JPH06194571A - Objective lens of endoscope - Google Patents

Objective lens of endoscope

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JPH06194571A
JPH06194571A JP4357825A JP35782592A JPH06194571A JP H06194571 A JPH06194571 A JP H06194571A JP 4357825 A JP4357825 A JP 4357825A JP 35782592 A JP35782592 A JP 35782592A JP H06194571 A JPH06194571 A JP H06194571A
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JP
Japan
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lens
optical element
wavelength
diffractive optical
light
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Withdrawn
Application number
JP4357825A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsujiro Konno
光次郎 金野
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To eliminate chromatic aberrations, to decrease the number of lens elements and to reduce a cost by arranging a diffraction type optical element having a positive effect nearer the image side than a full-aperture diaphragm in a lens system. CONSTITUTION:The focal length of the diffraction type optical element of the objective lens of the endoscope applied to an extremely fine fiber scope to be mainly used for a blood vessel, etc., is about 10 times the focal length of ordinary lenses and, therefore, the overall length of the telecentric optical system in which the lens near the image plane is the diffraction type optical element increases too much. This objective lens is, thereupon, constituted, successively from the object side, the diffraction type optical element (provided on the image side surface of a parallel plane plate) having the diaphragm and the positive effect and the positive lens consisting of ordinary glass. The conditions of equation 1<fD/D<3 are satisfied when the focal length of the diffraction type optical element is defined as fD and the distance from the diaphragm to the optical element as D. The maintenance of the telecentric characteristic is difficult when the lower limit of the above-mentioned conditions is exceeded. The eclipse by the total reflection of the positive lens is of a problem when the upper limit is exceeded.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、人間の体腔内に挿入し
て診断を行なったり治療したりするために、又はパイプ
内に挿入しその内壁の腐食の状態等を検査するために用
いられる内視鏡の対物レンズに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used for inserting into a human body cavity for diagnosis and treatment, or for inserting into a pipe and inspecting the state of corrosion of its inner wall. The present invention relates to an objective lens of an endoscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の内視鏡の対物レンズは、図24に
示すようにレトロフォーカス型のレンズ構成のものが多
い。それは、像面にグラスファイバーを束ねたイメージ
ガイドファイバー束の端面を配置するか、CCDなどの
固体撮像素子等を配置したりするため、像面への入射角
が大きいとグラスファイバーで光の漏れを起こしたり、
モザイクフィルター方式の固体撮像素子で色シェーディ
ングを起こすため、対物レンズがテレセントリックな条
件を満足する必要があり、又内視鏡の操作性の点で広画
角な対物レンズが望まれるためである。このような、レ
トロフォーカス型の内視鏡対物レンズとして、例えば、
特開平2−74912号公報に記載されたレンズ系が知
られている。
2. Description of the Related Art Many conventional objective lenses for endoscopes have a retrofocus type lens structure as shown in FIG. This is because the end face of the image guide fiber bundle, which is a bundle of glass fibers, is placed on the image plane, or a solid-state image sensor such as a CCD is placed. Therefore, if the incident angle on the image plane is large, light will leak through the glass fibers. Or
This is because the solid-state imaging device of the mosaic filter type causes color shading, so that the objective lens needs to satisfy a telecentric condition, and an objective lens having a wide angle of view is desired from the viewpoint of operability of the endoscope. As such a retrofocus endoscope objective lens, for example,
A lens system described in JP-A-2-74912 is known.

【0003】このような従来の内視鏡対物レンズは、色
収差を補正するために接合レンズが用いられ、構成レン
ズ枚数が多くなる。
In such a conventional endoscope objective lens, a cemented lens is used to correct chromatic aberration, and the number of constituent lenses increases.

【0004】又近年回折現象を利用した回折型光学素子
即ちディフラクチブ オプティクス エレメンツ[Di
ffractive Optics Elements
(DOE)]が知られている。この回折型光学素子は、
次の通りの作用を有している。
In recent years, a diffractive optical element utilizing the diffraction phenomenon, that is, a diffractive optical element [Di
ffractive Optics Elements
(DOE)] is known. This diffractive optical element
It has the following actions.

【0005】通常の光学ガラスは、図26(A)におい
て次の式で表わされるスネルの法則に従って屈折する。
A normal optical glass refracts according to Snell's law represented by the following equation in FIG.

【0006】 nsin θ=n'sinθ' (1) ただし、nは入射側媒質の屈折率、n' は出射側媒質の
屈折率、θは光線の入射角、θ' は光線の出射角であ
る。
Nsin θ = n′sin θ ′ (1) where n is the refractive index of the incident side medium, n ′ is the refractive index of the exit side medium, θ is the incident angle of the light beam, and θ ′ is the outgoing angle of the light beam. .

【0007】一方、回折現象では、図26(B)のよう
に光は次の式で表わす回折の法則にしたがって屈折す
る。
On the other hand, in the diffraction phenomenon, light is refracted according to the law of diffraction represented by the following equation, as shown in FIG.

【0008】 nsin θ−n'sinθ' =mλ/d (2) ただしmは回折光の次数、λは波長、dは格子間隔であ
る。
Nsin θ−n′sin θ ′ = mλ / d (2) where m is the order of diffracted light, λ is the wavelength, and d is the lattice spacing.

【0009】上記の式(2)に従って光線を屈折させる
ようにした光学素子が回折型光学素子である。この式
(2)において、dを光線高により変化させ、一次光の
出射角θ' を光線高に応じて変化させて、一点に集光す
るようにすれば適当な焦点距離fを持つ回折型光学素子
(回折型レンズ)を作ることが出来る。しかしこのまま
では、一般的にフレネルゾーンプレートと呼ばれている
ものであって、格子状に遮蔽されていることと、一次以
外の次数の光が発生するためとにより光量の無駄が多
く、図27(A)に示すようなキノフォームと呼ばれる
断面形状が鋸状にしてある。これにより入射光はブレー
ズ化され、1次回折効率が100%になる。実際には、
完全な鋸状に加工することは難しく、図27(B)に示
すようにエッチングにより階段状にして近似させるが、
それでも回折効率がほぼ90%以上になる。
An optical element that refracts a light beam according to the above equation (2) is a diffractive optical element. In this equation (2), d is changed according to the ray height, the outgoing angle θ ′ of the primary light is changed according to the ray height, and the light is condensed at one point. An optical element (diffractive lens) can be made. However, as it is, it is generally called a Fresnel zone plate, and because it is shielded in a lattice shape and light of an order other than the first order is generated, a large amount of light is wasted. The cross-sectional shape called a kinoform as shown in (A) is serrated. As a result, the incident light is blazed and the first-order diffraction efficiency becomes 100%. actually,
It is difficult to process into a complete sawtooth shape, and as shown in FIG.
Even so, the diffraction efficiency is almost 90% or more.

【0010】次に上記のような回折型光学素子を使用す
ることによる効果について説明する。
Next, the effect of using the above-mentioned diffractive optical element will be described.

【0011】薄肉レンズの場合、次の式(3)に示す関
係が成立つ。
In the case of a thin lens, the relationship shown in the following equation (3) is established.

【0012】 1/f=(n−1)(1/r1 −1/r2 ) (3) ただし、fは焦点距離、r1 ,r2 は夫々入射面と出射
面の曲率半径、nはレンズの屈折率である。
1 / f = (n−1) (1 / r 1 −1 / r 2 ) (3) where f is the focal length, r 1 and r 2 are the radii of curvature of the entrance and exit surfaces, and n Is the refractive index of the lens.

【0013】上記式(3)の両辺を波長λにて微分する
と下記のように式(4)が求まる。
Differentiating both sides of the above equation (3) with respect to the wavelength λ yields the following equation (4).

【0014】 df/dλ=−f(dn/dλ)/(n−1) Δf=−f{Δn/(n−1)} (4) 回折型光学素子の場合、λf=C(一定)であるので、
f=C/λである。このf=C/λの両辺をλで微分す
ると次のようにして式(5)が得られる。
Df / dλ = −f (dn / dλ) / (n−1) Δf = −f {Δn / (n−1)} (4) In the case of a diffractive optical element, λf = C (constant). Because there is
f = C / λ. Differentiating both sides of this f = C / λ by λ yields equation (5) as follows.

【0015】 df/dλ=−C/λ2 =−f/λ Δf=−f(Δλ/λ) (5) Δn/(n−1)=νであるので、式(4)と(5)と
からν=λ/Δλである。したがって、回折型光学素子
のνd は下記の通りである。
Df / dλ = −C / λ 2 = −f / λ Δf = −f (Δλ / λ) (5) Since Δn / (n−1) = ν, equations (4) and (5) Therefore, ν = λ / Δλ. Therefore, v d of the diffractive optical element is as follows.

【0016】 νd =λd /(λF −λC )=−3.453 (6) このように回折型光学素子は、非常に大きな負の分散特
性を持つ。通常のガラスの分散特性は、約20〜100
であるので、通常のレンズと回折型光学素子とを組合わ
せることにより色収差の除去に大きな効果を発揮するこ
とが出来る。このような回折型光学素子の最も簡単な設
計法は、一般に使用されている自動設計プログラムのう
ち、HOE即ちホログラフィック オプティクス エレ
メンツ(Holographic Optics Elements )の設計が
できる機能を持つ自動設計プログラムを用いることであ
る。ここでウルトラ−ハイ インデックス レンズ(U
ltra−High Index Lens)と呼ばれ
るレンズを回折型光学素子と仮定することによって、通
常のレンズ自動設計プログラムを用いても設計すること
ができる。このことについては、SPIE 126巻4
6−53頁(1977年)に記載されている。この屈折
率nがn≫1であるようなウルトラ−ハイ インデック
ス レンズにおいては、次の式(7)で表わされる関係
が成立つ。
Ν d = λ d / (λ F −λ C ) = − 3.453 (6) As described above, the diffractive optical element has a very large negative dispersion characteristic. Normal glass has a dispersion property of about 20-100.
Therefore, by combining an ordinary lens and a diffractive optical element, a great effect can be exerted in removing chromatic aberration. The simplest design method of such a diffractive optical element is to use an automatic design program having a function of designing HOE, that is, Holographic Optics Elements, among the commonly used automatic design programs. Is. Ultra-high index lens (U
By assuming a lens called intra-High Index Lens) as a diffractive optical element, it can be designed even by using a normal lens automatic design program. In this regard, SPIE Vol. 126, 4
6-53 (1977). In the ultra-high index lens in which the refractive index n is n >> 1, the relationship expressed by the following equation (7) is established.

【0017】 (n−1)dz/dh=nsin θ−n'sinθ' (7) ただし、n' は出射側の媒質の屈折率、θ,θ' は光線
の入射角および出射角、nは回折型光学素子の基板の屈
折率、zはウルトラ−ハイ インデックスレンズの肉厚
である。
(N-1) dz / dh = nsin θ−n′sin θ ′ (7) where n ′ is the refractive index of the medium on the exit side, θ, θ ′ are the incident and exit angles of the light beam, and n is The refractive index of the substrate of the diffractive optical element, z is the wall thickness of the ultra-high index lens.

【0018】式(2)および(7)から次の式(8)が
求まる。
The following expression (8) is obtained from the expressions (2) and (7).

【0019】 (n−1)dz/dh=mλ/d (8) ウルトラ−ハイ インデックス レンズとして非球面を
定義したとすると、下記のように表わされる。 z=Cy2 /[1+(1−C2 Py21/2 ]+By2 +Ey4 +Fy6 +Gy8 +・・・・ (9) ただし、図28に示すようにzは光軸(像の方向を
正)、yは面とz軸との交点を原点としz軸に直交した
座標軸のうちメリジオナル方向の座標軸、Cは基準面の
曲率、Pは円錐定数でP=1−e2 (eは離心率)で与
えられる値、B,E,F,G,・・・は夫々2次,4
次,6次,8次,・・・の非球面係数である。尚図28
において、Oは物体、Iは像である。
(N-1) dz / dh = mλ / d (8) If an aspherical surface is defined as an ultra-high index lens, it is expressed as follows. z = Cy 2 / [1+ (1-C 2 Py 2 ) 1/2 ] + By 2 + Ey 4 + Fy 6 + Gy 8 + ... (9) However, as shown in FIG. 28, z is the optical axis (image Direction is positive), y is the coordinate axis in the meridional direction among the coordinate axes orthogonal to the z axis with the origin at the intersection of the surface and the z axis, C is the curvature of the reference surface, P is the conical constant P = 1-e 2 (e Is a value given by eccentricity), B, E, F, G, ... are secondary and 4 respectively.
It is an aspherical coefficient of the next order, the sixth order, the eighth order, .... Fig. 28
In, O is an object and I is an image.

【0020】式(8),(9)よりある光線高における
回折型光学素子のピッチdは、次の式(10)で表わさ
れる。 d=mλ/[(n−1){Ch/(1−C2 Ph21/2+2Bh+4Eh3 +6Fh5 +8Gh7 +・・・・}] (10) したがって、ウルトラ−ハイ インデックス レンズを
用いて設計を行なえば、そのレンズデーターと等価の回
折型レンズの面の形状を求めることが出来る。
From the expressions (8) and (9), the pitch d of the diffractive optical element at a certain ray height is expressed by the following expression (10). d = m [lambda / Hence [(n-1) {Ch / (1-C 2 Ph 2) 1/2 + 2Bh + 4Eh 3 + 6Fh 5 + 8Gh 7 + ····}] (10), Ultra - using high index lens By designing, the surface shape of the diffractive lens equivalent to the lens data can be obtained.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】前述の図24に示すよ
うな構成のレンズ系は、色収差を除去するために少なく
とも2枚のレンズからなる接合レンズを用いる必要があ
り、必然的にレンズ枚数が増えコスト高になる問題を有
していた。
In the lens system having the structure shown in FIG. 24 described above, it is necessary to use a cemented lens composed of at least two lenses in order to remove chromatic aberration. There was a problem that it increased and the cost increased.

【0022】本発明は、接合レンズの代りに回折型光学
素子を用いることによって、色収差を除去しかつレンズ
枚数を減らしコストを低下せしめた内視鏡対物レンズを
提供することにある。
It is an object of the present invention to provide an endoscope objective lens in which chromatic aberration is eliminated and the number of lenses is reduced to reduce the cost by using a diffractive optical element instead of the cemented lens.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明の内視鏡対物レン
ズは、レンズ系中に少なくとも開口絞りを含んでいて、
この絞りよりも像側に正の作用を持つ回折型光学素子を
配置したことを特徴としている。
The endoscope objective lens of the present invention includes at least an aperture stop in the lens system,
It is characterized in that a diffractive optical element having a positive action is arranged on the image side of this diaphragm.

【0024】又本発明の内視鏡対物レンズにおいて、絞
りより像側に更に正の屈折力を持つレンズ成分を配置す
ることにより一層良好なレンズ系となし得る。
Further, in the endoscope objective lens of the present invention, by disposing a lens component having a positive refractive power further on the image side than the diaphragm, a better lens system can be obtained.

【0025】更に本発明の内視鏡対物レンズにおいて、
絞りより物体側に負の屈折力を持つレンズ配分を配置す
ることも好ましい。
Further, in the endoscope objective lens of the present invention,
It is also preferable to arrange a lens distribution having a negative refractive power on the object side of the stop.

【0026】通常の内視鏡対物レンズは、ある程度のテ
レセントリック性(光線射出角が0°±10°以内であ
ることが好ましい)を確保するために、正レンズの前側
焦点位置付近に絞りが配置されることが最低限必要であ
る。しかし、このようなレンズ構成の場合、像面上で倍
率の色収差が−y方向に発生し、軸上色収差が−z方向
に発生する。
In a normal endoscope objective lens, in order to secure a certain degree of telecentricity (preferably the light exit angle is within 0 ° ± 10 °), a diaphragm is arranged near the front focal point of the positive lens. It is necessary to be done at least. However, in the case of such a lens configuration, lateral chromatic aberration occurs in the −y direction and axial chromatic aberration occurs in the −z direction on the image plane.

【0027】回折型光学素子は、負のアッベ数を持つウ
ルトラ−ハイ インデックス レンズと等価であり、正
の作用を持つ回折型光学素子を絞りよりも像側に配置す
れば、倍率の色収差および軸上色収差を良好に補正出来
る。
The diffractive optical element is equivalent to an ultra-high index lens having a negative Abbe number, and if a diffractive optical element having a positive action is arranged closer to the image side than the diaphragm, it will have chromatic aberration of magnification and axial power. Upper chromatic aberration can be corrected well.

【0028】また、通常の内視鏡対物レンズは、画角を
広くするために、絞りよりも物体側に負レンズを配置す
る。このように絞りより物体側に負レンズを配置すると
倍率の色収差は像面上で大きく−y方向に発生し、又軸
上の色収差は、この負レンズの作用と正レンズの作用と
でやや打ち消し合うが、−z方向に発生する。これら倍
率の色収差および軸上の色収差も、絞りよりも像側に配
置された正の作用を有する回折型光学素子により良好に
補正出来る。
Further, in a normal endoscope objective lens, a negative lens is arranged on the object side of the diaphragm in order to widen the angle of view. When the negative lens is arranged closer to the object side of the stop, the chromatic aberration of magnification is largely generated in the −y direction on the image plane, and the axial chromatic aberration is slightly canceled by the action of the negative lens and the action of the positive lens. It fits, but occurs in the -z direction. The chromatic aberration of these magnifications and the axial chromatic aberration can be satisfactorily corrected by the diffractive optical element having a positive action arranged on the image side of the diaphragm.

【0029】又ウルトラ−ハイ インデックス レンズ
により収差補正を行なう場合、下記の式(11)の密着
薄肉レンズの色消し条件について考える。 Σ 1/(fi νi)=0 (11) 通常のガラスのアッベ数とウルトラ−ハイ インデック
ス レンズのアッベ数とは、オーダーが1桁異なってい
るため、ウルトラ−ハイ インデックス レンズの焦点
距離は、他のガラスレンズの焦点距離にくらべてオーダ
ーを1桁異なるようにする必要がある。そのためにウル
トラ−ハイ インデックス レンズを用いて色収差を補
正するためには全系の焦点距離をf、ウルトラ−ハイ
インデックス レンズの焦点距離をfD とすると、次の
条件(12)を満足することが望ましい。 3f<fD <100f (12) 条件(12)の下限を越えると軸上色収差の補正が困難
になり、条件(12)の上限を越えると、通常のガラス
レンズ程度の補正能力しか持ち得ないため、回折型光学
素子を用いる意味がない。
When aberration correction is performed by the ultra-high index lens, the achromatic condition of the contact thin lens of the following formula (11) will be considered. Σ 1 / (f i ν i ) = 0 (11) Since the Abbe number of ordinary glass and the Abbe number of ultra-high index lenses are different by one order, the focal length of ultra-high index lenses is , It is necessary to make the order different by one digit compared with the focal length of other glass lenses. Therefore, in order to correct chromatic aberration using an ultra-high index lens, the focal length of the entire system is f, and the ultra-high index is
If the focal length of the index lens is f D , it is desirable to satisfy the following condition (12). 3f <f D <100f (12) When the lower limit of the condition (12) is exceeded, it becomes difficult to correct the axial chromatic aberration, and when the upper limit of the condition (12) is exceeded, the correction capability of a normal glass lens can only be obtained. Therefore, it is meaningless to use a diffractive optical element.

【0030】[0030]

【実施例】次に本発明の内視鏡用対物レンズの各実施例
を示す。以下述べる実施例1〜6は、図1〜図6に示す
構成で下記のデーターを有する。 実施例1 f=1 ,F/2.3 ,2ω=51.0°,IH=0.3952 r1 =∞(絞り) d1 = 1.2587 n1 =1.883 ν1 =40.78 r2 =3334.5350(非球面)d2 = 0(DOE) n2 =1001.42 ν2 =-3.45 r3 =∞ d3 = 0.3688 r4 =1.1245 d4 =1.7455 n3 =1.883 ν3 =40.78 r5 =∞ d5 =0.0376 n4 =1.56384 ν4 =60.69 r6 =∞ 非球面係数 P=1 ,B=0 ,E=-0.78889×10-4,F=0.99820 ×
10-4 G=-0.45346×10-3D =3.333 ,hM=0.225 ,hC=0.296 ,fD /D=
2.648 E1 =1.3 ,E2 =1.7 ,E2 /E1 =1.31,fD /f
=3.333 1−D2 (f1 −D1 )/f11 =0.818 hC /hM・FNO・ IH=0.782
EXAMPLE Examples of the endoscope objective lens of the present invention will be described below. Examples 1 to 6 described below have the following data with the configuration shown in FIGS. Example 1 f = 1, F / 2.3, 2ω = 51.0 °, IH = 0.3952 r 1 = ∞ (aperture) d 1 = 1.2587 n 1 = 1.883 ν 1 = 40.78 r 2 = 3334.5350 (aspherical surface) d 2 = 0 (DOE) n 2 = 1001.42 ν 2 = -3.45 r 3 = ∞ d 3 = 0.3688 r 4 = 1.1245 d 4 = 1.7455 n 3 = 1.883 ν 3 = 40.78 r 5 = ∞ d 5 = 0.0376 n 4 = 1.56384 ν 4 = 60.69 r 6 = ∞ aspherical surface coefficient P = 1, B = 0, E = -0.78889 × 10 -4 , F = 0.99820 ×
10 -4 G = -0.45346 × 10 -3 f D = 3.333, h M = 0.225, h C = 0.296, f D / D =
2.648 E 1 = 1.3, E 2 = 1.7, E 2 / E 1 = 1.31, f D / f
= 3.333 1-D 2 (f 1 -D 1 ) / f 1 D 1 = 0.818 h C / h M · F NO · IH = 0.782

【0031】実施例2 f=1 ,F/6.2 ,2ω=102.68°,IH=0.815 r1 =∞ d1 =0.4782 n1 =1.883 ν1 =40.78 r2 =0.7562 d2 =0.5002 r3 =∞ d3 =0.6173 n2 =1.52287 ν2 =57.89 r4 =∞ d4 =0.3086 r5 =∞ d5 =0.9568 n3 =1.52 ν3 =74.0 r6 =∞(絞り) d6 =0.29 r7 =1.6192 d7 =0.8403 n4 =1.883 ν4 =40.78 r8 =∞ d8 =0(DOE)n5 =1001.42 ν5 =-3.45 r9 =-40.9515(非球面)d9 =2.3704 r10=∞ d10=1.5432 n6 =1.51633 ν6 =64.15 r11=∞ 非球面係数 P=1 ,B=0.12168 ×10-1,E=0.17450 ×10-4 F=0.13663 ×10-2 G=-0.41386×10-2D =12.020,hM=0.286 ,hC=0.17,|f1 |/D
=0.401 hC /hM・FNO・ IH=0.127 ,fD /f2 =7.31
Example 2 f = 1, F / 6.2, 2ω = 102.68 °, IH = 0.815 r 1 = ∞ d 1 = 0.4782 n 1 = 1.883 ν 1 = 40.78 r 2 = 0.7562 d 2 = 0.5002 r 3 = ∞ d 3 = 0.6173 n 2 = 1.52287 ν 2 = 57.89 r 4 = ∞ d 4 = 0.3086 r 5 = ∞ d 5 = 0.9568 n 3 = 1.52 ν 3 = 74.0 r 6 = ∞ ( stop) d 6 = 0.29 r 7 = 1.6192 d 7 = 0.8403 n 4 = 1.883 ν 4 = 40.78 r 8 = ∞ d 8 = 0 (DOE) n 5 = 1001.42 ν 5 = -3.45 r 9 = -40.9515 ( aspherical) d 9 = 2.3704 r 10 = ∞ d 10 = 1.5432 n 6 = 1.51633 ν 6 = 64.15 r 11 = ∞ aspherical coefficient P = 1, B = 0.12168 × 10 -1 , E = 0.17450 × 10 -4 F = 0.13663 × 10 -2 G = -0.41386 × 10 -2 f D = 12.020, h M = 0.286, h C = 0.17, | f 1 | / D
= 0.401 h C / h M · F NO · IH = 0.127, f D / f 2 = 7.31

【0032】実施例3 f=1 ,F/2.8 ,2ω=91.5°,IH=0.759 r1 =∞ d1 =0.3408 n1 =1.45875 ν1 =67.80 r2 =0.5414 d2 =0.8676 r3 =∞(絞り) d3 =0.0077 r4 =6.9149 d4 =0.8154 n2 =1.45875 ν2 =67.80 r5 =-0.9261 d5 =0 r6 =2.4647 d6 =0.5061 n3 =1.45875 ν3 =67.80 r7 =-1985.943(非球面)d7 =0(DOE)n4 =1001.42 ν4 =-3.45 r8 =∞ d8 =1.4819 r9 =2.6822 d9 =0.8807 n5 =1.45875 ν5 =67.80 r10=∞ 非球面係数 P=1 ,B=0.29699 ×10-3,E=-0.52072×10-4 F=0.43806 ×10-4 G=-0.44209×10-4 H=-0.33752×10-4 I=-0.23462×10-5D =11.052,hM=0.35,hC=0.338 ,|f1 |/D
=1.36 fD /f2 =8.696 ,hC /hM・FNO・ IH=0.46
Example 3 f = 1, F / 2.8, 2ω = 91.5 °, IH = 0.759 r 1 = ∞ d 1 = 0.3408 n 1 = 1.45875 ν 1 = 67.80 r 2 = 0.5414 d 2 = 0.8676 r 3 = ∞ (stop) d 3 = 0.0077 r 4 = 6.9149 d 4 = 0.8154 n 2 = 1.45875 ν 2 = 67.80 r 5 = -0.9261 d 5 = 0 r 6 = 2.4647 d 6 = 0.5061 n 3 = 1.45875 ν 3 = 67.80 r 7 = -1985.943 (aspherical) d 7 = 0 (DOE) n 4 = 1001.42 ν 4 = -3.45 r 8 = ∞ d 8 = 1.4819 r 9 = 2.6822 d 9 = 0.8807 n 5 = 1.45875 ν 5 = 67.80 r 10 = ∞ Aspherical coefficient P = 1, B = 0.29699 × 10 -3 , E = -0.52072 × 10 -4 F = 0.43806 × 10 -4 G = -0.44209 × 10 -4 H = -0.33752 × 10 -4 I =- 0.23462 × 10 −5 f D = 11.052, h M = 0.35, h C = 0.338, | f 1 | / D
= 1.36 f D / f 2 = 8.696, h C / h M · F NO · IH = 0.46

【0033】実施例4 f=1 ,F/4.47,2ω=93.4°,IH=0.740 r1 =∞ d1 =0.3324 n1 =1.45875 ν1 =67.80 r2 =0.5905 d2 =0.9516 r3 =∞(絞り) d3 =0.7953 n2 =1.45875 ν2 =67.80 r4 =-1.112 d4 =0 r5 =2.5939 d5 =0.4936 n3 =1.45875 ν3 =67.80 r6 =-2474.5145(非球面)d6 =0(DOE)n4 =1001.42 ν4 =-3.45 r7 =∞ d7 =1.3592 r8 =1.6118 d8 =1.6794 n5 =1.45875 ν5 =67.80 r9 =∞ 非球面係数 P=1 ,B=0.25386 ×10-3,E=-0.54928×10-4 F=0.80482 ×10-4 G=-0.3876 ×10-4 H=-0.42264×10-4 I=-0.30885×10-5D =9.649 ,hM=0.229 ,hC=0.342 ,|f1 |/
D=1.35 fD /f2 =6.5 ,hC /hM・FNO・ IH=0.45
Example 4 f = 1, F / 4.47, 2ω = 93.4 °, IH = 0.740 r 1 = ∞ d 1 = 0.3324 n 1 = 1.45875 ν 1 = 67.80 r 2 = 0.5905 d 2 = 0.9516 r 3 = ∞ (Aperture) d 3 = 0.7953 n 2 = 1.45875 ν 2 = 67.80 r 4 = 1.112 d 4 = 0 r 5 = 2.5939 d 5 = 0.4936 n 3 = 1.45875 ν 3 = 67.80 r 6 = -2474.5145 (aspherical surface) d 6 = 0 (DOE) n 4 = 1001.42 ν 4 = -3.45 r 7 = ∞ d 7 = 1.3592 r 8 = 1.6118 d 8 = 1.6794 n 5 = 1.45875 ν 5 = 67.80 r 9 = ∞ aspherical coefficients P = 1, B = 0.25386 × 10 -3 , E = -0.54928 × 10 -4 F = 0.80482 × 10 -4 G = -0.3876 × 10 -4 H = -0.42264 × 10 -4 I = -0.30885 × 10 -5 f D = 9.649, h M = 0.229, h C = 0.342, | f 1 | /
D = 1.35 f D / f 2 = 6.5, h C / h M · F NO · IH = 0.45

【0034】実施例5 f=1 ,F/2.44,2ω=110.0 °,IH=0.829 r1 =∞ d1 =0.372 n1 =1.45875 ν1 =67.80 r2 =0.6033 d2 =0.9735 r3 =∞(絞り) d3 =0.0076 r4 =-8.9636 d4 =0.8902 n2 =1.45875 ν2 =67.80 r5 =-1.0299 d5 =0 r6 =2.4339 d6 =0.4481 n3 =1.45875 ν3 =67.80 r7 =1700.1112 (非球面)d7 =0(DOE)n4 =1001.42 ν4 =-3.45 r8 =∞ d8 =1.2456 r9 =1.7524 d9 =1.9166 n5 =1.45875 ν5 =67.80 r10=∞ 非球面係数 P=1 ,B=-0.27291×10-3,E=-0.40356×10-4 F=0.38175 ×10-4 G=-0.15833×10-4 H=-0.63409×10-5 I=0.40434 ×10-11D =23.59 ,hM=0.437 ,hC=0.407 ,|f1 |/
D=1.351 fD /f2 =15.1,hC /hM・FNO・ IH=0.46
Example 5 f = 1, F / 2.44, 2ω = 110.0 °, IH = 0.829 r 1 = ∞ d 1 = 0.372 n 1 = 1.45875 ν 1 = 67.80 r 2 = 0.6033 d 2 = 0.9735 r 3 = ∞ (stop) d 3 = 0.0076 r 4 = -8.9636 d 4 = 0.8902 n 2 = 1.45875 ν 2 = 67.80 r 5 = -1.0299 d 5 = 0 r 6 = 2.4339 d 6 = 0.4481 n 3 = 1.45875 ν 3 = 67.80 r 7 = 1700.1112 (aspherical) d 7 = 0 (DOE) n 4 = 1001.42 ν 4 = -3.45 r 8 = ∞ d 8 = 1.2456 r 9 = 1.7524 d 9 = 1.9166 n 5 = 1.45875 ν 5 = 67.80 r 10 = ∞ Aspherical coefficient P = 1, B = -0.27291 × 10 -3 , E = -0.40356 × 10 -4 F = 0.38175 × 10 -4 G = -0.15833 × 10 -4 H = -0.63409 × 10 -5 I = 0.40434 × 10 -11 f D = 23.59, h M = 0.437, h C = 0.407, | f 1 | /
D = 1.351 f D / f 2 = 15.1, h C / h M · F NO · IH = 0.46

【0035】実施例6 f=1 ,F/2.45,2ω=102.6 °,IH=0.785 r1 =∞ d1 =0.3526 n1 =1.45875 ν1 =67.80 r2 =0.6062 d2 =0.8780 r3 =∞(絞り) d3 =0.006 r4 =-10.2198 d4 =0.8436 n2 =1.45875 ν2 =67.80 r5 =-0.9714 d5 =0.3949 r6 =2.3065 d6 =0.4174 n3 =1.45875 ν3 =67.80 r7 =1087.3734 (非球面)d7 =0(DOE)n4 =1001.42 ν4 =-3.45 r8 =∞ d8 =1.0845 r9 =1.6606 d9 =1.7852 n5 =1.45875 ν5 =67.80 r10=∞ 非球面係数 P=1 ,B=-0.43907×10-3,E=-0.35378×10-4 F=0.28031 ×10-4 G=-0.12212×10-4D =24.083,hM=0.395 ,hC=0.519 ,|f1 |/
D=1.321 fD /f2 =15.35 ,hC /hM・FNO・ IH=0.684 ただしr1 ,r2 ,・・・ はレンズ各面の曲率半径、d
1 ,d2 ,・・・ は面間隔、n1 ,n2 ,・・・ は屈折率、
ν1 ,ν2 ,・・・ はアッベ数、FNoはFナンババー、I
Hは像高、hM ,hC は夫々軸上マージナル光線及び軸
外主光線高である。
Example 6 f = 1, F / 2.45, 2ω = 102.6 °, IH = 0.785 r 1 = ∞ d 1 = 0.3526 n 1 = 1.45875 ν 1 = 67.80 r 2 = 0.6062 d 2 = 0.8780 r 3 = ∞ (Aperture) d 3 = 0.006 r 4 = -10.2198 d 4 = 0.8436 n 2 = 1.45875 ν 2 = 67.80 r 5 = -0.9714 d 5 = 0.3949 r 6 = 2.3065 d 6 = 0.4174 n 3 = 1.45875 ν 3 = 67.80 r 7 = 1087.3734 (aspherical) d 7 = 0 (DOE) n 4 = 1001.42 ν 4 = -3.45 r 8 = ∞ d 8 = 1.0845 r 9 = 1.6606 d 9 = 1.7852 n 5 = 1.45875 ν 5 = 67.80 r 10 = ∞ Aspherical coefficient P = 1, B = -0.43907 × 10 -3 , E = -0.35378 × 10 -4 F = 0.28031 × 10 -4 G = -0.12212 × 10 -4 f D = 24.083, h M = 0.395, h C = 0.519, | f 1 | /
D = 1.321 f D / f 2 = 15.35, h C / h M · F NO · IH = 0.684 where r 1 , r 2 , ... Are the radii of curvature of each lens surface, d
1 , d 2 , ... Are surface spacings, n 1 , n 2 , ... Are refractive indices,
ν 1 , ν 2 , ... Are Abbe numbers, F No is F number bar, I
H is the image height, and h M and h C are the axial marginal ray and the off-axis chief ray height, respectively.

【0036】実施例1は、図1に示す構成で主に血管等
に用いられる極細のファイバースコープに適用した内視
鏡対物レンズである。ここで回折型光学素子の焦点距離
は、通常のレンズに比べて約10倍であるので、像面近
くのレンズが回折型光学素子であるテレセントリックな
光学系は、全長が大きくなりすぎる。この実施例1は、
物体側より順に、絞りと正の作用を持つ回折型光学素子
(平行平面板の像側の面に設けられている)と、通常の
ガラスよりなる正レンズとより構成されている。又回折
型光学素子の焦点距離をfD 、絞りから前記光学素子ま
での距離をDとする時、次の条件を満足する。
Example 1 is an endoscope objective lens having a configuration shown in FIG. 1 and applied to an ultrafine fiber scope mainly used for blood vessels and the like. Here, the focal length of the diffractive optical element is about 10 times that of an ordinary lens, so that the total length of the telecentric optical system in which the lens near the image plane is the diffractive optical element becomes too large. This Example 1 is
In order from the object side, a stop, a diffractive optical element having a positive action (provided on the image-side surface of a plane-parallel plate), and a positive lens made of normal glass are used. When the focal length of the diffractive optical element is f D and the distance from the diaphragm to the optical element is D, the following conditions are satisfied.

【0037】 1<fD /D<3 (13) この条件の下限を越えるとテレセントリック性を維持す
ることが困難になる。又上限を越えると前記の正レンズ
の全反射によるけられが問題になる。ウルトラ−ハイ
インデックス レンズは、屈折率が非常に大であるた
め、ペッツバール和が小さく、図25に示すような従来
の血管用内視鏡対物レンズより像面湾曲が良く補正され
ている。
1 <f D / D <3 (13) If the lower limit of this condition is exceeded, it becomes difficult to maintain telecentricity. If the upper limit is exceeded, the problem of vignetting due to the total reflection of the positive lens becomes a problem. Ultra-high
Since the index lens has a very high refractive index, it has a small Petzval sum, and its field curvature is better corrected than that of a conventional blood vessel endoscope objective lens as shown in FIG.

【0038】又主光線より上側の光線がレンズ外径によ
りけられないための条件は、図14における近軸計算に
より求められる。第1のレンズL1 において、ニュート
ンの公式より次の関係が成立つ。
The condition for the rays above the principal ray to be unobscured by the lens outer diameter is obtained by paraxial calculation in FIG. In the first lens L 1 , the following relation holds based on Newton's formula.

【0039】 (z’ −f1 )(f1 −D1 )=−f1 2 (14) 又第2レンズL2 に入射する光線の光線高をh2 、第1
レンズL1 に入射する光線高をh1 とすると、次の関係
が成立つ。
(Z′−f 1 ) (f 1 −D 1 ) = − f 1 2 (14) Further, the ray height of the light ray incident on the second lens L 2 is h 2 , the first
If the height of the light ray incident on the lens L 1 is h 1 , the following relationship holds.

【0040】 h2 /h1 =1−D2 (f1 −D1 )/(f1・D1) (15) したがって、第1レンズL1 の外径E1 と第2レンズL
2 の外径をE2 とすると、主光線より上側の光線が外径
によりけられないための条件は下記の通りである。
[0040] h 2 / h 1 = 1- D 2 (f 1 -D 1) / (f 1 · D 1) (15) Thus, the outer diameter E 1 of the first lens L 1 second lens L
Letting E 2 be the outer diameter of 2 , the conditions under which the rays above the chief ray cannot be deflected by the outer diameter are as follows.

【0041】 E2 /E1 ≧1−D2 (f1 −D1 )/(f1・D1) (16) また図15(D)に示すように、絞りを有してはいない
が、面取り部分が機能上絞りの役割をはたすものも本実
施例と同等の効果を有していることは言うまでもない。
E 2 / E 1 ≧ 1−D 2 (f 1 −D 1 ) / (f 1 · D 1 ) (16) Further, as shown in FIG. Needless to say, the chamfered portion having the function of a diaphragm also has the same effect as that of this embodiment.

【0042】実施例2は、図2に示す通りの構成で主と
してビデオ内視鏡に用いられる対物レンズである。この
実施例は、絞りより像側の正レンズの像側の面に回折型
光学素子を設けている。又この実施例2の対物レンズ
は、若干テレセントリック性が崩れているが、面順方式
の固体撮像素子を用いれば色シェーディングも発生する
ことなく使用し得る。また図2において第2の平行平面
板F2 は、白板ガラスにYAGカットコーティングを行
なったYAGカットフィルターであり、第3の平行平面
板F3 は、赤外光を除去する赤外カットフィルターであ
る。一般に内視鏡では、YAGカットフィルターを撮像
光路中に配置するが、CCDなどの固体撮像素子の受光
部以外の金属面により反射した光がYAGカットフィル
ターで再反射しゴーストの原因になる。
The second embodiment has an arrangement as shown in FIG. 2 and is an objective lens mainly used for a video endoscope. In this embodiment, a diffractive optical element is provided on the image side surface of the positive lens which is closer to the image side than the diaphragm. Although the objective lens of Example 2 has a slightly deteriorated telecentricity, it can be used without causing color shading if a plane-sequential solid-state image sensor is used. Further, in FIG. 2, the second plane-parallel plate F 2 is a YAG cut filter in which YAG cut coating is applied to the white plate glass, and the third plane-parallel plate F 3 is an infrared cut filter for removing infrared light. is there. Generally, in an endoscope, a YAG cut filter is arranged in the image pickup optical path, but light reflected by a metal surface other than the light receiving portion of a solid-state image pickup device such as a CCD is reflected again by the YAG cut filter and causes a ghost.

【0043】本発明では、CCDとYAGカットフィル
ターとの間に赤外カットフィルターを配置することによ
りゴースト光の強度を減少させている。
In the present invention, the intensity of the ghost light is reduced by disposing the infrared cut filter between the CCD and the YAG cut filter.

【0044】実施例2は、絞りを挟んで負レンズと正レ
ンズとを組合わせて色収差以外の収差を除去している。
まず球面収差は、第1負レンズの像側の面で発生する正
の収差を第4正レンズの物体側の面で発生する負の収差
が打消している。又コマ収差は、第1正レンズの像側の
面で発生する正の下側従属光線のコマ収差をウルトラー
ハイ インデックス レンズで発生する負の収差で打ち
消している。又ウルトラーハイ インデックス レンズ
は、屈折率が非常に大であり、ペッツバール和がほとん
ど0である。
In the second embodiment, aberrations other than chromatic aberration are removed by combining a negative lens and a positive lens with a diaphragm interposed therebetween.
First, as for the spherical aberration, the positive aberration generated on the image side surface of the first negative lens is canceled by the negative aberration generated on the object side surface of the fourth positive lens. The coma aberration cancels out the coma aberration of the positive lower dependent light beam generated on the image side surface of the first positive lens by the negative aberration generated by the ultra high index lens. The ultra-high index lens has a very high refractive index and the Petzval sum is almost zero.

【0045】又軸上色収差は、負レンズと正レンズとで
ある程度打ち消しあっているため、全体としてやや過剰
補正ぎみであるが、倍率の色収差は非常に良く補正され
ている。また第4正レンズは、物体側の面が凸面の凸平
レンズであるが、このような構成にした場合、コマ収差
を補正する上で有利であり、かつ式(10)にしたがっ
て回折型光学素子の加工を平面に行なった場合、平行光
に近い光を回折面に入射させることが出来るため、回折
効率が劣化することがないので望ましい。
The axial chromatic aberration is slightly overcorrected as a whole because the negative lens and the positive lens cancel each other to some extent, but the chromatic aberration of magnification is corrected very well. Further, the fourth positive lens is a convex plano lens having a convex surface on the object side. However, in the case of such a configuration, it is advantageous in correcting coma aberration, and according to the expression (10), the diffractive optical element is used. When the element is processed on a flat surface, light close to parallel light can be made incident on the diffractive surface, so that the diffraction efficiency is not deteriorated, which is desirable.

【0046】回折型光学素子の配置は、通常のガラスに
近接していればよく、例えば図15(A)のように凸平
レンズLの平面部に回折型光学素子(DOE)を直接加
工すればよい。又図15(B)のようにプラスチックや
ガラス等の素材でプレス加工した回折型光学素子(DO
E)を、凸平レンズの平面に貼り付けたり、機械的につ
きあててもよい。また図15(C)のようにプラスチッ
クやガラス等の素材でプレス加工した回折型光学素子
(DOE)をフレアー絞りを兼ねたスペーサーSを介し
て配置してもよい。
The diffractive optical element may be arranged in the vicinity of ordinary glass. For example, as shown in FIG. 15 (A), the diffractive optical element (DOE) may be directly processed on the plane portion of the convex plano lens L. Good. Further, as shown in FIG. 15B, a diffractive optical element (DO
E) may be attached to the plane of the convex plano lens or may be mechanically applied thereto. Further, as shown in FIG. 15C, a diffractive optical element (DOE) pressed with a material such as plastic or glass may be arranged via a spacer S also serving as a flare stop.

【0047】実施例2〜6では、広角化をはかるため
に、絞りと第1負レンズとの間隔Dに条件をつけてい
る。
In Embodiments 2 to 6, the distance D between the diaphragm and the first negative lens is conditioned in order to widen the angle.

【0048】 0.2<|f1 |/D<3.2 (17) ただし、f1 は第1負レンズの焦点距離である。又全系
の焦点距離を1に規格化している。
0.2 <| f 1 | / D <3.2 (17) where f 1 is the focal length of the first negative lens. Also, the focal length of all systems is standardized to 1.

【0049】絞りと第1負レンズとの間隔Dをせばめな
がら広角化をはかると、第4正レンズのパワーが強くな
り、上側従属光線のコマ収差が強く負側に発生し、回折
型光学素子による補正が困難になる。このような現象が
生じないためには、上記の条件(17)を満足すること
が望ましい。この条件で下限を越えると、前記のように
収差を良好に補正することが出来ず、又上限を越えると
第1負レンズによるけられが発生してしまう。更にこの
ような構成にすることによって、実施例2のようにYA
Gカットフィルターと赤外カットフィルターを無理なく
配置出来るので好ましい。
If the wide angle is achieved while the distance D between the stop and the first negative lens is narrowed, the power of the fourth positive lens becomes strong, the coma aberration of the upper dependent ray is strongly generated in the negative side, and the diffractive optical element is produced. Correction becomes difficult. In order to prevent such a phenomenon, it is desirable to satisfy the above condition (17). If the lower limit of this condition is exceeded, it will not be possible to satisfactorily correct aberrations as described above, and if the upper limit is exceeded, the first negative lens will cause eclipse. Further, with such a structure, the YA as in the second embodiment is obtained.
It is preferable because the G cut filter and the infrared cut filter can be arranged without difficulty.

【0050】実施例3〜6は、絞りより物体側の負の第
1レンズ群と絞りより像側の正の第2レンズ群よりな
り、第2レンズ群の2番目のレンズである第3正レンズ
の像側に回折型光学素子が設けられている。これら実施
例は、原子力発電所などで使用される耐放射線仕様の内
視鏡対物レンズである。通常の硝材を使用した内視鏡対
物レンズは、放射線により硝材が変色し観察不可能にな
り、そのため、放射線による変色を起こさない硝材であ
る石英のみを使用している。このように単一の硝材での
み光学系を構成したため、色収差が大きく発生するが、
この色収差を回折型光学素子を用いて除去している。色
収差を除去するために、ウルトラ−ハイインデックス
レンズを用いる場合、その配置位置を適切な位置にしな
ければならない。物体側より、負レンズ、絞り、正レン
ズにて構成される光学系の場合、第1負レンズと絞りと
の間に回折型光学素子を配置すると、軸上色収差と倍率
の色収差とで補正の方向がまったく逆になり、そのため
これら色収差が同時にほぼ零になるように補正すること
は難しい。これら色収差が同時にほぼ零になるようにす
るためには、回折型光学素子を、絞りと第2正レンズと
の間に配置するのが望ましい。この場合も、軸上色収差
と倍率の色収差のウエイト付けが必要である。つまり回
折型光学素子以外のレンズの硝材や構成によって、倍率
の色収差と軸上色収差の発生量が変わるので、ウルトラ
−ハイ インデックス レンズの面における軸外主光線
高hC とマージナル光線高hM の値が適当な条件を満足
するような位置にこの回折型光学素子を配置することが
望ましく、実施例1〜6の場合、下記の条件を満足する
ことが好ましく、これによって軸上色収差と倍率の色収
差を同時にほぼ零にすることが出来る。
Embodiments 3 to 6 are each composed of a negative first lens group on the object side of the stop and a positive second lens group on the image side of the stop, and a third positive lens which is the second lens of the second lens group. A diffractive optical element is provided on the image side of the lens. These examples are radiation objective endoscope objective lenses used in nuclear power plants and the like. An endoscope objective lens using a normal glass material uses only quartz, which is a glass material that does not discolor due to radiation, because the glass material is discolored by radiation and becomes unobservable. Since the optical system is composed of only a single glass material in this way, large chromatic aberration occurs,
This chromatic aberration is removed using a diffractive optical element. Ultra-high index to eliminate chromatic aberration
When using a lens, its placement position must be an appropriate position. In the case of an optical system composed of a negative lens, a diaphragm, and a positive lens from the object side, if a diffractive optical element is arranged between the first negative lens and the diaphragm, the axial chromatic aberration and the chromatic aberration of magnification can be corrected. The directions are completely opposite, so it is difficult to correct these chromatic aberrations to almost zero at the same time. In order to make these chromatic aberrations almost zero at the same time, it is desirable to dispose the diffractive optical element between the diaphragm and the second positive lens. Also in this case, it is necessary to weight the axial chromatic aberration and the chromatic aberration of magnification. That the glass material and structure of the lens other than the diffractive optical element, since the generation amount of chromatic aberration of magnification and axial chromatic aberration is changed, ultra - high index lens of off-axis principal ray height h C and the marginal ray height h M in the plane of the It is desirable to dispose this diffractive optical element at a position where the value satisfies an appropriate condition, and in the case of Examples 1 to 6, it is preferable to satisfy the following condition, whereby the axial chromatic aberration and the magnification are reduced. Chromatic aberration can be made almost zero at the same time.

【0051】 0.1<hC /(hM ×FNO×IH)<2.52 (18) ここでFNOはFナンバー、IHは像高である。0.1 <h C / (h M × F NO × IH) <2.52 (18) where F NO is the F number and IH is the image height.

【0052】上記条件の下限を越えると、倍率の色収差
の補正が難しく、又上限を越えると、軸上色収差の補正
が難しくなる。
If the lower limit of the above conditions is exceeded, it will be difficult to correct lateral chromatic aberration. If the upper limit is exceeded, it will be difficult to correct axial chromatic aberration.

【0053】実施例3および実施例4は、軸上色収差の
補正よりも倍率の色収差の補正にウエイトをおいた実施
例である。また実施例5および実施例6は、倍率の色収
差の補正よりも軸上色収差の補正にウエイトをおいた実
施例である。
The third and fourth embodiments are examples in which weight is attached to the correction of lateral chromatic aberration rather than the correction of axial chromatic aberration. Further, the fifth and sixth embodiments are examples in which weight is given to correction of axial chromatic aberration rather than correction of chromatic aberration of magnification.

【0054】又他の収差のうち球面収差は、第2正レン
ズの像側の面のパワーを弱めた場合、実施例4や実施例
5におけるように正に発生し、又第2正レンズの像側の
面のパワーを強めると実施例3や実施例6のように負に
発生する。
Further, among other aberrations, spherical aberration occurs positively as in the fourth and fifth embodiments when the power of the image side surface of the second positive lens is weakened, and the spherical aberration of the second positive lens When the power of the image side surface is increased, it is negatively generated as in the third and sixth embodiments.

【0055】更にコマ収差は、各面での発生量が小さく
抑えられており、かつ全体的に打ち消し合うようにして
良好に補正してある。特に実施例3および実施例4は、
コマ収差が良好に補正されている。又第2正レンズのパ
ワーは、非点収差の発生に影響を及ぼし、実施例3のよ
うに、このレンズの物体側の凸面のパワーを強くし、像
側の凸面のパワーを弱くすれば非点収差の発生を抑える
ことが出来る。
Further, the amount of coma generated on each surface is suppressed to a small level, and the coma aberrations are satisfactorily corrected by canceling each other as a whole. In particular, Example 3 and Example 4
The coma is well corrected. Further, the power of the second positive lens influences the generation of astigmatism, and if the power of the convex surface on the object side of this lens is increased and the power of the convex surface on the image side is weakened as in the third embodiment, the power is reduced. Generation of point aberration can be suppressed.

【0056】実施例2乃至実施例3では、絞りを挟んで
物体側に負の作用を持つ第1レンズ群が配置され、又像
側には正の作用を持つ第2レンズ群が配置されている。
このような構成のレンズでは、色収差Δfは、次のよう
にして求められる。
In each of Embodiments 2 to 3, the first lens group having a negative action is arranged on the object side with the diaphragm interposed therebetween, and the second lens group having a positive action is arranged on the image side. There is.
In the lens having such a configuration, the chromatic aberration Δf is obtained as follows.

【0057】図13において、光線高の関係から次の式
(19)が求められる。
In FIG. 13, the following equation (19) is obtained from the relationship between the ray heights.

【0058】 l=(f1 −D)×f/f1 (19) 又ニュートンの公式から、次の式(20)が求められ
る。
L = (f 1 −D) × f / f 1 (19) Further, the following equation (20) is obtained from Newton's formula.

【0059】 (D−f1 −f2 )(l−f2 )=−f2 2 (20) 式(19),(20)よりlを消去し次の式(21)が
得られる。
(D−f 1 −f 2 ) (1−f 2 ) = − f 2 2 (20) From the equations (19) and (20), l is deleted to obtain the following equation (21).

【0060】 f=−f1 ・f2 /(D−f1 −f2 ) (21) 式(21)の両辺をnで微分すると次の式が得られる。 Δf= Δf1・Δf2{D(ν1 +ν2)−(f1 ν1 +f2 ν2)}/(D−f1 −f2)2 (22) Δfは、軸上色収差および倍率の色収差の両方に含まれ
る項で、Δf=0とすれば軸上色収差、倍率の色収差共
に除去出来る。ここで正の作用を有する第2レンズ群に
回折型光学素子が貼付けられているので、正の作用を持
つ第2レンズ群中の回折型光学素子以外のガラスによる
焦点距離およびアッベ数を式(20)乃至式(22)に
おけるf2 およびν2 と区別するために、F2 およびV
2 とすると次の式(23)が成立つ。
F = −f 1 · f 2 / (D−f 1 −f 2 ) (21) The following equation is obtained by differentiating both sides of the equation (21) by n. Δf = Δf 1 · Δf 2 {D (ν 1 + ν 2 ) − (f 1 ν 1 + f 2 ν 2 )} / (D−f 1 −f 2 ) 2 (22) Δf is the axial chromatic aberration and magnification. If Δf = 0 in terms included in both chromatic aberrations, both axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration can be removed. Here, since the diffractive optical element is attached to the second lens group having a positive action, the focal length and Abbe number of the glass other than the diffractive optical element in the second lens group having a positive action are calculated by the formula ( to distinguish between f 2 and [nu 2 in 20) through (22), F 2 and V
If the value is 2 , the following equation (23) is established.

【0061】 1/f2 =1/F2 +1/fD (23) この式(23)の両辺をnで微分すると、次の式(2
4)のようになる。
1 / f 2 = 1 / F 2 + 1 / f D (23) When both sides of this equation (23) are differentiated by n, the following equation (2)
It becomes like 4).

【0062】 Δf2 =−f2 2{(1/(F2・N2 )+1/(fD・νD )} (24) fD はF2 よりも1桁ほど大であるので、 1/f2 ≒1.1/F2 (25) とすると、Δf=0になるためには、式(22)より D(ν1 +ν2 )−(f1 ν1 +f2 ν2 )=0 (26) であればよいので、式(6)、式(23)乃至式(2
5)からΔf=0になる回折型光学素子の焦点距離fD
は、次の式(21)で求めることが出来る。
Δf 2 = −f 2 2 {(1 / (F 2 · N 2 ) + 1 / (f D · ν D )} (24) Since f D is larger than F 2 by one digit, 1 If / f 2 ≈1.1 / F 2 (25), then Δ (f = 0) is obtained by the following equation (22): D (ν 1 + ν 2 ) − (f 1 ν 1 + f 2 ν 2 ) = 0 Since it is sufficient that (26), formula (6), formula (23) to formula (2)
From 5), the focal length f D of the diffractive optical element where Δf = 0
Can be calculated by the following equation (21).

【0063】 1/fD ≒−3.45[(f2 −D)/{(D−f112}−1/( N2・f2)] (27) したがって上記の式(27)を満足するようにレンズを
設計すれば、色収差を除去することが出来る。内視鏡の
対物レンズは、f1 ,f2 ,ν1 ,N2 ,Dはほぼ決ま
った値であるので、fD とf2 の比が次の条件を満足す
れば、色収差Δfを良好に補正出来る。
1 / f D ≈−3.45 [(f 2 −D) / {(D−f 1 ) ν 1 f 2 } −1 / (N 2 · f 2 )] (27) Therefore, the above equation (27) If the lens is designed so as to satisfy), chromatic aberration can be eliminated. In the objective lens of the endoscope, f 1 , f 2 , ν 1 , N 2 and D are almost fixed values, so if the ratio of f D and f 2 satisfies the following condition, chromatic aberration Δf is good. Can be corrected to.

【0064】 0<fD /f2 <50 (28) ここで、全系の焦点距離を1に規格化してある。0 <f D / f 2 <50 (28) Here, the focal length of the entire system is standardized to 1.

【0065】この条件(28)の下限を越えると、レン
ズ系がレトロフォーカスタイプであるため、色収差が除
去できない。又条件(28)の上限を越えると回折型光
学素子のパワーが弱くなる方向になるが、第2レンズ群
を構成するレンズ枚数が増え、図24に示す従来例と同
じ枚数になり好ましくない。
If the lower limit of this condition (28) is exceeded, the chromatic aberration cannot be removed because the lens system is a retrofocus type. If the upper limit of the condition (28) is exceeded, the power of the diffractive optical element tends to be weakened, but the number of lenses forming the second lens group increases and the number is the same as that of the conventional example shown in FIG. 24, which is not preferable.

【0066】即ち、下記の条件を満足するようなf
,f ,ν ,N ,Dであれば、色収差Δ
fを良好に補正することが出来る。
That is, f that satisfies the following condition
If 1 , f 2 , ν 1 , N 2 , D, then chromatic aberration Δ
f can be corrected well.

【0067】 0<1/[−3.45[(f2−D)/{(D−f1)ν
2}−1/(N22)]f2]<50 ただし全系の焦点距離を1に規格化している。
0 <1 / [− 3.45 [(f 2 −D) / {(D−f 1 ) ν
1 f 2 } −1 / (N 2 f 2 )] f 2 ] <50 However, the focal length of the entire system is standardized to 1.

【0068】尚本発明で用いられている回折型光学素子
の焦点距離とは、回折型の焦点距離の意味の他、ウルト
ラーハイ インディクス レンズの焦点距離であること
も意味し、上記の実施例1〜6においては、式(10)
により、ウルトラーハイインディクス レンズから回折
型光学素子に変換し、この変換した回折型光学素子を設
けた対物レンズが本発明の対物レンズである。
The focal length of the diffractive optical element used in the present invention means not only the diffractive focal length but also the focal length of the ultra-high index lens. In formulas (6) to (6),
The objective lens of the present invention is an objective lens provided with the converted diffractive optical element by converting the ultra-high index lens into a diffractive optical element.

【0069】次に回折型光学素子の回折効率について考
える。図16は、実施例2で用いる赤外カットフィルタ
ーの分光透過率特性を示す図で、又図17は同じ実施例
2で用いる固体撮像素子の分光感度特性を示す図であ
る。図18は、図16と図17の特性をかけ合わせ正規
化したもので、赤外カットフィルターと固体撮像素子の
トータルの感度特性である。
Next, the diffraction efficiency of the diffractive optical element will be considered. FIG. 16 is a diagram showing the spectral transmittance characteristics of the infrared cut filter used in the second embodiment, and FIG. 17 is a diagram showing the spectral sensitivity characteristics of the solid-state imaging device used in the same second embodiment. FIG. 18 is obtained by multiplying the characteristics of FIGS. 16 and 17 and normalized, and shows the total sensitivity characteristics of the infrared cut filter and the solid-state imaging device.

【0070】一般に回折型光学素子は、1次の回折光を
100%にできるキノフォームであっても波長によって
回折効率が異なり、0次光以外の不要次数光が発生しフ
レアー等の原因になる。この不要次数光の比率は、下記
の式(29)にて示す回折効率として求めることが出来
る。 ηm =sin c2 [π{m−m00/Δn(λ0))・(Δn(λ)/λ)}] (29) ただし、λ0 は回折効率を1とする波長、λは回折効率
を求めようとする波長、n' (λ)はある波長における
射出光の媒質の屈折率で通常は1、n(λ)はある波長
における入射光の媒質の屈折率であり、通常は回折型光
学素子を加工する媒質の屈折率、m0 は回折効率を1に
する次数、mは回折効率を求めたい次数である。
Generally, in a diffractive optical element, even a kinoform that can make the first-order diffracted light 100% has different diffraction efficiency depending on the wavelength, and unnecessary-order light other than the zero-order light is generated, which causes flare. . The ratio of the unnecessary order light can be obtained as the diffraction efficiency shown by the following equation (29). η m = sin c 2 [π {m−m 00 / Δn (λ 0 )) · (Δn (λ) / λ)}] (29) where λ 0 is the wavelength at which the diffraction efficiency is 1. λ is the wavelength for which the diffraction efficiency is to be obtained, n ′ (λ) is the refractive index of the medium of the emitted light at a certain wavelength, usually 1, n (λ) is the refractive index of the medium of the incident light at a certain wavelength, Usually, the refractive index of the medium for processing the diffractive optical element, m 0 is the order for making the diffraction efficiency 1 and m is the order for which the diffraction efficiency is desired.

【0071】例えば、実施例2の硝材を用いてd線の1
次光をキノフォームによりブレーズ化する(前述のよう
にある次数、ある波長の回折効率を100%とする)と
式(29)は下記のようになる。 ηm =sin c2 [π{m−m0(587.56/1-1.883)(1-n(λ)/λ)}] (30) これを計算すると下記のようになる。
For example, using the glass material of Example 2, 1 of d line
When the next light is blazed by kinoform (the diffraction efficiency at a certain order and a certain wavelength is 100% as described above), the equation (29) becomes as follows. η m = sin c 2 [π {m−m 0 (587.56 / 1-1.883) (1-n (λ) / λ)}] (30) This is calculated as follows.

【0072】 -1 0 1 2 3 n(λ) g線(435.83nm) 1.57% 4.64% 59% 24.1%3. 46% 1.91049 F線(486.13nm) 0.89% 2.92% 83.8% 7.44% 1.41% 1.89822 e線(546.07nm) 0.15% 0.56% 97.8% 0.79%0. 18% 1.88814 d線(587.56nm) 0 % 0 % 100 % 0 % 0 % 1.88300 C線(656.27nm) 0.33% 1.5 % 96% 0.96%0. 27% 1.87656 A線(768.19nm) 1.62% 8.75% 81.5% 3.19% 0.98% 1.86947 上記の計算結果をグラフ化したのが図20である。式
(30)において、m=1のみに着目し、1次光以外の
光はすべてフレアーになるとすると、入射光線がフレア
ー光になる比率εは下記のように表わすことが出来る。
-1 0 1 2 3 n (λ) g-line (435.83nm) 1.57% 4.64% 59% 24.1% 3.46% 1.91049 F-line (486.13nm) 0.89% 2.92% 83.8% 7.44% 1.41% 1.89822 e Line (546.07nm) 0.15% 0.56% 97.8% 0.79% 0.18% 1.88814 d line (587.56nm) 0% 0% 100% 0% 0% 1.88300 C line (656.27nm) 0.33% 1.5% 96% 0.96% 0 .27% 1.87656 A line (768.19nm) 1.62% 8.75% 81.5% 3.19% 0.98% 1.86947 The graph of the above calculation result is shown in FIG. In the formula (30), when attention is paid only to m = 1 and all the light other than the primary light becomes flare, the ratio ε of incident light to flare can be expressed as follows.

【0073】 ε=1−η1 (31) 波長と上記の比率εとの関係を概念的に示すと、図21
の(A)のようになる。波長域λ1 <λ<λ2 (λ1
λ2 )におけるフレアーFは、図21(A)の斜線にて
示す部分の面積で表わされ、下記の通りである。尚図に
おいてλ0 はブレーズ化波長である。 例えば、図27(A)に示すようなキノフォームではな
く、図27(B)に示すようなキノフォームを近似した
断面形状であれば、理想的なキノフォームがブレーズ化
波長λ0 における回折効率η1 =1となるのに対し、そ
の回折効率η’はη1'≒0.95〜0.99となるた
め、フレアー率εは、図21(B)のようにε=1−η
1'となるが、ある波長域λ1 <λ<λ2 (λ1 <λ2
におけるフレアーFは、同様に式(32)で表わされ
る。ここで、図21(C)のように曲線εを波長方向に
移動させると、斜線部分の面積を小さくすることが出来
る。このことは、使用する波長域におけるフレアー量を
最少にするようなブレーズ化波長λ0 が、d線以外に存
在することを示唆している。これを式で表わすと、ある
波長域λ1 <λ<λ2 (λ1 <λ2 )におけるフレアー
Fを最小にするようなブレーズ化波長をλ0 とすると下
記の式(33)が成立つ。 尚式(31)での議論では、使用する次数を1次とし、
ブレーズ化する次数はなるべくフレアーを少なくしたの
で、m0 =mとなることが望ましく、m1 =1、m0
1である。又式(33)においてMinは、Fの値が最
小となることを意味する。上記式(32)において、λ
1 =400nm、λ2 =700nm,m=1、n(d)
=1.88300として具体的に計算すると、図19の
ようになる。この結果、Fがミニマムになるブレーズ化
波長λ0 はλ0 =560nm近傍であり、λ0 をおおよ
そ500nm<λ0 <610nmの範囲内にすればフレ
アー光Fをミニマム付近におさえることが出来る。つま
り図19は、式(32)の値を積分したもので、この値
が小さければフレアーが少ない。これは、ブレーズ化波
長λ0 が500nm〜610nmの間になるように回折
型光学素子を作れば、フレアーが極小又はそれに近くな
ることを示している。
Ε = 1−η 1 (31) FIG. 21 is a conceptual diagram showing the relationship between the wavelength and the above ratio ε.
It becomes like (A). Wavelength range λ 1 <λ <λ 21 <
The flare F in λ 2 ) is represented by the area of the hatched portion in FIG. 21 (A) and is as follows. In the figure, λ 0 is the blazed wavelength. For example, if the sectional shape approximates to the kinoform as shown in FIG. 27B instead of the kinoform as shown in FIG. 27A, the ideal kinoform has a diffraction efficiency at the blaze wavelength λ 0 . While η 1 = 1 is obtained, the diffraction efficiency η 1 ′ is η 1 ′ ≈0.95 to 0.99, and therefore the flare ratio ε is ε = 1-η as shown in FIG.
1 ', but a certain wavelength range λ 1 <λ <λ 212 )
The flare F in is similarly expressed by the equation (32). Here, if the curve ε is moved in the wavelength direction as shown in FIG. 21C, the area of the shaded portion can be reduced. This suggests that the blazed wavelength λ 0 that minimizes the amount of flare in the used wavelength range is present other than the d-line. If this is expressed by an equation, the following equation (33) is established, where λ 0 is a blazed wavelength that minimizes the flare F in a certain wavelength range λ 1 <λ <λ 212 ). . In the discussion in equation (31), the order used is the first order,
Since the flare is reduced as much as possible in the blazing order, it is desirable that m 0 = m, and m 1 = 1 and m 0 =
It is 1. Further, in the equation (33), Min means that the value of F becomes the minimum. In the above formula (32), λ
1 = 400 nm, λ 2 = 700 nm, m = 1, n (d)
When calculated concretely with = 1.88300, the result is as shown in FIG. As a result, F is the blazed wavelength lambda 0 to be minimum is lambda 0 = 560 nm near, lambda 0 the approximate 500nm <λ 0 <flare light F can be suppressed to near minimum if in the range of 610 nm. That is, FIG. 19 is an integration of the values of the equation (32). If this value is small, flare is small. This indicates that flare becomes minimum or close to the minimum when the diffractive optical element is made so that the blazed wavelength λ 0 is between 500 nm and 610 nm.

【0075】次に赤外カットフィルターの透過率特性が
図16で示される特性で、固体撮像素子の分光感度特性
が図17で示されるような特性である時、赤外カットフ
ィルターと固体撮像素子のトータルの感度特性は、図1
8で示すようになる。この特性の場合、d線の近傍で分
光感度特性がピークになり、F線、C線の近傍では、感
度特性がやや悪くなるため、実際には映像信号処理の際
に青信号および赤信号をアップして増幅し、図22
(A)に示すようにF線からC線の間の感度がフラット
になるようにしている。そのため回折型光学素子による
フレアー光も増幅され、回折型光学素子によるフレアー
光は、撮像素子や赤外カットフィルターの特性によら
ず、図19に示すように式(33)が成立つようなブレ
ーズ化波長λ0 に設定しなければならない。その場合に
は、例えばスティルビデオカメラのように自然色を使用
する場合に適応される。しかし、内視鏡においては、照
明光はライトガイドケーブルの光ファイバー束により伝
送され、光ファイバーの特性として短波長の光がコアー
材により吸収されるため、F線近傍の波長の光が減衰さ
れたものとなる。したがって、内視鏡において得られる
画像は、F線近傍の波長の光が減衰するためF線からC
線までの間の感度をフラットにするためにはF線近傍の
波長の増幅率を高める必要がある。このように増幅率を
高めた場合、S/N比が悪くなり、ノイズが多くなるた
めに実際にはあまり増幅率をあげることは出来ない。そ
のため内視鏡で得られる画像は、F線からC線の間の波
長領域で、F線の付近の感度がやや落ちた図24(B)
に示すような感度特性になる。このようにウエイト付け
された感度特性をW(λ)とすると式(26)における
入射光線がフレアー光になる比率ε' は、次の式(3
4)にて表わされる。 ε' =W(λ)(1−η1 ) (34) 又式(35)は、次のようにかきかえられる。 これを図21と同様の概念図で表わすと、W(λ)のウ
ェイトの影響によりε’は図23の(A)に示すように
短波長λ1側が小さくなっている。そのため、先の議論
では、図19に示したようにλ0がほぼλ0=560mm
になれば良い結果が得られていたがウェイトを考慮する
とλ0=560mmよりも長波長側にλ0を設定した方
が、図23の(B)からもわかるように、フレアー光に
なる比率が全体として小さくなる。つまりF’の値が小
さくなる。以上のように、ブレーズ化を行なう波長を使
用する撮像体や光源装置や信号処理装置の特性に応じて
適宜設定することによって不要次数光によるフレアーの
発生が目立たないようにすることが出来る。例えば、実
施例2のデーターを回折型光学素子に変換すると、λ0
=560nmにおいてブレーズ化を行なった場合、回折
型の光線高に対するピッチd(h)は、下記のようにな
る。
Next, when the transmittance characteristic of the infrared cut filter is the characteristic shown in FIG. 16 and the spectral sensitivity characteristic of the solid-state image sensor is the characteristic shown in FIG. 17, the infrared cut filter and the solid-state image sensor are Figure 1 shows the total sensitivity characteristics of
As shown in 8. In the case of this characteristic, the spectral sensitivity characteristic peaks near the d line, and the sensitivity characteristic slightly deteriorates near the F line and C line. Therefore, the blue signal and the red signal are actually increased during the video signal processing. 22 and amplified.
As shown in (A), the sensitivity between the F line and the C line is flat. Therefore, the flare light by the diffractive optical element is also amplified, and the flare light by the diffractive optical element does not depend on the characteristics of the image sensor or the infrared cut filter, and the blaze such that the expression (33) is satisfied as shown in FIG. Must be set to the wavelength λ 0 . In that case, it is applied when using a natural color such as a still video camera. However, in the endoscope, the illumination light is transmitted by the optical fiber bundle of the light guide cable, and the short wavelength light is absorbed by the core material as a characteristic of the optical fiber, so the light of the wavelength near the F line is attenuated. Becomes Therefore, the image obtained by the endoscope is C from the F line because the light of the wavelength near the F line is attenuated.
In order to flatten the sensitivity up to the line, it is necessary to increase the amplification factor of the wavelength near the F line. When the amplification factor is increased in this way, the S / N ratio is deteriorated and noise is increased, so that the amplification factor cannot actually be increased so much. Therefore, the image obtained by the endoscope is in the wavelength region between the F line and the C line, and the sensitivity in the vicinity of the F line is slightly lowered (FIG. 24B).
The sensitivity characteristics are as shown in. When the weighted sensitivity characteristic is W (λ), the ratio ε ′ of the incident light ray to the flare light in the equation (26) is given by the following equation (3).
4). ε '= W (λ) ( 1-η 1) (34) Matashiki (35) is rewritten as follows. When this is expressed in a conceptual diagram similar to FIG. 21, ε ′ becomes smaller on the short wavelength λ 1 side as shown in FIG. 23A due to the influence of the weight of W (λ). Therefore, in the above discussion, as shown in FIG. 19, λ 0 is approximately λ 0 = 560 mm.
However, if the weight is taken into consideration, setting λ 0 on the longer wavelength side than λ 0 = 560 mm gives a flare light ratio, as can be seen from FIG. 23B. Becomes smaller as a whole. That is, the value of F'is small. As described above, the flare caused by the unnecessary order light can be made inconspicuous by appropriately setting it according to the characteristics of the imaging body, the light source device, and the signal processing device that use the wavelength for blazing. For example, when the data of Example 2 is converted into a diffractive optical element, λ 0
When blazing is performed at = 560 nm, the pitch d (h) with respect to the height of the diffractive ray is as follows.

【0076】これより次の値が求まる。 h 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 d(h) 71.5 41.9 55.3 1300 16.1 以上述べた条件は、製作を考慮した場合の条件で、コス
トの安い内視鏡対物レンズを提供するためのものであ
る。また、ここでは撮像手段には固体撮像素子のみを考
えているが、イメージガイドファイバー束や銀塩フィル
ムでもよい。更に使用する波長も、可視域に限らず赤外
波長域や紫外波長域にも適用し得る。
From this, the following values are obtained. h 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 d (h) 71.5 41.9 55.3 1300 16.1 The above-mentioned conditions are conditions in consideration of manufacturing, and are for providing an endoscope objective lens at low cost. Further, although only the solid-state image pickup device is considered here as the image pickup means, an image guide fiber bundle or a silver salt film may be used. Further, the wavelength to be used can be applied not only to the visible range but also to the infrared wavelength range and the ultraviolet wavelength range.

【0077】[0077]

【発明の効果】本発明の内視鏡対物レンズは、回折作用
を有する光学素子を用いて色収差を除去するようにし、
従来のもののように2枚の接合レンズを用いることなく
レンズ枚数を少なく出来る。
The endoscope objective lens of the present invention uses an optical element having a diffractive action to eliminate chromatic aberration,
The number of lenses can be reduced without using two cemented lenses unlike the conventional one.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1の断面図FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment.

【図2】実施例2の断面図FIG. 2 is a sectional view of a second embodiment.

【図3】実施例3の断面図FIG. 3 is a sectional view of a third embodiment.

【図4】実施例4の断面図FIG. 4 is a sectional view of a fourth embodiment.

【図5】実施例5の断面図FIG. 5 is a sectional view of the fifth embodiment.

【図6】実施例6の断面図FIG. 6 is a sectional view of Example 6.

【図7】実施例1の収差曲線図7 is an aberration curve diagram of Example 1. FIG.

【図8】実施例2の収差曲線図8 is an aberration curve diagram of Example 2. FIG.

【図9】実施例3の収差曲線図FIG. 9 is an aberration curve diagram of Example 3

【図10】実施例4の収差曲線図FIG. 10 is an aberration curve diagram of Example 4.

【図11】実施例5の収差曲線図11 is an aberration curve diagram of Example 5. FIG.

【図12】実施例6の収差曲線図FIG. 12 is an aberration curve diagram for Example 6.

【図13】絞りを挟んで負,正の屈折力のレンズ系のレ
ンズ間隔等と光線高との関係を示す図
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the lens spacing and the like of a lens system having negative and positive refracting powers with the diaphragm interposed and the ray height.

【図14】絞りを最も物体側に配置した光学系のレンズ
間隔等と光線高との関係を示す図
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the height of a light beam and the lens spacing of an optical system in which a diaphragm is located closest to the object side.

【図15】回折型光学素子の構成を示す図FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a diffractive optical element.

【図16】実施例2で用いられる赤外カットフィルター
の分光透過率特性
16 is a spectral transmittance characteristic of an infrared cut filter used in Example 2. FIG.

【図17】実施例2で用いられる固体撮像素子の分光感
度特性
17 is a spectral sensitivity characteristic of the solid-state imaging device used in Example 2. FIG.

【図18】上記赤外カットフィルターと上記固体撮像素
子の合成の特性
FIG. 18 is a composite characteristic of the infrared cut filter and the solid-state imaging device.

【図19】回折型光学素子による波長に対するフレアー
の値を示す図
FIG. 19 is a diagram showing a flare value with respect to a wavelength by a diffractive optical element.

【図20】回折型光学素子における波長に対する回折率
を示す図
FIG. 20 is a diagram showing the diffraction rate with respect to wavelength in a diffractive optical element.

【図21】回折型光学素子による波長に対するフレアー
率の概念図
FIG. 21 is a conceptual diagram of a flare ratio with respect to wavelength by a diffractive optical element.

【図22】内視鏡の画像の感度特性を示す図FIG. 22 is a diagram showing sensitivity characteristics of an image of an endoscope.

【図23】ウェイト付された時のフレアー率の概念図FIG. 23 is a conceptual diagram of a flare rate when weighted.

【図24】従来の内視鏡対物レンズの断面図FIG. 24 is a sectional view of a conventional endoscope objective lens.

【図25】従来の他の内視鏡対物レンズの断面図FIG. 25 is a sectional view of another conventional endoscope objective lens.

【図26】光の屈折および回折を示す図FIG. 26 is a diagram showing refraction and diffraction of light.

【図27】回折格子の断面形状の例を示す図FIG. 27 is a diagram showing an example of a sectional shape of a diffraction grating.

【図28】光学系における座標軸を示す図FIG. 28 is a diagram showing coordinate axes in an optical system.

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年11月1日[Submission date] November 1, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0017[Correction target item name] 0017

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0017】 ( −1)dz/dh=nsin θ−n’sinθ’ (7) ただし、n’は出射側の媒質の屈折率、θ,θ’は光線
の入射角および出射角、nは回折型光学素子の基板の屈
折率、はウルトラーハイ インデックスレンズの屈
折率、zはウルトラ−ハイ インデックス レンズと光
線高hの光線との交点の光軸方向の座標である。
( N v −1) dz / dh = nsin θ−n ′ sin θ ′ (7) where n ′ is the refractive index of the medium on the emission side, θ and θ ′ are the incident angle and the emission angle of the light beam, and n Is the refractive index of the substrate of the diffractive optical element, and n v is the refractive index of the ultra-high index lens.
Folding rate, z is ultra-high index lens and light
It is the coordinate in the optical axis direction of the intersection with the ray of line height h.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0019[Correction target item name] 0019

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0019】 ( −1)dz/dh=mλ/d (8) ウルトラ−ハイ インデックス レンズとして非球面を
定義したとすると、下記のように表わされる。 z=Cy/[1+(1−CPy1/2]+By+Ey +Fy+Gy+・・・・ (9) ただし、図28に示すようにzは光軸(像の方向を
正)、yは面とz軸との交点を原点としz軸に直交した
座標軸のうちメリジオナル方向の座標軸、Cは基準面の
曲率、Pは円錐定数でP=1−e(eは離心率)で与
えられる値、B,E,F,G,・・・は夫々2次,4
次,6次,8次,・・・の非球面係数である。尚図28
において、Oは物体、Iは像である。
( N v −1) dz / dh = mλ / d (8) If an aspherical surface is defined as an ultra-high index lens, it is expressed as follows. z = Cy 2 / [1+ ( 1-C 2 Py 2) 1/2] + By 2 + Ey 4 + Fy 6 + Gy 8 + ···· (9) However, z as shown in FIG. 28 the optical axis (image Direction is positive), y is the coordinate axis in the meridional direction of the coordinate axes orthogonal to the z axis with the origin at the intersection of the surface and the z axis, C is the curvature of the reference surface, P is the conic constant, and P = 1-e 2 (e Is a value given by eccentricity), B, E, F, G, ... are secondary and 4 respectively.
It is an aspherical coefficient of the next order, the sixth order, the eighth order, .... Fig. 28
In, O is an object and I is an image.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0020[Correction target item name] 0020

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0020】式(8),(9)よりある光線高における
回折型光学素子のピッチdは、次の式(10)で表わさ
れる。 d=mλ/[( −1){Ch/(1−CPh1/2+2Bh+4Eh +6Fh+8Gh+・・・・}] (10) したがって、ウルトラ−ハイ インデックス レンズを
用いて設計を行なえば、そのレンズデーターと等価の回
折型レンズの面の形状を求めることが出来る。
From the expressions (8) and (9), the pitch d of the diffractive optical element at a certain ray height is expressed by the following expression (10). d = m [lambda / Hence [(n v -1) {Ch / (1-C 2 Ph 2) 1/2 + 2Bh + 4Eh 3 + 6Fh 5 + 8Gh 7 + ····}] (10), Ultra - with a high-index lens If the design is performed by using such a design, the surface shape of the diffractive lens equivalent to the lens data can be obtained.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0030[Name of item to be corrected] 0030

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0030】[0030]

【実施例】次に本発明の内視鏡用対物レンズの各実施例
を示す。以下述べる実施例1〜6は、図1〜図6に示す
構成で下記のデーターを有する。各実施例において、
(DOE)と書かれた行の屈折率がnに相当する。 実施例1 非球面係数
EXAMPLE Examples of the endoscope objective lens of the present invention will be described below. Examples 1 to 6 described below have the following data with the configuration shown in FIGS. In each example,
The index of refraction of the line labeled (DOE) corresponds to n v . Example 1 Aspherical coefficient

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0073[Correction target item name] 0073

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0073】 ε=1−η (31) 波長と上記の比率εとの関係を概念的に示すと、図21
の(A)のようになる。波長域λ<λ<λ(λ
λ)におけるフレアーFは、図21(A)の斜線にて
示す部分の面積で表わされ、下記の通りである。尚図に
おいてλはブレーズ化波長である。 例えば、図27(A)に示すようなキノフォームではな
く、図27(B)に示すようなキノフォームを近似した
断面形状であれば、理想的なキノフォームがブレーズ化
波長λにおける回折効率η=1となるのに対し、そ
の回折効率η1’はη’≒0.95〜0.99となる
ため、フレアー率εは、図21(B)のようにε’=1
−η’(ただし、ε’>ε)となるが、ある波長域λ
<λ<λ(λ<λ)におけるフレアーFは、同
様に式(32)で表わされる。通常は、ブレーズ化する
波長をd線にするが、図21(C)のように曲線εを波
長方向に移動させると、斜線部分の面積を小さくするこ
とが出来る。このことは、使用する波長域におけるフレ
アー量を最少にするようなブレーズ化波長λが、d線
以外に存在することを示唆している。これを式で表わす
と、ある波長域λ<λ<λ(λ<λ)における
フレアーFを最小にするようなブレーズ化波長をλ
すると下記の式(33)が成立つ。 尚式(31)での議論では、使用する次数を1次とし、
ブレーズ化する次数はなるべくフレアーを少なくしたの
で、m=mとなることが望ましく、m=1、m
1である。又式(33)においてMinは、Fの値が最
小となることを意味する。上記式(32)において、λ
=400nm、λ=700nm,m=1、n(d)
=1.88300として具体的に計算すると、図19の
ようになる。この結果、Fがミニマムになるブレーズ化
波長λはλ=560nm近傍であり、λをおおよ
そ500nm<λ<610nmの範囲内にすればフレ
アー光Fをミニマム付近におさえることが出来る。つま
り図19は、式(32)の値を積分したもので、この値
が小さければフレアーが少ない。これは、ブレーズ化波
長λが500nm〜610nmの間になるように回折
型光学素子を作れば、フレアーが極小又はそれに近くな
ることを示している。
Ε = 1−η 1 (31) The relationship between the wavelength and the ratio ε is conceptually shown in FIG.
It becomes like (A). Wavelength range λ 1 <λ <λ 21 <
The flare F in λ 2 ) is represented by the area of the hatched portion in FIG. 21 (A) and is as follows. In the figure, λ 0 is the blazed wavelength. For example, if the cross-sectional shape approximates to the kinoform as shown in FIG. 27B instead of the kinoform as shown in FIG. 27A, the ideal kinoform has a diffraction efficiency at the blaze wavelength λ 0 . While η 1 = 1 is obtained, the diffraction efficiency η 1 ′ is η 1 ′ ≈0.95 to 0.99, so the flare rate ε is ε ′ = 1 as shown in FIG.
−η 1 ′ (where ε ′> ε), but a certain wavelength range λ
The flare F in 1 <λ <λ 212 ) is similarly expressed by the equation (32). Normally blaze
Although the wavelength is the d-line, the area of the shaded portion can be reduced by moving the curve ε in the wavelength direction as shown in FIG. This suggests that the blazed wavelength λ 0 that minimizes the amount of flare in the used wavelength region exists other than the d-line. If this is expressed by an equation, the following equation (33) is established, where λ 0 is the blazed wavelength that minimizes the flare F in a certain wavelength range λ 1 <λ <λ 212 ). . In the discussion in equation (31), the order used is the first order,
Since the flare is reduced as much as possible in the blazing order, it is desirable that m 0 = m, and m 1 = 1 and m 0 =
It is 1. Further, in the equation (33), Min means that the value of F becomes the minimum. In the above formula (32), λ
1 = 400 nm, λ 2 = 700 nm, m = 1, n (d)
When calculated concretely with = 1.88300, the result is as shown in FIG. As a result, F is the blazed wavelength lambda 0 to be minimum is lambda 0 = 560 nm near, lambda 0 the approximate 500nm <λ 0 <flare light F can be suppressed to near minimum if in the range of 610 nm. That is, FIG. 19 is an integration of the values of the equation (32), and if this value is small, flare is small. This indicates that flare becomes minimum or close to the minimum when the diffractive optical element is made so that the blazed wavelength λ 0 is between 500 nm and 610 nm.

【手続補正6】[Procedure correction 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0075[Correction target item name] 0075

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0075】次に赤外カットフィルターの透過率特性が
図16で示される特性で、固体撮像素子の分光感度特性
が図17で示されるような特性である時、赤外カットフ
ィルターと固体撮像素子のトータルの感度特性は、図1
8で示すようになる。この特性の場合、d線の近傍で分
光感度特性がピークになり、F線、C線の近傍では、感
度特性がやや悪くなるため、実際には映像信号処理の際
に青信号および赤信号をアップして増幅し、図22
(A)に示すようにF線からC線の間の感度がフラット
になるようにしている。そのため回折型光学素子による
フレアー光も増幅され、回折型光学素子によるフレアー
光は、撮像素子や赤外カットフィルターの特性によら
ず、図19に示すように式(33)が成立つようなブレ
ーズ化波長λに設定しなければならない。その場合に
は、例えばスティルビデオカメラのように自然色を使用
する場合に適応される。しかし、内視鏡においては、照
明光はライトガイドケーブルの光ファイバー束により伝
送され、光ファイバーの特性として短波長の光がコアー
材により吸収されるため、F線近傍の波長の光が減衰さ
れたものとなる。したがって、内視鏡において得られる
画像は、F線近傍の波長の光が減衰するためF線からC
線までの間の感度をフラットにするためにはF線近傍の
波長の増幅率を高める必要がある。このように増幅率を
高めた場合、S/N比が悪くなり、ノイズが多くなるた
めに実際にはあまり増幅率をあげることは出来ない。そ
のため内視鏡で得られる画像は、F線からC線の間の波
長領域で、F線の付近の感度がやや落ちた図24(B)
に示すような感度特性になる。このようにウエイト付け
された感度特性をW(λ)とすると式(26)における
入射光線がフレアー光になる比率ε’は、次の式(3
4)にて表わされる。 ε’ =W(λ)(1−η ) (34) 又式(35)は、次のようにかきかえられる。 これを図21と同様の概念図で表わすと、W(λ)のウ
ェイトの影響によりε’は図23の(A)に示すように
短波長λ側が小さくなっている。そのため、先の議論
では、図19に示したようにλがほぼλ=560m
mになれば良い結果が得られていたがウェイトを考慮す
るとλ=560mmよりも長波長側にλを設定した
方が、図23の(B)からもわかるように、フレアー光
になる比率が全体として小さくなる。つまりF’の値が
小さくなる。以上のように、ブレーズ化を行なう波長を
使用する撮像体や光源装置や信号処理装置の特性に応じ
て適宜設定することによって不要次数光によるフレアー
の発生が目立たないようにすることが出来る。例えば、
実施例2のデーターを回折型光学素子に変換すると、λ
=560nmにおいてブレーズ化を行なった場合、回
折型の光線高に対するピッチd(h)は、下記のように
なる。
Next, when the transmittance characteristic of the infrared cut filter is the characteristic shown in FIG. 16 and the spectral sensitivity characteristic of the solid-state image sensor is the characteristic shown in FIG. 17, the infrared cut filter and the solid-state image sensor are Figure 1 shows the total sensitivity characteristics of
As shown in 8. In the case of this characteristic, the spectral sensitivity characteristic peaks near the d line, and the sensitivity characteristic slightly deteriorates near the F line and C line. Therefore, the blue signal and the red signal are actually increased during the video signal processing. 22 and amplified.
As shown in (A), the sensitivity between the F line and the C line is flat. Therefore, the flare light by the diffractive optical element is also amplified, and the flare light by the diffractive optical element does not depend on the characteristics of the image sensor or the infrared cut filter, and the blaze such that the expression (33) is satisfied as shown in FIG. It must be set to the wavelength λ 0 . In that case, it is applied when using a natural color such as a still video camera. However, in the endoscope, the illumination light is transmitted by the optical fiber bundle of the light guide cable, and the short wavelength light is absorbed by the core material as a characteristic of the optical fiber, so the light of the wavelength near the F line is attenuated. Becomes Therefore, the image obtained by the endoscope is C from the F line because the light of the wavelength near the F line is attenuated.
In order to flatten the sensitivity up to the line, it is necessary to increase the amplification factor of the wavelength near the F line. When the amplification factor is increased in this way, the S / N ratio is deteriorated and noise is increased, so that the amplification factor cannot actually be increased so much. Therefore, the image obtained by the endoscope is in the wavelength region between the F line and the C line, and the sensitivity in the vicinity of the F line is slightly lowered (FIG. 24B).
The sensitivity characteristics are as shown in. When the weighted sensitivity characteristic is W (λ), the ratio ε ′ of the incident light ray to the flare light in the equation (26) is given by the following equation (3).
4). ε '= W (λ) (1-η 1 ) (34) Further, the equation (35) can be rewritten as follows. When this is expressed in a conceptual diagram similar to FIG. 21, ε ′ is smaller on the short wavelength λ 1 side due to the influence of the weight of W (λ) as shown in FIG. Therefore, in the above discussion, as shown in FIG. 19, λ 0 is approximately λ 0 = 560 m.
A good result was obtained when m was reached, but considering weights, setting λ 0 on the longer wavelength side than λ 0 = 560 mm produces flare light, as can be seen from FIG. 23B. The ratio becomes small as a whole. That is, the value of F'is small. As described above, the flare caused by the unnecessary order light can be made inconspicuous by appropriately setting it according to the characteristics of the imaging body, the light source device, and the signal processing device that use the wavelength for blazing. For example,
When the data of Example 2 is converted into a diffractive optical element, λ
When blazing is performed at 0 = 560 nm, the pitch d (h) with respect to the height of the diffractive light beam is as follows.

【手続補正7】[Procedure Amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0076[Correction target item name] 0076

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0076】これより次の値が求まる。 以上述べた条件は、製作を考慮した場合の条件で、コス
トの安い内視鏡対物レンズを提供するためのものであ
る。また、ここでは撮像手段には固体撮像素子のみを考
えているが、イメージガイドファイバー束や銀塩フィル
ムでもよい。更に使用する波長も、可視域に限らず赤外
波長域や紫外波長域にも適用し得る。
From this, the following values are obtained. The above-mentioned conditions are conditions in consideration of manufacturing, and are for providing an endoscope objective lens at low cost. Further, although only the solid-state image pickup device is considered here as the image pickup means, an image guide fiber bundle or a silver salt film may be used. Further, the wavelength to be used can be applied not only to the visible range but also to the infrared wavelength range and the ultraviolet wavelength range.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】開口絞りと、前記開口絞りの像側に配置さ
れた正の作用を持つ回折型光学素子とを備えた内視鏡対
物レンズ。
1. An endoscope objective lens comprising an aperture stop and a diffractive optical element having a positive action and arranged on the image side of the aperture stop.
【請求項2】開口絞りより像側に正の屈折力を持つレン
ズ成分を配置した請求項1の内視鏡対物レンズ。
2. The endoscope objective lens according to claim 1, wherein a lens component having a positive refractive power is arranged on the image side of the aperture stop.
【請求項3】開口絞りより物体側に負の屈折力を持つレ
ンズ成分を配置した請求項1の内視鏡対物レンズ。
3. The endoscope objective lens according to claim 1, wherein a lens component having a negative refractive power is arranged on the object side of the aperture stop.
【請求項4】所定の波長域λ1 <λ<λ2 (λ1 <λ
2 )で使用される回折型光学素子であって、下記の式に
て定義されるFの値が最小となるような波長λ0 の近傍
でブレーズ化されていることを特長とする回折型光学素
子。 但し、λ0 は回折効率が1になる波長、λは回折効率を
求めたい波長、n'(λ)は波長λに対する回折型光学
素子の射出側媒体の屈折率、n(λ)は波長λに対する
回折型光学素子の入射側媒質の屈折率、m0 は回折効率
が1となる次数、mは回折効率を求めたい次数である。
4. A predetermined wavelength range λ 1 <λ <λ 21
The diffractive optical element used in 2 ), characterized in that it is blazed in the vicinity of the wavelength λ 0 such that the value of F defined by the following formula is minimized. element. Where λ 0 is the wavelength at which the diffraction efficiency is 1, λ is the wavelength for which the diffraction efficiency is desired, n ′ (λ) is the refractive index of the exit side medium of the diffractive optical element with respect to the wavelength λ, and n (λ) is the wavelength λ. Is the refractive index of the incident-side medium of the diffractive optical element, m 0 is the order at which the diffraction efficiency is 1, and m is the order at which the diffraction efficiency is desired.
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