JPH0784179A

JPH0784179A - 内視鏡対物レンズ

Info

Publication number: JPH0784179A
Application number: JP6111294A
Authority: JP
Inventors: Satoru Tachihara; 悟立原
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1993-07-19
Filing date: 1994-05-25
Publication date: 1995-03-31

Abstract

(57)【要約】【目的】内視鏡対物レンズにおいて、小さいＦナンバ
ーで光量の取り込み量を確保しながら、同時に深い被写
体深度を得ること。【構成】全体として負レンズの第１レンズ群と、全体
として正レンズの第２レンズ群と、全体として正レンズ
の第３レンズ群とからなり、（１）ｆ≦０．８（２）−０．７＞Ｒ_A ／ｆ＞−１．０５但し、ｆ：全系の焦点距離、Ｒ_A ：第２レンズ群で最も像側の面の曲率半径、の条件を満たす内視鏡対物レンズ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、医用、工業用内視鏡の対物レン
ズに関する。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】内視鏡用対物レンズには
Ｆナンバーの小さい明るいレンズが要求される。内視鏡
は、人体内のようにもともと光源の存在しない場所を観
察するものであるから、外部光源による照明を必要とす
る。しかし、その照明光も十分でない場合が多く、観察
のための対物レンズのＦナンバーを小さくして、なるべ
く多くの光量を取り込みたい。

【０００３】一方、被写体深度（焦点深度）は観察を容
易にするために、これを深くしたい。しかしながらＦナ
ンバーを小さくすると、深度は比例して浅くなることが
知られている。従って、取込光量、深度の両条件を同時
に満たす対物レンズは得られていなかった。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、小さいＦナンバーで光量の取
り込み量を確保しながら、同時に深い被写体深度の得ら
れる内視鏡対物レンズを提供することを目的とする。

【０００５】

【発明の概要】本発明は、レンズ系の持つ収差を積極的
に利用して被写界深度を高めることに着眼してなされた
ものである。すなわち、収差量の大きいレンズ系と小さ
いレンズ系とでは、一般的に大きいレンズ系の方が被写
界深度が深くなることが知られており、本発明は、この
事実を利用する。具体的には球面収差を故意に発生さ
せ、これを達成する。

【０００６】本発明の内視鏡対物レンズは、全体として
負レンズの第１レンズ群と、全体として正レンズの第２
レンズ群と、全体として正レンズの第３レンズ群とから
なるもので、かつ、次の条件式を満足することを特徴と
している。（１）ｆ≦０．８（２）−０．７＞Ｒ_A ／ｆ＞−１．０５但し、ｆ：全系の焦点距離、Ｒ_A ：第２レンズ群で最も像側の面の曲率半径、である。負、正、正のレンズ系で、この条件を満足する
ことにより、被写界深度を増大させるに必要な球面収差
を発生させることができる。

【０００７】本発明の内視鏡対物レンズは、より具体的
には、第１レンズ群を１枚の負レンズから構成し、第２
レンズ群は、１枚の正レンズ、または各１枚の負レンズ
と正レンズから構成し、第３レンズ群は、１枚の正レン
ズ、または各１枚の正レンズと負レンズから構成するこ
とによって、レンズ枚数の少ないコストパフォーマンス
に優れたレンズ系が得られる。

【０００８】

【発明の実施例】以下、実施例について本発明を説明す
る。一般に、内視鏡対物レンズの焦点距離は、画角と、
使用するファイバー径とその本数、すなわちファイバー
ハンドル全体の径に依存し、あるいは電子内視鏡の場合
には、ＣＣＤのサイズによってほぼ決定され、０．数ｍ
ｍ〜数ｍｍの範囲のものがほとんどである。

【０００９】一般に収差量は焦点距離に比例する。この
ため、収差量をある小さい範囲に保つためには、焦点距
離の長いレンズほど、多くのレンズエレメントを用い
て、収差量を小さくする工夫がなされてきた。逆に焦点
距離の短いレンズの場合、少ないレンズ枚数でも自然に
収差が小さくなる傾向がある。つまり、内視鏡対物レン
ズは、一般的に焦点距離が短いために、諸収差は自然と
小さくなる。

【００１０】従来例では、焦点距離が０．８ｍｍ以下の
内視鏡対物レンズで、レンズ構成枚数が３枚と非常に少
ない場合でも、Ｆナンバー２．０程度に対して回折限界
程度の優れた球面収差が得られる。次表１は、従来の３
枚構成の内視鏡対物レンズの設計例を示すものである。
表中、ｒ_i はレンズ各面の曲率半径、ｄ_i はレンズ厚も
しくはレンズ間隔、Ｎは屈折率、νはアッベ数を示す。

【００１１】

【表１】 No．ｒｄＮ ν 1 ∞ 0.40 1.51633 64.1 2 0.630 0.10 1.0 絞 ∞ 0.03 1.0 3 ∞ 0.60 1.88300 40.8 4 -0.580 0.15 1.0 5 1.520 0.60 1.88300 40.8 6 ∞ この従来例では、Ｆナンバー２．２に対し球面収差は約
マイナス５０μｍと小さい。従ってこれを故意に大きく
しようという発想はこれまで無かった。

【００１２】本発明者は、収差量を大きくすることによ
り、被写界深度を増大することができる事実に着目し、
さらに、負、正、正の３群から構成される内視鏡対物レ
ンズにおいては、被写界深度を大きく支配する球面収差
量は、第２レンズ群中の最も像側の面（キー面）の曲率
半径によって決定されることを見出した。

【００１３】図１９は、Ｆナンバーが２程度の対物レン
ズ系において、このキー面の曲率半径Ｒ_A と全系の焦点
距離ｆの比に対する球面収差量をプロットしたものであ
る。この図から、Ｒ_A が相対的に小さくなるにつれ、球
面収差量はマイナスの数値で増大することが明らかであ
る。

【００１４】また、球面収差量と焦点深度（被写界深
度）の関係は次の通りである。一例として空間周波数５
０本／ｍｍに対するＭＴＦ値が２０％以上であるような
像面での深度方向の領域を焦点深度と定義すると、球面
収差と焦点深度との関係について、図２０のような結果
が得られた。但し、ＭＴＦ値は白色光に対する波動光学
的ＭＴＦ計算値である。

【００１５】この図から、球面収差が増大すると、これ
に略比例して焦点深度が深くなるのがわかる。この図で
の焦点深度の増加量の絶対値は数１０μｍ程度と僅かで
あるが、内視鏡用対物レンズは焦点距離が短いので、数
１０μｍの焦点深度の違いも被写体側に直すと（被写界
深度でいうと）有意な違いとなる。

【００１６】条件式（１）（ｆ≦０．８、ｆ：全系の焦
点距離）は、本願発明が対象とする内視鏡用対物レンズ
の焦点距離に関する条件である。焦点距離が０．８ｍｍ
を越えるレンズで、負、正、正の３群構成のレンズ系で
は、前述のように焦点距離の増加に伴って諸収差が自然
に増大するので、焦点深度を深くするという目的のため
には特に何の工夫も要らない。

【００１７】本願発明の内視鏡用対物レンズは、焦点距
離が０．８ｍｍ以下であるという条件の元に、条件式
（２）（−０．７＞Ｒ_A ／ｆ＞−１．０５、Ｒ_A ：第２
レンズ群で最も像側の面の曲率半径）を満足するように
して、故意に収差を増大させなければ焦点深度の増大は
できない。この条件式の下限を越えると、被写界深度を
十分増大させることができず、上限を越えると、逆に球
面収差が増大しすぎて、画像のコントラストが低下し、
良好な画質が得られない。また曲率半径が小さくなりす
ぎるので、加工自体が困難となる。

【００１８】次に具体的な実施例について本発明を説明
する。実施例１（図１）、実施例２（図３）、実施例３
（図５）、実施例４（図７）、実施例５（図９）、及び
実施例６（図１１）はそれぞれ、第１レンズ群が１枚の
負レンズ、第２レンズ群が１枚の正レンズ、第３レンズ
群が１枚の正レンズからそれぞれなっている実施例のレ
ンズ構成図である。

【００１９】実施例７（図１３）は、第１レンズ群が１
枚の負レンズ、第２レンズ群が１枚の正レンズ、第３レ
ンズ群が物体側から各１枚の正レンズと負レンズとから
それぞれなっている実施例のレンズ構成図である。

【００２０】実施例８（図１５）は、第１レンズ群が１
枚の負レンズ、第２レンズ群が物体側から各１枚の負レ
ンズと正レンズ、第３レンズ群が物体側から各１枚の正
レンズと負レンズとからなっている実施例のレンズ構成
図である。

【００２１】実施例９（図１７）は、第１レンズ群が１
枚の負レンズ、第２レンズ群が物体側から各１枚の負レ
ンズと正レンズ、第３レンズ群が１枚の正レンズからな
っている実施例のレンズ構成図である。

【００２２】いずれの実施例でも、第１レンズ群と第２
レンズ群の間に絞が位置している。これらの実施例１な
いし９のレンズデータを、

【表２】ないし

【表１０】に示す。これらの表中、F_E、ｆ、Ｍ、f_Bはそ
れぞれ、使用時のＦナンバー、レンズ系の焦点距離、使
用時の倍率、バックフォーカスを表わす。ｒは各面の曲
率半径（mm）、ｄは面間距離（mm）、Ｎはｄ線に対する
屈折率、νはアッベ数である。

【００２３】図２、図４、図６、図８、図１０、図１
２、図１４、図１６、及び図１８は、それぞれ図１、図
３、図５、図７、図９、図１１、図１３、図１５、及び
図１７のレンズ系の諸収差図である。諸収差図中、ＳＡ
は球面収差、ＳＣは正弦条件、ｄ線、ｇ線、Ｃ線は、そ
れぞれの波長における、球面収差によって示される色収
差と倍率色収差、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルを
示している。

【００２４】［実施例１］

【表２】 F_E=1:2.2 f=0.52 M=-0.098 F_B=0.45 No．ｒｄＮ ν 1 ∞ 0.32 1.51633 64.1 2 0.771 0.18 − 絞 ∞ 0.03 3 -1.632 0.55 1.88300 40.8 4 -0.509 0.21 − 5 1.824 0.45 1.88300 40.8 6 ∞ − −

【００２５】［実施例２］

【表３】 F_E=1:2.2 f=0.52 M=-0.099 F_B=0.63 No．ｒｄＮ ν 1 ∞ 0.32 1.51633 64.1 2 0.657 0.16 − 絞 ∞ 0.03 3 -1.070 0.55 1.88300 40.8 4 -0.495 0.06 − 5 1.734 0.44 1.88300 40.8 6 9.914 − −

【００２６】［実施例３］

【表４】 F_E=1:2.2 f=0.51 M=-0.097 F_B=0.54 No．ｒｄＮ ν 1 ∞ 0.40 1.51633 64.1 2 0.536 0.11 − 絞 ∞ 0.05 3 -1.391 0.58 1.88300 40.8 4 -0.508 0.16 − 5 1.434 0.46 1.88300 40.8 6 4.785 − −

【００２７】［実施例４］

【表５】 F_E=1:2.2 f=0.51 M=-0.098 F_B=0.55 No．ｒｄＮ ν 1 ∞ 0.40 1.51633 64.1 2 0.681 0.11 − 絞 ∞ 0.03 3 -1.100 0.56 1.88300 40.8 4 -0.472 0.10 − 5 1.737 0.44 1.88300 40.8 6 6.700 − −

【００２８】［実施例５］

【表６】 F_E=1:2.2 f=0.50 M=-0.096 F_B=0.00 No．ｒｄＮ ν 1 ∞ 0.40 1.51633 64.1 2 0.738 0.10 − 絞 ∞ 0.03 3 -0.800 0.58 1.88300 40.8 4 -0.440 0.10 − 5 1.632 0.43 1.88300 40.8 6 2.944 − −

【００２９】［実施例６］

【表７】 F_E=1:2.2 f=0.52 M=-0.100 F_B=0.49 No．ｒｄＮ ν 1 ∞ 0.32 1.51633 64.1 2 0.817 0.13 − 絞 ∞ 0.03 3 -1.454 0.58 1.88300 40.8 4 -0.538 0.06 − 5 1.653 0.58 1.88300 40.8 6 ∞ − −

【００３０】［実施例７］

【表８】 F_E=1:2.2 f=0.52 M=-0.097 F_B=0.31 No．ｒｄＮ ν 1 ∞ 0.35 1.51633 64.1 2 0.645 0.18 − 絞 ∞ 0.03 3 -1.315 0.54 1.88300 40.8 4 -0.489 0.25 − 5 1.704 0.43 1.78590 44.2 6 -2.594 0.30 1.80518 25.4 7 -91.253 − −

【００３１】［実施例８］

【表９】 F_E=1:2.2 f=0.56 M=-0.106 F_B=0.64 No．ｒｄＮ ν 1 ∞ 0.35 1.51633 64.1 2 0.828 0.08 − 絞 ∞ 0.03 3 -0.558 0.27 1.80518 25.4 4 2.890 0.54 1.80610 40.9 5 -0.563 0.03 − 6 1.337 0.61 1.78590 44.2 7 -0.980 0.30 1.80518 25.4 8 7.048 − −

【００３２】［実施例９］

【表１０】 F_E=1:2.3 f=0.56 M=-0.105 F_B=0.66 No．ｒｄＮ ν 1 ∞ 0.35 1.51633 64.1 2 0.846 0.16 − 絞 ∞ 0.03 3 -0.570 0.27 1.80518 25.4 4 2.853 0.50 1.80400 46.6 5 -0.562 0.03 − 6 1.354 0.89 1.77250 49.6 7 7.338 − −

【００３３】次に、実施例１ないし９の各条件式に対応
する値を表１１に示す。比較のために、表１の従来例の
同数値も同表に示す。

【表１１】

【００３４】表１１から明らかなように、実施例１ない
し９の数値は、いずれも条件式（１）及び（２）を満足
している。これに対し、従来例は、本発明の数値範囲か
ら外れている。また本発明の内視鏡対物レンズは、図
２、図４、図６、図８、図１０、図１２、図１４、図１
６、及び図１８に示すように、球面収差が大きいが、そ
の他の収差は、比較的良好に補正されている。また、キ
ー面の曲率半径を小さくすることによる副次的効果とし
て、ペッツバール和が減少し、像面湾曲を小さくするこ
とができる。このため、従来例と比べると、視野全体に
渡って、一様に良い性能が得られるという特徴も得られ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明の内視鏡対物レンズ
によれば、小さいＦナンバーで光量の取り込み量を確保
しながら、同時に深い被写体深度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内視鏡対物レンズの第１の実施例
を示すレンズ構成図である。

【図２】図１のレンズ系の諸収差図である。

【図３】本発明による内視鏡対物レンズの第２の実施例
を示すレンズ構成図である。

【図４】図３のレンズ系の諸収差図である。

【図５】本発明による内視鏡対物レンズの第３の実施例
を示すレンズ構成図である。

【図６】図５のレンズ系の諸収差図である。

【図７】本発明による内視鏡対物レンズの第４の実施例
を示すレンズ構成図である。

【図８】図７のレンズ系の諸収差図である。

【図９】本発明による内視鏡対物レンズの第５の実施例
を示すレンズ構成図である。

【図１０】図９のレンズ系の諸収差図である。

【図１１】本発明による内視鏡対物レンズの第６の実施
例を示すレンズ構成図である。

【図１２】図１１のレンズ系の諸収差図である。

【図１３】本発明による内視鏡対物レンズの第７の実施
例を示すレンズ構成図である。

【図１４】図１３のレンズ系の諸収差図である。

【図１５】本発明による内視鏡対物レンズの第８の実施
例を示すレンズ構成図である。

【図１６】図１５のレンズ系の諸収差図である。

【図１７】本発明による内視鏡対物レンズの第９の実施
例を示すレンズ構成図である。

【図１８】図１７のレンズ系の諸収差図である。

【図１９】Ｆナンバーが２程度の内視鏡対物レンズ系に
おいて、第２群レンズ中の最も像側の面の曲率半径Ｒ_A
と全系の焦点距離ｆの比に対する球面収差量をプロット
したグラフである。

【図２０】球面収差量と焦点深度（被写界深度）の関係
の一例を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】全体として負レンズの第１レンズ群と、全体として正レンズの第２レンズ群と、全体として正レンズの第３レンズ群とからなり、以下の
条件式を満たすことを特徴とする内視鏡対物レンズ。（１）ｆ≦０．８（２）−０．７＞Ｒ_A ／ｆ＞−１．０５但し、ｆ：全系の焦点距離、Ｒ_A ：第２レンズ群で最も像側の面の曲率半径。
【請求項２】請求項１において、第１レンズ群は、１
枚の負レンズからなり、第２レンズ群は、１枚の正レン
ズからなっている内視鏡対物レンズ。
【請求項３】請求項１において、第１レンズ群は、１
枚の負レンズからなり、第２レンズ群は、各１枚の負レ
ンズと正レンズからなっている内視鏡対物レンズ。
【請求項４】請求項２または３において、第３レンズ
群は、１枚の正レンズからなっている内視鏡対物レン
ズ。
【請求項５】請求項２または３において、第３レンズ
群は、各１枚の正レンズと負レンズからなっている内視
鏡対物レンズ。