JP2558333B2

JP2558333B2 - 内視鏡対物光学系

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Publication number: JP2558333B2
Application number: JP63222884A
Authority: JP
Inventors: 彰菊地
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1988-09-06
Filing date: 1988-09-06
Publication date: 1996-11-27
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JPH0269710A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、外径の細い内視鏡対物光学系に関するもの
である。

〔従来技術〕

従来から内視鏡用対物光学系は、像伝送光学系内での
光の損失を極力減らすためにテレセントリック光学系を
用いている。また近年特に体内観察において、管状被検
体を観察するために、より外径の細い内視鏡が必要とさ
れている。この要望に対して、特公昭61−28965号公報
に記載されているタイプの対物光学系が知られている。
これは、第35図に示すように入射面に明るさ絞りＳを備
え、射出面の曲率中心がこの絞りＳに大略一致するよう
な形状を有する半球状の第１の平凸レンズL₁と第２の平
凸レンズL₂とを第２の平凸レンズL₂の前側焦点が、絞り
Ｓに大略一致するように凸面を向い合わせて配置したも
ので、極めて簡単な構成で比較的外径の小さい対物光学
系を実現している。

しかし、前記特公昭61−28965号公報に示されている
光学系では、対物レンズの第１群レンズと第２群レンズ
の間の空気間隔を狭くして第１の平凸レンズL₁、第２の
平凸レンズL₂の屈折力を弱くしているため、像面からレ
ンズL₂の入射面までの距離が長くなってしまう。このた
め、主光線に付随する開口光束の径が平凸レンズL₂の入
射面で大きくなり必然的にこれをカバーするためにはレ
ンズの外径をある程度以上小さくすることは困難であっ
た。

本発明は以上の点に鑑み成されたものであり、簡単な
構成でより一層外径の細い内視鏡用対物光学系を提供す
ることを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

本発明の内視鏡対物レンズは、複数のレンズと、絞り
とを有するものであり、絞りよりも像側のレンズ作用を
有する部材は、正の屈折力を有するレンズ１枚の第１レ
ンズ群と正の屈折力を有するレンズ１枚の第２レンズ群
のみから構成され、且つ前記２枚のレンズが以下の条件
（１）を満足することを特徴とするものである。

（１） 0.6＜d₁/f₁₂＜1.4 但し、f₁₂は第１レンズ群と第２レンズ群との合成焦
点距離、d₁は第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気
換算長である。

〔作用〕

条件（１）は２つの正の屈折力のレンズ群の間隔を所
定の値以上に大きくして第２レンズ群の正の屈折力を有
する面を像面に近づけることにより第２レンズ群におけ
る光束の径を小さくし、レンズ系全体の外径を小さくす
るためのものである。

全体の焦点距離およびテレセントリック光学系の状態
を保つことを前提にした場合、第1,第２レンズ群の間隔
を拡げると各群の屈折力の一方または双方が強くなる傾
向になる。このため、第２レンズ群を像面に近づけても
光束の収斂作用に十分な寄与をもつようになる。したが
って第１レンズ群の収斂作用によって充分細く絞られた
光束が第２レンズ群に入射することになり、外径を小さ
くしても第２レンズ群の入射面で開口光束がけられる恐
れがなくなるのである。

条件（１）において、となると従来例と同様に第２レンズ群の屈折作用を像面
から離して配置せざるを得なくなり、第２レンズ群の外
径を増大しないと光束がけられてしまう。一方、となった場合は、第１レンズ群もしくは第２レンズ群の
光路長が短かくなり内視鏡の外径を細くすることはでき
るが、部品の加工、組立がたいへん困難となる上、第２
レンズ群の物体側に向いた凸面の表面上にゴミ，傷等が
あった場合、焦点距離が短かいためにゴミや傷の像が物
体像と重なって見えてしまい観察の障害となる。

〔実施例〕

以下に示す実施例は、いずれも更にいくつかの条件を
満足することにより、極めて良好に収差補正がなされて
いるものである。

まず、以下の条件（２）を満足することが望ましい。

但し、d₂は第２レンズ群の第１面から像面までの空気
換算長である。

条件（２）は、第２レンズ群の像面に対する位置を限
定するものであり、この条件の範囲から外れると条件
（１）と同様な不具合が発生する。すなわちとなると第２レンズ群の正の屈折作用が像面から離れす
ぎて外径を大きくせざるを得なくなり、となると、部品の加工、組立がたいへん困難となる上、
第２レンズ群の物体側に向いた凸面の表面上にゴミ，傷
等があった場合、焦点距離が短いためゴミや傷が物体像
と重なって見えてしまい観察の障害となる。

次に、本発明においては第1,第２レンズ群の前方に負
レンズ群を付加して全系をレトロフォーカス型レンズと
することにより一層の広角化を図ることができる。特
に、負レンズ群と正の第１レンズ群との間に視野変換プ
リズムを設けて側視，斜視等の光学系を構成する場合に
は、画角の広い割には負レンズ群と正の第１レンズ群の
間の主光線の傾きが緩いのでレンズ，プリズムの著しい
大型化を伴うことなく斜視，側視等が実現できるので好
ましい。この場合には条件（３），（４）を満足するこ
とが好適である。

（４） 0.2＜f/f₁＜１但し、ｆは負レンズ群を含めた全系の合成焦点距離、
f₀は負レンズ群の焦点距離、f₁は第１レンズ群の焦点距
離である。条件（３），（４）の下限を越えた場合は、
対物光学系の全長は短かくなるが、前記負レンズ群の屈
折力が弱くなるため、画角を広くとるには、負レンズ群
と正の第１レンズ群の間の主光線の光線高を高くせざる
を得なくなる。このためプリズム等が大型となり、外径
を細くできなくなってしまう。次に条件（３），（４）
の上限を越えた場合は、前記負レンズ群の屈折力と前記
第１レンズ群の屈折力が非常に強くなりそこで発生する
諸収差特に歪曲収差を良好に補正できなくなるので望ま
しくない。

なお、歪曲収差をはじめとする諸収差の補正のために
は、負レンズ群の物体側の面に、光軸から離れるにつれ
て曲率が徐々に強くなるかあまいは像側の面の曲率が徐
々に弱くなる非球面を導入することが効果的である。

実施例１ｆ＝１ NA＝0.17 ２ω＝49.74゜ r₁＝∞Ｓ D₁＝0.7082 n₁＝1.88300 υ_１＝40.78 r₂＝−1.3036 D₂＝0.7725 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝1.3036 D₃＝0.9657 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ d₁/f₁₂＝0.7725 d₂/f₁₂＝0.5129 実施例２ｆ＝１ NA＝0.18 ２ω＝49.99゜ r₁＝∞Ｓ D₁＝0.3022 n₁＝1.51633 υ_１＝64.15 r₂＝∞ D₂＝0.0092 n₂＝1.56384 υ_２＝60.69 r₃＝∞ D₃＝0.5678 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝−1.4322 D₄＝0.6136 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝1.4322 D₅＝1.2271 n₅＝1.88300 υ_５＝40.78 r₆＝∞ d₁/f₁₂＝0.6136 d₂/f₁₂＝0.6517 実施例３ｆ＝１ NA＝0.12 ２ω＝49.66゜ r₁＝∞Ｓ D₁＝0.7743 n₁＝1.88300 υ_１＝40.78 r₂＝−1.3432 D₂＝0.7283 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝1.3432 D₃＝1.0761 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ d₁/f₁₂＝0.7283 d₂/f₁₂＝0.5715 実施例４ｆ＝１ NA＝0.16 ２ω＝40.00゜ r₁＝∞Ｓ D₁＝0.6876 n₁＝1.88300 υ_１＝40.78 r₂＝−1.0764 D₂＝0.9520 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝1.0764 D₃＝1.6876 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ d₁/f₁₂＝0.952 d₂/f₁₂＝0.3652 実施例５ｆ＝１ NA＝0.16 ２ω＝60.65゜ r₁＝∞ D₁＝0.5161 n₁＝1.88300 υ_１＝40.78 r₂＝4.1974 D₂＝0.5806 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝∞ D₃＝2.7097 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ D₄＝0.1935 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝∞Ｓ D₅＝1.0323 n₅＝1.88300 υ_５＝40.78 r₆＝−1.4013 D₆＝1.3548 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝2.1265 D₇＝1.0323 n₇＝1.88300 υ_７＝40.78 r₈＝∞ d₁/f₁₂＝0.9363 d₂/f₁₂＝0.3789 f/|f₀|＝0.2103 f/f₁＝0.6301 実施例６ｆ＝１ NA＝0.16 ２ω＝50.00゜ r₁＝∞ D₁＝0.4287 n₁＝1.88300 υ_１＝40.78 r₂＝7.9420 D₂＝0.4890 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝∞ D₃＝2.2508 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ D₄＝0.1608 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝∞Ｓ D₅＝1.0123 n₅＝1.88300 υ_５＝40.78 r₆＝−1.2135 D₆＝1.1183 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝1.6616 D₇＝0.8559 n₇＝1.88300 υ_７＝40.78 r₈＝∞ d₁/f₁₂＝0.9242 d₂/f₁₂＝0.3757 f/|f₀|＝0.1112 f/f₁＝0.7278 実施例７ｆ＝１ NA＝0.16 ２ω＝70.00゜ r₁＝∞ D₁＝0.5901 n₁＝1.88300 υ_１＝40.78 r₂＝3.4397 D₂＝0.6540 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝∞ D₃＝3.0979 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ D₄＝0.2213 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝∞Ｓ D₅＝1.1523 n₅＝1.88300 υ_５＝40.78 r₆＝−1.5400 D₆＝1.5857 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝2.2679 D₇＝1.2031 n₇＝1.88300 υ_７＝40.78 r₈＝∞ d₁/f₁₂＝0.9651 d₂/f₁₂＝0.3889 f/|f₀|＝0.2567 f/f₁＝0.5734 実施例８ｆ＝１ NA＝0.16 ２ω＝60.00゜ r₁＝∞ D₁＝0.5156 n₁＝1.51633 υ_１＝64.15 r₂＝2.2881 D₂＝0.3668 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝∞ D₃＝2.7070 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ D₄＝0.1934 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝∞Ｓ D₅＝1.0202 n₅＝1.88300 υ_５＝40.78 r₆＝−1.3937 D₆＝1.3246 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝2.1276 D₇＝1.1896 n₇＝1.88300 υ_７＝40.78 r₈＝∞ d₁/f₁₂＝0.9276 d₂/f₁₂＝0.4424 f/|f₀|＝0.2257 f/f₁＝0.6337 実施例９ｆ＝１ NA＝0.16 ２ω＝60.00゜ r₁＝∞ D₁＝0.5103 n₁＝1.88300 υ_１＝40.78 r₂＝4.3592 D₂＝0.5854 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝∞ D₃＝2.6791 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ D₄＝0.1914 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝∞Ｓ D₅＝1.0067 n₅＝1.80610 υ_５＝40.95 r₆＝−1.2922 D₆＝1.2970 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝1.9603 D₇＝1.1569 n₇＝1.80610 υ_７＝40.95 r₈＝∞ d₁/f₁₂＝0.9108 d₂/f₁₂＝0.4498 f/|f₀|＝0.2025 f/f₁＝0.6238 実施例10 ｆ＝１ NA＝0.16 ２ω＝80.00゜ r₁＝∞ D₁＝0.6635 n₁＝1.88300 υ_１＝40.78 r₂＝3.1462 D₂＝0.7671 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝∞ D₃＝3.4832 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ D₄＝0.2488 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝∞Ｓ D₅＝1.3783 n₅＝1.88300 υ_５＝40.78 r₆＝−1.7290 D₆＝1.6279 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝2.7631 D₇＝1.6097 n₇＝1.88300 υ_７＝40.78 r₈＝∞ d₁/f₁₂＝0.9192 d₂/f₁₂＝0.4827 f/|f₀|＝0.2807 f/f₁＝0.5107 実施例11 ｆ＝１ NA＝0.16 ２ω＝60.00゜ r₁＝8.8426 D₁＝0.5230 n₁＝1.88300 υ_１＝40.78 r₂＝2.6314 D₂＝0.5763 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝∞ D₃＝2.7459 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ D₄＝0.1961 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝∞Ｓ D₅＝1.0283 n₅＝1.88300 υ_５＝40.78 r₆＝−1.3972 D₆＝1.4134 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝2.0195 D₇＝1.0706 n₇＝1.88300 υ_７＝40.78 r₈＝∞ d₁/f₁₂＝0.9595 d₂/f₁₂＝0.3860 f/|f₀|＝0.2264 f/f₁＝0.6321 実施例12 ｆ＝１ NA＝0.15 ２ω＝60.00゜ r₁＝−4.3009 D₁＝0.4857 n₁＝1.88300 υ_１＝40.78 r₂＝∞ D₂＝0.5124 n₂＝１ υ_３＝０ r₃＝∞ D₃＝2.5497 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ D₄＝0.1821 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝∞Ｓ D₅＝0.7525 n₅＝1.88300 υ_５＝40.78 r₆＝−1.3514 D₆＝1.4059 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝1.9412 D₇＝0.9447 n₇＝1.88300 υ_７＝40.78 r₈＝∞ d₁/f₁₂＝0.9709 d₂/f₁₂＝0.3465 f/|f₀|＝0.2053 f/f₁＝0.6536 実施例13 ｆ＝１ NA＝0.14 ２ω＝60.00゜ r₁＝−2.4845 D₁＝0.4683 n₁＝1.51633 υ_１＝64.15 r₂＝∞ D₂＝0.4523 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝∞ D₃＝2.4585 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ D₄＝0.1756 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝∞Ｓ D₅＝0.6247 n₅＝1.88300 υ_５＝40.78 r₆＝−1.3019 D₆＝1.4226 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝1.8510 D₇＝0.8280 n₇＝1.88300 υ_７＝40.78 r₈＝∞ d₁/f₁₂＝0.9886 d₂/f₁₂＝0.3056 f/|f₀|＝0.2078 f/f₁＝0.6784 実施例14 ｆ＝１ NA＝0.16 ２ω＝70.00゜ r₁＝−14.3941 D₁＝0.5758 n₁＝1.88300 υ_１＝40.78 r₂＝4.6777 D₂＝0.6358 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝∞ D₃＝3.0228 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ D₄＝0.2159 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝∞Ｓ D₅＝1.0430 n₅＝1.88300 υ_５＝40.78 r₆＝−1.5324 D₆＝1.5312 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝2.3316 D₇＝1.2595 n₇＝1.88300 υ_７＝40.78 r₈＝∞ d₁/f₁₂＝0.9505 d₂/f₁₂＝0.4152 f/|f₀|＝0.2537 f/f₁＝0.5764 実施例15 ｆ＝１ NA＝0.16 ２ω＝65.00゜ r₁＝−9.0233 D₁＝0.5419 n₁＝1.51633 υ_１＝64.15 r₂＝2.7162 D₂＝0.3657 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝∞ D₃＝2.8452 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ D₄＝0.2032 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝∞Ｓ D₅＝0.9692 n₅＝1.88300 υ_５＝40.78 r₆＝−1.4336 D₆＝1.4437 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝2.1870 D₇＝1.1751 n₇＝1.88300 υ_７＝40.78 r₈＝∞ d₁/f₁₂＝0.9536 d₂/f₁₂＝0.4122 f/|f₀|＝0.2512 f/f₁＝0.6157 実施例16 ｆ＝１ NA＝0.16 ２ω＝100.00゜ r₁＝−13.9471 D₁＝0.7558 n₁＝1.88300 υ_１＝40.78 r₂＝3.7154 D₂＝1.0937 n₂＝１ υ_２＝０ r₃＝∞ D₃＝3.9680 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ D₄＝0.2834 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝∞Ｓ D₅＝1.3773 n₅＝1.88300 υ_５＝40.78 r₆＝−1.9241 D₆＝1.9581 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝3.0464 D₇＝1.6688 n₇＝1.88300 υ_７＝40.78 r₈＝∞ d₁/f₁₂＝0.9561 d₂/f₁₂＝0.4327 f/|f₀|＝0.307 f/f₁＝0.4589 実施例17 ｆ＝１ NA＝0.16 ２ω＝60.00゜ r₁＝6.9530A D₁＝0.5562 n₁＝1.88300 υ_１＝40.78 r₂＝2.3852 D₂＝0.6712 n₂＝１ υ_３＝０ r₃＝∞ D₃＝2.9203 n₃＝1.88300 υ_３＝40.78 r₄＝∞ D₄＝0.2086 n₄＝１ υ_４＝０ r₅＝∞Ｓ D₅＝1.3182 n₅＝1.88300 υ_５＝40.78 r₆＝−1.5711 D₆＝1.2746 n₆＝１ υ_６＝０ r₇＝2.3835 D₇＝1.5835 n₇＝1.88300 υ_７＝40.78 r₈＝∞ Ｐ＝１ A₂＝０ A₄＝0.72189×10^-2 A₆＝0.38331×10^-9 A₈＝−0.72136×10^-15 d₁/f₁₂＝0.8503 d₂/f₁₂＝0.561 f/|f₀|＝0.2293 f/f₁＝0.5621 但し、実施例17において、各面の曲率半径の後ろのＡ
は、その面が非球面であることを表わしている。その非
球面は、光軸をＸ軸とし、Ｙ軸を非球面の頂点を通り光
軸に垂直な方向にとったとき、なる式で表わされるものである。ここでR_Aは非球面の近
軸曲率半径、Ｐは円錐係数、A_2iは2i次の非球面係数で
ある。また、各実施例において、ｆは全系焦点距離、NA
は開口数、２ω画角、r_iはレンズ系第ｉ面の曲率半径、
D_iはレンズ系第ｉ面から第ｉ＋１面までの面間隔、n_iは
ｄ線（587.56nm）に対するレンズ系第ｉ面と第ｉ＋１面
の間の媒質の屈折率、ν_ｉはレンズ系第ｉ面と第ｉ＋１
面の間の媒質のアッベ数である。各実施例の曲率半径の
後のＳは明るさ絞りを示す。

実施例１乃至17のレンズ形状は第１乃至17図に示す通
りであり、収差曲線図は第18乃至第34図に示す通りであ
る。

前記各実施例は、以下に示すような構成のものであ
る。

実施例１乃至４は、第１乃至４図に示すような２枚の
平凸レンズを向かい合わせた構成で直視の外径の細い内
視鏡用対物光学系を示したものである。

実施例５乃至10は、第５乃至10図に示すような最も物
体側に平凹レンズを物体側に平面を向けて配置し、この
平凹レンズと正レンズの間にプリズムを配置したレトロ
フォーカス型の対物光学系を用いた外径の細い側視又は
斜視の内視鏡用対物光学系である。

実施例11は、第11図に示すような最も物体側に凸面を
物体側に向けた負の屈折力を有する負メニスカスレンズ
を配置したレトロフォーカス型の光学系を用いた外径の
細い側視の内視鏡用対物光学系である。

実施例12及び13は、第12及び13図に示すような最も物
体側に、凹面を物体側に向けた平凹レンズを配置したレ
トロフォーカス型の光学系を用いた外径の細い側視の内
視鏡用対物光学系である。

実施例14乃至16は、第14乃至第16図に示すような光学
系の最も物体側に両凹レンズを配置したレトロフォーカ
ス型光学系を用いた外径の細い側視の内視鏡用対物光学
系である。

実施例17は、第17図に示すような実施例８に示した負
メニスカスレンズの凸面に光軸から離れるに従って曲率
が徐々に強くなる非球面を用い、歪曲収差を良好に補正
した外径の細い側視の内視鏡用対物光学系である。

なおこれらの対物光学系は、ファイバースコープ，硬
性鏡，ビデオスコープ等いずれも用いることができるも
のである。また視野方向変換光学部材として、プリズ
ム、ミラー等のいずれを用いてもかまわない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、外径が細くかつ光学系の構成枚数が
少なく構造の簡単な内視鏡用対物光学系を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第17図は本発明の実施例１乃至17のレンズ配
置図，第18図乃至第34図は実施例１乃至17の収差曲線
図，第35図は従来の内視鏡用対物光学系の断面図であ
る。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のレンズと、絞りとを有する内視鏡対
物レンズにおいて、前記絞りよりも像側のレンズ作用を
有する部材は、正の屈折力を有するレンズ１枚の第１レ
ンズ群と正の屈折力を有するレンズ１枚の第２レンズ群
のみから構成され、且つ前記２枚のレンズが以下の条件
（１）を満足する内視鏡対物レンズ。（１） 0.6＜d₁/f₁₂＜1.4 但し、f₁₂は第１レンズ群と第２レンズ群との合成焦点
距離、d₁は第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気換
算長である。