JP4566539B2

JP4566539B2 - 内視鏡対物レンズ系

Info

Publication number: JP4566539B2
Application number: JP2003343035A
Authority: JP
Inventors: 宏明藤井
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-10-01
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2023-10-01
Also published as: JP2004258611A

Description

本発明は、内視鏡対物レンズ系に関する。

近年、電子内視鏡用のＣＣＤは一層の小型化が進んでいる。小型ＣＣＤに合わせた対物レンズは、従来の対物レンズをスケーリングにより小型化しても不具合が生じる。例えば従来、特開平８-３０４７１０号公報が広角な３群４枚構成の内視鏡対物レンズ系を提案しているが、これを対角長が２mm以下である小型ＣＣＤ用に合わせてスケーリングすると、バックフォーカスが短くなり、レンズ厚、コバ厚が薄くなるため、加工及び組立上不具合が起こる。十分なバックフォーカスを確保し、レンズ形状の制約を考慮すると従来のパワー配置では良好な性能が得られない。また、特開２００１-１５４１００号公報記載の平行平面板(赤外反射コート等)を含む構成では倍率色収差と非点収差の補正に効果があるが全長が長くなる。全長を短くするためには平行平面板はレンズ群中に含まないほうが望ましい。

特開平８‐３０４７１０号公報特開２００１‐１５４１００号公報

本発明は、３群４枚構成であって、各レンズを加工、組立が容易な形状としながら、外径を小さくし、諸収差を良好に補正した内視鏡対物レンズ系を得ることを目的とする。

本発明による内視鏡対物レンズ系は、特に第１レンズのパワーを適切に規定し、かつ貼合せレンズのバランスで収差を良好に保った点に特徴がある。
すなわち、本発明の内視鏡対物レンズ系は、物体側から順に、物体側が平面である負の第１単レンズ、絞り、正の第２単レンズ、及び正の単レンズと負の単レンズの貼合せレンズからなり、以下の条件式（１）ないし（４）を満足することを特徴としている。
（１）-１．５＜ｆ１／ｆ≦-１．２５
（２）ｎ１＞１．７
（３）０．３５≦ｄ／ｆ＜０．８
（４）-０．５＜Rp／Rn≦０
但し、
ｆ；全系の焦点距離、
ｆ１；第１単レンズの焦点距離、
ｎ１；第１単レンズの屈折率、
ｄ；第１単レンズと第２単レンズの間隔、
Rp；貼合せレンズ中の正レンズの貼合せ面でない面の曲率半径、
Rn；貼合せレンズ中の負レンズの貼合せ面でない面の曲率半径、
である。
より好ましくは、条件式（２）に代えて、条件式（２’）を満足させるのがよい。
（２’）ｎ１＞１．８５

貼合せレンズは、物体側を正レンズ、像側を負レンズとし、次の条件式（５）、（６）を満足させることが好ましい。
（５）ν３＞４０、ｎ３＞１．７
（６）ν４＜２５、ｎ４＞１．８
但し、
ν３；貼合せレンズ中の正レンズのアッベ数、
ν４；貼合せレンズ中の負レンズのアッベ数、
ｎ３；貼合せレンズ中の正レンズの屈折率、
ｎ４；貼合せレンズ中の負レンズの屈折率、
である。

本発明の内視鏡対物レンズ系は、第１単レンズ、第２単レンズ及び貼合せレンズの全ての面を球面または平面から構成し、非球面を用いないことで、周辺光量を十分に確保する。

本発明によれば、３群４枚構成の内視鏡対物レンズ系であって、各レンズが加工組立が容易な形状で、外径が小さく、諸収差を良好に補正した対物レンズ系を得ることができる。

本発明の内視鏡対物レンズ系は、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、負のパワーの第１単レンズ１０、明るさ絞りＳ、正のパワーの第２単レンズ２０、及び正の単レンズと負の単レンズの貼合せレンズ（第３レンズ群）３０を有している。貼合せレンズ３０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）４０が位置している。

第１単レンズ１０は、物体側が平面で像側が凹面である。物体側が平面であると、加工及び洗浄が容易である。貼合せレンズ３０の正負の順番は、物体側から順に、正負である。

また、いずれの実施例においても、平行平面板４０は、貼合せレンズ３０の後方に位置していて、レンズ群中には存在しない。特開２００１-１５４１００号公報のようにレンズ群中に平行平面板が入ると全長が長くなる。平行平面板を第１単レンズと絞りの間に入れると第１単レンズが絞りから離れるため第1面の有効径が大きくなり、対物レンズ系の小型化に不利である。また、レンズ群中に平行平面板を入れると軸上色収差が補正過剰になり好ましくない。そのため、赤外カット、視感度補正などの効果を持つ平行平面板４０は最も後方の貼合せレンズ（第３レンズ群）と撮像素子カバーガラスとの間に配置し、焦点距離以下の厚さにするのが好ましい。カバーガラスおよびフィルタが厚くなれば、全長が伸びてしまう。

条件式（１）は、負の第１単レンズの焦点距離を規定している。条件式（１）の上限を超えると像面湾曲や非点収差など諸収差が悪化し、またバックフォーカスが短くなってフィルタ類が配置できなかったり組み立てが困難となる。下限を超えると第１単レンズの有効径、サグ内径などが大きくなるのでレンズ外径が大きくなる。

条件式（２）は、第１単レンズの屈折率を規定している。条件式（２）の下限を超えて第１単レンズの屈折率が小さくなるとレンズ外径が大きくなり、内視鏡の小型化に不利になる。より好ましくは、条件式（２’）（ｎ１＞１．８５）を満足させると、一層小型化ができる。

条件式（３）は、負の第１単レンズと正の第２単レンズの間隔を規定している。条件式（３）の上限を超えると、第１単レンズまたは第２単レンズの外径が大きくなり、下限を超えると非点収差など諸収差が悪化する。

条件式（４）は、接合レンズの貼合せ面でない面の曲率半径を規定している。条件式（４）の上限および下限を超えると、非点収差などの軸外の性能が悪化してしまう。

条件式（５）、（６）は、接合レンズを構成する正レンズと負レンズの屈折率とアッベ数を規定している。条件式（５）の下限を超えて正レンズの屈折率が小さくなると、曲率がきつくなるのでコバ厚を確保するのが難しくなり、条件式（５）の下限を超えてアッベ数が小さくなると倍率色収差が大きくなる。また条件式（６）の下限を超えて負レンズのアッベ数が大きいと、倍率色収差が大きくなり解像力が低下するか、また倍率色収差を補正するために貼合せ面の曲率がきつくなるので正レンズのコバ厚が薄くなったり、コマ収差が大きくなる。

また貼り合せレンズは、物体側から順に正負とすることにより、軸上色収差を良好に補正することができる。負正の順番では、倍率色収差を正負の場合と同等に補正しようとすると軸上色収差は過剰補正となる、あるいは軸上色収差を適正に保つと倍率色収差が補正不足となる。
従来、非球面で歪曲収差を低減して近軸焦点距離を短くすることにより深度を増大させることも行われてきたが、対物系が小さくなっていて深度が十分確保できるので非球面にする必要性はない。非球面を使用して歪曲収差を小さくすることで周辺光量が低下したり、加工コストが上がることもない。

本発明の内視鏡対物レンズ系はまた、次の条件式（７）を満足することが好ましい。
（７）０．３＜dp-｛Rp-(Rp²-ｈ²)^1/2｝-｛Rc-(Rc²-ｈ²) ^1/2｝＜０．６
但し、
ｈ[mm]；接合レンズの最大有効半径、
dp[mm]；貼合せレンズ中の正レンズの光軸上の厚さ、
Rc[mm]；貼合せレンズ中の貼合せ面の曲率半径、
Rp[mm]；貼合せレンズ中の正レンズの貼合せ面でない面の曲率半径、
を満足することが望ましい。

この条件式（７）は、接合レンズ中の正レンズのレンズ形状に関する条件で、条件式（７）の上限を超えると、レンズ系全体の全長が長くなり内視鏡の小型化に不利である。下限を超えると、レンズコバ厚が厚くなるのでレンズ加工が困難となる。

本発明の内視鏡対物レンズ系は、条件式（１）に次の条件式（８）を加えて満足することが好ましい。
（８）-１．７＜ｆ１／ｆＲ＜-１．０
但し、
ｆ１；第１単レンズの焦点距離、
ｆＲ；絞りより像側に位置する全レンズの合成焦点距離、
である。

物体側から順に、負の第１単レンズ、絞り、正の第２レンズ、及び正の貼合せレンズからなる対物レンズ系において、第１レンズと第２レンズの間隔を変更することで焦点距離すなわち画角を変更することができる。つまり、レンズは共通で異なる画角のレンズ系が得られるので、コストダウンになる。条件式(８)を満足することにより、第１レンズと第２レンズの間隔のみが異なる１２０〜１４０°の対物系を構成した場合に諸収差の性能を良好に保つことができる。

条件式（８）の上限を超えると、第１単レンズと絞り間隔の僅かな変更で画角が大きく変化するので、組立誤差による製品のばらつきが大きくなってしまう。また、非点収差が大きくなる。下限を超えると、第１単レンズの有効径、サグ内径などが大きくなるのでレンズ外径が大きくなる。

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（°）、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４０を含んでいる。また、諸収差図（球面収差、倍率色収差）において、ｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線、ｅ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、ｙは像高である。

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ｒ２面から像側に０．２１８の位置に設けられている。

（表１）
f=0.89
FE=1:4.0
ω=69.0°
面NO. ｒｄＮ_d ν_d
1 ∞ 0.570 1.88300 40.8
2 1.235 0.309
3 -2.528 1.213 1.88300 40.8
4 -0.996 0.052
5 2.211 0.848 1.77250 49.6
6 -1.249 0.303 1.92286 18.9
7 -72.805 0.515
8 ∞ 0.506 1.51400 54.8
9 ∞ 0.303 1.53000 62.3
10 ∞ -

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ｒ２面から像側に０．３１２の位置に設けられている。
（表２）
f=0.70
FE=1:4.2
ω=59.0°
面NO. ｒｄＮd νd
1 ∞ 0.473 1.88300 40.8
2 0.770 0.397
3 -2.149 1.085 1.88300 40.8
4 -0.898 0.054
5 2.270 0.870 1.77250 49.6
6 -0.859 0.322 1.92286 18.9
7 -6.056 0.506
8 ∞ 0.537 1.51400 54.8
9 ∞ 0.322 1.53000 62.3
10 ∞ -

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ｒ２面から像側に０．４０１の位置に設けられている。
（表３）
f=0.64
FE=1:4.1
ω=69.0°
面NO. ｒｄＮd νd
1 ∞ 0.473 1.88300 40.8
2 0.770 0.487
3 -2.149 1.085 1.88300 40.8
4 -0.898 0.054
5 2.270 0.870 1.77250 49.6
6 -0.859 0.322 1.92286 18.9
7 -6.056 0.422
8 ∞ 0.537 1.51400 54.8
9 ∞ 0.322 1.53000 62.3
10 ∞ -

各条件式の各実施形態に対する値を表４に示す。
（表４）
実施例１実施例２実施例３
条件式１ -1.57 -1.25 -1.35
条件式２ 1.88 1.88 1.88
条件式３ 0.35 0.57 0.76
条件式４ -0.03 -0.37 -0.37
条件式５ 0.01 0.02 0.03
条件式６ 0.41 0.54 0.54
条件式７(n) 1.7725 1.7725 1.7725
条件式７(ν) 49.6 49.6 49.6
条件式８(n) 1.9229 1.9229 1.9229
条件式８(ν) 18.9 18.9 18.9
条件式９ 0.42 0.54 0.54
条件式１０ -1.51 -1.02 -1.02
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。

本発明による内視鏡対物レンズ系の実施例１のレンズ構成図である。図１のレンズ構成での諸収差図である。本発明による内視鏡対物レンズ系の実施例２のレンズ構成図である。図３のレンズ構成での諸収差図である。本発明による内視鏡対物レンズ系の実施例３のレンズ構成図である。図５のレンズ構成での諸収差図である。

Claims

物体側から順に、物体側が平面である負の第１単レンズ、絞り、正の第２単レンズ、及び正の単レンズと負の単レンズの貼合せレンズからなり、以下の条件式（１）ないし（４）を満足することを特徴とする内視鏡対物レンズ系。
（１）-１．５＜ｆ１／ｆ≦-１．２５
（２）ｎ１＞１．７
（３）０．３５≦ｄ／ｆ＜０．８
（４）-０．５＜Rp／Rn≦０
但し、
ｆ；全系の焦点距離、
ｆ１；第１単レンズの焦点距離、
ｎ１；第１単レンズの屈折率、
ｄ；第１単レンズと第２単レンズの間隔、
Rp；貼合せレンズ中の正レンズの貼合せ面でない面の曲率半径、
Rn；貼合せレンズ中の負レンズの貼合せ面でない面の曲率半径。
請求項１記載の内視鏡対物レンズ系において、貼合せレンズは、物体側が正レンズ、像側が負レンズで、次の条件式（５）、（６）を満足する内視鏡対物レンズ系。
（５）ν３＞４０、ｎ３＞１．７
（６）ν４＜２５、ｎ４＞１．８
但し、
ν３；貼合せレンズ中の正レンズのアッベ数、
ν４；貼合せレンズ中の負レンズのアッベ数、
ｎ３；貼合せレンズ中の正レンズの屈折率、
ｎ４；貼合せレンズ中の負レンズの屈折率。
請求項１または２記載の内視鏡対物レンズ系において、第１単レンズ、第２単レンズ及び貼合せレンズの全ての面が球面または平面からなっている内視鏡対物レンズ系。