CN101021606A

CN101021606A - 内视镜用物镜

Info

Publication number: CN101021606A
Application number: CN 200710005250
Authority: CN
Inventors: 宫野俊
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2027-02-12
Also published as: CN100478730C

Abstract

本发明提供一种不仅确保可在像面侧插入配置光路变换棱镜的足够长度的后截距，还能够良好地校正倍率色差的内视镜用物镜。整个系统的后截距(Bf)比整个系统的合成焦距f的2.5倍长的内视镜用物镜，从物体侧依次具备：前组发散透镜系统(G1)、孔径光阑(St)和后组会聚透镜系统(G2)。在最靠近后组会聚透镜系统(G2)的像面侧配设有由第三透镜(L3)和第四透镜(L4)构成的接合透镜(L34)，并满足下述条件式：|υ₃－υ₄|×f²/{|R_A|·(Bf+D_A/n₄)}≥9……(1)。υ₃是第三透镜(L3)的阿贝数，υ₄是第四透镜(L4)的阿贝数，R_A是第三透镜(L3)与第四透镜(L4)的接合面的曲率半径，D_A是第四透镜(L4)的中心厚度，n₄是第四透镜(L4)的折射率。

Description

内视镜用物镜

技术领域

本发明涉及在内视镜的前端部设置的物镜，特别涉及一种能够在其像面侧配置光路变换棱镜那样的具有较长后截距的光学系统所对应的内视镜用物镜。

背景技术

以往，公知有一种在前端部将CCD(Charge Coupled Device)等固体摄像元件按照与长度方向平行的方式配置的结构的内视镜。图17表示该内视镜中的物镜光学系统的概要。如图17所示，将固体摄像元件200按照与轴方向(长度方向)Z平行的方式配置于内视镜的前端部。而且，在该物镜100与该固体摄像元件200之间，隔着防护玻璃(cover glass)101插入配置有光路变换棱镜102。物镜100的光轴Z1通过光路变换棱镜102向固体摄像元件200的方向被折曲近似90度。该光路变换棱镜102的大小由图像尺寸决定，需要充分确保从被插入配置光路变换棱镜102的物镜100的最终面到成像位置P的距离(大致与后截距相等)。因此，需要与整个系统的焦距相比后截距较长的物镜。但是，内视镜用的物镜随着其广角化的要求而具有即使图像尺寸相同焦距也变短的倾向，因此难以得到足够的后截距。针对该点，本申请人在专利文献1中，提出了与整个系统的合成焦距f相比后截距足够长的三组四枚结构的内视镜用物镜。

另一方面，内视镜用物镜为了加深景深而大多F值大(即暗)，球差或慧差很少成为决定画质的重要原因，作为画质劣化的重要原因可举出倍率色差。特别是近年来，随着固体摄像元件的高密度化发展使得像素数增大，需要进行倍率色差的充分校正。为了校正倍率色差，优选在远离光阑的位置设置承担倍率色差校正任务的光学部件。特别是在光阑的像侧，越在接近成像面的位置上配置担当倍率色差校正任务的光学部件，其效果越显著。但是，在后截距较长的透镜系统中，靠近成像面的位置处不存在光学部件，因此倍率色差的校正并不容易。虽然专利文献1记载的内视镜用物镜具有足够的后截距，但是，对于倍率色差的校正而言，尚有改善的余地。

【专利文献1】日本特开2005-148508号公报

发明内容

本发明鉴于上述问题点而提出，其目的在于提供一种不仅确保足够长度的后截距而且能够良好地校正倍率色差的内视镜用物镜。

本发明的内视镜用物镜，从物体侧依次具备：前组发散透镜系统、孔径光阑和后组会聚透镜系统，整个系统的后截距比整个系统的合成焦距的2.5倍长，其中，前组发散透镜系统由像面侧的面为凹面的一枚负的第一透镜构成；后组会聚透镜构成如下：即从物体侧依次配置凸面朝向像面侧的正的弯月形状的第二透镜、和由按照任意一方为正透镜且另一方为负透镜的方式构成的第三透镜以及第四透镜形成的接合透镜，并且，满足下述条件式，υ

|υ₃-υ₄|×f²/{|R_A|·(Bf+D_A/n₄)}≥9 ……(1)

其中，f是整个系统的合成焦距，Bf是整个系统的后截距，υ₃是第三透镜L3的阿贝数，υ₄是第四透镜L4的阿贝数，R_A是第三透镜与第四透镜的接合面的曲率半径，D_A是第四透镜的中心厚度，n₄是第四透镜的折射率。

在本发明的内视镜用物镜中，在像面侧配置接合透镜作为担当倍率色差校正的光学部件，并使该接合透镜满足条件式(1)，由此，不仅确保可在像面侧插入配置光路变换棱镜的足够长度的后截距，而且能够良好地校正倍率色差。

在本发明的内视镜用物镜中，接合透镜中的负透镜的阿贝数设为υ_，优选满足下述条件式。由此，会更容易进行倍率色差的校正。

υ_＜22 ……(2)

根据本发明的内视镜用物镜，从物体侧依次具备：前组发散透镜系统、孔径光阑和后组会聚透镜系统，整个系统的后截距比整个系统的合成焦距的2.5倍长，其中，在后组会聚透镜的最靠近像面侧上配置接合透镜作为担当倍率色差校正的光学部件，并使该接合透镜满足条件式(1)，由此，不仅确保可在像面侧插入配置光路变换棱镜的足够长度的后截距，而且能够良好地校正倍率色差。

附图说明

图1是本发明实施例1涉及的内视镜用物镜所对应的透镜剖视图。

图2是本发明实施例2涉及的内视镜用物镜所对应的透镜剖视图。

图3是本发明实施例3涉及的内视镜用物镜所对应的透镜剖视图。

图4是本发明实施例4涉及的内视镜用物镜所对应的透镜剖视图。

图5是表示本发明实施例1涉及的内视镜用物镜的透镜数据的图。

图6是表示本发明实施例2涉及的内视镜用物镜的透镜数据的图。

图7是表示本发明实施例3涉及的内视镜用物镜的透镜数据的图。

图8是表示本发明实施例4涉及的内视镜用物镜的透镜数据的图。

图9是针对各实施例将其他的各数据统一表示的图。

图10是表示本发明实施例1涉及的内视镜用物镜的各像差的像差图，(A)是球差，(B)是像散，(C)是畸变(distortion)，(D)是倍率色差。

图11是表示本发明实施例2涉及的内视镜用物镜的各像差的像差图，(A)是球差，(B)是像散，(C)是畸变(distortion)，(D)是倍率色差。

图12是表示本发明实施例3涉及的内视镜用物镜的各像差的像差图，(A)是球差，(B)是像散，(C)是畸变(distortion)，(D)是倍率色差。

图13是表示本发明实施例4所涉及的内视镜用物镜的各像差的像差图，(A)是球差，(B)是像散，(C)是畸变(distortion)，(D)是倍率色差。

图14是表示相对本发明的比较例的内视镜用物镜的结构的透镜剖视图。

图15是表示相对本发明的比较例的内视镜用物镜的透镜数据的图。

图16是表示相对本发明的比较例的内视镜用物镜的各像差的像差图，(A)是球差，(B)是像散，(C)是畸变(distortion)，(D)是倍率色差。

图17是表示现有的内视镜中的物镜光学系统的概要的构成图。

图中：G1-前组发散透镜系统，G2-后组会聚透镜系统，GP-光路变换棱镜，L1-第一透镜，L2-第二透镜，L3-第三透镜，L4-第四透镜，L34-接合透镜，St-孔径光阑，Ri-距物体侧第i面的透镜面的曲率半径，Di-距物体侧第i面和第i+1面的透镜面之间的面间隔，Z1-光轴。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1表示本发明的一实施方式涉及的内视镜用物镜的第一构成例。该构成例与后述的第一数值实施例(图5)的透镜构成对应。图2表示第二构成例。该构成例与后述的第二数值实施例(图6)的透镜构成对应。图3表示第三构成例。该构成例与后述的第三数值实施例(图7)的透镜构成对应。图4表示第四构成例。该构成例与后述的第四数值实施例(图8)的透镜构成对应。在图1～图4中，符号Ri表示按照将最靠近物体侧的构成要素的面作为第一号而随着朝向像面侧(成像侧)顺次增加的方式，被赋予符号的第i面的曲率半径。符号Di表示第i面与第i+1面在光轴Z1上的面间隔。另外，由于各构成例的基本构成都相同，所以，下面以图1所示的第一构成例为基础进行说明。

该内视镜用物镜被设置于内视镜的前端部，特别被优选使用为固体摄像元件与轴方向(长度方向)平行地配置的内视镜(参照图17)的物镜。该内视镜用物镜沿着光轴Z1从物体侧顺次具有：整体具有负的折射能力的前组发散透镜系统G1、孔径光阑St、和整体具有正的折射能力的后组会聚透镜系统G2。在该内视镜用物镜的像面侧配置光路变换棱镜GP，并且在该光路变换棱镜GP的像面侧附近配置CCD等固体摄像元件。在光路变换棱镜GP与固体摄像元件之间，有时也配置防护玻璃等其他的光学部件。另外，在图1～图4中P表示成像位置。在图1～图4中，虽然按照将光路变换棱镜GP等价地沿与入射光轴Z1同一方向展开而使成像位置P与入射光轴Z1成为同一方向的方式进行了图示，但是，实际上与图17所示的构成例同样，采用以下构成：即通过光路变换棱镜GP而使光路弯折大致90度。

前组发散透镜系统G1由第一透镜L1构成，后组会聚透镜系统G2从物体侧顺次由第二透镜L2和接合透镜L34构成。接合透镜L34由第三透镜L3以及第四透镜L4构成。由此，该内视镜用物镜整体采用三组四枚的透镜结构。

第一透镜L1成为曲率半径小的面朝向像面侧的负透镜。将第一透镜L1例如形成为像面侧的面为凹面而物体侧的面为平面的平凹透镜。将第二透镜L2形成为凸面朝向像面侧的正的弯月(meniscus)形状的透镜。在接合透镜L34中，第三透镜L3以及第四透镜L4的任意一方由正透镜构成而另一方由负透镜构成。在图1、图3以及图4的第一、第三和第四构成例中，第三透镜L3是两面凸的正透镜，第四透镜L4成为凹面朝向物体侧的弯月形状的负透镜。在图2的第二构成例中，第三透镜L3成为凹面朝向像面侧的弯月形状的负透镜，第四透镜L4成为两面凸的正透镜。

该内视镜用物镜构成为，整个系统的后截距Bf长于整个系统的合成焦距f的2.5倍，并满足以下的条件。

|υ₃-υ₄|×f²/{|R_A|·(Bf+D_A/n₄)}≥9 ……(1)

其中，设υ₃是第三透镜L3的阿贝数，υ₄是第四透镜L4的阿贝数，R_A是第三透镜L3与第四透镜L4的接合面的曲率半径，D_A是第四透镜L4的中心厚度，n₄是第四透镜L4的折射率。

而且，在该内视镜用物镜中，将接合透镜L34中的负透镜的阿贝数设为υ_，优选满足下述条件式。

υ_＜22 ……(2)

接着，对如上所述所构成的内视镜用物镜的作用以及效果进行说明。

在该内视镜用物镜中，从物体侧依次具备：前组发散透镜系统G1、孔径光阑St、和后组会聚透镜G2，在整个系统的后截距Bf比整个系统的合成焦距f的2.5倍长的透镜系统中，在远离孔径光阑St的位置配置接合透镜L34来作为担当倍率色差校正的光学部件，并使该接合透镜L34满足条件式(1)，由此，不仅确保可在像面侧插入配置光路变换棱镜的足够长度的后截距，而且能够良好地校正倍率色差。条件式(1)表示针对担当倍率色差校正的光学部件即接合透镜L34的接合面的倍率色差的校正程度。条件式(1)是将构成接合透镜L34的第三透镜L3和第四透镜L4的阿贝数之差|υ₃-υ₄|，除以以整个系统的合成焦距f所标准化的接合透镜L34的接合面的曲率半径R_A、和对整个系统的后截距Bf加上了第四透镜L4的空气换算长度D_A/n₄的值(Bf+D_A/n₄)。条件式(1)表示第三透镜L3与第四透镜L4的阿贝数差|υ₃-υ₄|越大，接合面的曲率半径R_A越小，接合面与成像位置越短，越有利于倍率色差的校正。

通常，在色差校正不充分的成像透镜中，由于短波长的焦距比长波长的焦距短，所以，对于轴向色差以及倍率色差而言，短波长的皆位于基准波长的负侧(不足(under))。这里，在对倍率色差的不足进行校正的情况下，在比孔径光阑St靠后方处，可以将正透镜的阿贝数增大，将负透镜的阿贝数减小。因此，优选将接合透镜L34的负透镜的阿贝数减小以满足上述条件式(2)。由此，能够使倍率色差的校正更加容易。

如以上所说明那样，根据本实施方式涉及的内视镜用物镜，从物体侧依次具备：前组发散透镜系统G1、孔径光阑St、和后组会聚透镜G2，并在整个系统的后截距Bf比整个系统的合成焦点f的2.5倍长的透镜系统中，在后组会聚透镜系统G2的最靠近像面侧配置接合透镜L34作为担当倍率色差校正的光学部件，且使该接合透镜L34满足条件式(1)，所以，不仅确保可在像面侧插入配置光路变换棱镜的足够长度的后截距，而且能够良好地校正倍率色差。

另外，在以上的说明中，举例说明了整个系统的后截距Bf比整个系统的合成焦距f的2.5倍长的透镜系统，由于如果后截距Bf长，则可以插入大的光路变换棱镜GP，此时相对有效光束可增大棱镜尺寸，由此有利于抑制重影(ghost)或炫光(flare)的产生。另外，在不增大棱镜尺寸的情况下，可以最终在透镜与光路变换棱镜GP之间确保足够的间隔，具有根据需要可容易地进行滤色器的插入等优点。在想要充分得到这些优点的情况下，优选整个系统的后截距Bf是整个系统的合成焦距f的三倍以上。

(实施例)

接着，对本实施方式涉及的内视镜用物镜的具体的数值实施例进行说明。下面，对第一～第四的数值实施例进行归纳说明。

图5表示实施例1涉及的内视镜用物镜的基本的透镜数据。该实施例1涉及的内视镜用物镜的基本的透镜构成，已经参照图1进行了说明。在图5所示的透镜数据的面编号Si一栏中，表示了将最靠近物体侧的构成要素的面作为第一号，按照朝向像侧依次增加的方式被赋予了符号的第i(i＝1～10)面的号码。在曲率半径Ri一栏中，与在图1中赋予的符号Ri对应，表示距物体侧第i面的曲率半径的值(mm)。在面间隔Di一栏中，也同样表示了距物体侧第i面Si与第i+1面Si+1的光轴上的间隔(mm)。ndj表示相邻的透镜面之间的相对d线(波长587.6nm)的折射率的值。在υdj一栏中，表示距物体侧第j(j＝1～5)个光学要素相对d线的阿贝数的值。另外，将曲率半径Ri与面间隔Di的数值标准化以使整个系统的合成焦距f成为0.5mm。

按照与以上实施例1涉及的内视镜用物镜同样的方式，图6表示实施例2涉及的内视镜用物镜的基本的透镜数据。实施例2涉及的内视镜用物镜的基本透镜构成，已经参照图2进行了说明。同样，图7表示实施例3涉及的内视镜用物镜的基本的透镜数据。实施例3涉及的内视镜用物镜的基本透镜构成，已经参照图3进行了说明。同样，图8表示实施例4涉及的内视镜用物镜的基本的透镜数据。实施例4涉及的内视镜用物镜的基本透镜构成，已经参照图4进行了说明。另外，在实施例2～实施例4中与实施例1同样，将曲率半径Ri与面间隔Di的数值标准化以使整个系统的合成焦距f成为0.5mm。

图9表示作为其他各数据、各实施例的物镜的图像尺寸、被摄体距离、视场角、后截距Bf、最大视场角的倍率色差的值(F线-C线)以及上述条件式的值。另外，C线是波长656.27nm、F线是波长486.13nm。从图9可知，各实施例的值在各条件式的数值范围内。而且，对各实施例而言，整个系统的后截距Bf比整个系统的合成焦距f的2.5倍长。尤其在实施例1～实施例3中，整个系统的后截距Bf比整个系统的合成焦距f的三倍长。另外，各条件式中的υ₃、υ₄、υ-以及n₄通过将d线作为基准波长而进行计算。

图9中还表示了比较例的内视镜用物镜相对本实施方式涉及的内视镜用物镜的值。比较例的内视镜用物镜，从各条件式的值偏离，且倍率色差的值与各实施例的值相比增大。这里，图14表示比较例的内视镜用物镜的构成。另外，图15表示了比较例的内视镜用物镜的基本的透镜数据。符号与本实施方式涉及的内视镜用物镜对应的部分被赋与同一标记。该比较例在上述专利文献1(特开平2005-148508号公报)中被记载为实施例2。另外，对于该比较例而言，将曲率半径Ri与面间隔Di的数值标准化以使整个系统的合成焦距f成为0.5mm。

图10(A)～图10(D)分别表示实施例1涉及的内视镜用物镜的球差、像散、畸变(歪曲像差)以及倍率色差。在各像差图中表示了以d线为基准波长的像差。球差也表示了针对C线以及F线的像差。倍率色差表示相对C线以及F线的。FNO.意味着F值、ω表示半视场角。

同样，图11(A)～图11(D)表示实施例2涉及的内视镜用物镜的各像差，图12(A)～图12(D)表示实施例3涉及的内视镜用物镜的各像差，图13(A)～图13(D)表示实施例4涉及的内视镜用物镜的各像差。并且，图16(A)～图16(D)表示图14和图15所示的比较例的内视镜用物镜的各像差。

由以上的各数值数据以及各像差图可知，各实施例与比较例的内视镜用物镜相比，特别能实现倍率色差被良好校正了的内视镜用物镜。

另外，本发明不限定于上述实施方式以及各实施例，各种的变形实施皆为可能。例如，各透镜成分的曲率半径、面间隔以及折射率的值等，不限定于上述各数据实施例中所示的值，也可以取其他的值。

Claims

1.一种内视镜用物镜，从物体侧依次具备：前组发散透镜系统、孔径光阑和后组会聚透镜系统，整个系统的后截距比整个系统的合成焦距的2.5倍长，

所述前组发散透镜系统由像面侧的面为凹面的一枚负的第一透镜构成，

所述后组会聚透镜构成如下：从物体侧依次配置凸面朝向像面侧的正的弯月形状的第二透镜、和由按照某一方为正透镜且另一方为负透镜的方式构成的第三透镜以及第四透镜形成的接合透镜，并且，满足下述条件式，

|υ₃-υ₄|×f²/{|R_A|·(Bf+D_A/n₄)}≥9 ……(1)，

其中，

f：整个系统的合成焦距，

Bf：整个系统的后截距，

υ₃：第三透镜的阿贝数，

υ₄：第四透镜的阿贝数，

R_A：第三透镜与第四透镜的接合面的曲率半径，

D_A：第四透镜的中心厚度，

n₄：第四透镜的折射率。

2、根据权利要求1所述的内视镜用物镜，其特征在于，

将接合透镜中的负透镜的阿贝数设为υ_，满足下述条件式，

υ_＜22 ……(2)。