(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズを有する内視鏡接眼光学系において、
複数のレンズとこれら複数のレンズの間隔を設定する間隔環は同一外径を有していて筒状の鏡筒部材内に順次嵌合されて位置決めされており、
複数のレンズのうちの最も物体側のレンズは、物体側に凹面を向けた正のメニスカス単レンズからなり、
その最も眼側のレンズのさらに眼側には固定絞りを有し、
さらに、次の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする内視鏡接眼光学系。
（１）０．７＜｜ＲK ｜・ＦNO／ｆ
（２）１．３８８≦｜ｒ’｜／ｄ＜２．３
但し、
ＲK ：レンズの第ｋ面の曲率半径、
ＦNO：全系のＦナンバー、
ｆ：全系の焦点距離、
ｒ’：最も物体側の正のメニスカス単レンズの眼側の面の曲率半径、
ｄ：最も物体側の正のメニスカス単レンズのレンズ厚。
【請求項２】
請求項１記載の内視鏡接眼光学系において、複数のレンズ群は、正の第１群と、負の第２群と、正の第３群とからなり、前記第２群は、両凸の正レンズと、両凹の負レンズとの接合レンズからなる内視鏡接眼光学系。
【請求項３】
請求項２記載の内視鏡接眼光学系において、第３群の最も物体側の面は、凹面からなっている内視鏡接眼光学系。
【請求項４】
請求項２記載の内視鏡接眼光学系において、第２群の両凸の正レンズと両凹の正レンズは、すべての面の曲率半径の絶対値が等しい内視鏡接眼光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、イメージガイドにより伝達された対物レンズの像を拡大する内視鏡接眼光学系に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
接眼光学系は、対物レンズの像を拡大する光学系であり、内視鏡のみならず、双眼鏡や顕微鏡、望遠鏡などにも利用されているが、内視鏡接眼光学系は、他の接眼光学系と比べて、以下の点が異なる。
図１２は双眼鏡の光学系、図１０は内視鏡の光学系をそれぞれ示す。双眼鏡の接眼光学系２は、対物レンズ１からプリズム３を通過してできた空中像Ｇを拡大する光学系である。これに対し、内視鏡の接眼光学系１２はイメージガイド１４により伝送された対物レンズ１１によりイメージガイド端面に形成される像を拡大する光学系である。
【０００３】
内視鏡に用いられるイメージガイドは、光学繊維であるファイバーを数万本束ねたファイバー束であって、イメージガイド端面上の物点は１本のファイバー円断面に相当し、接眼レンズはその物点を拡大するルーペのようなものである。１本のファイバー円断面は一種の発光面とみなせるので、その面からの射出光束は発散光束である。
【０００４】
イメージガイドの構成要素である１本のファイバーは、Ｎ．Ａ．（開口数）と呼ばれる指標を持っている。この指標によって、ファイバー１本あたりの射出光束角が決定される。前述のように、イメージガイドはファイバー束であるから、イメージガイドの射出光束１５は、図１１に模式的に示すように、１本のファイバーのＮ．Ａ．でほぼ決まってしまう。一方、接眼光学系１２もＮ．Ａ．を持っており、この指標により受光束角が決まる。本明細書中においては、接眼光学系のＮ．Ａ．に相当する光束を眼視用光１６と呼ぶことにする。光学的な性能の維持とレンズ外径などの制限から接眼光学系のＮ．Ａ．は、ファイバーのそれよりも小さい値になるのが一般的である。つまり、ファイバーの射出光束の全てが、眼視用光として利用されるわけではない。このように、接眼光学系におけるイメージガイドの射出光束は、眼視用光１６とそれ以外の非眼視用光１７に区別される。
【０００５】
イメージガイドからは発散光が射出されるため、イメージガイドに近いレンズほどその必要径が小さく、遠いレンズほど大きくなる。内視鏡接眼光学系で生じるゴースト・フレアーの発生要因は、イメージガイドの射出光束の一部である非眼視用光が、外径の小さなレンズのコバ面やその固定部材である間隔環等に直接あたって反射光となるからである。また、医用の場合、内視鏡が体内の患部の発見、診断などに使われる際には、照明が不十分で必要な明るさが得られない場合があり、また、もともと対象物のコントラストも高くないことから、わずかなフレアー・ゴーストが診断の妨げになる。同じ観測光学系でも双眼鏡などの場合と比較すると、フレアー・ゴーストが像に与える悪影響度は大きい。
【０００６】
医用機器用の内視鏡は、本体チューブを体内の消化管、大腸、気管支など曲がりくねった管内中に通す機構を必要とする。そのため、接眼光学系を含む操作部には、チューブ先端を湾曲操作するためのメカ部品やそれらを組み合わせた動作装置等が配置されている。また、光量測定用の受光素子が内蔵されている場合、電気部品や配線構造、それらを絶縁する部品、視度調整に伴うレンズ移動を正確に行わせるためのメカ部品等も同時に内蔵されており、操作部内部は非常に構造が複雑である。よって、接眼光学系を納めた鏡枠はできるだけ単純な構造であることが望ましい。また、鏡枠の外部の多数のメカ部品や電気部品が鏡枠に外力を加えるのに加えて、視度調整は鏡枠をメカ的に移動させて行なうため、鏡枠自体の強度を高める必要もある。
【０００７】
最近の内視鏡による診療・検査・治療は、その様子を多くの人が同時に見られるように、ＣＣＤ−ＴＶ用等の撮影アダプターレンズを取り付けて行われる場合が多くなってきている。よって、それらのアダプターレンズを取り付けたときの光学性能を良好にしなくてはならない。取り付けられるアダプターレンズの焦点距離は２０ｍｍから１００ｍｍ程度と範囲が広く、接眼レンズ単体も高倍率であるため、レンズと間隔環、鏡枠の加工、組立において偏心感度の小さい光学設計、枠構造にすることも要求される。
【０００８】
医用機用の内視鏡を用いる臨床検査においては、写真用の撮影アダプターレンズを取り付けて写真撮影を行い記録することが必須である。そのため、内視鏡の接眼光学系には光量測定用の受光素子が内蔵されたものがある。前にも述べたように、内視鏡操作部の内部は複雑な構造となっているため、受光素子は単純構造をした接眼鏡枠内に配置することが好ましい。
受光素子による受光の方法として非眼視用光の利用があり、例えば、受光素子を固定絞りに設けることで、非眼視用光を利用することができる。しかし、従来の内視鏡の接眼光学系においては、外径の小さいレンズや間隔環等の固定部材があり、それらのコバ面や内径面に非眼視用光が直接あたって反射が起きてしまう。この場合、絞り面の有効径の外側（受光面）の部分に届く光の光量ロスが起こって測光値が不正確なるばかりか、反射光はゴースト・フレアーとなって解像力低下の原因にもなる。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、内視鏡接眼光学系における以上の問題点に鑑みなされたもので、構造上、ゴーストやフレアーの発生を抑制することができ、偏心が生じにくく、製造が容易な内視鏡接眼光学系を得ることを目的とする。
【００１０】
【発明の概要】
本発明の内視鏡接眼光学系は、複数のレンズと、これらのレンズの間隔を規定する間隔環の外径をすべて同一にし、これらを円筒状の鏡枠内に落し込む構造とすれば、鏡枠の強度、加工コストに有利なばかりでなく、ゴーストやフレアーの原因を少なくすることができ、しかもレンズの芯ズレ等が生じにくいという着眼に基づいて完成されたものである。
【００１１】
また本発明は、複数の構成レンズの外径を同一にするに際し、各レンズが満たすべき好ましい条件を見出した。
【００１２】
本発明は、複数のレンズを有する内視鏡接眼光学系において、複数のレンズとこれら複数のレンズの間隔を設定する間隔環は同一外径を有していて筒状の鏡筒部材内に順次嵌合されて位置決めされており、複数のレンズのうちの最も物体側のレンズは、物体側に凹面を向けた正のメニスカス単レンズからなり、その最も眼側のレンズのさらに眼側には固定絞りを有し、さらに、次の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴としている。
（１）０．７＜｜ＲK ｜・ＦNO／ｆ
（２）１．３８８≦｜ｒ’｜／ｄ＜２．３
但し、
ＲK ：レンズの第ｋ面の曲率半径、
ＦNO：全系のＦナンバー、
ｆ：全系の焦点距離、
ｒ’：最も物体側の正のメニスカス単レンズの眼側の面の曲率半径、
ｄ：最も物体側の正のメニスカス単レンズのレンズ厚、
である。
【００１３】
複数のレンズ群は、より具体的には、例えば、正の第１群と、負の第２群と、正の第３群とから構成し、その負の第２群を、両凸の正レンズと両凹の負レンズとの接合レンズから構成すると、諸収差を良好に補正することができる。また特に球面収差の発生を防ぐために、第３群の最も物体側の面は、物体側に凹の凹面からなることが好ましい。
第２群の両凸の正レンズと両凹の正レンズは、すべての面の曲率半径の絶対値を等しくすると、製造、組立が容易である。
【００１４】
【発明の実施の態様】
図１は、本発明による内視鏡接眼光学系２０の光学（機械）構成の実施例を示す。イメージガイド１４の後方に配置された内視鏡接眼光学系２０は、正の第１群レンズ２１、負の第２群レンズ２２、及び正の第３群レンズ２３とからなり、第３群レンズ２３の後方に固定絞り２４が配置されている。第１群レンズ２１は、物体側に凹面を向けた正のメニスカス単レンズ２１ａと両凸の正レンズ２１ｂとからなり、第２群レンズ２２は、物体側から、両凸正レンズ２２ａと両凹負レンズ２２ｂの接合レンズからなっている。１８はイメージガイド１４のカバーガラス、２５は内視鏡接眼光学系２０のカバーガラスである。
【００１５】
この構成において特徴的なことは、内視鏡接眼光学系２０のすべてのレンズ群、及びこれらのレンズ群の間に挿入してその間隔を定める間隔環２６、２７、２８の外径がすべて同一であることである。外径が同一であると、同一内径の円筒状鏡筒部材（鏡枠）３０に対し、これら第１群レンズ２１ないし第３群レンズ２３及び間隔環２６ないし２８を落し込んで組み立てることができる。より具体的には、例えば円筒状鏡筒部材３０の一端部に内方フランジ３１を形成しておき、レンズと間隔環を挿入後、固定部材３２でレンズと絞りを保持すれば、組立が完了する。
【００１６】
間隔環２６〜２８の外径をレンズと同一とすると、内面反射の生じる可能性のある間隔環２６〜２８の内面の光軸Ｏからの距離が遠くなり、遠くなる程、ゴーストやフレアーの生じる可能性が小さくなる。同様に、構成レンズのコバ面の光軸からの距離も一般的に遠くなるので、コバ面での有害な内面反射が生じにくい。さらに、円筒状鏡筒部材３０への落し込み構造によれば、構成レンズの偏心も生じにくい。図示例では、固定絞り２４を円筒状鏡筒部材３０の外に位置させたが、内部に位置させることもでき、あるいは円筒状鏡筒部材３０の端部の内方フランジにより絞りを構成することも可能である。
【００１７】
本発明は、このようにすべての構成レンズを同一径とするとともに、イメージガイド１４に一番近いレンズを、物体側に凹面を向けた正のメニスカス単レンズから構成した点に次の特徴がある。内視鏡接眼光学系は、その使用状態に着目すると、広い範囲で視度調整が行われる。また、撮影用のアダプターレンズは基準視度（０Ｄｐｔｒ）で取り付けられるため、基準視度で球面収差をできるだけ小さくする必要がある。一方、イメージガイド１４端面は発散光束を有する物点の集まりであるから、球面収差を小さくするためには、該光束がレンズの面に小さい角度で入射することが必要である。また、接眼光学系は発散光束を平行光束にする光学系であるから、イメージガイド１４の直後に負レンズを配置する構成では、その後続のレンズ群の光線有効径が高くなり外径を大きくせざるを得ず、各レンズの外径を一定に揃えることが困難になる。さらに、イメージガイド１４に近いレンズほど必要径が小さく、遠いレンズほど大きくなる。レンズを同一径とするためには、イメージガイド１４に一番近いレンズの外径を大きくする必要がある。
【００１８】
そこで本発明は、イメージガイド１４に一番近いレンズを、正レンズとしてイメージガイド１４からの発散光束を収束させることにより後続のレンズ群の光線有効径を低くし、かつ物体側に凹面を向けたメニスカスレンズとすることにより、特に球面収差の発生を抑えたのである。
【００１９】
条件式（１）は、構成レンズの外径を同一径にするためのレンズの各面の曲率半径に関する条件式である。この条件式を満たすことにより、外径を一定に揃えたレンズ加工ができ、同レンズを間隔環と共に円筒鏡枠に落とし込むという単純な構造にすることができる。Ｆ値（ＦＮＯ）はレンズ外径φと反比例関係にあり、逆に焦点距離（ｆ）は外径φと比例関係にある。よって、φはｆ／ＦＮＯに比例する数である。全レンズの外径を一定値φに揃えるためには、レンズ各面の曲率半径Ｒとレンズ外径φの比Ｒ／φの絶対値が一定値以上の値をとることで、全てのレンズが同一径となることが保証される。
下限を越えて曲率半径が小さくなると、レンズコバ厚を得るためにレンズ外径を小さくせざるを得ず、該レンズの固定部材の形状も複雑になってしまう。また、非眼視用光の利用効率も低下する。
【００２０】
条件式（２）は、最も物体側のメニスカス単レンズの凸面の曲率半径とレンズ肉厚に関する条件式である。この条件を満足することにより、レンズコバ厚が確保されて加工しやすいメニスカス単レンズを得ることができる。また、ゴースト・フレアーの発生原因である異常光線を無くすことができる。条件式（１）により、メニスカス単レンズの両面の曲率半径の大きさは、半外径φ／２よりも大きい値をとることが保証されている。そのため、加工しやすいメニスカス単レンズの形状は眼側面の曲率半径の大きさとレンズ肉厚の比でほぼ決まる。
【００２１】
条件式（２）の下限を越えて、レンズ肉厚に対して曲率半径の大きさが小さくなると、メニスカス単レンズの第２面の正のパワーが強くなりすぎて、その面での球面収差によって発生する異常光路の光線により解像力低下が起こる。あるいは、曲率半径の大きさに対してレンズ肉厚が大きくなり過ぎると、第２面の有効径が大きくなり、必要以上の外径にせざるを得なくなる。
上限を越えて、レンズ肉厚に対して曲率半径の大きさが大きくなると、メニスカス単レンズの第２面の正のパワーが弱くなりすぎて、後続のレンズへ向かう光線の入射高さが高くなり、必要以上の外径にせざるを得なくなる。あるいは、曲率半径の大きさに対してレンズ肉厚が小さくなると、レンズ外径面と第２面の交わる位置がレンズ肉厚中心から物体側へ移動することとなり、十分なレンズコバ厚が得られない。
【００２２】
諸収差を補正した正、負、正の３群構成はよく知られている。しかし、各面のパワーのバランスのとりかたによっては、イメージガイド周辺からの非眼視用光の中でも、Ｎ．Ａ．が大きい瞳周辺の光線群は球面収差が大きくなる。そのような光線群は光進路が異常となり、その光線群が直接あるいは反射して眼に届き解像力を低下させる。図１３は、この異常光線と正常光線の進路の例を描いたものである。
本発明は、その一態様によれば、正、負、正の構成において、第２群の物体側の面を物体側に凸面とし、その面に正のパワーを持たせることで、第１群が負担する正のパワーを弱くした。その結果、第２群の凸面（第１面）に入射する光線の角度が小さくなり、その面での球面収差を小さくでき、異常光進路の光線群が少なくなる。よって、解像力低下を防止することができた。また、第２群を正レンズと負レンズの接合レンズ、特に分散が小さい正レンズと分散が大きい負レンズを組み合わせた接合レンズとすることにより、色収差を補正することができる。
【００２３】
正、負、正の３群構成において、負の第２群からの射出光は発散光である。それらの光線を正の第３群の第１面に小さい入射角で入射させることによって、球面収差を小さくすることができる。従って、第３群の第１面は物体側に凹の凹面であることが望ましい。さらに、球面収差を小さくしながら発散光を平行光にするために、第３群の最終面は、正のパワーを持つ眼側に凸の凸面から構成することが望ましい。
【００２４】
第２群を、共に対称性の両凸の正レンズと両凹の負レンズの接合レンズから構成すると、製造コストを下げることができる。レンズ形状に対称性があると、次の理由により該レンズの生産効率が上がる。
（１）面精度確認のためのニュートン原器が共通である。
（２）研磨皿の種類が少なくて済む。
（３）レンズの芯取り時の基準面がどちらの面でも同じである。
（４）貼り合わせ時のレンズの面合わせの確認が不要である。
【００２５】
上述の各条件を満足することにより、下記の効果が得られる。
（１）外形の揃った同一径のレンズの間隔環を、一つの円筒状鏡枠に落とし込むという単純構造を実現できる。また、この構造により偏心公差も少なくできる。
（２）レンズコバ面、間隔環内径面が光軸からはなれるので、非眼視野用光の反射が少なくなり、ゴースト・フレアーも減少する。また、測光手段において、受光素子の非眼視用光の利用効率が良くなった。
（３）各面において、光線有効径に対する曲率半径が十分に大きいため、公差に対しての感度が低い。
（４）レンズの間隔環等の部材形状が単純で低コストである。
【００２６】
次に具体的な実施例について本発明を説明する。以下の実施例１ないし８（図２ないし図９）において、実施例３を除くレンズ構成は、図１と同じであり、実施例３（図４）は、第１群レンズ２１が正のメニスカス単レンズ１枚だけからなっている。
実施例１ないし８のレンズデータを表１ないし表８に示す。表中、ＦＮＯ  はＦ  ナンバー、ｆ  は焦点距離、ωは射出光の包括角、Ｒ  はレンズ各面の曲率半径、Ｄ  はレンズ厚もしくはレンズ間隔、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはｄ線のアッベ数を示す。｜Ｒ｜・ＦＮＯ／ｆ  は条件式（１）の数値、  ｜ｒ’｜／ｄ  は条件式（２）の数値である。
【００２７】
［実施例１］
0003559361.tif 000002
【００２８】
［実施例２］
【表２】
0003559361.tif 000003
【００２９】
［実施例３］
【表３】
0003559361.tif 000004
【００３０】
［実施例４］
【表４】
0003559361.tif 000005
【００３１】
［実施例５］
【表５】
0003559361.tif 000006
【００３２】
［実施例６］
【表６】
0003559361.tif 000007
【００３３】
［実施例７］
【表７】
0003559361.tif 000008
【００３４】
［実施例８］
【表８】
0003559361.tif 000009
【００３５】
表１ないし８に示したように、各実施例は、条件式（１）及び（２）を満足している。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、構造上、ゴーストやフレアーの発生を抑制することができ、偏心が生じにくく、製造が容易な内視鏡接眼光学系を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内視鏡接眼光学系の機械的構成例を示す図である。
【図２】本発明による内視鏡接眼光学系の第１の実施例のレンズ構成図である。
【図３】本発明による内視鏡接眼光学系の第２の実施例のレンズ構成図である。
【図４】本発明による内視鏡接眼光学系の第３の実施例のレンズ構成図である。
【図５】本発明による内視鏡接眼光学系の第４の実施例のレンズ構成図である。
【図６】本発明による内視鏡接眼光学系の第５の実施例のレンズ構成図である。
【図７】本発明による内視鏡接眼光学系の第６の実施例のレンズ構成図である。
【図８】本発明による内視鏡接眼光学系の第７の実施例のレンズ構成図である。
【図９】本発明による内視鏡接眼光学系の第８の実施例のレンズ構成図である。
【図１０】内視鏡の光学系を説明する図である。
【図１１】内視鏡の接眼光学系に関わる光束を説明する模式図である。
【図１２】双眼鏡の光学系を説明する図である。
【図１３】正常光線と異常光線の進路の例を示す図である。
【図１】
0003559361.tif 000010
【図２】
0003559361.tif 000011
【図３】
0003559361.tif 000012
【図４】
0003559361.tif 000013
【図５】
0003559361.tif 000014
【図６】
0003559361.tif 000015
【図７】
0003559361.tif 000016
【図８】
0003559361.tif 000017
【図９】
0003559361.tif 000018
【図１０】
0003559361.tif 000019
【図１１】
0003559361.tif 000020
【図１２】
0003559361.tif 000021
【図１３】
0003559361.tif 000022