JP4236241B2 - 内視鏡用対物レンズ - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内視鏡の先端部分に配置される小型の対物レンズに関し、特に画像情報を伝送するために用いられる高解像な撮像用素子に対応した内視鏡用対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡に使用される対物レンズとして、本出願人は特公平7−54373号公報および特許第3051035号公報に記載された、４群５枚構成の内視鏡用対物レンズを既に開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の内視鏡対物レンズにおいては、さらなる広角化、高性能化が望まれている。
【０００４】
レンズ設計上、広角化を図るには、同一画面サイズにおいては焦点距離を短くする必要がある。しかし、既存の内視鏡用対物レンズをもとに単に系全体を比例縮小した場合には、バックフォーカスも短縮されてしまうので、撮像素子との間に光路折り曲げ用のプリズムを挿入することが困難となる。そこで、バックフォーカスの増大を図ることになるが、既存の内視鏡用対物レンズにおいて良好な光学性能を達成するべく規定された各要素が、広角化とバックフォーカス確保を図ろうとする場合にも必ずしも最良であるとは限らない。例えば、既存の内視鏡用対物レンズの各要素のバランスにおいて広角化とバックフォーカスの増大を図ろうとすると、結像位置とレンズ系最終部材の接合レンズとの距離が増大し、レンズ系最終部材の接合レンズが倍率色収差の補正に有効に作用せず、倍率色収差が良好に補正されなくなってしまうという問題がある。これにより周辺像に色にじみが生ずるのみならず、周辺部の解像力をも低下させるので、内視鏡を用いて管腔内を観察、診断をする際に、正確な観察や正確な診断を妨げる虞も生じる。
【０００５】
したがって、従来と類似する５枚のレンズＬ１〜Ｌ５からなり、明るさ絞りが第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間に配置する構成であっても、さらに広角化を図りかつ必要なバックフォーカスを確保し良好な光学性能を得るためには、従来と異なる観点から新たに構成を規定する必要がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、135〜140度程度と広角でかつ必要なバックフォーカスを確保しつつ、収差、特に倍率色収差を良好に補正し良好な光学性能を有する内視鏡用対物レンズを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の内視鏡用対物レンズは、物体側から順に、像側に凹面を向けた負の第１レンズＬ１、像側に平面または曲率半径の大きい面を向けた正の第２レンズＬ２、明るさ絞り、物体側に平面または曲率半径の大きい面を向けた正の第３レンズＬ３、および、物体側に平面または曲率半径の大きい面を向けた正の第４レンズＬ４と負のメニスカスレンズからなる第５レンズＬ５との接合からなり、全体で正の屈折力を有する接合レンズＬ４ + ５の４群５枚構成からなり、下記条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とするものである。
【０００８】
（１） 1.942 ≦|ｄ／ｆ１'|＜2.50
（２） 1.004 ≦ｆ'／ｈ＜1.04
（３） 14.391 ≦ｆ'×(ν４−ν５)／(ＲＣ×Ｂｆ')
ただし、
ｄ ：第１レンズＬ１の凹面頂点より絞りまでの距離
ｆ１’ ：第１レンズＬ１の焦点距離
ｈ ：最大像高
ｆ’ ：全系の焦点距離
Ｂｆ’ ：バックフォーカス
ν４ ：正の第４レンズＬ４のアッベ数
ν５ ：負の第５レンズＬ５のアッベ数
ＲＣ ：接合レンズＬ４＋５の接合面の曲率半径の絶対値
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。ここで、図１は本発明の実施形態を代表させるものとして後述する実施例１のレンズ基本構成を示すものである。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態に係る内視鏡用対物レンズは、物体側より順に、像側に凹面を向けた負の第１レンズＬ１、像側に平面または曲率半径の大きい面を向けた正の第２レンズＬ２、明るさ絞り３、物体側に平面または曲率半径の大きい面を向けた正の第３レンズＬ３、および、物体側に平面または曲率半径の大きい面を向けた正の第４レンズＬ４と負のメニスカスレンズからなる第５レンズＬ５との接合からなり、全体で正の屈折力を有する接合レンズＬ４ + ５の４群５枚構成からなり、下記条件式（１）〜（３）を満足する。
【００１１】
（１） 1.50＜|ｄ／ｆ１'|＜2.50
（２） 0.96＜ｆ'／ｈ＜1.04
（３） 12.0＜ｆ'×(ν４−ν５)／(ＲＣ×Ｂｆ')
ただし、
ｄ ：第１レンズＬ１の凹面頂点より明るさ絞り３までの距離
ｆ１' ：第１レンズＬ１の焦点距離
ｈ ：最大像高
ｆ' ：全系の焦点距離
Ｂｆ' ：バックフォーカス
ν４ ：正の第４レンズＬ４のアッベ数
ν５ ：負の第５レンズＬ５のアッベ数
ＲＣ ：接合レンズＬ４＋５の接合面の曲率半径の絶対値
【００１２】
また、第５レンズＬ５の像側には光路折り曲げ用の全反射プリズム２が配され、さらにカバーガラス１を介してＣＣＤ素子の撮像面上に物体像が結像され、図示されないイメージファイバにより画像情報が伝達される。このプリズム２は、フィルタ機能を併せ持つものであってもよい。図３はこの実施例１のレンズについて、プリズム２により光路が折り曲げられている様子を示す側面図である。図３の各レンズ形状は、レンズ保持等のために図１のものとはレンズ径が異なって描かれているが、各レンズは実質的には図１のものと同様である。なお、各図中でＸは光軸、Ｐは結像位置を示す。
【００１３】
ここで、各条件式について説明する。条件式（１）は、第１レンズＬ１の凹面頂点より絞りまでの距離ｄと、第１レンズＬ１のパワー（焦点距離ｆ１'の逆数）を掛けたものの絶対値の数値範囲を規定している。第１レンズＬ１の負のパワーはほとんどこの像側の凹面により規定されるといってもよく、この値が大きいと、バックフォーカスを大きくすることが容易となる。条件式（１）の数値範囲は広角化を図りつつバックフォーカス量を確保するためのもので、この下限値を超えると、バックフォーカス量が小さくなり、光路折り曲げ用のプリズム２を挿入することが困難になる。一方、上限値を超えると、バックフォーカス量を大きくしやすくなるが、必要以上のバックフォーカス量は系の全長の増大を招く。内視鏡の先端部としては、構成部が長くなると操作性も悪化する。また、第１レンズＬ１のパワーが大きく、そのために条件式（１）の上限値を超えている場合には、像面湾曲の補正が困難ともなる。
【００１４】
次に、条件式（２）は、超広角の内視鏡用対物レンズにおいて周辺光量を確保するために設定された条件式であり、最大像高ｈと全系の焦点距離ｆ'の比を規定するものである。この値を条件式（２）のように、ほぼ１に設定するのは次の理由による。
【００１５】
広角レンズにおいては、負の歪曲収差を取り除くと、コサイン４乗則による周辺光量の低下が著しいことはよく知られている。例えば、画角が130度の場合の周辺光量は中心の3.2％まで落ち込み、使用に耐えないものとなる。周辺光量を重視した場合に必要な光学系の歪曲収差量は、画角が130度前後の光学系の歪曲収差量としては、半画角をωとして、（tanω- １−１）×100（％）程度である。
【００１６】
ここで、歪曲収差量Ｄ（％）は、実際の像高をＹreal、理想像高をＹidealとすると、 Ｄ＝100×（Ｙreal−Ｙideal）／Ｙideal で定義される。この歪曲収差量Ｄとして前述の（tanω- １−１）×100を用い、Ｙrealは最大像高ｈ、Ｙidealは焦点距離をｆ'とするとｆ'tanωであることにより、最大像高ｈと焦点距離ｆ'との比を求めると、１となる。条件式（２）ではこの値に上下４％の幅を持たせ、超広角なレンズにおいて周辺光量を確保するための条件としている。
【００１７】
条件式（３）は、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５との接合面(曲率半径の絶対値ＲＣ)の色消しのパワー（ν４−ν５）／ＲＣと、バックフォーカスＢｆ'を焦点距離ｆ'で規格化した値Ｂｆ'／ｆ'との比を規定している。接合面が倍率色収差の補正に有効に働くためには、この接合面が十分な色消しのパワーを持ち、結像面からあまり離れていないことが重要である。この下限値を超えると倍率色収差の補正が困難となる。
【００１８】
これら条件式（１）〜（３）は、本実施形態が、広角でかつ必要なバックフォーカスを確保し良好な光学性能を備えているために、相互に関係し合って全体としてバランスのよい条件を規定するものである。例えば、条件式（３）の一要素であるバックフォーカスＢｆ'は条件式（１）の値とも密接に関連し、条件式（１）の値が大きくなりバックフォーカスＢｆ'が大きくなることは、条件式（３）に関連する倍率色収差の補正にも関わる。これら条件式（１）〜（３）を同時に満足することにより、広角でかつ必要なバックフォーカスを確保し良好な光学性能を有する内視鏡用対物レンズを得ることができる。
【００１９】
【実施例】
＜実施例１＞
図１は本実施例１に係る内視鏡用対物レンズの構成を示すものである。この内視鏡用対物レンズの構成は、物体側より順に、像側に凹面を向けた平凹レンズからなる第１レンズＬ１、像側に平面を向けた平凸レンズからなる第２レンズＬ２、明るさ絞り３、物体側に曲率半径の大きい面を向けた両凸レンズからなる第３レンズＬ３、および、物体側に曲率半径の大きい面を向けた両凸レンズからなる第４レンズＬ４と像側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる第５レンズＬ５との接合からなり、全体で正の屈折力を有する接合レンズＬ４ + ５の４群５枚構成からなる。
【００２０】
第１レンズＬ１の物体側の面および第２レンズＬ２の像側の面は平面により構成されており、これらのレンズ面の研磨が容易となり製造コストの低減を図ることができる。また、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との間に明るさ絞り３が配されることとなるが、第２レンズＬ２の像側の面を平面とすることで、このレンズ面自体に明るさ絞り３を形成することができ、これにより組立誤差を小さくすることが可能となるためレンズ系の組立が容易となり、レンズ系の組立コストの低減を図ることができる。明るさ絞り３の曲率半径は無限大とされる。
【００２１】
表１に、本実施例１の物体距離、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ、およびアッベ数νを示す。なお、表１および以下の表２〜４において、各記号に対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている。
【００２２】
【表１】
【００２３】
本実施例１において、最大像高ｈ、画角２ω、焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ'、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３および接合レンズＬ４＋５の各焦点距離ｆ１〜ｆ３、ｆ４＋５、条件式（１）〜（３）に関連する各値ならびに条件式（１）〜（３）に対応する各値は後述する表５に示すとおりである。なお、表５に示される実施例１に関するこれらの値はｄ線における値である（後述する実施例２および比較例においても同様である）。表５に示されるとおり、本実施例１は、条件式（１）〜（３）を満足しており、広角でかつ必要なバックフォーカスを確保し良好な光学性能を有する内視鏡用対物レンズとされている。
【００２４】
図４は、本実施例に係る内視鏡用対物レンズの球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。なお、これらの収差図においてωは半画角を示す。また、図５は、本実施例に係る内視鏡用対物レンズの横収差を示す収差図である。図４および図５に示すように、本実施例に係る内視鏡用対物レンズは、倍率色収差の他、各収差を良好に補正したものであることが明らかである。
【００２５】
＜実施例２＞
図２は本実施例２に係る内視鏡用対物レンズの構成を示すものである。この内視鏡用対物レンズの構成および作用効果は、実施例１のものと略同様とされている。表２に、本実施例２の物体距離、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ、およびアッベ数νを示す。
【００２６】
【表２】
【００２７】
本実施例２において、最大像高ｈ、画角２ω、焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ'、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３および接合レンズＬ４＋５の各焦点距離ｆ１〜ｆ３、ｆ４＋５、条件式（１）〜（３）に関連する各値ならびに条件式（１）〜（３）に対応する各値は後述する表５に示すとおりである。本実施例２は、条件式（１）〜（３）を満足しており、広角でかつ必要なバックフォーカスを確保し良好な光学性能を有する内視鏡用対物レンズとされている。
【００２８】
図６は、本実施例に係る内視鏡用対物レンズの球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。なお、これらの収差図においてωは半画角を示す。また、図７は、本実施例に係る内視鏡用対物レンズの横収差を示す収差図である。図６および図７に示すように、本実施例に係る内視鏡用対物レンズは、倍率色収差の他、各収差を良好に補正したものであることが明らかである。
【００２９】
＜比較例＞
本発明と比較のため、前述した２つの既存の内視鏡用対物レンズについてレンズデータを示す。表３は、比較例１として、特公平7−54373号公報に記載された４群５枚構成の内視鏡用対物レンズの、物体距離、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ、およびアッベ数νを示すものである。また表４は、比較例２として、特許第3051035号公報に記載された４群５枚構成の内視鏡用対物レンズの、物体距離、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ、およびアッベ数νを示すものである。
【００３０】
【表３】
【００３１】
【表４】
【００３２】
上記２つの比較例についても、最大像高ｈ、画角２ω、焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ'、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３および接合レンズＬ４＋５の各焦点距離ｆ１〜ｆ３、ｆ４＋５、本発明の条件式（１）〜（３）に関連する各値ならびに本発明の条件式（１）〜（３）に対応する各値を表５に示す。
【００３３】
【表５】
【００３４】
また、表５には、本発明の作用効果を明確にするために、本発明の実施例と２つの比較例について、倍率色収差と画角に関する指標を示す。倍率色収差は、像高の８割での値から規格化した（Ｆ−Ｃ）／ｈを指標とするが、実用上はこの値が−５以内であることが望ましい。画角は、前述のとおり画角が130度前後の光学系の歪曲収差量としては、（tanω- １−１）×100（％）程度が理想的であり、実際の歪曲収差とともに記載している。
【００３５】
比較例１は、本発明の条件式（１）に対応する数値が本発明の範囲外にある。このことは、この比較例１のバックフォーカスが短いことを裏付けるものである。比較例２は、本発明の条件式（１）および(２)に対応する数値が本発明の範囲外にある。このことは、この比較例２の画角が小さく周辺光量も低下していることを裏付けるものである。いずれの比較例も本発明の条件式（１）〜（３）の全てを満足するものではなく、本発明のような広角でかつ必要なバックフォーカスを確保し良好な光学性能を有する内視鏡用対物レンズとはなっていない。
【００３６】
また、表５下段に示されるとおり、本発明の実施例は、２つの比較例において規定された条件式に対応する値が、各条件の範囲外にある。２つの比較例とは異なる技術課題を解決するために、これらとは異なる新たな条件の組み合わせを見出したものである。
【００３７】
図８および図１０は、比較例１および２に係る内視鏡用対物レンズの球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。なお、これらの収差図においてωは半画角を示す。また、図９および図１１は、比較例１および２に係る内視鏡用対物レンズの横収差を示す収差図である。
【００３８】
なお、本発明の内視鏡用対物レンズとしては、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径Ｒおよびレンズ間隔（もしくはレンズ厚）Ｄを適宜変更することが可能である。また、第２レンズＬ２が像側に曲率半径の大きい面を向けた正のレンズとされていたり、第３レンズＬ３が物体側に平面を向けた正のレンズとされていたり、第４レンズＬ４が物体側に平面を向けた正のレンズとされていても良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る内視鏡用対物レンズによれば、所定の４群５枚構成からなり所定の条件式をすべて満足することにより、135〜140度程度と広角でかつ必要なバックフォーカスを確保しつつ、収差、特に倍率色収差を良好に補正し良好な光学性能を有する内視鏡用対物レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る内視鏡用対物レンズの構成を示す図
【図２】実施例２に係る内視鏡用対物レンズの構成を示す図
【図３】実施例１のレンズにプリズムが配された様子を示す側面図
【図４】実施例１に係る内視鏡用対物レンズの諸収差図
【図５】実施例１に係る内視鏡用対物レンズの横収差図
【図６】実施例２に係る内視鏡用対物レンズの諸収差図
【図７】実施例２に係る内視鏡用対物レンズの横収差図
【図８】比較例１に係る内視鏡用対物レンズの諸収差図
【図９】比較例１に係る内視鏡用対物レンズの横収差図
【図１０】比較例２に係る内視鏡用対物レンズの諸収差図
【図１１】比較例２に係る内視鏡用対物レンズの横収差図
【符号の説明】
Ｌ１〜Ｌ５ レンズ
Ｒ１〜Ｒ１３ 曲率半径
Ｄ１〜Ｄ１２ 軸上面間隔
Ｘ 光軸
１ ＣＣＤカバーガラス
２ プリズム
３ 明るさ絞り
【発明の属する技術分野】
本発明は、内視鏡の先端部分に配置される小型の対物レンズに関し、特に画像情報を伝送するために用いられる高解像な撮像用素子に対応した内視鏡用対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡に使用される対物レンズとして、本出願人は特公平7−54373号公報および特許第3051035号公報に記載された、４群５枚構成の内視鏡用対物レンズを既に開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の内視鏡対物レンズにおいては、さらなる広角化、高性能化が望まれている。
【０００４】
レンズ設計上、広角化を図るには、同一画面サイズにおいては焦点距離を短くする必要がある。しかし、既存の内視鏡用対物レンズをもとに単に系全体を比例縮小した場合には、バックフォーカスも短縮されてしまうので、撮像素子との間に光路折り曲げ用のプリズムを挿入することが困難となる。そこで、バックフォーカスの増大を図ることになるが、既存の内視鏡用対物レンズにおいて良好な光学性能を達成するべく規定された各要素が、広角化とバックフォーカス確保を図ろうとする場合にも必ずしも最良であるとは限らない。例えば、既存の内視鏡用対物レンズの各要素のバランスにおいて広角化とバックフォーカスの増大を図ろうとすると、結像位置とレンズ系最終部材の接合レンズとの距離が増大し、レンズ系最終部材の接合レンズが倍率色収差の補正に有効に作用せず、倍率色収差が良好に補正されなくなってしまうという問題がある。これにより周辺像に色にじみが生ずるのみならず、周辺部の解像力をも低下させるので、内視鏡を用いて管腔内を観察、診断をする際に、正確な観察や正確な診断を妨げる虞も生じる。
【０００５】
したがって、従来と類似する５枚のレンズＬ１〜Ｌ５からなり、明るさ絞りが第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間に配置する構成であっても、さらに広角化を図りかつ必要なバックフォーカスを確保し良好な光学性能を得るためには、従来と異なる観点から新たに構成を規定する必要がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、135〜140度程度と広角でかつ必要なバックフォーカスを確保しつつ、収差、特に倍率色収差を良好に補正し良好な光学性能を有する内視鏡用対物レンズを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の内視鏡用対物レンズは、物体側から順に、像側に凹面を向けた負の第１レンズＬ１、像側に平面または曲率半径の大きい面を向けた正の第２レンズＬ２、明るさ絞り、物体側に平面または曲率半径の大きい面を向けた正の第３レンズＬ３、および、物体側に平面または曲率半径の大きい面を向けた正の第４レンズＬ４と負のメニスカスレンズからなる第５レンズＬ５との接合からなり、全体で正の屈折力を有する接合レンズＬ４ + ５の４群５枚構成からなり、下記条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とするものである。
【０００８】
（１） 1.942 ≦|ｄ／ｆ１'|＜2.50
（２） 1.004 ≦ｆ'／ｈ＜1.04
（３） 14.391 ≦ｆ'×(ν４−ν５)／(ＲＣ×Ｂｆ')
ただし、
ｄ ：第１レンズＬ１の凹面頂点より絞りまでの距離
ｆ１’ ：第１レンズＬ１の焦点距離
ｈ ：最大像高
ｆ’ ：全系の焦点距離
Ｂｆ’ ：バックフォーカス
ν４ ：正の第４レンズＬ４のアッベ数
ν５ ：負の第５レンズＬ５のアッベ数
ＲＣ ：接合レンズＬ４＋５の接合面の曲率半径の絶対値
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。ここで、図１は本発明の実施形態を代表させるものとして後述する実施例１のレンズ基本構成を示すものである。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態に係る内視鏡用対物レンズは、物体側より順に、像側に凹面を向けた負の第１レンズＬ１、像側に平面または曲率半径の大きい面を向けた正の第２レンズＬ２、明るさ絞り３、物体側に平面または曲率半径の大きい面を向けた正の第３レンズＬ３、および、物体側に平面または曲率半径の大きい面を向けた正の第４レンズＬ４と負のメニスカスレンズからなる第５レンズＬ５との接合からなり、全体で正の屈折力を有する接合レンズＬ４ + ５の４群５枚構成からなり、下記条件式（１）〜（３）を満足する。
【００１１】
（１） 1.50＜|ｄ／ｆ１'|＜2.50
（２） 0.96＜ｆ'／ｈ＜1.04
（３） 12.0＜ｆ'×(ν４−ν５)／(ＲＣ×Ｂｆ')
ただし、
ｄ ：第１レンズＬ１の凹面頂点より明るさ絞り３までの距離
ｆ１' ：第１レンズＬ１の焦点距離
ｈ ：最大像高
ｆ' ：全系の焦点距離
Ｂｆ' ：バックフォーカス
ν４ ：正の第４レンズＬ４のアッベ数
ν５ ：負の第５レンズＬ５のアッベ数
ＲＣ ：接合レンズＬ４＋５の接合面の曲率半径の絶対値
【００１２】
また、第５レンズＬ５の像側には光路折り曲げ用の全反射プリズム２が配され、さらにカバーガラス１を介してＣＣＤ素子の撮像面上に物体像が結像され、図示されないイメージファイバにより画像情報が伝達される。このプリズム２は、フィルタ機能を併せ持つものであってもよい。図３はこの実施例１のレンズについて、プリズム２により光路が折り曲げられている様子を示す側面図である。図３の各レンズ形状は、レンズ保持等のために図１のものとはレンズ径が異なって描かれているが、各レンズは実質的には図１のものと同様である。なお、各図中でＸは光軸、Ｐは結像位置を示す。
【００１３】
ここで、各条件式について説明する。条件式（１）は、第１レンズＬ１の凹面頂点より絞りまでの距離ｄと、第１レンズＬ１のパワー（焦点距離ｆ１'の逆数）を掛けたものの絶対値の数値範囲を規定している。第１レンズＬ１の負のパワーはほとんどこの像側の凹面により規定されるといってもよく、この値が大きいと、バックフォーカスを大きくすることが容易となる。条件式（１）の数値範囲は広角化を図りつつバックフォーカス量を確保するためのもので、この下限値を超えると、バックフォーカス量が小さくなり、光路折り曲げ用のプリズム２を挿入することが困難になる。一方、上限値を超えると、バックフォーカス量を大きくしやすくなるが、必要以上のバックフォーカス量は系の全長の増大を招く。内視鏡の先端部としては、構成部が長くなると操作性も悪化する。また、第１レンズＬ１のパワーが大きく、そのために条件式（１）の上限値を超えている場合には、像面湾曲の補正が困難ともなる。
【００１４】
次に、条件式（２）は、超広角の内視鏡用対物レンズにおいて周辺光量を確保するために設定された条件式であり、最大像高ｈと全系の焦点距離ｆ'の比を規定するものである。この値を条件式（２）のように、ほぼ１に設定するのは次の理由による。
【００１５】
広角レンズにおいては、負の歪曲収差を取り除くと、コサイン４乗則による周辺光量の低下が著しいことはよく知られている。例えば、画角が130度の場合の周辺光量は中心の3.2％まで落ち込み、使用に耐えないものとなる。周辺光量を重視した場合に必要な光学系の歪曲収差量は、画角が130度前後の光学系の歪曲収差量としては、半画角をωとして、（tanω- １−１）×100（％）程度である。
【００１６】
ここで、歪曲収差量Ｄ（％）は、実際の像高をＹreal、理想像高をＹidealとすると、 Ｄ＝100×（Ｙreal−Ｙideal）／Ｙideal で定義される。この歪曲収差量Ｄとして前述の（tanω- １−１）×100を用い、Ｙrealは最大像高ｈ、Ｙidealは焦点距離をｆ'とするとｆ'tanωであることにより、最大像高ｈと焦点距離ｆ'との比を求めると、１となる。条件式（２）ではこの値に上下４％の幅を持たせ、超広角なレンズにおいて周辺光量を確保するための条件としている。
【００１７】
条件式（３）は、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５との接合面(曲率半径の絶対値ＲＣ)の色消しのパワー（ν４−ν５）／ＲＣと、バックフォーカスＢｆ'を焦点距離ｆ'で規格化した値Ｂｆ'／ｆ'との比を規定している。接合面が倍率色収差の補正に有効に働くためには、この接合面が十分な色消しのパワーを持ち、結像面からあまり離れていないことが重要である。この下限値を超えると倍率色収差の補正が困難となる。
【００１８】
これら条件式（１）〜（３）は、本実施形態が、広角でかつ必要なバックフォーカスを確保し良好な光学性能を備えているために、相互に関係し合って全体としてバランスのよい条件を規定するものである。例えば、条件式（３）の一要素であるバックフォーカスＢｆ'は条件式（１）の値とも密接に関連し、条件式（１）の値が大きくなりバックフォーカスＢｆ'が大きくなることは、条件式（３）に関連する倍率色収差の補正にも関わる。これら条件式（１）〜（３）を同時に満足することにより、広角でかつ必要なバックフォーカスを確保し良好な光学性能を有する内視鏡用対物レンズを得ることができる。
【００１９】
【実施例】
＜実施例１＞
図１は本実施例１に係る内視鏡用対物レンズの構成を示すものである。この内視鏡用対物レンズの構成は、物体側より順に、像側に凹面を向けた平凹レンズからなる第１レンズＬ１、像側に平面を向けた平凸レンズからなる第２レンズＬ２、明るさ絞り３、物体側に曲率半径の大きい面を向けた両凸レンズからなる第３レンズＬ３、および、物体側に曲率半径の大きい面を向けた両凸レンズからなる第４レンズＬ４と像側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる第５レンズＬ５との接合からなり、全体で正の屈折力を有する接合レンズＬ４ + ５の４群５枚構成からなる。
【００２０】
第１レンズＬ１の物体側の面および第２レンズＬ２の像側の面は平面により構成されており、これらのレンズ面の研磨が容易となり製造コストの低減を図ることができる。また、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との間に明るさ絞り３が配されることとなるが、第２レンズＬ２の像側の面を平面とすることで、このレンズ面自体に明るさ絞り３を形成することができ、これにより組立誤差を小さくすることが可能となるためレンズ系の組立が容易となり、レンズ系の組立コストの低減を図ることができる。明るさ絞り３の曲率半径は無限大とされる。
【００２１】
表１に、本実施例１の物体距離、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ、およびアッベ数νを示す。なお、表１および以下の表２〜４において、各記号に対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている。
【００２２】
【表１】
本実施例１において、最大像高ｈ、画角２ω、焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ'、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３および接合レンズＬ４＋５の各焦点距離ｆ１〜ｆ３、ｆ４＋５、条件式（１）〜（３）に関連する各値ならびに条件式（１）〜（３）に対応する各値は後述する表５に示すとおりである。なお、表５に示される実施例１に関するこれらの値はｄ線における値である（後述する実施例２および比較例においても同様である）。表５に示されるとおり、本実施例１は、条件式（１）〜（３）を満足しており、広角でかつ必要なバックフォーカスを確保し良好な光学性能を有する内視鏡用対物レンズとされている。
【００２４】
図４は、本実施例に係る内視鏡用対物レンズの球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。なお、これらの収差図においてωは半画角を示す。また、図５は、本実施例に係る内視鏡用対物レンズの横収差を示す収差図である。図４および図５に示すように、本実施例に係る内視鏡用対物レンズは、倍率色収差の他、各収差を良好に補正したものであることが明らかである。
【００２５】
＜実施例２＞
図２は本実施例２に係る内視鏡用対物レンズの構成を示すものである。この内視鏡用対物レンズの構成および作用効果は、実施例１のものと略同様とされている。表２に、本実施例２の物体距離、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ、およびアッベ数νを示す。
【００２６】
【表２】
本実施例２において、最大像高ｈ、画角２ω、焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ'、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３および接合レンズＬ４＋５の各焦点距離ｆ１〜ｆ３、ｆ４＋５、条件式（１）〜（３）に関連する各値ならびに条件式（１）〜（３）に対応する各値は後述する表５に示すとおりである。本実施例２は、条件式（１）〜（３）を満足しており、広角でかつ必要なバックフォーカスを確保し良好な光学性能を有する内視鏡用対物レンズとされている。
【００２８】
図６は、本実施例に係る内視鏡用対物レンズの球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。なお、これらの収差図においてωは半画角を示す。また、図７は、本実施例に係る内視鏡用対物レンズの横収差を示す収差図である。図６および図７に示すように、本実施例に係る内視鏡用対物レンズは、倍率色収差の他、各収差を良好に補正したものであることが明らかである。
【００２９】
＜比較例＞
本発明と比較のため、前述した２つの既存の内視鏡用対物レンズについてレンズデータを示す。表３は、比較例１として、特公平7−54373号公報に記載された４群５枚構成の内視鏡用対物レンズの、物体距離、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ、およびアッベ数νを示すものである。また表４は、比較例２として、特許第3051035号公報に記載された４群５枚構成の内視鏡用対物レンズの、物体距離、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ、およびアッベ数νを示すものである。
【００３０】
【表３】
【表４】
上記２つの比較例についても、最大像高ｈ、画角２ω、焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ'、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３および接合レンズＬ４＋５の各焦点距離ｆ１〜ｆ３、ｆ４＋５、本発明の条件式（１）〜（３）に関連する各値ならびに本発明の条件式（１）〜（３）に対応する各値を表５に示す。
【００３３】
【表５】
また、表５には、本発明の作用効果を明確にするために、本発明の実施例と２つの比較例について、倍率色収差と画角に関する指標を示す。倍率色収差は、像高の８割での値から規格化した（Ｆ−Ｃ）／ｈを指標とするが、実用上はこの値が−５以内であることが望ましい。画角は、前述のとおり画角が130度前後の光学系の歪曲収差量としては、（tanω- １−１）×100（％）程度が理想的であり、実際の歪曲収差とともに記載している。
【００３５】
比較例１は、本発明の条件式（１）に対応する数値が本発明の範囲外にある。このことは、この比較例１のバックフォーカスが短いことを裏付けるものである。比較例２は、本発明の条件式（１）および(２)に対応する数値が本発明の範囲外にある。このことは、この比較例２の画角が小さく周辺光量も低下していることを裏付けるものである。いずれの比較例も本発明の条件式（１）〜（３）の全てを満足するものではなく、本発明のような広角でかつ必要なバックフォーカスを確保し良好な光学性能を有する内視鏡用対物レンズとはなっていない。
【００３６】
また、表５下段に示されるとおり、本発明の実施例は、２つの比較例において規定された条件式に対応する値が、各条件の範囲外にある。２つの比較例とは異なる技術課題を解決するために、これらとは異なる新たな条件の組み合わせを見出したものである。
【００３７】
図８および図１０は、比較例１および２に係る内視鏡用対物レンズの球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。なお、これらの収差図においてωは半画角を示す。また、図９および図１１は、比較例１および２に係る内視鏡用対物レンズの横収差を示す収差図である。
【００３８】
なお、本発明の内視鏡用対物レンズとしては、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径Ｒおよびレンズ間隔（もしくはレンズ厚）Ｄを適宜変更することが可能である。また、第２レンズＬ２が像側に曲率半径の大きい面を向けた正のレンズとされていたり、第３レンズＬ３が物体側に平面を向けた正のレンズとされていたり、第４レンズＬ４が物体側に平面を向けた正のレンズとされていても良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る内視鏡用対物レンズによれば、所定の４群５枚構成からなり所定の条件式をすべて満足することにより、135〜140度程度と広角でかつ必要なバックフォーカスを確保しつつ、収差、特に倍率色収差を良好に補正し良好な光学性能を有する内視鏡用対物レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る内視鏡用対物レンズの構成を示す図
【図２】実施例２に係る内視鏡用対物レンズの構成を示す図
【図３】実施例１のレンズにプリズムが配された様子を示す側面図
【図４】実施例１に係る内視鏡用対物レンズの諸収差図
【図５】実施例１に係る内視鏡用対物レンズの横収差図
【図６】実施例２に係る内視鏡用対物レンズの諸収差図
【図７】実施例２に係る内視鏡用対物レンズの横収差図
【図８】比較例１に係る内視鏡用対物レンズの諸収差図
【図９】比較例１に係る内視鏡用対物レンズの横収差図
【図１０】比較例２に係る内視鏡用対物レンズの諸収差図
【図１１】比較例２に係る内視鏡用対物レンズの横収差図
【符号の説明】
Ｌ１〜Ｌ５ レンズ
Ｒ１〜Ｒ１３ 曲率半径
Ｄ１〜Ｄ１２ 軸上面間隔
Ｘ 光軸
１ ＣＣＤカバーガラス
２ プリズム
３ 明るさ絞り
Claims (1)
- 物体側から順に、像側に凹面を向けた負の第１レンズＬ１、像側に平面または曲率半径の大きい面を向けた正の第２レンズＬ２、明るさ絞り、物体側に平面または曲率半径の大きい面を向けた正の第３レンズＬ３、および、物体側に平面または曲率半径の大きい面を向けた正の第４レンズＬ４と負のメニスカスレンズからなる第５レンズＬ５との接合からなり、全体で正の屈折力を有する接合レンズＬ４ + ５の４群５枚構成からなり、下記条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とする内視鏡用対物レンズ。
（１） 1.942 ≦|ｄ／ｆ１'|＜2.50
（２） 1.004 ≦ｆ'／ｈ＜1.04
（３） 14.391 ≦ｆ'×(ν４−ν５)／(ＲＣ×Ｂｆ')
ただし、
ｄ ：第１レンズＬ１の凹面頂点より明るさ絞りまでの距離
ｆ１’ ：第１レンズＬ１の焦点距離
ｈ ：最大像高
ｆ’ ：全系の焦点距離
Ｂｆ’ ：バックフォーカス
ν４ ：正の第４レンズＬ４のアッベ数
ν５ ：負の第５レンズＬ５のアッベ数
ＲＣ ：接合レンズＬ４＋５の接合面の曲率半径の絶対値
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