatism diagrams after correction. As can be seen from FIG. 24, coma is reduced compared to before correction, and coma is corrected by the coma aberration correcting lens group.
[0040]
Next, the astigmatism is corrected by displacing the lens group of the second to fourth lenses 102 to 104 of Example 1, that is, the astigmatism correction lens group, by 0.3 in the direction perpendicular to the optical axis (y direction). To do. FIG. 26 and FIG. 27 show lateral aberration diagrams and astigmatism diagrams after correction. As can be seen from FIGS. 26 and 27, astigmatism is reduced compared to before correction, and astigmatism is mainly corrected by the astigmatism correction lens group. As described above, when the decentration aberration correcting optical system 22 is used, even if decentering aberration occurs in the imaging optical system 20 of the rigid mirror, the aberration is caused by the coma aberration correcting lens group and the astigmatism correcting lens group. Can be corrected by displacing them independently.
[0041]
As described above, in this embodiment, by providing the decentration aberration correcting optical system 22 on the optical axis, it becomes possible to correct the decentration aberration generated in the imaging optical system 20 in which the decentering cannot be adjusted. . Further, by providing the coma aberration correcting lens group and the astigmatism correcting lens group in the decentration aberration correcting optical system 22, the coma aberration and the astigmatism can be corrected independently, so that correction can be easily made. .
[0042]
The decentering aberration correcting optical system may be used for a plurality of imaging optical systems. For example, in the present embodiment, the insertion unit 11 and the operation unit 12 can be freely attached and detached. In general, when different imaging optical systems are used, the amount of adjustment for correcting decentration differs for each imaging optical system. However, since decentration adjustment is easy in the decentration aberration correcting optical system, if an adjustment amount is recorded in advance for each replacement model, the decentration adjustment is facilitated by one decentration aberration correcting optical system. be able to. Thereby, even when the insertion part 11 provided with the imaging optical system 20 is replaced | exchanged, it can respond with one eccentric aberration correction optical system 22. FIG. Further, the decentration aberration correcting optical system 22 may be configured to be provided outside the operation unit 12 as long as it is disposed on the optical axis of the imaging optical system 20. For example, the decentration aberration correcting optical system may be an adapter optical system that is disposed between the insertion portion and the operation portion of the rigid mirror and can be freely attached and detached.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, for example, in an optical system of a rigid mirror that has conventionally been difficult to adjust for decentration, the decentration can be easily adjusted, and an image with high imaging performance that does not cause decentration aberration can be obtained. It becomes possible. Thereby, for example, in a rigid endoscope, observation at a high magnification, which has been difficult in the past, becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a rigid endoscope system including an eccentric aberration adjusting apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows Example 1 of a lens group of the decentration aberration correcting optical system.
3 is a lateral aberration diagram of the lens group according to Example 1. FIG.
4 is a diagram showing astigmatism of the lens group of Example 1. FIG.
5 is a lateral aberration diagram when only the second lens is displaced in the lens unit of Example 1. FIG.
6 is an astigmatism diagram when only the second lens is displaced in the lens group of Example 1. FIG.
7 is a lateral aberration diagram when only the seventh lens is displaced in the lens group of Example 1. FIG.
FIG. 8 is an astigmatism diagram when only the seventh lens is displaced in the lens group of Example 1.
9 is a lateral aberration diagram when only the second to fourth lenses are displaced in the lens unit of Example 1. FIG.
FIG. 10 shows astigmatism diagrams when only the second to fourth lenses are displaced in the lens group of Example 1.
11 is a lateral aberration diagram when only the fifth to seventh lenses are displaced in the lens group of Example 1. FIG.
12 shows astigmatism diagrams when only the fifth to seventh lenses are displaced in the lens group of Example 1. FIG.
FIG. 13 shows a second embodiment of the lens group of the decentration aberration correcting optical system.
14 is a lateral aberration diagram of the lens group according to Example 2. FIG.
15 shows astigmatism diagrams of the lens unit of Example 2. FIG.
FIG. 16 is a lateral aberration diagram when only the second lens is displaced in the lens group of Example 2.
FIG. 17 is a diagram showing astigmatism when only the second lens is displaced in the lens group of Example 2.
18 is a lateral aberration diagram when only the fifth to sixth lenses are displaced in the lens group of Example 2. FIG.
FIG. 19 is an astigmatism diagram when only the fifth to sixth lenses are displaced in the lens group of Example 2.
FIG. 20 is a lateral aberration diagram of an example of the imaging optical system.
FIG. 21 is a diagram showing astigmatism of the example of the imaging optical system.
FIG. 22 is a lateral aberration diagram when decentration aberration is generated in the embodiment of the imaging optical system.
FIG. 23 is an astigmatism diagram when decentration aberration is generated in the embodiment of the imaging optical system.
FIG. 24 is a transverse aberration diagram when decentering coma aberration in the imaging optical system is corrected by a coma aberration correcting lens group.
FIG. 25 is an astigmatism diagram when the decentration coma of the imaging optical system is corrected by the coma aberration correcting lens group.
FIG. 26 is a lateral aberration diagram when the decentered astigmatism of the imaging optical system is corrected by the astigmatism correction lens group.
FIG. 27 is a diagram showing astigmatism when the decentered astigmatism of the imaging optical system is corrected by the astigmatism correction lens group.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hard mirror 11 Insertion part 12 Operation part 20 Imaging optical system 22 Eccentric aberration correction optical system

Claims

An imaging optical system and an eccentric aberration correcting optical system that is arranged on the optical axis of the imaging optical system and corrects at least eccentric aberration generated in the imaging optical system by generating eccentric aberration equipped with a door,
The decentration aberration correcting optical system is composed of a coma aberration correcting lens group that generates coma aberration by being displaced substantially perpendicular to the optical axis, and a lens group different from the coma aberration correcting lens group, and An astigmatism correction lens group that generates astigmatism by displacing the optical axis substantially perpendicularly to the optical axis,
The third-order aberration coefficient of the coma aberration correcting lens group alone satisfies the following conditional expression (1), and the third-order aberration coefficient of the astigmatism correction lens group alone satisfies the following conditional expression (2):
The decentration aberration correcting optical system is a relay system, and disposed behind the imaging optical system,
The imaging optical system is disposed in the insertion portion of the rigid endoscope, said eccentric aberration correcting optical system eccentric aberration adjustment unit you characterized in that is disposed in the operation portion of the rigid endoscope.
| S2 | / | S1 | <0.5 (1)
(However, S1: Spherical aberration coefficient, S2: Coma aberration coefficient)
| S1 | / | S2 | <0.3 (2)
(However, S1: Spherical aberration coefficient, S2: Coma aberration coefficient)

An imaging optical system and an eccentric aberration correcting optical system that is disposed on the optical axis of the imaging optical system and corrects at least the eccentric aberration generated in the imaging optical system by generating eccentric aberration And
The decentration aberration correcting optical system is composed of a coma aberration correcting lens group that generates coma aberration by being displaced substantially perpendicular to the optical axis, and a lens group different from the coma aberration correcting lens group, and An astigmatism correction lens group that generates astigmatism by being displaced substantially perpendicular to the optical axis,
The third-order aberration coefficient of the coma aberration correcting lens group alone satisfies the following conditional expression (1), and the third-order aberration coefficient of the astigmatism correction lens group alone satisfies the following conditional expression (2):
The decentration aberration correcting optical system is a relay system and is disposed behind the imaging optical system,
The imaging optical system is disposed in an insertion portion of a rigid mirror, and the decentering aberration correction optical system is an adapter optical system disposed between the insertion portion of the rigid mirror and an operation portion. Eccentric aberration adjustment device.
| S2 | / | S1 | <0.5 (1)
(However, S1: Spherical aberration coefficient, S2: Coma aberration coefficient)
| S1 | / | S2 | <0.3 (2)
(However, S1: Spherical aberration coefficient, S2: Coma aberration coefficient)

The outer diameter of the first holding member that holds the decentration aberration correcting optical system is larger than the outer diameter of the second holding member that holds the imaging optical system . The decentration aberration adjusting apparatus according to any one of the above.

3. The decentration aberration adjusting apparatus according to claim 1, wherein a lateral magnification of the decentration aberration correcting optical system is approximately −1 times.

Eccentric aberration adjustment device according to claim 1 or 2, wherein the eccentric aberration correcting optical system can be used in common to a plurality of the imaging optical system.

An endoscope system having the decentration aberration adjusting apparatus according to any one of claims 1 to 5 .