JPH08146291A

JPH08146291A - 内視鏡用対物レンズ

Info

Publication number: JPH08146291A
Application number: JP6283811A
Authority: JP
Inventors: Takaomi Sekiya; 尊臣関谷; Masaru Eguchi; 勝江口
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1994-11-17
Filing date: 1994-11-17
Publication date: 1996-06-07
Anticipated expiration: 2018-10-14
Also published as: JP3455309B2

Abstract

(57)【要約】【目的】加工が容易で、歪曲収差が少なく、全長が短
く、構成枚数の少ない内視鏡用対物レンズを提供するこ
と。【構成】物体側より順に、明るさ絞り２１Ｓおよび正の
パワーを有する後群レンズからなり、この後群レンズ
を、ガラスレンズ２１と、このガラスレンズ２１の表面
に付着した透明部材層２２とからなり、この透明部材層
２２のガラスレンズ２１に付着していない面を非球面と
した複合型非球面レンズで構成し、さらにガラスレンズ
２１を、屈折率ｎがｎ＞1.65なる硝材で形成したこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内視鏡、硬性鏡などに
用いる対物レンズに係り、特に全長が短く構成枚数の少
ない対物レンズに関する。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】一般に、内視鏡、硬性鏡
などで要求される画角は90〜120 ゜前後であり、かなり
広角である。そのため、対物レンズで発生する歪曲収差
は大きくなりがちで、一般に、画角100 ゜では約−36
％、画角120 ゜では約−50％にもなってしまう。このよ
うな歪曲収差を減少させる手段として、特開昭61-16202
1 号公報などに示されているように、非球面レンズの使
用が知られている。

【０００３】しかしながら、内視鏡などの対物レンズは
可及的に小径であることが要求されるため、研磨などに
よる非球面加工が、35mmカメラレンズなどと比較して困
難である。また、このような小径な非球面レンズの製作
方法としては、従来よりガラスモールド法が報告されて
いるが、この手法を適用できるのは、一般に、転移点の
低い軟化させやすい硝材である。

【０００４】一方、内視鏡、硬性鏡などでは、外部から
導入される照明光量が少なく、明るい対物レンズが必要
であるが、反面、明るい対物レンズは、レンズの全長や
径が大きくなりがちである。そこで、屈折率の高い硝材
を使用して、各レンズのパワーを上げ、レンズ構成枚数
を減少させることにより、広角で、小径かつ全長が短い
対物レンズを作成できる。

【０００５】しかし、このような高屈折率の硝材の多く
は、転移点が高く、ガラスモールド法にはなじまない。
適用しようとすれば、硝材を軟化させるために必要な熱
量が多くなって消費エネルギーが増大し、過熱および徐
冷に長時間を要し、モールド型の寿命が短くなり、コス
トアップするという問題がある。さらにモールド成型し
やすい硝材を用いて行なう対物レンズの設計では、その
自由度も少なくなり、所望の性能が得られ難いという問
題が生じる。

【０００６】また、内視鏡の対物レンズでは、明るさ絞
りよりも物体側に配置した前群レンズにパワーを持たせ
るのが通例である。そこで、前群レンズを廃すると、レ
ンズの全長を短縮できる。しかし、前群レンズを廃する
と後群レンズのパワーを増加しなければならないが、後
群レンズのパワーを増加すると、歪曲収差の発生などの
性能低下が見られる。後群レンズのパワー増加のために
は後群レンズの屈折率を上げる必要があり、収差補正を
良好に行なうためには非球面の導入が有効である。しか
し、非球面の形成が容易なモールド法により成型可能な
高屈折率硝材は、既に述べたように極限られてしまい、
高屈折率の硝材を使用してモールド法により非球面レン
ズを形成するのは困難である。したがって、事実上、全
長が短くかつ歪曲収差の少ない内視鏡用対物レンズを形
成するのは困難であった。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、上記従来の内視鏡用対物レン
ズの問題に鑑みてされたもので、加工が容易で、歪曲収
差が少なく、全長が短く、構成枚数の少ない内視鏡用対
物レンズを提供することを目的とする。

【０００８】

【発明の概要】この目的を達成する請求項１に記載の発
明は、物体側より順に、カバーガラス、明るさ絞りおよ
び正のパワーを有する後群レンズからなり、上記後群レ
ンズ中の少なくとも一つのレンズが、ガラスレンズと、
このガラスレンズの表面に付着した透明部材層とからな
り、この透明部材層のガラスレンズに付着していない面
が非球面からなる複合型非球面レンズであり、上記複合
型非球面レンズのガラスレンズの屈折率ｎが、ｎ＞1.6
5、であることに特徴を有する。請求項２に記載の発明
は、物体側より順に、明るさ絞りおよび正のパワーを有
する後群レンズからなり、上記後群レンズ中の少なくと
も一つのレンズが、ガラスレンズと、このガラスレンズ
の表面に付着した透明部材層とからなり、この透明部材
層のガラスレンズに付着していない面が非球面からなる
複合型非球面レンズであり、上記複合型非球面レンズの
ガラスレンズの屈折率ｎが、ｎ＞1.65、であることに特
徴を有する。

【０００９】

【実施例】以下、図示実施例に基づいて本発明を説明す
る。図１および２は実施例１、図３および４は実施例
２、図５および６は実施例３、図７および８は実施例
４、図９および１０は実施例５、図１１および１２は実
施例６のレンズ構成および諸収差特性を示している。実
施例１〜５はファイバースコープに使用される対物レン
ズ、実施例６は電子スコープに使用される対物レンズで
ある。実施例１はカバーガラスを有し、実施例２〜６は
カバーガラスを有しない。実施例１および２は、後群レ
ンズ１枚構成であり、実施例３〜６は後群レンズ２枚構
成であって、第３〜第５実施例は物体側から正レンズ、
正レンズの組み合わせであり、実施例６は物体側から正
レンズ、負レンズの組み合わせである。なお、図には光
学素子のみを示しているが、これらは鏡筒などに固定さ
れ、内視鏡、硬性鏡などの先端部に取付けられる。

【００１０】実施例１および２では、後群レンズ１２、
２１を屈折率ｎ＞1.65のガラスレンズで形成し、かつそ
れらの像側面 NO.４、 NO.２に合成樹脂を付加してプレ
ス加工した透明部材層１３、２２を設けてある。そし
て、これらの透明部材層１３、２２の像側面 NO.５、 N
O.３（ガラスレンズ１２、２１の面 NO.４、 NO.２に付
着していない面）を非球面として、後群レンズ１２およ
び透明部材層１３、後群レンズ２１および透明部材層２
２からなる複合型非球面レンズを形成してある。また、
明るさ絞り１２Ｓ、２１Ｓは、後群レンズ１２、２１よ
りも物体側の空間に配置してある。

【００１１】実施例３では、正のパワーを有する２枚の
後群レンズ３１、３２の内、少なくとも第２レンズ３２
を屈折率ｎ＞1.65のガラスレンズで形成し、かつ第２レ
ンズ３２の像側面 NO.４に合成樹脂を付加してプレス加
工した透明部材層３３を設けてある。そして、この透明
部材層３３の像側面 NO.５（第２レンズ３２の面 NO.４
に付着していない側の面）を非球面として、第２レンズ
３２および透明部材層３３からなる複合型非球面レンズ
を形成してある。また、明るさ絞り３１Ｓは、第１レン
ズ３１よりも物体側の空間に配置してある。

【００１２】実施例４では、正のパワーを有する第１レ
ンズ４１、負のパワーを有する第２レンズ４２、正のパ
ワーを有する第３レンズ４３からなる３枚の後群レンズ
の内、少なくとも第３レンズ４３を屈折率ｎ＞1.65のガ
ラスレンズで形成し、かつ第３レンズ４３の像側面 NO.
５に合成樹脂を付加してプレス加工した透明部材層４４
を設けてある。そして、この透明部材層４４の像側面 N
O.６（第３レンズ４３の面 NO.５に付着していない面）
を非球面として、第３レンズ４３および透明部材層４４
からなる複合型非球面レンズを形成してある。また、明
るさ絞り４１Ｓは、第１レンズ４１よりも物体側の空間
に配置してある。

【００１３】実施例５では、正のパワーを有する第１レ
ンズ５１、負のパワーを有する第２５３、正のパワーを
有する第３レンズ５４からなる３枚の後群レンズの内、
第１レンズ５１を屈折率ｎ＞1.65のガラスレンズで形成
し、かつ第１レンズ５１の像側面 NO.２に合成樹脂を付
加してプレス加工した透明部材層５２を設けてある。そ
して、この透明部材層５２の像側面 NO.３（第１レンズ
５１の面 NO.２に付着していない面）を非球面として、
第１レンズ５１および透明部材層５２からなる複合型非
球面レンズを形成してある。また、明るさ絞り５１Ｓ
は、第１レンズ５１よりも物体側の空間に配置してあ
る。

【００１４】実施例６では、正のパワーを有する第１レ
ンズ６１、負のパワーを有する第２レンズ６３および正
のパワーを有する第３レンズ６４からなる３枚の後群レ
ンズ内、少なくとも第１レンズ６１を屈折率ｎ＞1.65の
ガラスレンズで構成し、かつ第１レンズ６１の像側面 N
O.２に合成樹脂を付加してプレス加工した透明部材層６
２を設けてある。そして、この透明部材層５２の像側面
NO.３（第１レンズの面 NO.２に付着していない側の
面）を非球面として、第１レンズ６１および透明部材層
６２からなる複合型非球面レンズを形成してある。ま
た、明るさ絞り６１Ｓは、第１レンズ６１の物体側空間
に配置してある。なお、図中符号６５、６６は、電子内
視鏡に用いられるＣＣＤ撮像素子のカバーガラスおよび
接着剤層である。

【００１５】以上の実施例において、画角２ｗは、実施
例１、５および６が２ｗ＝ 100゜、実施例２が２ｗ＝80
゜、実施例３が２ｗ＝90゜、実施例４が２ｗ＝92゜であ
る。Ｆナンバーは、実施例１〜３がＦ＝1.8 、実施例４
がＦ＝4.0 、実施例５がＦ＝2.9 、実施例６がＦ＝5.6
である。なお、Ｆナンバーは無限遠の物体距離に対する
値であり、画角２ｗは設計物体距離に対する値である。
ここで設計物体距離は、実施例１および２は8.0mm 、実
施例３は5.0mm 、実施例４、５および６は6.0mm であ
る。

【００１６】また、本実施例では、ガラスレンズには、
耐薬品性と光学設計上の収差補正の要求、研磨、加工特
性から、ＬＡＨ５８（株式会社オハラの硝材名）の名称
で呼ばれている硝材を使用している。この硝材は、転移
点が730 ℃と高く、ガラスモールド法には不適当なもの
である。また、硝材ＬＡＨ５８と類似の屈折率、アッベ
数を持った他の硝材にも、転移点が十分低く、ガラスモ
ールド法に適したものは存在しない。

【００１７】一方、非球面を形成する透明部材層には、
熱硬化型樹脂を使用したが、他の樹脂材料、例えば、光
硬化型樹脂などの使用も可能である。さらに、樹脂材料
の屈折率などの制限は特に存在しない。

【００１８】以上の実施例１〜６の具体的数値データを
以下表に示し、諸収差を図２、４、６、８、１０、およ
び１２に示す。なお、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
球面収差よる色収差と倍率色収差、Ｓは非点収差図にお
けるサジタル、Ｍは非点収差図におけるメリディオナル
をそれぞれ示している。

【００１９】表および図中、F_NO はＦナンバー、f は焦
点距離（mm）、M は横倍率、Ｗは半画角（゜）、f_Bはバ
ックフォーカス（mm）、ｒはレンズ面の近軸曲率半径
（mm）、ｄはレンズ面の間隔（mm）、ｎd はｄ線の屈折
率、νd はｄ線のアッベ数を示す。

【００２０】［実施例１］

【表１】 F_NO=1.8 f=0.33 M=-0.040 W=50 f_B=0.29 面 NO. ｒｄｎ_d νd 1 ∞ 0.20 1.88300 40.8 2 ∞ 0.16 絞り ∞ 0.03 3 2.222 0.49 1.88300 40.8 4 -0.389 0.05 1.52010 50.8 5 ＊ -0.244 - - - ＊は非球面 NO.5 : K=-2.38716、 A4=-4.55994、 A6=0.26567 ×10² 、A8=0.00000、 A10= 0.00000、A12=0.00000 但し、非球面は次式で定義される。 x=cy²/[1+{1-(1+K)c²y²}^1/2]+A4y⁴+A6y⁶+A8y⁸+A10y¹⁰+A
12y¹² 以下の実施例の非球面も同式により定義される。

【００２１】［実施例２］

【表２】 F_NO=1.8 f=0.43 M=-0.054 W=40 f_B=0.38 面 NO. ｒｄｎ_d νd 絞り ∞ 0.11 1 1.848 0.51 1.88300 40.8 2 -0.410 0.05 1.52010 50.8 3 ＊ -0.394 - - - ＊は非球面 NO.3 : K=-1.98384、 A4=-0.03256、 A6=7.81836 、A8=0.00000、 A10= 0.00000、A12=0.00000

【００２２】［実施例３］

【表３】 F_NO=1.8 f=0.39 M=-0.077 W=45 f_B=0.34 面 NO. ｒｄｎ_d νd 絞り ∞ 0.04 1 -1.121 0.30 1.51633 64.1 2 -0.897 0.05 - - 3 0.880 0.40 1.65830 57.3 4 -0.510 0.05 1.52010 50.8 5 ＊ -0.309 - - - ＊は非球面 NO.5 : K=-2.87113 A4=-2.62966 、 A6=0.26542 ×10² 、A8=-0.32503 ×10² 、 A10=-0.35704 ×10³ 、A12=0.12321 ×10⁴

【００２３】［実施例４］

【表４】 F_NO=4.0 f=0.91 M=-0.152 W=46 ｆ_Ｂ＝１．０１面ＮＯ．ｒｄｎ_d νd 絞り ∞ 0.04 1 -0.540 0.23 1.88300 40.8 2 -0.525 0.05 - - 3 -11.419 0.47 1.80518 25.4 4 0.910 0.73 1.72916 54.7 5 -1.200 0.20 1.52010 50.8 6 ＊ -0.700 - - - ＊は非球面 NO.6 : K=-2.18934 、A4=-0.29640 、 A6=-0.23181、A8=0.00000、 A10= 0.00000 、A12= 0.00000

【００２４】［実施例５］

【表５】 F_NO=2.9 f=0.89 M=-0.151 W=50 f_B=0.00 面 NO. ｒｄｎ_d νd 絞り ∞ 0.04 1 -1.449 0.51 1.88300 40.8 2 -0.440 0.05 1.52010 50.8 3 ＊ -0.589 0.05 - - 4 -1.100 0.30 1.80518 25.4 5 1.596 0.78 1.72916 54.7 6 -0.920 - - - ＊は非球面 NO.3 : K=-0.83413 、A4= 0.42655 、 A6= 0.41254、A8=0.00000 A10= 0.00000 、A12= 0.00000

【００２５】［実施例６］

【表６】 F_NO=5.6 f=1.19 M=-0.235 W=50 f_B=0.00 面 NO. ｒｄｎ_d νd 絞り ∞ 0.06 1 -1.774 0.51 1.88300 40.8 2 -0.472 0.05 1.52010 50.8 3 ＊ -0.732 0.16 - - 4 -6.062 0.30 1.80518 25.4 5 1.142 0.34 1.72916 54.7 6 2.620 0.30 - - 7 ∞ 0.60 1.53000 50.0 8 ∞ 0.40 1.54000 40.0 9 ∞ - - - ＊は非球面 NO.3 : K=-0.74470 、A4=-0.20247 、 A6=-0.26087、A8=0.00000 A10= 0.00000 、A12= 0.00000

【００２６】以上、実施例１、２では、全く非球面を使
用しない場合と比較して、非点収差、像面湾曲および歪
曲収差が改善されている。

【００２７】実施例３は、後群レンズを第１レンズ３１
および第２レンズ３２に分離することにより、実施例
１、２に比較してレンズの各面の曲率半径ｒが大きくな
り、製造が容易になるとともに、球面収差の発生が低減
された。さらに、非球面を全く使用しない同一レンズ構
成と比較して、歪曲収差が−27％から−19％に改善され
た。

【００２８】実施例４および５は、後群レンズの物体側
レンズ４２、５３と、像側レンズ４３、５４とを貼り合
わせにすることで、色収差の発生を低減させている。さ
らに透明部材層４４、５２のガラスレンズに付着してい
ない面を非球面としたことで特に、実施例４では歪曲収
差が低減され、実施例５では非点収差が低減されてい
る。

【００２９】実施例６（図１１および１２）は、電子内
視鏡に使用される対物レンズの一例である。図示しない
が、最も像側の接着剤層６６に密着してＣＣＤなどの撮
像素子が配置される。この実施例６は、例えば実施例５
と比較して、同一画角であるが像高が高くなっているた
め、実施例５と同じレンズ構成にすると焦点距離が長く
なり、全長が長くなりがちである。そのため、最も像側
レンズ群を負のパワーとなる構成にすることで、全長を
短くすることができた。レンズのみの全長は、実施例５
と比較して、約20％短縮されている。また、歪曲収差も
低減されている。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り本発明は、
前群レンズを廃して、物体側より順に、明るさ絞りおよ
び正のパワーを有する後群レンズとで構成し、上記後群
レンズ中の少なくとも一つのレンズを、ガラスレンズ
と、このガラスレンズの表面に付着した透明部材層とか
らなり、この透明部材層のガラスレンズに付着していな
い面が非球面からなる複合型非球面レンズで構成し、か
つ上記複合型非球面レンズのガラスレンズを、屈折率ｎ
がｎ＞1.65を満足する硝材で形成したので、全長が短
く、径の小さな内視鏡用対物レンズを提供できる。しか
も、非球面を有するので、球面収差、軸上色収差、倍率
色収差、非点収差、歪曲収差などの諸収差が低減されて
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内視鏡用対物レンズの実施例１のレン
ズ構成図である。

【図２】同実施例１の諸収差特性図である。

【図３】本発明の内視鏡用対物レンズの実施例２のレン
ズ構成図である。

【図４】同実施例２の諸収差特性図である。

【図５】本発明の内視鏡用対物レンズの実施例３のレン
ズ構成図である。

【図６】同実施例３の諸収差特性図である。

【図７】本発明の内視鏡用対物レンズの実施例４のレン
ズ構成図である。

【図８】同実施例４の諸収差特性図である。

【図９】本発明の内視鏡用対物レンズの実施例５のレン
ズ構成図である。

【図１０】同実施例５の諸収差特性図である。

【図１１】本発明の内視鏡用対物レンズの実施例６のレ
ンズ構成図である。

【図１２】同実施例６の諸収差特性図である。

【符号の説明】

１１カバーガラス１２レンズ（ガラスレンズ）１２Ｓ明るさ絞り１３透明部材層２１第１レンズ（ガラスレンズ）２１Ｓ明るさ絞り２２透明部材層３１第１レンズ（ガラスレンズ）３１Ｓ明るさ絞り３２第２レンズ（ガラスレンズ）３３透明部材層４１Ｓ明るさ絞り４３第３レンズ（ガラスレンズ）４４透明部材層５１第１レンズ（ガラスレンズ）５１Ｓ明るさ絞り５２透明部材層６１レンズ（ガラスレンズ）６１Ｓ明るさ絞り６２透明部材層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側より順に、カバーガラス、明るさ
絞りおよび正のパワーを有する後群レンズからなり、上記後群レンズ中の少なくとも一つのレンズが、ガラス
レンズと、このガラスレンズの表面に付着した透明部材
層とからなり、この透明部材層のガラスレンズに付着し
ていない面が非球面からなる複合型非球面レンズであ
り、上記複合型非球面レンズのガラスレンズの屈折率ｎが、ｎ＞1.65であることを特徴とする内視鏡用対物レンズ。
【請求項２】物体側より順に、明るさ絞りおよび正の
パワーを有する後群レンズからなり、上記後群レンズ中の少なくとも一つのレンズが、ガラス
レンズと、このガラスレンズの表面に付着した透明部材
層とからなり、この透明部材層のガラスレンズに付着し
ていない面が非球面からなる複合型非球面レンズであ
り、上記複合型非球面レンズのガラスレンズの屈折率ｎが、ｎ＞1.65であることを特徴とする内視鏡用対物レンズ。
【請求項３】請求項１または２において、上記後群レ
ンズが、一つの複合型非球面レンズにより構成されてい
ること、を特徴とする内視鏡用対物レンズ。
【請求項４】請求項１または２において、上記後群レ
ンズが、正のパワーを有する第１群レンズと正のパワー
を有する第２群レンズとにより構成され、少なくとも一
方の群が上記複合型非球面レンズを含むこと、を特徴と
する内視鏡用対物レンズ。
【請求項５】請求項１または２において、上記後群レ
ンズが正のパワーを有する第１群レンズと負のパワーを
有する第２群レンズにより構成され、少なくとも一方の
群が上記複合型非球面レンズを含むこと、を特徴とする
内視鏡用対物レンズ。
【請求項６】請求項４または５において、上記第１群
が上記複合型非球面レンズであること、を特徴とする内
視鏡用対物レンズ。