JPH0585884B2 - - Google Patents
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- JPH0585884B2 JPH0585884B2 JP58188462A JP18846283A JPH0585884B2 JP H0585884 B2 JPH0585884 B2 JP H0585884B2 JP 58188462 A JP58188462 A JP 58188462A JP 18846283 A JP18846283 A JP 18846283A JP H0585884 B2 JPH0585884 B2 JP H0585884B2
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- Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
技術分野
本発明は、内視鏡、硬性鏡に用いる対物レンズ
で、特に歪曲収差を良好に補正した対物レンズに
関するものである。
従来技術
従来、内視鏡用対物レンズで、第1図に示すよ
うなレトロフオーカスタイプのもの(例えば特開
昭49−121547号公報参照)が知られている。この
レトロフオーカスタイプの対物レンズは、絞りS
をはさんで物体側に凹のレンズ群を、また像側
に凸のレンズ群を配置したものである。この対
物レンズは、絞りSより前に配置した凹のレンズ
群で主光線Pを強くまげて広角化を可能にし、
更に絞りSより後方の凸のレンズ群により像面
に入射する主光線Pが光軸に平行になるようにし
てイメージガイドGに光束が垂直に入射するよう
にしている。このようにイメージガイドGに垂直
に光束に入射せしめることによつてイメージガイ
ドG内での光の損失を少なくすることが出来る。
またこの対物レンズを硬性鏡に使用する場合も、
第2図に示すようにリレー系Rでの光の損失を少
なくするために主光線Pが像面に対して垂直であ
る必要がある。
このように、従来のレトロフオーカスタイプの
内視鏡対物レンズは、広角化と、像面に入射する
主光線がこれに垂直であると云う、内視鏡対物レ
ンズにとつて要求される二つの要件を満足するも
のである。しかし負の歪曲収差が大であると云う
欠点がある。例えば第1図に示す内視鏡対物レン
ズでは、半画角ω=37°のところでの歪曲収差は、
−21%である。このほか、他の従来のレトロフオ
ーカスタイプの内視鏡対物レンズの画角と歪曲収
差の関係は次の通りであつて、同様に負の歪曲収
差が大である。
半画角(ω) 30° 40° 50° 60°
歪曲収差 −13.5% −23% −36% −50%
目 的
本発明は、以上のような事情に鑑みなされたも
のであつて、絞りより物体側の前群を物体側より
順に凸レンズと少なくとも一つの凸面を物体側に
向けた負のメニスカスレンズとを少なくとも含ん
だ構成にすることによつて負の歪曲収差を減少せ
しめた内視鏡用対物レンズを提供することを目的
とするものである。
概 要
本発明の内視鏡対物レンズは、第3図に示すよ
うに絞りより前に配置した前群を物体側から順
に、物体側に凸の正レンズと物体側に凸の負メニ
スカスレンズと負レンズとを含むように構成し、
又絞りより後の後群には像側に凸の屈折面と物体
側に凸の正・負の接合正レンズと、像側に凸の接
合メニスカスレンズとを配置した。そして、後群
の前側焦点が絞りの近傍に位置するようにして、
主光線が像面に対してほぼ垂直に入射するように
したものである。
一般に一つのレンズ系の一面において発生する
歪曲収差は、およそ主光線の光線高の3乗に比例
する。したがつてレンズ系中で主光線の光線高が
高い絞りから離れたレンズにおいて歪曲収差を補
正すれば内視鏡レンズ系全体の負の歪曲収差を減
少させることができる。そのためには、最も物体
側のレンズを凸レンズにするか或いは最も像側の
レンズを凹レンズにすればよい。そのうち後者の
方法では主光線が像面に対し垂直ではなくなるの
で、内視鏡用としては好ましくない。
そのために本発明では、前述のように最も物体
側のレンズを凸レンズとした。
また画角を大にするためには、絞りより前方の
前群に凹レンズを配置して主光線を拡げる必要が
あるが、その場合凹レンズで発生する負の歪曲収
差を補正するには主光線を徐々に屈折して行けば
よい。そのためには、凹レンズの形状を物体側に
凸面を向けた凹のメニスカスレンズにすればよ
い。さらに歪曲収差を良好に補正するためにはこ
の凹のメニスカスレンズを二つ以上にすればよ
い。
尚最も物体側のレンズの形状としては、凸面を
物体側に向けたメニスカス凸レンズ、凸平レンズ
あるいは物体側の面の曲率が強い両凸レンズであ
ることが望ましい。像側の面の曲率が強い両凸レ
ンズを用いた場合は、非点収差およびコマ収差の
発生が著しいので好ましくない。
内視鏡の対物レンズは、前述のように主光線を
像面に垂直に入射させる関係から絞りより後の後
群は、全体として強い凸の作用をもたざるを得
ず、強い歪曲収差が発生する。これをほとんど絞
り前の前群のみにて補正しなければならない。
一般のカメラレンズの場合は、主光線は像面に
対して垂直でなくともよいので、絞りより後方の
レンズで発生する歪曲収差を小さくすることは可
能である。
以上の理由から内視鏡対物レンズの場合は、同
一画角の一般のカメラレンズに比べ、前群での負
の歪曲収差の補正量を著しく大きくしなければ十
分に補正することが出来ない。
本発明の内視鏡対物レンズは、既に述べたよう
なレンズ構成(特に前群のレンズ構成)にするこ
とによつて前群における負の歪曲収差の補正作用
を強くして歪曲収差が良好になるようにしたもの
であるが更にその補正作用を強めるためには次の
ようにすることが望ましい。即ち前群の凸レンズ
における主光線の光線高を高くして5次の正の歪
曲収差を強く発生させるようにすることが好まし
い。このように凸レンズにおける主光線の光線高
を高くしてしかも同一の画角を保つためには凸レ
ンズのパワー1/fT(fTは凸レンズの焦点距離)は
絞りより前に配置された前群の凹レンズのパワー
に比べてある程度以下でなければならず次の式を
満足する必要がある。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an objective lens for use in endoscopes and rigid endoscopes, and particularly to an objective lens that satisfactorily corrects distortion aberration. BACKGROUND ART Conventionally, a retrofocus type objective lens as shown in FIG. 1 has been known as an objective lens for an endoscope (for example, see Japanese Patent Laid-Open No. 121547/1983). This retrofocus type objective lens has an aperture of S
A concave lens group is placed on the object side, and a convex lens group is placed on the image side. This objective lens uses a concave lens group placed in front of the aperture S to strongly bend the principal ray P, making it possible to widen the angle of view.
Further, a convex lens group behind the diaphragm S makes the principal ray P incident on the image plane parallel to the optical axis, so that the light beam enters the image guide G perpendicularly. By making the light beam enter the image guide G perpendicularly in this manner, the loss of light within the image guide G can be reduced.
Also, when using this objective lens with a rigid scope,
As shown in FIG. 2, in order to reduce the loss of light in the relay system R, the principal ray P needs to be perpendicular to the image plane. In this way, conventional retrofocus type endoscopic objective lenses meet the two requirements of endoscopic objective lenses: wide angle and the principal ray incident on the image plane being perpendicular to it. It satisfies two requirements. However, it has the disadvantage of large negative distortion. For example, in the endoscope objective lens shown in Fig. 1, the distortion at a half angle of view ω = 37° is:
-21%. In addition, the relationship between the angle of view and distortion of other conventional retrofocus type endoscope objective lenses is as follows, and the negative distortion is similarly large. Half angle of view (ω) 30° 40° 50° 60° Distortion -13.5% -23% -36% -50% Purpose The present invention was made in view of the above circumstances, and it An endoscope in which negative distortion is reduced by configuring the front group on the object side to include at least a convex lens in order from the object side and a negative meniscus lens with at least one convex surface facing the object side. Its purpose is to provide an objective lens. Overview As shown in Fig. 3, the endoscope objective lens of the present invention has a front group arranged in front of the aperture diaphragm, which has, in order from the object side, a positive lens convex to the object side and a negative meniscus lens convex to the object side. a negative lens;
In the rear group behind the diaphragm, a refractive surface convex to the image side, a positive/negative cemented positive lens convex to the object side, and a cemented meniscus lens convex to the image side are arranged. Then, the front focus of the rear group is located near the aperture,
The principal ray is made to be incident almost perpendicularly to the image plane. In general, distortion generated on one surface of a lens system is approximately proportional to the cube of the ray height of the principal ray. Therefore, if the distortion is corrected in a lens far from the aperture where the principal ray height is high in the lens system, the negative distortion of the entire endoscope lens system can be reduced. For this purpose, the lens closest to the object side may be a convex lens, or the lens closest to the image side may be a concave lens. In the latter method, the chief ray is no longer perpendicular to the image plane, so it is not suitable for use in endoscopes. For this reason, in the present invention, as described above, the lens closest to the object side is a convex lens. In addition, in order to increase the angle of view, it is necessary to place a concave lens in the front group in front of the aperture to expand the principal ray, but in this case, in order to correct the negative distortion that occurs with the concave lens, It should be refracted gradually. To achieve this, the concave lens should be shaped like a concave meniscus lens with a convex surface facing the object side. Furthermore, in order to better correct distortion aberration, it is sufficient to use two or more concave meniscus lenses. The shape of the lens closest to the object side is preferably a meniscus convex lens with its convex surface facing the object side, a convex plano lens, or a biconvex lens with a strong curvature of the object side surface. When a biconvex lens with a strong curvature on the image side surface is used, it is not preferable because astigmatism and coma aberration occur significantly. As mentioned above, in the objective lens of an endoscope, the principal ray is incident perpendicularly to the image plane, so the rear group behind the diaphragm must have a strong convex effect as a whole, resulting in strong distortion. Occur. This must be corrected almost exclusively in the front group before the aperture. In the case of a general camera lens, the chief ray does not need to be perpendicular to the image plane, so it is possible to reduce distortion generated in the lens behind the aperture. For the above reasons, in the case of an endoscope objective lens, compared to a general camera lens having the same angle of view, negative distortion cannot be sufficiently corrected unless the correction amount of negative distortion in the front group is significantly larger. The endoscope objective lens of the present invention has a lens configuration as already described (especially the lens configuration of the front group), so that the negative distortion aberration correction effect in the front group is strengthened, and the distortion is improved. However, in order to further strengthen the correction effect, it is desirable to do the following. That is, it is preferable to increase the ray height of the principal ray in the convex lens of the front group to strongly generate fifth-order positive distortion. In this way, in order to increase the ray height of the principal ray in a convex lens and maintain the same angle of view, the power of the convex lens, 1/f T (f T is the focal length of the convex lens), is increased by the front lens group placed in front of the aperture. The power of the concave lens must be less than a certain degree, and the following formula must be satisfied.
【式】とするとき
K≦4/ω
尚上記式においてfiは、前群の凹レンズ(接合
した凹レンズも全体として一つの凹レンズと考え
その総数をNとする)のみを物体側より順に数え
てi番目のレンズの焦点距離、ωは対物レンズの
半画角である。
上記の式でωが増大するにつれて右辺が小にな
り値Kの上限値が減少するのは、歪曲収差は画角
が大きい程強くなるからである。
一般のカメラレンズの例として特公昭57−
54764号に記載されたレンズ系では、ω=46°でK
=0.129,4/ω=0.0869であつてK>4/ωとなり、
上記式のK≦4/ωを満足していない。
尚、本願発明では全系がテレセントリツクにな
つているため、絞りの後の後群のパワーがカメラ
レンズ等に比較して非常に強くなつており、この
部分でも大きな収差が発生する。このため、後群
を像側に向いた凸面、物体側に凸の接合正レン
ズ、像側に凸の接合メニスカスレンズで構成する
ことにより、比較的少ないレンズ枚数で諸収差を
良好に補正するようにしている。
実施例
以上詳細に説明した本発明の内視鏡対物レンズ
の各実施例を次に示す。
実施例 1[Formula] When K≦4/ω In the above formula, f i is calculated by counting only the concave lenses in the front group (the cemented concave lenses are considered as one concave lens as a whole and the total number is N) in order from the object side. The focal length of the i-th lens, ω, is the half angle of view of the objective lens. The reason why in the above equation, as ω increases, the right side becomes smaller and the upper limit value of the value K decreases is because the distortion becomes stronger as the angle of view becomes larger. As an example of a general camera lens,
In the lens system described in No. 54764, K at ω = 46°
= 0.129, 4/ω = 0.0869, and K>4/ω, which does not satisfy K≦4/ω in the above equation. In the present invention, since the entire system is telecentric, the power of the rear group after the diaphragm is much stronger than that of a camera lens, and large aberrations also occur in this part. Therefore, by configuring the rear group with a convex surface facing the image side, a cemented positive lens convex toward the object side, and a cemented meniscus lens convex toward the image side, various aberrations can be effectively corrected with a relatively small number of lenses. I have to. Examples Examples of the endoscope objective lens of the present invention described in detail above are shown below. Example 1
【表】
ω
実施例 2[Table] ω
Example 2
【表】【table】
【表】
ω
但し、r1,r2,……は各レンズ面の曲率半径、
d1,d2,……は各レンズの肉厚及び空気間隔、
n1,n2,……は各レンズの屈折率,υ1,υ2,……
は各レンズのアツベ数、fは全系の焦点距離であ
る。
以上の実施例中、実施例1は第3図に、又実施
例2は第4図に示すようなレンズ構成で、いずれ
も絞りより前に配置された前群中には両凸レンズ
と2つの負メニスカスレンズを含むものである。
尚、本発明を硬性鏡の対物レンズに適用する場
合には、対物レンズ中の絞りが設けられるべき位
置と共役なリレーレンズ系内部の位置に実際の絞
りが配置されることが多い。
発明の効果
以上説明した本発明の内視鏡対物レンズは、第
5及び第6図に示す各実施例の収差曲線図のよう
に諸収差得に歪曲収差が良好に補正されている。
このことは、第1図に示すレンズ構成で次のデー
タを有する従来例の収差(第7図参照)と比べれ
ば一層明らかである。
従来例[Table] ω
However, r 1 , r 2 , ... are the curvature radius of each lens surface,
d 1 , d 2 , ... are the wall thickness and air spacing of each lens,
n 1 , n 2 , ... are the refractive indices of each lens, υ 1 , υ 2 , ...
is the Abbe number of each lens, and f is the focal length of the entire system. Among the above embodiments, Embodiment 1 has a lens configuration as shown in FIG. 3, and Embodiment 2 has a lens configuration as shown in FIG. It includes a negative meniscus lens. When the present invention is applied to the objective lens of a rigid scope, the actual diaphragm is often arranged at a position inside the relay lens system that is conjugate with the position where the diaphragm should be provided in the objective lens. Effects of the Invention In the endoscope objective lens of the present invention described above, various aberrations and distortion are well corrected as shown in the aberration curve diagrams of each embodiment shown in FIGS. 5 and 6.
This becomes even clearer when compared with the aberrations of the conventional example (see FIG. 7), which has the following data with the lens configuration shown in FIG. Conventional example
第1図は従来の内視鏡対物レンズの構成を示す
図、第2図は従来の硬性鏡対物レンズの構成を示
す図、第3図及び第4図は本発明の実施例のレン
ズ構成を示す図、第5図及び第6図は各実施例の
収差曲線図、第7図は従来の内視鏡対物レンズの
収差曲線図である。
Fig. 1 shows the structure of a conventional endoscope objective lens, Fig. 2 shows the structure of a conventional rigid endoscope objective lens, and Figs. 3 and 4 show the lens structure of an embodiment of the present invention. 5 and 6 are aberration curve diagrams of each example, and FIG. 7 is an aberration curve diagram of a conventional endoscope objective lens.
Claims (1)
ンズと、物体側に凸面を向けた負メニカスレンズ
と、負レンズとを含み全体として負の屈折力を持
つ前群と、 明るさ絞りと、 該明るさ絞りの後に配置された像側に凸の屈折
面と、正レンズと負レンズとを接合した物体側に
凸面を持つ正の接合メニスカスレンズと、負レン
ズと正レンズとを接合した像側に凸面を持つ接合
メニスカスレンズとから成り、全体として正の屈
折力を持つ後群とを備え、 前記絞りが前記後群の前側焦点位置に配置さ
れ、 以下の条件を満足する広角で歪曲収差の少ない
内視鏡対物レンズ。 K≦4/ω K=(1/fT)/N 〓i=1 |1/fi| 但し、fTは前記前群の正レンズの焦点距離,fi
は前記前群の負レンズを物体側から数えた場合の
第i番目のレンズの焦点距離、ωは対物レンズの
半画角である。[Claims] 1. A front group that includes, in order from the object side, a positive lens with a convex surface facing the object side, a negative menicus lens with a convex surface facing the object side, and a negative lens and has negative refractive power as a whole. , an aperture diaphragm, a refractive surface convex to the image side disposed after the aperture diaphragm, a positive cemented meniscus lens with a convex surface on the object side which is made by cementing a positive lens and a negative lens, and a negative lens and a positive lens. a cemented meniscus lens having a convex surface on the image side, and a rear group having a positive refractive power as a whole, the aperture is disposed at the front focal position of the rear group, and the following conditions are met. An endoscope objective lens with a satisfying wide angle and low distortion. K≦4/ω K=(1/f T )/ N 〓 i=1 | 1/f i | However, f T is the focal length of the positive lens in the front group, f i
is the focal length of the i-th lens when counting the negative lens of the front group from the object side, and ω is the half angle of view of the objective lens.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58188462A JPS6080816A (en) | 1983-10-11 | 1983-10-11 | Objective lens of endoscope with less distortion aberration |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58188462A JPS6080816A (en) | 1983-10-11 | 1983-10-11 | Objective lens of endoscope with less distortion aberration |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6080816A JPS6080816A (en) | 1985-05-08 |
| JPH0585884B2 true JPH0585884B2 (en) | 1993-12-09 |
Family
ID=16224127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58188462A Granted JPS6080816A (en) | 1983-10-11 | 1983-10-11 | Objective lens of endoscope with less distortion aberration |
Country Status (1)
| Country | Link |
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-
1983
- 1983-10-11 JP JP58188462A patent/JPS6080816A/en active Granted
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