JP4439184B2

JP4439184B2 - 光路偏向素子を用いた内視鏡対物光学系

Info

Publication number: JP4439184B2
Application number: JP2003014895A
Authority: JP
Inventors: 稔村山
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2023-01-23
Also published as: JP2004226722A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、内視鏡対物光学系に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
斜視や側視を実現する内視鏡対物光学系では、明るさ絞りの前にプリズムなどの光路偏向素子を配置している。しかし、従来のファイバスコープ用に開発されたものは一般的にテレセン（テレセントリック）性はよいが画角（視野角）が狭く、最近のＣＣＤ用に開発されたものは一般的に画角は広いがテレセン性が悪い。
【０００３】
例えば特開昭４９-１２１５４７号公報、特開昭５１-６２０５３号公報（光路偏向素子を含む実施例１、３、４、５、７）は前者の例で、第１レンズの屈折率が低いためその径を抑えると画角が狭くなる。半画角を５４゜まで広げた特開昭５１-６２０５３号公報の実施例３では、第１レンズの径が大きい。さらに、第２レンズ群の焦点距離が長いため、全長が長くなる。
【０００４】
後者の例として、特開平８-１７９２２６号公報、特開平９-２６９４５０号公報では第１レンズ群の焦点距離が短くて軸外光線の第２レンズ群への入射角が小さくなり、テレセン性が悪い。また、特開平７-２９４８０６号公報では第１レンズ群の焦点距離が長く、第１レンズ群の径が大きい。特開平１０-３０１０２３号公報ではパワー配置が負正負であり、テレセン性がよくない。また、唯一正のパワーを有する第２レンズ群のパワーが強く、この第２レンズ群で球面収差や像面湾曲が発生するためこれらを補正するのに非球面が必要になりコストアップの要因となる。最近のＣＣＤは、従来のＣＣＤに比較して、より良好なテレセン性が要求されている。
【０００５】
【特許文献】
特開昭４９-１２１５４７号公報
特開昭５１-６２０５３号公報
特開平８‐１７９２２６号公報
特開平９‐２６９４５０号公報
特開平７-２９４８０６号公報
特開平１０-３０１０２３号公報
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、プリズムなどの光路偏向素子を用いた内視鏡対物光学系において、広画角で全長、レンズ外径を抑えた対物光学系を得ることを目的とする。また本発明は、対物レンズの射出瞳から像面まで長い距離を必要とするＣＣＤなどの撮像素子に対応できるようにテレセン角を抑えて良好なテレセン性を確保した内視鏡対物光学系を得ることを目的とする。
【０００７】
【発明の概要】
本発明による内視鏡対物光学系は、物体側から順に、負のパワーの単レンズからなる第１レンズ群、光路偏向素子、明るさ絞り、正のパワーを有する第２レンズ群、及び正のパワーを有する第３レンズ群から構成される内視鏡対物光学系において、正のパワーを有する第３レンズ群は、物体側から順に位置する負レンズと正レンズとの接合レンズからなり、次の条件式（１）ないし（４）を満足することを特徴としている。
（１）−１．８５＜ｆ１／ｆ＜−１．３
（２）１．８＜ｆ２／ｆ＜３．０
（３）１．６＜Ｌ１／ｆ＜３．２
（４）０．６＜（ｄ４’＋Ｈ１Ｒ）／ｆＲ＜０．８
但し、
ｆ；全系の焦点距離、
ｆ１；第１単レンズの焦点距離、
ｆ２；第２レンズ群の焦点距離、
Ｌ１；第１単レンズの像側の面から絞りまでの空気換算距離、
ｄ４’；絞りから第２レンズ群の最も物体側の面までの距離、
Ｈ１Ｒ；第２レンズ群の最も物体側の面から第２レンズ群と第３レンズ群の合成レンズ群の物体側主点位置までの距離、
ｆＲ；第２レンズ群と第３レンズ群の合成焦点距離、
である。
【０００８】
本発明の内視鏡対物光学系は、次の条件式（５）を満足することが好ましい。
（５）１．７５＜ｎ１
但し、
ｎ１；第１単レンズの屈折率、
である。
【００１０】
正のパワーを有する第２レンズ群は、複数のレンズから構成してもよいが、単レンズから構成することが好ましい。
【００１１】
本発明の内視鏡対物光学系は、次の条件式（６）、（７）を満足させることが好ましい。
（６）０．０６＜｜ｎ３−ｎ４｜＜０．２５
（７）１．１＜Ｒ８／ｆ＜１．７
但し、
ｎ３；第３レンズ群をなす接合レンズの負レンズの屈折率、
ｎ４；第３レンズ群をなす接合レンズの正レンズの屈折率、
Ｒ８；第３レンズ群をなす接合レンズの接合面の曲率半径、
である。
【００１２】
【発明の実施形態】
本発明の内視鏡対物光学系は、図１、図３、図５及び図７の各実施例のレンズ構成図に示すように、物体側から順に、負のパワーの単レンズからなる第１レンズ群１０、光路偏向素子（プリズム）２０、明るさ絞りＳ、正のパワーを有する第２レンズ群３０、及び正のパワーを有する第３レンズ群４０を有している。光路偏向素子２０は展開して示している。第３レンズ群４０の像側には、固体撮像素子の撮像面の前方に位置するフィルタ類（平行平面板）５０が位置している。
【００１３】
第１単レンズ１０は、物体側が平面で像側が凹面である。第２レンズ群３０はすべての実施例で単レンズからなり、第３レンズ群４０はすべての実施例で物体側から順に位置する負正の２枚貼合わせレンズからなっている。
【００１４】
条件式（１）は負のパワーの単レンズからなる第１レンズ群の焦点距離を規定する。下限を下回ると、負のパワーが弱くなり、広角化を図った場合にレンズ外径が大きくなる。上限を上回ると、負のパワーが強くなりすぎて軸外光線の第２レンズ群への入射角が小さくなり、テレセン性をよくするにはレンズの全長が長くなる。
【００１５】
条件式（２）は第２レンズ群の焦点距離の範囲を規定する。下限を下回ると、正のパワーが強くなり第２レンズ群で発生する球面収差が大きくなって性能が劣化する。上限を上回ると、レンズの全長が長くなるとともに、強い負のパワーを有する第１単レンズとの収差バランスが崩れ像面湾曲や球面収差がオーバーになる。
【００１６】
条件式（３）は第１単レンズと明るさ絞りの間に光路偏向素子を配置するのに必要な空気換算距離を規定する。下限を下回ると光路偏向素子を配置できない。上限を上回ると、全長が長くなる。
【００１７】
条件式（４）は良好なテレセン性を保ちつつ全長とレンズ外径を抑えるための絞り位置に関する条件式であり、下限を下回るとテレセン性が悪化する。上限を上回ると第２レンズ群、第３レンズ群のレンズ外径が大きくなる。
【００１８】
条件式（５）は第１単レンズの屈折率を規定する。下限を下回ると広角化を図った場合に曲率半径が小さくなるため、コバ厚が厚くなるとともに外径も大きくなる。
【００１９】
条件式（６）、（７）は、第３レンズ群を接合レンズから構成する場合の好ましい条件を規定する。すなわち、第３レンズ群は収差補正を良好にするために正レンズと負レンズの接合レンズとすることが望ましく、さらに、良好なテレセン性を確保しつつレンズ径を小さくするためには物体側を負レンズとすることが望ましい。物体側を正レンズとすると、レンズ径が大きくなるとともに接合面において軸外光線が光軸からより高い位置を通るので高次の収差が発生する。条件式（６）は接合レンズを構成する正負レンズの屈折率差を規定し、条件式（７）は接合面の曲率半径を規定している。条件式（６）の下限を下回ると球面収差や非点収差の補正が不十分になり、上限を上回ると軸外光線で補正過剰になる。条件式（７）の下限を下回ると正レンズのコバ厚が不足しレンズ加工が困難になるとともに、軸外光線で収差補正が過剰になる。上限を上回ると接合面での収差補正が不十分になる。
【００２０】
次に具体的な数値実施例について説明する。表中のｆは全系の焦点距離、FEは実効Ｆナンバー、ωは半画角（°）、Ｍは全系の横倍率、ｆ_Bはバックフォーカス（フィルタ類５０からの距離）、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎ_dはｄ線の屈折率、ν_dはアッベ数を示す。なお、全ての実施例のレンズデータは、フィルタ類５０を含んでいる。また、諸収差図において、ＳＡは球面収差、ＳＣは正弦条件、ｄ線、ｇ線、Ｃ線はそれぞれの波長に対する収差であり、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルである。
【００２１】
［実施例１］
図１は、実施例１のレンズ構成を示し、図２は図１のレンズ構成での諸収差を示す。表１はその数値データである。絞りＳはｒ５面から物体側に０．３１の位置に設けられている。
【００２２】
【表１】

【００２３】
［実施例２］
図３は、実施例２のレンズ構成を示し、図４は図３のレンズ構成での諸収差を示す。表２はその数値データである。絞りＳはｒ５面から物体側に０．１９の位置に設けられている。
【００２４】
［実施例３］
図５は、実施例３のレンズ構成を示し、図６は図５のレンズ構成での諸収差を示す。表３はその数値データである。絞りＳはｒ５面から物体側に０．１３の位置に設けられている。
【表３】

【００２５】
［実施例４］
図７は、実施例４のレンズ構成を示し、図８は図７のレンズ構成での諸収差を示す。表４はその数値データである。絞りＳはｒ５面から物体側に０．３２の位置に設けられている。
【表４】

【００２６】
各条件式の各実施形態に対する値を表５に示す。
【表５】

各実施例は各条件式を満足しており、諸収差も比較的よく補正されている。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、広画角で全長、レンズ外径を抑えた光路偏向素子を用いた内視鏡対物光学系を得ることができる。また対物レンズの射出瞳から像面まで長い距離を必要とするＣＣＤなどの撮像素子に対応できる良好なテレセン性を確保した内視鏡対物光学系を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内視鏡対物光学系の実施例１のレンズ構成図である。
【図２】図１のレンズ構成での諸収差図である。
【図３】本発明による内視鏡対物光学系の実施例２のレンズ構成図である。
【図４】図３のレンズ構成での諸収差図である。
【図５】本発明による内視鏡対物光学系の実施例３のレンズ構成図である。
【図６】図５のレンズ構成での諸収差図である。
【図７】本発明による内視鏡対物光学系の実施例４のレンズ構成図である。
【図８】図７のレンズ構成での諸収差図である。

Claims

物体側から順に、負のパワーの単レンズからなる第１レンズ群、光路偏向素子、明るさ絞り、正のパワーを有する第２レンズ群、及び正のパワーを有する第３レンズ群から構成される内視鏡対物光学系において、
正のパワーを有する第３レンズ群は、物体側から順に位置する負レンズと正レンズとの接合レンズからなり、
次の条件式（１）ないし（４）を満足することを特徴とする内視鏡対物光学系。
（１）−１．８５＜ｆ１／ｆ＜−１．３
（２）１．８＜ｆ２／ｆ＜３．０
（３）１．６＜Ｌ１／ｆ＜３．２
（４）０．６＜（ｄ４’＋Ｈ１Ｒ）／ｆＲ＜０．８
但し、
ｆ；全系の焦点距離、
ｆ１；第１単レンズの焦点距離、
ｆ２；第２レンズ群の焦点距離、
Ｌ１；第１単レンズの像側の面から絞りまでの空気換算距離、
ｄ４’；絞りから第２レンズ群の最も物体側の面までの距離、
Ｈ１Ｒ；第２レンズ群の最も物体側の面から第２レンズ群と第３レンズ群の合成レンズ群の物体側主点位置までの距離、
ｆＲ；第２レンズ群と第３レンズ群の合成焦点距離。
請求項１記載の内視鏡対物光学系において、
次の条件式（５）を満足する内視鏡対物光学系。
（５）１．７５＜ｎ１
但し、
ｎ１；第１単レンズの屈折率。
請求項１または２記載の内視鏡対物光学系において、
正のパワーを有する第２レンズ群は、単レンズからなっている内視鏡対物光学系。
請求項１ないし３のいずれか１項記載の内視鏡対物光学系において、
次の条件式（６）、（７）を満足する内視鏡対物光学系。
（６）０．０６＜｜ｎ３−ｎ４｜＜０．２５
（７）１．１＜Ｒ８／ｆ＜１．７
但し、
ｎ３；第３レンズ群をなす接合レンズの負レンズの屈折率、
ｎ４；第３レンズ群をなす接合レンズの正レンズの屈折率、
Ｒ８；第３レンズ群をなす接合レンズの接合面の曲率半径。