JPH1114902A - 内視鏡対物光学系 - Google Patents

内視鏡対物光学系

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JPH1114902A
JPH1114902A JP9167325A JP16732597A JPH1114902A JP H1114902 A JPH1114902 A JP H1114902A JP 9167325 A JP9167325 A JP 9167325A JP 16732597 A JP16732597 A JP 16732597A JP H1114902 A JPH1114902 A JP H1114902A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 CCDに有害な赤外光をカットでき、全長が
短く、光学性能の優れた内視鏡対物光学系を得ること。 【構成】 物体側から順に、負のパワーの第1レンズ
群、正又はノンパワーの第2レンズ群、及び正のパワー
の第3レンズ群から構成され、第1、第2、第3レンズ
群のいずれか一つの群中に、少なくとも1枚の赤外線カ
ットガラス素子を配設した内視鏡対物光学系において、
赤外線カットガラス素子を、次の条件式(1)を満足す
る高屈折率ガラス素子から構成した内視鏡対物光学系。 (1)n>1.65 但し、 n:赤外線カットガラス素子の屈折率。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、固定撮像素子(CCD)上に結
像させる電子内視鏡用に好適な対物光学系に関する。
【0002】
【従来技術及びその問題点】内視鏡治療において、患部
にYAGレーザー(波長は赤外域:1.06μm、高出
力:数w〜数百w)を照射して焼く等の治療法がよく行
われる。CCDは可視光以外の赤外光に対しても感度を
持つため、レーザー患部からの反射光や焼いた時に患部
から発生する熱線(赤外光)等が原因となって、モニタ
ー上にホワイトアウトが生じ、観察を著しく阻害するこ
とがある。レーザー照射時の処置を安全に且つ迅速に行
うためには、患部を見ながら処置できなくてはならな
い。よって、照射時に患部付近がわずかでもホワイトア
ウトしてしまうと、治療に支障がでてくる。
【0003】このような有害な赤外線を遮断するため
に、YAGカットフィルターをCCDの前方に設けた
り、YAGカットコートを施したりする方法が用いられ
てきた。しかし、吸収型のフィルターは一定値以上の厚
さがないと効果がなく、内視鏡対物レンズのように微妙
な光学系中に厚いYAGカットフィルターを配置しなけ
ればならないことは、光学設計上大きな制約でもある
し、対物レンズの全長が長くなることにもつながる。近
年、CCDの小型化が行われているが、技術向上により
CCDの感度は小型化しても大きく変わることはない。
つまり、CCDは小型化しても、厚いYAGフィルター
を配置しなければならないために、レンズ全長を大幅に
短くすることができないばかりか、光学設計上の制約が
ますます大きくなることになる。
【0004】このような背景から既に、特開平5−15
0172号公報等で、対物光学系の一部を赤外カットガ
ラス素子から構成することが提案されている。しかし、
従来のこれらの提案はいずれも、赤外カットガラスの屈
折率について考慮されておらず、このため、像面湾曲収
差や倍率色収差等が大きく発生し、光学性能の良い対物
レンズは得られていない。
【0005】
【発明の目的】本発明は、CCDに有害な赤外光をカッ
トでき、全長が短く、光学性能の優れた内視鏡対物光学
系を提供することを目的とする。
【0006】
【発明の概要】本発明は、物体側から順に、負のパワー
の第1レンズ群、正又はノンパワーの第2レンズ群、及
び正のパワーの第3レンズ群から構成され、第1、第
2、第3レンズ群のいずれか一つの群中に、少なくとも
1枚の赤外線カットガラス素子を配設した内視鏡対物光
学系において、赤外線カットガラス素子を、次の条件式
(1)を満足する高屈折率ガラス素子から構成したこと
を特徴としている。 (1)n>1.65 但し、 n:赤外線カットガラス素子の屈折率、 である。赤外線カットガラス素子は、パワーを持つレン
ズ、ノンパワーの平行平面板のいずれも使用できる。
【0007】このように、赤外線カットガラス素子を高
屈折率ガラス素子から構成すると、全系の設計の自由度
が高まり、諸収差を良好に補正することができる。
【0008】より好ましくは、 (1’)n>1.80 を満足する高屈折率素子から構成するとよい。
【0009】赤外線カットガラス素子は、正またはノン
パワーの第2レンズ群中に設けることが好ましい。この
赤外線カットガラス素子からなる第2レンズ群の後方に
明るさ絞りを配置する場合には、さらに次の条件式
(2)を満足させることが好ましい。 (2)ν<45 但し、 ν:赤外線カットガラス素子のアッベ数、 である。あるいは、この赤外線カットガラス素子からな
る第2レンズ群の前方に明るさ絞りを配置する場合に
は、さらに次の条件式(3)を満足させることが好まし
い。 (3)ν>40
【0010】
【発明の実施の態様】本発明の内視鏡対物光学系は、物
体側から順に、負のパワーの第1レンズ群、正又はノン
パワーの第2レンズ群、及び正のパワーの第3レンズ群
から構成され、第1、第2、第3レンズ群のいずれか一
つの群中に、少なくとも1枚の赤外線カットガラス素子
を配設した内視鏡対物光学系において、赤外線カットガ
ラス素子を条件式(1)を満足する高屈折率ガラスで構
成したものである。
【0011】表1と図1は、屈折率とアッベ数が似た、
代表的な光学ガラス(BK7、OHARA製、屈折率n
d =1.51633、アッベ数ν=64.1)と、赤外
線カットガラス(熱線吸収フィルターガラス、HA−3
0、HOYA製、屈折率nd=1.524、アッベ数ν
=69)の分光透過率の差異を示すものである。これら
の表と図から明かなように、一般的な光学ガラスは赤外
域で分光透過率が高いが、赤外線カットガラスは赤外域
での分光透過率が低い。よって、内視鏡対物光学系内
に、このような分光透過率を持つ赤外カットガラスを配
置することにより、CCDに有害な赤外光をカットする
ことができる。なお、本発明でいう赤外線カットガラス
は、熱線吸収フィルタ−に限らず、青色フィルターや色
補正フィルター等の赤外域での透過率が低いカラーフィ
ルター全般を含む概念である。
【0012】
【表1】
【0013】条件式(1)は、本発明で用いる赤外線カ
ットガラス素子の屈折率に関するものである。条件式
(1)を満足する高屈折率の硝材を用いると、屈折率が
低い硝材しか用いない場合に比べて光学設計上の利点が
非常に大きい。すなわち、赤外線カットガラスを、単に
CCDに有害な赤外光を除去するという目的以外に、収
差補正のための素子としても利用できることになる。
【0014】赤外線カットガラス素子は、第2レンズ群
中に設けることが好ましい。赤外線カットガラス素子を
第2レンズ群中に設けることにより、収差補正のための
素子としての特徴を利用して、特に倍率色収差補正を効
率的に行うことができる。
【0015】第2レンズ群は、正のパワーのレンズまた
はノンパワーの平行平面板から構成することができる。
この第2レンズ群の後方に明るさ絞りを配置する場合に
は、条件式(2)を満足させることが好ましい。第2レ
ンズ群を正のパワーのレンズまたは平行平面板から構成
すると、第3レンズ群は正であるから、パワー配置が絞
りに対して略対称となる。このため軸外光束のうち、第
1レンズ群で基準波長のd線と比べてより光軸と平行な
方向に曲げられるg線が、第2レンズ群で光軸と平行で
ない方向に曲げられるため、倍率色収差を補正すること
ができる。つまり、第2レンズ群の後方に明るさ絞りを
配置する場合には、第2レンズ群のアッベ数が条件式
(2)(ν<45)を満たすように小さい方が、レンズ
系全体の倍率色収差の補正効果が大きい。
【0016】一方、第2レンズ群の前方に明るさ絞りを
配置する場合には、パワー配置が絞りに対して非対称と
なる。このため軸外光束のうち、第1レンズ群で基準波
長のd線と比べてより光軸と平行な方向に曲げられるg
線が、第2レンズ群でより光軸と平行な方向(テレセン
トリック)に曲げられる。このため、第1レンズ群、第
2レンズ群でともに倍率色収差が発生してしまう。これ
を補正する(発生を抑える)ためには、第2レンズ群の
アッベ数は、条件式(3)(ν>40)を満たすように
大きい方が好ましい。
【0017】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2は、本発明の内視鏡対物光学系の第1
の実施例のレンズ構成図である。物体側から順に、1枚
の負レンズからなる第1レンズ群10、1枚の平行平面
板からなるノンパワーの第2レンズ群20、明るさ絞り
S、1枚の正レンズと、物体側から負レンズ、正レンズ
の接合レンズとからなる全体として正の第3レンズ群3
0及びカバーガラスCGから構成されている。第2レン
ズ群20(面No. 3及び4)が赤外線カットガラスにて
構成されたカラーフィルターガラス(平行平面板)であ
る。表2は、このレンズ系(カバーガラスを含む)の数
値データ、図3は、このレンズ系による諸収差図であ
る。
【0018】以下の各表及び各図面において、FNO はF
ナンバー、f は全系の焦点距離、Mは近軸横倍率、W は
半画角、fBは空気換算バックフォーカス、R はレンズ各
面の曲率半径、D はレンズ厚もしくはレンズ間隔、N は
d線に対する屈折率、νはアッベ数を示す。d線、g線
および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及び倍率色収差、Sはサジタル、M
はメリディオナルを示している。
【0019】
【表2】 FNO= 1:4.09 f = 1.00 M =-0.095 W =66.6° fB=1.31(=d9+d10/1.52400+d11/1.53000) 面 No. R D Nd νd 1 ∞ 0.48 1.51633 64.1 2 0.727 0.26 - - 3 ∞ 0.70 1.88300 40.8 4 ∞ 0.00 - - 絞り ∞ 0.07 - - 5 -4.014 0.94 1.77250 49.6 6 -0.976 0.24 - - 7 3.615 0.35 1.92286 21.3 8 1.157 0.96 1.77250 49.6 9 -7.116 0.62 - - 10 ∞ 0.58 1.52400 65.5 11 ∞ 0.47 1.53000 60.0 12 ∞ - - -
【0020】[実施例2]図4は、本発明の内視鏡対物
光学系の第2の実施例のレンズ構成図(カバーガラスを
含む)である。基本的なレンズ構成は、実施例1と同じ
であるが、絞りSが第2レンズ群20の後方に配置され
ている。第2レンズ群20(面No. 3及び4)が赤外線
カットガラスにより構成された正のパワーのレンズであ
る。また面No. 9は回転対称非球面である。表3は、こ
のレンズ系の数値データ、図5は、このレンズ系による
諸収差図である。回転対称非球面は次式で定義される。
x=Ch2/{1+[1-(1+K)C2h2]1/2}+A4h4+A6h6+A8h8+・・・(C
は曲率(1/r)、hは光軸からの高さ、Kは円錐係数)
【0021】
【表3】 FNO=1:3.94 f = 1.00 M =-0.090 W =71.7° fB=1.86(=d9+d10/1.53000) No. R D Nd νd 1 7.151 0.52 1.88300 40.8 2 1.148 0.52 - - 3 -4.214 0.90 1.80518 25.4 4 -2.131 0.22 - - 絞り ∞ 0.09 - - 5 -5.689 2.00 1.52400 66.0 6 -1.490 0.09 - - 7 13.619 0.52 1.92286 21.3 8 2.069 1.69 1.66625 55.2 9 * -1.724 1.41 - - 10 ∞ 0.69 1.53000 60.0 11 ∞ - - - *は回転対称非球面。 非球面データ; No.9;K=-1、 A4=0.2073×10-1、A6=0.1658×10-2、 A8=-0.2170 ×10-2、A6=0.1120×10-2
【0022】[実施例3]図6は、本発明の内視鏡対物
光学系の第3の実施例のレンズ構成図(カバーガラスを
含む)である。基本的なレンズ構成は、実施例1と同じ
であるが、第1レンズ群10の後方に絞りSが配置さ
れ、第3レンズ群は物体側から順に、負レンズと正レン
ズの接合レンズで構成されている。また、第2レンズ群
20(面No.3及び4)が赤外線カットガラスにより構
成された正のパワーのレンズである。表4は、このレン
ズ系の数値データ、図7は、このレンズ系による諸収差
図である。
【0023】
【表4】 FNO=1:5.71 f = 1.00 M =-0.177 W =60.4° f=0.93(=d+d/1.53000) 面 No. R D Nd νd 1 ∞ 0.32 1.88300 40.8 2 1.204 0.11 - - 絞り ∞ 0.06 - - 3 -1.834 0.51 1.88300 40.8 4 -0.546 0.05 - - 5 2.820 0.32 1.92286 21.3 6 0.763 0.54 1.72916 54.7 7 1.960 0.65 - - 8 ∞ 0.43 1.53000 60.0 9 ∞ - - -
【0024】表5に実施例1ないし3の各条件式の値を
示す。
【表5】
【0025】表5から明らかなように、各実施例は条件
式(1)ないし(3)を満たしている。各収差はよく補
正され、光学性能の優れた内視鏡対物光学系が得られて
いる。
【0026】
【発明の効果】本発明の内視鏡対物光学系によれば、C
CDに有害な赤外光をカットでき、全長が短く、光学性
能、特に倍率色収差補正の優れた内視鏡対物光学系が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】屈折率とアッベ数が似た、一般的な光学ガラス
と赤外線カットガラスの分光透過率の差異の一例を示す
図である。
【図2】本発明の内視鏡対物光学系の第1の実施例のレ
ンズ構成図(カバーガラスを含む)である。
【図3】図2のレンズ系の諸収差図である。
【図4】本発明の内視鏡対物光学系の第2の実施例のレ
ンズ構成図(カバーガラスを含む)である。
【図5】図4のレンズ系の諸収差図である。
【図6】本発明の内視鏡対物光学系の第3の実施例のレ
ンズ構成図(カバーガラスを含む)である。
【図7】図6のレンズ系の諸収差図である。
【符号の説明】
10 第1レンズ群 S 明るさ絞り 20 第2レンズ群 30 第3レンズ群

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体側から順に、負のパワーの第1レン
    ズ群、正又はノンパワーの第2レンズ群、及び正のパワ
    ーの第3レンズ群から構成され、 上記第1、第2、第3レンズ群のいずれか一つの群中
    に、少なくとも1枚の赤外線カットガラス素子を配設し
    た内視鏡対物光学系において、 上記赤外線カットガラス素子を、下記条件式(1)を満
    足する高屈折率ガラス素子から構成したことを特徴とす
    る内視鏡対物光学系。 (1)n>1.65 但し、 n:赤外線カットガラス素子の屈折率。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の内視鏡対物光学系におい
    て、前記赤外線カットガラス素子は、正またはノンパワ
    ーの第2レンズ群を構成している内視鏡対物光学系。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の内視鏡対物光学系におい
    て、第2レンズ群の後方に明るさ絞りが配置され、かつ
    下記条件式(2)を満足する内視鏡対物光学系。 (2)ν<45 但し、 ν:赤外線カットガラス素子のアッベ数。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の内視鏡対物光学系におい
    て、第2レンズ群の前方に明るさ絞りが配置され、かつ
    下記条件式(3)を満足する内視鏡対物光学系。 (3)ν>40
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