CN103282817A - 内窥镜用物镜光学系统 - Google Patents

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Abstract

内窥镜用物镜光学系统相对较为窄角且外径小、全长短，并且同时校正像面弯曲与彗形像差。提供一种内窥镜用物镜光学系统（1），其从物体侧依次包括由负的单透镜构成的第1透镜（2）、由正的单透镜构成的第2透镜（3）、亮度光圈（4）、由正的单透镜构成的第3透镜（5）以及由正的接合透镜构成的第4透镜（6），该内窥镜用物镜光学系统（1）满足以下条件式：（1）0.3＜Df/f＜1.15、（2）n1＜1.79、（3）n2＞n1、（4）0.6＜IH/f＜0.83，其中，Df：从上述第1透镜的物体侧的面到上述亮度光圈之间的距离；f：整个系统的焦距；n1：上述第1透镜的折射率（d线）；n2：上述第2透镜的折射率（d线）；IH：整个系统中的最大像高。

Description

内窥镜用物镜光学系统
技术领域
本发明涉及一种内窥镜用物镜光学系统。
背景技术
以往，作为内窥镜用物镜光学系统，公知有广角的内窥镜用物镜光学系统（例如，参照专利文献1～5。）。由于像消化器官内窥镜这样的以体内诊断为目的的内窥镜存在想要防止漏诊病变部位这样的要求，因此广角是非常有效的。
这些内窥镜用物镜光学系统从物体侧依次排列有凹透镜、凸透镜、光圈、凸透镜及接合透镜，良好地校正了像差。
专利文献1：日本特开平2－293709号公报
专利文献2：日本特开平6－308381号公报
专利文献3：日本特开2004－354888号公报
专利文献4：日本特开2009－15119号公报
专利文献5：日本特开2009－223183号公报
但是，根据内窥镜的用途，有时要求有相对较为窄角（约85°以下）的物镜光学系统。
作为一例，在外科手术中使用的内窥镜等比较相符，当在体内进行处理时需要窄角的内窥镜。
在外科手术中通过内窥镜一边对体内的处理情况进行观察一边进行适当的处理，但是存在为了易于进行处理而使操作部位看起来较大这样的要求。与广角的内窥镜相比，窄角的内窥镜能够将被摄体放大来进行观察。
若在外科手术中使用广角的内窥镜，则在要放大的情况下使内窥镜靠近被摄体且操作空间变窄，因此变得难以进行处理。另外，物镜的表面容易粘上污物，变得难以看清画面。
由此，在外科手术中使用的内窥镜的物镜光学系统相对较为窄角是有效的。相对于这种窄角的内窥镜物镜光学系统，若原样应用像差校正良好的专利文献1～5的内窥镜用物镜光学系统，则存在不能够同时校正像面弯曲与彗形像差这样的不良情况。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种相对较为窄角且外径小、全长短、并且能够同时校正像面弯曲与彗形像差的内窥镜用物镜光学系统。
为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案。
本发明提供一种内窥镜用物镜光学系统，其从物体侧依次包括由负的单透镜构成的第1透镜、由正的单透镜构成的第2透镜、亮度光圈、由正的单透镜构成的第3透镜以及由正的接合透镜构成的第4透镜，该内窥镜用物镜光学系统满足以下条件式：
0.3＜Df/f＜1.15   （1）
n1＜1.79          （2）
n2＞n1            （3）
0.6＜IH/f＜0.83   （4）
其中，Df：从上述第1透镜的物体侧的面到上述亮度光圈之间的距离；f：整个系统的焦距；n1：上述第1透镜的折射率（d线）；n2：上述第2透镜的折射率（d线）；IH：整个系统中的最大像高。
根据本发明，在相对较为窄角、且将全长保持得较短的状态下，能够同时校正像面弯曲与彗形像差。
通过满足条件式（1），从而物体侧光线高降低，能够减小外径。若Df/f成为0.3以下，则第1透镜、第2透镜的加工较困难，当Df/f为1.15以上时，外径变大，并且不能够在保持着窄角的状态下校正像面弯曲。通过满足条件式（2），在将全长保持得较短的状态下，能够同时实现像面弯曲校正与彗形像差校正。通过满足条件式（3），能够在将全长保持得较短的状态下校正像面弯曲，通过满足条件式（4），能够将物镜光学系统构成为窄角。
在上述发明中，更优选的是，上述第3透镜呈使凸面朝向像侧的凹凸形状，且满足以下条件式：
｜r1｜－｜r2｜＋d1＞1.8   （5）
其中，r1：上述第3透镜的物体侧面的曲率半径；r2：上述第3透镜的像侧面的曲率半径；d1：上述第3透镜的中心处厚度。
通过如此设置，第3透镜的两个面的曲率中心之间的距离变远。若变远，则在透镜加工工序中能够准确地连结曲率中心彼此，因此能够看到准确的光轴。因此，能够高精度地加工第3透镜。
另外，在上述发明中，优选的是，该内窥镜用物镜光学系统满足以下条件式：
n1＜1.70   （2’）。
另外，在上述发明中，也可以是，上述第1透镜的物体侧面是平面，上述第2透镜的像侧面是平面，上述第3透镜呈使凸面朝向像侧的凹凸形状。
通过如此设置，能够容易地进行加工，因此成本降低。另外，由于利用平面承受透镜、框架，因此能够将透镜不偏心地固定于框架。
根据本发明，起到相对较为窄角且外径小、全长短、并且能够同时校正像面弯曲与彗形像差这样的效果。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的内窥镜用物镜光学系统的图。
图2是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第1实施例的透镜结构的图。
图3是由图2的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图4是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第2实施例的透镜结构的图。
图5是由图4的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图6是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第3实施例的透镜结构的图。
图7是由图6的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图8是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第4实施例的透镜结构的图。
图9是由图8的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图10是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第5实施例的透镜结构的图。
图11是由图10的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图12是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第6实施例的透镜结构的图。
图13是由图12的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图14是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第7实施例的透镜结构的图。
图15是由图14的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图16是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第8实施例的透镜结构的图。
图17是由图16的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图18是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第9实施例的透镜结构的图。
图19是由图18的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图20是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第10实施例的透镜结构的图。
图21是由图20的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图22是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第11实施例的透镜结构的图。
图23是由图22的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图24是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第12实施例的透镜结构的图。
图25是由图24的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图26是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第13实施例的透镜结构的图。
图27是由图26的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图28是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第14实施例的透镜结构的图。
图29是由图28的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图30是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第15实施例的透镜结构的图。
图31是由图30的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图32是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第16实施例的透镜结构的图。
图33是由图32的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图34是表示图1的内窥镜用物镜光学系统的第17实施例的透镜结构的图。
图35是由图34的透镜结构构成的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的一实施方式的内窥镜用物镜光学系统1。
如图1所示，本实施方式的内窥镜用物镜光学系统1沿着光轴C从物体侧依次包括第1透镜2、第2透镜3、亮度光圈4、第3透镜5以及第4透镜6。附图标记7是由平行平板构成的蓝宝石玻璃盖片，附图标记8是由平行平板构成的红外截除滤波器，附图标记9、10是平行玻璃板。
第1透镜2由使平面朝向物体侧的平凹透镜构成，整体具有负的折射力。第2透镜3由使平面朝向像侧的平凸透镜构成，整体具有正的折射力。第3透镜5由使凸面朝向像侧的凹凸透镜构成，整体具有正的折射力。第4透镜6由接合两凸透镜6a与凹凸透镜6b而成的接合透镜构成，整体具有正的折射力。
而且，由该第1透镜2～第4透镜6及亮度光圈4构成的内窥镜用物镜光学系统满足以下条件式（1）～（4）。
0.3＜Df/f＜1.15   （1）
n1＜1.79          （2）
n2＞n1            （3）
0.6＜IH/f＜0.83   （4）
其中，Df：从第1透镜2的物体侧的面到亮度光圈4之间的距离；f：整个系统的焦距；n1：第1透镜2的折射率（d线）；n2：第2透镜3的折射率（d线）；IH：整个系统中的最大像高。
通过满足条件式（1），物体侧光线高降低，能够减小外径。若条件式（1）低于下限，则第1透镜、第2透镜的加工变困难。另外，若条件式（1）高于上限，则成为广角，因此若想要实现窄角，则需要通过减小第1透镜的放大率来进行调整。但是，若减小第1透镜的放大率，则不能够校正像面弯曲。
通过满足条件式（2），能够在将全长保持得较短的状态下同时实现像面弯曲校正与彗形像差校正。
若条件式（2）高于上限，则为了在将全长保持得较短的状态下校正像面弯曲，需要减小第1透镜的曲率半径，但同时会变成广角。因此，为了实现窄角，需要增大第2透镜的放大率。但是，若增大第2透镜的放大率，则不能够校正彗形像差。
通过满足条件式（3），能够在将全长保持得较短的情况下校正像面弯曲，通过满足条件式（4），能够将物镜光学系统构成为窄角。
即，根据如此构成的本实施方式的内窥镜用物镜光学系统1，具有相对较为窄角且外径小、全长短、并且能够同时校正像面弯曲与彗形像差这样的优点。
另外，在设为与压热器对应的情况下，需要将蓝宝石玻璃盖片焊接在物镜光学系统的物体侧而设为密封构造。若满足条件式（1），则能够降低物体侧光线高并将玻璃盖片外径保持得较小，因此即使在与压热器对应的内窥镜物镜光学系统中，也能够减小外径。另外，若将玻璃盖片外径保持得较小，则能够缓和焊接时的应力，从而能够防止透镜裂纹。
另外，在本实施方式的内窥镜用物镜光学系统1中，基于像面弯曲校正的观点而更优选满足以下条件式（1’）。
0.3＜Df/f＜0.9   （1’）
另外，在本实施方式的内窥镜用物镜光学系统1中，基于同时实现像面弯曲校正与彗形像差校正的观点而更优选满足以下条件式（2’）。
n1＜1.70   （2’）
另外，在本实施方式的内窥镜用物镜光学系统1中，优选的是，第3透镜呈使凸面朝向像侧的凹凸形状，且满足以下条件式（5）。
｜r1｜－｜r2｜＋d1＞1.8   （5）
其中，r1：第3透镜5的物体侧面的曲率半径；r2：第3透镜5的像侧面的曲率半径；d1：第3透镜5的中心处厚度。
若由正的单透镜构成的第3透镜的形状呈使凸透镜朝向像侧的凹凸形状，则基于同时实现像面弯曲校正与彗形像差校正的观点而更优选。
另外，通过满足条件式（5），从而第3透镜的两个面的曲率中心之间的距离变远。若变远，则在透镜加工工序中能够准确地连结曲率中心彼此，因此能够看到准确的光轴。因此，能够高精度地加工第3透镜。
另外，在本实施方式中，优选的是，该内窥镜用物镜光学系统满足以下条件式（6）。
－3＜f1/f＜－0.9   （6）
其中，f1是第1透镜2的焦距。
另外，也可以是，该内窥镜用物镜光学系统满足以下条件式（6’）。
－3＜f1/f＜－1.05   （6’）
通过满足条件式（6），能够将全长保持得较短。在低于条件式（6）的下限的情况下，物镜光学系统的全长变长，在高于条件式（6）的上限的情况下，第1透镜2的加工变困难。通过满足条件式（6’），能够进一步容易地加工第1透镜2。
另外，在上述发明中，也可以是，上述第1透镜的物体侧面是平面，上述第2透镜的像侧面是平面，上述第3透镜呈使凸面朝向像侧的凹凸形状。
通过如此设置，能够容易地进行加工，因此成本降低。另外，由于利用平面支承透镜、框架，因此能够将透镜不偏心地固定于框架。由此，能够形成不会出现较大的偏角、不会看到仅图像的周边部变模糊的现象的结构。
实施例
以下，在各个实施例中，r是曲率半径，d是面间隔，n是折射率，νd是d线上的阿贝数。折射率n是相对于波长587.56nｍ的光的折射率。另外，在附图中，附图标记rn（n＝1、2、…）表示面编号n的面的曲率半径，附图标记dn（n＝1、2、…）表示面编号n的面与面编号n＋1的面之间的面间隔。
（第1实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统1的第1实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统1的透镜结构表示在图2中。将透镜数据表示在表1中，将像差图表示在图3中。
[表1]
Figure BDA00003429339400081
Figure BDA00003429339400091
（第2实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第2实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图4中，将透镜数据表示在表2中，将像差图表示在图5中。
[表2]
（第3实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第3实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图6中，将透镜数据表示在表3中，将像差图表示在图7中。
[表3]
Figure BDA00003429339400101
（第4实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第4实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图8中，将透镜数据表示在表4中，将像差图表示在图9中。
[表4]
Figure BDA00003429339400111
（第5实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第5实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图10中，将透镜数据表示在表5中，将像差图表示在图11中。
[表5]
Figure BDA00003429339400112
（第6实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第6实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图12中，将透镜数据表示在表6中，将像差图表示在图13中。
[表6]
Figure BDA00003429339400122
（第7实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第7实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图14中，将透镜数据表示在表7中，将像差图表示在图15中。
[表7]
Figure BDA00003429339400132
（第8实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第8实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图16中，将透镜数据表示在表8中，将像差图表示在图17中。
[表8]
Figure BDA00003429339400142
Figure BDA00003429339400151
（第9实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第9实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图18中，将透镜数据表示在表9中，将像差图表示在图19中。
[表9]
（第10实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第10实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图20中，将透镜数据表示在表10中，将像差图表示在图21中。
[表10]
Figure BDA00003429339400161
（第11实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第11实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图22中，将透镜数据表示在表11中，将像差图表示在图23中。
[表11]
（第12实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第12实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图24中，将透镜数据表示在表12中，将像差图表示在图25中。
[表12]
Figure BDA00003429339400172
（第13实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第13实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图26中，将透镜数据表示在表13中，将像差图表示在图27中。
[表13]
Figure BDA00003429339400182
Figure BDA00003429339400191
（第14实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第14实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图28中，将透镜数据表示在表14中，将像差图表示在图29中。
[表14]
Figure BDA00003429339400192
（第15实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第15实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图30中，将透镜数据表示在表15中，将像差图表示在图31中。
[表15]
Figure BDA00003429339400211
（第16实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第16实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图32中，将透镜数据表示在表16中，将像差图表示在图33中。
[表16]
Figure BDA00003429339400212
Figure BDA00003429339400221
（第17实施例）
接着，说明本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的第17实施例。
将本实施例的内窥镜用物镜光学系统的透镜结构表示在图34中，将透镜数据表示在表17中，将像差图表示在图35中。
[表17]
Figure BDA00003429339400222
第1～第17实施例中的条件式（1）～（6）的值如表18所示，全部满足条件式。另外，第1～第17实施例中的焦距、光圈值、视角及像高如表19所示。
[表18]
Figure BDA00003429339400231
[表19]
Figure BDA00003429339400241
附图标记说明
1内窥镜用物镜光学系统；2第1透镜；3第2透镜；4亮度光圈；5第3透镜；6第4透镜。

Claims (4)

1.一种内窥镜用物镜光学系统，其从物体侧依次包括由负的单透镜构成的第1透镜、由正的单透镜构成的第2透镜、亮度光圈、由正的单透镜构成的第3透镜以及由正的接合透镜构成的第4透镜，该内窥镜用物镜光学系统满足以下条件式：
0.3＜Df/f＜1.15   （1）
n1＜1.79          （2）
n2＞n1            （3）
0.6＜IH/f＜0.83   （4）
其中，
Df：从上述第1透镜的物体侧的面到上述亮度光圈之间的距离；
f：整个系统的焦距；
n1：上述第1透镜的折射率（d线）；
n2：上述第2透镜的折射率（d线）；
IH：整个系统中的最大像高。
2.根据权利要求1所述的内窥镜用物镜光学系统，其中，
上述第3透镜呈使凸面朝向像侧的凹凸形状，且满足以下条件式：
｜r1｜－｜r2｜＋d1＞1.8   （5）
其中，
r1：上述第3透镜的物体侧面的曲率半径；
r2：上述第3透镜的像侧面的曲率半径；
d1：上述第3透镜的中心处厚度。
3.根据权利要求1所述的内窥镜用物镜光学系统，其中，
该内窥镜用物镜光学系统满足以下条件式：
n1＜1.70   （2’）。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的内窥镜用物镜光学系统，其中，
上述第1透镜的物体侧面是平面，
上述第2透镜的像侧面是平面，
上述第3透镜呈使凸面朝向像侧的凹凸形状。
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