JP6008253B2 - Endoscope camera - Google Patents
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Description
本発明は、内視鏡カメラ用レンズ及び内視鏡カメラに関する。 The present invention relates to an endoscope camera lens and an endoscope camera.
近年、内視鏡カメラを用いた手術は、患者への負担が小さいため、広く普及してきている。さらに、細い部位において内視鏡カメラを使用する場合、或いは内視鏡手術を確実にするために2箇所以上から撮影する補助カメラの用途などに、更なる細径の内視鏡カメラの要望が高まっている。細径の内視鏡カメラとして、例えば、直径1mm程度の超細径カメラが要求されるようになってきている。 In recent years, surgery using an endoscopic camera has become widespread because the burden on patients is small. Furthermore, when using an endoscopic camera in a thin part, or for the use of an auxiliary camera that takes images from two or more locations in order to ensure endoscopic surgery, there is a need for an endoscopic camera with a further small diameter. It is growing. As a small-diameter endoscopic camera, for example, an ultra-thin camera having a diameter of about 1 mm has been required.
超細径カメラを構成する場合、撮像光学系のレンズ玉の加工としては直径1mm程度が限度であるため、通常は3枚から4枚程度のレンズ構成になる。このため、レンズのコストが高くなるという課題がある。また、レンズ径に対する光学全長が長くなることにより、歪曲収差が大きくなることと、焦点距離がばらつくために組立時にレンズ個体毎にバックフォーカス調整をしてから撮像素子と接着する必要がある、という課題を有している。 When an ultra-thin diameter camera is configured, the processing of lens balls of the imaging optical system is limited to a diameter of about 1 mm, and thus usually has a lens configuration of about 3 to 4 lenses. For this reason, there exists a subject that the cost of a lens becomes high. In addition, since the optical total length with respect to the lens diameter becomes longer, the distortion aberration increases, and the focal length varies, so it is necessary to adjust the back focus for each individual lens at the time of assembly before bonding to the image sensor. Has a problem.
従来の内視鏡カメラ用レンズにおいて、細径化のためにレンズ構成をできるだけ簡略化しようとした場合、3枚程度のレンズ、絞り、レンズを収納する鏡筒を有する構成が一般的である(例えば、特許文献1参照)。また、レンズの細径化とともに光学性能の向上を図った例として、4つのレンズを用いて2群構成とした内視鏡対物光学系が開示されている(特許文献2)。 In a conventional endoscope camera lens, in order to simplify the lens configuration as much as possible in order to reduce the diameter, a configuration having about three lenses, a diaphragm, and a lens barrel for storing the lens is generally used ( For example, see Patent Document 1). Further, as an example in which the optical performance is improved along with the reduction in the diameter of the lens, an endoscope objective optical system having a two-group configuration using four lenses is disclosed (Patent Document 2).
従来の細径の内視鏡カメラ用レンズは、構成するレンズの枚数が多く、レンズの材質にはガラスが用いられるため、コストが高くなるという課題があった。また、細径化を図る際に、色収差、球面収差等が大きくなり、必要とされる光学性能を満たすことができない場合があった。また、複数レンズの構成では、光学全長が長くなるため、球面収差、色収差、歪曲収差が大きくなる課題があった。 A conventional endoscope camera lens having a small diameter has a problem that the number of lenses constituting the lens is large and glass is used as the material of the lens, which increases the cost. In addition, when the diameter is reduced, chromatic aberration, spherical aberration, and the like increase, and the required optical performance may not be satisfied. Further, in the configuration of a plurality of lenses, there is a problem that spherical aberration, chromatic aberration, and distortion become large because the optical total length becomes long.
本発明は、細径であっても低コストで必要とされる光学性能を十分得られる内視鏡カメラを提供することを目的とする。 The present invention aims at providing a sufficiently obtained that the endoscope camera optical performance even with a small diameter is required at low cost.
また、本発明は、光軸に対して垂直方向の断面が略正方形のカバーガラスを含む撮像素子と、被写体側の第1面に平面を有し撮像側の第2面に非球面の凸面を有してなり、前記凸面の外周部に前記撮像素子に向かって設けられた枠部を備え、前記光軸に対して垂直方向の断面がU字状又はコの字状に形成された単一レンズと、前記単一レンズの外周に沿って設けられたライトガイドと、を有し、前記単一レンズの前記枠部端面に対向する前記カバーガラスの端面4隅は、前記単一レンズとの接着面として使用され、前記単一レンズの前記枠部端面と前記カバーガラスの端面4隅付近とが接着固定されて、前記単一レンズ及び前記撮像素子を含む内視鏡先端部において内視鏡カメラ撮像部が構成される、内視鏡カメラを提供する。 The present invention also provides an imaging device including a cover glass having a substantially square cross section perpendicular to the optical axis, and a first surface on the subject side having a flat surface and an aspheric convex surface on the second surface on the imaging side. A single unit having a frame portion provided toward the image sensor on the outer peripheral portion of the convex surface, and a cross section perpendicular to the optical axis formed in a U shape or a U shape. A lens and a light guide provided along an outer periphery of the single lens, and four corners of the end surface of the cover glass facing the frame end surface of the single lens are formed with the single lens. The endoscope is used as an adhesive surface, and the frame end face of the single lens and the vicinity of the four corners of the end face of the cover glass are bonded and fixed , and the endoscope at the endoscope front end including the single lens and the imaging device. Provided is an endoscope camera in which a camera imaging unit is configured .
本発明によれば、細径であっても低コストで所望の光学性能を十分得られる内視鏡カメラ用レンズ及び内視鏡カメラを実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it is a small diameter, the lens for endoscope cameras and endoscope camera which can fully obtain desired optical performance at low cost are realizable.
以下、本発明に係る内視鏡カメラ用レンズ及び内視鏡カメラの実施形態(以下、「本実施形態」という)について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of an endoscope camera lens and an endoscope camera according to the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment”) will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施形態の内視鏡カメラは、例えば手術などに用いられる細径のカメラであり、外径が例えば直径1mm程度の超細径カメラを構成するものである。本実施形態の内視鏡カメラは、細い部位に挿入して使用する、或いは内視鏡手術を確実にするために2箇所以上から撮影する補助カメラの用途などに好適なものである。本実施形態の内視鏡カメラ用レンズは、直径2mm以下の内視鏡カメラに適用可能である。 The endoscopic camera of the present embodiment is a thin camera used for surgery, for example, and constitutes an ultra-thin camera having an outer diameter of, for example, about 1 mm. The endoscopic camera of the present embodiment is suitable for use as an auxiliary camera that is used by being inserted into a thin site or that captures images from two or more locations in order to ensure endoscopic surgery. The lens for an endoscope camera according to this embodiment can be applied to an endoscope camera having a diameter of 2 mm or less.
図1は、本発明の実施形態に係る内視鏡カメラ用レンズ及び内視鏡カメラの構成を示す断面図である。図2は、本実施形態の内視鏡カメラ用レンズ及び内視鏡カメラの斜視図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an endoscope camera lens and an endoscope camera according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the endoscope camera lens and the endoscope camera of the present embodiment.
内視鏡カメラは、撮像光学系としての内視鏡カメラ用レンズ10と、内視鏡カメラ用レンズ10にて結像した被写体像を撮像するCMOSイメージセンサ等による撮像素子20とを有する。
The endoscope camera includes an
内視鏡カメラ用レンズ10は、外周部にある円筒状の枠部14と、中心側にある正のパワーを持つ凸レンズ部15とが、一体的に形成された1枚構成のレンズ11を有する。レンズ11の物体側(被写体側、前方)には、防水ガラス12が接着固定され、レンズ11と防水ガラス12との間には絞り13が設けられる。
The
レンズ11は、物体側(被写体側)の一方の面(第1面)が平面であり、凸レンズ部15の像側(撮像素子側、後方)の他方の面(第2面)が非球面の凸面となっている。レンズ11は、外側が平面の凸レンズ部15の外周部に像側に向かって円筒状の枠部14が繋がった形状で、一端が平面で閉じた円筒状であり、光軸方向に切った断面が略方形のU字形状(コの字型)になっている。
In the
なお、レンズ11は、物体側の第1面に平面を、像側の第2面に非球面の凸面をそれぞれ有する単レンズの構成であるが、レンズ11の外形構造において、第1面の全面が連続した平面であるものに限らず、外周部などに曲面、傾斜面などの異なる面があってもよい。また、レンズ11の像側の第2面は、非球面が中心側の凸レンズ部15において形成され、外周部には枠部14が形成されるため平面などの非球面とは異なる面を含んでいる。
The
レンズ11は、凸レンズ部15の肉厚が0.3mm以下となっている。レンズ11の材料は、d線(黄、波長約587nm)の屈折率(nd)が1.6以下であり、かつF線(青、波長約486nm)とd線とC線(赤、波長約656nm)から求められるアッベ数(νd)が55以上のものとする。ここで、「アッベ数」とは、分散に対する屈折率の比で示した光学媒質の定数であり、このアッベ数が大きいほど色収差が少ない。レンズ11の画角は100度以上、好ましくは110度以上とする。レンズ11の詳細な構成については後述する。
In the
レンズ11の材料としては、例えば、透明のプラスチック材料、より具体的には、耐熱性のアクリル系樹脂を用いる。耐熱性のアクリル系樹脂としては、例えば成形品において117度程度までの温度に耐性を持つものがある。この種のプラスチック材料は、射出成形が可能であり、極小径で所望の形状のレンズを成形により製作可能である。なお、同等の条件を満たすものであれば、他の樹脂材料であってもよい。また、ガラス材料であっても射出成形が可能なものがあれば、適用可能である。
As a material of the
防水ガラス12は、両面が平面の円盤状の透明なガラス部材であり、レンズ11の保護機能及び防水機能を有する。防水ガラス12は、一方の面(後端面)がレンズ11の物体側の面に接着されてレンズ11に取付固定される。
The
絞り13は、例えば円形状の開口を有し、光軸を含む中心部の光を通過させ、周辺部の光を遮断する。本実施形態では、防水ガラス12のレンズ11側の面(後端面)に、例えば薄板、薄膜等によって絞り13を設けることにより、防水ガラス12に絞り13を配置した構成とする。絞り13の具体例としては、ステンレス鋼(SUS)の薄板によって形成し、防水ガラス12に接着する。なお、他の構成例として、フィルム状の絞り13を防水ガラス12に接着して配置し、レンズ11との間に設けた構成であってもよい。
The
撮像素子20は、CMOSイメージセンサ等からなる撮像チップ21と、撮像チップ21の撮像面側に設けられたカバーガラス22とを有する。撮像チップ21は、例えば撮像面が正方形状の半導体チップにより構成される。カバーガラス22は、両面が平面の方形板状の透明なガラス部材であり、撮像チップ21の保護機能を有する。
The
レンズ11の枠部14の像側端面と、カバーガラス22のレンズ側の表面とが接着され、内視鏡カメラ用レンズ10と撮像素子20とが取付固定されることにより、内視鏡カメラの撮像部が構成される。内視鏡カメラ用レンズ10と撮像素子20とを取り付ける際には、撮像素子20の出力を表示して画出ししながら、内視鏡カメラ用レンズ10の絞り位置を調整し、内視鏡カメラ用レンズ10に対して撮像素子20を接着する。
The image-side end surface of the
内視鏡カメラ用レンズの組立手順としては、第1に、レンズ11と撮像素子20の撮像面の位置を合わせて、レンズ11の枠部14の像側端面と撮像素子20のカバーガラス22とを接着固定してもよい。この場合、第2に、撮像素子20より画出しして撮影画像を確認しながら、防水ガラス12に設けられた絞り13の位置を調整して撮像光学系の芯出しを行い、レンズ11の物体側の平面と防水ガラス12の像側端面とを接着固定すればよい。
As an assembly procedure of the lens for the endoscope camera, first, the positions of the imaging surfaces of the
以下に、本実施形態に係る内視鏡カメラ用レンズ10について、具体的な構成例をいくつか例示する。
Below, some specific structural examples are illustrated about the
<実施例1>
実施例1として、内視鏡カメラ用レンズ10の構成の第1例を示す。
<Example 1>
As Example 1, a first example of the configuration of an
[レンズデータ]
焦点距離f=0.5mm、Fナンバー=3.5、絞り径Da=0.15mm、像高=0.5mm、画角=110度、物体距離=∞
面番号 曲率半径r(mm) 距離d(mm) 屈折率n アッベ数ν
1 r1=∞ d1=0.2 n1=1.5168 ν1=64.1
2 r2=∞ d2=0
3 r3=∞ d3=0.2 n2=1.4941 ν2=58.1
4 r4=−0.25 d4=0.24
(非球面)
5 r5=∞ d5=0.4 n3=1.5168 ν3=64.1
6 r6=∞ d6=0
7 撮像面
[Lens data]
Focal length f = 0.5 mm, F-number = 3.5, aperture diameter Da = 0.15 mm, image height = 0.5 mm, field angle = 110 degrees, object distance = ∞
Surface number Curvature radius r (mm) Distance d (mm) Refractive index n Abbe number ν
1 r1 = ∞ d1 = 0.2 n1 = 1.5168 ν1 = 64.1
2 r2 = ∞ d2 = 0
3 r3 = ∞ d3 = 0.2 n2 = 1.4941 ν2 = 58.1
4 r4 = −0.25 d4 = 0.24
(Aspherical)
5 r5 = ∞ d5 = 0.4 n3 = 1.5168 ν3 = 64.1
6 r6 = ∞ d6 = 0
7 Imaging surface
(1)防水ガラス12について
防水ガラス12の前端面が面番号1、レンズ11側の後端面が面番号2であり、防水ガラス12の屈折率がn1、アッベ数がν1である。そして、防水ガラス12の肉厚がd1、防水ガラス12とレンズ11との間隔がd2である。すなわち、防水ガラス12は、肉厚d1=0.2mm、屈折率n1=1.5168、アッベ数ν1=64.1である。
(1) About
(2)レンズ11について
レンズ11の物体側(防水ガラス12側)の面(前端面)が面番号3、像側(撮像素子20側)の面(後端面)が面番号4であり、レンズ11の屈折率がn2、アッベ数がν2である。そして、レンズ11の凸レンズ部15の肉厚がd3、レンズ11の凸レンズ部15とカバーガラス22との間隔がd4である。すなわち、レンズ11は、肉厚d3=0.2mm、屈折率n2=1.4941、アッベ数ν2=58.1である。レンズ11の第1面(面番号3)は、曲率半径r3が無限大で平面である。実施例1では、レンズ材料として耐熱性のアクリル系樹脂材料を用いている。レンズ11の枠部14を含む外径はΦ1.0mmである。
(2)
レンズ11において、非球面の第2面(面番号4)の曲率半径r4は、次の数式(1)で示される非球面定義式Zによって規定され、光軸における曲率半径r4が−0.25である。
In the
Z=[ch2/{1+√(1−(1+K)c2h2)}]+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10
…(1)
ここで、各定数はK=0、A=0.1584×10-2、B=−0.1974×10-3、C=0、D=0であり、c=1/r、h=像高(半径方向)である。
Z = [ch 2 / {1 + √ (1− (1 + K) c 2 h 2 )}] + Ah 4 + Bh 6 + Ch 8 + Dh 10
... (1)
Here, the constants are K = 0, A = 0.15884 × 10 −2 , B = −0.1974 × 10 −3 , C = 0, D = 0, c = 1 / r, h = image. High (radial direction).
(3)カバーガラス22について
カバーガラス22のレンズ11側の面が面番号5、撮像チップ21側の面が面番号6であり、カバーガラス22の屈折率がn3、アッベ数がν3である。そして、カバーガラス22の肉厚がd5、カバーガラス22と撮像チップ21との間隔がd6である。すなわち、カバーガラス22は、肉厚d5=0.4mm、屈折率n3=1.5168、アッベ数ν3=64.1である。本実施例では、防水ガラス12とカバーガラス22とは同じガラス材料を用いている。
(3)
図3は、実施例1の光学特性として内視鏡カメラ用レンズの収差を示す特性図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)は歪曲収差をそれぞれ示している。ここで、球面収差は、図3の(A)におけるd線(波長587.6nm)の特性に相当し、軸上色収差は、図3の(A)におけるF線(波長486.1nm)の特性とC線(波長656.3nm)の特性との差に相当する。図3の(B)の非点収差において、Rはラジアル、Tはタンジェンシャルの各方向の特性を表している。 FIG. 3 is a characteristic diagram showing the aberration of the lens for an endoscope camera as the optical characteristic of Example 1, (A) shows spherical aberration, (B) shows astigmatism, and (C) shows distortion aberration. ing. Here, the spherical aberration corresponds to the characteristic of the d-line (wavelength 587.6 nm) in FIG. 3A, and the axial chromatic aberration is the characteristic of the F-line (wavelength 486.1 nm) in FIG. And the difference between the characteristics of C-line (wavelength 656.3 nm). In FIG. 3 (B) astigmatism, R represents radial characteristics and T represents tangential characteristics.
図4は、実施例1の光学特性として内視鏡カメラ用レンズのMTF(Modulation Transfer Function)を示す特性図であり、空間周波数に対する像高0割(有効像高比0.0、光軸上)、4割(0.4)、8割(0.8)、10割(1.0)の場合の各MTFを示している。図4のMTFにおいて、像高0割(光軸上)が中心部の特性(中心MTF)に、像高8割(0.8)が周辺部の特性(周辺MTF)にそれぞれ相当し、Rはラジアル、Tはタンジェンシャルの各方向の特性を表している。 FIG. 4 is a characteristic diagram showing MTF (Modulation Transfer Function) of the lens for an endoscope camera as the optical characteristics of Example 1, and the image height with respect to the spatial frequency is 0% (effective image height ratio 0.0, on the optical axis). ) Each MTF in the case of 40% (0.4), 80% (0.8), and 10% (1.0) is shown. In the MTF of FIG. 4, the image height of 0% (on the optical axis) corresponds to the center characteristic (center MTF), and the image height of 80% (0.8) corresponds to the periphery characteristic (peripheral MTF). Represents radial characteristics, and T represents tangential characteristics in each direction.
図3、図4に示すように、実施例1の内視鏡カメラ用レンズは、画角が100度以上(本例では110度)であっても、球面収差、色収差、歪曲収差、MTFのそれぞれに関して、内視鏡において使用するのに十分な光学特性が得られる。具体的には、球面収差は−0.008mm以下、軸上色収差は−0.008mm以下である。なお、図示しないが、倍率色収差は−0.004mm以下である。また、歪曲収差は30%以下である。MTFは、空間周波数100(サイクル/mm)において、中心MTFが72%、周辺MTFが20%である。 As shown in FIGS. 3 and 4, the endoscope camera lens of Example 1 has spherical aberration, chromatic aberration, distortion, and MTF even when the angle of view is 100 degrees or more (110 degrees in this example). For each, sufficient optical properties are obtained for use in an endoscope. Specifically, the spherical aberration is −0.008 mm or less, and the longitudinal chromatic aberration is −0.008 mm or less. Although not shown, the lateral chromatic aberration is −0.004 mm or less. The distortion is 30% or less. The MTF has a center MTF of 72% and a peripheral MTF of 20% at a spatial frequency of 100 (cycles / mm).
なお、実施例1では、屈折率n3=1.4941、アッベ数ν3=58.1のアクリル系樹脂材料を用いているが、d線の屈折率ndが1.5以下、F線とd線とC線から求められるアッベ数νdが58以上のものに限らず、nd≦1.6、νd≧55であれば、実用上十分な光学特性が得られる。 In Example 1, an acrylic resin material having a refractive index n3 = 1.4941 and an Abbe number ν3 = 58.1 is used, but the refractive index nd of d-line is 1.5 or less, and F-line and d-line. The Abbe number νd obtained from the C line is not limited to 58 or more, and if nd ≦ 1.6 and νd ≧ 55, practically sufficient optical characteristics can be obtained.
図5は、本実施形態の内視鏡カメラ用レンズにおける絞りの影響を示す特性図であり、絞りの厚みに対する周辺MTFと周辺光量の変化を示している。 FIG. 5 is a characteristic diagram showing the influence of the diaphragm in the endoscope camera lens of the present embodiment, and shows changes in the peripheral MTF and the peripheral light amount with respect to the thickness of the diaphragm.
本実施形態では、絞り13の厚みを20±10μmとしている。絞りの厚みが大きくなるにしたがって、周辺MTFが大きくなるものの、絞りが厚すぎると波面収差が発生する。また、絞りの厚みが大きくなるにしたがって、周辺光量は低下し、周辺部が暗くなる。絞り13の厚みを20±10μmとすることによって、絞り13の厚みの影響を最小限にすることができる。実施例1では、ステンレス鋼(SUS)の薄板により厚み20μmの絞り13を形成している。
In the present embodiment, the
<実施例2>
実施例2は、内視鏡カメラ用レンズ10の構成の第2例として、実施例1におけるレンズ11の肉厚を変更して0.3mmとした例を示す。
<Example 2>
Example 2 shows an example in which the thickness of the
[レンズデータ]
焦点距離f=0.5mm、Fナンバー=3.5、絞り径Da=0.15mm、像高=0.5mm、画角=110度、物体距離=∞
面番号 曲率半径r(mm) 距離d(mm) 屈折率n アッベ数ν
1 r1=∞ d1=0.2 n1=1.5168 ν1=64.1
2 r2=∞ d2=0
3 r3=∞ d3=0.3 n2=1.4941 ν2=58.1
4 r4=−0.25 d4=0.24
(非球面)
5 r5=∞ d5=0.4 n3=1.5168 ν3=64.1
6 r6=∞ d6=0
7 撮像面
[Lens data]
Focal length f = 0.5 mm, F-number = 3.5, aperture diameter Da = 0.15 mm, image height = 0.5 mm, field angle = 110 degrees, object distance = ∞
Surface number Curvature radius r (mm) Distance d (mm) Refractive index n Abbe number ν
1 r1 = ∞ d1 = 0.2 n1 = 1.5168 ν1 = 64.1
2 r2 = ∞ d2 = 0
3 r3 = ∞ d3 = 0.3 n2 = 1.4941 ν2 = 58.1
4 r4 = −0.25 d4 = 0.24
(Aspherical)
5 r5 = ∞ d5 = 0.4 n3 = 1.5168 ν3 = 64.1
6 r6 = ∞ d6 = 0
7 Imaging surface
(1)防水ガラス12について
実施例1と同じである。
(1) About
(2)レンズ11について
レンズ11は、肉厚d3=0.3mm、屈折率n2=1.4941、アッベ数ν2=58.1である。
(2)
レンズ11において、非球面の第2面(面番号4)の曲率半径r4は、実施例1と同様に上記の数式(1)で示される非球面定義式Zによって規定され、光軸における曲率半径r4が−0.25である。ただし、実施例2では、数式(1)における各定数は、K=0、A=0.7753×10-1、B=−0.4202×10-2、C=0、D=0である。
In the
(3)カバーガラス22について
実施例1と同じである。
(3)
図6は、実施例2の光学特性として内視鏡カメラ用レンズの収差を示す特性図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)は歪曲収差をそれぞれ示している。ここで、球面収差は、図6の(A)におけるd線(波長587.6nm)の特性に相当し、軸上色収差は、図6の(A)におけるF線(波長486.1nm)の特性とC線(波長656.3nm)の特性との差に相当する。図6の(B)の非点収差において、Rはラジアル、Tはタンジェンシャルの各方向の特性を表している。 FIG. 6 is a characteristic diagram showing the aberration of the endoscope camera lens as the optical characteristics of Example 2, where (A) shows spherical aberration, (B) shows astigmatism, and (C) shows distortion. ing. Here, the spherical aberration corresponds to the characteristic of the d-line (wavelength 587.6 nm) in FIG. 6A, and the axial chromatic aberration is the characteristic of the F-line (wavelength 486.1 nm) in FIG. And the difference between the characteristics of C-line (wavelength 656.3 nm). In the astigmatism shown in FIG. 6B, R represents radial characteristics and T represents tangential characteristics.
図7は、実施例2の光学特性として内視鏡カメラ用レンズのMTFを示す特性図であり、空間周波数に対する像高0割(有効像高比0.0、光軸上)、4割(0.4)、8割(0.8)、10割(1.0)の場合の各MTFを示している。図7のMTFにおいて、像高0割(光軸上)が中心部の特性(中心MTF)に、像高8割(0.8)が周辺部の特性(周辺MTF)にそれぞれ相当し、Rはラジアル、Tはタンジェンシャルの各方向の特性を表している。 FIG. 7 is a characteristic diagram showing the MTF of the lens for an endoscope camera as the optical characteristics of Example 2, and the image height with respect to the spatial frequency is 0% (effective image height ratio 0.0, on the optical axis), 40% ( 0.4), 80% (0.8), and 10% (1.0). In the MTF of FIG. 7, the image height of 0% (on the optical axis) corresponds to the center characteristic (center MTF), and the image height of 80% (0.8) corresponds to the peripheral characteristic (peripheral MTF). Represents radial characteristics, and T represents tangential characteristics in each direction.
図6、図7に示すように、実施例2の内視鏡カメラ用レンズは、画角が100度以上(本例では110度)であっても、球面収差、色収差、歪曲収差、MTFのそれぞれに関して、内視鏡において使用するのに十分な光学特性が得られる。球面収差は−0.025mm以下と実施例1よりも劣るが、実用上は十分な特性である。また、軸上色収差は−0.008mm以下であり、倍率色収差は−0.005mm以下(図示せず)であり、歪曲収差は30%以下である。MTFは、空間周波数100(サイクル/mm)において、中心MTFが65%、周辺MTFが11%である。周辺MTFは実施例1よりも劣るが、実用上は十分な特性である。 As shown in FIGS. 6 and 7, the endoscope camera lens of Example 2 has spherical aberration, chromatic aberration, distortion, and MTF even when the angle of view is 100 degrees or more (110 degrees in this example). For each, sufficient optical properties are obtained for use in an endoscope. The spherical aberration is -0.025 mm or less, which is inferior to that of Example 1, but is a sufficient characteristic for practical use. The longitudinal chromatic aberration is −0.008 mm or less, the lateral chromatic aberration is −0.005 mm or less (not shown), and the distortion is 30% or less. The MTF has a center MTF of 65% and a peripheral MTF of 11% at a spatial frequency of 100 (cycles / mm). Although the peripheral MTF is inferior to that of the first embodiment, it is a practically sufficient characteristic.
<比較例1>
本実施形態の実施例に対する比較例1として、一般的な3枚構成のレンズを有する内視鏡カメラ用レンズの構成を示す。
<Comparative Example 1>
As a comparative example 1 with respect to the example of the present embodiment, a configuration of an endoscope camera lens having a general three-lens configuration lens is shown.
図8は、比較例1に係る内視鏡カメラ用レンズの構成を示す断面図である。比較例1の内視鏡カメラは、内視鏡カメラ用レンズ50と、内視鏡カメラ用レンズ50にて結像した被写体像を撮像するCMOSイメージセンサ等による撮像素子60とを有する。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an endoscope camera lens according to Comparative Example 1. The endoscope camera of Comparative Example 1 includes an
内視鏡カメラ用レンズ50は、一方の面が凹面で他方の面が平面の第1レンズ51、一方の面が平面で他方の面が凸面の第2レンズ52、両面が凸面の第3レンズ53を有する。第1レンズ51の物体側(被写体側、前方)には、防水ガラス54が接着固定される。第1レンズ51と第2レンズ52との間には絞り55が設けられ、第1レンズ51、第2レンズ52、第3レンズ53、及び絞り55が鏡筒56の内側に収納され固定される。
An
撮像素子60は、CMOSイメージセンサ等からなる撮像チップ61と、撮像チップ61の撮像面側に設けられたカバーガラス62とを有する。内視鏡カメラ用レンズ50と撮像素子60とは、レンズ個体毎にバックフォーカス調整をした後、鏡筒56の像側(撮像素子側、後方)の端面とカバーガラス62のレンズ側の表面とが接着される。これにより、内視鏡カメラ用レンズ50と撮像素子60とが取付固定され、内視鏡カメラの撮像部が構成される。
The
[レンズデータ]
焦点距離f=0.65mm、Fナンバー=3.5、像高=0.5mm、画角=110度、物体距離=∞
面番号 曲率半径r(mm) 距離d(mm) 屈折率n アッベ数ν
1 r1=∞ d1=0.25 n1=1.5168 ν1=64.1
2 r2=∞ d2=0.1
3 r3=−1.0 d3=0.57 n2=1.8540 ν2=40.4
4 r4=∞ d4=0.05
5 r5=∞ d5=0.55 n3=1.8100 ν3=41.0
6 r6=−0.65 d6=0.0
(非球面)
7 r7=+1.0 d7=0.6 n4=1.7720 ν4=50.0
(非球面)
8 r8=+0.8 d8=0.23
(非球面)
9 r9=∞ d9=0.4 n5=1.5168 ν5=64.1
10 r10=∞ d10=0
11 撮像面
[Lens data]
Focal length f = 0.65 mm, F-number = 3.5, image height = 0.5 mm, angle of view = 110 degrees, object distance = ∞
Surface number Curvature radius r (mm) Distance d (mm) Refractive index n Abbe number ν
1 r1 = ∞ d1 = 0.25 n1 = 1.5168 ν1 = 64.1
2 r2 = ∞ d2 = 0.1
3 r3 = −1.0 d3 = 0.57 n2 = 1.8540 ν2 = 40.4
4 r4 = ∞ d4 = 0.05
5 r5 = ∞ d5 = 0.55 n3 = 1.8100 ν3 = 41.0
6 r6 = −0.65 d6 = 0.0
(Aspherical)
7 r7 = + 1.0 d7 = 0.6 n4 = 1.72020 ν4 = 50.0
(Aspherical)
8 r8 = + 0.8 d8 = 0.23
(Aspherical)
9 r9 = ∞ d9 = 0.4 n5 = 1.5168 ν5 = 64.1
10 r10 = ∞ d10 = 0
11 Imaging surface
(1)防水ガラス54について
防水ガラス54の前端面が面番号1、第1レンズ51側の後端面が面番号2であり、防水ガラス54の屈折率がn1、アッベ数がν1である。そして、防水ガラス54の肉厚がd1、防水ガラス54と第1レンズ51との間隔がd2である。すなわち、防水ガラス54は、肉厚d1=0.25mm、屈折率n1=1.5168、アッベ数ν1=64.1である。
(1)
(2)第1レンズ51について
第1レンズ51の物体側(防水ガラス54側)の面が面番号3、第2レンズ52側の面が面番号4であり、第1レンズ51の屈折率がn2、アッベ数がν2である。そして、第1レンズ51の肉厚がd3、第1レンズ51と第2レンズ52との間隔がd4である。すなわち、第1レンズ51は、肉厚d3=0.57mm、屈折率n2=1.8540、アッベ数ν2=40.4である。第1レンズ51において、第1面(面番号3)は曲率半径r=−1.0の凹面であり、第2面(面番号4)は曲率半径r4が無限大で平面である。
(2) Regarding the
(3)第2レンズ52について
第2レンズ52の第1レンズ51側の面が面番号5、第3レンズ53側の面が面番号6であり、第2レンズ52の屈折率がn3、アッベ数がν3である。そして、第2レンズ52の肉厚がd5、第2レンズ52と第3レンズ53との間隔がd6である。すなわち、第2レンズ52は、肉厚d5=0.55mm、屈折率n3=1.8100、アッベ数ν3=41.0である。第2レンズ52において、第1面(面番号5)は曲率半径r5が無限大で平面であり、非球面の第2面(面番号6)の曲率半径r6は、上記の数式(1)で示される非球面定義式Zによって規定され、光軸における曲率半径r6が−0.65である。ただし、数式(1)における各定数は、K=0、A=0.1000×10-4、B=0、C=0、D=0である。
(3) About the
(4)第3レンズ53について
第3レンズ53の第2レンズ52側の面が面番号7、撮像素子60側の面が面番号8であり、第3レンズ53の屈折率がn4、アッベ数がν4である。そして、第3レンズ53の肉厚がd7、第3レンズ53とカバーガラス62との間隔がd8である。すなわち、第3レンズ53は、肉厚d7=0.6mm、屈折率n4=1.7720、アッベ数ν4=50.0である。第3レンズ53において、非球面の第1面(面番号7)の曲率半径r7と、第2面(面番号8)の曲率半径r8は、上記の数式(1)で示される非球面定義式Zによって規定される。曲率半径r7は、光軸における曲率半径r7が+1.0であり、数式(1)における各定数は、K=0、A=−0.301963×10-1、B=−0.364008×10-0、C=0、D=0である。また、曲率半径r8は、光軸における曲率半径r8が+0.8であり、数式(1)における各定数は、K=0、A=0.220094×10-0、B=−0.287774×10-1、C=0、D=0である。
(4) About the
(5)カバーガラス62について
カバーガラス62の第3レンズ53側の面が面番号9、撮像チップ61側の面が面番号10であり、カバーガラス62の屈折率がn5、アッベ数がν5である。そして、カバーガラス62の肉厚がd9、カバーガラス62と撮像チップ61との間隔がd10である。すなわち、カバーガラス62は、肉厚d9=0.4mm、屈折率n5=1.5168、アッベ数ν3=64.1である。
(5)
比較例1では、第1レンズ51、第2レンズ52、第3レンズ53はそれぞれ異なるガラス材料を用いている。また、防水ガラス54とカバーガラス62とは同じガラス材料を用いている。
In Comparative Example 1, different glass materials are used for the
図9は、比較例1の光学特性として内視鏡カメラ用レンズ50の収差を示す特性図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)は歪曲収差をそれぞれ示している。ここで、球面収差は、図9の(A)におけるd線(波長587.6nm)の特性に相当し、軸上色収差は、図9の(A)におけるF線(波長486.1nm)の特性とC線(波長656.3nm)の特性との差に相当する。図9の(B)の非点収差において、Rはラジアル、Tはタンジェンシャルの各方向の特性を表している。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the aberration of the
図10は、比較例1の光学特性として内視鏡カメラ用レンズ50のMTFを示す特性図であり、空間周波数に対する像高0割(有効像高比0.0、光軸上)、4割(0.4)、8割(0.8)、10割(1.0)の場合の各MTFを示している。図10のMTFにおいて、像高0割(光軸上)が中心部の特性(中心MTF)に、像高8割(0.8)が周辺部の特性(周辺MTF)にそれぞれ相当し、Rはラジアル、Tはタンジェンシャルの各方向の特性を表している。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing the MTF of the
図9、図10に示すように、比較例1の内視鏡カメラ用レンズは、実施例1に比べると一部の光学特性が劣化する。球面収差は−0.04mm以下、軸上色収差は−0.025mm以下であり、倍率色収差は−0.008mm以下(図示せず)と2画素(8μm)以上の色ずれが生じる。歪曲収差は50%以下であり、周辺部のTV解像度が約半分になる。MTFは、空間周波数100(サイクル/mm)において、中心MTFが50%と実施例1より劣化するが、周辺MTFが30%と実施例1よりも良い値となっている。 As shown in FIGS. 9 and 10, the optical camera lens of Comparative Example 1 is partially degraded in optical characteristics as compared to Example 1. The spherical aberration is −0.04 mm or less, the longitudinal chromatic aberration is −0.025 mm or less, the lateral chromatic aberration is −0.008 mm or less (not shown), and a color shift of 2 pixels (8 μm) or more occurs. Distortion is 50% or less, and the TV resolution at the periphery is about half. The MTF has a center MTF of 50%, which is worse than that of the first embodiment at a spatial frequency of 100 (cycle / mm), but the peripheral MTF is 30%, which is a better value than that of the first embodiment.
上述した実施例1と比較例1の光学特性を一覧にしたものを表1に示す。 Table 1 shows a list of optical characteristics of Example 1 and Comparative Example 1 described above.
本実施形態に係る実施例1は、レンズ枚数が1群1枚の構成であり、比較例1の3群3枚の構成と比べて、低コストで小型の内視鏡カメラ用レンズが実現できる。実施例1では、比較例1と比べて、トータルトラック(防水ガラスの物体側面から撮像素子の撮像面までの距離)、及び前玉有効径(防水ガラスの有効径)がともに半分以下の寸法である。 Example 1 according to the present embodiment has a configuration in which the number of lenses is one in one group. Compared to the configuration in three groups of three in Comparative Example 1, a small-sized endoscope camera lens can be realized. . In Example 1, the total track (distance from the object side surface of the waterproof glass to the imaging surface of the image sensor) and the front lens effective diameter (effective diameter of the waterproof glass) are both less than half of those in Comparative Example 1. is there.
また、実施例1は1枚のレンズに円筒状の枠部を備えるため、鏡筒が不要な簡易な構成であり、さらなる低コスト化が実現できるとともに、レンズを前方の防水ガラスと後方の撮像素子のカバーガラスに接着するだけで済み、組み立ても容易である。これに対し、比較例1では3枚のレンズを収納する鏡筒が必要であり、所定の光学性能を得るために組立精度が要求される。 In addition, since the first embodiment includes a cylindrical frame portion in one lens, the configuration is simple and does not require a lens barrel, and further cost reduction can be realized. It is only necessary to adhere to the cover glass of the element, and assembly is easy. On the other hand, in Comparative Example 1, a lens barrel that houses three lenses is required, and assembly accuracy is required to obtain predetermined optical performance.
レンズの収差については、実施例1の内視鏡カメラ用レンズは、比較例1に示す3枚構成のレンズと比べて、球面収差、色収差、歪曲収差が小さく、MTFは像高10割を除きほぼ同等の性能が得られている。偏芯時周辺MTFは、レンズ中心を10μmずらして偏芯させたときの周辺MTFを示している。実施例1の内視鏡カメラ用レンズは、色収差が小さいため、色消しレンズが不要であり、1枚のレンズで十分な光学性能が得られる。 Regarding the lens aberration, the endoscope camera lens of Example 1 has smaller spherical aberration, chromatic aberration, and distortion than the three-lens configuration lens shown in Comparative Example 1, and the MTF except for the image height of 100%. Almost the same performance is obtained. The decentering peripheral MTF shows the peripheral MTF when the lens center is decentered by shifting by 10 μm. Since the endoscope camera lens of Example 1 has small chromatic aberration, an achromatic lens is unnecessary, and sufficient optical performance can be obtained with a single lens.
また、周辺光量比については、比較例1は62%で周辺部において急激に光量が低下して暗くなるが、実施例1は58%で中心から周辺に向かって徐々に低下する特性であり、周辺光量の低下を知覚しにくい特性となっている。 As for the peripheral light amount ratio, Comparative Example 1 is 62% and the light amount suddenly decreases and darkens in the peripheral portion, but Example 1 is 58% and gradually decreases from the center toward the periphery. It is difficult to perceive a decrease in ambient light.
<比較例2>
本実施形態の実施例に対する比較例2として、実施例1におけるレンズ11のアッベ数を変更して約30とした例を示す。
<Comparative example 2>
As a comparative example 2 with respect to the example of the present embodiment, an example in which the Abbe number of the
[レンズデータ]
焦点距離f=0.5mm、Fナンバー=3.5、絞り径Da=0.15mm、像高=0.5mm、画角=110度、物体距離=∞
面番号 曲率半径r(mm) 距離d(mm) 屈折率n アッベ数ν
1 r1=∞ d1=0.2 n1=1.5168 ν1=64.1
2 r2=∞ d2=0
3 r3=∞ d3=0.2 n2=1.5855 ν2=29.9
4 r4=−0.29 d4=0.23
(非球面)
5 r5=∞ d5=0.4 n3=1.5168 ν3=64.1
6 r6=∞ d6=0
7 撮像面
[Lens data]
Focal length f = 0.5 mm, F-number = 3.5, aperture diameter Da = 0.15 mm, image height = 0.5 mm, field angle = 110 degrees, object distance = ∞
Surface number Curvature radius r (mm) Distance d (mm) Refractive index n Abbe number ν
1 r1 = ∞ d1 = 0.2 n1 = 1.5168 ν1 = 64.1
2 r2 = ∞ d2 = 0
3 r3 = ∞ d3 = 0.2 n2 = 1.5855 ν2 = 29.9
4 r4 = −0.29 d4 = 0.23
(Aspherical)
5 r5 = ∞ d5 = 0.4 n3 = 1.5168 ν3 = 64.1
6 r6 = ∞ d6 = 0
7 Imaging surface
(1)防水ガラス12について
実施例1と同じである。
(1) About
(2)レンズ11について
レンズ11は、肉厚d3=0.2mm、屈折率n2=1.5855、アッベ数ν2=29.9である。比較例2では、レンズ材料としてポリカーボネート系樹脂材料を用いている。
(2)
レンズ11において、非球面の第2面(面番号4)の曲率半径r4は、実施例1と同様に上記の数式(1)で示される非球面定義式Zによって規定され、光軸における曲率半径r4が−0.29である。ただし、実施例3は、数式(1)における各定数は、K=0、A=0.1865×10-2、B=−0.3124×10-3、C=0、D=0である。
In the
(3)カバーガラス22について
実施例1と同じである。
(3)
図11は、比較例2の光学特性として内視鏡カメラ用レンズの収差を示す特性図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)は歪曲収差をそれぞれ示している。ここで、球面収差は、図11の(A)におけるd線(波長587.6nm)の特性に相当し、軸上色収差は、図11の(A)におけるF線(波長486.1nm)の特性とC線(波長656.3nm)の特性との差に相当する。図11の(B)の非点収差において、Rはラジアル、Tはタンジェンシャルの各方向の特性を表している。 FIG. 11 is a characteristic diagram showing the aberration of an endoscope camera lens as the optical characteristics of Comparative Example 2, wherein (A) shows spherical aberration, (B) shows astigmatism, and (C) shows distortion. ing. Here, the spherical aberration corresponds to the characteristic of the d-line (wavelength 587.6 nm) in FIG. 11A, and the axial chromatic aberration is the characteristic of the F-line (wavelength 486.1 nm) in FIG. And the difference between the characteristics of C-line (wavelength 656.3 nm). In the astigmatism shown in FIG. 11B, R represents radial characteristics and T represents tangential characteristics.
図12は、比較例2の光学特性として内視鏡カメラ用レンズのMTFを示す特性図であり、空間周波数に対する像高0割(有効像高比0.0、光軸上)、4割(0.4)、8割(0.8)、10割(1.0)の場合の各MTFを示している。図12のMTFにおいて、像高0割(光軸上)が中心部の特性(中心MTF)に、像高8割(0.8)が周辺部の特性(周辺MTF)にそれぞれ相当し、Rはラジアル、Tはタンジェンシャルの各方向の特性を表している。 FIG. 12 is a characteristic diagram showing the MTF of the endoscope camera lens as the optical characteristic of Comparative Example 2, with an image height of 0% (effective image height ratio 0.0, on the optical axis) and 40% ( 0.4), 80% (0.8), and 10% (1.0). In the MTF of FIG. 12, the image height of 0% (on the optical axis) corresponds to the center characteristic (center MTF), and the image height of 80% (0.8) corresponds to the peripheral characteristic (peripheral MTF). Represents radial characteristics, and T represents tangential characteristics in each direction.
図11、図12に示すように、比較例2の内視鏡カメラ用レンズは、実施例1に比べて一部の光学特性が劣化する。球面収差は+0.012mm以下、軸上色収差は−0.017mm以下であり、倍率色収差は−0.005mm以下(図示せず)と1画素(4μm)以上の色ずれが生じる。歪曲収差は30%以下で実施例1と同等である。MTFは、空間周波数100(サイクル/mm)において、中心MTFが70%と実施例1と同等であるものの、周辺MTFが7%と大きく劣化し、像高4割(0.4)でも21%程度であり、実用上は問題が生じる。 As shown in FIGS. 11 and 12, the optical camera lens of Comparative Example 2 is partially degraded in optical characteristics as compared with Example 1. The spherical aberration is +0.012 mm or less, the axial chromatic aberration is −0.017 mm or less, the lateral chromatic aberration is −0.005 mm or less (not shown), and a color shift of 1 pixel (4 μm) or more occurs. The distortion is equal to or less than that of Example 1 at 30% or less. The MTF has a center MTF of 70% at the spatial frequency 100 (cycles / mm), which is the same as that of the first embodiment, but the peripheral MTF is greatly deteriorated to 7%, and the image height is 40% (0.4) and 21%. However, there is a problem in practical use.
上述した実施例1、実施例2、及び比較例2の各例の光学特性を一覧にしたものを表2に示す。 Table 2 shows a list of optical characteristics of each of the examples 1, 2 and comparative example 2 described above.
実施例1及び実施例2のように、1枚構成のレンズの肉厚を0.3mm以下、F線とd線とC線から求められるアッベ数νdを55以上、好ましくは58以上とすることにより、球面収差、色収差、歪曲収差が小さくなり、実用上十分な光学特性が得られる。比較例2のように、アッベ数νdが約30と小さいものでは、レンズ構成を同等にしても特に色収差が劣化して色ずれが生じ、周辺MTFも劣化して実用には支障がある。 As in Example 1 and Example 2, the thickness of a single lens is 0.3 mm or less, and the Abbe number νd obtained from the F line, d line, and C line is 55 or more, preferably 58 or more. Thus, spherical aberration, chromatic aberration, and distortion are reduced, and practically sufficient optical characteristics can be obtained. As in Comparative Example 2, when the Abbe number νd is as small as about 30, even if the lens configuration is the same, the chromatic aberration is particularly deteriorated to cause a color shift, and the peripheral MTF is also deteriorated, which hinders practical use.
上述したように、本実施形態の内視鏡カメラ用レンズは、レンズの構成枚数を1枚とし、物体側の第1面を平面、像側の第2面を非球面とし、外周部に円筒状の枠部を有する形状としている。そして、レンズの前方を防水ガラスに、後方を撮像素子のカバーガラスにそれぞれ接着する構成となっている。この構成によれば、画角が100度以上の広角であっても、低コストの超細径カメラ用レンズを提供できる。また、従来よりも細径かつ光学全長を短くでき、例えば直径1mm程度のものであっても、球面収差と色収差と歪曲収差が小さい高性能な超細径カメラ用レンズを提供できる。また、レンズが1枚構成で曲面の面数が1面であるため、焦点距離のバラツキが小さく、組立時のバックフォーカス調整が不要である。 As described above, the endoscope camera lens according to the present embodiment has a single lens configuration, the object-side first surface is a plane, the image-side second surface is an aspheric surface, and the outer periphery is cylindrical. The shape has a frame shape. The front side of the lens is bonded to the waterproof glass, and the rear side is bonded to the cover glass of the image sensor. According to this configuration, a low-cost ultra-thin camera lens can be provided even when the angle of view is a wide angle of 100 degrees or more. Also, a high-performance ultra-thin camera lens having a smaller diameter and a shorter optical total length than conventional ones, for example, having a spherical aberration, a chromatic aberration, and a distortion aberration can be provided even when the diameter is about 1 mm. In addition, since there is one lens and the number of curved surfaces is one, there is little variation in focal length, and back focus adjustment during assembly is unnecessary.
また、1枚構成のレンズの肉厚を0.3mm以下(≦0.3mm)とし、d線の屈折率ndが1.6以下(nd≦1.6)、F線とd線とC線から求められるアッベ数νdが55以上(νd≧55)としている。この条件を満たすレンズ材料としては、例えば、耐熱性のアクリル系樹脂などのプラスチック材料を用いる。レンズの肉厚を薄く設定することにより、解像度の劣化を低減し、球面収差、歪曲収差を小さくできる。また、レンズの屈折率を低く設定することにより、レンズの素材をプラスチックで形成することができ、安価に製造することができる。また、レンズのアッベ数を高く設定することにより、色収差を小さくできる。この構成によれば、画角が100度以上でも、収差が小さく安価な超細径カメラ用レンズを提供できる。 In addition, the thickness of a single lens is 0.3 mm or less (≦ 0.3 mm), the refractive index nd of d line is 1.6 or less (nd ≦ 1.6), F line, d line and C line. The Abbe number νd obtained from the equation (1) is 55 or more (νd ≧ 55). As a lens material that satisfies this condition, for example, a plastic material such as a heat-resistant acrylic resin is used. By setting the lens thickness thin, resolution degradation can be reduced, and spherical aberration and distortion can be reduced. Further, by setting the refractive index of the lens low, the lens material can be formed of plastic and can be manufactured at low cost. Also, chromatic aberration can be reduced by setting the Abbe number of the lens high. According to this configuration, it is possible to provide an ultra-thin camera lens with small aberration and low cost even when the angle of view is 100 degrees or more.
また、本実施形態では、絞りを防水ガラスの一方の面に形成し、画出ししながら、絞り位置を調整して防水ガラスをレンズに接着するようにしている。この構成によれば、レンズの光軸に合わせて絞りを高精度で形成する必要がなく、低コストの超細径カメラ用レンズを提供できる。 In the present embodiment, the diaphragm is formed on one surface of the waterproof glass, and the waterproof glass is adhered to the lens by adjusting the position of the diaphragm while performing imaging. According to this configuration, it is not necessary to form a diaphragm with high accuracy in accordance with the optical axis of the lens, and a low-cost ultra-thin camera lens can be provided.
また、本実施形態では、絞りの厚みを20±10μmとしている。この構成によれば、周辺光量をあまり下げずに周辺MTFを上げることができ、低コストの超細径カメラ用レンズを提供できる。 In the present embodiment, the diaphragm thickness is 20 ± 10 μm. According to this configuration, the peripheral MTF can be increased without significantly reducing the peripheral light amount, and a low-cost ultra-thin camera lens can be provided.
このように本実施形態によれば、収差が小さく安価な細径の内視鏡カメラ用レンズを実現できる。また、内視鏡カメラ用レンズのレンズ枚数を1枚で構成することができ、さらにレンズの素材をプラスチックで形成することができるので、飛躍的に製作コストの引き下げが可能となる。本実施形態は、特に使い捨てが可能な手術用超細径カメラの広角レンズ等に好適である。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize an endoscope camera lens having a small diameter and an inexpensive diameter. In addition, since the number of lenses for the endoscope camera lens can be configured by one and the lens material can be formed of plastic, the manufacturing cost can be drastically reduced. This embodiment is particularly suitable for a wide-angle lens of a surgical ultra-thin diameter camera that can be disposable.
本実施形態の内視鏡カメラ用レンズ及び内視鏡カメラを、手術用超細径カメラに適用する場合、細長のケーブル状(軟性)又は棒状(硬性)に形成された細径の内視鏡挿入部の先端部に、先端面前方に向かって内視鏡カメラ用レンズ及び内視鏡カメラを設ける。内視鏡カメラに照明部を備える構成の場合、例えば、内視鏡先端部において、内視鏡カメラ用レンズの外周部に、光ファイバ等により構成されるライトガイドをレンズ外周に沿って円周状に配置し、撮影物体を照明可能にする。 When the endoscope camera lens and the endoscope camera of the present embodiment are applied to an ultra-thin camera for surgery, an endoscope with a small diameter formed in a slender cable shape (soft) or a rod shape (hardness). An endoscope camera lens and an endoscope camera are provided at the distal end of the insertion portion toward the front of the distal end surface. In the case where the endoscope camera is configured to include an illumination unit, for example, at the distal end portion of the endoscope, a light guide formed of an optical fiber or the like is provided around the outer periphery of the lens for the endoscope camera along the outer periphery of the lens. Arranged so that the object can be illuminated.
以下、上述した本発明に係る内視鏡カメラ用レンズ及び内視鏡カメラの構成、作用及び効果を説明する。 Hereinafter, the configuration, operation, and effects of the above-described endoscope camera lens and endoscope camera according to the present invention will be described.
本発明の一態様の内視鏡カメラ用レンズは、物体側の第1面に平面を有し像側の第2面に非球面の凸面を有してなり、外周部に筒状の枠部が一体的に形成された1枚構成のレンズを有し、前記レンズの第1面に防水ガラスを、前記レンズの枠部の像側端面に撮像素子を、それぞれ接着可能に構成されている。
この構成によれば、安価で細径の内視鏡カメラ用レンズを提供できる。
The lens for an endoscope camera according to one embodiment of the present invention has a flat surface on the first surface on the object side and an aspheric convex surface on the second surface on the image side, and a cylindrical frame portion on the outer peripheral portion. Are integrally formed, a waterproof glass is provided on the first surface of the lens, and an imaging element is provided on the image side end surface of the frame portion of the lens.
According to this configuration, an inexpensive and small-diameter endoscope camera lens can be provided.
また、本発明の一態様の内視鏡カメラ用レンズは、前記レンズは、肉厚が0.3mm以下である。
この構成によれば、レンズの肉厚を薄く設定したことにより、球面収差、歪曲収差を小さくできる。
In the endoscope camera lens of one embodiment of the present invention, the lens has a thickness of 0.3 mm or less.
According to this configuration, the spherical aberration and distortion can be reduced by setting the lens thickness thin.
また、本発明の一態様の内視鏡カメラ用レンズは、前記レンズは、d線の屈折率ndが1.6以下、F線とd線とC線から求められるアッベ数νdが55以上である。
この構成によれば、レンズの屈折率を低く設定したことにより、レンズの素材を例えばプラスチックで形成することができ、安価に細径のレンズを製作できる。また、レンズのアッベ数を高く設定したことにより、色収差を小さくできる。従って、収差が小さく安価な細径の内視鏡カメラ用レンズを提供できる。
In the endoscope camera lens of one embodiment of the present invention, the d-line refractive index nd is 1.6 or less, and the Abbe number νd obtained from the F-line, d-line, and C-line is 55 or more. is there.
According to this configuration, since the refractive index of the lens is set low, the lens material can be formed of plastic, for example, and a small-diameter lens can be manufactured at low cost. Further, the chromatic aberration can be reduced by setting the Abbe number of the lens high. Therefore, it is possible to provide an endoscope camera lens with a small diameter and a small aberration.
また、本発明の一態様の内視鏡カメラ用レンズは、前記レンズは、画角が100度以上である。
この構成によれば、広角のレンズであっても、収差が小さく安価な細径の内視鏡カメラ用レンズを提供できる。
In the endoscope camera lens of one embodiment of the present invention, the lens has an angle of view of 100 degrees or more.
According to this configuration, even for a wide-angle lens, an endoscope camera lens with a small diameter and a small aberration can be provided.
また、本発明の一態様の内視鏡カメラ用レンズは、前記レンズの第1面に防水ガラスが接着固定され、前記防水ガラスは、前記レンズ側の面に絞りが配置されている。
この構成によれば、レンズの光軸に合わせて絞りを高精度で形成する必要がなく、組立作業性が良好で安価な内視鏡カメラ用レンズを提供できる。
In the endoscope camera lens of one embodiment of the present invention, waterproof glass is bonded and fixed to the first surface of the lens, and the waterproof glass has a diaphragm disposed on the lens side surface.
According to this configuration, it is not necessary to form a diaphragm with high accuracy in accordance with the optical axis of the lens, and it is possible to provide an endoscope camera lens with good assembling workability and low cost.
また、本発明の一態様の内視鏡カメラ用レンズは、前記絞りは、厚みが20±10μmである。
この構成によれば、周辺光量をあまり下げずに周辺MTFを上げることができ、絞りの厚みの影響を最小限にできる。従って、収差が小さく安価な細径の内視鏡カメラ用レンズを提供できる。
In the endoscope camera lens of one embodiment of the present invention, the diaphragm has a thickness of 20 ± 10 μm.
According to this configuration, the peripheral MTF can be increased without significantly reducing the peripheral light amount, and the influence of the diaphragm thickness can be minimized. Therefore, it is possible to provide an endoscope camera lens with a small diameter and a small aberration.
また、本発明の一態様の内視鏡カメラは、上記いずれかの内視鏡カメラ用レンズと、撮像素子とを有し、前記レンズの枠部の像側端面に、前記撮像素子のカバーガラスが接着固定されている。
この構成によれば、安価で細径の内視鏡カメラを提供できる。
An endoscope camera according to an aspect of the present invention includes any one of the above-described endoscope camera lenses and an image sensor, and a cover glass of the image sensor on an image side end surface of a frame portion of the lens. Is fixed by bonding.
According to this configuration, an inexpensive endoscope camera having a small diameter can be provided.
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 While various embodiments have been described above with reference to the drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood. In addition, the constituent elements in the above-described embodiment may be arbitrarily combined without departing from the spirit of the invention.
本発明は、細径であっても低コストで所望の光学性能を十分得られるという効果を有し、例えば手術等に用いる細径の内視鏡カメラ等として有用である。 The present invention, even in small diameter has the advantage that is sufficient to obtain the desired optical performance at low cost, it is useful as an endoscope camera, etc. of small diameter to be used, for example, surgery or the like.
10 内視鏡カメラ用レンズ
11 レンズ
12 防水ガラス
13 絞り
14 枠部
15 凸レンズ部
20 撮像素子
21 撮像チップ
22 カバーガラス
DESCRIPTION OF
Claims (2)
被写体側の第1面に平面を有し撮像側の第2面に非球面の凸面を有してなり、前記凸面の外周部に前記撮像素子に向かって設けられた枠部を備え、前記光軸に対して垂直方向の断面がU字状又はコの字状に形成された単一レンズと、
前記単一レンズの外周に沿って設けられたライトガイドと、を有し、
前記単一レンズの前記枠部端面に対向する前記カバーガラスの端面4隅は、前記単一レンズとの接着面として使用され、前記単一レンズの前記枠部端面と前記カバーガラスの端面4隅付近とが接着固定されて、前記単一レンズ及び前記撮像素子を含む内視鏡先端部において内視鏡カメラ撮像部が構成される、
内視鏡カメラ。 An imaging device including a cover glass having a substantially square cross section perpendicular to the optical axis ;
The first surface on the subject side has a flat surface, the second surface on the imaging side has an aspheric convex surface, and the outer peripheral portion of the convex surface has a frame portion provided toward the imaging device, and the light A single lens having a U-shaped or U-shaped cross section perpendicular to the axis;
A light guide provided along the outer periphery of the single lens ,
End face four corners of the cover glass facing the frame end surface of said single lens, the used as an adhesive surface of a single lens, the single lens the frame end surface and the end surface of the cover glass 4 The vicinity of the corner is bonded and fixed, and an endoscope camera imaging unit is configured at the distal end portion of the endoscope including the single lens and the imaging element.
Endoscope camera.
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