JPH07318799A - 内視鏡対物光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、レンズ枚数が少なく歪曲
収差が良好に補正された非常に安価な内視鏡対物光学系
を提供することにある。 【構成】 本発明の内視鏡対物光学系は、生体内等の
物体の空洞内観察のため空洞内に挿入され物体像を固体
撮像素子に結像するもので、物体側より順に像側に凹面
を有する第１レンズと、明るさ絞りと、像側に凸面を有
する単レンズよりなる第２レンズとからなり、第１レン
ズの像側凹面が周辺で曲率が弱くなる非球面であり、又
第２レンズの像側凸面が周辺で曲率が弱くなる非球面で
あり、少ないレンズ枚数で歪曲収差が良好に補正されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオ内視鏡の対物光
学系に関するもので、ビデオ内視鏡自身を使い捨てにし
得るために安価にした対物光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近医療の分野においては、内視鏡を外
科手段に用いるようにしている。従来、開腹手術を行な
って来た分野で、内視鏡や処置具を挿入する部分にのみ
穴をあけ、内視鏡下で手術を行なうことにより、患者の
回復期日が早くなると云う利点がある。

【０００３】一方、近年医療において院内感染が問題で
あり、従来の内視鏡は、症例毎に滅菌を行なうことによ
り、院内感染を防止しているが、非常に手間の掛かるこ
とである。そのため最近では、院内感染の防止のための
滅菌以外の対策の一つとして、内視鏡を使い捨てにする
ことが提案されている。このように、内視鏡を使い捨て
にすることにより、処置後の滅菌の手間を省くことが出
来、病院内での作業の負担を軽減できる。

【０００４】又内視鏡下外科手術では、生体内の像をテ
レビモニター上で観察しながら処置を行なうので、固体
撮像素子で撮像する内視鏡システムが必要になる。この
内視鏡システムは、図１８に示すような構成である。即
ち、内視鏡１、光源２、固体撮像素子３、ＣＣＵ、モニ
ター４からなり、固体撮像素子３にて撮像したものをＣ
ＣＵにて画像処理を行ないモニター４にて観察する。
又、内視鏡１は、図１８（Ｂ）に示すように、挿入部５
の先端部に対物レンズ部６と固体撮像素子３とが配置さ
れている。この固体撮像素子３を含めて、挿入部５と把
持部９とを合わせた全体を使い捨てにするためには、挿
入部を低コストに構成しなければならない。

【０００５】最近固体撮像素子の製造技術の向上により
民生用固体撮像素子は、低コストにて購入し得る。その
ため、対物レンズのコストを低減すれば挿入部を低コス
トにすることが可能になる。

【０００６】更に、近年外科手術に用いる内視鏡は、歪
のない像での観察が必要なため歪曲収差を除去する必要
がある。歪曲収差の発生する対物レンズにて形成された
像は、中心に比べて周辺の像が小さく歪んで見えるため
誤診につながるおそれがあり、又処置具の誘導にも支障
をきたす。そのために歪曲収差が良好に補正された内視
鏡対物レンズが要求される。

【０００７】歪曲収差が良好に補正された内視鏡対物レ
ンズの従来例として、例えば特開平４−５５８０７号公
報に記載されている光学系が知られている。しかし、こ
の従来例は、使用するレンズ枚数が多くコスト高にな
る。

【０００８】また、構成レンズ枚数の少ない内視鏡対物
レンズの従来例として、特開平５−３４１１８５号に記
載されたものがある。この従来例は、物体側より順に、
負レンズと明るさ絞りと正レンズとよりなり、少ないレ
ンズ枚数で、像面湾曲は良好に補正されているが、歪曲
収差は補正されていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、レン
ズ枚数が少なく歪曲収差が良好に補正された、非常に安
価な内視鏡対物光学系を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の内視鏡対物光学
系は、生体内、その他物体の空洞内を観察するためにこ
れら空洞内に挿入される内視鏡先端に配置されていて固
体撮像素子に物体像を形成するための光学系で、物体側
より順に、像側に凹面を有する負の単レンズで像側の凹
面が周辺で曲率が弱くなる形状の非球面である第１レン
ズと、明るさ絞りと、像側に凸面を有する正の単レンズ
で像側の凸面が周辺で曲率が弱くなる形状の非球面であ
る第２レンズとより構成されている。

【００１１】本発明の内視鏡対物レンズの基本構成は、
図１に示す通りであって、物体側より順に、像側に凹面
を有する負の単レンズである第１レンズＬ₁ と、明るさ
絞りＳと、像側に凸面を有する正の単レンズである第２
レンズＬ₂ とよりなる。又符号Ｄは固体撮像素子であ
る。又第１レンズＬ₁ の像側の凹面Ｒ_n および第２レン
ズＬ₂ の像側の凸面Ｒ_p が、周辺において曲率が弱くな
る形状の非球面である。

【００１２】本発明において、物体側より順に、負レン
ズと明るさ絞りと正レンズよりなる構成としたのは、明
るさ絞りより前方に負のレンズを配置することにより、
主光線を強く曲げてレンズ系広角化を可能にし、又明る
さ絞りより後方に正のレンズを配置することにより光束
を収束させかつ固体撮像素子に入射する主光線の光軸と
なす角度を小さく抑えることにより固体撮像素子に斜入
射させることによって生ずる色シューディングの画像に
与える影響を小さくすることが出来る。又像面湾曲を小
さく抑えるためには負のパワーを含む必要があり、レト
ロフォーカス型にするのが望ましい。又本発明では安価
な内視鏡対物レンズを構成するために、レンズ枚数を必
要最低限の２枚に抑えている。

【００１３】また、上記の面を非球面にしたのは、歪曲
収差を補正しつつかつ他の収差も良好に補正するためで
ある。一般に非球面は、色収差と像面湾曲以外の収差補
正に有効である。特に第１レンズの凹面に設けた非球面
は、歪曲収差を補正する上で好適であり、又第２レンズ
の凸面に設けた非球面は、他の収差を良好に補正するの
に有効である。したがって非球面を用いないと、負の球
面収差、負のコマ収差（内コマ）、負の非点収差（メリ
ジオナル像面がサジタル像面よりも物体側に倒れた状
態）、負の歪曲収差（樽型歪曲収差）が発生する。

【００１４】負の歪曲収差が発生するのは、像側から主
光線を逆追跡した時、像高の増大と共に主光線が第１レ
ンズの凹面によって画角が広がる方向に屈折されること
と、第２レンズの凸面によって強く曲がりすぎることに
よる。したがって、第１レンズの凹面における非球面と
第２レンズの凸面における非球面を、周辺に行く程曲率
が弱くなる形状にすることによって、主光線の過度の屈
折を抑制でき負の歪曲収差を補正することが出来る。更
に、非点収差も歪曲収差の補正と同様に、上記の非球面
の組合わせによって補正することが出来る。また、球面
収差とコマ収差は主として第２レンズの非球面によって
良好に補正できる。

【００１５】次に、非球面による収差補正について詳細
に述べる。本発明で用いる非球面の形状は、下記の式
（ａ）にて表わされる。

【００１６】上記式（ａ）におけるｘ，ｙは図１７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_i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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】前記の非球面の式の非球面係数Ｅ_i'と面を
非球面にしたことによって生ずる３次の収差係数との関
係は、次の式（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ）で示され
る。

【００２０】 ΔＳＡ_i ＝８ｈ_i ⁴・Ｅ_i'（ｎ_i-1 −ｎ_i ） （ｄ） ΔＣＭ_i ＝８ｈ_i ³・ｈ_pi・Ｅ_i'（ｎ_i-1 −ｎ_i ） （ｅ） ΔＡＳ_i ＝８ｈ_i ²・ｈ_pi ² ・Ｅ_i'（ｎ_i-1 −ｎ_i ） （ｆ） ΔＤＴ_i ＝８ｈ_i ・ｈ_pi ³ ・Ｅ_i'（ｎ_i-1 −ｎ_i ） （ｇ） ただし、ΔＳＡ_i ，ΔＣＭ_i ，ΔＡＳ_i ，ΔＤＴ_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，歪曲収差の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、ｎ_i-1 は屈折面の入射側の屈折率、ｎ_i
は屈折面の射出側の屈折率である。

【００２１】上記の式（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ）
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が異な
る。

【００２２】本発明の内視鏡対物レンズは、近軸マージ
ナル光線がレンズ系中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
横切るため、ｈ_piは絞りの前後で正，負の符号が反転
し、絞りの前では負、絞りより後ろでは正である。この
光線高ｈ_i とｈ_piの正，負の符号を用いて算出した３次
の収差係数ΔＳＡ_i ，ΔＣＭ_i ，ΔＡＳ_i ，ΔＤＴ_i の
符号がそのまま非球面で発生する収差の正，負の符号に
なる。第１レンズの像側の凹面に非球面を用いてΔＤＴ
_i を正にするためには、Ｅ_i'（ｎ_i-1 −ｎ_i ）を負にす
る必要がある。この時、ΔＣＭ_i は正になるが、ΔＳＡ
_i ，ΔＡＳ_i は負になるため、第２レンズの像側の凸面
に非球面を設けて、ΔＳＡ_i ，ΔＡＳ_i が正になるよう
にする必要がある。この第２レンズに用いる非球面は、
Ｅ_i'（ｎ_i-1 −ｎ_i ）が正であるとすればΔＳＡ_i ，Δ
ＡＳ_i ，ΔＣＭ_i ，ΔＤＴ_i のいずれも正になり、非球
面を用いない場合に発生する収差を夫々この非球面で打
ち消すことが出来る。

【００２３】以上のことから、本発明では、第１レンズ
の像側の凹面に非球面を設け、この非球面が次の条件
（１）を満足するようにしてΔＤＴ_i ，ΔＣＭ_i を補正
している。

【００２４】（１） Ｅ₂'（ｎ₁ −ｎ₂ ）＜０ ただしＥ₂'はｉ＝２の面つまり第１レンズの像側の凹面
の非球面係数Ｅ’で、ｎ₁ ，ｎ₂ はその物体側および像
側の媒質の屈折率である。

【００２５】また第２レンズの像側の凸面（ｉ＝５の
面）に非球面を設け次の条件（２）を満足するようにし
て、主として球面収差，コマ収差の補正を行なってい
る。

【００２６】（２） Ｅ₅'（ｎ₄ −ｎ₅ ）＞０ 同様にＥ₅'はｉ＝５の面の非球面係数Ｅ’、ｎ₄ ，ｎ₅
はこの面の物体側および像側の媒質の屈折率である。

【００２７】上記の条件（１），（２）を満足しない
と、ΔＣＭ_i ，ΔＤＴ_i がいずれも負になり、非球面を
設けない場合に発生する収差を非球面を設けることによ
り一層悪化させる。

【００２８】以上のように、条件（１），（２）を満足
する非球面を設けることにより、収差を補正することが
出来るが、更に補正量を考慮すると、第１レンズの像側
の凹面が次の条件（４）を又第２レンズの像側の凸面が
次の条件（５）を満足することが好ましい。

【００２９】（４） −０．２＜Ｅ₂'（ｎ₁ −ｎ₂ ）
・ｆ³ ＜−０．０２ （５） １＞Ｅ₅'（ｎ₄ −ｎ₅ ）・ｆ³ ＞０．０５ ただし、ｆは全系の焦点距離である。

【００３０】上記の条件（４），（５）の下限を越える
と、いずれも補正量が小さすぎて十分な補正が出来な
い。又上限を越えるといずれも非球面による補正が大き
すぎて、コマ収差，歪曲収差が補正過剰になり好ましく
ない。

【００３１】上記の条件（１），（２）は、非球面の
正，負の符号を想定したものであるが、これら条件に代
えて、非球面の変位量で規定してもよい。前掲の非球面
の式（ｂ）の第１項を除いたものが非球面の変移量Δｘ
_i （ｙ）になり、変移量Δｘ_i （ｙ）は、下記の式
（ｈ）のように表わされる。

【００３２】Δｘ_i（ｙ）＝Ｅ_i'ｙ⁴ ＋Ｆ_i'ｙ⁶ ＋Ｇ_i'
ｙ⁸ ＋・・・ （ｈ）上記の式（ｈ）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_i （ｙ）の変位の符号とは同じになる。
そのため、条件（１），（２）に代え、下記の条件
（６），（７）のように規定することが可能である。

【００３３】 （６） Δｘ₂ （ｙ）｛ｎ₁ −ｎ₂ ｝＜０ （７） Δｘ₅ （ｙ）｛ｎ₄ −ｎ₅ ｝＞０ 上記のΔｘ_i(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歪曲収差の補正のために
は、最大像高における主光線の非球面上での光線高をｈ
_c とすると、ｙ＝ｈ_c のところで、上記の条件（６），
（７）を満足する必要がある。そのため、条件（１），
（２）の代わりに夫々下記条件（８），（９）を用いる
ことが出来る。

【００３４】 （８） Δｘ_２（ｈ_ｃ２）｛ｎ_１−ｎ_２｝＜０ （９） Δｘ_５（ｈ_ｃ５）｛ｎ_４−ｎ_５｝＞０ 更に、光学系を小型化し、かつ像面湾曲を良好に補正す
るためには第１レンズ，第２レンズの焦点距離を夫々ｆ
₁ ，ｆ₂ とすると、次の条件（３）を満足することが望
ましい。

【００３５】（３） ３．５＜｜ｆ₁ ／ｆ₂ ｜＜６ 条件（３）の下限の３．５を越えると、対物レンズの全
長が長くなり、例えば挿入部先端に湾曲機構を設ける場
合には、先端硬質長が長くなり又上限の６を越えると像
面湾曲の補正が不十分になり好ましくない。

【００３６】また、倍率の色収差の発生を極力抑えるた
めには、第１レンズ，第２レンズの硝材のアッベ数は大
きい方が望ましく、共に５０以上にするのが好ましい。
アッベ数がそれより小さいと色収差特に倍率の色収差が
大きくなって、視野周辺で色のにじみが生じ好ましくな
い。

【００３７】また、第１レンズの物体側の面は、平面で
あることが好ましい。この面が平面でなく強い凸面の場
合、照明光が入ってフレアーが発生したり、又内視鏡先
端からこの凸面が突出して破損のおそれがある。またこ
の面が凹面の場合、窪みの部分に水滴やゴミがたまりや
すく、観察に支障がでる。

【００３８】

【実施例】次に本発明の内視鏡対物光学系の各実施例を
示す。 実施例１ ｆ＝3.312 ，Ｆナンバー＝9.464 ，像高＝2.28，視野角＝70° 物体距離＝-35 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝1.0 ｎ₁ ＝1.49241 ν₁ ＝57.66 ｒ₂ ＝6.76（非球面） ｄ₂ ＝3.0 ｒ₃ ＝∞（絞り） ｄ₃ ＝1.12 ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝3.46 ｎ₂ ＝1.49241 ν₂ ＝57.66 ｒ₅ ＝-1.93 （非球面） 非球面係数 （第２面）Ｐ＝-0.0354 ，Ｂ＝0 ，Ｅ＝-0.0030658，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 ，Ｈ＝0 Ｉ＝0 Ｅ₂'＝-3.485×10^-3，Ｅ₂'（ｎ₁ −ｎ₂ ）・ｆ³ ＝-0.06234 （第５面）Ｐ＝0.1487，Ｂ＝0 ，Ｅ＝0 ，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 ，Ｈ＝0 ，Ｉ＝0 Ｅ₅'＝1.480 ×10^-2，Ｅ₅'（ｎ₄ −ｎ₅ ）・ｆ³ ＝0.2648 ｜ｆ₁ ／ｆ₂ ｜＝3.502

【００３９】実施例２ ｆ＝3.387 ，Ｆナンバー＝8.982 ，像高＝2.28，視野角＝70° 物体距離＝-35 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝1.0 ｎ₁ ＝1.49241 ν₁ ＝57.66 ｒ₂ ＝7.3759（非球面） ｄ₂ ＝1.8851 ｒ₃ ＝∞（絞り） ｄ₃ ＝0.9594 ｒ₄ ＝7.5621（非球面） ｄ₄ ＝4.0514 ｎ₂ ＝1.49241 ν₂ ＝57.66 ｒ₅ ＝-2.0088 （非球面） 非球面係数 （第２面）Ｐ＝-5.6426 ，Ｂ＝0 ，Ｅ＝-0.0016989，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 ，Ｈ＝0 Ｉ＝0 Ｅ₂'＝-3.765×10^-3，Ｅ₂'（ｎ₁ −ｎ₂ ）・ｆ³ ＝-0.07204 （第４面）Ｐ＝-10.2794，Ｂ＝0 ，Ｅ＝0 ，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 ，Ｈ＝0 ，Ｉ＝0 Ｅ₄'＝-3.260×10^-3 （第５面）Ｐ＝-0.1009 ，Ｂ＝0 ，Ｅ＝-0.15567×10^-3，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 Ｈ＝0 ，Ｉ＝0 Ｅ₅'＝1.682 ×10^-2，Ｅ₅'（ｎ₄ −ｎ₅ ）・ｆ³ ＝0.3218 ｜ｆ₁ ／ｆ₂ ｜＝3.999

【００４０】実施例３ ｆ＝3.374 ，Ｆナンバー＝9.798 ，像高＝2.28，視野角＝70° 物体距離＝-35 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝1.0 ｎ₁ ＝1.51633 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝8.1687（非球面） ｄ₂ ＝3.2821 ｒ₃ ＝∞（絞り） ｄ₃ ＝0 ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝5.7638 ｎ₂ ＝1.69680 ν₂ ＝55.52 ｒ₅ ＝-2.7560 （非球面） 非球面係数 （第２面）Ｐ＝-1.0859 ，Ｂ＝0 ，Ｅ＝-0.24141，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 ，Ｈ＝0 Ｉ＝0 Ｅ₂'＝-2.892×10^-3，Ｅ₂'（ｎ₁ −ｎ₂ ）・ｆ³ ＝-0.05736 （第５面）Ｐ＝0.0247，Ｂ＝0 ，Ｅ＝0 ，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 ，Ｈ＝0 ，Ｉ＝0 Ｅ₅'＝5.824 ×10^-3，Ｅ₅'（ｎ₄ −ｎ₅ ）・ｆ³ ＝0.1559 ｜ｆ₁ ／ｆ₂ ｜＝4.000 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レンズ間隔、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。

【００４１】上記実施例１は、図２に示す通りで、像側
に凹面を持つ平凹レンズの第１レンズＬ₁ と明るさ絞り
Ｓと像側に凸面を持つ平凸レンズの第２レンズＬ₂ とよ
りなり、各レンズがプラスチックにより構成されてい
る。第１レンズＬ₁ は、有効径の外側の物体側の外周部
にレンズ全周にわたって形成した切り欠き部１１を有し
ている。又像側の外周部にはレンズ面の延長よりも光軸
に対する傾斜角が大きいテーパー部１２を有している。
このテーパー部１２によりレンズの側面は通常のレンズ
より厚く、レンズを保持枠に取付けた際にレンズが傾く
のを防止している。又、切り欠き部１１は、第１レンズ
を取付ける際に接着剤を注入する部分である。又絞りＳ
は金属板にて構成されている。第２レンズＬ₂ は有効径
の外側に光軸に沿って突出した円筒状の鍔部１３を有し
ている。第２レンズＬ₂ は、この鍔部１３によって絞り
Ｓに当てつけられており、鍔部１３が絞りと第２レンズ
との間隔を保持するための間隔管の機能を果たしてい
る。尚、切り欠き部１１は、レンズ全周にわたって設け
る必要はなく、レンズ外周の複数個所にとびとびに設け
た凹部でも良い。

【００４２】図３は、本発明の実施例２の断面図で、第
２レンズＬ₂ の物体側の面が凸面になっている点を除き
図２に示す実施例１と同じである。又この実施例では、
第２レンズＬ₂ の鍔部がレンズの像側の面で図２の第２
レンズのように光軸に垂直に立ち上がらずにレンズ面を
そのまま延長させた形になっている。

【００４３】これら実施例１および実施例２は、第１レ
ンズＬ₁ の像側の凹面と第２レンズの像側の凸面が、周
辺で曲率の弱まる形状の非球面で、条件（１），（２）
を満足し、又焦点距離の条件（３）も満足している。

【００４４】また実施例２では、第２レンズＬ₂ の物体
側の凸面が非球面で主として球面収差を補正している。
外観上は実施例１も実施例２も第２レンズＬ₂ の有効径
の外側に突出した鍔部１３を設けて薄板の明るさ絞りに
突き当てて明るさ絞りとレンズとの間隔を保つための間
隔管をなくしてレンズ系の組立を容易にした。更に第１
レンズＬ₁の有効径の外側の一部にテーパー面１２を設
けて故意にレンズの厚さが厚くなるようにしてレンズの
がたつきを抑えるようにし又物体側の面にレンズを固定
する接着剤を塗る切り欠き部１１を設けてある。

【００４５】実施例３は、図４に示す構成で第１レンズ
Ｌ₁ および第２レンズＬ₂ ともにガラスにて構成されて
いる。第２レンズＬ₂ の物体側の面は平面であり、絞り
Ｓに突き当てて組立てを容易にしている。この実施例３
も第１レンズＬ₁ の像側の凹面および第２レンズＬ₂ の
像側の凸面を周辺で曲率が弱くなる形状の非球面にし条
件（１），（２）を満足するようにしており、又焦点距
離の条件である条件（３）を満足するようにしている。

【００４６】尚符号Ｃは固体撮像素子のカバーガラスで
ある。

【００４７】上記の実施例１〜３の収差状況は、夫々図
５乃至図７に示す通りである。

【００４８】次に図８乃至図１２は、使用するプラスチ
ックレンズの形状を変化させた対物レンズの各種の例を
示すもので、これら図８〜１２において、（Ａ）は第２
レンズＬ₂ をその物体側の面を平面にした例であり、
（Ｂ）は第２レンズＬ₂ の物体側の面を凸面にした例で
ある。

【００４９】又これら図８〜１２のうち図８は、有効径
の外側は、図２，３におけるテーパー部１２の代りに図
２，３の第２レンズの鍔部１３と同様の外側に突出した
鍔部１４としたもので、第１レンズの鍔部１４と第２レ
ンズの鍔部１３とにより薄板の明るさ絞りＳを挟んで保
持するようにして間隔管を省略するようにした。又第２
レンズの鍔部１３の像側端部の光軸に対し垂直に立ち上
がった部分の像側面と固体撮像素子のカバーガラスＣと
の間に間隔管１５を設けて対物レンズと撮像素子の間隔
を適正に保つようにしている。

【００５０】図９は、第２レンズＬ₂ の物体側の面の有
効径の外側に階段状の鍔部１６を設けたものである。つ
まり内径の異なる２段の円筒状鍔部を形成したものであ
る。そして１段目の鍔部１６ｂに明るさ絞りを接着し、
２段目の鍔部１６ａと第１レンズのテーパー部１２との
間に薄板部材よりなるフレアー絞りＦＳを挟んで保持し
ている。

【００５１】図１０は、第１レンズＬ₁ と第２レンズＬ
₂ の間にプラスチックの平板１７を配置し、この透明な
平板１７と第２レンズＬ₂ の鍔部１３とにより薄板部材
よりなる明るさ絞りＳを挟んで保持している。このよう
な構造にすることによって、自動組立を行ない易くなる
と共に部品の精度を良くすることが出来る。

【００５２】図１１は、第２レンズＬ₂ に鍔部を設けず
に明るさ絞りＳを一体に形成した間隔管１８を配置して
第１レンズＬ₁ と第２レンズＬ₂ の間隔を所定の間隔に
保っている。明るさ絞りは、絞り径の小さい場合は、薄
板状の金属の絞りが有効であるが、絞り径が大きくて絞
りの厚さ方向の側面に光が当ることより生ずるフレアー
が気にならない場合には、図１１に示すような間隔管に
一体に形成した絞りが組立上有利である。このような間
隔管と一体にした絞りは、全体をプラスチックにて成形
することも可能であり、又射出成形の際にいわゆるイン
サート成形によって一体に成形することによりプラスチ
ックに埋込むようにすることも可能である。これらの場
合、間隔管全体を黒色塗料で覆うか、或いはプラスチッ
ク中に黒色色素を混入して成形する等の手段を施す必要
がある。

【００５３】図１２は、第２レンズＬ₂ の像側の有効径
の外側に突出した鍔部をレンズの物体側と像側の両方に
設けたものである。そして像側の鍔部１９を固体撮像素
子のカバーガラスＣに突き当ててレンズの間隔を保つた
めの間隔管を省略してレンズの組立てを容易にしたもの
である。

【００５４】次に、本発明に用いている固体撮像素子の
カバーガラスの一例を図１３［（Ａ）は平面図、（Ｂ）
は断面図］に示してある。このように、カバーガラスの
物体側の外表面において、固体撮像素子の有効撮像面積
の２倍以下の面積を残してそれ以外の部分をテーパー面
２１とし、必要な光学面を区別している。またこのよう
なテーパーを設けなくとも有効範囲を示す切り欠きや段
差を設けて必要な光学面を区別してもよい。カバーガラ
スＣをこのような構造にすることにより、光学面の外観
検査時に有効範囲のみを検査でき歩留まりの向上を図る
ことが出来る。また、カバーガラスＣの外表面上のゴミ
が写るのを防止するために、固体撮像素子の撮像面から
カバーガラス外表面までの距離を空気に換算した値を
ｘ、対物レンズの有効Ｆナンバーの値をＦ_NOとした時次
の条件（１０）を満足することが望ましい。

【００５５】（１０） ｘ＞０．２・Ｆ_NO ここでＦ_NOと図１３の（Ｂ）においてアクリル製（ｎ_d
＝１．４９２４１）のカバーガラスＣの厚さ（ｔ₁ ）と
固体撮像素子からカバーガラスの内側の表面までの距離
（ｔ₂ ）の例を示す。

【００５６】 上記条件（１０）を満足しないとカバーガラス外表面に
のったゴミが画像上のシミや黒点等になり好ましくな
い。

【００５７】非球面レンズの材質としては、プラスチッ
クが好ましくレンズの外形に厚い鍔部を設ける場合にも
プラスチックを射出成形により加工すれば容易に形成出
来る。しかしガラスをモールド加工して非球面レンズを
形成することも出来る。

【００５８】図１４は、本発明の対物レンズ系に赤外線
カットフィルターＦ₁ を入れる場合の基本構成を示す図
である。本発明において赤外線カットフィルターを配置
する理由は、ビデオスコープの場合、固体撮像素子が可
視光以外の赤外光にも感度を有するため色再現性が悪化
し、又ＹＡＧレーザーの光を用いて治療を行なう場合、
レーザー光で固体撮像素子が飽和しスミアーやブルーミ
ング等により被写体の観察が行ないにくくなるためであ
る。この赤外カットフィルターの配置例を示したのが図
１４であって、そのうち（Ａ）は、第１レンズＬ₁ と明
るさ絞りとの間に配置したもの、（Ｂ）は第２レンズＬ
₂ と固体撮像素子のカバーガラスＣとの間に配置した
例、（Ｃ）は固体撮像素子のカバーガラスを赤外カット
フィルターとした例、（Ｄ）は固体撮像素子のカバーガ
ラスＣの後ろに赤外カットフィルターを設けた例であ
る。その他、（Ｅ）プラスチックレンズに赤外カットコ
ートを施す方法や（Ｆ）プラスチックレンズに赤外光を
カットする色素を混入する方法等が考えられる。

【００５９】上記の赤外カットフィルター配置例のう
ち、図１４の（Ａ）に示す構成で、本発明の実施例２に
適用したものを図１５に示す。この例に限らず、上記の
図１４の（Ａ）〜（Ｄ）の配置および前記（Ｅ），
（Ｆ）の方法を夫々実施例１〜３（図２〜図４）や図８
〜１２の（Ａ），（Ｂ）のレンズ系に用いる場合等種々
の配置が考えられる。

【００６０】図１６は、本発明の対物光学系に斜視を可
能にするプリズムを配置した例であって、第１レンズＬ
₁ ，第２レンズＬ₂ ，プリズムＰのいずれもプラスッチ
クで構成している。この例では、第１レンズＬ₁ は平凹
レンズであり、ここでは鍔部、テーパー部等は設けられ
ていない。斜視プリズムＰは、入射面と二つの反射面と
射出面を有している。入射面は斜めの光軸に垂直であ
り、ここから入射した光軸は、第１反射面により反射さ
れ第２反射面に向かう。第２反射面は、光軸を内視鏡の
長手方向に向けるためのもので、第１レンズＬ₁ の有効
径の僅かに外の部分から入射面に対して若干傾斜して形
成されている。また射出面は光軸に垂直である。射出光
軸は第２レンズＬ₂ の光軸と一致している。又第１レン
ズＬ₁ と斜視プリズムとは接着され一体化されている。

【００６１】又本発明において組立てを容易にしてコス
トの低減をはかるため、図８乃至図１２に示すように第
１レンズから固体撮像素子までのすべての部品を端面に
突き当てる構造にすればよい。このようにすべての部品
を端面にて突き当てる構造にすれば、従来、固体撮像素
子を移動させて組立て時の焦点調整を行なっていたが、
このような焦点調整を行なわなくともよく、組立てが容
易になると共に部品点数も減少しコストを低減させるこ
とが出来る。

【００６２】以上述べた対物光学系は、硬性鏡用に限ら
ず挿入部先端が湾曲する軟性鏡用とすることも可能であ
る。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、構成レンズ枚数が２枚
でしかも歪曲収差が良好に補正された非常に安価な対物
光学系になし得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対物光学系の基本構成を示す図

【図２】本発明の実施例１の構成を示す図

【図３】本発明の実施例２の構成を示す図

【図４】本発明の実施例３の構成を示す図

【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】本発明で用いるレンズの形状・配置を示す例を
示す図

【図９】本発明で用いるレンズの形状・配置を示す他の
第２の例を示す図

【図１０】本発明で用いるレンズの形状・配置を示す他
の第３の例を示す図

【図１１】本発明で用いるレンズの形状・配置を示す他
の第４の例を示す図

【図１２】本発明で用いるレンズの形状・配置を示す他
の第５の例を示す図

【図１３】固体撮像素子のカバーガラスの例を示す図

【図１４】本発明の対物光学系における赤外カットフィ
ルターの配置例を示す図

【図１５】本発明の実施例２における赤外カットフィル
ターの配置例を示す図

【図１６】斜視用とした本発明対物光学系の例を示す図

【図１７】非球面の座標系を示す図

【図１８】内視鏡の構成を示す図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】生体内その他の物体の空洞内を観察するた
   めに該空洞内に挿入される内視鏡の挿入部先端に配置さ
   れ、固体撮像素子に像を形成するための光学系で、物体
   側より順に、像側に凹面を有する負の単レンズで像側の
   凹面が周辺で曲率の弱くなる形状の非球面である第１レ
   ンズと、明るさ絞りと、像側に凸面を有する正の単レン
   ズで該凸面が周辺で曲率が弱くなる形状の非球面である
   第２レンズとよりなる内視鏡対物光学系。
2. 【請求項２】上記第１レンズ，第２レンズがいずれもプ
   ラスチックにて構成されている請求項１の内視鏡対物光
   学系。
3. 【請求項３】上記第１レンズの凹の非球面が条件（１）
   を満足し又上記第２レンズの凸の非球面が条件（２）を
   満足することを特徴とする請求項１の内視鏡対物光学
   系。 （１） Ｅ₂'（ｎ₁ −ｎ₂ ）＜０ （２） Ｅ₅'（ｎ₄ −ｎ₅ ）＞０ ただし、Ｅ₂'，Ｅ₅'は夫々第１レンズの凹の非球面およ
   び第２レンズの凸の非球面の４次の非球面係数、ｎ₁ ，
   ｎ₂ は夫々第１レンズの凹の非球面の物体側および像側
   の媒質の屈折率、ｎ₄ ，ｎ₅ は夫々第２レンズの凸の非
   球面の物体側および像側の媒質の屈折率である。
4. 【請求項４】次の条件（３）を満足する請求項１の内視
   鏡対物光学系。 （３） ３．５＜｜ｆ₁ ／ｆ₂ ｜＜６ ただし、ｆ₁ ，ｆ₂ は夫々第１レンズおよび第２レンズ
   の焦点距離である。
5. 【請求項５】上記第２レンズが物体側の面の有効径の外
   側に物体側に突出した鍔を設け、該鍔を絞りに突き当て
   るように配置した請求項１の内視鏡対物光学系。