CN102918441A - 内窥镜用物镜及内窥镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内窥镜用物镜，其从物体侧起依次包括：具有负光焦度的第一透镜组、孔径光阑及具有正光焦度的第二透镜组。第一透镜组从物体侧起依次至少包括：凹面面向像侧的负的前组透镜；以及凸面面向像侧的正的前组透镜。第二透镜组从物体侧起依次至少包括：凸面面向像侧的正的后组透镜；以及通过使负透镜与正透镜接合在一起而形成的接合透镜。该内窥镜用物镜满足预定条件。

Description

内窥镜用物镜及内窥镜
技术领域
本发明涉及一种用于观察生物体内部的内窥镜，以及安装在内窥镜顶端部分的内窥镜用物镜。具体地，本发明涉及一种内窥镜及内窥镜用物镜，它们被设计成具有广视角并且尺寸小，同时保持适当的光学性能。
背景技术
通常已知内窥镜为检查患者体腔的装置，且其已得到实际应用。要求这种内窥镜尺寸小，以使得顺利将其顶端部分插入小间隙。顶端部分设计的最小外径基本上由其中安装的大尺寸部件限定。这样的大尺寸部件之一为内窥镜用物镜。选择小的内窥镜用物镜作为要安装的部件是缩小顶端部分尺寸的有效措施。
为了减少操作者忽视病变组织的可能，同样要求内窥镜用物镜的设计者要扩大观察视场，即，将物镜设计成具有广视角。然而，对于光学透镜来说，通常存在一个问题就是，视场曲率与视角的平方成正比增加，从而图像的质量下降。为了获得要呈现出来以进行精确诊断的图像，要求内窥镜用物镜的尺寸小、具有广视角，同时抑制光学性能劣化。日本专利公开第3359092号（以下称为“专利文献1”）描述了这类内窥镜用物镜的具体构造的实例。专利文献1中描述的内窥镜用物镜利用高折射率透镜实现了尺寸缩小和视角扩大，同时还抑制了光学性能劣化。
发明内容
一般来说，考虑到要保持光学性能及尺寸限制，传统的内窥镜用物镜如专利文献1中描述的物镜被配置为具有约140°的视角。例如，当观察大肠褶皱的管壁或后侧时，此视角水平要求内窥镜的顶端部分弯曲和翻转。然而，如果管腔的直径较小，顶端部分的运动就会受限制，从而不可能使顶端部分翻转至所需的方向。此外，在多样地改变顶端部分的方向时执行诊断的情况下，如果操作很复杂，那么诊断时间就会增加。这对操作者及患者来说都是一种负担，是不理想的。
出于该原因，要求内窥镜用物镜进一步扩大视角，以使得进一步增加观察视场。为了进一步增加专利文献1中的视角，需要使用高折射率透镜设计内窥镜用物镜。然而，如果设计者试图采用高折射率透镜来扩大视角，那么很有可能会发生倍率色差且图像的质量可能会降低。特别地，有一个问题就是在更靠近观察视场外围的部位明显会发生色移，且无法实现适于观察管腔的光学性能。
针对上述情况获得本发明。本发明的目的在于提供一种内窥镜用物镜及内窥镜，它们被设计成尺寸小并且具有广视角，同时保持适当的光学性能。
为了解决上述问题，根据本发明的实施方式，提供了一种内窥镜用物镜，包括：具有负光焦度（negative power）的第一透镜组；孔径光阑；以及具有正光焦度的第二透镜组。第一透镜组、孔径光阑及第二透镜组从物体侧起按该顺序配置。第一透镜组至少包括凹面面向像侧的负的前组透镜以及凸面面向像侧的正的前组透镜，负的前组透镜及正的前组透镜从物体侧起按该顺序配置。第二透镜组至少包括凸面面向像侧的正的后组透镜以及通过使负透镜与正透镜接合在一起而形成的接合透镜，正的后组透镜及接合透镜从物体侧起按该顺序配置。当第一透镜组的焦距被定义为fF（单位：mm），第一透镜组及第二透镜组的总焦距被定义为f（单位：mm），负的前组透镜的物体侧表面的曲率半径被定义为R1（单位：mm），且负的前组透镜的像侧表面的曲率半径被定义为R2（单位：mm）时，内窥镜用物镜满足以下条件（1）及（2）：
-3.5≤fF/f≤-1.5        （1）
1.3≤SF≤1.6            （2）
其中，F=(R1+R2)/(R1-R2)。
当fF/f大于条件（1）的上限时，第一透镜组中的负光焦度过大。因此，在这种情况下，当设计者试图扩大视角时，难以适当校正包括彗差及色差的像差。此外，由于在这种情况下需要将第二透镜组的倍率设为较高，因此由于在组装期间第一透镜组与第二透镜组之间的误差而使得难以抑制第二透镜组的倍率发生改变。由于因倍率改变而导致的视角的变化较大，因此难以确保视角满足需求。当fF/f小于条件（1）的下限时，难以设计内窥镜用物镜来减小透镜外径，其不适合缩小尺寸。此外，由于在这种情况下需要将第一透镜组的倍率设为较高，因此在第一透镜组从光轴AX偏心的状态下组装物镜时所导致的像平面倾斜会变大，从而观察视场的外围部分容易发生图像质量下降。像平面倾斜指的是在理想情况下相对于光轴保持对称的视场的曲率取决于组装成像透镜期间的偏心量和偏心方向相对于光轴保持非对称的现象。
当SF大于条件（2）的上限时，会失去将电镜插入管腔时可提供的插入感觉。此外，对于负的前组透镜来说，物体侧表面的曲率半径会变小，从而物体侧表面的凸出量增加。因此，清洁性能降低，并且物体侧表面容易被损坏。当SF小于条件（2）的下限时，显示出诸如管壁的对象的观察视场的外围部分的分辨率下降，因此不适于观察管腔。此外，对应负的前组透镜来说，物体侧表面的曲率半径较大，因此物体侧表面的入射角会变大且容易发生光量损失。
为了进一步抑制扩大视角时观察视场中的外围部分可能发生的光学性能劣化，当负的前组透镜的焦距被定义为f1时，内窥镜用物镜可被配置为满足以下条件（3）：
-1.8≤f1/f≤-1.1        （3）。
当f1/f大于条件（3）的上限时，难以适当校正像散及色差，并且因为负的前组透镜的光焦度较强，所以外围分辨率会下降。当f1/f小于条件（3）的下限时，负透镜L1的光焦度变得太弱，且此状态不适于扩大视角同时抑制有效光束半径的设计。
为了扩大视角同时将视场曲率保持在观察管腔的适宜条件下，当正的后组透镜的焦距被定义为f3时，内窥镜用物镜可被配置为满足以下条件（4）：
2.0≤f3/f≤4.0          （4）。
当f3/f大于条件（4）的上限时，佩兹伐（Petzval）和会因整个内窥镜用物镜的正光焦度较强而变大，且当观察目标的管腔的直径较薄时，像平面会趋于倾向条件不足（under condition）。当f3/f小于条件（4）的下限时，佩兹伐和会变小且当观察目标的管腔的直径较厚时，像平面会趋于倾向条件过度（over condition），原因是内窥镜用物镜100的正的总光焦度较弱。因此，对于任一种情况，显示出诸如管壁的对象的观察视场的外围部分的分辨率下降，且难以在良好的视频中观察到诸如管壁的对象。
为了有效避免观察视场中心附近的分辨率下降同时提高观察视场的外围部分的分辨率，当成像平面中的最大像高被定义为y，低于最大像高y的中间像高被定义为yi，与最大像高y对应的半视角被定义为ωm，且与中间像高yi对应的半视角被定义为ωi时，内窥镜用物镜可被配置为满足以下条件（5）：
1.3×sin(ωi/1.3)≤yi/f≤3.0×sin(ωi/3.0)    （5）
其中，60°≤ωi≤ωm。
当yi/f大于条件（5）的上限时，不可能避免观察视场中心附近的分辨率下降。当yi/f小于条件（5）的下限时，不可能避免观察视场的外围部分的分辨率下降。
为了通过像平面的倾斜有效抑制观察视场的外围部分的分辨率下降，正的前组透镜的物体侧表面可以是平面。
为了有效抑制表面反射造成的光量损失，当进入最大像高y处的一点的光线相对于负的前组透镜的物体侧表面的入射角被定义为θ时，内窥镜用物镜可被配置为满足以下条件（6）：
θ≤75°        （6）。
当θ不满足条件（6）时，如果高折射率玻璃材料用于负的前组透镜，那么表面反射造成的光量损失会变大。
例如，为了确保电镜的绝缘性能，当成像平面中的最大像高被定义为y时，内窥镜用物镜可被配置为满足以下条件（7）：
2.0≤R1/y≤5.5        （7）。
当R1/y大于条件（7）的上限时，难以确保负的前组透镜有足够的外围厚度，并因此难以确保外围厚度足以保证绝缘性能。此外，由于在这种情况下，负的前组透镜的物体侧表面的入射角较大，因此表面反射造成的光量损失会会增加。当R1/y小于条件（7）的下限时，负组透镜的物体侧表面的凸出量会增加，从而清洁性能降低，并且物镜容易被损坏。
为了抑制表面反射造成的光量损失并同时抑制负的前组透镜的物体侧表面的凸出量，当成像平面中的最大像高被定义为y，且负的前组透镜在最大像高y处的有效光束半径被定义为D时，内窥镜用物镜可被配置为满足以下条件（8）：
2.0≤D/y≤3.0        （8）。
当D/y大于条件（8）的上限时，可以抑制负的前组透镜的物体侧表面的凸出量，但表面反射造成的光量损失会增加，原因是负的前组透镜的物体侧表面的入射角较大。此外，难以抑制内窥镜用物镜100的总长度（光轴方向上的长度）。当D/y小于条件（8）的下限时，可以抑制负的前组透镜的物体侧表面上表面反射造成的光量损失，但负的前组透镜的物体侧表面的凸出量会变大。因此，清洁性能降低，并且物镜容易被损坏。
为了更适当地抑制校正根据视角的扩大而增加的视场的曲率，第二透镜组还可包括正的后组透镜及接合透镜之间的正透镜。
为了解决上述问题，根据本发明实施方式的内窥镜被配置为使得上述内窥镜用物镜安装在内窥镜的顶端部分。
根据本发明，提供了一种内窥镜用物镜及内窥镜，它们被设计成尺寸小、具有广视角，同时保持适当的光学性能。
附图说明
图1示出了根据本发明实施方式的电镜的外观。
图2是示出了根据本发明实施方式（实施例1）的内窥镜用物镜及设置在物镜后侧上的光学部件的配置的截面图。
图3是根据本发明的实施例1的内窥镜用物镜的像差图。
图4是示出了根据本发明的实施例2的内窥镜用物镜及设置在物镜后侧上的光学部件的配置的截面图。
图5是根据本发明的实施例2的内窥镜用物镜的像差图。
图6是示出了根据本发明的实施例3的内窥镜用物镜及设置在物镜后侧上的光学部件的配置的截面图。
图7为根据本发明的实施例3的内窥镜用物镜的像差图。
图8是示出了根据本发明的实施例4的内窥镜用物镜及设置在物镜后侧上的光学部件的配置的截面图。
图9为根据本发明的实施例4的内窥镜用物镜的像差图。
图10是示出了根据本发明的实施例5的内窥镜用物镜及设置在物镜后侧上的光学部件的配置的截面图。
图11为根据本发明的实施例5的内窥镜用物镜的像差图。
图12是示出了根据本发明的实施例6的内窥镜用物镜及设置在物镜后侧上的光学部件的配置的截面图。
图13为根据本发明的实施例6的内窥镜用物镜的像差图。
图14是示出了在本发明的实施例1中限定条件（5）的像高与视角之间的关系的示意图。
图15是示出了在本发明的实施例2中限定条件（5）的像高与视角之间的关系的示意图。
图16是示出了在本发明的实施例3中限定条件（5）的像高与视角之间的关系的示意图。
图17是示出了在本发明的实施例4中限定条件（5）的像高与视角之间的关系的示意图。
图18是示出了在本发明的实施例5中限定条件（5）的像高与视角之间的关系的示意图。
图19是示出了在本发明的实施例6中限定条件（5）的像高与视角之间的关系的示意图。
图20是示出了在关于本发明的比较例6中限定条件（5）的像高与视角之间的关系的示意图。
图21是示出了在本发明的实施方式中限定条件（5）的像高与视角之间的关系的示意图。
具体实施方式
以下将参照附图对根据本发明实施方式的电镜及安装在电镜中的内窥镜用物镜进行说明。
图1示出了根据实施方式的电镜1的外观。如图1所示，电镜1包括覆盖着柔性外套11a的柔性管11。覆盖着具有刚度的树脂壳的顶端部分12与柔性管11的顶端连接。设置在柔性管11与顶端部分12的接合部的弯曲部14被配置为能够通过连接至柔性管11的近端的手动操作单元13的远程操作（具体为弯曲操作旋钮13a的旋转操作）自由弯曲。该弯曲机构具有安装在通用电镜中的已知结构，并被配置为通过与弯曲操作旋钮13a的旋转操作联动地牵引操作线而被弯曲。通过上述弯曲运动的操作来改变顶端部分12的方向，电镜1的成像区域移动。
在顶端部分12的树脂壳内部安装有内窥镜用物镜100（参见图1中被虚线包围的方框）。内窥镜用物镜100将对象的光会聚到固态摄像器件（未示出）的光接收表面上以获得在成像区域中的对象的图像数据。
我们将用于观察消化系统等的内窥镜视为根据实施方式的电镜1。要求电镜1尺寸小并具有用于使诸如大肠的薄管腔在广视场中成像的广视角。出于这个原因，电镜1被配置为通过设计内窥镜用物镜100（其为要安装的大尺寸部件）将顶端部分12的外尺寸抑制为小尺寸。为了减少操作者因扩大观察视场而忽视病变组织的可能，内窥镜用物镜100被设计成具有广视角并同时保持小尺寸。期望内窥镜用物镜100具有大于或等于170°的视角。
图2是示出了根据本发明的实施例1（稍后将进行详细说明）的内窥镜用物镜100及设置在物镜100后侧上的光学部件的配置的截面图。以下，将参照图2对根据本发明实施方式的内窥镜用物镜100进行详细说明。
如图2所示，内窥镜用物镜100至少包括第一透镜组G1、孔径光阑S及第二透镜组G2。构成第一透镜组G1及第二透镜组G2的各个光学透镜都具有关于内窥镜用物镜100的光轴AX的旋转对称形状。在第二透镜组G2的后侧设置有固态摄像器件的颜色校正滤镜F。
以上所用的表达“至少包括”是指物镜可包括本发明范围内的另一个光学部件。例如，可以考虑增设了对根据本发明的内窥镜用物镜来说基本上不对光学性能作出贡献的平行板的构造，或在保持内窥镜用物镜的构造及优点的同时增设另一个光学部件的构造。出于相同原因，表达“至少包括”用于说明第一透镜组G1及第二透镜组G2。
第一透镜组G1为相对于孔径光阑S设置在物体侧的透镜组。第一透镜组G1至少包括凹面面向像侧的负透镜L1以及凸面面向像侧的正透镜L2，它们从物体侧起按该顺序配置。第一透镜组G1具有扩大视角，即在广视场下拍摄对象的负的总光焦度。当增加负透镜L1的光焦度以扩大视角时，第一透镜组G1及第二透镜组G2之间的非对称性增加，从而难以对畸变进行校正，且包括彗差及色差的像差也增加，原因是负折射表面的曲率增加。出于这个原因，在该实施方式中，正透镜L2设置在孔径光阑S的前侧，以使得可以在第一透镜组G1中消除负透镜L1较强的负光焦度。
期望正透镜L2被配置为在物体侧具有平坦表面以使得通过使像板倾斜（由于扩大负透镜L1的视角，其变得容易发生）有效抑制观察视场外围部分的分辨率下降。
第二透镜组G2为相对于孔径光阑S设置在像侧的透镜组。第二透镜组G2至少包括正透镜L3及负透镜L2粘附在正透镜L5上的接合透镜CL，它们从物体侧起按该顺序配置。为了使对象在广区域上会聚在固态摄像器件的光接收表面上，第二透镜组G2具有正的总光焦度。当采用凹面面向像侧的透镜时，作为正透镜L3，在具有正的总光焦度的第二透镜组G2中，出射角会变大。因此，难以确保足够的出瞳距离。为了避免发生此类问题，在该实施方式中，正透镜L3被配置为使得其凸面面向像侧。当第一透镜组G1的负光焦度增加以扩大视角时，在第一透镜组G1中引起的倍率色差变大。为了有效校正在第一透镜组G1中引起的倍率色差，在该实施方式中，将接合透镜CL设置在离轴光线穿过最高位置的第二透镜组G2中。
在下文中，光学部件的物体侧表面及光学部件的像侧表面分别被称为第一表面及第二表面。孔径光阑S为具有中心位于光轴AX上的预定圆开口的板状构件或形成为在第一透镜组G1的最接近孔径光阑S的透镜表面（在图2的实例中正透镜L2的第二表面r4）上、在除了透镜表面的以光轴AX为中心的预定圆形区域之外的部分涂覆的遮光膜。孔径光阑S的厚度相对于光学透镜（如负透镜L1及正透镜L2）非常薄，而可以忽略。因此，在该说明书中，认为孔径光阑S的厚度为0。
当第一透镜组G1的焦距被定义为fF（单位：mm），整个系统（第一透镜组G1及第二透镜组G2的组合）的焦距被定义为f（单位：mm），负透镜L1的第一表面的曲率半径被定义为R1（单位：mm），且负透镜L1的第二表面的曲率半径被定义为R2（单位：mm）时，内窥镜用物镜100被配置为满足以下条件（1）及（2）：
-3.5≤fF/f≤-1.5        （1）
1.3≤SF≤1.6            （2）
其中，F=(R1+R2)/(R1-R2)。
条件（1）限定了第一透镜组G1的焦距fF与整个系统的焦距之间的比率。当fF/f大于条件（1）的上限时，适于缩小内窥镜用物镜100的设计的尺寸，但第一透镜组G1中的负光焦度过大。因此，在该情况下，当设计者试图扩大视角时，难以适当校正包括彗差及色差的像差。此外，由于在这种情况下需要将第二透镜组G2的倍率设为较高，因此难以抑制组装期间由第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的误差导致的第二透镜组G2的倍率改变。由于因倍率改变而导致的视角的变化较大，因此难以确保视角满足要求。
当fF/f小于条件（1）的下限时，有利于校正像差，但难以设计内窥镜用物镜100以减小透镜外径，因为其不适合缩小尺寸。此外，由于在这种情况下必须将第一透镜组G1的倍率设为较高，因此在第一透镜组G1从光轴AX偏心的状态下组装物镜时所导致的像平面倾斜会变大，从而观察视场的外围部分容易发生图像质量下降。
条件（2）限定了负透镜L1的形状。当SF大于条件（2）的上限时，在外围像高处视角变化缓和（即，倍率在观察视场的外围部分中变得很高），且外围分辨率变高。此状态较合适，原因是观察视场的外围部分中显示的诸如管壁的对象可以以高分辨率进行观察。然而，为了补偿这种情况，会失去将电镜插入管腔时可获得的插入感觉（即，在插入视角为140°的电镜期间可获得的插入感觉）。本文中所使用的插入感觉指的是操作员通过屏幕上显示的视频获得关于电镜插入体腔中的长度的感觉。当SF大于条件（2）的上限时，当电镜1插入管腔时在观察视场的外围部分中显示的诸如管壁的物体的流动变得过快，并因此对操作员来说难以识别电镜1的插入量。此外，对于负透镜L1来说，第一表面的曲率半径变小，从而第一表面的凸出量增加。因此，清洁性能降低，增加了在管理电镜1期间透镜与另一个结构部件碰撞从而损坏透镜的风险。应注意，第一表面的凸出量被定义为第一表面的光轴AX上的切面与第一表面的最外部分之间的在光轴AX的方向上的距离。
当SF小于条件（2）的下限时，在外围像高处视角的变化急剧（即，外围部分中的倍率较低），且插入感觉相对于现有电镜的差别较小。因此，电镜1的处理变得容易。然而，为了补偿这种情况，显示出诸如管壁的对象的观察视场的外围部分的分辨率下降，因此不适于观察管腔。此外，对于负透镜L1来说，第一表面的曲率半径变大，因此第一表面的凸出量减少。因此，提高了清洁性能并降低了损坏的风险，但是由于第一表面的入射角较大，所以容易发生光量损失。
当条件（1）和（2）都满足时，即使当内窥镜用物镜100设计为具有小直径且具有广视角，也可以适当校正包括彗差及色差的像差。此外，可以在不失去现有电镜插入感觉的情况下保持观察视场外围部分的高分辨率。此外，可以有效抑制组装误差导致的视角变化及像平面倾斜。此外，可以有效抑制光量损失，同时提高了清洁性能，并且使处理容易。由于校正像差并不一定需要非球面，因此减少了设计者的负担且处理变得更容易。
当负透镜L1的焦距被定义为f1时，内窥镜用物镜100可被配置为满足以下条件（3）：
-1.8≤f1/f≤-1.1            （3）。
条件（3）限定了负透镜L1的焦距与整个系统的焦距之间的比率。当满足条件（3）时，可以更适当地抑制当扩大视角时可能会发生的观察视场外围部分的光学性能劣化。当f1/f大于条件（3）的上限时，难以适当校正像散及色差，且因负透镜L1的光焦度较强，外围分辨率会下降。当f1/f小于条件（3）的下限时，负透镜L1的光焦度变得太弱，且此状态不适于扩大视角同时抑制有效光束半径的设计。
当正透镜L3的焦距被定义为f3时，内窥镜用物镜100可被配置为满足以下条件（4）：
2.0≤f3/f≤4.0            （4）。
条件（4）限定了正透镜L3的焦距f3与整个系统的焦距之间的比率。当满足条件（4）时，可以扩大视角并同时保持观察所安排的对象（例如，大肠的管壁）合适状态下的视场曲率。当f3/f大于条件（4）的上限时，佩兹伏和会因内窥镜用物镜100的正的总光焦度较强而变大，且当观察目标管腔的直径较薄时，像平面趋于倾向条件不足。因此，显示出诸如管壁的对象的观察视场的外围部分的分辨率下降，且难以观察到作为良好视频的管壁。当f3/f小于条件（4）的下限时，佩兹伏和会变小且当观察目标管腔的直径较厚时，像平面趋于倾向条件过度，原因是内窥镜用物镜100的正的总光焦度较弱。因此，显示出诸如管壁的对象的观察视场的外围部分的分辨率下降，且难以在良好视频中观察到诸如管壁的对象。为了校正过度条件下倾斜的像平面，需要将接合表面的曲率半径设为较小以提高构成接合透镜CL的负透镜4的光焦度。在这种情况下，存在可加工性劣化的缺点。当管腔的直径被定义为φ且成像平面（固态摄像器件的光接收表面）中的最大像高被定义为y时，本实施方式中观察到的管腔的直径范围如下。
10y≤φ≤20y
当低于最大像高y的中间像高被定义为yi，与最大像高y对应的半视角被定义为ωm，且与中间像高yi对应的半视角被定义为ωi时，内窥镜用物镜100可被配置为满足以下条件（5）：
1.3×sin(ωi/1.3)≤yi/f≤3.0×sin(ωi/3.0)    （5）
其中，60°≤ωi≤ωm。
限定条件（5）的半视角被定义为在入射到最接近内窥镜用物镜100中的物体侧的表面（负透镜L1的第一表面）上的入射光线与光轴AX之间形成的倾斜角。
图21示出了限定条件（5）的像高与视角之间的关系的示意图。在图21中，最接近内窥镜用物镜100中的物体侧的表面（负透镜L1的第一表面）及最接近内窥镜用物镜100中的像侧的表面（构成接合透镜CL的正透镜L5的第二表面）分别被定义为第一表面及最终表面。从半视角ωi至ωm的视场范围为在观察管腔期间可以查看诸如管壁的对象的相关区域。此后，该视场范围被称为“管壁视场区域”。与管壁视场区域对应的成像平面上的区域（从中间像高yi至有效像素区域的最外部分的区域）被称为“管壁成像区域”。当yi/f大于条件（5）的上限时，管壁成像区域较广，且管壁成像区域中的对象可以以高分辨率成像。然而，为了补偿这种情况，不可能避免管壁视场区域内部的视场中的中心部分的分辨率下降。例如，当发现有病变部分且图像移至视场中心时，不可能以高分辨率使病变部分成像。当yi/f小于条件（5）的下限时，管壁成像区域较小，并且不可能以高分辨率使管壁视场区域中的对象成像，且此状态不适于观察管腔。当满足条件（5）时，可以以高分辨率使管壁视场区域中的对象成像，并可以有效避免视场中心部分中的分辨率下降。
由于负透镜L1的第一表面暴露至顶端部分12的外部，因此在内窥镜诊断之后用清洁剂清洗第一表面。在清洁剂中，存在含有恶化表面处理的成分的试剂。因此，负透镜L1的第一表面上没有设置防反射膜。结果，存在关于表面反射造成的光量损失的担忧。出于这个原因，内窥镜用物镜100可被配置为满足以下条件（6）：
θ≤75°            （6）。
满足条件（6）的入射角θ被定义为进入最大像高y处的一点的光线相对于负透镜L1的第一表面的入射角。入射角被定义为在入射光线与入射光线和入射表面间的交点处的切面的法线之间形成的角。
当满足条件（6）时，可以有效抑制表面反射造成的光量损失。当θ不满足条件（6）时，如果折射率大于1.8的高折射率玻璃材料用于负透镜L1，那么表面反射造成的光量损失会超过30%。也就是说，透镜材料的选择范围缩小，这是不是所期望的。
内窥镜用物镜100可被配置为满足以下条件（7）：
2.0≤R1/y≤5.5        （7）。
当满足条件（7）时，可以有效抑制负透镜的第一表面上的表面反射造成的光量损失并同时确保负透镜L1的外围厚度足够。通过确保负透镜L1的外围厚度足够，顶端部分12的内部可以通过厚度足够且介电常数较低的材料与外部绝缘。当R1/y大于条件（7）的上限时，难以确保外围厚度足以保证绝缘性能。此外，在这种情况下，负透镜L1的第一表面的入射角较大。因此，表面反射造成的光量损失会会增加。当R1/y小于条件（7）的下限时，负透镜L1的第一表面的凸出量会增加，从而清洁性能降低，并且增加了管理电镜1期间因与另一个结构部件碰撞造成电镜1损坏的风险。此外，需要将负透镜L1的第二表面的曲率半径设定为较小，这劣化了可加工性。
当负透镜L1在最大像高y处的有效光束半径被定义为D时，内窥镜用物镜100可被配置为满足以下条件（8）：
2.0≤D/y≤3.0        （8）。
当满足条件（8）时，可以抑制表面反射造成的光量损失，并同时抑制负透镜L1的凸出量。当D/y大于条件（8）的上限时，可以抑制负透镜L1的第一表面的凸出量，但表面反射造成的光量损失会增加，原因是第一表面的入射角较大。此外，难以抑制内窥镜用物镜100的总长度（光轴AX方向上的尺寸），且此状态不适于缩小顶端部分的尺寸。当D/y小于条件（8）的下限时，可以抑制负透镜L1的第一表面上表面反射造成的光量损失，但第一表面的凸出量会变大。因此，清洁性能降低，并且增加了在管理电镜1期间电镜1与另一个结构部件碰撞并损坏的风险。
以下将对上述内窥镜用物镜100的六个具体数值实例进行说明。根据实施例1至6中每一个的内窥镜用物镜100设置在图1所示的电镜1的顶端部分12中。
实施例1
如上所述，图2中示出了根据本发明的实施例1的内窥镜用物镜100。表1示出了根据实施例1的内窥镜用物镜100（及设置在其后侧上的光学部件）的具体数值配置（设计值）。在表1中，表面编码n对应于图2中的表面标号rn，除了表面编码5表示孔径光圈S。在表1中，R（单位：mm）表示光学部件的每个表面的曲率半径，D（单位：mm）表示光学部件的厚度或光学部件之间的间隔，N(d)表示在d线的折射率（588nm的波长），vd表示在d线的阿贝数。表2示出了内窥镜用物镜100的规格（F数、整个系统的焦距（单位：mm）、光学倍率、半视角（单位：度）及像高（单位：mm））。
表1
Figure BDA00002486114700141
表2
F数        5.6        焦距        1.00
倍率       -0.085
半视角     89.2       像高        1.37
图3的（a）至图3的（d）为根据实施例1的内窥镜用物镜100的像差图。具体地，图3的（a）示出了在d线、g线（436nm）及C线（656nm）处的球面像差及纵向色差。图3的（b）示出了在d线、g线及C线处的倍率色差。在图3的（a）及图3的（b）的每个图中，实线表示d线处的像差，虚线表示g线处的像差，点划线表示C线处的像差。图3的（c）示出了像散。在图3的（c）中，实线示出了径向分量，虚线示出了子午分量。图3的（d）示出了畸变。在图3的（a）至图3的（c）的每个图中，竖轴表示像高，横轴表示像差量。在图3的（d）中，竖轴表示像高，横轴表示畸变。如表1、表2、图3的（a）至图3的（d）中所示，根据实施例1的内窥镜用物镜100适当校正了像差，同时被配置成尺寸小并具有广视角。应注意的是，有关实施例1的表及附图的阐述同样也适用于在以下数值实例中所呈现的表及附图。
实施例2
图4是示出了包括根据实施例2的内窥镜用物镜100的光学部件的配置的截面图。如图4所示，根据实施例2的内窥镜用物镜100所具有的透镜数量与根据实施例1的内窥镜用物镜100的透镜数量相同。图5的（a）至图5的（d）为根据实施例2的内窥镜用物镜100的像差图（球面像差、纵向色差、倍率色差、像散及畸变）。表3示出了包括根据实施例2的内窥镜用物镜100的光学部件的具体数值配置，并且表4示出了根据实施例2的内窥镜用物镜100的规格。如表3、表4、图5的（a）至图5的（d）中所示，根据实施例2的内窥镜用物镜100适当校正了像差，同时被配置成尺寸小并具有广视角。
表3
表4
F数        5.6        焦距        1.00
倍率       -0.078
半视角     89.8       像高        1.50
实施例3
图6是示出了包括根据实施例3的内窥镜用物镜100的光学部件的配置的截面图。如下面的表3所示，根据实施例3的内窥镜用物镜100具有超过95°的半视角。因此，如果透镜配置与实施例1或2的配置相同，那么难以适当校正视场曲率。出于这个原因，如图6所示，正透镜L6设置在正透镜L3及接合透镜CL之间以适当校正视场曲率。也就是说，在实施例3中，第二透镜组G2具有三个透镜，包括正透镜L3、正透镜L6及接合透镜CL。第一透镜组G1所具有的透镜数量与实施例1的第一透镜组G1的透镜数量相同。图7的（a）至图7的（d）为根据实施例3的内窥镜用物镜100的像差图（球面像差、纵向色差、倍率色差、像散及畸变）。表5示出了包括根据实施例3的内窥镜用物镜100的光学部件的具体数值配置，表6示出了根据实施例3的内窥镜用物镜100的规格。如表5、表6、图7的（a）至图7的（d）中所示，根据实施例3的内窥镜用物镜100适当校正了像差，同时被配置为尺寸小并具有广视角。
表5
Figure BDA00002486114700161
Figure BDA00002486114700171
表6
F数        5.6        焦距        1.00
倍率       -0.082
半视角     97.2       像高        1.44
实施例4
图8是示出了包括根据实施例4的内窥镜用物镜100的光学部件的配置的截面图。如图8所示，根据实施例4的内窥镜用物镜100所具有的透镜数量与根据实施例1的内窥镜用物镜100的透镜数量相同。图9的（a）至图9的（d）为根据实施例2的内窥镜用物镜100的像差图（球面像差、纵向色差、倍率色差、像散及畸变）。表7示出了包括根据实施例4的内窥镜用物镜100的光学部件的具体数值配置，表8示出了根据实施例4的内窥镜用物镜100的规格。如表7、表8、图9的（a）至图9的（d）中所示，根据实施例4的内窥镜用物镜100适当校正了像差，同时被配置为尺寸小并具有广视角。
表7
表8
F数        5.6        焦距        1.00
倍率       -0.086
半视角     89.9       像高        1.36
实施例5
图10是示出了包括根据实施例5的内窥镜用物镜100的光学部件的配置的截面图。如图10所示，根据实施例5的内窥镜用物镜100所具有的透镜数量与根据实施例1的内窥镜用物镜100的透镜数量相同。图11的（a）至图11的（d）为根据实施例5的内窥镜用物镜100的像差图（球面像差、纵向色差、倍率色差、像散及畸变）。表9示出了包括根据实施例5的内窥镜用物镜100的光学部件的具体数值配置，表10示出了根据实施例5的内窥镜用物镜100的规格。如表9、表10、图11的（a）至图11的（d）中所示，根据实施例5的内窥镜用物镜100适当校正了像差，同时被配置为尺寸小并具有广视角。
表9
表10
F数        5.6        焦距        1.00
倍率       -0.078
半视角     89.8       像高        1.35
实施例6
图12是示出了包括根据实施例6的内窥镜用物镜100的光学部件的配置的截面图。如图12所示，根据实施例6的内窥镜用物镜100所具有的透镜数量与根据实施例1的内窥镜用物镜100的透镜数量相同。图13的（a）至图13的（d）为根据实施例6的内窥镜用物镜100的像差图（球面像差、纵向色差、倍率色差、像散及畸变）。表11示出了包括根据实施例6的内窥镜用物镜100的光学部件的具体数值配置，表12示出了根据实施例6的内窥镜用物镜100的规格。如表11、表12、图13的（a）至图13的（d）中所示，根据实施例6的内窥镜用物镜100适当校正了像差，同时被配置为尺寸小并具有广视角。
表11
Figure BDA00002486114700191
表12
F数        5.6        焦距        1.00
倍率       -0.077
半视角     90.0       像高        1.49
（比较）
表13为通过将条件（条件（5）除外）应用于包括实施例1至6及比较例1的这七个实例而获得的值的列表。对于条件（5），图14至图20示出了实例的像高与视角之间的关系。比较例1为在专利文献1中所示的实施例1。
表13
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 比较例1
条件(1) -1.54 -2.82 -2.06 -2.84 -1.74 -2.77 -1.75
条件(2) 1.37 1.57 1.54 1.40 1.36 1.47 1.00
条件(3) -1.22 -1.46 -1.30 -1.29 -1.16 -1.55 -1.02
条件(4) 2.21 3.14 2.12 3.02 2.49 3.14 2.51
条件(6) 74° 66° 75° 75° 75° 67° 66°
条件(7) 3.97 2.80 2.70 4.00 4.00 3.51 ∞
条件(8) 2.30 2.40 2.20 2.20 2.20 2.90 1.90
如表13所示，根据实施例1至6中的每一个的内窥镜用物镜100同时满足条件（1）及（2），并适当校正像差，同时被配置为尺寸小并具有广视角，如以上实例中描述的附图及表所示的那样。相反，如表13所示，根据比较例1的内窥镜用物镜不满足条件（2）。因此，当比较例1被设计为保持光学性能同时抑制外形时，难以扩大视角。在另一方面，为了扩大比较例1的视角（例如，以获得超过140°的视角），必须牺牲光学性能及尺寸缩小中的至少一个。例如，当牺牲光学性能时，不可能避免显示出诸如管壁的对象的观察视场的外围部分的分辨率的明显下降。
如表13所示，根据实施例1至6中的每一个的内窥镜用物镜100满足条件（3）、（4）及（6）至（8）。因此，实施例1至6中的每一个通过满足这些条件来实现进一步的优点。相反，如表13所示，根据比较例1的内窥镜用物镜不满足条件（3）、（7）及（8）。在比较例1中，难以适当校正像散及色差，因此，观察视场外围区域中的分辨率可进一步降低，原因是比较例1例如超过了条件（3）的上限。
图14至图19分别示出了实施例1至6的限定条件（5）的像高与视角之间的关系。图20示出了比较例1的限定条件（5）的像高与视角之间的关系。在图14至图20的每一个中，竖轴表示像高（单位：mm），横轴表示视角（单位：度）。在这些附图中，实线（粗线）表示每个实例的条件（5）的值，上下两条实线（细线）表示条件（5）的上限及下限。
如图14至图18所示，根据实施例1至5中的每一个的内窥镜用物镜100在满足条件（5）的视角内满足条件（5）。因此，可以以高分辨率使管壁视场区域内的对象成像且可以有效避免视场中心附近的分辨率下降。由于如图19所示，根据实施例6的内窥镜用物镜100在满足该规格的视角内略超过条件（5）的上限，因此视场中心附近的分辨率下降。由于如图20所示，根据比较例1的内窥镜用物镜100低于条件（5）的下限，所以不可能以高分辨率使管壁视场区域内的对象成像，因此不适于观察管腔。
上文对本发明的实施方式进行了阐述。本发明不限于上述配置，而可以在本发明技术概念的范围内改变。

Claims (10)

1.一种内窥镜用物镜，包括：
具有负光焦度的第一透镜组；
孔径光阑；以及
具有正光焦度的第二透镜组，
其中，所述第一透镜组、所述孔径光阑及所述第二透镜组从物体侧起按该顺序配置，
其中：
所述第一透镜组至少包括凹面面向像侧的负的前组透镜以及凸面面向所述像侧的正的前组透镜，所述负的前组透镜及所述正的前组透镜从物体侧起按该顺序配置；
所述第二透镜组至少包括凸面面向所述像侧的正的后组透镜以及通过使负透镜与正透镜接合在一起而形成的接合透镜，所述正的后组透镜及所述接合透镜从物体侧起按该顺序配置；并且
当所述第一透镜组的焦距被定义为fF（单位：mm），所述第一透镜组及所述第二透镜组的总焦距被定义为f（单位：mm），所述负的前组透镜的物体侧表面的曲率半径被定义为R1（单位：mm），且所述负的前组透镜的像侧表面的曲率半径被定义为R2（单位：mm）时，所述内窥镜用物镜满足以下条件（1）及（2）：
-3.5≤fF/f≤-1.5        （1）
1.3≤SF≤1.6            （2）
其中，F=(R1+R2)/(R1-R2)。
2.根据权利要求1所述的内窥镜用物镜，
其中，当所述负的前组透镜的焦距被定义为f1时，所述内窥镜用物镜满足以下条件（3）：
-1.8≤f1/f≤-1.1            （3）。
3.根据权利要求1或2所述的内窥镜用物镜，
其中，当所述正的后组透镜的焦距被定义为f3时，所述内窥镜用物镜满足以下条件（4）：
2.0≤f3/f≤4.0            （4）。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的内窥镜用物镜，
其中，当成像平面中的最大像高被定义为y，低于所述最大像高y的中间像高被定义为yi，与所述最大像高y对应的半视角被定义为ωm，且与中间像高yi对应的半视角被定义为ωi时，所述内窥镜用物镜满足以下条件（5）：
1.3×sin(ωi/1.3)≤yi/f≤3.0×sin(ωi/3.0)    （5）
其中，60°≤ωi≤ωm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的内窥镜用物镜，其中，所述正的前组透镜的物体侧表面为平面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的内窥镜用物镜，
其中，当进入所述最大像高y处的一点的光线相对于所述负的前组透镜的物体侧表面的入射角被定义为θ时，所述内窥镜用物镜满足以下条件（6）：
θ≤75°        （6）。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的内窥镜用物镜，
其中，当成像平面中的最大像高被定义为y时，所述内窥镜用物镜满足以下条件（7）：
2.0≤R1/y≤5.5            （7）。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的内窥镜用物镜，
其中，当成像平面中的最大像高被定义为y，且所述负的前组透镜在所述最大像高y处的有效光束半径被定义为D时，所述内窥镜用物镜满足以下条件（8）：
2.0≤D/y≤3.0        （8）。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的内窥镜用物镜，
其中，所述第二透镜组还包括所述正的后组透镜与所述接合透镜之间的正透镜。
10.一种内窥镜，包括安装在所述内窥镜顶端部分的根据权利要求1至9中任一项所述的内窥镜用物镜。
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