JPH04242211A - 像伝達光学系 - Google Patents

像伝達光学系

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JPH04242211A
JPH04242211A JP1493091A JP1493091A JPH04242211A JP H04242211 A JPH04242211 A JP H04242211A JP 1493091 A JP1493091 A JP 1493091A JP 1493091 A JP1493091 A JP 1493091A JP H04242211 A JPH04242211 A JP H04242211A
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lens
optical system
rod
cemented
shaped
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、硬性内視鏡等の、対物
レンズで結像した像を少なくとも一回以上再結像させて
伝達する像伝達光学系に関するものである。
【0002】
【従来技術】硬性内視鏡等に用いられる像伝達光学系の
一つとして、二つの棒状接合レンズを一組とし、これを
複数組用いることにより像を伝達する光学系が特公昭4
9−5993号に記載されている。この光学系は、両凸
の棒状レンズ要素に薄肉のメニスカスレンズを接合した
棒状接合レンズを用いている。この光学系は、球面収差
と色収差が良好に補正されており、またコマ収差の発生
がほとんどない。又部品点数も、1回の伝達あたり2種
類の計4点であり少ない像伝達光学系である。
【0003】又西独特許公開第3709021A1号明
細書に記載されている像伝達光学系は、凸凹の棒状レン
ズ要素に光学的に薄肉の両凸レンズを接合した棒状接合
レンズを用いたものである。この光学系は接合面の向き
が特公昭49−5993号公報のものとは逆であるが、
この面の屈折力は同様に負であり、これら光学系の作用
効果は類似のものである。
【0004】像伝達光学系は、実像の結像系であること
と、瞳を伝送するためにほぼアフォーカル系であること
の二つの特徴を有している。
【0005】これらの特徴を満足するために、像伝達光
学系は、結像レンズとフィールドレンズとを必要とする
。これら結像レンズ,フィールドレンズのどちらも実像
の結像系であるため正の屈折力を有している。
【0006】前記の従来例では、像の近傍の正の屈折力
を有するレンズがフィールドレンズであり、瞳近傍の正
の屈折力を有するレンズが結像レンズに対応している。 そして負の屈折力を有する接合面が収差補正に寄与する
面である。
【0007】従来のレンズ系では、負の屈折力を有する
接合面を瞳位置の近傍に配置して、正の屈折力を有する
面とベンディングすることによって結像レンズの焦点距
離を一定に保ちながら球面収差を補正し、接合面の前後
のレンズのアッベ数を調整することにより色収差の補正
を行なっている。更に瞳が軸に対称形であるために非対
称のコマ収差もほとんど発生しない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来例は、非点
収差が全く補正されていない。そのため従来の内視鏡光
学系は、像伝達光学系の非点収差を対物レンズにより補
正していた。
【0009】しかし像伝達回数が増加すると非点収差が
大になりすぎて、対物レンズでの補正が困難になる。
【0010】また特開昭49−5993号公報の光学系
は、像とレンズ面が近接している。そのためにレンズ面
に付着したゴミが見えてしまう。この不具合を解消する
ために像とレンズ面とを離す工夫がなされているが、そ
の場合非点収差が更に増大し、これを対物レンズで逆補
正することが益々困難になる。
【0011】本発明は、部品点数の少ない単純な構成で
球面収差,色収差,コマ収差が補正されている従来の光
学系の利点を生かしかつ非点隔差が対物レンズにて逆補
正しやすい所望の値である像伝達光学系を提供すること
を目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の像伝達光学系は
、二つの棒状接合レンズよりなり、前記の棒状接合レン
ズが少なくとも二つの棒状レンズ要素よりなっている。
【0013】本発明は、光学系中の収差補正に寄与する
接合面の位置を選択することにより前述のような所望の
収差にするようにした。
【0014】像伝達光学系は、凸面で発生する球面収差
や非点隔差を補正するには、負の屈折力を持つ面が必要
である。そのうち球面収差を補正するためには前述の従
来例のように瞳近傍に負の屈折力を有する面を配置すれ
ばよい。一方非点隔差を補正するためには、軸外主光線
の光線高の高い位置つまり像に近い位置に負の屈折力を
有する面を配置する必要がある。
【0015】本発明では、結像レンズの凸面と負の屈折
力を持つ接合面のベンディングにより球面収差を補正し
つつ接合面を軸外主光線の光線高の比較的高い側つまり
像に近い側に配置することにより球面収差と非点収差と
を同時に補正するようにした。その場合球面収差と非点
隔差とが良好に補正されるには、接合面の位置が瞳に近
すぎず又像に近すぎないことが望ましく、棒状接合レン
ズの各要素の肉厚が十分な厚さであることつまり棒状レ
ンズであることが望ましい。
【0016】以上の理由から本発明は、前述のような構
成としたことを特徴とする。
【0017】又棒状接合レンズを用いた像伝達光学系は
、像を1回伝達する長さ(1リレー長)が一般にはレン
ズ外径の20倍程度である。そしてこの棒状接合レンズ
の各レンズ要素は、レンズ外径の2倍以上の肉厚である
ことが望ましい。
【0018】更に棒状接合レンズの両端の位置を決めれ
ば球面収差と非点収差との値を所望の値(例えば球面収
差0、非点隔差0)にする負の屈折力の接合面の位置が
一意的に決定され、各面の屈折力も決まる。
【0019】両収差を設計上都合の良い絶対量が小さく
て対物レンズによる逆補正の行ないやすい値にするには
、二つの棒状レンズ要素の肉厚d1,d2が下記の条件
を満足することが望ましい。
【0020】0.4 ≦d2/d1 ≦ 3.5上記の
式は、厳密には空気換算長にて定義されるべきである。 しかし像伝達光学系に要求される明るい光学系を得るた
めに各レンズ要素の屈折率をなるべく高くするという条
件と、製作上接合面の曲率を極端に小さく出来ない条件
とから二つの棒状レンズ要素の屈折率差は 0.02 
〜 0.2程度が望ましい。更に像伝達光学系における
空気の部分の間隔に対しガラスの部分の間隔が十分長い
ことを考慮すると上式の定義は十分適用し得る。
【0021】更に、非点隔差と球面収差をほぼ0に補正
した場合、接合面の位置が瞳より像に近づくとコマ収差
に若干の曲がりが生じる。この曲がりは、通常の光学系
では許容される程度であるが、像伝達光学系の場合、伝
達回数だけコマ収差が倍加される。
【0022】この曲がりを対物レンズにより逆補正する
ことが困難な場合、非点隔差をやや発生させてもコマ収
差の曲がりを少なくしておけばよい。そのためには、接
合面の位置を瞳側に近ずければよく、次の条件を満足す
ればコマ収差の曲がりは、ほとんど問題にならない。
【0023】d2/d1 ≦1 上記条件を満足する場合でも、各レンズ要素の厚さが十
分大であれば、非点隔差も従来例に比べて小さい。
【0024】本発明で用いるような棒状レンズ要素は、
一般に加工が困難であり、原価低減のため棒状レンズを
分割して加工した後接合してもよい。更に近年進歩して
きたプレス技術によりガラスやプラスチックのプレスレ
ンズを使用することも原価低減にとって望ましい。
【0025】本発明で用いる棒状接合レンズは、例えば
硬性内視鏡に使用する場合、レンズ外径とほぼ等しい内
径を持つパイプに棒状接合レンズと間隔管を交互に装入
する。そのため棒状接合レンズの芯は、棒状接合レンズ
外径に対しての偏芯が少ないことが要求される。したが
って棒状接合レンズは、接合後に芯取りを行なうことが
望ましい。
【0026】又プレスレンズを使用する場合、レンズ面
に非球面を使用すれば更に良好な収差補正が可能である
。例えば像側に近い面に非球面を使用すれば、非点収差
,球面収差を補正するとともにコマ収差の曲がりをなく
すことも可能である。
【0027】
【実施例】次に本発明の像伝達光学系の各実施例を示す
。実施例1     F/7.467   ,IH=1.0000 
 ,  倍率  −1.0000 r1 =10.64
03           d1 =13.9524 
  n1 =1.63980    ν1 =34.4
8 r2 =3.2237           d2
 =13.7976   n2 =1.56883  
  ν2 =56.34 r3 =−9.7246  
         d3 =2.0000r4 =9.
7246           d4 =13.797
6   n3 =1.56883    ν3 =56
.34 r5 =−3.2237          
 d5 =13.9524   n4 =1.6398
0    ν4 =34.48 r6 =−10.64
03         d2/d1 =0.99実施例2     F/6.703   ,IH=1.0000 
 ,  倍率  −1.0000 r1 =9.056
4           d1 =8.4433   
n1 =1.63980    ν1 =34.48 
r2 =2.9745           d2 =
16.3067   n2 =1.56883    
ν2 =56.34 r3 =−11.1315   
       d3 =2.0000r4 =11.1
315           d4 =16.3067
   n3 =1.56883    ν3 =56.
34 r5 =−2.9745           
d5 =8.4433   n4 =1.63980 
   ν4 =34.48 r6 =−9.0564          d2/d1 =1.93実施例3     F/6.566   ,IH=1.0000 
 ,  倍率  −1.0000 r1 =9.784
0           d1 =12.4200  
 n1 =1.63980    ν1 =34.48
 r2 =4.0000           d2 
=12.3300   n2 =1.56883   
 ν2 =56.34 r3 =−10.8320  
        d3 =2.0000r4 =10.
8320           d4 =12.330
0   n3 =1.56883    ν3 =56
.34 r5 =−4.0000          
 d5 =12.4200   n4 =1.6398
0    ν4 =34.48 r6 =−9.784
0          d2/d1 =0.99実施例4     F/6.550   ,IH=1.0000 
 ,  倍率  −1.0000 r1 =9.115
9           d1 =13.8248  
 n1 =1.58913    ν1 =60.97
 r2 =−2.7561           d2
 =10.9252   n2 =1.63980  
  ν2 =34.48 r3 =−11.8028 
         d3 =2.0000r4 =11
.8028           d4 =10.92
52   n3 =1.63980    ν3 =3
4.48 r5 =2.7561          
 d5 =13.8248   n4 =1.5891
3    ν4 =60.97 r6 =−9.115
9          d2/d1 =0.79実施例5     F/6.577   ,IH=1.0000 
 ,r1 =∞                d1
 =0.3000   n1 =1.51633   
 ν1 =64.15 r2 =∞         
    d2 =0.2000r3 =∞      
       d3 =0.2000   n2 =1
.78800    ν2 =47.38 r4 =0
.6020           d4 =0.250
0r5 =∞             d5 =1.
2312   n3 =1.78800   ν3 =
47.38 r6 =∞(絞り)        d6
 =2.6688    n4 =1.78800  
  ν4 =47.38 r7 =−1.9990  
         d7 =0.8300r8 =7.
3520          d8 =1.8000 
  n5 =1.62280    ν5 =57.0
6 r9 =−1.6080          d9
 =0.5000    n6 =1.84666  
  ν6 =23.78 r10=−3.7710  
        d10=1.3100r11=−1.
4230          d11=0.5100 
   n7 =1.72825    ν7 =28.
46 r12=∞             d12=
2.2600   n8 =1.78800    ν
8 =47.38 r13=−2.7420     
      d13=8.4700r14=9.784
0            d14=12.4200 
  n9 =1.63980    ν9 =34.4
8 r15=4.0000            d
15=12.3300   n10=1.56883 
   ν10=56.34 r16=−10.8320
         d16=2.0000r17=10
.8320          d17=12.330
0   n11=1.56883    ν11=56
.34 r18=−4.0000          
 d18=12.4200   n12=1.6398
0    ν12=34.48 r19=−9.784
0           d19=9.0000r20
=9.7840            d20=12
.4200   n13=1.63980    ν1
3=34.48 r21=4.0000       
     d21=12.3300   n14=1.
56883    ν14=56.34 r22=−1
0.8320         d22=2.0000
r23=10.8320          d23=
12.3300   n15=1.56883    
ν15=56.34 r24=−4.0000    
       d24=12.4200   n16=
1.63980    ν16=34.48 r25=
−9.7840           d25=9.0
000r26=9.7840            
d26=12.4200   n17=1.63980
    ν17=34.48 r27=4.0000 
           d27=12.3300   
n18=1.56883    ν18=56.34 
r28=−10.8320         d28=
2.0000r29=10.8320        
  d29=12.3300   n19=1.568
83    ν19=56.34 r30=−4.00
00           d30=12.4200 
  n20=1.63980    ν20=34.4
8 r31=−9.7840           d
31=9.0000r32=9.7840      
      d32=12.4200   n21=1
.63980    ν21=34.48 r33=4
.0000            d33=12.3
300   n22=1.56883    ν22=
56.34 r34=−10.8320       
  d34=2.0000r35=10.8320  
        d35=12.3300   n23
=1.56883    ν23=56.34 r36
=−4.0000           d36=12
.4200   n24=1.63980    ν2
4=34.48 r37=−9.7840      
     d37=9.0000r38=9.7840
            d38=12.4200  
 n25=1.63980    ν25=34.48
 r39=4.0000            d3
9=12.3300   n26=1.56883  
  ν26=56.34 r40=−10.8320 
        d40=2.0000r41=10.
8320          d41=12.3300
   n27=1.56883    ν27=56.
34 r42=−4.0000           
d42=12.4200   n28=1.63980
    ν28=34.48 r43=−9.7840
  実施例6     F/6.297   ,IH=1.0000 
 ,  倍率  −1.0000 r1 =10.00
88 (非球面)d1 =17.2977   n1 
=1.63980    ν1 =34.48 r2 
=5.5905           d2 =7.4
523   n2 =1.57135    ν2 =
52.92 r3 =−10.6967       
   d3 =2.0000r4 =10.6967 
          d4 =7.4523   n3
 =1.57135    ν3 =52.92 r5
 =−5.5905           d5 =1
7.2977   n4 =1.63980    ν
4 =34.48 r6 =−10.0088(非球面
) 非球面係数 (第1面)  P=1.0000  ,E=−0.55
339×10−3(第6面)  P=1.0000  
,E= 0.55339×10−3         
     d2/d1 =0.43ただしr1 ,r2
 ,・・・ は各面の曲率半径、d1 ,d2 ,・・
・ は面間隔、n1 ,n2 ,・・・ は各要素の屈
折率、ν1 ,ν2 ,・・・ は各要素のアッベ数で
ある。
【0028】実施例1は、図1に示す構成で、球面収差
と非点隔差とが良好に補正されている。
【0029】実施例2は、同様に図1に示す構成で、球
面収差と非点隔差とが良好に補正されかつ観察時にレン
ズ面に付着したゴミが見えにくくするために像とレンズ
面との間隔を1回の像伝達光学系長の7.5%の間隔に
してある。レンズ面に付着したゴミが見えないための条
件は、使用する光学系の明るさ(Fナンバー)や接眼レ
ンズの焦点距離により異なるが、像とレンズ面の間隔が
1回の像伝達光学系の全長の5%以上であればほとんど
問題がない。
【0030】またこの実施例は、像とレンズ面の間隔を
実施例1のそれより広くしたことにより第1面および第
6面で発生する非点収差が実施例1よりも増大するため
、負の屈折力を有する接合面の位置をやや像面に近い側
に配置されている。
【0031】この実施例は、ゴミが見えにくく、球面収
差,非点隔差のない像伝達光学系である。
【0032】実施例3は、図1に示す構成で、実施例2
と同じように像とレンズ面との間隔をゴミの見えない大
きさにしてある。
【0033】本発明の像伝達光学系は、前述のように構
成要素が少ないためにすべての収差を完全に補正するこ
とは極めて困難である。例えば実施例2においてもわず
かであるがコマ収差の曲がりが存在する。像伝達の回数
が増加するとコマ収差の曲がりはその回数倍だけ増加し
、コマ収差の曲がりによる解像力の低下が問題になるこ
とがある。このコマ収差の曲がりを小さくするため、負
の屈折力を持つ接合面の位置を像にあまり近づけずに非
点隔差をやや残しこれを対物レンズで逆補正することが
有効である。
【0034】以上の理由から像伝達回数の多い像伝達光
学系においては、実施例3に示すような非点隔差はやや
残っていてもコマ収差の曲がりのない光学系が望ましい
。実施例4は、図2に示すような構成で、接合面の向き
が実施例1〜3とは逆である。それは棒状接合レンズの
構成要素の像側と瞳側の屈折率の大小関係を実施例1〜
3とは逆にしたためで、接合面の屈折力が負であること
や収差への寄与は同じである。
【0035】尚以上の実施例1〜4は、いずれも棒状接
合レンズの凹面を持つ構成要素の分散を他の側の構成要
素の分散よりも大きくかつ両要素の分散を適切な値にす
ることによって色収差を良好に補正している。
【0036】実施例5は、図3に示すような対物レンズ
(r1 〜r13)に実施例3の像伝達光学系を5回用
い、像伝達光学系の残存収差を対物レンズで逆補正した
例で、接眼レンズは除いてある。
【0037】実施例6は、図1に示す構成で像に近い面
に非球面を用いた例である。それによって球面収差,非
点収差と共にコマ収差の曲がりを補正しており、非常に
解像力の高い像伝達光学系である。
【0038】上記非球面の形状は光軸方向をx軸、光軸
に垂直な方向をy軸とする時次の式で表わされる。
【0039】ただしrは非球面の光軸近傍での曲率半径
、Pは円錐定数、E,F,・・・ は非球面係数である
【0040】尚すべての実施例は、レンズの外径2.7
5mm,有効径2.55mmで規格化してある。
【0041】
【発明の効果】本発明の像伝達光学系は、部品点数が少
なく単純な構成でかつ球面収差と非点隔差が良好に補正
されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1〜3,6の断面図。
【図2】実施例4の断面図。
【図3】実施例5の断面図。
【図4】実施例1の収差曲線図。
【図5】実施例2の収差曲線図。
【図6】実施例3の収差曲線図。
【図7】実施例4の収差曲線図。
【図8】実施例5の収差曲線図。
【図9】実施例6の収差曲線図。
【図10】従来の像伝達光学系の断面図。
【図11】従来の像伝達光学系の断面図。
【図12】図10に示す従来例の収差曲線図。
【図13】図11に示す従来例の収差曲線図。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】二つの棒状接合レンズよりなる像伝達光学
    系において、棒状接合レンズが少なくとも二つの棒状レ
    ンズ要素よりなる像伝達光学系。
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