JPH05307139A

JPH05307139A - 内視鏡対物レンズ

Info

Publication number: JPH05307139A
Application number: JP4134430A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Igarashi; 勉五十嵐
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1993-11-19
Also published as: US5418649A

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明はレトロフォーカス型でほぼテレセ
ントリックなレンズ系で、レンズ枚数が少なく像面湾曲
が良好に補正され明るい内視鏡対物レンズを提供するこ
とを目的とする。【構成】本発明の内視鏡対物レンズは、負の第１群
と明るさ絞りと正の第２群と正の第３群とよりなり、第
２群の像側の面もしくは第３群の物体側の面に非球面を
設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファイバースコープお
よびビデオスコープ用のほぼテレセントリックなレトロ
フォーカス型対物レンズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ほぼテレセントリックであるレトロフォ
ーカス型内視鏡対物レンズの従来例として次に示すレン
ズ系等が知られている。

【０００３】例えば、特開昭５５−５５３０８号公報に
記載されたものは、物体側から順に、負レンズと、明る
さ絞りと、正レンズと、接合レンズとからなり、全体で
４枚のレンズにて構成されている。この従来例は、接合
レンズを用いて色収差と共に球面収差を補正している。
しかし、それ程明るいレンズ系ではなく、Ｆ／３．５の
仕様において球面収差の残存量が少なくとも焦点距離の
５％程度あり、このタイプのレンズ系のままでは、Ｆナ
ンバーを小さくして明るくするのが困難である。

【０００４】又特開昭５７−６４２０７号公報に記載さ
れているレンズ系は、広角化した時の諸収差の補正を配
慮したレンズ系で、球面収差は割合良好に補正されてい
るが、レンズの枚数が５〜６枚でコスト高になる。

【０００５】更に特開平２−６９７１０号公報には、実
施例の一部に負レンズ、明るさ絞り、正レンズ、正レン
ズからなるレンズ系が示されている。この実施例は３枚
よりなるが、Ｆナンバーが３以上で暗く、又負の残存球
面収差がみられるのでこれ以上に明るくすることは困難
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
テレセントリックでレトロフォーカス型の内視鏡対物レ
ンズは、Ｆナンバーの大きい暗いレンズであり又レンズ
枚数が多い等の欠点がある。

【０００７】また、非球面を用いた対物レンズも知られ
ているが、レトロフォーカス型の内視鏡対物レンズにお
いては、非球面を用いて高ＮＡ化したものは知られてい
ない。

【０００８】本発明は、像面湾曲を補正したレトロフォ
ーカス型のほぼテレセントリックなレンズ系で、レンズ
枚数が少なく明るい内視鏡対物レンズを提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の対物レンズの基
本構成は、図１５に示す通りである。即ち、物体側より
順に、負の屈折力を有する第１群Ｉと、明るさ絞りＳ
と、正の屈折力を有する第２群IIと、正の屈折力を有す
る第３群III とからなり、第２群の像側の面もしくは第
３群の物体側の面が非球面で、次の条件（１），
（２），（３）を満足することを特徴とする内視鏡対物
光学系。（１）０．４＜｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜＜２（２）０．８＜ｆ₃ ／ｆ₂ ＜４（３）Ｅ_i'（ｎ_i-1 −ｎ_i ）＞０ただし、ｆ₂₃は第２群と第３群の合成焦点距離、ｆ₁ ，
ｆ₂ ，ｆ₃ は夫々第１群，第２群，第３群の焦点距離、
Ｅ_i'は上記の非球面の４次の非球面係数、ｎ_i-1 ，ｎ_i
は夫々非球面の物体側および像側の媒質の屈折率であ
る。

【００１０】上記のように本発明の対物レンズでは非球
面が用いられているので、まず本発明における非球面の
表現について説明する。

【００１１】本発明の実施例では、非球面の表現に下記
の式（ａ）を用いている。ルートの式上記式（ａ）におけるｘ，ｙは図１６に示すように光軸
をｘ軸にとりその像の方向を正、光軸と垂直な方向をｙ
軸にとったもので、面と光軸との交点を原点とした時の
座標値である。また、ｒ_i は２次曲面項における曲率半
径、Ｐは円錐定数、Ｂ_i ，Ｅ_i ，Ｆ_i ，Ｇ_i ・・・は夫
々２次，４次，６次，８次，・・・の非球面係数であ
る。この式（ａ）は軸対称な面を表現するためには自由
度が高く好適であるが、収差論的な説明には不向きであ
るため、作用の説明には下記の式（ｂ）を用いる。ルー
トの式上記式（ｂ）でｒ_i は非球面の基準球面（面頂において
非球面に接する球面）の曲率半径、Ｅ_i'，Ｆ_i'，Ｇ_i'・
・・は夫々変換後の４次，６次，８次・・・の非球面係
数である。又式（ａ）から式（ｂ）への変換はテイラー
展開を用いて行なうことができ、ｒ_i'と１２次までの低
次の係数の変換式（ｃ）を次に示す。ｒ_i'＝ｒ_i ／（１＋２Ｂ_i ｒ_i ）Ｅ_i'＝０．１２５｛Ｐ_i −（１＋２Ｂ_i ｒ_i ）³ ｝／ｒ_i ³＋Ｅ_i Ｆ_i'＝０．０６２５｛Ｐ_i ²−（１＋２Ｂ_i ｒ_i ）⁵ ｝／ｒ_i ⁵＋Ｆ_i Ｇ_i'＝０．０３９０６２５｛Ｐ_i ³−（１＋２Ｂ_i ｒ_i ）⁷ ｝／ｒ_i ⁷＋Ｇ_i Ｈ_i'＝０．０２７３４３７５｛Ｐ_i ⁴−（１＋２Ｂ_i ｒ_i ）⁹ ｝／ｒ_i ⁹＋Ｈ_i Ｉ_i'＝０．０２０５０７８２｛Ｐ_i ⁵−（１＋２Ｂ_i ｒ_i ）¹¹｝／ｒ_i ¹¹ ＋Ｉ_i 式（ｃ）［以下上記の各式をまとめて式（ｃ）と呼ぶ］
において各非球面係数式の右辺第１項が２次曲面項をテ
イラー展開して求めたものである。展開して求めた式は
無限級数となるため、有限次数の表現では近似になって
しまうが、通常１２次の係数までを含めておけば極めて
よく近似できるためここでは１２次までの計算式をのせ
るにとどめる。尚、式（ａ）においてＰ_i ＝１，Ｂ_i ＝
０であれば、変換の必要はなくなり、ｒ_i'＝ｒ_i ，Ｅ_i'
＝Ｅ_i ，Ｆ_i'＝Ｆ_i ，Ｇ_i'＝Ｇ_i ・・・となる。

【００１２】本発明は、構成レンズ枚数を４枚以下に抑
えるために、絞りより前の前群は、負のパワーを持つ群
一つのみにし、絞りより後ろの後群は、正のパワーを持
つ二つの群にて構成して必要な正のパワーを確保するよ
うにした。又像面湾曲を補正するためには、負のパワー
が必要であるが、レンズ枚数を少なくするとパワー配置
の自由度が狭くなる。そのために広角化のため全系の焦
点距離を短く保つには、負のパワーを絞りの前（前群）
に集めることが望ましい。又後群を二つの正のパワーを
持つ群に分けたのは、テレセントリック性を保ちつつ高
ＮＡ化する時の収差補正を行なうに必要な最小な群構成
にするためである。この後群を一つの群にしようとする
と、この群に対するパワーの負担が大になりすぎて、非
球面を用いてもテレセントリック性の確保、高ＮＡ化、
収差補正のうちのどれかを犠牲にしなければならない。
また後群を３群構成にすると必然的にレンズ枚数が増加
し望ましくない。

【００１３】前記の条件（１）は、像面湾曲を小さく保
つためのものである。像面湾曲の判断に用いるペッツバ
ール和は、面のパワーを屈折率差で割ったものの和をと
ったものである。本発明では、負のパワーは前群に正の
パワーは後群に集まっているために、第１群の焦点距離
ｆ₁ と後群の第２群と第３群の合成焦点距離ｆ₂₃とのバ
ランスをとることによって、正，負の値を相殺してペッ
ツバール和を小さくして像面湾曲を良好に保つことが可
能になる。そのため｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜が１に近いことが望
ましく、実用上は前記の条件（１）の範囲であればよ
い。｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜が０．４より小になると像高の高い
ところで像面が物体側に倒れ、また｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜が２
よりも大になると像高の高いところで像面が物体と反対
側に倒れ、共に好ましくない。

【００１４】条件（２）は、後群のパワー配置を最適な
ものにして収差補正行ないやすくするための条件であ
る。第２群は、第１群を通過した発散光束を収束光束に
変える役目を有するため強い正のパワーを持たせる必要
がある。また一般に主光線の屈折の大きい面に強いパワ
ーを持たせるとコマ収差や非点収差等の発生が大になる
ので、主光線の屈折の大きい面には強いパワーを配置し
にくい。本発明のレンズ系では、後群中で主光線の屈折
の小さいコンセントリックに近い面は、第２群の像側の
凸面である。そのためこの第２群の像側の面に強い正の
パワーを持たせれば、収差補正上の問題を発生させずに
必要なパワーを得ることが出来る。そのため後群中のパ
ワー配分は、第３群に比べて第２群のパワーを同等か強
くすることが好ましく、条件（２）を満足することが望
ましい。上記の理由から、条件（２）においてｆ₃ ／ｆ
₂ が０．８より小になると第３群で発生するコマ収差、
非点収差を抑制し得なくなり好ましくない。またｆ₃ ／
ｆ₂ が４よりも大になると第２群のパワーの負担が大き
くなりすぎて第２群にてコマ収差、非点収差の発生を抑
え得なくなり好ましくない。

【００１５】条件（３）は、非球面の形状を規定するも
ので、非球面により球面収差、コマ収差等を良好に補正
するための条件である。非球面は、色収差と像面湾曲以
外の収差補正に威力を発揮する。本発明では、レンズ枚
数を減らした時に増大する残存収差を非球面の作用を用
いて打ち消すようにした。そのためには、非球面を用い
ない時の対物レンズの残存収差の状況を知る必要があ
る。本発明の対物レンズのようにほぼテレセントリック
なレンズ系で、接合レンズのような逆補正要因を含まな
い場合、一般には負の球面収差、負のコマ収差（内コ
マ）、負の非点収差（サジタル像面に対してメリジオナ
ル像面が物体側に倒れる）が残存する。これらの残存収
差を非球面により補正するためには、非球面でこれら収
差に対して正の収差を発生させればよい。前記の非球面
の式の非球面係数Ｅ_i'と非球面にしたことにより生ずる
３次の収差係数との関係は、次の式（ｄ），（ｅ），
（ｆ）で示される。 ΔＳＡ_i ＝８ｈ_i ⁴・Ｅ_i'（ｎ_i-1 −ｎ_i ）（ｄ） ΔＣＭ_i ＝８ｈ_i ³ｈ_pi・Ｅ_i'（ｎ_i-1 −ｎ_i ）（ｅ） ΔＡＳ_i ＝８ｈ_i ²ｈ_pi ² ・Ｅ_i'（ｎ_i-1 −ｎ_i ）（ｆ）ただしΔＳＡ_i ，ΔＣＭ_i ，ΔＡＳ_i は夫々非球面の４
次の係数Ｅ_i'で生じる球面収差、コマ収差、非点収差の
３次収差係数、ｈ_i は非球面における近軸マージナル光
線高、ｈ_piは非球面における近軸主光線高である。

【００１６】式（ｄ），（ｅ），（ｆ）から、収差の種
類によって、ｈ_i ，ｈ_piの次数が異なるため非球面の配
置の仕方により各収差への影響に違いが生ずる。本発明
の内視鏡対物レンズの場合、近軸マージナル光線は、レ
ンズ系中常に光軸に対し同じ側にあり、ｈ_i は常に正で
ある。一方近軸主光線は、絞りの中心で光軸を横切るの
でｈ_piは絞りの前後で符号が反転し、絞りより前では
負、絞りより後ろでは正である。このｈ_i とｈ_piとの符
号を用いて算出したΔＳＡ_i ，ΔＣＭ_i ，ΔＡＳ_i の符
号がそのまま非球面で発生する収差の符号になる。前群
に非球面を設けてΔＡＳ_i を正にするためにはＥ_i'（ｎ
_i-1 −ｎ_i ）を正にする必要がある。この時ΔＣＭ_i は
負になってしまうため、残存コマ収差を非球面により一
層悪化させることになり好ましくない。又後群に非球面
を設ける場合、Ｅ_i'（ｎ_i-1 −ｎ_i ）が負であるとすれ
ば、ΔＳＡ_i ，ΔＣＭ_i ，ΔＡＳ_i のいずれも正にな
り、非球面を設けない場合の残存収差を夫々非球面で打
ち消すことが出来る。

【００１７】以上のことから、本発明では、後群に非球
面を設け、しかも条件（３）を満足するようにした。条
件（３）を満足しないと、非球面の作用が収差を一層悪
化させる方向に働くので好ましくない。

【００１８】尚、後群中に配置する非球面は、高ＮＡ化
の際に影響の大きい球面収差，コマ収差を効率良く補正
するためには、マージナル光線高が相対的に高い面で、
かつ収差の発生量の大きい正のパワーの強い面が適して
いる。第２群の像側の面が最も望ましく次に第３群の物
体側の面が望ましい。

【００１９】以上のように条件（３）を満足せしめるこ
とにより、非球面にて収差補正の作用を発生させること
が出来るが、更に補正量を考慮して次の条件（４）を満
足せしめることが望ましい。（４）０．００１＜Ｅ_i'（ｎ_i-1 −ｎ_i ）・ｆ³ ＜
０．２ただしｆは対物レンズ全系の焦点距離である。

【００２０】条件（４）の下限を越えると補正量が小さ
すぎて補正の効果が得にくい。また上限を越えると非球
面による補正が過ぎて、球面収差，コマ収差が補正過剰
になり好ましくない。

【００２１】更に、非球面を第２群の像側に用いる場
合、この非球面の６次の係数Ｆ_i'が次の条件（５）を満
足することが一層好ましい。（５）Ｆ_i'（ｎ_i-1 −ｎ_i ）＞０前述のように第２群の像側の面のパワーを強しているた
め３次収差のみでなく、球面で発生する５次の収差の影
響も大になるので、５次の収差に影響を与える６次の非
球面係数Ｆ_i'を上記条件（５）を満足するようにすれ
ば、負の残存５次収差を非球面の正の５次収差と相殺し
て補正することが出来る。上記条件（５）を満足しない
と５次収差の補正が困難になり好ましくない。

【００２２】前記の条件（３）は、非球面係数の符号を
規定したものであるが、非球面の近軸曲率半径をｒ' と
した時、基準面からの非球面の変移量Δｘ（ｙ）を用い
て代用してもよい。非球面の式（ｂ）の第１項を除いた
ものがΔｘ（ｙ）になるので、Δｘ（ｙ）は下記のよう
に定義される。 Δｘ（ｙ）＝Ｅ_i'ｙ⁴ ＋Ｆ_i'ｙ⁶ ＋Ｇ_i'ｙ⁸ ＋・・・（ｇ）上記の式（ｇ）において、ｙの次数はすべて偶数である
ので、非球面係数の符号とその影響によるΔｘ（ｙ）の
変位の符号とは同じになる。そのため条件（３）の代り
に下記の条件（６）にて規定することが可能である。（６） Δｘ（ｙ）｛ｎ_i-1 −ｎ_i ｝＞０上記のΔｘ（ｙ）は、光軸からの距離であるｙの関数で
あるが、本発明の主目的である球面収差の補正のために
は、マージナル光線（明るさ絞りの周辺を通る軸上物点
からの光線）の非球面上での光線高をｈ_M とすると、ｙ
＝ｈ_M のところで、上記の条件（６）を満足する必要が
ある。そのため条件（３）の代りに下記の条件（７）を
用いることも出来る。（７） Δｘ（ｈ_M ）・｛ｎ_i-1 −ｎ_i ｝＞０以上のように、本発明の内視鏡対物レンズは、既に述べ
た通りの負の第１群、明るさ絞り、いずれも正の第２
群，第３群よりなり、第２群の像側の面もしくは第３群
の物体側の面が非球面であって、又前記条件（１），
（２）および条件（７）を満足するものである。

【００２３】次に本発明のレンズ群構成としては、第１
群が単レンズ、第２群が単レンズで第３群は単レンズ又
は接合レンズで、又第３群の物体側の面は正のパワーを
有することが望ましい。

【００２４】各群は、単レンズもしくは接合レンズにて
構成してもよいが、レンズ枚数を削減するためには、第
１群と第２群は単レンズにすることが望ましい。又色収
差を補正するために接合レンズを用いる場合は、第３群
を接合レンズにすることが望ましい。

【００２５】第１群を単レンズにした場合、倍率の色収
差の発生を極力抑えるためにこのレンズの硝材のアッベ
数は４０以上にすることが好ましい。

【００２６】又第２群を単レンズにて構成する場合に
は、倍率の色収差と軸上の色収差の発生を極力抑える上
で硝材のアッベ数を５０以上にすることが好ましい。

【００２７】更に、第３群を単レンズで構成する場合、
第２群と同様の理由から硝材のアッベ数を５０以上にす
ることが望ましい。又第３群を接合レンズで構成する場
合、倍率の色収差と軸上の色収差を補正するために正レ
ンズのアッベ数を負レンズのアッベ数よりも大にしてそ
の差を２０以上にするのが望ましい。また第３群の物体
側の面が正のパワーを有するので、このパワーを有効に
活用するためには、接合レンズは、物体側が正レンズ、
像側が負レンズとするのが望ましい。

【００２８】次に第１群の像側の面は、強い負のパワー
を有するが、この面での主光線の屈折が大きくなると、
コマ収差，非点収差の発生が大きすぎて補正が困難にな
る。そのため次の条件（８）を満足することが望まし
い。（８）０．４＜ｄ₂ ／ｒ₂ ＜２．５ただしｄ₂ は第１群の像側の面から明るさ絞りまでの空
気換算長、ｒ₂ は第１群の像側の面の曲率半径である。

【００２９】ｄ₂ ／ｒ₂ ＝１であれば主光線は第１群の
像側の面に垂直に入射するため、コマ収差，非点収差が
発生しないので好ましい。しかし実用上は上記の条件
（８）を満足すればよい。条件（８）の範囲より外れる
と、前記の面での光束の屈折の対称性が大きく崩れるた
めにコマ収差，非点収差の発生が大になり好ましくな
い。

【００３０】更にレンズ系を小型化するためには、第１
群の焦点距離ｆ₁ と、第２群の焦点距離ｆ₂ が短い方が
望ましく、次の条件（９），（１０）を満足することが
好ましい。（９）｜ｆ₁ ／ｆ｜＜２．３（１０）ｆ₂ ／ｆ＜３．５上記の条件（９），（１０）を満足しないとレンズ系が
大型になり好ましくない。

【００３１】又本発明の対物レンズにおいて、テレセン
トリック性を確保するためには、近軸瞳倍率（近軸主光
線追跡による倍率）β_E が下記条件（１１）を満足する
ことが望ましい。（１１）｜β_E ｜＞２．５上記条件（１１）を満足しないと、像側で主光線の傾き
が大になるため、ファイバースコープの場合は周辺光量
の低下をまねき、又ビデオスコープの場合は、色シェー
ディングが発生するので好ましくない。

【００３２】

【実施例】次に本発明の内視鏡対物レンズの各実施例を
示す。実施例１ｆ＝1.000 ，Ｆナンバー＝1.994 ，像高＝0.8926，視野角＝120 ° 物体距離＝-21.4231 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.4166 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝0.7353 ｄ₂ ＝0.7457 ｒ₃ ＝∞（絞り）ｄ₃ ＝0.0357 ｒ₄ ＝5.7842 ｄ₄ ＝1.4380 ｎ₂ ＝1.56384 ν₂ ＝60.69 ｒ₅ ＝-1.0991 （非球面）ｄ₅ ＝0.4397 ｒ₆ ＝2.0985 ｄ₆ ＝2.9356 ｎ₃ ＝1.56873 ν₃ ＝63.16 ｒ₇ ＝∞ 非球面係数Ｐ＝0.2558，Ｅ＝0 ，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 ，Ｈ＝0 ，Ｉ＝0 Ｅ_i'＝7.006 ×10^-2，Ｆ_i'＝3.642 ×10^-2，Ｇ_i'＝1.982 ×10^-2 Ｈ_i'＝1.163 ×10^-2，Ｉ_i'＝7.245 ×10^-3 ｆ₁ ／ｆ＝-1.424，ｆ₂ ／ｆ＝1.772 ，Ｅ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ³ ＝0.03950 Ｆ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ⁵ ＝0.02053 ，Δｘ（ｈ_M){ ｎ_i-1 −ｎ_i}／ｆ＝0.00387 ｄ₂ ／ｒ₂ ＝1.014 ，｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜＝0.944 ，ｆ₃ ／ｆ₂ ＝2.082 |β_E|=8.038 実施例２ｆ＝1.000 ，Ｆナンバー＝1.987 ，像高＝0.8896，視野角＝120 ° 物体距離＝-21.3512 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.4152 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝0.8498 ｄ₂ ＝0.7373 ｒ₃ ＝∞（絞り）ｄ₃ ＝0.0356 ｒ₄ ＝3.7160 ｄ₄ ＝1.4287 ｎ₂ ＝1.56907 ν₂ ＝71.30 ｒ₅ ＝-1.1339 （非球面）ｄ₅ ＝0.3451 ｒ₆ ＝1.9791 ｄ₆ ＝2.6253 ｎ₃ ＝1.56873 ν₃ ＝63.16 ｒ₇ ＝∞ 非球面係数Ｐ＝0.0454，Ｅ＝0 ，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 ，Ｈ＝0 ，Ｉ＝0 Ｅ_i'＝8.185 ×10^-2，Ｆ_i'＝3.327 ×10^-2，Ｇ_i'＝1.621 ×10^-2 Ｈ_i'＝8.824 ×10^-3，Ｉ_i'＝5.148 ×10^-3 ｆ₁ ／ｆ＝-1.646，ｆ₂ ／ｆ＝1.709 ，Ｅ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ³ ＝0.04658 Ｆ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ⁵ ＝0.01894 ，Δｘ（ｈ_M){ ｎ_i-1 −ｎ_i}／ｆ＝0.00264 ｄ₂ ／ｒ₂ ＝0.868 ，｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜＝0.785 ，ｆ₃ ／ｆ₂ ＝2.036 |β_E|=7.241 実施例３ｆ＝1.000 ，Ｆナンバー＝1.980 ，像高＝0.8925，視野角＝120 ° 物体距離＝-21.4194 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.4165 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝0.8342 ｄ₂ ＝0.8475 ｒ₃ ＝∞（絞り）ｄ₃ ＝0.0357 ｒ₄ ＝2.9160 ｄ₄ ＝1.4155 ｎ₂ ＝1.56907 ν₂ ＝71.30 ｒ₅ ＝-1.1961 （非球面）ｄ₅ ＝0.4609 ｒ₆ ＝2.0129 ｄ₆ ＝2.5318 ｎ₃ ＝1.56873 ν₃ ＝63.16 ｒ₇ ＝∞ 非球面係数Ｐ＝1.0000，Ｅ＝0.46239 ×10^-1，Ｆ＝0.10882 ，Ｇ＝-0.16656×10^-1 Ｈ＝0 ，Ｉ＝0 ｆ₁ ／ｆ＝-1.616，ｆ₂ ／ｆ＝1.703 ，Ｅ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ³ ＝0.02631 Ｆ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ⁵ ＝0.06193 ，Δｘ（ｈ_M){ ｎ_i-1 −ｎ_i}／ｆ＝0.00221 ｄ₂ ／ｒ₂ ＝1.016 ，｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜＝0.832 ，ｆ₃ ／ｆ₂ ＝2.078 |β_E|=7.090 実施例４ｆ＝1.000 ，Ｆナンバー＝2.010 ，像高＝0.9745，視野角＝140 ° 物体距離＝-23.3877 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.4548 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝0.7923 ｄ₂ ＝0.8152 ｒ₃ ＝∞（絞り）ｄ₃ ＝0.0390 ｒ₄ ＝6.9121 ｄ₄ ＝1.5708 ｎ₂ ＝1.56384 ν₂ ＝60.69 ｒ₅ ＝-1.1668 （非球面）ｄ₅ ＝0.2643 ｒ₆ ＝2.1500 ｄ₆ ＝3.1219 ｎ₃ ＝1.56873 ν₃ ＝63.16 ｒ₇ ＝∞ 非球面係数Ｐ＝0.2270，Ｅ＝0 ，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 ，Ｈ＝0 ，Ｉ＝0 Ｅ_i'＝6.083 ×10^-2，Ｆ_i'＝2.741 ×10^-2，Ｇ_i'＝1.311 ×10^-2 Ｈ_i'＝6.804 ×10^-3，Ｉ_i'＝3.756 ×10^-3 ｆ₁ ／ｆ＝-1.534，ｆ₂ ／ｆ＝1.904 ，Ｅ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ³ ＝0.03430 Ｆ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ⁵ ＝0.01546 ，Δｘ（ｈ_M){ ｎ_i-1 −ｎ_i}／ｆ＝0.00331 ｄ₂ ／ｒ₂ ＝1.029 ，｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜＝0.891 ，ｆ₃ ／ｆ₂ ＝1.985 |β_E|=8.304 実施例５ｆ＝1.000 ，Ｆナンバー＝2.007 ，像高＝0.8953，視野角＝120 ° 物体距離＝-21.4876 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.4178 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝0.7373 ｄ₂ ＝0.7485 ｒ₃ ＝∞（絞り）ｄ₃ ＝0.0358 ｒ₄ ＝5.7688 ｄ₄ ＝1.4445 ｎ₂ ＝1.69680 ν₂ ＝55.52 ｒ₅ ＝-1.2596 （非球面）ｄ₅ ＝0.6504 ｒ₆ ＝2.2026 ｄ₆ ＝2.5770 ｎ₃ ＝1.56873 ν₃ ＝63.16 ｒ₇ ＝∞ 非球面係数Ｐ＝0.1746，Ｅ＝0 ，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 ，Ｈ＝0 ，Ｉ＝0 Ｅ_i'＝5.163 ×10^-2，Ｆ_i'＝1.911 ×10^-2，Ｇ_i'＝7.723 ×10^-3 Ｈ_i'＝3.423 ×10^-3，Ｉ_i'＝1.619 ×10^-3 ｆ₁ ／ｆ＝-1.428，ｆ₂ ／ｆ＝1.620 ，Ｅ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ³ ＝0.03597 Ｆ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ⁵ ＝0.01332 ，Δｘ（ｈ_M){ ｎ_i-1 −ｎ_i}／ｆ＝0.00290 ｄ₂ ／ｒ₂ ＝1.015 ，｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜＝0.940 ，ｆ₃ ／ｆ₂ ＝2.391 |β_E|=7.870 実施例６ｆ＝1.029 ，Ｆナンバー＝2.027 ，像高＝0.8926，視野角＝120 ° 物体距離＝-21.4231 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.4166 ｎ₁ ＝1.88300 ν₁ ＝40.78 ｒ₂ ＝1.1761 ｄ₂ ＝0.7303 ｒ₃ ＝∞（絞り）ｄ₃ ＝0.0357 ｒ₄ ＝3.2498 ｄ₄ ＝1.4366 ｎ₂ ＝1.56384 ν₂ ＝60.69 ｒ₅ ＝-1.1668 （非球面）ｄ₅ ＝0.5248 ｒ₆ ＝2.0941 ｄ₆ ＝2.8941 ｎ₃ ＝1.56873 ν₃ ＝63.16 ｒ₇ ＝∞ 非球面係数Ｐ＝-0.0292 ，Ｅ＝0 ，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 ，Ｈ＝0 ，Ｉ＝0 Ｅ_i'＝8.099 ×10^-2，Ｆ_i'＝2.888 ×10^-2，Ｇ_i'＝1.327 ×10^-2 Ｈ_i'＝6.822 ×10^-3，Ｉ_i'＝3.758 ×10^-3 ｆ₁ ／ｆ＝-1.332，ｆ₂ ／ｆ＝1.725 ，Ｅ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ³ ＝0.04566 Ｆ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ⁵ ＝0.01628 ，Δｘ（ｈ_M){ ｎ_i-1 −ｎ_i}／ｆ＝0.00383 ｄ₂ ／ｒ₂ ＝0.621 ，｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜＝1.035 ，ｆ₃ ／ｆ₂ ＝2.134 |β_E|=7.687 実施例７ｆ＝1.000 ，Ｆナンバー＝2.018 ，像高＝0.8798，視野角＝120 ° 物体距離＝-21.1160 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.4106 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝0.7180 ｄ₂ ＝0.8868 ｒ₃ ＝∞（絞り）ｄ₃ ＝0.0352 ｒ₄ ＝-38.5826 ｄ₄ ＝1.3977 ｎ₂ ＝1.69680 ν₂ ＝55.52 ｒ₅ ＝-1.4502 ｄ₅ ＝0.6134 ｒ₆ ＝1.7830（非球面）ｄ₆ ＝3.2926 ｎ₃ ＝1.56384 ν₃ ＝60.69 ｒ₇ ＝∞ 非球面係数Ｐ＝1.0000，Ｅ＝-0.45716×10^-1，Ｆ＝0.18584 ×10^-1，Ｇ＝-0.85050×10^-2 Ｈ＝0 ，Ｉ＝0 ｆ₁ ／ｆ＝-1.391，ｆ₂ ／ｆ＝2.130 ，Ｅ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ³ ＝0.02578 Ｆ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ⁵ ＝-0.01048，Δｘ（ｈ_M){ ｎ_i-1 −ｎ_i}／ｆ＝0.00162 ｄ₂ ／ｒ₂ ＝1.235 ，｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜＝1.028 ，ｆ₃ ／ｆ₂ ＝1.485 |β_E|=8.111 実施例８ｆ＝1.000 ，Ｆナンバー＝2.029 ，像高＝0.8794，視野角＝120 ° 物体距離＝-21.1057 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.4104 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝0.7121 ｄ₂ ＝0.7354 ｒ₃ ＝∞（絞り）ｄ₃ ＝0.0352 ｒ₄ ＝4.2851 ｄ₄ ＝1.4181 ｎ₂ ＝1.56384 ν₂ ＝60.69 ｒ₅ ＝-1.1000 （非球面）ｄ₅ ＝0.6625 ｒ₆ ＝1.7699 ｄ₆ ＝1.6670 ｎ₃ ＝1.56873 ν₃ ＝63.16 ｒ₇ ＝−2.4975 ｄ₇=1.0989, ｎ₇＝1.84666 ν₄＝23.78 ｒ₈＝∞ 非球面係数Ｐ＝0.2410，Ｅ＝0 ，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 ，Ｈ＝0 ，Ｉ＝0 Ｅ_i'＝7.128 ×10^-2，Ｆ_i'＝3.655 ×10^-2，Ｇ_i'＝1.976 ×10^-2 Ｈ_i'＝1.156 ×10^-2，Ｉ_i'＝7.182 ×10^-3 ｆ₁ ／ｆ＝-1.379，ｆ₂ ／ｆ＝1.715 ，Ｅ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ³ ＝0.04019 Ｆ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ⁵ ＝0.02061 ，Δｘ（ｈ_M){ ｎ_i-1 −ｎ_i}／ｆ＝0.00359 ｄ₂ ／ｒ₂ ＝1.033 ，｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜＝0.936 ，ｆ₃ ／ｆ₂ ＝2.350 |β_E|=5.935 実施例９ｆ＝1.000 ，Ｆナンバー＝2.029 ，像高＝0.6539，視野角＝80° 物体距離＝-13.0776 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.3632 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝1.0177 ｄ₂ ＝0.5057 ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝2.3976 ｎ₂ ＝1.80610 ν₂ ＝40.95 ｒ₄ ＝∞（絞り）ｄ₄ ＝0.7847 ｒ₅ ＝12.0980 ｄ₅ ＝0.6285 ｎ₃ ＝1.56384 ν₃ ＝60.69 ｒ₆ ＝-1.7737 （非球面）ｄ₆ ＝0.2616 ｒ₇ ＝2.2315 ｄ₇ ＝3.8424 ｎ₄ ＝1.56873 ν₄ ＝63.16 ｒ₈ ＝∞ 非球面係数Ｐ＝0.0792，Ｅ＝0 ，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 ，Ｈ＝0 ，Ｉ＝0 Ｅ_i'＝2.063 ×10^-2，Ｆ_i'＝3.538 ×10^-3，Ｇ_i'＝7.069 ×10^-4 Ｈ_i'＝1.574 ×10^-4，Ｉ_i'＝3.752 ×10^-5 ｆ₁ ／ｆ＝-1.971，ｆ₂ ／ｆ＝2.789 ，Ｅ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ³ ＝0.01163 Ｆ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ⁵ ＝0.00199 ，Δｘ（ｈ_M){ ｎ_i-1 −ｎ_i}／ｆ＝0.00207 ｄ₂ ／ｒ₂ ＝1.801 ，｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜＝0.868 ，ｆ₃ ／ｆ₂ ＝1.407 |β_E|=7.632 実施例１０ｆ＝1.000 ，Ｆナンバー＝1.991 ，像高＝0.9026，視野角＝120 ° 物体距離＝-21.6617 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.4212 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝0.6991 ｄ₂ ＝0.7590 ｒ₃ ＝∞（絞り）ｄ₃ ＝0.0361 ｒ₄ ＝4.2628 ｄ₄ ＝1.4588 ｎ₂ ＝1.56384 ν₂ ＝60.69 ｒ₅ ＝-1.2015 （非球面）ｄ₅ ＝0.3386 ｒ₆ ＝2.4611 ｄ₆ ＝1.4156 ｎ₃ ＝1.69680 ν₃ ＝55.52 ｒ₇ ＝-1.5984 ｄ₇ ＝0.4045 ｎ₄ ＝1.84666 ν₄ ＝23.78 ｒ₈ ＝-6.9974 非球面係数Ｐ＝0.3114，Ｅ＝0 ，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 ，Ｈ＝0 ，Ｉ＝0 Ｅ_i'＝4.963 ×10^-2，Ｆ_i'＝2.254 ×10^-2，Ｇ_i'＝1.048 ×10^-2 Ｈ_i'＝5.191 ×10^-3，Ｉ_i'＝2.714 ×10^-3 ｆ₁ ／ｆ＝-1.354，ｆ₂ ／ｆ＝1.839 ，Ｅ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ³ ＝0.02798 Ｆ'(ｎ_i-1 −ｎ_i)・ｆ⁵ ＝0.01271 ，Δｘ（ｈ_M){ ｎ_i-1 −ｎ_i}／ｆ＝0.00297 ｄ₂ ／ｒ₂ ＝1.086 ，｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜＝1.022 ，ｆ₃ ／ｆ₂ ＝1.823 |β_E|=9.061 ただしｒ₁ ，ｒ₂ ，・・・はレンズ各面の曲率半径、ｄ
₁ ，ｄ₂ ，・・・は各レンズの肉厚および空気間隔、ｎ
₁ ，ｎ₂ ，・・・は各レンズの屈折率、ν₁ ，ν₂，・・・
は各レンズのアッベ数である。

【００３３】上記の実施例のうち、実施例１乃至実施例
７は図１に示す構成で、第１群，第２群，第３群のいず
れも単レンズにて構成したものである。各群共単レンズ
にて構成すると、倍率の色収差を補正する要因がないた
め、各レンズのアッベ数を大にしても倍率の色収差の残
存が大きい。しかし医療用内視鏡の場合、被写体が生体
内であり、そのスペルトルは暖色系にかたよっており、
そのため色収差によるコントラストの低下は小さく実用
上問題にならない。これら実施例では、加工原価が高く
接合の手間のかかる接合レンズを用いていないので原価
を低く抑えられる。

【００３４】実施例１〜６は、第２群の像側の面が非球
面であり、実施例７は第３群の物体側の面が非球面であ
る。

【００３５】又これらの実施例は、第３群の像側の面が
平面でありかつこの平面が結像面になっている。これら
実施例の対物レンズを、ファイバースコープに用いる場
合、図１７のように第３群とイメージガイドＩＧの端面
とを接着するのが望ましい。又ビデオスコープに用いる
場合は、赤外カットフィルターや場合により水晶フィル
タターが必要になる。そのため図１８のように第３群を
薄くしてその像側面を結像面から離し、この第３群と撮
像素子との間に水晶フィルターＦ₂ を配置し、又第１群
より像側の位置に赤外カットフィルターＦ₁ を配置すれ
ばよい。

【００３６】上記実施例１乃至実施例７の収差状況は、
夫々図５乃至図１１の通りである。

【００３７】実施例８は、図２に示す構成のレンズ系で
あって、第３群を接合レンズにし、その両レンズのアッ
ベ数の差により主として倍率の色収差を補正している。
この実施例も第３群の像側の面は平面であり、ファイバ
ースコープに用いる場合は、この平面にイメージガイド
端面を接着するのが望ましい。この実施例の収差状況
は、図１２の通りである。

【００３８】実施例９は、図３に示すレンズ構成で、側
視用を想定した実施例である。図３における第１群と第
２群の間の厚いガラスは、側視用のプリズムを示してい
る。この場合側視用プリズムとしてダハプリズムを用い
れば表像，三角プリズムを用いれば裏像の側視対物レン
ズが得られる。この実施例の収差状況は、図１３に示す
通りである。

【００３９】実施例１０は、図４に示す通りの構成で、
第３群を接合レンズにしたものでその像側の面は曲面
で、歪曲収差以外のザイデル５収差と色収差が良好に補
正されている。この実施例の収差状況は図１４に示す通
りである。

【００４０】以上の実施例は、いずれもＦナンバー２の
明るい仕様であるにもかかわらず球面収差が全系の焦点
距離の２％程度に抑えられており、コマ収差、非点収差
も良好に補正されている。

【００４１】

【発明の効果】本発明の内視鏡対物レンズは、レンズ枚
数が４枚以下の少ない枚数にもかかわらず、像面湾曲が
良好に補正され、更にＦナンバー２程度と明るく、球面
収差、コマ収差、非点収差等も良好に補正されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１〜７の断面図

【図２】本発明の実施例８の断面図

【図３】本発明の実施例９の断面図

【図４】本発明の実施例１０の断面図

【図５】本発明の実施例１の収差曲線図

【図６】本発明の実施例２の収差曲線図

【図７】本発明の実施例３の収差曲線図

【図８】本発明の実施例４の収差曲線図

【図９】本発明の実施例５の収差曲線図

【図１０】本発明の実施例６の収差曲線図

【図１１】本発明の実施例７の収差曲線図

【図１２】本発明の実施例８の収差曲線図

【図１３】本発明の実施例９の収差曲線図

【図１４】本発明の実施例１０の収差曲線図

【図１５】本発明の基本構成を示す図

【図１６】非球面の座標系を示す

【図１７】本発明の対物レンズの第３群とイメージガイ
ドとの配置を示す図

【図１８】本発明の対物レンズに対するフィルターの配
置例を示す図

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年５月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】式（ｄ），（ｅ），（ｆ）から、収差の種
類によって、ｈ_ｉ，ｈ_ｐｉの次数が異なるため非球面の
配置の仕方により各収差への影響に違いが生ずる。本発
明の内視鏡対物レンズの場合、近軸マージナル光線は、
レンズ系中常に光軸に対し同じ側にあり、ｈ_ｉは常に正
である。一方近軸主光線は、絞りの中心で光軸を横切る
のでｈ_ｐｉは絞りの前後で符号が反転し、絞りより前で
は負、絞りより後ろでは正である。このｈ_ｉとｈ_ｐｉと
の符号を用いて算出したΔＳＡ_ｉ，ΔＣＭ_ｉ，ΔＡＳ_ｉ
の符号がそのまま非球面で発生する収差の符号になる。
前群に非球面を設けてΔＳＡ_ｉを正にするためにはＥ_ｉ
´（ｎ_ｉ−１−ｎ_ｉ）を正にする必要がある。この時Δ
ＣＭ_ｉは負になってしまうため、残存コマ収差を非球面
により一層悪化させることになり好ましくない。又後群
に非球面を設ける場合、Ｅ_ｉ´（ｎ_ｉ−１−ｎ_ｉ）が正
であるとすれば、ΔＳＡ_ｉ，ΔＣＭ_ｉ，ΔＡＳ_ｉのいず
れも正になり、非球面を設けない場合の残存収差を夫々
非球面で打ち消すことが出来る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側より順に、負の屈折力を有する第１
群と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する第２群と、正
の屈折力を有する第３群とからなり、第２群の像側の面
もしくは第３群の物体側の面が非球面で、次の条件
（１），（２），（３）を満足することを特徴とする内
視鏡対物レンズ。（１）０．４＜｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜＜２（２）０．８＜ｆ₃ ／ｆ₂ ＜４（３）Ｅ_i'（ｎ_i-1 −ｎ_i ）＞０ただし、ｆ₂₃は第２群と第３群の合成焦点距離、ｆ₁ ，
ｆ₂ ，ｆ₃ は夫々第１群，第２群，第３群の焦点距離、
Ｅ_i'は上記の非球面の４次の非球面係数、ｎ_i-1 ，ｎ_i
は夫々非球面の物体側および像側の媒質の屈折率であ
る。
【請求項２】物体側より順に、負の屈折力を有する第１
群と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する第２群と、正
の屈折力を有する第３群とからなり、第２群の像側の面
もしくは第３群の物体側の面が非球面で、次の条件
（１），（２），（７）を満足することを特徴とする内
視鏡対物レンズ。（１）０．４＜｜ｆ₂₃／ｆ₁ ｜＜２（２）０．８＜ｆ₃ ／ｆ₂ ＜４（７） Δｘ（ｈ_M ）・｛ｎ_i-1 −ｎ_i ｝＞０ただし、ｆ₂₃は第２群と第３群の合成焦点距離、ｆ₁ ，
ｆ₂ ，ｆ₃ は夫々第１群，第２群，第３群の焦点距離、
Δｘ（ｈ_M ）は非球面におけるマージナル光線高ｈ_M の
ところでの非球面の基準球面からの変化量、ｎ_i-1 ，ｎ
_i は夫々非球面の物体側および像側の媒質の屈折率であ
る。