JPH04242211A

JPH04242211A - 像伝達光学系

Info

Publication number: JPH04242211A
Application number: JP1493091A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Ono; 小野勝也
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-01-16
Filing date: 1991-01-16
Publication date: 1992-08-28
Anticipated expiration: 2015-12-11
Also published as: JP3117225B2

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

【特許請求の範囲】

【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。