JPH02176612A - 内視鏡用対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、気管支鏡等の外径の細い内視鏡に用いられる
対物レンズに関するものである。

［従来の技術］ 気管支鏡等の内視鏡は、径を細くする必要があり、その
ため対物光学系も、径を小にしなければならず、イメー
ジガイドや固体撮像素子の画素数はあまり多く出来ず、
対物レンズの結像性能はそれ程厳しい制約をうけない。

したがって、内視鏡用対物レンズは、レンズの加工性や
レンズ系の組立性のよいものが望まれ、特公昭６１−２
８９６５号公報に記載されているレンズ系のように簡単
な構成のものが用いられることが多い。

この従来の内視鏡用対物レンズは、間に絞りをはさんで
接合したカバーガラスと平凸レンズからなる第１群と、
物体側に凸面を向けて配置された平凸レンズの第２群と
より構成されている。そしてこの小さな径のレンズでも
加工性のよい平凸レンズの第２群をイメージガイドや固
体撮像素子に接着すれば、イメージガイドや固体撮像素
子とレンズの間にスペーサーをはさまずにすむため、レ
ンズ外径と光線高との余裕がとりやすいという利点があ
る。このレンズ構成の第２群は、フィールドレンズの役
目をはたしており、射出瞳を十分遠方にもっていくこと
により像面上における主光線の傾きを抑えている。これ
によってファイバースコープでは、イメージガイドの周
辺部において光束が斜めに入射して光量の損失が増大す
るのを防いでいる。

近年、気管支鏡等の内視鏡に対しても広角化の要望が強
まっており、細径の内視鏡が適用される分野でも視野角
が８０°を越えるものが主流になりつつある。そのため
従来のようなそれ程視野角の広くない対物レンズでは問
題にならなかった瞳に関する収差が問題になる。

第２１図は、特開昭６１−２８９６５号公報のレンズ系
においてカバーガラスを除いたもので、射出瞳が無限遠
にあると想定して、像面側から光軸に平行に光束を入射
させた時の光線図である。

このレンズ系のデーターは次の通りである。

ｒ２＝　（３） ｄｚ＝　１．７］５７　　　ｎ２＝　１．８８３　　　
　Ｖ２　＝　４０．７８ｒａ　＝−１，７１５７ ｄ３＝０．１６６７ ｒ４＝　１．６６２１ ｄ４＝　１．８３１８　　　ｎ３＝　１．８８３　　　
　νＢ　＝　４０．７８ｒ５＝　■ ｆ＝１ 上記のデーターは、前記公報に記載されている条件を満
足するもののうちで最も好ましい値に設定されているも
のである。

このレンズ系では、前側焦点位置は、第２面の平面つま
り第２１図に示す絞りの位置と一致する。そして図面に
示すように射出角最大の光線の射出角が、通常使用時の
視野角１２０°を想定して光軸に対し６０″になるよう
に第５面での光線高を設定しである。

第２１図の光線図から明らかなように、像高が小さく視
野角が狭い時は、最大像高における瞳の球面収差の量は
それ程問題にはならない。しかし像高を大にして視野角
を広くすると瞳の球面収差が急激に増加するため絞り位
置から像高の大きな光線の収束位置が大きくずれる。

第２１図においては、全像高にわたって射出瞳が無限遠
にあることを想定しているが、実際には絞りが配置され
るため、第２２図には前述のレンズデーターのレンズ系
において絞りの中心を物点として光線追跡した結果を示
している。つまり前記データーのレンズ系で、絞りの中
心を物点として光線追跡を行なったものである。この図
のように近軸の射出瞳は無限遠であっても軸外の射出瞳
は瞳の球面収差の影響によって像位置に近くなるのて、
主光線の射出角が像高乙共に急激に増加し、イメージガ
イド周辺部での伝送損失が増加する。又硬性鏡のように
リレー系を用いている内視鏡においては、軸外物点に関
する瞳が接眼側までうまくリレーされず、軸外物点から
の光束がリレ系の途中でけられてしまうために、同様に
像の周辺部で光量の損失が増大する。

又単板カラー固体撮像素子を用いたスコープにおいては
、上記の影響によって色シェーデイングが発生する。即
ち単板カラー固体撮像素子は、各画素の表面にカラーフ
ィルターが配置されているが、このカラーフィルターと
光電変換部は、完全に密着しているのではなく、ある程
度の間隔を有している。そのため、本来ならフィルター
を通過した光のみを光電変換部に到達させねばならない
のに、斜めに光束が通過した場合は、フィルタを通過し
ないで光電変換部に到達する光が生ずるため、この部分
では色再現性が悪化して色づきを生ずる。そのためイメ
ージガイドばかりでなく単板カラー固体撮像素子を用い
た対物レンズもテレセントリック光学系が要求される。

又本発明の対物レンズに類似する構成のものに特開昭６
１−１６２０２１号公報に記載されたもののうちの実施
例７のレンズ系がある。このレンズ系は、非球面を用い
て歪曲収差を補正する場合に、非球面を用いたことによ
って生ずる像面の曲がりも同時に補正するようにしたも
のである。そのため歪曲収差を補正する作用が絞りの前
後で反転するようにつまり絞りの前の非球面は、レンズ
の周辺で凸の作用を強める（凹の作用を弱める）もので
、一方絞りより後の非球面は、レンズ周辺で凸の作用を
弱める（凹の作用を強める）ものである。したがって絞
りの前後に夫々少なくとも１面非球面を設けるもので絞
りを境にして前群、後群に分割された構成になっている
。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のように絞りを近軸の前側焦点位置近傍に配置する
構成の対物レンズは、広角化した基合金像高にわたって
出射主光線の傾きを小さくするのは困難であり、イメー
ジガイドおよび固体撮像素子を用いた内視鏡のいずれも
上記のような問題点を生ずる。

本発明は、以上の問題点を除去するためのもので、視野
角を広角化しても像の全面にわたって主光線の傾きを十
分小さく出来る内視、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。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明の内視鏡用対物レンズは、物体側から順に第１群
と第２群とよりなり、前記第１群の最も像側の面と、前
記第２群の最も物体側の面が共に正のパワーを持つ球面
であり、次の条件（１１、（２）を満足するレンズ系で
ある。

（１１０，２１＜Ｌ／ｆ　＜０．５ （２）　　０．９＜ｆ２／ｆ、　＜３ ただし、Ｌは全系の前側焦点位置から絞りまでの空気換
算長、ｆは全系の焦点距離、ｆｌは第１群の焦点距離、
ｆ２は第２群の焦点距離である。

−ｊ１記の通り本発明の対物レンズは、例えば第１図に
示すような第１群■と第２群ＩＩとよりなり、第１群■
の像側の面が正のパワーの球面であり。

第２群Ｈの物体側の面が同様に正のパワーの球面である
。尚この第１図の例では、第１群■が平凸レンズでその
平面側に絞りＳを設は更にカバーガラスＣを配置しであ
る。又第２群ＩＩは平凸レンズである。そして前記の条
件（１）　、　（２）を満足するものである。

条件（１）は、瞳の球面収差を考慮して最大像高におけ
る出射主光線の傾角を小さくするための条件である。第
１図に示すレンズ系のようにパワをもつ面が二つしかな
く、その両方共に球面である場合は、パワー配分を変え
ることによりある程度瞳の球面収差の発生量をコントロ
ールすることが出来る。しかし、広角にした場合、瞳の
球面収差の絶対量を減少させることは困難である。その
ため主光線の射出角を全像高にわたっである程度小さ（
するためには最大像高における射出角がほぼ０°となる
ように絞り位置を近軸の前側焦点位置から収差の発生量
に相当する分だけ像面側に移動してやればよい。この移
動量をつまり前記のＬの値を条件（１）を満足する範囲
内にすれば、視野角が９０°以」二であっても出射主光
線の仰角が小さくなる。

この条件Ｎ）で下限の０．２１以下であると像高が太き
（なるにつれて、出射主光線が光軸側に傾き又上限の０
．５より大になると出射主光線が光軸から離れる方向に
傾（ため共にイメージガイドやリレー系での光量の損失
が増大し、又単板カラー固体撮像素子を用いた内視鏡で
は色シェーデイングが発生するので好ましくない。

条件（２）は、最大像高における主光線の傾きを殆んど
なくした時の中間像高における主光線の傾きを減少させ
、かつ瞳の収差と像の収差のバランスを適正にするだめ
の条件である。

条件（１）を満足するようにして最大像高における出射
主光線の傾きをなくしても、瞳の球面収差の影響により
中間像高では仮想的な前側焦点位置が最大像高と異なる
ために出射主光線は傾いてしまう。この様子を示したの
が第２３図である。尚この図において縦軸は像高、横軸
は主光線仰角で、出射後に光軸側に傾く場合を正として
いる。

このため、最大像高とともに中間像高でも主光線の傾き
を小さくするためには、瞳の球面収差の絶対量を減少さ
せねばならない。またこの収差の発生は主光線が過度に
屈折することによるものであるから、本発明の対物レン
ズのように単純な構成のレンズ系では同時に模型歪曲収
差の増大につながる。

条件（２）は、以上の点を考慮して設けたもので、第２
群のパワーを第１群のパワーよりもあまり強くしないよ
うにして瞳の収差の発生を抑制するようにした。つまり
この条件（２）を満足するようにすれば瞳の収差の発生
が少なく、像の球面収差の発生もそれ程大きくならず、
像に関しても瞳に関しても全体的に性能のバランスのと
れた対物レンズになし得る。

条件（２）の下限の０９以下になると第２群のパワーが
強くなりすぎて瞳の収差が悪化し、第２３図に示す曲線
の曲がりが増大して全ての像高にわたって出射主光線の
仰角を小さくすることが困難になり又歪曲収差も増大す
る。また条件（２）の上限の３を越えると第１群のパワ
ーが強くなりすぎて、像の球面収差が増加し結像性能が
劣化する。

本発明の対物レンズにおいて、収差を一層良好に補正す
るためには平凸レンズに高屈折率の硝材を用いればよい
が更に次の条件（３）を満足することが望ましい。

＋３）　　ｄ３／ｆ　＜０．４ ここでｄ３は第１群の平凸レンズの曲面と第２群の平凸
レンズの曲面との間の間隔である。

この条件（３）を満足すれば、ペッツバール和もそれ程
大にならず又各面のパワーも小さくてすむので像に関し
ても瞳に関しても収差の発生を最小限に抑えることが出
来る。またレンズの厚さを大きくとれるためにレンズ加
工上も有利である。

前述のような構成の本発明の対物レンズにおいて更に非
球面を導入すれば瞳の球面収差をコントロールする自由
度が大幅に増大するので、主光線の傾きを全像高にわた
って小さくし、しかも球面系に比べて一層容易に瞳の球
面収差を除去し得る。

一般に非球面は次の式にて表わすことが出来る。

ｘ　＝　Ｃｙ２／　（１＋　ｌ）　＋Ｂｙ２＋Ｅｙ’＋
Ｆｙ６＋Ｇｙ８＋　　＝−搏ここでｘ、ｙは光軸をＸ軸
にとって像の方向を正方向にとり、ｙ軸を面と光軸との
交点を原点としてＸ軸に直交した方向にとった座標の値
、Ｃは光軸近傍でこの非球面と接する円の曲率半径の逆
数、Ｐは非球面の形状を表わすパラメーター、ＢＥ、Ｆ
、Ｇ・・・は夫々２次、４次、６次、８次−・・の非球
面係数である。

Ｐ＝１でＢ、Ｅ、Ｆ、Ｇ・・−がずべて０の場合は上記
式は球面を表す。

本発明の対物レンズは、前記従来例の特開昭６１、−１
６２０２１号公報のものとは異なり、絞りより後方のレ
ンズ系における瞳の収差を補正することを目的とするも
のである。したがってレンズ系のうちの絞りより後方の
部分において、空間を境にしてその前後での瞳の収差と
結像の収差の影響を考慮し、これら収差をバランス良く
補正する必要がある。そのために本発明の対物レンズで
は、前述のように空気間隔を挟んで前後を夫々第１群、
第２群として扱うことが妥当である。そしてｉ４Ｉ述の
ように瞳の収差をコントロールする自由度を増大させる
ために設ける非球面は、第１群第２群の正のパワーの屈
折面に導入することが望ましい。

そのため本発明では、絞りを挟んで物体側に平行平面板
を又像側に正のパワーの屈折面を有するレンズを配置し
た第１群と更に物体側に正のパワーの屈折面を有する第
２群とにて構成し、第２群の物体側に非球面を有するこ
とが望ましい。そしてそれは光軸から離れるにつれて曲
率が徐々に弱くなる部分を含んでいる非球面である。

更に前記のような第１群と第２群とからなる２群構成で
あって、第１群の最も像側の面と第２群の最も物体側の
面が共に光軸から離れるにつれて曲率が徐々に弱くなる
部分を含んでいる非球面にすれば本発明の目的にかなっ
た対物レンズを実現する上で一層望ましい。

以上述べたように第２群又は第１群、第２群の両群に非
球面を用いて瞳の球面収差を一層少なくなし得るもので
ある。しかし１．／ｆおよびｆ　２　／　ｆ　＋を次の
条件（１°）、（２°）の範囲内の値にすれば一層好ま
しい。

＋１’）　　−０，５＜Ｌ／ｆ　＜０．３（２°）　　
０．５＜ｆ２／ｆｌ　＜３条件（１°）は瞳の球面収差
の発生を制限するためのものである。第２群に非球面を
導入した場合、瞳の球面収差を自由にコントロールする
ことが可能になる。又瞳の球面収差を補正過剰にして歪
曲収差をより一層少なくすることも可能である。この時
、最大像高における主光線の傾きを少なくするためには
、Ｌ／ｆ＜０にしなければならない。このＬ／ｆの絶対
値があまり大になると最大像高において主光線の傾きが
なくても、中間像高における主光線の傾きが大きくなり
好ましくない。したがって上記の値は条件（１′）の下
限の−０，５より大であることが望ましい。しかし上限
の０．３を越えると非球面を導入した効果がなくなるた
め好ましくない。

条件（２°）は対物レンズの総合的な性能のバランスを
とるためのものである。

球面系の場合、瞳の収差の関係から第２群のパワーをあ
まり小さ（することが出来ないので、ｆ２／ｆ、を小さ
くすることが出来なかった。しかし第２群に非球面を用
いれば第２群のパワーを強くすることが可能である。そ
のためｆ２／ｆ、の値も小さくすることが可能になる。

しかしあまり小さくしすぎて０５以下になると、瞳の球
面収差を除去した時に結像に関する軸外の収差が補正し
きれなくなるため好ましくない。

また条件（２°）の上限の３を越えると第１群のパワー
が強くなりすぎて、像の球面収差が増加し結像性能が劣
化する。

又前述のように第１群が正のパワーの球面を有し、第２
群のみが正のパワーの非球面を有する対物レンズの場合
は、次の条件（４）を満足することが望ましい。

（４１０，５＜ｄ２／ｌｒ３＋　＜１．７ただしｒ３は
第１群の像側の面の曲率半径、ｄ２は第１群の平凸レン
ズの肉厚である。

この条件の上限又は下限を越えるといずれも第１群で非
点収差、コマ収差等の非対称性の収差の発生が大になり
全系でもこれら収差を補正しきれないので好ましくない
。

向上記条件（４）の代りにｄ２／ｌｒ、ｌが次の範囲を
満足すれば一層好ましい。

０、８　＜　ｄ２／Ｆ：＋ｌ　＜　１．１５又第１群、
第２群の両方共非球面を用いた対物レンズの場合、次の
条件（５）を満足することが望ましい。

（５）　　　０．６＜　ｄｚ／　ｌｒ３　’　ｌ　＜　
２尚ｒ３′は、第１群の凸面の光軸上での曲率半径を示
し、非球面の式において２次の係数ＢのみあるいはＢと
Ｃとの組合わせで表わされる場合もそれを曲率半径に換
算したものである。この換算曲率半径をｒ３°とすると
下記のように表わされる。

ｒａ　’　＝　ｌ／　（２Ｂ＋Ｃ］ 条件（５）の範囲を越えると第１群により発生する非点
収差、コマ収差等の非対称性の収差の発生が大きくなり
すぎ全系でもこれを補正出来ず好まシ＜ナイ。１．２　
＜　ｄ２／ｌｒ；Ｊ　（１，ｒ　１・＆　ｋ　を求’ｉ
　ｌ：よい０尚以上説明した第１群は絞りが平凸レンズ
の平面上に配設されても第２４図のようにそれから物体
側へ雌れて配置されてもよい。又第１群の絞り側の面は
平面でなくともよく、０１１記条件を満足する構成であ
れば、本発明の目的を達成し得る。

［実施例］ 以上説明した本発明内視鏡用対物レンズの各実施例を示
す。

実施例１ ｆ＝１．．０００．Ｆ／２．０３１．　２ω＝１００゜
ＩＨ，＝０．７３１１　、　　物体距離＝　−２０，０
０００ｒ　−■ ｄ＋＝０．６００Ｏｎ＋＝１．８８３００　　　Ｖ＋　
＝４０．７８ｒ２＝■（絞り） ｄ２＝　１．０９１０　　　ｎ２＝　１．８８３００　
　　Ｖ２　＝　４０．７８ｒ３＝　−１，７４５６ ｄ３＝０．２０００ ｒ、＝　１．６０５９ ｄ４＝　１．７８６５　　　　ｎ３＝　１．８８３００
　　　　ν３　　＝　４０．７８ｒ５＝　（資） Ｌ／ｆｌ　　＝　０．３１１　　、　　ｆｚ／ｆ、＝　
ｌｒ−／ｒ３１　　＝　０．９２実施例２ ｆ＝１．口００　　、　Ｆ／２．０４０．　　　２　　
ω＝１２０゜ＩＨ＝０．８２２５　、　　物体距離＝−
２０，００００ｒ　＝　■ ｄ、＝　０．６０００　　　旧：　１．８８３００　　
　ν、　＝４０．７８ｒ２＝（資）（絞り） ｃＬ＝ｏ、９１９６　　　　　ｎ２＝１．８８３００　
　　　１／２　　＝４０．７８１”３＝−１，６７２２ ｄ３＝　０．２０００ ｒ４＝　１．６７２２ ｄ４＝　１．７７８１　　　　　ｊ１３＝　１．８８３
００　　　　ｖ３　＝　４０．７８ｒ５＝（資） Ｉ、／ｆ　　　＝０．４０６　　、　　ｆ２／Ｌ　＝　
　ｒ４／ｒ３　　＝　１実施例３ ｆ＝１．０００．Ｆ／２，０２３．　２ω＝１２０゜Ｉ
Ｈ＝０．９０６３　、　　物体距離＝　−２０，０００
０ｒ、’：：Ｃｌ：１ ｄ、＝０．６０１２　　　　　ｎ、＝１．８８３００　
　　１／＋　　＝４０．７８ｒ２−（資）（絞り） ｄ２＝　１．３０８２　　　　　ｎ２＝　１．８８３０
０　　　１／２　＝　４０．７８ｒ３＝　　１．３９７
８ ｄ３＝　０．２００４ ｒ４＝　２．０９６７ ｄ、＝　１．７３９２　　　　ｎ３＝　１．８８３００
　　　　ν３　　＝　４０．７８ｒ５＝　（イ） Ｌ／ｆｌ　　”０．２２１　　、　　　ｔ２／’Ｌ＝ｌ
ｒ４／ｒｉｌ　　＝１．５実施例４ ｆ　＝　１．０００　、　！Ｖ２．０２６　、　２ω＝
１４０゜ＩＨ＝１．０１０４　、　　物体距離＝　−２
０，００００ｒ１−（資） ｄ、＝　０．６００６　　　ｎ、　＝　１．８８３００
　　　ｖ、　＝　４０．７８ｒ２−ｏＯ（絞り） ｄｚ”　１．３０１２　　　ｎ２＝　１．８８３００　
　　ｖ２＝　４０．７８ｒ３−〜１．３３４２ ｄ３＝　０．２００４ １”４＝　２．２６８１ ｄ４＝　１．７２７７　　　ｊ１３＝　１．８８３００
　　　ν３＝　４０．７８ｒ５＝　■ Ｌ／ｆｌ　　”　０．２３１　　、　　ｆ２／Ｌ＝　ｌ
ｒ４／ｒ３１　　＝　１．７実施例５ ｆ　＝　１．０００　、　Ｆ／２．０００　、　２　ω
＝　１２０’ＩＨ＝１．１３７８　、　　物体距離＝−
２０，００００ｒ　＝　ＯＯ ｄ、　＝０．７６４４　　　ｎ、＝１．８８３００　　
　ｖ、　＝４０．７８ｒ２＝■（絞り） ｄ２＝１．２５５２　　　ｎ２＝１．８８３００　　　
ｖ２＝４０．７８ｒ３＝−１，２５５２ ｄ３＝　０．６２７７ ｒ４＝　１．６６２６　（非球面） ｄ４＝１．１４３７　　　ｎ３＝１．８８３００　　１
／３　＝４０．７８ｒ５＝　ＯＯ 非球面係数 Ｐ　＝　−２，５４５６ Ｌ／ｆ　＝０　、　　ｆ２／ｆｌ＝１．３２５　、　ｌ
ｄ２／ｒ３）＝１（ｄ２＋ｄ３１／ｆ２＝　１ 実施例６ ｆ　＝　１．０００　、　Ｆ／２．３３５　、　２　ω
＝　１２０゜ＩＨ＝１．２９１３　、　　物体距離＝−
２０，００００１−ｃＩＯ ｄ、＝０．８６７５　　　　　ｎ＋＝１．８８３００　
　　　’ｖ、　　＝４０．７８ｒ２＝ｏｏ（絞り） ｄ２＝１．３５２３　　　ｎ２＝１．８８３００　　　
シ２＝４０．７８ｒａ　ニーｉ、３５２３ ｄ３＝　０．５３１５ ｒ４＝　０．９７２７　（非球面） ｄ４＝　１．０６５０　　　　　ｎ３＝　１．５１６３
３　　　　ν３　　＝　６４．１５ｒｓ＝　（３） 非球面係数 Ｐ　＝−１，２９９３ Ｌ／ｆ　＝０　、　　ｆ２／ｆ、＝１．３９３　、　ｌ
ｄ２／ｒ３１＝１（ｄ２＋ｄ３１／ｆ２＝　１ 実施例７ ｆ＝１．０００．Ｆ／２．００３．　２ω＝１２０゜Ｉ
Ｈ＝１．１２９９　、　　物体距離＝　−２０，０００
０ｒＩ＝　Ｏｏ ｄ、”’０．７５９１　　　ｎ、＝１．８８３００　　
　ｖ、　＝４０．７８ｒ２−（資）（絞り） ｄ２＝　１．１７９８　　　１２＝　１．８８３００　
　　　シ２ｒ、：ｌ：　　１．２５２５ ｄ３＝　０．６３４６ ｒ４＝　１．６５４１　（非球面） ｄ４＝　１．１３３０　　　　ｎ３＝　１．８８３００
　　　　ν。

ｒｓ＝　■ 非球面係数 Ｐ＝１．．００００．　　Ｅ＝−０，１６３４０Ｆ　＝
　０．１０８７０　、　Ｇ　＝−０，３８０５７ｘ　ｔ
Ｏ−’Ｌ／ｆ　＝０．０３５　、　ｆ２／ｆｌ　＝１．
３２１（ｄ２／ｒ３）　＝　０．９４２　、　　［ｄ２
＋ｄ３）／ｆ２＝　０．９６９実施例８ ｆ＝１．０００．Ｆ／２，００６．　２ω＝１２０゜Ｉ
Ｈ＝１．１４２４　、　　物体距離＝　−２０，０００
Ｏｒ：（Ｘ） ｄ　　＝　０．７６７５　　　　　ｎ　　＝　１．８８
３００　　　　　ｖｒ２−（３）（絞り） ｄ２＝１．．４８４５ｎ２＝１．８８３００１／。

ｒ３＝−１，１５４４（非球面） ｄ、＝　０．７０１９ ４０．７８ ４０．７８ ４０．７８ ４０．７８ ｒ４＝　１．７４０６　（非球面） ｄ、＝０．９６３８　　　　ｎ３＝１．８８３００　　
　　ｖ３　＝４０．７８ｒ５−■ 非球面係数 Ｐ　３＝　１．００００　、　Ｅ　３＝−０，１５１９
８ｘ　１０−’Ｆ　３＝０．３１６０５　ｘ　１０−’
、　Ｇ　３＝０．５０２４０　ｘ　１０−’非球面係数 Ｐ　、　＝　１−００００　、　Ｅ　４＝−０，６３８
０４Ｘ　１０−’Ｆ　４＝　０．２５６７１　ｘ　１０
−２．　Ｇ　４＝−０，６５５５６ｘ　１Ｏ−２Ｌ／ｆ
　＝−０−１４４、ｆ２／ｆ、＝１．５０８（ｄ２／ｒ
３）＝１．２８６　、　（ｄ２＋ｄ３）／ｆ２＝１．１
０９実施例９ ｆ＝１．ｏｏＯ，Ｆ／１．９９２．　２ω＝１２０゜Ｉ
Ｈ＝　１．０９１２　、　　物体距離＝　−２０，００
００ｒ＋＝　（資） ｄ、＝０．７３３Ｉ　　　ｎ、＝１．８８３００　　１
／＋　＝４０．７８ｒ２−（資）（絞り） ｄ２＝　１．．４５４４　　　ｊ１２＝　１．８８３０
０　　　ｖ２＝　４０．７８ｒ３＝　−１，１２０３（
非球面） ｄ３＝　０．６８０３ ｒ４＝　１．９３０８　（非球面） ｄ−＝　０．９６９２　　　ｎ３　＝　１．８８３００
ｒｓ＝　（資） ４０．７８ 非球面係数 Ｐ　３＝　１．００００　、Ｅ　３＝−０，１２６１２
ｘ　１０−’Ｆ　３＝０．３８５６２　ｘ　１０−’、
　Ｇ　３＝０．６３５１６　ｘ　１０−’非球面係数 Ｐ　４＝　１．００００　、　Ｅ　４＝　−０，９０５
７５ｘ　１０−’Ｆ　、　＝Ｏ，１１７８５ｘ　１０　
’、　Ｇ　４＝０．４２０７９　ｘ　１ｏ−２Ｌ／ｆ　
＝−０，０８４、ｆ２／ｆ、＝１．７２３−（ｄ２／ｒ
３）＝１．２９８　、　ｆｄ、＋ｄａｌ／ｆ２＝０．９
７６実施例１０ ｆ＝１．．０００．Ｆ／１．９８３．　２ω＝１４０゜
ＩＨ＝　１．３５０６　、　　物体距離＝　−２０，０
０００ｒ１＝■ ＋Ｊ＋　＝　０．９０９３　　　　ｎ１＝　１．．８８
３００（資）（絞り） ｄ２＝　１．５８４６　　　Ｑ２＝　１．．８８３００
１．２７６３　　（非球面） ｄ３＝　０．６３５２ ν１ ＝　４０．７８ ＝　４０．７８ ｒ４＝　１．６０８７　（非球面） ｄ４＝　１．１３３４　　　　ｎ３＝　１．８８３００
　　　　ｖ３　＝　４０．７８ｒ５＝（資） 非球面係数 Ｐ　３＝　１．００００　、　Ｅ　３＝−０，２８５９
０ｘ　ｔ。

Ｆ　３＝０．１６８８４　Ｘ　１０−’、　Ｇ　３＝０
．２６７８４　Ｘ　１０−’非球面係数 Ｐ　４＝　１．００００　、　　Ｅ　４＝−０，７２６
８２ｘ　１０Ｆ　４＝　−０，２９９５５ｘ　ｔｏ−”
Ｇ　４＝−０，４９９３５ｘ　１Ｏ−２Ｌ／ｆ　＝−０
，１９０、ｆ２／ｆ、＝１．２６０（ｄ２／ｒ３）＝１
．２４１　、　　（ｄ２＋ｄ３１／ｆ２＝１．２１８た
だしｒ　＋　＋　ｒ　２＋　・・・はレンズ各面の曲率
半径、ｄｌ、ｄ２．・・・は各レンズの肉厚および空気
間隔、ｎ　ｌ　＋ｎ２．・・・は各レンズの屈折率、ν
１．Ｖ２．・・・は各レンズのアツベ数である。

上記実施例のうち実施例１乃至実施例４は第１図乃至第
４図に示すものですべて球面系のみで構成されたもので
ある。いずれの実施例も前記の条件＋１１　、　（２）
　、　ｆ３）を満足していて、本発明の目的にかなった
内視鏡用対物レンズである。

本発明の実施例５は、第５区に示す通りのレンズ構成で
ある。本発明の構成のレンズ系で、瞳の収差に最も影響
するのは第２群の凸面である。そのためにこの面を非球
面にすることによって瞳の球面収差を除去することが可
能である。この実施例では、第１群を平凸の球面レンズ
にし、絞りをその球心に配置し又第２群を平凸レンズに
してその凸面を双曲面にした。このレンズ系の絞りの中
心は、第１群の球面の不遊点であるため、この球面によ
る瞳の球面収差は全く発生しない。第２群の双曲面は、
非球面の式の２次の非球面係数Ｂおよび高次の非球面係
数を０とし、Ｐ＜ｏとしたもので次の式で表わされる。

ｘ　＝　Ｃｙ２／（１＋　１丁１で２　ｙ　２　）第２
群の平凸レンズの硝材をｎ４とすると上記の式のＰをＰ
＝ｌ　−ｒ＋Ｑ”　とすれば、平凸レンズにおいて平面
側の無限遠物点に対して光線高によらず球面収差を完全
に除去できる。

この実施例５は、第１群において不遊点を、第２群にお
いて球面収差のない非球面平凸レンズを用い、更に下記
の式を満足するようにして絞り位置と前側焦点位置を一
致させ、瞳の球面収差を完全に除去し、全像高にわたっ
て射出瞳を無限遠にして主光線のイψきを完全に除去し
ている。

（ｄ２＋ｄ３）／ｆ２−ま ただし上記式でｄ２は第１群の平凸レンズの中肉厚、ｄ
３は第１群と第２群の空気間隔、ｆ２は第２群の焦点距
離である。

又この実施例は、歪曲収差も可成り良好に補正されてい
る。球面系のテレセントリックな光学系の最大像高にお
ける歪曲収差は、半画角をωとすると１００（１−ｃｏ
ｓω）［％］と云う式で近似され、ω＝６０°とすると
一５０％になる。この実施例は、半画角が６［１’であ
るが、最大像高における歪曲収差は一３３７％であって
、球面収差と比較してかなり減少している。

これは第２群に非球面を用いたことによって、第２群の
凸面の曲率が光軸から離れる＃孝につれて弱まっている
ため、視野角および全系の焦点距離を同一にした場合、
球面系と比較してより像高を高めることが出来るためで
ある。

以上のようにこの実施例は、瞳の収差を良好に補正し得
ると同時に結像に関する収差も良好に補正されている。

球面収差に関しては、第２群の凸面を通過するマージナ
ル光線の光線高が低く、非球面を用いたことによる影響
をほとんど受けることがないので、前述の球面系の場合
と同様に考えてよい。したがって第１群のパワーが第２
群のパワーに比べて相対的に強くなりすぎないようにす
ればよい。

この実施例では、ｆ２７ｆ、　＝１．３２５であり、第
１群のパワーが必要以上に強くならないようにしている
。

非点収差、コマ収差に関しては、第２群の凸面に用いた
非球面により影響を受ける。しかし本発明の構成の場合
、絞りが第１群の凸面の球心付近に配置されることが多
く第１群の凸面での非点収差、コマ収差の発生はほとん
どない。しかし第２群の凸面では、通常３次のザイデル
係数が正であり、非点収差、コマ収差は補正過剰の傾向
を有する。したがって非球面を含まない場合は、メリジ
オナル像面がサジタル像面より正の側にくることを利用
して平均的な像面の曲がりを極力抑えるような設計が多
い。この場合非点隔差が増大し、又コマ収差は補正過剰
になり外コマの傾向になる。

この実施例では、瞳の収差を補正するために第２群の凸
面に非球面を用いたが、この非球面が同時に非点収差や
コマ収差の補正に良好な作用をする。この非球面は光軸
から離れるにしたがって曲率が弱くなる傾向を有するた
めに、像高の高いところでの非点収差、コマ収差の補正
過剰の傾向を弱めることが出来る。そのためにこの実施
例では、像高が高くなっても非点隔差はそれ程太き（な
らず、サジタル、メリジオナルを平均した像面の曲がり
は十分小さくなっており、又コマ収差も良好に補正され
ている。

実施例６は、第６図に示すようなレンズ構成で、実施例
５と同様の構成であるが第２群の非球面平凸レンズの屈
折率を低くしたものである。この実施例のω＝６０°の
時の歪曲収差は、−２４７％であり、実施例５よりも一
層歪曲収差が除去されている。これは屈折率を低（した
ことにより主光線のレンズへの入射角をより大きくする
必要があり、非球面を示す式におけるＸの値のより大き
な部分での屈折を使用することになり結果として像高が
高くなるからである。このようにフィールドレンズとし
ての作用を有するレンズを非球面レンズにした場合、そ
の屈折率を下げることによって大きな歪曲収差の補正が
可能になる。しかし非球面化の度合いの強い部分を使用
することになるので、像高の低い部分と高い部分で非点
収差の発生の度合いに大きな差が生じメリジオナル像面
が中間像高において正の側へふくらむ傾向が強くなる。

実施例７は、第７区に示すレンズ構成で、基本的には実
施例５とほぼ同しである。つまり第１群の凸面の球心付
近に絞りを配設し、第２群の凸面は双曲面ではなくて任
意の多項式で表わされるものであるが、有効径内での形
状は、はぼ双曲面に近く、光軸から離れるにしたがって
曲率が弱まるものである。それは実施例５．６のように
瞳の球面収差を全像高にわたって完全に除去しなくとも
よいからである。像高の低い部分に関しては、ある程度
瞳の球面収差を発生させても主光線の傾きはそれ程大き
くはならないので、第２群の非球面は厳密には光軸から
離れるにしたがって常に曲率が弱まる傾向にあるもので
なくともよく、像高が高い部分での主光線が非球面を通
過する光線高において曲率が確実に光軸上での曲率に対
して弱まっていれば十分である。

以上の実施例５乃至実施例７は、球面を有する第１群と
非球面を設けた第２群よりなりいずれも非点収差、コマ
収差の発生を抑えるために前記の条件（４）を満足して
いる。

実施例８乃至実施例１０は、夫々第８図乃至第１０図に
示す通りである。これら実施例は第２群の凸面に加えて
更に第１群の凸面にも非球面を用いたものである。これ
らの実施例も瞳の収差に主として影響を与えるものは、
第２群の凸面である。したがってこの面の形状は、光軸
から離れる部分でかつ実際に光線が通る部分が光軸上よ
りも曲率か弱くなっている。この第２群の非球面化によ
ってメリジオナル像面が正の側へふくらむ傾向を生ずる
。この傾向が強まると像高の高いところでメリジオナル
像面が急激に変化し好ましくない。そのため第１群の凸
面を非球面とすることによりこの傾向を補正するように
した。

非点収差に関する第２群の非球面の作用は像高が低い部
分では補正過剰の傾向にあり、像高が高い部分では補正
過剰の度合いは弱まっている。そのため中間像高におけ
るメリジオナル像面のふ（らみを抑えかつメリジオナル
像面全体を近軸像面に近づけるためには第１群において
像高の小さい部分では非点収差を補正不足気味にし、像
高の大きい部分で補正過剰気味になるようにすればよい
。第１群において絞りを凸面の球心から左右のどちらに
ずらしても像高の小さい部分での非点収差を補正不足の
傾向にすることが可能である。しかし非球面化によって
像高の高い部分で補正過剰の傾向を作り出す場合光軸か
ら離れた部分て曲率か弱くなるようにする必要がある。

そのため絞りを凸面の球心からずらす場合、凸面の曲率
をｒ３、平凸レンズの肉厚をｄ２とすると、ｄ２／１ｒ
３１〉１となる側へ絞りを移動するのが好ましい。この
ようにした上で凸面を光軸から離れた所で曲率が弱まる
非球面にすれば対物レンズ全体でメリジオナル像面のふ
くらみを抑えかつメリジオナル像面全体を近軸像面に近
づけることが可能になる。この場合第１群の非球面は、
光軸から離れるにしたがって常に曲率が弱まる傾向であ
る必要はなく、収差補正上の作用から考え中間像高の主
光線が通る部分では、逆に曲率が強まる非球面にし中間
像高における非点収差に対して補正不足の傾向をより強
めてもよい。ただし最大像高の主光線が通る部分では、
少なくとも曲率が光軸上よりも弱くなっていることが必
要である。

以上のように実施例８〜１０のような第２群に加えて第
１群にも非球面を用いた場合、前述のように条件（５）
を満足することが好ましく、上記実絶倒もこれを満足し
ている。

本発明対物レンズの第１群の平凸レンズの屈折率は、ペ
ッツバール和および第１群での球面収差、瞳の周辺を通
る軸外光線の収差等を考慮して１．６５以上であること
が望ましい。このことは、第１群が球面系であるか非球
面を用いるかには関係ない。

又実施例５〜１０のように第２群に非球面を用いる場合
、この非球面は、瞳の収差を最大像高まで十分に補正す
るためにその非球面化の度合いが十分大きいことが望ま
しい。十分大きな視野角を得るためには、第１群の主光
線の屈折力を考慮して第２群における仮想的な瞳の開口
数を少なくとも０．５程度は確保する必要がある。その
ため第２群の非球面形状は、非球面を表わす式のｙを面
のパワーで規格化した値ｙａ　（ｎ＜−１１／ｒ４°が
０．５のところで十分に非球面化されていればよい。尚
、＋は第２群の非球面の光軸上の換算曲率でｒ４１／　
Ｆ２Ｂ４＋Ｃ４）である。

又非球面化の度合いΔｘ４は次の式で定義されるもので
ある。

八Ｘ４　＝Ｘ４　　（ｙ２／ｒ４°２）／（１＋ｆｆ下
？に丁９）この△ｘ４を面のパワーで規格化した値Δｘ
ａ　（ｎ＋−１）／ｒ４′が、ｙ４（ｎ＋−１）／ｒ４
’＝　０．５の時に次の式を満足すればよい。

Δｘ（ｎ−１）／ｒ４°〈−０吋 上記の式で、符号が負になっているのは、Ｘの値が像の
方向を正にとっているためである。したがって上記式の
不等号は、非球面の度合いが強くなる方向であることを
示している。

以上のレンズ系中に非球面も用いた本発明対物レンズの
場合も、第２４図のように絞りと第１群の絞り側の面と
は離れてもよい。。この場合、ｄ２の値は、第１群の中
肉厚ではなく、絞りから第１群の像側を向いた凸面まで
距離をこの凸面を有するレンズの屈折率で換算した値に
すればよい。

［発明の効果］ 本発明の内視鏡対物レンズは、以上説明した構成にして
、視野角を広角化にしても主光線の傾きを小さく出来、
又瞳の収差と結像の収差をバランスよく補正し得るもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第１０図は夫々本発明の実施例１乃至実施例
１０の断面図、第１１図ない次第２０図は本発明の実施
例１乃至実施例１０の収差曲線図、第２１図、第２２図
は従来の内視鏡対物レンズの断面図、第２３図は出射主
光線傾角の曲線図、第２４図は本発明対物レンズで第１
群から絞りを離した例を示す図である。 出願人　オリンパス光学工業株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体側が順に第１群と第２群とからなり、前記第
   １群の最も像側の面と前記第２群の最も物体側の面とが
   共に正のパワーを持ち、又以下の条件を満足することを
   特徴とする内視鏡用対物レンズ。 （１）０．２１＜Ｌ／ｆ＜０．５
2. （２）０．９＜ｆ＿２／ｆ＿１＜３ ただし、Ｌは全系の前側焦点位置から絞りまでの空気換
   算長、ｆは全系の焦点距離、ｆ＿１は第１群の焦点距離
   、ｆ＿２は第２群の焦点距離である。 （２）絞りを挟んで物体側に平行平面板を、像側には物
   体側から順に第１群、第２群の二つのレンズ群を配置し
   、前記第１群の最も像側の面が正のパワーを有する球面
   であり、前記第２群の最も物体側の面が正のパワーを持
   ち光軸から離れるにつれて曲率が徐々に弱くなる部分を
   含んでいる非球面であることを特徴とする内視鏡用対物
   レンズ。
3. （３）物体側から順に第１群と第２群からなり、前記第
   １群の最も像側の面と前記第２群の最も物体側の面がい
   ずれも正のパワーを有し光軸から離れるにつれて曲率が
   徐々に弱くなる部分を含んでいる非球面であることを特
   徴とする内視鏡用対物レンズ。