JP4248771B2

JP4248771B2 - Endoscope device

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Inventors: 稔中村
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Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2009-04-02
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計測又は立体視を行うための対物光学系を含む外径の小さい挿入部を有する内視鏡装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
立体視及び計測内視鏡の用途として、工業用では例えば以下の分野がある。
・原子力発電所における冷却水の送水パイプの検査。
・発電プラントの蒸気発生機のタービンブレードの検査。
・航空機エンジンの検査。
【０００３】
また、医療用では、内視鏡下外科手術への応用がある。
いずれの場合も、分解や開腹をすることなく、傷やクラックや患部に対して、その大きさや深さを計測したり、立体視を用いて修理や処置を安全に効率よく行うことができる。
【０００４】
立体視内視鏡及び計測内視鏡の従来技術を図８乃至図１３を用いて説明する。従来、立体視及び計測のために視差を得る場合、左右まったく同じ光学系を２つ並列に並べることが広く知られている。しかし、実際には左右の光学系は、必ず誤差があるため左右の画像はまったく同じにはならず、左右の画像の相対的な相違によって、立体視の場合は、観察者の左右像の融合を妨げ疲労の原因となる。また、計測の場合は、測定誤差の原因となる。従って、疲労や誤差を抑えるためには、左右の光学部品を少なくする必要がある。
【０００５】
これを解決する手段として、以下の２つの先行技術がある。
▲１▼特開平８−１２２６６５号を図９に示す。
▲２▼特開平１１−００６９６７号を図１０に示す。
【０００６】
これらの先行技術は、左右の光学系の一部を左右共通にしており、誤差の低減が期待できる。しかし、明るさ絞り５５は、並列に配置した対物レンズに対応して形成された、２つの開口である。このため、開口位置の光軸に対するずれや、左右の開口形状の誤差は、左右の画像の誤差となる。
【０００７】
明るさ絞りの開口を１つにした先行技術として、
▲３▼特開平１１−１０９２５７号の第４実施例を図８に示す。
明るさ絞り５４は１つの開口であり、前記課題を解決している。この先行技術は先端アフォーカルアダプター式内視鏡である。先端アフォーカルアダプター式内視鏡の全体図を図１１に示す。また、先端部の拡大図が図１２である。さらに、図１３は先端部の対物光学系の断面図である。図１１乃至図１３に示す通り先端アフォーカルアダプター５は、内視鏡本体４と着脱自在である。図１３に示す通り、マスターレンズ６は、内視鏡本体４に設けられ、撮像素子７に対しておおよそ無限遠物体に焦点位置を調整する。
【０００８】
また、先端アフォーカルアダプター５は、観察目的に適した、視野角や視野方向の種類の違うものを用意して、マスターレンズの物体側の位置Ｘにて着脱可能である。先端アフォーカルアダプター５を取付けた様子を、図１３（ａ）に示す。取りはずした様子を図１３（ｂ）に示す。先端アフォーカルアダプター５は、装着した時に、撮像素子に結像するように、位置Ｘにて各画角の射出光線が光軸に対しておおよそ平行光線（アフォーカル）になるように、設計及び製造する。
【０００９】
先端アフォーカルアダプター式内視鏡は、いろいろな観察目的に対して、高価な内視鏡本体を共通にできるため経済的にメリットがある。また、着脱部は、アフォーカルであるため、光束径が太く、かつ実像が結像しないため、ゴミは目立ちにくい。さらに、装着の位置ずれによる焦点ずれの影響が小さい。
【００１０】
しかし、対物レンズの最終面９に実像を結像しているため、以下の三つの問題点がある。
（１）対物レンズ１２１、１２２及びリレーレンズ５０、５４、６を合わせた光軸方向の寸法が長くなる。これは、先端に並列に配置した正の焦点距離のレンズ１２１、１２２にて実像を結像しているため、対物レンズの寸法がそのまま全長を長くする。挿入部先端における、曲げることができない部分（硬質長）が長くなるため好ましくない。
（２）対物レンズの最終面９に製造中にゴミが侵入し付着すると、実像と重なるため、画像に映り込み、立体視及び計測の妨げとなるため好ましくない。
（３）実像をリレーして撮像素子に結像するため、実像９における内視鏡中心軸に向う方向の画像が、撮像素子７では反転して外側に向う方向の画像として結像するため、モニターヘ写し出された画像の左右の状態は、人間が通常認識する左右とは入れ替った状態となる。つまり、右目の像がモニター上では左目の像となる。よって、奥行き情報が左右逆になるため、奥行き方向が逆転した逆立体となるため好ましくない。
【００１１】
以上をまとめると先行技術には、以下の不具合がある。
▲１▼、▲２▼の先行技術は、明るさ絞り５５の開口が２つであるため、左右の画像の誤差がある。しかも、内視鏡は、先端アフォーカルではないし、アダプター式の構造でもない。▲３▼の先行技術は、硬質長が長く、ゴミが観察の妨げとなり、逆立体の問題が発生する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、先端アフォーカルアダプターが可能であると同時に、硬質長が短く、ゴミが観察の妨げとならない、かつ、逆立体が発生しない、立体視及び計測内視鏡を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、計測又は立体視を行うための対物光学系を含む内視鏡装置であって、前記対物光学系は、物体側から順に像側に向って、第１ユニットと第２ユニットと第３ユニットと撮像ユニットとを含み、前記第１ユニットは負レンズからなり、前記第２ユニットは第１正レンズからなり、前記第３ユニットは第２正レンズからなり、前記撮像ユニットは１つの撮像素子からなり、前記第１正レンズは、前記第２ユニット乃至前記第３ユニット内に実像を形成しないことを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明は、前記第３ユニットの前記第２正レンズは、おおよそ無限遠物体に対して合焦が可能であり、おおよそ無限遠物体に合焦が可能である条件として、以下の（１）式を満足することを特徴とする。
【００１５】
｜φａ／φ｜＜０．１・・・（１）
但し、φａは前記第１ユニットと前記第２ユニットの合成パワーであり、φは前記第１ユニット乃至前記第３ユニットの合成パワーである。
【００１６】
さらに、本発明は、１つの開口部からなる明るさ絞りを有し、該明るさ絞りが前記第２ユニットの前記第１正レンズのおおよそ後側焦点位置に配置されることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について述べる。
（第１実施例）
第１実施例における内視鏡対物光学系の全体の構成を図１に示す。
【００１８】
本実施例の構成は、物体側から順に、防水、防塵用のカバーガラス５１と、同じ負のパワーの二組のレンズ１０１、１０２を並列に配置した第１ユニット１０と、正パワーのレンズの第２ユニット２０と、正パワーのレンズの第３ユニット３０と、撮像手段である一つの撮像素子７を含む撮像ユニットとからなる。
【００１９】
二画像それぞれの画角は６０°、Ｆｎｏ．６．３である。
第１ユニット１０の負レンズ１０１、１０２の構成は、物体側より順に、像面側に凹面を向けた平凹レンズ１１と、像面側に凸面を向けたメニスカス凹レンズ１２とからなり、それらの間に視野範囲を決める視野マスク５２がある。視野範囲と視野マスク５２は相似形状である。視野範囲は、撮像素子上では図７に示す通りの形状と大きさである。
【００２０】
二組のレンズ１０１、１０２において、各面の曲率半径中心を通る直線（つまり光軸）の間隔は、１．４６ｍｍである。また、二組のレンズ１０１、１０２がより接近して並列に配置できるように、各レンズは、互いに接する内側側面を切除し、光軸方向から見てレンズ外径形状がＤの字状になるように加工している。
【００２１】
二組のレンズ１０１、１０２の負のパワー（φ１）は、全体として−０．６０２である。
第２ユニット２０は、物体側より順に、像面側に凸面を向けた平凸レンズ２１と、凸凹の接合レンズ２２と、第１ユニットの二組のレンズ１０１、１０２に対して共通の１つの開口部となる明るさ絞り５４と、カバーガラス２５とからなり、明るさ絞り５４とカバーガラス２５は接している。
【００２２】
第２ユニット全体としての正のパワー(φ２)は、０．２３２である。
第２ユニットの光軸（各面の曲率半径中心を結んだ直線）は、第１ユニットの二組のレンズの光軸に対してそれぞれ０．７３ｍｍ偏芯している。また、明るさ絞り５４の位置は、おおよそ第２ユニット全体の後側焦点位置である。
【００２３】
さらに、第２ユニットの平凸レンズの平面に接して、遮光板５３を設置する。遮光板５３は、物体側から強い反射光が入って来た時に、第１ユニットの二組のレンズのコバおよびエッジで発生するフレア光をカットする効果がある。遮光板の穴の形状は、図７の視野範囲に相似する。
【００２４】
ところで、合成パワーは、以下の通りである。計算には、近軸計算を用いる。第１ユニットは偏芯しているため、光軸と垂直方向にスライドさせ、第２ユニット及び第３ユニットと光軸を合わせた状態で計算を行うものとする。第１ユニットと第２ユニットの合成パワーφａ(0.0263)は、第１ユニットから第３ユニット全体のパワーφ(1.03)に対して、
φａ／φ ＝０．０２６となる。
【００２５】
従って、０．１よりも小さいので第２ユニットにおける各画角の射出光束がおおよそアフォーカルとなる。
第３ユニット３０は、物体側より順に、カバーガラス３５と、凹凸の接合レンズ３１とからなり、全体は正のパワー (φ３)０．３８９である。そして、赤外カットフィルター４１が接合された撮像素子７に対して物体側に配置されている。第３ユニットの光軸は第２ユニットの光軸と同一直線上にある。撮像素子から見て、第３ユニットのみでおおよそ無限遠に焦点が合うように設定している。
【００２６】
第１実施例の光学系における結像のプロセスを以下に説明する。
まず、第１ユニット負レンズの平凹レンズ１１により物体からの光線を所望の画角で取込む。次に、第二番目のメニスカス凹レンズ１２の作用により、第１ユニットを射出した各画角の主光線を光軸とおおよそ平行にして、第１ユニットの射出瞳をおおよそ無限遠にする。また、第２ユニットは、後側焦点位置付近に明るさ絞り５４を置くことで、第２ユニットの入射瞳をおおよそ無限遠にすることができる。
【００２７】
以上から、第１ユニットを透過した光線は、一つの共通な開口の明るさ絞りにて、第３ユニットに制限を受けることなく伝達することが可能となる。
第２ユニットからの光束は、おおよそアフォーカル光束であるため、おおよそ無限遠に焦点調整された第３ユニットを透過して、撮像素子上に一つの物体に対して視差をもつ二画像を生成する。
【００２８】
第３ユニットおよび撮像素子は内視鏡装置本体に常設されていて、図１のＸで示す位置にて、第１ユニットと第２ユニットが先端アフォーカルアダプター５として着脱可能である。本実施例は、用途に応じて先端アフォーカルアダプター５を取替えて使用する内視鏡である。着脱部は、アフォーカル光束部であるため、着脱部のゴミが目立たず、また、着脱機構のガタによる焦点のずれを小さくすることが可能である。
【００２９】
この形態では、立体視のための二画像を形成する、第２ユニット及び第３ユニットが共通部品であり、しかも、明るさ絞りの開口部が共通なため、左右の画像の誤差をさらに小さくできる。
【００３０】
また、この実施例では、第１ユニットが負レンズであるため、第１ユニットが正レンズで、かつ実像を結像させる図８に示す従来技術の方式に比べて、第１ユニットが短いため、硬質長を短くできる。
【００３１】
第１ユニット内の像面側に凸面を向けたメニスカス凹レンズ１２は各面の曲率中心が接近して、同心円に近い形状である。これにより製造過程において、外径に対する偏芯を抑えるのが難しい場合は、
平凹レンズと平凸レンズとに分割して偏芯を抑えて製作し、その後、接合して一部品にする加工及び組立方法が考えられる。
【００３２】
尚、本件でいうレンズは、単レンズのみを指すものではなく、単レンズはもちろんのこと、単レンズ同士の組み合わせや接合レンズ、さらには、それらの組み合わせをいう。
【００３３】
最後に、本光学系を搭載したアダプター全体の枠構成の一例を図１４に示す。先端アフォーカルアダプター５の中に、第１ユニット１０と第２ユニット２０とを配置し、内視鏡装置本体４の先端部に第３ユニット３０を配置し、ローレット８のネジによりＸの位置にてアダプターの着脱が可能となっている。
＜第１実施例のレンズデータ＞
・画角：６０° Ｆｎｏ．：６．３
・第３面から第６面までが第１ユニット、二組の負レンズ間隔１．４６ｍｍ。
・第７面から第１４面までが第２ユニット、第１ユニットの二組の負レンズに対して０．７３ｍｍ偏芯している。
・第１５面から第１９面までが第３ユニット。
・φ１：−０．６０２ φ２：０．２３２ φ３：０．３８９
・φａ：０．０２６３ φ：１．０３ φａ／φ：０．０２６
・R：曲率半径、ｄ：面間隔、ｎ：屈折率、ν：アッベ数、INF：∞を表す

（第２実施例）
第２実施例における内視鏡対物光学系の構成を図２に示す。
【００３４】
本実施例の第１実施例との相違点は、先端にカバーガラスが無い点、および、第１ユニット乃至第３ユニットのそれぞれのレンズ構成である。
従って、以下第１実施例との相違点について説明する。
【００３５】
二画像それぞれの画角は６５°、Ｆｎｏ．６．４である。
第１ユニット１０の負レンズ１０１、１０２の構成は、物体側より順に、像面側に凹面を向けた平凹レンズ１１と、全体として負のパワーの両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズ１３とからなり、平凹レンズと接合レンズとの間に視野マスク５２をはさんでいる。
【００３６】
並列の負レンズ１０１、１０２の光軸間隔は１．４６ｍｍで、全体のパワーは、(φ１)−０．６４１である。
第２ユニット２０は、物体側より順に、両凸レンズ２３と、全体として負のパワーの凸凹の接合レンズ２４と、全体として正のパワーの凸凹の接合レンズ２６と、第１ユニットの並列に配置した二組の負レンズ１０１、１０２に対して共通の１つの開口部を有する明るさ絞り５４と、明るさ絞りに接するカバーガラス２５とからなっている。
【００３７】
全体としては正のパワー(φ２)０．２３４である。第２ユニットの光軸は、第１ユニットの二組のレンズ１０１、１０２の光軸に対してそれぞれ０．７３ｍｍ偏芯している。
第１ユニットと第２ユニットの合成パワーφａ(0.0282)は、第１乃至第３ユニット全体のパワーφ(1.0７)に対して
φａ／φ ＝０．０２６
となるため、第２ユニットの各画角の射出光束がおおよそアフォーカルとなる。第３ユニット３０は、物体側より順に、カバーガラス３５と、凹凸の接合レンズ３１と、両凸レンズ３２とからなり、全体は正のパワー(φ３) ０．３８８である。
【００３８】
第２実施例の結像の特徴は、第１ユニットの負レンズに、全体としては負のパワーの接合レンズを用いている点であり、このため、色収差の発生を抑えることができる。また、第２ユニットは負レンズ群を含む３群構成としていることで、非点隔差や像面湾曲を良好に補正できる。さらに、第３ユニットを２群構成としているため、第３ユニット単独での収差が良好である。
＜第２実施例のレンズデータ＞
・画角：６５° Ｆｎｏ．：６．４
・第１面から第５面までが第１ユニット、二組の負レンズ間隔１．４６ｍｍ。
・第６面から第１６面までが第２ユニット、第１ユニットの二組の負レンズに対して０．７３ｍｍ偏芯している。
・第１７面から第２３面までが第３ユニット。
・φ１：−０．６４１ φ２：０．２３４ φ３：０．３８８
・φａ：０．０２８２ φ：１．０７ φａ／φ：０．０２６
・R：曲率半径、ｄ：面間隔、ｎ：屈折率、ν：アッベ数

（第３実施例）
第３実施例の光学系の構成を図３、図４に示す。図４は図３を側面から見たものである。
【００３９】
第１実施例との相違点は、カバーガラスの代わりに、視野方向変換プリズム５６を設けたこと、第１ユニットが物体側に凹面を向けた平凹レンズ１枚ずつで構成されていること、第３ユニットが第２実施例と同様の構成をしていることである。
【００４０】
従って、第３実施例に特有の構成と効果を以下に述べる。
第１ユニットは、物体側に凹面を向けた平凹レンズ１４の１枚ずつで構成している。これにより、部品点数が減り、原価低減になるだけでなく、組立性も向上する。
【００４１】
さらに、並列に配置された平凹レンズ２枚を一枚ずつ研磨加工して組立てる方法以外に、金型プレス加工のガラス成形レンズにて一度に２枚を作成すると、原価低減に有利である。
【００４２】
また、視野マスク５２を第１ユニットの平凹レンズ１４の平面側に設置しているため、第１実施例及び第２実施例で述べたフレア光をカットする遮光板５３の作用を兼ねるため、構成が簡単になり好ましい。
＜第３実施例のレンズデータ＞
・画角：６３° Ｆｎｏ．：６．３
・第４面から第５面までが第１ユニット、二組の負レンズ間隔１．４６ｍｍ。
・第６面から第１３面までが第２ユニット、第１ユニットの二組の負レンズに対して０．７３ｍｍ偏芯している。
・第１４面から第２０面までが第３ユニット。
・φ１：−０．４９５ φ２：０．２３４ φ３：０．３８８
・φａ：０．０３２４ φ：０．８２６ φａ／φ：０．０３９
・R：曲率半径、ｄ：面間隔、ｎ：屈折率、ν：アッベ数

（第４実施例）
第４実施例における内視鏡対物光学系の全体の構成を図５に示す。
【００４３】
本実施例の構成は、物体側から順に、同一の負のパワーの二組のレンズ１０１、１０２を並列に配置した第１ユニット１０と、正パワーのレンズの第２ユニット２０と、開口部を２つ有する明るさ絞り５５と、正パワーのレンズの第３ユニット３０と、撮像素子７とからなる。
【００４４】
第１ユニット１０の負レンズの構成は、像面側に凹面を向けた平凹レンズ１枚からなり、その直後に視野マスク５２を設ける。並列の負レンズの光軸間隔は１．４６ｍｍである。パワー（φ１）は、−０．６１０である。また、視野マスクは、実施例１におけるフレア光りをカットする遮光板５３を兼ねる。
【００４５】
第２ユニットは、物体側から順に、両凸レンズ２７と、両凸レンズ２８と、両凹レンズ２９ａと、防水、防塵用のカバーガラス２５とからなり、そのカバーガラスの物体側の平面に接して開口部を２つ有する明るさ絞り板５５が設置される。全体としては正のパワー（φ２）０．２４１を有する。第２ユニットの光軸は、第１ユニットの二組の負レンズ１０１、１０２の光軸に対してそれぞれ０．７３ｍｍ偏芯している。
第１ユニット及び第２ユニットの合成パワーφａ(0.0321)は、第１ユニット乃至第３ユニット全体のパワーφ(1.06)に対して、
φａ／φ ＝０．０３０
となるため、第２ユニットにおける各画角の射出光束はおおよそアフォーカルとなる。
第３ユニットは、物体側から順に、カバーガラス３５と、凹凸の接合レンズ３１で構成される。全体では正のパワー（φ３）０．４００である。
【００４６】
第２ユニットの構成は、物体側より正のパワーの両凸レンズ２枚と、負のパワーの両凹レンズ１枚の構成にすることで、着脱部分である第２ユニット射出側での光線の高さを光軸に近づけることができ、明るさ絞りの高さを本実施例の位置にすることができる。これにより、第３ユニットの外径を小さくでき、かつ、アダプター装着時に光線がけられることなく結像できる。先端アダプター部の光学部品を少ない５点で構成していることによって、さらに全長を短くできる。
＜第４実施例のレンズデータ＞
・画角：６２° Ｆｎｏ．：６．８
・第１面から第２面までが第１ユニット、二組の負レンズ間隔１．４６ｍｍ。
・第３面から第１１面までが第２ユニット、第１ユニットの二組の負レンズに対して０．７３ｍｍ偏芯している。
・第１２面から第１６面までが第３ユニット。
・明るさ絞り開口は、第２ユニット光軸に対してそれぞれ０．３２ｍｍ偏芯している。
・φ１：−０．６１０ φ２：０．２４１ φ３：０．４００
・φａ：０．０３２１ φ：１．０６ φａ／φ：０．０３０
・R：曲率半径、ｄ：面間隔、ｎ：屈折率、ν：アッベ数

（第５実施例）
第５実施例における内視鏡対物光学系の全体の構成を図６に示す。
【００４７】
第２ユニット２０と第３ユニット３０のレンズ構成が第４実施例と異なる。また、明るさ絞り５５を第２ユニットの最も物体側に配置する構成が、第１実施例乃至第４実施例と異なる。
【００４８】
従って、第５実施例に特有の構成と効果を以下に述べる。
第２ユニット２０は、物体側より順に、開口部を二つ有する明るさ絞り５５と、両凸レンズ２７、物体側に凸面の凸レンズと像側に凹面の凹レンズとの接合レンズ２９ｂと、カバーガラス２５とからなる。
【００４９】
明るさ絞り５５は開口部を２つ有するので、第２ユニットの後側焦点位置に設ける必要はなく、従って、前に出してもよい。明るさ絞り５５を第２ユニット２０の最も物体側に配置することによって、第１ユニットの光線高が下がり、第１ユニットのレンズ外径を小さくできる。
【００５０】
第２ユニットに接合レンズを有していることで、先端アフォーカルアダプター５を装着した状態で、第４実施例に比べて、製造時に発生する各レンズの偏芯誤差に対して、影響が小さく、組立性を向上できる。
【００５１】
第１ユニット１０と第２ユニット２０とで構成されるアダプター５の合成パワーφａは、第１ユニットから第３ユニットの全体のパワーφに対して、
φａ／φ ＝０．０１８
となり、アダプターは、アフォーカルな構成である。
【００５２】
第３ユニットはカバーガラス３５と、負正の接合レンズ３１と、両凸レンズ３２で構成する。第３ユニットを２群構成にすることで、マスターレンズの結像性能を向上し、かつ、アダプター装着時の性能もよくできる。
【００５３】
＜第５実施例のレンズデータ＞
・画角：６１° Ｆｎｏ．：６．６
・第１面から第２面までが第１ユニット、二組の負レンズ間隔１．４６ｍｍ。
・第３面から第１０面までが第２ユニット、第１ユニットの二組の負レンズに対して０．７３ｍｍ偏芯している。
・第１１面から第１７面までが第３ユニット。
・明るさ絞りの開口は、第２ユニット光軸に対してそれぞれ０．７３ｍｍ偏芯している。
・φ１：−０．６１０ φ２：０．２３１ φ３：０．３８８
・φａ：０．０１８６ φ：１．０４ φａ／φ：０．０１８
・R：曲率半径、ｄ：面間隔、ｎ：屈折率、ν：アッベ数

なお、現在、撮像素子は有効撮像範囲の大きさが縦約２ｍｍ、横約２．５ｍｍ程度の物が製作されているが、近い将来、縦横共に従来と同じ画素数で半分からそれ以下のサイズまで小型化されるので、本発明では２ｍｍ×２．５ｍｍ以下の大きさを想定している。
【００５４】
以上説明したように、本発明による内視鏡装置は、下記に示す特徴を備える。
（１）計測又は立体視を行うための対物光学系を含む内視鏡装置であって、前記対物光学系は、物体側から順に像側に向って、第１ユニットと第２ユニットと第３ユニットと撮像ユニットとを含み、前記第１ユニットは負レンズからなり、前記第２ユニットは第１正レンズからなり、前記第３ユニットは第２正レンズからなり、前記撮像ユニットは１つの撮像素子からなり、前記第１正レンズは、前記第２ユニット乃至前記第３ユニット内に実像を形成しないことを特徴とする内視鏡装置。
（２）前記第３ユニットの前記第２正レンズは、おおよそ無限遠物体に対して合焦が可能であり、おおよそ無限遠物体に合焦が可能である条件として、以下の（１）式を満足することを特徴とする（１）項に記載の内視鏡装置。
【００５５】
｜φａ／φ｜＜０．１・・・（１）
但し、φａは前記第１ユニットと前記第２ユニットの合成パワーであり、φは前記第１ユニット乃至前記第３ユニットの合成パワーである。
（３）１つの開口部からなる明るさ絞りを有し、該明るさ絞りが前記第２ユニットの前記第１正レンズのおおよそ後側焦点位置に配置されることを特徴とする（２）項に記載の内視鏡装置。
（４）前記第１ユニットの前記負レンズは一対の負レンズであって、該一対の負レンズは互いに近接して並列に配置され、前記第２ユニットの前記第１正レンズの光軸は、前記一対の負レンズの少なくとも一方の負レンズの光軸に対して偏芯配置されることを特徴とする（３）項に記載の内視鏡装置。
（５）前記一対の負レンズが物体側に凹面を向けたレンズを含むことを特徴とする（４）項に記載の内視鏡装置。
（６）前記一対の負レンズは、それぞれ第１凹レンズと第２凹レンズとからなり、前記第１凹レンズは、像側の最終面が像側に凹面を向けた単レンズまたは接合レンズであり、前記第２凹レンズは、像側の最終面が像側に凸面を向けた単レンズまたは接合レンズであることを特徴とする（４）項に記載の内視鏡装置。
（７）前記一対の負レンズは、それぞれの側面に切除部を有し、前記一対の負レンズがそれぞれの前記切除部で互いに接することによって前記一対の負レンズの外径中心間の距離がそれぞれの半径の和より小さいことを特徴とする（４）項に記載の内視鏡装置。
（８）２つの開口部からなる明るさ絞りを有し、該明るさ絞りは前記第２ユニットの前後いずれかに配置されることを特徴とする（２）項に記載の内視鏡装置。
（９）前記第１ユニットの前記負レンズは、一対の負レンズであって、該一対の負レンズは互いに近接して並列に配置され、前記第２ユニットの前記第１正レンズの光軸は、前記一対の負レンズの少なくとも一方の負レンズの光軸に対して偏芯配置されることを特徴とする（８）項に記載の内視鏡装置。
（１０）前記一対の負レンズは、それぞれの側面に切除部を有し、前記一対の負レンズがそれぞれの前記切除部で互いに接することによって前記一対の負レンズの外径中心間の距離がそれぞれの半径の和より小さいことを特徴とする（９）項に記載の内視鏡装置。
（１１）前記第２ユニットの前記第１正レンズは第１レンズと第２レンズとからなり、前記第１レンズは正のパワーであって最も物体側の面が物体側に凸であり、前記第２レンズは負のパワーであって最も像側の面が像側に凹であることを特徴とする（９）項に記載の内視鏡装置。
（１２）前記第１ユニットの物体側に、カバーガラスを設けたことを特徴とする（１）項に記載の内視鏡装置。
（１３）前記第１ユニットの物体側に視野方向変換プリズムを設けたことを特徴とする（１）項に記載の内視鏡装置。
（１４）前記第１ユニットに視野マスクを設け、前記視野マスクは前記第１ユニットの前記負レンズに対応することを特徴とする（１）項に記載の内視鏡装置。
（１５）前記第２ユニットにフレア絞りを設けたことを特徴とする（１）項に記載の内視鏡装置。
（１６）前記第１ユニットと前記第２ユニットの組はアダプタであって、前記第３ユニットに対して着脱自在であることを特徴とする（１）項に記載の内視鏡装置。
（１７）前記アダプタの像側に設けたカバーガラスと一体的に明るさ絞りを配置することを特徴とする（１６）項に記載の内視鏡装置。
（１８）前記第３ユニットの物体側にカバーガラスを設けたことを特徴とする（１６）項に記載の内視鏡装置。
（１９）前記一つの撮像素子の有効撮像範囲の大きさが２ｍｍ×２．５ｍｍ以下であることを特徴とする（１）項乃至（１８）項に記載の内視鏡装置。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、先端アフォーカルアダプターが可能であると同時に、硬質長が短く、ゴミが観察の妨げとならない、かつ、左右像の違和感のない立体視及び計測内視鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の光学系断面図である。
【図２】第２実施例の光学系断面図である。
【図３】第３実施例の光学系断面図である。
【図４】第３実施例の光学系の側断面図である。
【図５】第４実施例の光学系断面図である。
【図６】第５実施例の光学系断面図である。
【図７】各実施例での撮像素子上の視野範囲を示す図である。
【図８】従来例（特開平１１−１０９２５７）の光学系断面図である。
【図９】従来例（特開平８−１２２６６５）の光学系断面図である。
【図１０】従来例（特開平１１−００６９６７）の光学系断面図である。
【図１１】先端アフォーカルアダプタ式内視鏡装置の外観図である。
【図１２】先端アフォーカルアダプタ式内視鏡装置の先端部を示す図である。
【図１３】先端アフォーカルアダプタ式内視鏡装置の光学系断面図である。
【図１４】第１実施例の光学系を搭載したアダプタ全体の枠構成の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
４内視鏡本体
５アダプタ
７撮像素子
８ローレット
１０第１ユニット
１１、１４平凹レンズ
１２メニスカス凹レンズ
１３、２２、２４、２６、２９ｂ、３１接合レンズ
２０第２ユニット
２１平凸レンズ
２３、２７、２８、３２両凸レンズ
２５、３５、５１カバーガラス
２９ａ両凹レンズ
３０第３ユニット
４１赤外カットフィルター
５２視野マスク
５３遮光板
５４、５５明るさ絞り
５６視野方向変換プリズム
１０１、１０２負レンズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an endoscope apparatus having an insertion portion with a small outer diameter including an objective optical system for performing measurement or stereoscopic vision.
[0002]
[Prior art]
As applications of stereoscopic vision and measurement endoscopes, there are the following fields for industrial use, for example.
• Inspection of cooling water pipes at nuclear power plants.
-Inspection of turbine blades of steam generators in power plants.
・ Aircraft engine inspection.
[0003]
In medical use, there is application to endoscopic surgery.
In either case, the size and depth of a wound, crack, or affected part can be measured, or repair or treatment can be performed safely and efficiently using stereoscopic vision without disassembling or laparotomy.
[0004]
Prior arts of a stereoscopic endoscope and a measuring endoscope will be described with reference to FIGS. Conventionally, when parallax is obtained for stereoscopic viewing and measurement, it is widely known that two optical systems that are exactly the same on the left and right are arranged in parallel. In reality, however, the left and right optical systems always have errors, so the left and right images are not exactly the same. In the case of stereoscopic viewing, the left and right images of the observer are fused due to the relative difference between the left and right images. Disturbs and causes fatigue. In the case of measurement, it causes a measurement error. Therefore, in order to suppress fatigue and errors, it is necessary to reduce the number of left and right optical components.
[0005]
As means for solving this, there are the following two prior arts.
(1) Japanese Patent Laid-Open No. 8-122665 is shown in FIG.
(2) Japanese Patent Laid-Open No. 11-006967 is shown in FIG.
[0006]
In these prior arts, a part of the left and right optical systems is made common to the left and right, and a reduction in error can be expected. However, the aperture stop 55 is two openings formed corresponding to the objective lenses arranged in parallel. For this reason, the deviation of the aperture position with respect to the optical axis and the error in the left and right aperture shapes are errors in the left and right images.
[0007]
As a prior art with a single aperture stop,
(3) A fourth embodiment of Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-109257 is shown in FIG.
The brightness stop 54 is one opening, which solves the above-described problem. This prior art is a tip afocal adapter type endoscope. FIG. 11 shows an overall view of the distal afocal adapter type endoscope. Moreover, the enlarged view of a front-end | tip part is FIG. FIG. 13 is a sectional view of the objective optical system at the tip. As shown in FIGS. 11 to 13, the distal afocal adapter 5 is detachable from the endoscope body 4. As shown in FIG. 13, the master lens 6 is provided in the endoscope body 4 and adjusts the focal position to an object at infinity with respect to the image sensor 7.
[0008]
Further, the tip afocal adapter 5 is prepared with a different viewing angle and viewing direction suitable for the purpose of observation, and is attachable / detachable at the position X on the object side of the master lens. FIG. 13A shows a state in which the tip afocal adapter 5 is attached. The removed state is shown in FIG. The tip afocal adapter 5 is designed so that the emitted light beam at each angle of view is approximately parallel to the optical axis (afocal) at the position X so that an image is formed on the image sensor when mounted. To manufacture.
[0009]
The tip afocal adapter type endoscope is economically advantageous because it can share an expensive endoscope body for various observation purposes. Moreover, since the attachment / detachment portion is afocal, the diameter of the light beam is large, and a real image is not formed, so that dust is not noticeable. Furthermore, the influence of the defocus due to the mounting position shift is small.
[0010]
However, since a real image is formed on the final surface 9 of the objective lens, there are the following three problems.
(1) The dimension of the optical axis direction combining the

objective lenses

121 and 122 and the

relay lenses

50, 54, and 6 becomes longer. This is because a real image is formed by the

lenses

121 and 122 having a positive focal length arranged in parallel at the tip, so that the size of the objective lens directly increases the overall length. Since the portion (hard length) that cannot be bent at the distal end of the insertion portion becomes longer, it is not preferable.
(2) If dust enters and adheres to the final surface 9 of the objective lens during manufacture, it overlaps with the real image, so that it is reflected in the image and hinders stereoscopic vision and measurement, which is not preferable.
(3) Since the real image is relayed and imaged on the image sensor, the image in the direction toward the endoscope central axis in the real image 9 is reversed and imaged in the image sensor 7 as an image in the direction toward the outside. The left and right states of the image projected on the monitor are replaced with the left and right states normally recognized by humans. That is, the right eye image becomes the left eye image on the monitor. Therefore, since the depth information is reversed left and right, it is not preferable because the depth information is reversed and reversed.
[0011]
In summary, the prior art has the following problems.
Since the prior arts (1) and (2) have two apertures of the aperture stop 55, there is an error in the left and right images. Moreover, the endoscope is neither a tip afocal nor an adapter type structure. In the prior art (3), the hard length is long, dust is obstructing observation, and the problem of inverted solids occurs.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to provide a stereoscopic endoscope and a measurement endoscope that can be used as a tip afocal adapter, have a short rigid length, do not obstruct observation of dust, and do not cause reverse solids. To do.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is an endoscope apparatus including an objective optical system for performing measurement or stereoscopic vision, wherein the objective optical system is directed from the object side to the image side in order from the first unit, the second unit, and the second unit. The first unit is a negative lens, the second unit is a first positive lens, the third unit is a second positive lens, and the imaging unit is a single imaging unit. It comprises an element, and the first positive lens does not form a real image in the second unit to the third unit.
[0014]
Further, according to the present invention, the condition that the second positive lens of the third unit can focus on an object at infinity and can focus on an object at infinity is as follows: ) Is satisfied.
[0015]
| Φa / φ | <0.1 (1)
Where φa is the combined power of the first unit and the second unit, and φ is the combined power of the first unit to the third unit.
[0016]
Furthermore, the present invention is characterized by having an aperture stop composed of one opening, and the aperture stop is disposed approximately at the rear focal position of the first positive lens of the second unit.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows the entire configuration of the endoscope objective optical system in the first embodiment.
[0018]
The configuration of the present embodiment includes a waterproof and dustproof cover glass 51, a first unit 10 in which two sets of

lenses

101 and 102 having the same negative power are arranged in parallel, and a positive power lens in order from the object side. The image forming unit includes a second unit 20, a third unit 30 of a positive power lens, and an image pickup unit including one image pickup element 7 as an image pickup means.
[0019]
The angle of view of each of the two images is 60 °, Fno. 6.3.
The configuration of the

negative lenses

101 and 102 of the first unit 10 includes, in order from the object side, a plano-concave lens 11 having a concave surface facing the image surface side and a meniscus concave lens 12 having a convex surface facing the image surface side. There is a visual field mask 52 for determining the visual field range. The visual field range and the visual field mask 52 have a similar shape. The field-of-view range has the shape and size as shown in FIG. 7 on the image sensor.
[0020]
In the two sets of

lenses

101 and 102, a distance between straight lines (that is, optical axes) passing through the centers of curvature of the surfaces is 1.46 mm. Further, in order to allow the two sets of

lenses

101 and 102 to be arranged closer to each other in parallel, each lens is cut out of the inner side surface that is in contact with each other, and the outer diameter of the lens is a letter D when viewed from the optical axis direction. It is processed as follows.
[0021]
The negative power (φ1) of the two sets of

lenses

101 and 102 is −0.602 as a whole.
The second unit 20 includes, in order from the object side, a plano-convex lens 21 having a convex surface facing the image surface side, a convex-concave cemented lens 22, and a single aperture common to the two sets of

lenses

101 and 102 of the first unit. The aperture stop 54 and the cover glass 25 are partly formed, and the brightness stop 54 and the cover glass 25 are in contact with each other.
[0022]
The positive power (φ2) of the entire second unit is 0.232.
The optical axes of the second unit (straight lines connecting the centers of curvature of the surfaces) are eccentric by 0.73 mm with respect to the optical axes of the two lenses of the first unit. The position of the aperture stop 54 is approximately the rear focal position of the entire second unit.
[0023]
Further, a light shielding plate 53 is installed in contact with the plane of the plano-convex lens of the second unit. The light shielding plate 53 has an effect of cutting flare light generated at the edges and edges of the two lenses of the first unit when strong reflected light enters from the object side. The shape of the hole in the light shielding plate is similar to the visual field range in FIG.
[0024]
By the way, the combined power is as follows. The paraxial calculation is used for the calculation. Since the first unit is eccentric, the first unit is slid in the direction perpendicular to the optical axis, and the calculation is performed with the second unit and the third unit being aligned with the optical axis. The combined power φa (0.0263) of the first unit and the second unit is compared to the total power φ (1.03) of the third unit from the first unit.
φa / φ = 0.026.
[0025]
Therefore, since it is smaller than 0.1, the emitted light flux at each angle of view in the second unit is approximately afocal.
The third unit 30 is composed of a cover glass 35 and an uneven cemented lens 31 in order from the object side, and has a positive power (φ3) of 0.389 as a whole. And it arrange | positions at the object side with respect to the image pick-up element 7 to which the infrared cut filter 41 was joined. The optical axis of the third unit is collinear with the optical axis of the second unit. As viewed from the image sensor, the third unit alone is set so that it is focused at approximately infinity.
[0026]
The imaging process in the optical system of the first embodiment will be described below.
First, the light from the object is captured at a desired angle of view by the plano-concave lens 11 of the first unit negative lens. Next, due to the action of the second meniscus concave lens 12, the principal ray of each angle of view exiting the first unit is made approximately parallel to the optical axis, and the exit pupil of the first unit is made approximately infinity. Further, the second unit can make the entrance pupil of the second unit approximately infinite by placing the brightness stop 54 in the vicinity of the rear focal position.
[0027]
As described above, the light beam transmitted through the first unit can be transmitted to the third unit without being limited by the aperture stop having one common opening.
Since the light beam from the second unit is approximately an afocal light beam, it passes through the third unit whose focus is adjusted to approximately infinity, and generates two images having parallax with respect to one object on the image sensor. .
[0028]
The third unit and the image sensor are permanently installed in the endoscope apparatus main body, and the first unit and the second unit can be attached and detached as the tip afocal adapter 5 at the position indicated by X in FIG. This embodiment is an endoscope that is used by replacing the tip afocal adapter 5 according to the application. Since the attaching / detaching portion is an afocal light beam portion, dust on the attaching / detaching portion is not conspicuous, and it is possible to reduce a focus shift due to looseness of the attaching / detaching mechanism.
[0029]
In this embodiment, the second unit and the third unit that form two images for stereoscopic viewing are common parts, and the aperture of the aperture stop is common, so that the error between the left and right images can be further reduced. .
[0030]
In this embodiment, since the first unit is a negative lens, the first unit is a positive lens and the first unit is shorter than the conventional method shown in FIG. 8 in which a real image is formed. Hard length can be shortened.
[0031]
The meniscus concave lens 12 having a convex surface facing the image plane side in the first unit has a shape close to a concentric circle with the center of curvature of each surface approaching. If it is difficult to suppress the eccentricity with respect to the outer diameter in the manufacturing process,
It is possible to divide into a plano-concave lens and a plano-convex lens and suppress the eccentricity, and then process and assemble them into a single part.
[0032]
In addition, the lens as referred to in this case does not indicate only a single lens, but a single lens, a combination of single lenses, a cemented lens, and a combination thereof.
[0033]
Finally, FIG. 14 shows an example of the frame configuration of the entire adapter equipped with this optical system. The first unit 10 and the second unit 20 are disposed in the distal end afocal adapter 5, the third unit 30 is disposed at the distal end portion of the endoscope apparatus body 4, and is moved to the X position by the knurled screw 8. The adapter can be attached and removed.
<Lens data of the first embodiment>
-Angle of view: 60 ° Fno. : 6.3
The third unit to the sixth surface are the first unit, and the distance between the two sets of negative lenses is 1.46 mm.
The seventh surface to the fourteenth surface are eccentric by 0.73 mm with respect to the two negative lenses of the second unit and the first unit.
・ The 15th to 19th surfaces are the third unit.
・ Φ1: -0.602 φ2: 0.232 φ3: 0.389
・ Φa: 0.0263 φ: 1.03 φa / φ: 0.026
R: radius of curvature, d: spacing, n: refractive index, ν: Abbe number, INF: ∞

(Second embodiment)
The configuration of the endoscope objective optical system in the second embodiment is shown in FIG.
[0034]
The differences of this embodiment from the first embodiment are the point that there is no cover glass at the tip and the lens configurations of the first unit to the third unit.
Accordingly, differences from the first embodiment will be described below.
[0035]
The angle of view of each of the two images is 65 °, Fno. 6.4.
The

negative lenses

101 and 102 of the first unit 10 are composed of, in order from the object side, a plano-concave lens 11 having a concave surface directed toward the image surface side, and a cemented lens 13 composed of a bi-concave lens having negative power as a whole and a biconvex lens. Thus, the field mask 52 is sandwiched between the plano-concave lens and the cemented lens.
[0036]
The optical axis interval of the parallel

negative lenses

101 and 102 is 1.46 mm, and the overall power is (φ1) −0.641.
In order from the object side, the second unit 20 is arranged in parallel with a biconvex lens 23, an overall negative power convex / concave cemented lens 24, an overall positive power convex / concave cemented lens 26, and the first unit. It consists of an aperture stop 54 having one common opening for the two sets of

negative lenses

101 and 102, and a cover glass 25 in contact with the aperture stop.
[0037]
Overall, the positive power (φ2) is 0.234. The optical axis of the second unit is eccentric by 0.73 mm with respect to the optical axes of the two sets of

lenses

101 and 102 of the first unit.
The combined power φa (0.0282) of the first unit and the second unit is relative to the total power φ (1.07) of the first to third units.
φa / φ = 0.026
Therefore, the emitted light beam at each angle of view of the second unit is approximately afocal. The third unit 30 includes, in order from the object side, a cover glass 35, a concave and convex cemented lens 31, and a biconvex lens 32, and has a positive power (φ3) of 0.388 as a whole.
[0038]
The image forming feature of the second embodiment is that a negative lens as a whole is used as a negative lens of the first unit, so that the occurrence of chromatic aberration can be suppressed. Further, since the second unit has a three-group configuration including the negative lens group, it is possible to satisfactorily correct astigmatism and field curvature. Furthermore, since the third unit has a two-group configuration, the aberration of the third unit alone is good.
<Lens data of the second embodiment>
-Angle of view: 65 ° Fno. : 6.4
The first unit to the fifth surface are the first unit, and the distance between the two sets of negative lenses is 1.46 mm.
The sixth surface to the sixteenth surface are eccentric by 0.73 mm with respect to the two negative lenses of the second unit and the first unit.
・ The 17th to 23rd surfaces are the third unit.
・ Φ1: -0.641 φ2: 0.234 φ3: 0.388
Φa: 0.0282 φ: 1.07 φa / φ: 0.026
R: radius of curvature, d: spacing, n: refractive index, ν: Abbe number

(Third embodiment)
The configuration of the optical system of the third embodiment is shown in FIGS. FIG. 4 is a side view of FIG.
[0039]
The difference from the first embodiment is that a viewing direction conversion prism 56 is provided instead of the cover glass, the first unit is composed of one plano-concave lens with a concave surface facing the object side, 3 units have the same configuration as the second embodiment.
[0040]
Therefore, the configuration and effect peculiar to the third embodiment will be described below.
The first unit is composed of one each of the plano-concave lenses 14 having a concave surface facing the object side. As a result, the number of parts is reduced, which not only reduces costs, but also improves assembly.
[0041]
Further, in addition to the method of polishing and assembling the two plano-concave lenses arranged in parallel one by one, it is advantageous to reduce the cost by creating two at a time using a glass press lens of mold press processing.
[0042]
In addition, since the field mask 52 is installed on the plane side of the plano-concave lens 14 of the first unit, it also functions as the light shielding plate 53 for cutting off flare light described in the first and second embodiments. Is simple and preferable.
<Lens data of the third embodiment>
-Angle of view: 63 ° Fno. : 6.3
The fourth unit to the fifth unit are the first unit, and the distance between the two sets of negative lenses is 1.46 mm.
The sixth to thirteenth surfaces are eccentric by 0.73 mm with respect to the two negative lenses of the second unit and the first unit.
-The 14th side to the 20th side is the third unit.
・ Φ1: -0.495 φ2: 0.234 φ3: 0.388
Φa: 0.0324 φ: 0.826 φa / φ: 0.039
R: radius of curvature, d: spacing, n: refractive index, ν: Abbe number

(Fourth embodiment)
FIG. 5 shows the overall configuration of the endoscope objective optical system in the fourth embodiment.
[0043]
The configuration of the present embodiment includes, in order from the object side, a first unit 10 in which two sets of

lenses

101 and 102 having the same negative power are arranged in parallel, a second unit 20 of a positive power lens, and an opening. The aperture stop 55 includes two, the third unit 30 of a positive power lens, and the image sensor 7.
[0044]
The configuration of the negative lens of the first unit 10 is composed of a single plano-concave lens having a concave surface on the image plane side, and a field mask 52 is provided immediately after that. The optical axis interval of the parallel negative lenses is 1.46 mm. The power (φ1) is −0.610. The field mask also serves as the light shielding plate 53 that cuts off flare light in the first embodiment.
[0045]
The second unit includes, in order from the object side, a biconvex lens 27, a biconvex lens 28, a biconcave lens 29a, and a waterproof and dustproof cover glass 25, and is in contact with the object-side plane of the cover glass. The aperture stop plate 55 having two is installed. Overall, it has a positive power (φ2) of 0.241. The optical axis of the second unit is eccentric by 0.73 mm with respect to the optical axes of the two sets of

negative lenses

101 and 102 of the first unit.
The combined power φa (0.0321) of the first unit and the second unit is compared to the total power φ (1.06) of the first unit to the third unit.
φa / φ = 0.030
Therefore, the emitted light flux at each angle of view in the second unit is approximately afocal.
The third unit includes a cover glass 35 and an uneven cemented lens 31 in order from the object side. Overall, the positive power (φ3) is 0.400.
[0046]
The configuration of the second unit is made up of two positive-powered biconvex lenses and one negative-powered biconcave lens from the object side, so that the height of the light beam on the second unit exit side, which is the detachable part. Can be brought close to the optical axis, and the height of the aperture stop can be set to the position of this embodiment. Thereby, the outer diameter of the third unit can be reduced, and an image can be formed without being scattered when the adapter is mounted. The total length can be further shortened by configuring the tip adapter portion with five optical parts.
<Lens data of the fourth embodiment>
-Angle of view: 62 ° Fno. : 6.8
The first unit is from the first surface to the second surface, and the distance between the two sets of negative lenses is 1.46 mm.
The third surface to the eleventh surface are eccentric by 0.73 mm with respect to the two negative lenses of the second unit and the first unit.
-The third unit is from the 12th surface to the 16th surface.
-The aperture stop aperture is eccentric by 0.32 mm with respect to the second unit optical axis.
・ Φ1: -0.610 φ2: 0.241 φ3: 0.400
・ Φa: 0.0321 φ: 1.06 φa / φ: 0.030
R: radius of curvature, d: spacing, n: refractive index, ν: Abbe number

(5th Example)
The overall configuration of the endoscope objective optical system in the fifth embodiment is shown in FIG.
[0047]
The lens configuration of the second unit 20 and the third unit 30 is different from that of the fourth embodiment. Further, the configuration in which the aperture stop 55 is arranged on the most object side of the second unit is different from the first to fourth embodiments.
[0048]
Therefore, the configuration and effect peculiar to the fifth embodiment will be described below.
The second unit 20 includes, in order from the object side, an aperture stop 55 having two openings, a biconvex lens 27, a cemented lens 29b of a convex lens having a convex surface on the object side and a concave lens having a concave surface on the image side, and a cover glass 25. It consists of.
[0049]
Since the aperture stop 55 has two openings, it does not need to be provided at the rear focal position of the second unit, and thus may be provided in front. By disposing the aperture stop 55 on the most object side of the second unit 20, the light ray height of the first unit is lowered, and the lens outer diameter of the first unit can be reduced.
[0050]
By having the cemented lens in the second unit, the influence of the eccentric error of each lens generated during manufacturing is small compared to the fourth embodiment with the tip afocal adapter 5 attached. Assembling property can be improved.
[0051]
The combined power φa of the adapter 5 composed of the first unit 10 and the second unit 20 is relative to the overall power φ of the first unit to the third unit.
φa / φ = 0.018
The adapter has an afocal structure.
[0052]
The third unit includes a cover glass 35, a negative and positive cemented lens 31, and a biconvex lens 32. By forming the third unit in a two-group configuration, the imaging performance of the master lens can be improved and the performance when the adapter is attached can be improved.
[0053]
<Lens data of the fifth embodiment>
-Angle of view: 61 ° Fno. : 6.6
The first unit is from the first surface to the second surface, and the distance between the two sets of negative lenses is 1.46 mm.
The third surface to the tenth surface are eccentric by 0.73 mm with respect to the two negative lenses of the second unit and the first unit.
-The third unit is from the 11th surface to the 17th surface.
The aperture of the aperture stop is eccentric by 0.73 mm with respect to the second unit optical axis.
・ Φ1: -0.610 φ2: 0.231 φ3: 0.388
・ Φa: 0.0186 φ: 1.04 φa / φ: 0.018
R: radius of curvature, d: spacing, n: refractive index, ν: Abbe number

Currently, the image sensor has an effective imaging range of about 2 mm in length and about 2.5 mm in width. In the near future, both the vertical and horizontal sizes will be half to less than the same number of pixels as before. Therefore, the present invention assumes a size of 2 mm × 2.5 mm or less.
[0054]
As described above, the endoscope apparatus according to the present invention has the following features.
(1) An endoscope apparatus including an objective optical system for performing measurement or stereoscopic vision, wherein the objective optical system is directed from the object side to the image side in order from the first unit, the second unit, and the third unit. A first unit comprising a negative lens, the second unit comprising a first positive lens, the third unit comprising a second positive lens, and the imaging unit comprising one imaging element. The endoscope apparatus, wherein the first positive lens does not form a real image in the second unit to the third unit.
(2) The second positive lens of the third unit can focus on an object at infinity, and the following equation (1) is satisfied as a condition that the object can be focused on an object at infinity. The endoscope apparatus according to item (1), wherein the endoscope apparatus is satisfied.
[0055]
| Φa / φ | <0.1 (1)
Where φa is the combined power of the first unit and the second unit, and φ is the combined power of the first unit to the third unit.
(3) Item (2) is characterized in that it has an aperture stop composed of one opening, and the aperture stop is disposed at approximately the rear focal position of the first positive lens of the second unit. The endoscope apparatus described in 1.
(4) The negative lens of the first unit is a pair of negative lenses, and the pair of negative lenses are arranged close to each other in parallel, and the optical axis of the first positive lens of the second unit is: The endoscope apparatus according to (3), wherein the endoscope apparatus is eccentrically arranged with respect to an optical axis of at least one negative lens of the pair of negative lenses.
(5) The endoscope apparatus according to (4), wherein the pair of negative lenses includes a lens having a concave surface directed toward the object side.
(6) Each of the pair of negative lenses includes a first concave lens and a second concave lens, and the first concave lens is a single lens or a cemented lens in which a final surface on the image side faces a concave surface on the image side, The endoscope apparatus according to item (4), wherein the second concave lens is a single lens or a cemented lens with a final surface on the image side facing a convex surface toward the image side.
(7) Each of the pair of negative lenses has a cut-out portion on each side surface, and the pair of negative lenses are in contact with each other at the cut-out portion, so that the distance between the outer diameter centers of the pair of negative lenses is The endoscope apparatus according to the item (4), which is smaller than the sum of the radii.
(8) The endoscope apparatus according to (2), wherein the endoscope has an aperture stop including two openings, and the aperture stop is disposed either before or after the second unit.
(9) The negative lens of the first unit is a pair of negative lenses, and the pair of negative lenses are arranged close to each other in parallel, and the optical axis of the first positive lens of the second unit is The endoscope apparatus according to item (8), wherein the endoscope apparatus is eccentrically arranged with respect to an optical axis of at least one negative lens of the pair of negative lenses.
(10) Each of the pair of negative lenses has a cut-out portion on each side surface, and the pair of negative lenses are in contact with each other at the cut-out portion, so that the distance between the outer diameter centers of the pair of negative lenses is The endoscope apparatus according to item (9), which is smaller than the sum of the radii.
(11) The first positive lens of the second unit includes a first lens and a second lens, and the first lens has positive power, and the most object side surface is convex toward the object side, The endoscope apparatus according to item (9), wherein the second lens has negative power and the most image side surface is concave on the image side.
(12) The endoscope apparatus according to (1), wherein a cover glass is provided on the object side of the first unit.
(13) The endoscope apparatus according to (1), wherein a visual field direction conversion prism is provided on the object side of the first unit.
(14) The endoscope apparatus according to (1), wherein a field mask is provided in the first unit, and the field mask corresponds to the negative lens of the first unit.
(15) The endoscope apparatus according to (1), wherein a flare stop is provided in the second unit.
(16) The endoscope apparatus according to (1), wherein the set of the first unit and the second unit is an adapter and is detachable from the third unit.
(17) The endoscope apparatus according to (16), wherein an aperture stop is disposed integrally with a cover glass provided on the image side of the adapter.
(18) The endoscope apparatus according to (16), wherein a cover glass is provided on the object side of the third unit.
(19) The endoscope apparatus according to any one of (1) to (18), wherein a size of an effective imaging range of the one imaging element is 2 mm × 2.5 mm or less.
[0056]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a stereoscopic endoscope and a measurement endoscope that are capable of a tip afocal adapter, have a short rigid length, do not interfere with observation of dust, and do not feel uncomfortable in the left and right images.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of an optical system according to a first embodiment.
FIG. 2 is a sectional view of an optical system according to a second embodiment.
FIG. 3 is a sectional view of an optical system according to a third embodiment.
FIG. 4 is a side sectional view of an optical system according to a third embodiment.
FIG. 5 is a sectional view of an optical system according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a sectional view of an optical system according to a fifth embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a visual field range on an image sensor in each embodiment.
FIG. 8 is a sectional view of an optical system of a conventional example (Japanese Patent Laid-Open No. 11-109257).
FIG. 9 is a sectional view of an optical system of a conventional example (Japanese Patent Laid-Open No. 8-122665).
FIG. 10 is a sectional view of an optical system of a conventional example (Japanese Patent Laid-Open No. 11-006967).
FIG. 11 is an external view of a distal end afocal adapter type endoscope apparatus.
FIG. 12 is a view showing a distal end portion of a distal end afocal adapter type endoscope apparatus.
FIG. 13 is a cross-sectional view of an optical system of a distal end afocal adapter type endoscope apparatus.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of a frame configuration of the entire adapter on which the optical system of the first embodiment is mounted.
[Explanation of symbols]
4 Endoscope body
5 Adapter
7 Image sensor
8 Knurl
10 First unit
11, 14 Plano-concave lens
12 Meniscus concave lens
13, 22, 24, 26, 29b, 31 cemented lens
20 Second unit
21 Plano-convex lens
23, 27, 28, 32 Biconvex lens
25, 35, 51 Cover glass
29a biconcave lens
30 3rd unit
41 Infrared cut filter
52 Field mask
53 Shading plate
54, 55 Brightness stop
56 Field Direction Conversion Prism
101, 102 Negative lens

Claims

An endoscope apparatus including an objective optical system for performing measurement or stereoscopic vision, wherein the objective optical system sequentially captures the first unit, the second unit, and the third unit from the object side toward the image side. The first unit comprises a negative lens, the second unit comprises a first positive lens, the third unit comprises a second positive lens, and the imaging unit comprises one image sensor, The objective optical system has an aperture stop composed of one aperture, the aperture stop is disposed at a substantially rear focal position of the first positive lens, and the negative lens is a pair of negative lenses, The pair of negative lenses are arranged close to each other in parallel, the optical axis of the first positive lens is eccentrically arranged with respect to the optical axis of at least one negative lens of the pair of negative lenses, and the second The positive lens is approximately infinity Focus to the body are possible, the endoscope apparatus characterized by satisfying the following equation (1).
| Φa / φ | <0.1 (1)
Where φa is the combined power of the first unit and the second unit, and φ is the combined power of the first unit to the third unit.

An endoscope apparatus including an objective optical system for performing measurement or stereoscopic vision, wherein the objective optical system sequentially captures the first unit, the second unit, and the third unit from the object side toward the image side. The first unit comprises a negative lens, the second unit comprises a first positive lens, the third unit comprises a second positive lens, and the imaging unit comprises one image sensor, The objective optical system has an aperture stop composed of two openings, the brightness stop is disposed either before or after the second unit, and the negative lens is a pair of negative lenses, Negative lenses are arranged in parallel and close to each other, and the optical axis of the first positive lens is decentered with respect to the optical axis of at least one negative lens of the pair of negative lenses, and the second positive lens Is almost an object at infinity And focusing it are possible, the first positive lens is composed of a first lens and the second lens, the first lens is a convex surface closest to the object side a positive power on the object side, The endoscope apparatus according to claim 1 , wherein the second lens has a negative power, the most image side surface is concave on the image side, and satisfies the following expression (1).
| Φa / φ | <0.1 (1)
Where φa is the combined power of the first unit and the second unit, and φ is the combined power of the first unit to the third unit.

The endoscope apparatus according to claim 1, wherein the pair of negative lenses includes a lens having a concave surface directed toward the object side.

Each of the pair of negative lenses includes a first concave lens and a second concave lens, and the first concave lens is a single lens or a cemented lens with a final surface on the image side facing a concave surface toward the image side, and the second concave lens The endoscope apparatus according to claim 1, wherein the final surface on the image side is a single lens or a cemented lens with a convex surface facing the image side.

Each of the pair of negative lenses has a cut portion on each side surface, and the pair of negative lenses are in contact with each other at the cut portion, so that the distance between the outer diameter centers of the pair of negative lenses is The endoscope apparatus according to claim 1, wherein the endoscope apparatus is smaller than a sum.

The endoscope apparatus according to claim 1 , wherein a cover glass is provided on the object side of the first unit .

The endoscope apparatus according to claim 1, wherein a visual field direction conversion prism is provided on the object side of the first unit.

The endoscope apparatus according to claim 1 , wherein a field mask is provided in the first unit, and the field mask corresponds to the negative lens .

The endoscope apparatus according to claim 1, wherein a flare stop is provided in the second unit .

The endoscope apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the set of the first unit and the second unit is an adapter, and is detachable from the third unit .

The endoscope apparatus according to claim 1 0, characterized that you place the cover glass integrally with aperture stop provided on the image side of the adapter.

The endoscope apparatus according to claim 1 0, characterized in that a cover glass on the object side of the third unit.

The endoscope apparatus according to claim 1 or 1 2, wherein the size of the effective imaging area of the one image pickup element is 2 mm × 2.5 mm or less.