(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023141275
(43)【公開日】2023-10-05
(54)【発明の名称】硬性内視鏡用の結像レンズ系および甦性内視鏡
(51)【国際特許分類】
G02B 13/00 20060101AFI20230928BHJP
G02B 23/24 20060101ALI20230928BHJP
【FI】
G02B13/00
G02B23/24 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022047506
(22)【出願日】2022-03-23
(71)【出願人】
【識別番号】514274487
【氏名又は名称】リコーインダストリアルソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100127111
【弁理士】
【氏名又は名称】工藤 修一
(74)【代理人】
【識別番号】100090103
【弁理士】
【氏名又は名称】本多 章悟
(72)【発明者】
【氏名】藤澤 昌志
【テーマコード(参考)】
2H040
2H087
【Fターム(参考)】
2H040BA02
2H040CA11
2H040CA23
2H040CA28
2H040DA02
2H040GA02
2H040GA11
2H087KA10
2H087LA01
2H087LA27
2H087LA30
2H087PA05
2H087PA07
2H087PA11
2H087PA15
2H087PA17
2H087PA18
2H087PB06
2H087PB07
2H087PB11
2H087PB20
2H087QA02
2H087QA03
2H087QA06
2H087QA07
2H087QA12
2H087QA14
2H087QA17
2H087QA19
2H087QA21
2H087QA22
2H087QA25
2H087QA26
2H087QA32
2H087QA34
2H087QA39
2H087QA41
2H087QA42
2H087QA45
2H087QA46
2H087RA32
2H087RA42
2H087RA44
(57)【要約】
【課題】硬性内視鏡用の新規な結像レンズ系を実現する。
【解決手段】物体側から像側へ向かって、A群、B群、C群を共通光軸上に順に配置してなり、物体の第1中間像をA群中に結像させ、この第1中間像に対する第2中間像を前記B群中に結像させ、前記第2中間像に対する像を前記C群の像側の結像面に物体像として結像させる硬性内視鏡用の結像レンズ系であって、前記A群および前記B群はアフォーカル系であり、これらA群およびB群は、前記C群に対するアフォーカルコンバータをなす。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
物体側から像側へ向かって、A群、B群、C群を共通光軸上に順に配置してなり、物体の第1中間像をA群中に結像させ、この第1中間像に対する第2中間像を前記B群中に結像させ、前記第2中間像に対する像を前記C群の像側の結像面に物体像として結像させる硬性内視鏡用の結像レンズ系であって、
前記A群および前記B群はアフォーカル系であり、これらA群およびB群は、前記C群に対するアフォーカルコンバータをなし、
前記A群の角倍率:β1、前記B群の角倍率:β2が、条件:
(1) -0.10<β1<0
(2) -0.8<β2<-1.2
を満足し、
前記B群は、前記条件(2)を満足するアフォーカル系であるi個のサブレンズ群Bi(1≦i≦5)を、前記A群の側から前記C群の側へ順次配列してなり、前記i個のサブレンズ群Biごと前記第2中間像をサブレンズ群Bi内に結像し、
前記A群における前記第1中間像の半画角:0度のベストデフォーカス位置の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSA、レンズの最大有効径:DA、前記サブレンズ群Bi(1≦i≦5)の個々における前記第2中間像の半画角:0度のベストデフォーカス位置の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSBi(1≦i≦5)およびレンズの最大有効径:DBi(1≦i≦5)、前記C群の像側に結像される前記物体像の半画角:50度のスポットダイアグラムの2条平均平方根:RMSC、前記C群のF値:FnCおよびレンズの最大有効径:DCが、条件:
(3) 0.01>RMSC/DC>0.001
(4) RMSA/(DA/FnC)>RMSC/(DC/FnC)
(5) RMSBi/(DBi/FnC)>RMSC/(DC/FnC)
を満足する硬性内視鏡用の結像レンズ系。
【請求項2】
請求項1記載の硬性内視鏡用の結像レンズ系であって、
B群が、単一のサブレンズ群B1で構成されている硬性内視鏡用の結像レンズ系。
【請求項3】
請求項1記載の硬性内視鏡用の結像レンズ系であって、
B群が、2個のサブレンズ群B1、B2で構成されている硬性内視鏡用の結像レンズ系。
【請求項4】
請求項1記載の硬性内視鏡用の結像レンズ系であって、
B群が、3個のサブレンズ群Bi(i=1~3)で構成され、サブレンズ群B1とサブレンズ群B3が同一のレンズ構成である硬性内視鏡用の結像レンズ系。
【請求項5】
請求項1記載の硬性内視鏡用の結像レンズ系であって、
B群が、4個のサブレンズ群Bi(i=1~4)で構成され、サブレンズ群B1とサブレンズ群B3が同一のレンズ構成であり、サブレンズ群B2とサブレンズ群B4とがサブレンズ群B1とは異なる同一のレンズ構成であるである硬性内視鏡用の結像レンズ系。
【請求項6】
請求項1記載の硬性内視鏡用の結像レンズ系であって、
B群が、5個のサブレンズ群Bi(i=1~5)で構成され、サブレンズ群B1とサブレンズ群B3とサブレンズ群B5とが同一のレンズ構成であり、サブレンズ群B2とサブレンズ群B4とが、サブレンズ群B1とは異なる同一のレンズ構成である硬性内視鏡用の結像レンズ系。
【請求項7】
請求項1ないし6の任意の1項に記載の硬性内視鏡用の結像レンズ系であって、
画角:ωが120度以上である硬性内視鏡用の結像レンズ系。
【請求項8】
請求項1ないし7の任意の1項に記載の硬性内視鏡用の結像レンズ系の像側に、物体像を読み取るための2次のイメージセンサが配置され、該イメージセンサにより撮像された画像を表示する画像表示手段を有する甦性内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は硬性内視鏡用の結像レンズ系および甦性内視鏡に関する。
【背景技術】
【0002】
生体系や構造物の内部を観察する内視鏡は従来から種々のものが知られ、高画素化と広角化が進んでいる。
可撓性でない鏡筒を用いる「硬性内視鏡」も知られ、例えば、特許文献1には、結像レンズ系の内部に撮像部の中間像を形成し、この中間像よりも像側にあるレンズ系部分により中間像を物体として、撮像部の像を結像させるようにしたものが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
この発明は、新規な硬性内視鏡用の結像レンズ系の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0004】
この発明の硬性内視鏡用の結像レンズ系は、物体側から像側へ向かって、A群、B群、C群を共通光軸上に順に配置してなり、物体の第1中間像をA群中に結像させ、この第1中間像に対する第2中間像を前記B群中に結像させ、前記第2中間像に対する像を前記C群の像側の結像面に物体像として結像させる硬性内視鏡用の結像レンズ系であって、前記A群および前記B群はアフォーカル系であり、これらA群およびB群は、前記C群に対するアフォーカルコンバータをなし、前記A群の角倍率:β1、前記B群の角倍率:β2が、条件:
(1) -0.10<β1<0
(2) -0.8<β2<-1.2
を満足し、前記B群は、前記条件(2)を満足するアフォーカル系であるi個のサブレンズ群Bi(1≦i≦5)を、前記A群の側から前記C群の側へ順次配列してなり、前記i個のサブレンズ群Biごと前記第2中間像をサブレンズ群Bi内に結像し、前記A群における前記第1中間像の半画角:0度のベストデフォーカス位置の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSA、レンズの最大有効径:DA、前記サブレンズ群Bi(1≦i≦5)の個々における前記第2中間像の半画角:0度のベストデフォーカス位置の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSBi(1≦i≦5)、レンズの最大有効径:DBi (1≦i≦5)、前記C群の像側に結像される前記物体像の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSC、前記C群のF値:FnC、レンズの最大有効径:DCが、条件:
が、条件:
(3) 0.01 >RMSC/DC> 0.001
(4) RMSA/(DA/FnC)>RMSC/(DC/FnC)
(5) RMSBi/(DBi/FnC)>RMSC/(DC/FnC)
を満足する。
【発明の効果】
【0005】
この発明によれば、新規な硬性内視鏡用の結像レンズ系を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【
図1】この発明の硬性内視鏡用の結像レンズ系を説明する図である。
【
図2】実施例1の結像レンズ系のA群のデータを示す図である。
【
図3】実施例1の結像レンズ系のB群のデータを示す図である。
【
図4】実施例1の結像レンズ系のC群のデータを示す図である。
【
図5】実施例1の結像レンズ系における第1中間像、第2中間像および物体像のスポットダイアグラムを示す図である。
【
図6】実施例1の結像レンズ系の半画角と像高の関係を示す図である。
【
図9】実施例2の結像レンズ系のA群のデータを示す図である。
【
図10】実施例2の結像レンズ系のB1群のデータを示す図である。
【
図11】実施例2の結像レンズ系のC群のデータを示す図である。
【
図12】実施例2の結像レンズ系における第1中間像、第2中間像および物体像のスポットダイアグラムを示す図である。
【
図13】実施例2の結像レンズ系の半画角と像高の関係を示す図である。
【
図14】実施例2の結像レンズ系の縦収差図である。
【
図15】実施例2の結像レンズ系の横収差図である。
【
図16】実施例3の結像レンズ系のA群のデータを示す図である。
【
図17】実施例3の結像レンズ系のB1群、B2群のデータを示す図である。
【
図18】実施例3の結像レンズ系のB3群のデータを示す図である。
【
図19】実施例3の結像レンズ系のC群のデータを示す図である。
【
図20】実施例3の結像レンズ系における第1中間像、第2中間像のスポットダイアグラムを示す図である。
【
図21】実施例3の結像レンズ系における物体像のスポットダイアグラムを示す図である。
【
図22】実施例3の結像レンズ系の半画角と像高の関係を示す図である。
【
図23】実施例3の結像レンズ系の縦収差図である。
【
図24】実施例3の結像レンズ系の横収差図である。
【
図25】実施例4の結像レンズ系のA群のデータを示す図である。
【
図26】実施例4の結像レンズ系のB1群、B2群のデータを示す図である。
【
図27】実施例4の結像レンズ系のB3群、B4群のデータを示す図である。
【
図28】実施例4の結像レンズ系のC群のデータを示す図である。
【
図29】実施例4の結像レンズ系における第1中間像のスポットダイアグラムを示す図である。
【
図30】実施例4の結像レンズ系における第2中間像のスポットダイアグラムを示す図である。
【
図31】実施例4の結像レンズ系における物体像のスポットダイアグラムを示す図である。
【
図32】実施例4の結像レンズ系の半画角と像高の関係を示す図である。
【
図33】実施例4の結像レンズ系の縦収差図である。
【
図34】実施例4の結像レンズ系の横収差図である。
【
図35】実施例5の結像レンズ系のA群のデータを示す図である。
【
図36】実施例5の結像レンズ系のB1群、B2群のデータを示す図である。
【
図37】実施例5の結像レンズ系のB3群、B4群のデータを示す図である。
【
図38】実施例5の結像レンズ系のB5群のデータを示す図である。
【
図39】実施例5の結像レンズ系のC群のデータを示す図である。
【
図40】実施例5の結像レンズ系における第1中間像および第2中間像のスポットダイアグラムを示す図である。
【
図41】実施例5の結像レンズ系における第2中間像のスポットダイアグラムを示す図である。
【
図42】実施例5の結像レンズ系における物体像のスポットダイアグラムを示す図である。
【
図43】実施例5の結像レンズ系の半画角と像高の関係を示す図である。
【
図44】実施例5の結像レンズ系の縦収差図である。
【
図45】実施例5の結像レンズ系の横収差図である。
【
図46】実施例6の結像レンズ系のA群のデータを示す図である。
【
図47】実施例6の結像レンズ系のB群のデータを示す図である。
【
図48】実施例6の結像レンズ系のC群のデータを示す図である。
【
図49】実施例6の結像レンズ系における第1中間像、第2中間像および物体像のスポットダイアグラムを示す図である。
【
図50】実施例6の結像レンズ系の半画角と像高の関係を示す図である。
【
図51】実施例6の結像レンズ系の縦収差図である。
【
図52】実施例6の結像レンズ系の横収差図である。
【
図53】硬性内視鏡の実施の1形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、図面を参照しつつ、この発明の硬性内視鏡用の結像レンズ系を説明する。
図1は、この発明の硬性内視鏡用の結像レンズ系を説明する図である。
図1において、左方が物体側、右方が像側である。
硬性内視鏡用の結像レンズ系は、図に示す如く、物体側から像側へ向かって、A群、B群及びC群を、光軸を共通にして配置してなる。なお、
図1においてA群を符号Aにより示し、B群を符号Bにより、C群を符号Cにより示す。
図1に示す例においては、B群Bは1個のレンズ群B1(図中に符号B1で示す。)で構成されている。
しかし、B群は、i(1≦i≦5)個のサブレンズ群Biを、前記A群の側から前記C群の側へ順次配列して構成することができ、B群Bが
図1に示すように1つのレンズ群で構成される場合も含めて、B群を構成する1以上のレンズ群をサブレンズ群B1、B2、B3、B4、B5と呼ぶ。即ち、5つのサブレンズ群をBi(i=1~5)と呼ぶことにする。
物体側からA群A中に入射する物体光は、A群A中に第1中間像を結像し、B群B中に第2中間像を結像する。そして、第2中間像に対する像をC群の像側の結像面に物体像IMとして結像させる。
第2中間像は、B群が複数のサブレンズ群Bi(i=2~5)で構成される場合、各サブレンズ群Bi中に結像する。即ち、サブレンズ群Bi(i=2~5)の数に応じて、i個の第2中間像が個別に結像することになる。
【0008】
A群AおよびB群Bは「アフォーカル系」であり、これらA群AおよびB群Bは、C群Cに対するアフォーカルコンバータをなし、
A群の角倍率:β1、B群の角倍率:β2が、条件:
(1) -0.10<β1<0
(2) -0.8<β2<-1.2
を満足する。
B群がi=2~5個のサブレンズ群B2~B5で構成される場合、B群を構成する個々のサブレンズ群Biは何れもアフォーカル系であり、且つ条件(2)を満足する。
【0009】
A群における第1中間像の「半画角0°のベストデフォーカス位置の半画角:50°のスポットダイアグラム」の2乗平均平方根:RMSA、レンズの最大有効径:DA、前記サブレンズ群Bi(1≦i≦5)の個々における前記第2中間像の半画角:0°のベストデフォーカス位置の半画角:50°のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSBi(1≦i≦5)、レンズの最大有効径:DBi(1≦i≦5)、前記C群の像側に結像される前記物体像の半画角:50°のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSC、前記C群のF値:FnC、レンズの最大有効径:DCが、条件:
(3) 0. 01 >RMSC/DC>0. 001
(4) RMSA/(DA/FnC)>RMSC/(DC/FnC)
(5) RMSBi/(DBi/FnC)>RMSC/(DC/FnC)
を満足する。
上記の如く、第2中間像はB群のサブレンズ群内に個別に結像するので、条件(5)は個々のサブレンズ群ごとに成り立たねばならない。
【0010】
B群は、単一のサブレンズ群B1で構成することができ、また、2個のサブレンズ群B1、B2で構成することもでき、3~5個のサブレンズ群Bi(i=3または4または5)で構成することもできる。
B群が、3個のサブレンズ群Bi(i=1~3)で構成される場合、サブレンズ群B1とサブレンズ群B3は同一のレンズ構成であることができる。
また、B群が、4個のサブレンズ群Bi(i=1~4)で構成される場合、サブレンズ群B1とサブレンズ群B3が同一のレンズ構成であり、サブレンズ群B2とサブレンズ群B4とがサブレンズ群B1とは異なる「同一のレンズ構成」であるであることができる。
【0011】
さらに、B群が、5個のサブレンズ群Bi(i=1~5)で構成される場合、サブレンズ群B1とサブレンズ群B3とサブレンズ群B5とが同一のレンズ構成であり、サブレンズ群B2とサブレンズ群B4とが、サブレンズ群B1とは異なる「同一のレンズ構成」であることができる。
【0012】
上記のように、B群の複数のサブレンズ群に同一のレンズ構成のものを複数用いることにより、B群の設計、製造を容易化でき、製造コストも低減できる。
この発明の硬性内視鏡用の結像レンズ系は、画角:ωが120度以上であることが好ましい。
この発明の硬性内視鏡は、この発明の硬性内視鏡用の結像レンズ系の像側に、硬性内視鏡用の結像レンズ系のC群の像側に結像される物体像を読み取るための2次のイメージセンサが配置され、該イメージセンサにより撮像された画像を表示する画像表示手段を有する。
【0013】
この発明の硬性内視鏡用の結像レンズ系は、上記の如く、第1および第2の中間像が結像されたのち、物体像が結像されるので、第1の中間像と第2の中間像の間のレンズにより第1中間像の収差を補正するとともに、第2中間像と物体像の結像面の間のB群のレンズと、C群のレンズにより、さらに収差を補正した物体像を結像できる。
このため、収差が良好に補正された物体像を得ることができる。特に、B群を2以上のサブレンズ群で構成する場合、各サブレンズ群に第2中間像を形成することにより、収差の補正をより良好に行うことができる。
【0014】
また、A群、B群がアフォーカル系であるので、これらをアフォーカルコンバータとして用いることにより、構成内視鏡用列増レンズ系を広角化でき、120度以上の画角も容易に実現できる。
また、A群、B群、C群は光軸を共通にして配置されるが、A群、B群がアフォーカル系であるので、製造過程で発生する「共通光軸に対する各群の位置ズレ」に対する許容度が大きくなり、結像レンズ系製造が容易化され、製造コストを低減させることができる。
【0015】
また、条件(1)、(2)のように、A群、B群の角倍率が小さいので、第1、第2中間像の像高を小さくでき、レンズ系全系におけるレンズ径の大径化が抑制され、硬性内視鏡に要請される「細身のレンズ系」を実現できる。
【0016】
条件(1)、(2)が満足されないと、レンズ径抑制の効果が小さく、レンズ径が太くなり易い。
また、条件(4)、(5)のように、第1、第2中間像を「スポット径の大きい像」として結像させ、最終的にC群により、条件(3)を満足する「スポット径が小さく解像度の高い物体像」を結像させることができる。
このため、レンズ系の内部に「微細な異物」が侵入した場合やレンズ面に微小な傷がついた場合にも、第1、第2中間像の解像度が影響を受けにくく、良好な物体像を得ることができる。
条件(3)~(5)が満足されないと、物体像の像質が、レンズ系内に混入した異物の存在やレンズ面の傷に影響され易い。
【0017】
B群を構成するサブレンズ群の数を増やすことにより、B群にリレーレンズの性格を持たせ、リレーレンズ系の長さを増大させて硬性内視鏡の長さを大きくし、深い観察部に対する観察を容易にすることができる。
【0018】
以下、硬性内視鏡用の結像レンズ系の具体的な実施例を説明する。
「実施例1」
実施例1は、B群が1つのサブレンズ群で構成された例である。
画角は140度である。
実施例1の結像レンズ系の物体側のA群のデータを
図2に示す。
図2として示す図表の最上欄における「R」は曲率半径、「D」は面間隔、「Nd」はレンズ材料のd線に対する屈折率、「νd」はアッベ数を示す。また、図表の左端の列における「L1ないしL11」はA群を構成するレンズを物体側から像側へ向かって示しており、「STO」は開口絞りを示している。以下の実施例のデータにおいても同様である。
図表右端における「有効径は」、各レンズ面および開口絞りにおける「有効最外光線の光軸からの半径」であり、通常の意味における有効半径の1/2である。
なお、
図2に示されたデータ中で、長さの次元を持つ量の単位は「mm」である。以下の実施例のデータにおいても同様である。
【0019】
図2から明らかなように、実施例1のA群は11枚のレンズL1~L11により構成されている。撮像すべき観察物体は、A群の最も物体側のレンズ面から光軸上に略51.5mm離れた位置にあり、A群による第1中間像は、物体側から第3番目のレンズL3と4番目のレンズL4の間の、レンズL4に近い位置に結像する。
実施例1のB群のデータを、
図2に倣って
図3に示す。B群は、物体側(A群)から順に、7枚のレンズR1~R7で構成されており、A群の最も像側のレンズ面とB群の最も物体側のレンズ面との距離は0.1mmである。
第2中間像はB群内のレンズR3の内部に結像する。
【0020】
実施例1のC群のデータを、
図3に倣って
図4に示す。C群は、物体側(B群)から順に、6枚のレンズR1~R6で構成されており、最も像側の2枚のレンズR5、R6は接合されている。B群の最も像側のレンズ面とC群の最も物体側のレンズ面との距離は0.2mmである。
C群により結像される物体像IMの結像位置は、C群のレンズR6の像側面から0.9mmの位置であり、硬性内視鏡を構成する場合、イメージセンサの受光面は、上記物体像の像面に合致させられる。
【0021】
図4(a)、(b)、(c)にそれぞれ、第1中間像、第2中間像および物体像のスポットダイアグラム(光軸から像周辺に至る光軸直交方向の等間隔の9点のスポットを、光軸側を上にして配列した図である。)を示す。以下の実施例においても、スポットダイアグラムの記載は、
図4の例に倣う。
【0022】
条件(1)ないし(5)に関連する量について説明すると、A群の角倍率:β1、B群の角倍率:β2の値は、
β1=-0.078
β2=-0.956
である。
F値:FnCは
FnC=4.12
である。
【0023】
各群中のレンズの最大有効:Dは、A群につき4.2mm、B群につき3.6mm、C群につき4.2mmであり。従って、
DA/FnC=0.875223mm
DB1/FnC=0.887556mm
DC/FnC=0.982039mm
となる。
【0024】
A群における第1中間像の半画角;0度のベストデフォーカス一の半画角50度のスポットダイアグラムの2条平均平方根:RMSA、B群における第2中間像の半画角:0度のベストデフォーカス一の半画角:50度の素ポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSB、物体像の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSCの値は、それぞれ以下のようになる。
【0025】
RMSA=0.01169mm
RMSB=0.01619mm
RMSC=0.01147mm。
【0026】
これから、条件(3)~(5)のパラメータの値は、
0.01>RMSC/DC(=0.002833)>0.001
RMSA/(DA/FnC)=0.01336
RMSB1/(DB1/FnC)=0.01824
RMSC/(DC/FnC)=0.01167
となり、これから条件(3)ないし(5)が満足されていることが分かる。
【0027】
図6に、実施例1の結像レンズ系の半画角と「物体像の像高」との関係を示す。
図7に、縦収差図(球面収差(左)、非点収差(中央)、歪曲収差(右))、
図8に横収差図を示す。縦収差のスケールは10μm、球面収差及び非点収差のスケールは100μm、歪曲収差のスケールは100%である。以下の実施例においても同様である。
これら収差図から、実施例1の結像レンズ系は良好な性能を有していることが分かる。
【0028】
「実施例2」
硬性内視鏡用の結像レンズ系の実施例2のデータを、
図9以下に示す。実施例2では、B群が2つのサブレンズ群B1、B2で構成されている。
A群のデータを
図2に倣って
図9に示す。B群のデータを
図3に倣って
図10に示す。
図10の上の図表(i=1)はサブレンズ群B1のデータ、下の図表(i=2)はサブレンズ群B2のデータを示す。
図11にC群のデータを
図4にならって示す。
図2と
図9の比較から明らかなように、実施例2のA群は「実施例1のA群」と同一である。
図10の図表(i=2)に示すように、サブレンズ群B2は7枚のレンズR1~R7で構成されている。
【0029】
撮像すべき観察物体は、A群の最も物体側のレンズ面から光軸上に略51.5mm離れた位置にあり、A群による第1中間像は、物体側から第3番目のレンズL3と4番目のレンズL4の間のレンズL4に近い位置に結像する。
図11と
図4の比較から明らかなように、実施例2のC群は実施例1のC群と同一である。サブレンズ群B1の最も像側のレンズ面とサブレンズ群B2の最も物体側のレンズ面との距離は0.2mm、サブレンズ群B2の最も像側の面とC群の最も物体側の面との距離は0.1mmである。
第2中間像はサブレンズ群B1内のレンズR3内、およびサブレンズ群B2のレンズR5内に結像する。
【0030】
C群により結像される物体像IMの結像位置は、C群のレンズR6の像側面から0.9mmの位置であり、硬性内視鏡を構成する場合、イメージセンサの受光面は、上記物体像の像面に合致させられる。
【0031】
図12(a)、(b―1)、(b―2)、(c)にそれぞれ、第1中間像、サブレンズ群B1及びB2に於ける第2中間像、および物体像のスポットダイアグラムを示す。
【0032】
条件(1)ないし(5)に関連する量について説明すると、A群の角倍率:β1、B群の角倍率:β2の値は、
β1=-0.078
β2=-0.956
である。β2の値は、サブレンズ群B1~B5について等しい。
【0033】
F値:FnCは
FnC=4.16
である。
【0034】
各群中のレンズの最大有効:Dは、A群につき3.61mm、B群のサブレンズ群B1につき3.66mm,B群のサブレンズ群B2につき3.77mm、C群につき3.71mmであり、従って、
DA/FnC=0.868032mm
DB1/FnC=0.880264mm
DB2/FnC=0.906948mm
DC/FnC=0.892983mm
となる。
【0035】
A群における第1中間像の半画角:0度のベストデフォーカス位置の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSA、B群のサブレンズ群B1およびB2における第2中間像の半画角:0度のベストデフォーカス位置の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSB1、RMSB2、物体像の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSCの値は、それぞれ以下のようになる。
【0036】
RMSA=0.01169mm
RMSB1=0.01619mm
RMSB2=0.01855mm
RMSC=0.01020mm。
【0037】
これから、条件(3)~(5)のパラメータの値は、
0.01>RMSC/DC(=0.00275)>0.001
RMSA/(DA/FnC)=0.01374
RMSB1/(DB1/FnC)=0.01839
RMSB2/(DB2/FnC)=0.02046
RMSC/(DC/FnC)=0.01143
となり、条件(3)ないし(5)が満足されている。
【0038】
図13に、実施例2の結像レンズ系の半画角と「物体像の像高」との関係を示す。
図14に、縦収差図、
図15に横収差図を示す。
これら収差図から、実施例2の結像レンズ系は良好な性能を有していることが分かる。
【0039】
「実施例3」
硬性内視鏡用の結像レンズ系の実施例3のデータを、
図16以下に示す。実施例3では、B群が3つのサブレンズ群B1、B2、B3で構成されている。
A群のデータを
図2に倣って
図16に示す。B群のデータを
図3に倣って
図17,
図18に示す。
図17の上の図表(i=1)はサブレンズ群B1のデータ、下の図表(i=2)はサブレンズ群B2のデータ、
図18の図表(i-3)はサブレンズ群B3のデータを示している。
C群のデータを
図2に倣って
図19に示す。
実施例3におけるA群は、実施例1、2におけるA群と同一あり、実施例3におけるB群のサブレンズ群B1、B2は実施例2におけるサブレンズ群B1、B2と同一であり、サブレンズ群B3は、実施例3におけるサブレンズ群B1と同一である。
また、C群は、実施例1及び実施例2におけるC群と同一である。
【0040】
撮像すべき観察物体は、A群の最も物体側のレンズ面から光軸上に略51.5mm離れた位置にあり、A群による第1中間像は、物体側から第3番目のレンズL3と4番目のレンズL4の間のレンズL4に近い位置に結像する。
サブレンズ群B1、B2、B3の間隔は0.2mm、サブレンズ群BBの最も像側の面とC群の最も物体側の面との距離は0.1mmである。
第2中間像はサブレンズ群B1内のレンズR3内、及びサブレンズ群B2のレンズR5内、およびサブレンズ群B3のレンズR3内に結像する。
【0041】
C群により結像される物体像IMの結像位置は、C群のレンズR6の像側面から0.9mmの位置であり、硬性内視鏡を構成する場合、イメージセンサの受光面は、上記物体像の像面に合致させられる。
【0042】
図20(a)、(b―1)、(b―2)、(b-3)にそれぞれ、第1中間像、サブレンズ群B1、B2及びB3に於ける第2中間像のスポットダイアグラムを、
図21(c)に物体像のスポットダイアグラムを
図5に倣って示す。
【0043】
条件(1)ないし(5)に関連する量について説明すると、A群の角倍率:β1、B群の角倍率:β2の値は、
β1=-0.078
β2=-0.956
である。β2の値は、サブレンズ群B1~B5について等しい。
【0044】
F値:FnCは
FnC=4.12
である。FnBの値は、サブレンズ群B1、B2、B3について等しい。
【0045】
各群中のレンズの最大有効:Dは、A群につき3.61mm、B群のサブレンズ群B1につき3.66mm,B群のサブレンズ群B2につき3.77mm,B群のサブレンズ群B3につき4.61mm、C群につき4.45mmであり、従って、
DA/FnC=0.875799mm
DB1/FnC=0.88814mm
DB2/FnC=0.91506mm
DB3/FnC=1.11878mm
DC/FnC=1.07977mm
となる。
【0046】
A群における第1中間像の半画角:0度のベストデフォーカス位置の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSA、B群のサブレンズ群B1、B2およびB3における第2中間像の半画角:0度のベストデフォーカス位置の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSB1, RMSB2, RMSB3、物体像のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSCの値は、それぞれ以下のようになる。
【0047】
RMSA=0.01169mm
RMSB1=0.01619mm
RMSB2=0.01855mm
RMSB3=0.03002mm
RMSC=0.01110mm。
【0048】
これから、条件(3)~(5)のパラメータの値は、
0.01>RMSC/DC(=0.002497)>0.001
RMSA/(DA/FnC)=0.01335
RMSB1/(DB1/FnC)=0.01823
RMSB2/(DB2/FnC)=0.02027
RMSB3/(DB3/FnC)=0.02683
RMSC/(DC/FnC)=0.01028
となり、条件(3)ないし(5)が満足されている。
【0049】
図22に、実施例3の結像レンズ系の半画角と「物体像の像高」との関係を示す。
図23に、縦収差図(球面収差(左)、非点収差(中央)、歪曲収差(右))、
図24に横収差図を、それぞれ
図7、
図8に倣って示す。
これら収差図から、実施例3の結像レンズ系は良好な性能を有していることが分かる。
【0050】
「実施例4」
硬性内視鏡用の結像レンズ系の実施例4のデータを、
図25以下に示す。実施例4では、B群が4つのサブレンズ群B1、B2、B3およびB4で構成されている。
A群のデータを
図2に倣って
図25に示す。B群のデータを
図3に倣って
図26,
図27に示す。
図26の上の図表(i=1)はサブレンズ群B1のデータ、下の図表(i=2)はサブレンズ群B2のデータ、同様に
図27の図表(i-3)および(i=4)はサブレンズ群B3およびB4のデータを示している。
C群のデータを
図2に倣って」
図28に示す。
実施例4におけるA群は、実施例1ないし3におけるA群と同一であり、実施例4におけるB群のサブレンズ群B1、B3は実施例2におけるサブレンズ群B1と同一であり、サブレンズ群B2、B4は、実施例2におけるサブレンズ群B2と同一である。
即ち、実施例4におけるB群は、実施例2におけるB群を構成する2種のサブレンズ群B1、B2を交互に配列して4群としたものである。サブレンズ群B1とB2の間隔およびB3とB4の間隔は0.2mm、サブレンズ群B2とB3の間隔は0.1mmである。
また、C群は、実施例1ないし実施例3におけるC群と同一である。
【0051】
撮像すべき観察物体は、A群の最も物体側のレンズ面から光軸上に略51.5mm離れた位置にあり、A群による第1中間像は、物体側から第3番目のレンズL3と4番目のレンズL4の間のレンズL4に近い位置に結像する。
サブレンズ群B4の最も像側の面と、C群の最も物体側の面との距離は0.1mmである。
【0052】
第2中間像はサブレンズ群B1内のレンズR3内、およびサブレンズ群B2のレンズR5内、サブレンズ群B3のレンズR3内、およびサブレンズ群B4のレンズR5内に結像する。
C群により結像される物体像IMの結像位置は、C群のレンズR6の像側面から0.9mmの位置であり、硬性内視鏡を構成する場合、イメージセンサの受光面は、上記物体像の像面に合致させられる。
【0053】
図29(a)に第1中間像のスポットダイアグラムを、
図30(b―1)、(b―2)、(b-3)、(b-4)にそれぞれ、第2中間像のスポットダイアグラムを、
図31(c)に物体像のスポットダイアグラムを示す。
【0054】
条件(1)ないし(5)に関連する量について説明すると、A群の角倍率:β1、B群の角倍率:β2の値は、
β1=-0.078
β2=-0.956
である。β2の値は、サブレンズ群B1~B4について等しい。
【0055】
F値:FnCは
FnC=4.15
である。
【0056】
各群中のレンズの最大有効:Dは、A群につき3.61mm、B群のサブレンズ群B1につき3.66mm,B群のサブレンズ群B2につき3.77mm,B群のサブレンズ群B3につき4.61mm,B群のサブレンズ群B4につき4.44mm、C群につき4.33mmであり、従って、
DA/FnC=0.868919mm
DB1/FnC=0.881163mm
DB2/FnC=0.907874mm
DB3/FnC=1.109993mm
DB4/FnC=1.069725mm
DC/FnC=1.043173mm
となる。
【0057】
A群における第1中間像の半画角:0度のベストデフォーカス位置の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSA、B群のサブレンズ群B1~B4における第2中間像の半画角:0度のベストデフォーカス位置の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSB1、RMSB2、RMSB3、RMSB4、物体像のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSCの値は、それぞれ以下のようになる。
【0058】
RMSA=0.01169mm
RMSB1=0.01619mm
RMSB2=0.01855mm
RMSB3=0.03002mm
RMSB4=0.01932mm
RMSC=0.01025mm。
【0059】
これから、条件(3)~(5)のパラメータの値は、
0.01>RMSC/DC(=0.002366)>0.001
RMSA/(DA/FnC)=0.01345
RMSB1/(DB1/FnC)=0.01838
RMSB2/(DB2/FnC)=0.02043
RMSB3/(DB3/FnC)=0.02705
RMSB4/(DB4/FnC)=0.01806
RMSC/(DC/FnC)=0.000982
となり、条件(3)ないし(5)が満足されている。
【0060】
図32に、実施例4の結像レンズ系の半画角と「物体像の像高」との関係を示す。
図33に、縦収差図(球面収差(左)、非点収差(中央)、歪曲収差(右))、
図34に横収差図を、それぞれ
図7、
図8に倣って示す。
これら収差図から、実施例3の結像レンズ系は良好な性能を有していることが分かる。
【0061】
「実施例5」
硬性内視鏡用の結像レンズ系の実施例5のデータを、
図35以下に示す。実施例5では、B群が5つのサブレンズ群B1、B2、B3、B4およびB5で構成されている。
A群のデータを
図2に倣って
図35に示す。B群のデータを
図3に倣って
図36,
図37、
図38に示す。
図36の上の図表(i=1)はサブレンズ群B1のデータ、下の図表(i=2)はサブレンズ群B2のデータ、同様に
図37の図表(i-3)および(i=4)はサブレンズ群B3およびサブレンズ群B4のデータ、
図38における図表(i=5)はサブレンズ群B5のデータを示している。
C群のデータを
図2に倣って
図39に示す。
実施例5におけるA群は、実施例1ないし4におけるA群と同一であり、実施例5におけるB群のサブレンズ群B1、B3、B5は実施例2におけるサブレンズ群B1と同一であり、サブレンズ群B2、B4は、実施例2におけるサブレンズ群B2と同一である。
即ち、実施例5におけるB群は、実施例2においてB群を構成する2種のサブレンズ群B1、B2を交互に配列して5群としたものである。サブレンズ群B1とB2の間隔およびB3とB4の間隔は0.2mm、サブレンズ群B2とB3の間隔およびサブレンズ群B4とB5の距離は0.1mmである。
また、C群は、実施例1ないし実施例4におけるC群と同一である。
【0062】
撮像すべき観察物体は、A群の最も物体側のレンズ面から光軸上に略51.5mm離れた位置にあり、A群による第1中間像は、物体側から第3番目のレンズL3と4番目のレンズL4の間のレンズL4に近い位置に結像する。
サブレンズ群B4の最も像側の面と、C群の最も物体側の面との距離は0.1mmである。
第2中間像はサブレンズ群B1内のレンズR3内、およびサブレンズ群B2のレンズR5内、サブレンズ群B3のレンズR3内、およびサブレンズ群B4のレンズR5内、サブレンズ群B5のレンズR3内に結像する。
C群により結像される物体像IMの結像位置は、C群のレンズR6の像側面から0.9mmの位置であり、硬性内視鏡を構成する場合、イメージセンサの受光面は、上記物体像の像面に合致させられる。
【0063】
図40(a)に第1中間像のスポットダイアグラムを、
図40(b―1)、(b―2)および
図41(b3)ないし(b-5)にそれぞれ、第2中間像のスポットダイアグラムを、
図42(c)に物体像のスポットダイアグラムを示す。
【0064】
条件(1)ないし(5)に関連する量について説明すると、A群の角倍率:β1、B群の角倍率:β2の値は、
β1=-0.078
β2=-0.956
である。 β2の値は、サブレンズ群B1~B5について等しい。
【0065】
F値:FnCは
FnC=4.12
である。
【0066】
各群中のレンズの最大有効:Dは、A群につき3.61mm、B群のサブレンズ群B1につき3.66mm,B群のサブレンズ群B2につき3.77mm,B群のサブレンズ群B3につき4.61mm,B群のサブレンズ群B4につき4.44mm,B群のサブレンズ群B5につき5.63mm、C群につき5.42mmであり、従って、
DA/FnC=0.8770092mm
DB1/FnC=0.8893676mm
DB2/FnC=0.9163274mm
DB3/FnC=1.1203277mm
DB4/FnC=1.0796846mm
DB5/FnC=1.3699711mm
DC/FnC=1.318232mm
となる。
【0067】
A群における第1中間像の半画角:0度のベストデフォーカス位置の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSA、B群のサブレンズ群B1~B4における第2中間像の半画角:0度のベストデフォーカス位置の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSB1、RMSB2、RMSB3、RMSB4、RMSB5、物体像のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSCの値は、それぞれ以下のようになる。
【0068】
RMSA=0.01169mm
RMSB1=0.01619mm
RMSB2=0.01855mm
RMSB3=0.03002mm
RMSB4=0.01932mm
RMSB5=0.05400mm
RMSC=0.01175mm。
【0069】
これから、条件(3)~(5)のパラメータの値は、
0.01>RMSC/DC(=0.002167)>0.001
RMSA/(DA/FnC)=0.01333
RMSB1/(DB1/FnC)=0.01821
RMSB2/(DB2/FnC)=0.02025
RMSB3/(DB3/FnC)=0.02580
RMSB4/(DB4/FnC)=0.01789
RMSB5/(DB5/FnC)=0.03942
RMSC/(DC/FnC)=0.00891
となり、条件(3)ないし(5)が満足されている。
【0070】
図43に、実施例5の結像レンズ系の半画角と「物体像の像高」との関係を示す。
図44に、縦収差図(球面収差(左)、非点収差(中央)、歪曲収差(右))、
図45に横収差図を、それぞれ
図7、
図8に倣って示す。
これら収差図から、実施例3の結像レンズ系は良好な性能を有していることが分かる。
【0071】
上の説明から明らかなように、実施例1ないし実施例5においては、A群およびC群が同一である。また、B群は1個もしくは2~5個のサブレンズ群からなり、2以上のサブレンズ群を用いる場合、2種のサブレンズ群が用いられ、そのうちの1種は実施例1に用いられる単一のサブレンズ群B1と同一で、他は実施例2において用いられるサブレンズ群B2と同一であり、これらが交互に配されてB群を構成する。
【0072】
また、条件式(4)のパラメータの値は、B群が複数のサブレンズ群で構成される場合、各サブレンズ群において同一の値である。
【0073】
「実施例6」
実施例6は、実施例1におけると同様、B群が1個のサブレンズ群で構成された例である。
画角は140度である。
実施例6の硬性内視鏡用の結像レンズ系の物体側のA群のデータを
図2に倣って
図46に示す。
図46から明らかなように、実施例6のA群は11枚のレンズL1~L11により構成されている。撮像すべき観察物体は、A群の最も物体側のレンズ面から光軸上に略51.5mm離れた位置にあり、A群による第1中間像は、物体側から第3番目のレンズL3と4番目のレンズL4の間のレンズL4に近い位置に結像する。
実施例6のB群のデータを、
図2に倣って
図47に示す。B群は、物体側(A群)から順に、7枚のレンズR1~R7で構成されており、A群の最も像側のレンズ面とB群の最も物体側のレンズ面との距離は0.1mmである。
B群のレンズ構成は、実施例1におけるB群のレンズ構成と同一である。
第2中間像はB群内のレンズR3内に結像する。
【0074】
実施例6のC群のデータを、
図3に倣って
図48に示す。C群は、物体側(B群)から順に、6枚のレンズR1~R6で構成されており、最も像側の2枚のレンズR5、R6は接合されている。B群の最も像側のレンズ面とC群の最も物体側のレンズ面との距離は0.2mmである。実施例6のC群は、実施例1におけるC群と同一のレンズ構成である。 C群により結像される物体像IMの結像位置は、C群のレンズR6の像側面から0.9mmの位置であり、硬性内視鏡を構成する場合、イメージセンサの受光面は、上記物体像の像面に合致させられる。
【0075】
図49(a)、(b)、(c)にそれぞれ、第1中間像、第2中間像および物体像のスポットダイアグラムを示す。
【0076】
条件(1)ないし(5)に関連する量について説明すると、A群の角倍率:β1、B群の角倍率:β2の値は、
β1=-0.069
β2=-0.956
である。
F値:FnCは
FnC=3.81
である。
【0077】
各群中のレンズの最大有効:Dは、A群につき3.88mm、B群につき3.95mm、C群につき4.41mmであり。従って、
DA/FnC=1.018659mm
DB1/FnC=1.036646mm
DC/FnC=1.156931mm
となる。
【0078】
前記A群における前記第1中間像の半画角:0度のベストデフォーカス位置の半画角50°のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSA、B群における前記第2中間像の半画角:0度のベストデフォーカス位置の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSB、物体像の半画角:50度のスポットダイアグラムの2乗平均平方根:RMSCの値は、それぞれ以下のようになる。
【0079】
RMSA=0.01112mm
RMSB=0.01462mm
RMSC=0.01176mm 。
【0080】
これから、条件(3)~(5)のパラメータの値は、
0.01>RMSC/DC(=0.0026)>0.001
RMSA/(DA/FnC)=0.01180
RMSB/(DB1/FnC)=0.01524
RMSC/(DC/FnC)=0.01099
となり、これから条件(3)ないし(5)が満足されていることが分かる。
【0081】
図50に、実施例6の結像レンズ系の半画角と「物体像の像高」との関係を示す。
図51に、縦収差図、
図52に横収差図を示す。実施例1~5におけると同様、縦収差のスケールは10μm、球面収差及び非点収差のスケールは100μm、歪曲収差のスケールは100%である。
これら収差図から、実施例6の結像レンズ系は良好な性能を有していることが分かる。
【0082】
図53に硬性内視鏡の実施の1形態を説明図としてしめす。結像レンズ系LSの像側にエリアセンサASを配置し、制御部CNによりエリアセンサASとデイスプレイDPを制御する。
結像レンズ系としては請求項1ないし7の何れかに記載のもの、具体的には実施例1~6の何れかを用いることができる。エリアセンサASは結像レンズ系LSの像側に、受光面を像面に合致させて設置して物体像を読み取る。読取りは制御部CNにより制御され、読み取られた画像信号は、制御部CNを介してデイスプレイDPに表示される。制御部CNとデイスプレイDPはコンピュータとして一体化できる。
【0083】
照明手段は図示されていないが、例えば、グラスファイバーを結像レンズ系の鏡筒内に設置し、その一端の側から照明光を導光させて照明を行えばよい。図示されない光源は制御部CNで点滅を制御する。
【0084】
以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0085】
A 結像レンズ系のA群
B 結像レンズ系のB群
C 結像レンズ系のC群
IM 物体像
【先行技術文献】
【特許文献】
【0086】