(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、負の単レンズ１枚からなる第１レンズ群と、正の単レンズ１枚からなる第２レンズ群と、明るさ絞りと、２枚の単レンズからなり全体として正の第３レンズ群からなり、前記正の第３レンズ群を構成するすべての単レンズの曲率を有する各面がいずれもその曲率中心が該面よりも物体側に位置し、下記条件（１）を満足することを特徴とする対物レンズ。
（１）    ０．７＜Ｄ（Ｔ）／ｆ＜３．５
ただし、Ｄ（Ｔ）は対物レンズ中の曲面を持つすべてのレンズの中心肉厚の和、ｆは対物レンズ全系の焦点距離である。
【請求項２】
前記第３レンズ群の２枚の単レンズの物体側の面がいずれも平面であることを特徴とする請求項１の対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレンズ枚数の少ない小型なレンズ系で、内視鏡、デジタルカメラ、監視用テレビカメラ等に適した対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、気管支等細い管腔を観察、治療するための細径内視鏡が実用化されている。これら細径内視鏡に用いられる対物レンズは、実用上十分に収差が補正されていることと、操作性向上のために内視鏡挿入部の細径化や内視鏡挿入部の先端硬質部の短縮化が望まれている。
【０００３】
また、ファイバースコープにおいて、対物レンズにより形成された像をイメージファイバーにて伝送する場合や、硬性鏡において対物レンズの像をリレーレンズにて伝送する場合や、ビデオスコープにおいて固体撮像素子の受光面上に形成された像を電気信号に変換する場合等、対物レンズからの光束が受光面に対して概ね垂直に入射するようにすることが望ましい。つまりレンズ系がテレセントリックであることが望ましい。それは、像伝送系等においては像伝送の際の光量のロスを防止する必要があり、固体撮像素子にて受光する場合は、輝度シェーディングや色シェーディングの発生による画質の劣化防止する必要があるためである。
【０００４】
又デジタルカメラや監視用テレビカメラに用いるレンズ系も、小型軽量化が望まれ又前述のようなテレセントリックな構成にすることが望まれている。
【０００５】
以上の要望に沿った小型な細径内視鏡用対物レンズの従来例として、特開平５−１０７４７号公報に記載されたレンズ系が知られている。例えば前記公報に実施例３として記載されたレンズ系は、図６に示す通り、物体側より順に、負の単レンズからなる第１レンズと、正の単レンズからなる第２レンズと、明るさ絞りと、正の単レンズからなる第３レンズよりなる三つの単レンズにて構成されたレンズ系である。
【０００６】
この従来例は、倍率の色収差は補正されているが第１レンズである凹レンズのパワーが強くそのため像面湾曲が大になり、その後に配置された２枚の凸レンズ（第２レンズと第３レンズ）にては、十分に補正することが困難である。又、内視鏡挿入部の先端硬質部の短縮化のために対物レンズの全長を短くしようとすると、明るさ絞りの後の凸レンズ（第３レンズ）１枚のみでは、テレセントリックな構成にすることが困難である。
【０００７】
又、他の従来例として、特開平７−８４１７９号公報に記載されたレンズ系が知られている。この従来例は、図７に示す通りの構成で、物体側より順に、負の単レンズからなる第１レンズと、明るさ絞りと、正の単レンズからなる第２レンズと、正の単レンズからなる第３レンズの３枚のレンズにて構成されており、前記従来例に比べればテレセントリックな構成にしやすいレンズ系である。しかし、像面湾曲は十分補正されておらず、又倍率の色収差の補正も十分ではない。
【０００８】
他の従来例として特公平８−２７４２９号公報に記載された対物レンズが知られている。この従来例は、図８に示すように、物体側より順に、負の単レンズからなる第１レンズと、正の単レンズからなる第２レンズと、明るさ絞りと、接合レンズで全体として正である第３レンズとより構成されている。
【０００９】
この従来例のレンズ系は、倍率の色収差、像面湾曲が良好に補正されており、又テレセントリックな構成にすることも可能である。
【００１０】
しかし、第３レンズとして接合レンズを用いているため、単レンズに比べて加工の際に芯出しや貼り合わせ等の工程を必要とし、コストが増加するため好ましくない。また、接合レンズは、加工上構成する正レンズの縁肉厚や負レンズの中肉厚をある程度確保しなければならず、対物レンズの全長の短縮化が困難である。
【００１１】
他の従来例として特開平９−６１７１０号公報に記載されたレンズ系が知られている。この従来例は、図９に示す通りで、物体側から順に、負の単レンズからなる第１レンズと、正の単レンズからなる第２レンズと、明るさ絞りと、正の単レンズからなる第３レンズと、正の単レンズからなる第４レンズにて構成された４枚のレンズからなるレンズ系である。
【００１２】
この従来例は、倍率の色収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差は良好に補正されており、また実用上十分なテレセントリックなレンズ系にすることは可能である。
【００１３】
しかし、この従来例は、第４レンズが物体側に凸の面でありバックフォーカスが短くなる。内視鏡挿入部の先端硬質部の短縮化のためには、レンズ系の全長を短くする必要があるが、レンズ系のピント調整のためには、バックフォーカスが長いことが望ましい。
【００１４】
又、この従来例のレンズ系は、前述のように第４レンズが物体側に凸の面であり、このレンズをＣＣＤ等の撮像素子のカバーガラスと接着させる場合、用いられる接着剤は組立性から紫外線硬化材が用いられる。そのためこの従来例のような構成の場合、撮像素子に紫外線を当てる回数が多くなり、撮像素子上に配置される色補正フィルターを変質させる等の悪影響を与える可能性が大である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、小型化のために全長を短くし外径を小にし、又テレセントリックな構成になし得るものでかつ諸収差が良好に補正された対物レンズを提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の対物レンズは、物体側から順に、負の単レンズ１枚からなる第１レンズ群と、正の単レンズ１枚からなる第２レンズ群と、明るさ絞りと、２枚の単レンズからなり全体として正の第３レンズ群からなり、前記正の第３レンズ群を構成するすべての単レンズの曲率を有する各面がいずれもその曲率中心が該面よりも物体側に位置し、下記条件（１）を満足することを特徴とする。
（１）    ０．７＜Ｄ（Ｔ）／ｆ＜３．５
ただし、Ｄ（Ｔ）は対物レンズ中の曲面を持つすべてのレンズの中心肉厚の和、ｆは対物レンズ全系の焦点距離である。
【００１７】
本発明の対物レンズは、明るさ絞りと像面との間に複数の単レンズ（２枚以上の単レンズ）よりなり全体として正のレンズ群である第３レンズ群を配置することによってレンズ系を十分なテレセントリック性を有する構成とししかも像面湾曲を良好に補正し得るようにした。
【００１８】
又、第３レンズ群を構成するすべての単レンズを曲率を持つ面の曲率中心がその面に対して物体側に位置するようにしてレンズ系の全長を短くしながら長いバックフォーカスを有するレンズ系にした。又、本発明のレンズ系は、明るさ絞りよりも像側の第３レンズ群を複数の単レンズにて構成することによって球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、倍率の色収差といった諸収差を十分良好に補正するようにした。
【００１９】
つまり、本発明の対物レンズは、上記構成のレンズ系にすることにより、全長が短く、バックフォーカスが長く、十分なテレセントリック性を有し、しかも諸収差を十分良好に補正し得たものである。
【００２０】
前記本発明の対物レンズにおいて、第３レンズ群を２枚の単レンズにて構成すれば前記の諸収差を良好に補正でき、したがって、レンズ枚数が少ない小型なレンズ系で本発明の目的を達成し得るレンズ系になし得る。
【００２１】
又、本発明のレンズ系において、第３レンズ群を構成する単レンズを平凸レンズにすれば、各単レンズの加工が容易になり又組立性が良くなる。更に単レンズの平面に、干渉型ＹＡＧレーザカットコート等、特定波長の光をカットするコートをする場合、コーティングが容易である。又コートに入射するレーザ光等の角度が球面に入射する場合に比べて小さくできるため、レーザ光をより効果的にカットできる。
【００２２】
又、レンズ系中に平面があれば赤外カットフィルター等のフィルター類も、無駄なスペースを設けることなしに配置することが可能である。しかも株式会社ホーヤ製のＣ５０００（製品番号，カタログ番号）のようなやわらかく傷のつきやすい材質よりなるフィルターをレンズに接するように配置する場合も、レンズの平面側に配置することにより、フィルターにゴミ等が付きにくく、フィルターに傷がつくのを防止し得る。
【００２３】
又、本発明の対物レンズにおいて、次の通りの構成にすることが望ましい。即ち、物体側より順に、負の単レンズ１枚よりなる第１レンズ群と、正の単レンズ１枚よりなる第２レンズ群と、明るさ絞りと、正の単レンズ２枚よりなる第３レンズ群とよりなり、第１レンズ群の物体側の面が平面であるレンズ系である。これにより第１レンズ群の加工性をよくし又第１面が平面であるため水切れがよい。
【００２４】
更に第３レンズ群を２枚の単レンズにて構成し、第２レンズ群の像側の面および第３レンズ群の２枚の単レンズの物体側の面をいずれも平面にすれば好ましい。これにより、第２レンズ群と第３レンズのレンズ間にフィルターを配置する場合、大きなスペースをとることなく又配置が容易にできるため好ましい。
【００２５】
又、本発明は、前記の各構成のレンズ系、即ち、物体側より順に、負の単レンズ１枚からなる第１レンズ群と、正の単レンズ１枚からなる第２レンズ群と、明るさ絞りと、複数の単レンズよりなる正のレンズ群である第３レンズ群とにて構成され、（イ）第３レンズ群のすべての単レンズが曲率をもつ面の曲率中心がその面の物体側に位置することを特徴とするレンズ、（ロ）第３レンズ群が２枚の単レンズよりなり、これら単レンズが曲率をもつ面の曲率中心がその面の物体側にあることを特徴とするレンズ系、（ハ）第３レンズ群が２枚の単レンズよりなり、この２枚の単レンズの物体側の面がいずれも平面であることを特徴とするレンズ系、（ニ）第１レンズ群の物体側の面が平面であり又第２レンズ群の像側の面と第３レンズ群の２枚の単レンズの物体側の面が平面であることを特徴とするレンズ系において、下記条件（１）を満足することが望ましい。
（１）    ０．７＜Ｄ（Ｔ）／ｆ＜３．５
ただし、Ｄ（Ｔ）は対物レンズ中の曲面を持つすべてのレンズの中心肉厚の和、ｆは対物レンズ全系の焦点距離である。
【００２６】
条件（１）においてＤ（Ｔ）／ｆは小さい方がレンズ系を短縮することができる。条件（１）の上限は内視鏡その他において実用上許容できる値で、上限の３．５を超えるとレンズ系の全長を短くできない。又下限の０．７を超えるとレンズの中心肉厚が小になりレンズの加工性が悪くなる。
【００２７】
又条件（１）の上限値を３．５の変わりに２にして下記条件（１−１）を満足するようにすれば、レンズ系の短縮化にとってより好ましい。
（１−１）    ０．７＜Ｄ（Ｔ）／ｆ＜２
【００２８】
又、本発明のレンズ系において、赤外線吸収素材からなる光学部品を除いたレンズ系を構成する光学素子（レンズ）の屈折率ｎが１．７以上であることが望ましい。
【００２９】
レンズの屈折率ｎが１．７以上であれば、レンズの曲率を緩くすることができ（曲率半径を大にすることができ）、レンズの加工が容易になり、又肉厚の薄いレンズになし得る。なお、レンズを赤外線吸収素材にて形成する場合、例えば、株式会社ホーヤ製のＣ５０００やＨＡ１５（いずれも製品番号：カタログ番号）を用いた場合、これら赤外線吸収素材の屈折率は１．５前後である。したがって、このような目的のレンズを導入する場合は、このレンズの屈折率は１．７以下になる。
【００３０】
又、本発明の対物レンズにおいて、レンズ系を構成するレンズのうち第１レンズ群である負の単レンズ以外のレンズの外径を等しくし第１レンズ群より小さくすることが望ましい。このようにすれば、レンズを収容する枠の内部構造を簡単にでき、枠の加工性やレンズの組立性を向上できる。
【００３１】
又、本発明のレンズ系において、正の第２レンズ群が物体側に凸の単レンズの場合、この凸の単レンズの物体側の凸面を枠により受けることにより偏芯等を抑えることができる。
【００３２】
この正の第２レンズ群は位置ずれ、偏芯による光学性能への影響（ピントや画角等に対する影響）の大きいレンズである。このレンズを物体側に凸面を有するレンズとし、この凸面を保持枠に一体に形成したレンズ受け部により受けるようにすれば、このレンズの偏芯等を抑えることができ光学性能の劣化防止し得る。
【００３３】
又、本発明のレンズ系による像をＣＣＤ等の固体撮像素子にて受像し電気信号に交換する場合、対物レンズと固体撮像素子との間に２枚以上のほぼ透明な平行平面板を配置して、これら平行平面板のうちの最も物体側の平行平面板をレンズ系と同一の枠に固定するようにすれば、レンズ系のピント調整時に対物レンズの最終曲面とＣＣＤカバーガラスとの干渉を防ぐことができる。この場合、平行平面板の外径が下記条件（２）を満足することが望ましい。
（２）    φ（４）＜φ（５）＜φ（６）
ただし、φ（４）は第３レンズ群の最も像側のレンズの外径、φ（５）は複数の平行平面板のうちの最も物体側の平行平面板の外径、φ（６）は平行平面板のうちの物体側より２番目に位置する平行平面板の径である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次の本発明の対物レンズの実施の形態を下記データを有する各実施例をもとに説明する。
【００３５】
0003967465.tif 000002
【００３６】
0003967465.tif 000003
【００３７】
0003967465.tif 000004
【００３８】
0003967465.tif 000005
【００３９】
0003967465.tif 000006
ただし、ｒ1，ｒ2，・・・はレンズ各面の曲率半径、ｄ1，ｄ2，・・・は各レンズの肉厚およびレンズ間隔、ｎ1，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。
【００４０】
実施例１は、図１に示す通りの構成で、物体側より順に負の単レンズの第１レンズ群と平行平面板と、正の単レンズの第２レンズ群と明るさ絞りと、平行平面板を挟んで２枚の正の単レンズを配置した第２レンズ群と平行平面板とよりなる。
【００４１】
この実施例のレンズ系は、第３レンズ群の正の単レンズの曲面がいずれもその曲率中心が面よりも物体側にある球面にて形成されている。
【００４２】
又、この実施例は、第３レンズ群が２枚の正の単レンズよりなり、そのうちの像側の正の単レンズは平凸レンズである。又第１レンズ群の負の単レンズの物体側の面と第２レンズ群の正の単レンズの像側の面が平面である。
【００４３】
又、この実施例１のレンズ系は、条件（１）を満足し、これによって全長が５．１１０と短くなっている。
【００４４】
この実施例１は、像面湾曲、非点収差、コマ収差、倍率の色収差等の諸収差が実用上十分に補正されている。又平行平面板には、治療用レーザー光をカットコーティングがなされている。又第１面が平面であり、水切れがよい。
【００４５】
実施例２は図２に示す通りの構成で、第３レンズ群を構成する２枚の正の単レンズがいずれも物体側の面が平面である点で実施例１と相違するが他は実施例１と同じ構成である。
【００４６】
これら第３レンズ群のレンズの平面側にはレーザー光カットコーティングを容易に施すことができ、曲面に比べて入射する光線の角度のばらつきが少なく効果的である。各レンズはいずれも屈折率が１．７以上で、これにより、曲率半径が大であり、加工性がよく、薄肉であって全長が短い。
【００４７】
更に実施例２は、第２レンズ群と第３レンズ群のすべてのレンズの外径が等しく第１レンズ群の外径より小である。これにより保持枠の構造が簡単である。又第２レンズ群は、その物体側の凸面をレンズ受け部にて受けるようにでき、これにより、ピントや画角に最も影響する面の偏芯を抑えることができる。
【００４８】
実施例３および実施例４は図３，図４に示す通りの構成のレンズ系で、実施例２と同様の構成である。
【００４９】
又実施例３は、低融点硝材（住田光学社製ＳＦＬＤ６０、ｎ＝１．８０６４５，ν＝２４．４，転移点５０３℃）を用いてモールドによりレンズｎ2を成形しえるようにした例であり、実施例４は赤外線吸収素材（ＨＯＹＡ社製Ｃ５０００、ｎ＝１．５１４、ν＝７５）からなるレンズｎ4を用いた例で、したがってこのレンズの屈折率は１．７以下である。
【００５０】
実施例５は、図５に示す通りで、レンズ系の構成は、第３レンズ群の像側に平行平面板を１枚多く配置した点で実施例２〜４と相違するが、その他の点ではこれら実施例と類似の構成である。
【００５１】
又、図５は実施例５の対物レンズをレンズ枠に取り付けた状態を示している。この実施例５は、負の単レンズＬ１の第１レンズ群と、正の単レンズＬ２の第２レンズ群と正の単レンズＬ３と正の単レンズＬ４よりなる第３レンズ群の４枚のレンズよりなる。これらレンズを保持する保持枠１は、ほぼ筒状で内径の大きい大径部２と内径が小さい小径部３と大径部２と小径部３との中間の内径を有する中径部４とを有し、大径部２と小径部３との境に内側へ突出するレンズ受け部５を有する構成である。
【００５２】
このような、枠１の大径部２には、板状のフレア絞り６と負の単レンズＬ１が接着剤により固定される。又小径部３には正の単レンズＬ２と、間隔環７と、正の単レンズＬ３と、間隔環９と正の単レンズＬ４とが順次挿入される。つまり、小径部３内に平凸レンズＬ２が凸面を先方に向け挿入され、レンズ受け部５が挿入されて当てつけることにより位置決めされる。続いて間隔環７と板状明るさ絞り８とレンズＬ３と間隔環９と板状フレア絞り１０とが順次小径部３内に挿入され、最後にレンズＬ４が挿入される。更に間隔環１１が小径部３の端より一部中径部４の側に突出するように挿入され、板状フレア絞り１２とフィルター１３とが間隔環１１に押し付けられるようにして中径部４内に挿入され、小径部３と中径部４とに挿入された各要素がレンズ受け部５とフィルター１３との間で位置決め保持される。図示するように、フィルター１３は、その一部が保持枠１より外部に露出しており、このフィルター１３の露出部分の側面と保持枠１の中径部４の端面との間で接着剤１４により接着固定される。
【００５３】
このようにして一体化された対物レンズユニットＵは外枠により撮像素子と一体化される。つまり、外枠１５は、その一端部（像側の端部）の内径が他と比べて若干大になっており、ここにフレア絞り１６を有する第２のフィルター１７と、この第２のフィルター１７に接合されたカバーガラス１８が固着されている。又カバーガラス１８は、図示しない固体撮像素子の撮像面を保護するためのものであり、撮像素子に対し固定された位置関係にある。
【００５４】
このように前記各要素を固定した外枠１５の反対側（図面左側）より対物レンズユニットＵを挿入して、矢印Ａ方向である光軸に沿った方向の位置調整を行ない、撮像面と対物レンズユニットＵとの間隔調整、いわゆるピント調整を行なった上で、接着剤１９により保持枠１と外枠１５とを固定する。このようにして対物レンズから撮像素子までを一体化した撮像ユニットが完成する。
【００５５】
この実施例５は、レンズＬ２からレンズＬ４まで（第２レンズ群と第３レンズ群）のレンズの外径を等しくしてあり、これにより保持枠１の小径部３の内面を単純な筒状にすればよいので、枠の加工が極めて簡単である。
【００５６】
また、対物レンズの最も像側の要素（レンズＬ４）の外径φ４と、その射出側に設けられた複数の平行平面板の対物レンズに近い側から順に見た二つの平行平面板（フィルター１３、１７）の外径φ５、φ６が条件（２）を満足するように構成されている。この条件（２）を満足することにより、レンズ組立の際に、これら要素を保持枠あるいは外枠のような保持部材に取り付けることが容易である。
【００５７】
また、この実施例では、明るさ絞りをレンズ系の中央付近に設けてあり、そのために主光線が像面に近づくにつれて高くなり、光線のけられを防ぐためにも上記条件（２）を満足するように構成して要素の外径が徐々に大になるようにすることが望ましい。
【００５８】
又、第２レンズ群のレンズＬ２は、偏芯や前後の位置ずれ等による光学性能の劣化に大きく影響するレンズであるため、このレンズＬ２を保持枠１に設けたレンズ受け部５にその凸面を当てつけるようにして保持することにより、後方（像側）よりの押圧力によりレンズＬ２のセンタリングを容易に行ない得、しかも受け部５が保持枠１と一体に形成され保持枠の一部をなすため間隔環を介して押し付け保持する方法に比べて、レンズ保持の安定性が高く、長期にわたって位置ずれが起こりにくい。
【００５９】
以上述べたように、本発明の対物レンズは、特許請求の範囲に記載するレンズ系のほか、次の各項に記載する構成のものもその目的を達成し得るものである。
【００６０】
（１）  特許請求の範囲の請求項３に記載するレンズ系で、第１レンズ群の負の単レンズの物体側の面が平面であることを特徴とする対物レンズ。
【００６１】
（２）  特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）の項に記載するレンズ系で、下記条件（１）を満足することを特徴とする対物レンズ。
（１）    ０．７＜Ｄ（Ｔ）／ｆ＜３．５
【００６２】
（３）  特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）又は（２）の項に記載するレンズ系で、第１、第２、第３レンズ群のすべてのレンズの屈折率が１．７以上であることを特徴とする対物レンズ。
【００６３】
（４）  特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）又は（３）の項に記載するレンズ系で、第２レンズ群と第３レンズ群のすべてのレンズの外径が等しく、これらレンズの外径が第１レンズ群の外径よりも小であることを特徴とする対物レンズ。
【００６４】
（５）  特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）又は（４）の項に記載するレンズ系で、第２レンズ群が物体側に凸のレンズで該レンズの凸の面を保持枠に一体に形成されたレンズ受け部にて受けるようにして保持枠に固定することを特徴とする対物レンズ。
【００６５】
（６）  特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）又は（５）の項に記載するレンズ系で、レンズ系により形成される像を電気信号に変換する固体撮像素子と、レンズ系と固体撮像素子との間に配置された少なくとも２枚のほぼ透明な平行平面板とを備え、前記平行平面板のうち最も物体側に位置する平行平面板がレンズ系と同一の枠に固定され、下記条件（２）を満足することを特徴とする対物レンズ。
（２）      φ（４）＜φ（５）＜φ（６）
【００６６】
【発明の効果】
本発明は、単レンズのみの簡単な構成で、しかも実用上十分な収差補正がなされた小型で全長の短い対物レンズである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の断面図
【図２】  本発明の実施例２の断面図
【図３】  本発明の実施例３の断面図
【図４】  本発明の実施例４の断面図
【図５】  本発明の実施例５の断面図
【図６】  従来の対物レンズの断面図
【図７】  他の従来の対物レンズの断面図
【図８】  他の従来の対物レンズの断面図
【図９】  他の従来の対物レンズの断面図
【図１】
0003967465.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003967465.tif 000013
【図８】
0003967465.tif 000014
【図９】
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