JPS6378119A

JPS6378119A - 内視鏡光学系

Info

Publication number: JPS6378119A
Application number: JP61224536A
Authority: JP
Inventors: Susumu Takahashi; 進高橋
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1986-09-22
Filing date: 1986-09-22
Publication date: 1988-04-08
Anticipated expiration: 2010-12-20
Also published as: DE3732260A1; JPH07119893B2; US4902115A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、内視鏡光学系に関する。

〔従来の技術〕

現在、製品化されている内視鏡においては、手術中の繁
雑さをなくすために、光学系のピント。

絞り、焦点距離等を一切変えないで用いるものが主流と
なっている。そのため、最低必要な遠点物点（数＋ｍｍ
　）と近点物点が観察出来るように、明るさ絞りを予め
絞ってかなりの被写界深度を確保し、実用となるように
している。しかしながら、明るさと被写界深度とは相反
する関係にあり、今以上の深度を得ようとすると明るさ
が減少し、明るさを増せば深度が不足となるという問題
がある。

又、従来から要求があり、近年も要望の高い近接拡大を
実現するため、或は内視鏡の細径化に伴うライトガイド
径の細径化による光ｆｔ１ｌを補うために、新たな技術
的進展が望まれている。

これを実現する手段としてオートアイリス（自動絞り）
がある。内視鏡は独自の特徴である自己照明を用いて被
写体像を得ているため、観察距離が近くなればなるほど
被写体像が明るくなる。そこで、光源の光量を調整する
のでなく対物レンズの絞り径を入射光量に応じて調整し
て適正な明るさを得ようというのがこの方式であり、こ
の方式を用いれば、近接物体観察時には絞りが絞られて
被写界深度が増すため、オートアイリスのないものに比
べより近接物体に対してもピントの合った像が得られる
という利点がある。実際には絞り径を連続的に変化させ
るようなｉ構を内視鏡先端に組み込むのが難しいため、
二段とか三段程度の絞り径の変更を不連続に行うことに
なる。

従来例としてオートアイリスの構成を第２５図に示した
。これは第２５図［ａｌに示した如く可変絞り１の後方
に結像レンズ２と固体撮像素子３を配置して成るもので
ある。又、第２５図Ｔｏｌには可変絞り１を取り出して
示した。部分（イ）は常時黒で、部分（ハ）は常時透明
である。部分（ロ）は透明か黒の状態となり、この部分
が可変絞り作用を行う部分となる。

第２６図には可変絞り１の開放状Ｂ　（１）及び絞り込
み状態（Ｉｔ）を夫々示した。又、第２７図にはオート
アイリスの動作時のＦナンバーと被写界深度との関係を
グラフに示した。

オートアイリスのないものでは、状Ｂ　（１）での深度
しか得られない。オートアイリスのあるものでは、物体
に近接した時には被写体が明る（照明されるので、これ
が適切な光量になるよう絞りが絞られて状ｇ（ｎ）にな
り、その結果深度が増し、遠点側から近点側にかけての
観察範囲が広がっている。

しかしながら、絞りが絞られるのは近接物体の観察時で
あるので、遠点側の深度が伸びても何ら利点は生ぜず、
又近点側の深度の延びΔは全く不十分なものであるので
、実用観察範囲が飛躍的に伸びたとは言い難い。そこで
、遠点側に伸びた深度を無駄にしないように、絞り込む
と同時にピントの位置を近点に合わせることにより実用
観察範囲を飛痛的に広げることが考えられた。

その場合の移動については、従来より幾つかの方式が考
案されてきている。例えば第２８図に示したように、レ
ンズの位置を変える方式である。

これは、Ｔｌ磁力を用いてレンズを駆動したり、圧電素
子を用いたりする方式である。或は、固体撮影素子を移
動したり、イメージガイド端面位置を移動したりする方
式についても、同様に考えられてきた。

しかしながら、内視鏡等の細径部の中にそれら機構を収
めることは難しく、又駆動部を持つものは、信頼性が低
いという欠点もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記問題点に鑑み、内視鏡等の細径部の中に
収納するのが容易で信φＲ性も高いと共に、実用的な明
るさを確保しつつも従来に比べて広い実用的観察範囲を
確保でき、又従来並の実用的観察範囲を確保しつつも従
来よりも明るい像が得られるようにした内視鏡光学系を
提供することを目的とする。

Ｃ問題点を解決するための手段及び作用〕本発明による
内視鏡光学系は、絞り形状が連続可変を含む複数状態に
可変である絞りと、該絞りの位置又はそれと共役な位置
の近傍に配置されていてレンズ面内で焦点距離が連続変
化を含む複数状態に変化しているレンズ系とを具備して
いることにより、オートアイリス機構と連動しつつ、レ
ンズ、受光面の位置を変えることなく焦点位置が変えら
れるようにしたものである。

具体的には、本発明による内視鏡光学系は、常時光が透
過する部分と少なくとも一個以上の透明状態及び遮光状
態のどちらかに切替えられる部分とを有している絞りか
、又は少なくとも二個以上の透明状態及び遮光状態のど
ちらかに切替えられる部分を有している絞りと、該絞り
の位置又はそれと光学的に共役な位置の近傍に配置され
た少なくとも二つ以上の異なった焦点距離を持つ即ち異
なった曲率の面より成るレンズ面とを存していることを
特徴としている。

第１図は本発明内視鏡光学系の基本的構成を示しており
、１１は第１図（ｂｌに示した如く常時遮光部（イ）と
透明状態及び遮光状態のどちらかに切替えられ且つ互い
に状態が逆になる部分（ロ）。

（ハ）とから成る可変絞りである。１２は二つの焦点距
離を持つレンズであって、そのレンズ面の入射面の中心
部は凸面に周辺部は平面に夫々なっている。１３は固体
撮像素子である。

第２図は本発明内視鏡光学系の動作状態を示している。

状態（１）は、通常の内視鏡対物レンズ系と同じ焦点距
離とＦナンバーを有し、被写界深度も同様の値となって
いる。又、可変絞り１１は部分（ロ）のみが透過状態に
なっており、この部分を通った光線束がレンズ１２の周
辺部の焦点距離ｒの長い部分を通って固体撮像素子１３
１に結像している。状Ｂ　（ＩＩ）は、観察物体が近づ
いて被写体が明るくなった時に相当し、この時オートア
イリス機債が作動して可変絞りＩＩの部分（ハ）が透過
となり且つ今まで透明であった部分（ロ）は遮光される
。この時部分（ロ）の面積に比べて部分（ハ）の面積の
ほうが十分小さく設定しであるので状１（ｎ）における
光量を十分に落とすことができ、近接による光量過剰を
防止できる。それと同時に、絞り込んでいるのでＦナン
ノソーが大きくなり、被写界深度が深くなる。ここまで
は、従来のオートアイリスとあまり変わらないが、可変
絞り１１が切り換えられるのに伴いレンズ１２を通る光
路が変わって焦点距離が短くなり、ピント位置が近接物
点に合うようになる。これにより焦点位置が近点になる
と同時にＦナンバーが大きくなって深度が深くなるので
、近接物体を深い深度で観察できる。同時に明るさ調整
も行われるので、適切な明るさになる。

この様子を第３図においてグラフで示した。状ｃ、（■
）テハ、従来例（第２７図の状Ｌｉ　（１）　）と同じ
観察範囲である。但し、光量は僅かに減少する。

しかしながら、状態（ＩＩ　）では、従来例では僅かΔ
だけ近距離観察が可能となるだけなのに比べて、本発明
では焦点位置が変わるため近接側も広く観察可能となり
、状態（１）、（ｎ）全体の実用観察範囲に注目すると
、従来に比べて飛躍的に広がる。尚、状態（１）での絞
り中央部の遮光効果による光量減は、透過部分（ハ）の
径が部分（ロ）の外径に比べて、被写界深度をかせぐた
めに十分小さく絞られるために、光量減は僅かである。

そのため、従来例と比べて実用的には明るさに遜色はな
い。

又、状Ｂ（■）の遠点の距離を状６（１）の遠点の距離
に一致させるか或はそれ以上遠方まで合うようにしてお
けば、状ａ　（１）のとき可変絞り１１の部分（ハ）を
透明にして第２図の状態（■）の絞り形状にしても像の
悪化は生じず、光量を員失は従来と全く同じになる。

この考えを発展させて、可変絞りを多段にし且つレンズ
も多段にして各状態の被写界深度の遠点を揃えるように
構成しても、同じ効果を奏する。

更に進めて、連続的に変化する絞りと連続的に焦点距離
が変わる非球面レンズの組み合せにしても良い。又、連
続の絞りと多段の焦点距離のレンズの組み合せ、連続的
に焦点距離の変わる非球面レンズと多段の絞りの組み合
せにしても上述の効果が得られる。よって、可変絞り１
１は、エレクトロクロミック素子等を用いたものでも良
いし、機械的絞りでも良く、更に機械的な連続絞りでも
良い。

次に、二段絞りの場合で、透過部分及び遮光部分を互い
に逆に切替える方式について詳しく説明する。具体的に
は数値を用いて説明する。

例えば固定焦点の単玉薄肉レンズを考え、その目標を以
下の仕様以上の深度を得ることとする。

ｆ＝１ｍＮＡ’二〇、２５錯乱円径　２０μｍ最良距離　１６．２鶴一方、従来のオートアイリスの例として、絞りは二段切
替えで、ＮＡ’が０．２５から０．１０に切替えられる
ものとする。すると、被写界深度は以下のようになる。

Ｎ　Ａ　’　　０．２５の時　　４０　１６．２３　１
０．４６　　１ＮＡ’　　０．１０の時　　■　１６．
２３　　７．０３　０．１６もし、明るさが十分あれば
、物体まであまり近づかない状態で絞りの切替えが行わ
れ、その結果より深い深度で観察できるので全く問題は
ない。

逆に明るさが不足ぎみであれば、物体まで近づいてもな
かなか切替えが行われず（明るさに応して絞りが変わる
ようにしている場合）、その結果近点での緊度がかせげ
ずに不利になる傾向がある。

従って、ここでは明るさが不足ぎみの場合についてのみ
検証すれば十分である。

ここで、被写体の反射率、照明系の明るさ、撮像部の悪
魔を含めて考えた時、距離４０鰭が必要な明るさを得る
上での下限であったとする。ＮＡ＝　０．１６であり、
一方明るさが（１１０，１６）倍になる距離は４０■Ｘ
Ｔ［Ｔτ−１５ｍｍである。

即ち物体距離が１６ｍ１の位置で絞りが切り替わるとす
ると、絞られた後の光量は距離４０１ｍの場合と同じ明
るさが得られることになる。これを第４図に示す。

これによれば、距離４０〜１６鶴までは、被写界深度を
４０〜１０．５０に保った状態で観察され、距ｉ！Ｉｎ
１６１１の位置で絞りが絞られる。これによって深度範
囲が７．０４　ｍ−■まで広がると共に、距ｆ！ｉｔ！
　１６　ｍｓでの明るさは距ｆｉｌ　４０　ｔｍでの明
るさと同量まで減光される。距ｆｉ！１６〜７．０４　
ｍｍまでは、７、０４　ｍｍ〜■の深度を持って観察さ
れることになる。

尚、第４図（ｂｌの点線ａは、想定しているものより反
射率の高い被写体の場合、絞りの切替えが速く行われる
ので近点側の深度が得られ易いことを示している。以上
が従来のオートアイリス二段切替えの一例である。

次に、同一条件にて例えば以下に仕様例＋１１．　＋２
１を示し、これらと上記従来例との観察深度の比較を行
う、但し、輪帯絞りを通る光量は、距離４０１ｍの時の
光量を下限とする。

仕様例＋１１　　　　　　　　　　仕様例（２）最良点
　　１６．２　（ｍｍ）　　　　最良点　　１６，２深
度　　　４０〜１０　、４６　（ｍｍ）　　深度　　　
４０〜１０．４６錯乱円径　２０　　　　　　　　錯乱
円径　２０最良点　　６．６７　　　　　　　最良点　
　８．１８ぶ度　　　１６．１０〜４．１７　　　深度
　　　４０〜４．９仕様例（１）では、距離４０〜１６
ｍｍまでは４０〜１０．４ｆｌの深度を持って観察され
、距離１６１で絞りの切替えが行われ、距離４０ｍｍを
観察する時の光量と等しくなる。又、距離１６〜４．１
７　ｍｍにおいては、従来例よりも近接側の深度が格段
に増した状態で観察可能となった。

しかしながら、被写体の反射率の高いものでは、物体距
離が１６ｍｍまで近づく以前にオートアイリス機構によ
って絞りが切り換えられてしまい、例えば距離２０１１
で切り替わった場合、被写体の位置が絞りの中心部を通
る光束の深度１６〜４．１７１１の外にあるため観察で
きなくなってしまう。仕様例ｉｌ＋では、被写体の反射
率が大きく変化した場合に観察できない範囲が生じてし
まう。

これを補正するためには、観察像の良否により、光量を
落として、周辺部光を用いて観察されるように切替えて
やる必要がある。例えば、電子スコープの場合は、画像
のコントラストを判定して良像になるように光量を落と
して、絞りの外側光が用いられるように切替えが行われ
るようにすれば良い。

この考えをそのまま発展させれば、本来二段絞りでは光
量の微妙な調整はできず、もともと光源の明るさを変え
て調整する要望もあったわけであるから、絞りの開閉と
光源光量調整を物体距離及び被写体の反射率に応じて適
切に行い、適切な明るさと良い像が得られるように調整
すればよい。

一方、仕様例（２）は絞りの中心を通る光束の深度の遠
点側を絞りの周辺を通る光束の深度の遠点側に一敗させ
ておく方式である。これによると、想定している最小の
反射率を持つ被写体に対して距離ｄ　Ｑ　ｍ璽で明るさ
が満足されるようにしておけば、これ以上の反射率を持
つ被写体に対しては仕様例（１１に見られる上記問題は
発生しなくなる。

以上、仕様例ｆｉ＋、　＋２１における深度について述
べたが、明るさについて考えると、従来例に比べ輪帯絞
り側の光束を用いる場合中心部の光がカットされて光量
が１６％減となってしまうという欠点が生じている。し
かしながら、これは輪帯絞りの外側を０．２７まで広げ
れば光量の１６％減を相殺できるし、この時の深度も最
良点を１７舅１にすると１１．０５〜１７〜４０鶴とな
り、近点側の深度は殆ど変わらない。従って、従来のオ
ートアイリスに比べ、同一光量を確保しつつ観察範囲が
広い仕様を実現することも可能である。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づき本発明の詳細な説明する
。

第５図は第一実施例を示しており、これは通常の内視鏡
対物系に応用したもので、可変絞り２１がメニスカス凸
レンズ２２の前に配置されており、メニスカス凸レンズ
２２の凹面側は中心部と周辺部で曲率が異なっている。

第５図（ａｌは、絞り２１の部分（ロ）が透過の場合（
第６図（ａｌ参照）を示している。第５図（ｂ）は、絞
り２１の部分（ハ）が透過となり、メニスカス凸レンズ
２２の左側凹面の中央部の曲率の小さい場所を光束が通
るため、第５図（ａｌに比べて近点の位置にピントが合
っている様子を示している。

図示した如く、二重焦点レンズ２２は、絞り２１の位置
の近傍に配置しである。これは、次の理由によるもので
ある。理由は三つある。（１）一つは、絞り面に多重焦
点レンズを配置することでどの像高に対しても像の歪み
などを発生させないためである。即ち、多重焦点レンズ
が絞りとはなれていると、像高により光線のレンズに対
する通過位置が異なって焦点距離が変わるので、像の歪
みが生じてしまうからである。（２）二つめは、実使用
上の利点でもある画角が一定に保たれることである。

遠点観察時と近点観察時で画角が大きく変わると像の倍
率も変化してしまうので、非常に使いづらくなる。この
画角は主光線によって決まるが、絞り位置では主光線の
光線高は零なので、この位置に焦点距離の異なるレンズ
を置いても、主光線には何ら影響を与えることができな
い。即ち、ピント位置が変わっても画角は変化しないの
である。

（３）三つめは、遠点時に輪帯絞りを用いる方式でなく
、中心部分も透過状前止して、開放にして光量をかせい
でいる方式の場合、上述の如く画角が変わらないことと
、像高に対しても像の歪みが生じないために、像面上の
位置ズレは全く生じずピント位置のみが変わるので、開
放にして用いることが実現できる点である。これは以後
の例において詳しく説明する。

第６図１ａｌは可変絞り２１の形状を示している。

部分（ロ）と（ハ）の間には常時不透過の輪帯状遮光部
が設けられており、これは絞り２１とレンズ面の間に隙
間があって軸外光束が部分（ハ）を通りながらもレンズ
２２の周辺部を通るなどの不具合をなくすためのもので
ある。第６回出）は絞り２１及びレンズ２２の側面図で
ある。レンズ２２は第６図（Ｃ１に示すように、絞り２
１の各部分と対応して、中央部は曲率が小さく、周辺部
は曲率の大きい凹面となっている。

以下、第一実施例とこれの変形例である各実施例の設計
データを示す。

第一実施例ｒ　、　　−３，７２２５ｄ、　　＝０．４３２０　　ｎ、　　＝１．５８９１３
　　　ｖ、　　＝６０．９７ｒ２−０．５７５６ｄ　ｚ　”’　０．４３２０ｒ　、＝ＯＯｄユニ０．５０７６ｒａ　　　＝　　■ ｄ、　＝０．０６４８ｒ　ｓ　　＝−３，１７７１ｄｓ　　”０．８５３１　　　ｎｘ　　＝１．６９６８
０　　　１’！　　＝５５．５２ｒ　ｂ　　”　−１，
３４１３＋ｉ　、　　−０，０９７２ｒ　？　　＝　　１１．６４３６ｄｙ　　”０．７９９Ｉ　　　ｎ　、　＝１．６９６８
０　　　９３　　＝５５．５２ｒ　ｓ　　＝　−３，２
１６０ｄ　＊　　＝　０．０９７２ｒ、　　富３．１３８２ｄｑ　　＝１．５０１１　　　ｎ−＝１．６１８００　
　　　ν　−＝６３．３８ｒ　　１ｏ　＝　−１，６８
９０ｄ＋ｏ＝０．３７８０　　　ｎｓ　　＝１．８４６６６
　　　１’ｓ　　＝２３．９０ｒ目＝　４．４４０６ｄ　　＋　＋　−０，２５９２ｒ　１□＝　１．７３９７ｄ＋ｔ”１．３３９１　　　ｎｂ　　＝１．５＋６３３
　　　　Ｖｂ　　＝６４．１５ｒ　１３８　閃物体距離　−１４，８（ｍ口）ｆ　　’　　　　　　　　１　　（ｎ）ｆｒ　　（前側
焦点距離）　　０．７１１　　（ｌ１）Ｎ　　Ａ　　′
　　　　０．２５〜０．１０錯乱円径　２０μｍ ’ｅＸ　度８．８６〜４０．１５　　（ｍｓ　）ｒ　、
　　＝　３．７２２５ｄ、　　＝０．４３２Ｏｎ、　　＝１．５８９１３　　
ｖ、　　−６０，９７ｒ、　＝　０．５７５６ｄ　２　＝　０．４３２０ｒ３　　　＝　　■ ｄ　ｙ　−０，５０７６「　４　８　■ ｄ、　＝０．０６４８ｒ　ｓ　−−３，６８２８ｄ、　＝０．８５３１　　ｎ、　−１，６９６８０ｙ、
　〜５５．５２ｒ　ｈ　＝−１，３４１３ｄ＆四〇、０９７２ｒ　？　−１１，６４３６ｄ、　−０，７９９１ｎ、　−１，６９６８０ν、　〜
５５．５２ｒ　ｍ　−−３，２１６０ｄ、＝０．０９７２ｒｑ　　”３．１３８２ｄｓ　　−１，５０１１ｎ−＝１．６１８００　　　　
ｖ−〜６３．３Ｆ３ｒ　　ｌｏ　＝−１，６８９０ａ、ｏ−０，３７８０ｍｓ　　−１，８４６６６ｖ、　
　−２３，９０ｒ目−４，４４０６ｄ　　ｌ　ｌ　＝　０．２５９２ｒ　　＋ｔ　＝　１．７３９７ａ、、＝１．３３９１　　　ｎ、　　＝１．５１６３３
　　　　ｘ　　〜６４．１５ｒ１３　　ａ　′ 物体距離　−５，４ｆ　’　　　　０．９８５ｆ　、　　　　０．７１４ＮＡ′　　０．１０〜０錯乱円径　２０深度　　　３．０３〜１５．８１可変絞り２１において、周辺の輪帯絞りの外円はＮ　Ａ
　０．２５に相当し、内円がＮＡ’Ｏ，ｌＯに相当する
。又、この可変絞り２１の各部の直径は第６図１８１に
示した通りである。

この絞り２１に対応するレンズ２２の１６面の曲率半径
は、中心部が３．６８２８で周辺部が３．１７７１とな
っている。この実施例は前述の仕様例（１）（遠点側深
度を揃えていないもの）に相当している。尚、参考とし
て、従来方式のオートアイリスを用いてＦナンバー５　
（ＮＡ　’　＝０．１０１に絞った時の深度は、５．３
６１ｍ−■と近点側で本実施例が得ている３゜０３１ｍ
に比べて浅いことを付は加えておく。

第二実施例ｒ、　　＝３．７２２５ｄｓ　　”０．４３２０　　ｎ＋　　＝１．５８９１３
　　νｚ　〜６０．９７ｒ　ｚ　＝　０．５７５６ｄ２＝０．４３２０ｒ、　　　＝　　囚ｄ　ｉ　＝　０．５０７６ｒ、　　　＝　　■ ｄ、　＝０．０６４８ｒ　ｓ　＝−３，１７７１ｄｓ　−０，８５３１ｎ、　＝１．６９６８０　　νｚ
　〜５５．５２ｒ　ｂ　＝−１，３４１３ｄ、　＝０．０９７２ｒ　ｔ　　＝　　１１．６４３６ｄ　、　　−０，７９９１ｎ３　−１．６９６８０　　
　１７．　〜５５．５２ｒ　　ｓ　　＝−３，２１６０ｄ、　　＝０．０９７２ｒ、　　＝３．１３８２ｄ、　　−１，５０１１ｎ、　　＝１．６１８００　　
　　ｙ　４〜６３．３８ｒ　　、、＝　−１，６８９０ｄ　　１ｏ＝ｏ、３７８０　　　ｎｓ　　＝１．８４６
６６　　　　νｓ　　”２３．９０ｒ　　１＋　　＝　
４．４４０６ｄ　　ｌ　ｌ　＝　０．２５９２ｒ　１□＝　１．７３９７ｄ　　１ｇ＝１．３３９１　　　ｎ　６　＝１．５１６
３３　　　　ｖ−〜６４．１５ｒ、３！ｃｉＯ物体距離　−１４，８ｆ′１ｒ　　、　　　　　　　　０．７１１Ｎ　　Ａ　　’　　　　　　０．２５〜０．１０錯乱円
径　２０虻茅度　　　８．８６〜４０．１５ｒ＋　　＝３．７２２５ｄ　、　＝０．４３２Ｏｎ　、　−１，５８９１３ｙ＋
　　＝６０．９７ｒｚ　　＝　　０．５７５６ｄｚ　　＝０．４３２０ｒゴ＝ｏ。

ｄ　　、　　＝　０．５０７６ｒ　４　　＝　■ ａ　　、　　＝　０．０６４８ｒ　　ｓ　　”’−３．４７７０ｄ　、　＝０．８５３１　　　ｎ−＝１．６９６８０　
　　　ｖｚ　　−５５，５２ｒ　　ｂ　　＝　−１，３
４１３ｄ　　ａ　　＝０．０９７２ｒｔ　　＝　　１１．６４３６ｄ　、　　＝０．７９９１　　　ｎ、　　＝１．６９６
８０　　　　Ｆ、　　＝５５．５２ｒ　　＠　　＝−３
，２１６０ｄ　　８　＝０．０９７２ｒ　　Ｑ　　＝３．１３８２ｄ−−１，５０１１ｎａ　　−１，６１８００Ｐａ　　
−６３，３８ｒ　　、、＝−１，６８９０ｄ　、、＝０．３７８０　　　ｎｓ　　””１．８４６
６６　　　　Ｗ　ｓ　　−２３，９０ｒ　　、＝　４．
４４０６ｄ　　＋　＋　＝　０．２５９２ｒ　　ｌｚ　＝　１．７３９７ｄ　　ｌ！”’１．３３９１　　　ｎ　ｈ　＝１．５１
６３３　　　１’　ｂ　　＝６４．１５ｒ　１３８　″ 物体距離　−７，２ｒ　’　　　　０．９９０ｆ　、　　　　０．７１３ＮＡ’　　　０．１０〜０錯乱円径　２０深度　　　３．６６〜４０．３６可変絞り２１の形状は第一実施例と同一である（第６図
ｆａｎ）。

又、この絞り２１に近接したレンズ２２の「。

面の曲率半径は、内内部に対応する中心部では曲率が緩
＜　３．４７７であり、外円と内円に挟まれた輪端部に
対応する周辺部の曲率半径は３．１７７１である。

この実施例は、前述の仕様例（２）（遠点側の深度を揃
えているもの）に相当するものである。

尚、参考として、従来方式のオートアイリスを用いてＦ
ナンバー５　（ＮＡ　’　＝０．１０）に絞った時の深
度は、５．３６ｍｍ〜閃と近点側で本実施例が得ている
３、６６ｍｍに比べて浅いことを付は加えておく。

今まで、可変絞り２１に関し周辺部、中心部の切り換え
方式について説明してきたが、次に示すのは、遠点側で
は絞り２１を第８図の開放状嘘（Ｉ［ｌ）とし、近点側
では第８１２Ｉの絞った状態（Ｕ）とした方式である。

これの利点は、遠点側で光量をかせくことができること
及び絞りの構造が簡単になることである。しかしながら
、二重焦点レンズであるために、周辺部を通って結像す
る像と中心部を通って結像する像とピント位置が異なる
可能性があり、画角の違いより生ずる像の倍率の違いに
よるズレや像の歪みのために生ずるズレのため遠点側で
層像が得られないとか、ピント位置がずれているために
、遠点側のピントの合った像に近点側のボケた像が重な
って全体として像がボケたものになる場合がある。この
点について、以下の具体的な例に基づき説明する。

まず、画角の変化により生じる像の倍率の違いによるズ
レや像の歪みのために生じる像のズレに関してであるが
、これはレンズ２２の二重焦点面が絞り２１の近傍に配
置されているために殆ど生じない。即ち一般の内視鏡対
物レンズを表わす第７図ｔａｌ（平凸二枚タイプ）　、
　Ｔｏ＋　（レトロフォーカスタイプ）にあるように、
どちらかのタイプでも二重焦点面が絞り２１の近傍に置
かれているために、画角を決定している軸外主光線が光
線高がほぼ零の状態でこの面をよぎっており、そのため
この面では主光線の傾きに何ら影響を与えることはでき
ない。即ち、この面の焦点距離が変化しても、画角には
全く影響がなく、よって倍率にも影響がない。又、どの
像高も同一のレンズ面を通るので、二重焦点レンズによ
り生しる歪みもない。ピント位置のみが変化するだけで
ある。

次に、ピント位置のズレに関してであるが、今まで述べ
てきた方式で、例えば第８図に示したように絞り２１の
周辺部を光線がよぎる遠点状態（１）の被写界深度と中
心部を光線がよぎる近点状態（■）の被写界深度とを比
較した時、近点状態（Ｉｆ）の遠点側が遠点状態（１）
の遠点側より手前になっているとする。

ここで、遠点状態の時に絞り２１を、開放状態（ＩＩＩ
）として用いるとすると、像点ては、絞り周辺部を通っ
て結像する像と絞り中心部を通った像の重ね合わされた
像となる。

この場合、第８図の領域（イ）では、遠点状態（＋）の
ピントの合った像の上に近点状ＬＱ（ＩＩ）のピントの
ボケた像が重なるために全体としてボケた像になってし
まう。即ち、光量は増すことはできたが、本来持ってい
た遠点側の深度がかえって減ってしまい、欠点の方が大
きくなってしまう。

領域（ハ）について考えると、領域（イ）と同様、ピン
トの合った像とボケだ像の重ね合わせとなり、全体とし
てはボケた像になってしまう、しかしながら、この領域
は遠点状Ｌｉ（１）でもボケでいた領域であるので、欠
点も利点も生じなかったことになる。

領域（ロ）では、遠点状ｐ３　＜　ｒ　＞のピントの合
った像と近点状Ｂ（ＩＩ）のピントの合った像の重ね合
わせとなるので、ピントの合った像となる。

これを、許容錯乱円の考え方を用い、図を使って以下に
説明する。

本来被写界深度とは、ピント位置が前後にズした時に像
面で生じるボケ量が許容錯乱円に入る被写体側での範囲
を言う、像面でのＮＡと錯乱円径φを用いて被写界深度
をあられすと第９図となる。

錯乱円径内のボケであれば、ピントが合った像とみなす
ことができる。この考え方を領域（ロ）の遠点側（領域
（イ）との接点）に適用すると第１０図のようになる。

遠点状！　（１）では絞り周辺を通る光束が被写界深度
内であるので、像面では錯乱円以下の径の輪帯状のボケ
となる（第１０図（ａｌ＞、一方、近点状態（ＩＩ）で
絞りの中心部を通る光束が被写界深度の遠点側の限界な
ので、錯乱円径と同じ径のボケとなっている（第１０図
（ｂｌ）、この両者を第１０図（Ｃ１にまとめて示した
が、どちらのボケも錯乱円径以内なので、領域（ロ）の
遠点側の物体は被写界深度内にあり、従ってボケなしで
観察される。

領域（ロ）の近点側（ｆｉｌ域（ハ）との接点）では、
遠点状７Ｌｉ（Ｉ）のボケ量が錯乱円径と一致し、近点
状Ｇ　（ｎ）のボケ量は錯乱円径以下となる。

この場合も両者のボケ量を重ね合わせても錯乱円径以上
とはならないので、この領域（ロ）の物体もボケなしで
観察されることになる。

以上述べたように、遠点状ｓ　（１）で絞りを開放する
と光量は増すが、今まで確保できていた深度範囲の領域
（イ）と領３！Ａ（ロ）のうち、領域（イ）がボケてし
まい、本来の目的の深度範囲を増すことに対して欠点を
生じさせてしまう。

そこで、この欠点をなくし、光量を増しながらも十分な
深度を確保し得るようにするため、以下のようにする。

即ち、遠点状Ｍ（１）で確保している遠点側の深度範囲
を確保するように近点状態（ｆｆ）の遠点側の深度範囲
を定めるものである。

しかし、近点側の観察範囲をできるだけ伸ばしたいので
、近点状！（１１）の遠点側の深度範囲を遠点状ａ（１
）の遠点側深度範囲にそろえることが望ましい。これを
図示すると第１１図のようになる。

そして、第１１図の状態を実現するには、第１２図に示
すように、遠点状Ｂ（１）の遠点物体が像面で許容錯乱
円を成す時近点状Ｌｉ（ＩＩ）の遠点物点でも同様の錯
乱円径を成ずようにＮＡだを考慮して二重焦点の各焦点
距離を定めればよい。

以上のように、二段絞りを用いた場合には、輪帯絞り（
状Ｂ　（１）　）の深度の遠点側と、中心部の絞り（状
態（■））を通る光束の深度の遠点側を揃えておけば、
開放絞り（状ａ（ＩＩＩ）　）にしても遠点側の深度が
変らず、光量を増すことができ、単に絞った状態の中心
部の絞りを用いた時に、従来のオートアイリスに比べ、
より近接側を観察できることが示された。これに相当す
る第三実施例は、第二実施例において、遠点物体を観察
する時に中央部を透過するようにしたものに相当する。

レンズデータは第二実施例を参照してほしい。深度のみ
を以下に記す。

本実施例においては、絞り２１の中心部は常に透過状態
であるので、周辺部のみを透過、遮光の二状態をとるよ
うにすればよく、その結果絞りの構造は簡単になる。

上述の考えの延長線として、二段切りかえの絞りを用い
るのでなく、絞りを連続的に変化させると共に、レンズ
も二重焦点でなく、連続的に焦点。

の変わるものを用いる方式が考えられる。この場合も、
二重焦点の場合と同様、遠点側の深度が確保できるよう
に、第１３図に示した如く各ＮＡ’に対して焦点距離が
連続的に変化するようにする必要がある。そのため、レ
ンズは非球面レンズとなる。最大ＮＡ’の光線であって
且つ遠点物体から出た光線が像面上で錯乱円φのボケを
生じている時、各ＮＡ゛の光線が、最大ＮＡ’の光線が
像面で交わった交点と同じ位置をよぎり錯乱円φを作る
時、各ＮＡ’の光線に対する遠点側の深度が最大ＮＡの
光線の深度と等しくなる。又、最大ＮＡ′以下の光線が
光軸をよぎったのち像面で錯乱円径以下のボケしか作ら
ない時、遠点深度は最大ＮＡ’光線よりも深いというこ
とができる。

そこで、各ＮＡ’の光線について常に遠点側の深度が一
定という条件を与えた時の、各ＮＡ’とそれに対応する
各光線に対する焦点距離ｆ′の関係を第１４図に示す。

絞りの最周辺を通りレンズの最周辺を通る最大ＮＡ’の
光線をＮＡｏ’とする。そして、このＮＡｎ　　′の光
線について遠点側の物体距離をｄとする。レンズ系は薄
肉レンズを考える。錯乱円の直径はφとする。最周辺の
光線のＮ　Ａ　ｏ　　’の光線が透過するレンズ面上の
位置での焦点距離をｆａ　　’とする。すると、レンズ
から像面までの距ｉ＋４１１が次のように決まる。

ｉ＝ｒ、′＋β。ｆｏ　＋Δ 又、−ａに像面に共役な物体距離ｄは次式で求まる。

ｄ　加　ｆ　　′＋ｂ＝ｆ　　′＋ｆ　　’　　・−β ｆ　′ ｉ　−【　゛よって、例えば最大Ｎ　Ａ　’のＮＡｏ’光線の通るレ
ンズ面の位置の焦点距離がｆ、′であるので、ｒ′にｆ
ｏを入れたこのレンズ面を通る光線に対する最良物点位
置が求められる。

一方、薄肉レンズに関し、最大ＮＡ′のＮＡ、′より小
さな任意のＮＡｉ′ついてその光線が通る面上の焦点距
離ｆｉにより定まる遠点側の深度を一定にするためには
、次式（３）が一定値となることが必要である。

上式は、最大ＮＡ’のＮＡｏ　　′光線によりＥ値が求
まっており、且つ遠点側の深度を一定と考えるので、ｄ
　（ｔｆも一定値となる。よって、ＮＡｔを与えればｆ
ｉ値が定まる。（３）式は次の（４）式として変形され
る。

次に具体例として、Ｆナンバー２（ＮＡ＝０．２５）の
薄肉レンズで、焦点距離が（Ｆナンバー２の光線に対し
て）１龍、遠点が４０ｍｍ、許容錯乱円径が２０μｍと
した場合、 ■ β＝□ ｄ　　　　　２　・　ＮＡ、゛、　　１＝ｔ、０６５６４１０２６となル、コれが
、任意（７）ＮＡ　ｉ　’　　（０，２５以下）につい
て成立するとすると、以下の式が満たされる必要がある
。

ｆｉ”　　０．０１４０　　　１　　　　ＮＡｉこれより、例えば、ＮＡｉ’−０，２５では、ｆｉ＝１となってい
る。

以下、各ＮＡ＋’について、ｆｉを示す。

非球面レンズを用いてＮＡ’に応じてレンズ面の曲率を
連続的に変えた場合の計算例０．２５　　１　　　　１６．２３　　４０　　　１０
．４６０．２０　　０．９９０　　１４．０４　　４０
　　　８．８２０．１５　　０．９７０　　１１．４１
　　４０　　　６．９７０．１（１０，９４０８，１８
４１，０９４，９２０，０５０，８４０４，１３５０，
４６２，５２単焦点レンズで絞っていた場合の深度の計
算例０．２５　　　１　　　　　　　　１６．２３　　
　　４０　　　　　１０．４６０．２０　　　１　　　
　　　　　１６．２３　　　　６４．９　　　　９．６
４０．１５　　　１　　　　　　　　１６．２３　　　
　　■　　　　　　８．５５０．１０　　　１　　　　
　　　　１６．２３　　　　　■　　　　　　７．０３
０．０５　　　１　　　　　　　　１６．２３　　　　
　ｅｌｏ　　　　　　４．７６上記深度は何れも薄肉レ
ンズとして考えており、錯乱円径は２０ｐｍ、　ｆｒ　
＝　　ｆ、　ＮＡ　′０．２５の時遠点の深度が４０１
となるよう設定した。

次に、各変形例について説明する。

第１５図には絞り２１を、円筒状の分割でなく、左右に
半円状に分割する方式を示した。第１５回出）及び（Ｃ
１は、夫々谷状Ｂ（［）、（ＩＩ＞における動作状態を
示す。第１５図（ｄｌは、側面図であり、第１５図ｔｅ
ｌはレンズ面の曲率が絞り２１の形状に対応して左右で
変えであるレンズ２２を示した。

第１６図には、上記半円状分割の割合を最適にするよう
に不等分割した場合を、第１７図には絞り形状が交互に
透過、遮光状態になる二個の独立した円形から成る場合
を示した。これらについても、レンズ２２は、夫々に対
応した形状で曲率が変化するものが必要である。

第１８図には、絞り２１とレンズ２２の配置のバリエー
ションを示した。中央部を通る光線が近点にピントが合
うことを仮想すれば、中心部の焦点距離と周辺部の焦点
距離を比べると、中心部の方がより集束作用が大きくな
るように構成しである。次に各応用例について説明する
。

第１９図には、内視鏡対物の別タイプを示した。

これは、前側凹レンズ２４の凹面が多焦点面で、絞り２
１との間は凹レンズ２４の屈折率よりも低い物質（空気
、接着剤等）でうめられている、動作は、第一実施例と
全く同じであるので、その説明は省略する。

第２０図には、第三実施例を硬性鏡リレー系へ応用した
場合について示した。第２０図に示したものは、像伝送
が３回リレーで行われるものであるが、図中のリレー系
Ｒの何れかは第２１図に示したリレー系になっている。

即ち、第２１図に示した如く、周辺部は平面で中央部が
弱い両凸レンズになっており且つ中心部に可変絞りが内
蔵されたレンズ系２５を絞り位置に配置したリレー系を
リレー系Ｒのどれかと置き換えたものである。勿論、リ
レー系の絞り位置に隣合う面の形状を多焦点面としても
よい。

第２２図は、第三実施例を、前述の硬性鏡リレー系で伝
送されてきた像を拡大観察する接眼レンズへ応用した例
を示している。

第２３図は、第三実施例を硬性鏡の接眼部に取付けて写
真盪影等を行うアダプターに応用した例である。これは
、トリブレットレンズの中央部に絞り位置が来るように
配置し、凹レンズを多イム点レンズをすることで実現し
ている。

以上、述べてきたものは、輪帯状の絞りを持っている場
合に、近接時に深度を濶くするために、中央部を通る光
束を細くして近点側にピントが合うように設定されてき
たが、これとは違った要望として、近接物体をそのバッ
クグラウンドの像は除去して観察すべく非常に浅い深度
にしたい場合、第２４図に示したように、レンズ２２の
周辺部の集束作用を強くした構成も考えられる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明による内視鏡光学系は、近接時には
光量を適切に減光すると同時に絞り効果により被写界深
度を増加せしめながら焦点位置を近点にするようにして
いるので、実用的な明るさを確保しつつも従来に比べて
広い実用的観察範囲を確保できる。又、遠点状態と近点
状態の被写界深度の遠点側を揃えることにより、実用的
観察範囲を確保しつつも従来より明るい像が得られる。

而も、オートアイリス機構と連動しつつ、レンズ。

受光面の位置を変えることなく焦点位置を変えるように
なっているので、内視鏡等の細径部の中に収納するのが
容易で信頼性も高い。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は夫々本発明内視鏡光学系の基本構成
、動作状態及び被写界深度の変化を示す図、第４図は二
段切替え式のオートアイリスの被写界深度の変化を示す
図、第５図及び第６図は夫々第一実施例の構成及び要部
を示す図、第７図乃至第１０図は遠点側で絞りを開放状
態とする場合の問題点の説明図、第１１図乃至第１４図
は上記問題点を解決する方式（第三実施例）の説明図、
第１５図乃至第１８図は各変形例の要部を示す図、第１
９図乃至第２３図は各応用例の要部を示す図、第２４図
は他の変形例を示す図、第２５図乃至第２７図は夫々従
来例の構成、動作状態及び被写界深度の変化を示す図、
第２８図は他の従来例の構成を示す回である。１１．２１・・・・可変絞り、１２．２２・・・・レン
ズ、１３・・・・固体描像素子。第５図矛６図（Ｑ）　　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　　　　（
Ｃ）１−７図（ａ）　　　　　　　　　　（ｂ）二重−白面オｓｔｍ −１−１２１ｙ１１３図連拓Ｅ的１−丼僅４カ・ら４夕、５れる１屹ソ矛１４図３′１５図（ｄ）　　　　　　　　　　　　　　　　（ｅ）１・１
６図　　　オ１７図七（ｔｌＳ　図（ａ）　　　　　　　　（ｂ）（ｃ）　　　　　　　　　　（ｄ）１−１９図第２０図才２１図牙２２図矛２３図才２４図（（１）　　　　　　　　　　　　（ｂ）（ｃ）　　　
　　　　　　　　　（ｄ）（ａ）　　　　　　　　　　
　　　（ｂ）（１）　　　　　　　　　（ＩＩ）牙２７図１−２８図手続補正書（５も）昭和６２年１２月２２日

Claims

【特許請求の範囲】

絞り形状が複数状態に可変である絞りと、該絞りの位置
又はそれと共役な位置の近傍に配置されていてレンズ面
内で焦点距離が複数状態に変化しているレンズ系とを具
備した内視鏡光学系。