CN103890631B - 内窥镜用物镜光学系统 - Google Patents

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Abstract

小型、小径且宽视角，同时把持透镜的框架的构造较简单，能够防止由光线在框架的内周面反射造成的杂光产生。提供一种内窥镜用物镜光学系统（100），其中，该内窥镜用物镜光学系统（100）从物体侧依次包括亮度光圈（AS）、具有正的光焦度的前透镜组（GF）和具有正的光焦度的后透镜组（GR），后透镜组（GR）是具有正的光焦度的单透镜（LP）与具有负的光焦度的单透镜（LN）接合而成的，并且该后透镜组（GR）接合于摄像元件，单透镜（LP、LN）彼此的接合面（Sc）具有正的光焦度。

Description

内窥镜用物镜光学系统
技术领域
本发明涉及一种极小的内窥镜用物镜光学系统。
背景技术
以往，作为内窥镜的物镜光学系统，要求小型且能够观察大范围的光学系统。为了将其实现，需要缩短全长、减小外径、并进一步缩小焦距。特别是在观察支气管、胆道、胰腺管等较细的管腔时使用的内窥镜的物镜光学系统中，减小内窥镜的直径是最重要的，因此采用与维持画质相比优选小径且较短、并由少数透镜构成的光学系统(例如，参照专利文献1至9。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002－365535号公报
专利文献2：日本特许第3450543号公报
专利文献3：日本特开2009－294494号公报
专利文献4：日本特开2007－159836号公报
专利文献5：日本特许第4245800号公报
专利文献6：日本特许第4732480号公报
专利文献7：日本特许第2740662号公报
专利文献8：日本特开昭58－86513号公报
专利文献9：日本特开2000－19390号公报
发明内容
发明要解决的问题
像专利文献1和2那样，根据将凹透镜配置在顶端的所谓的负焦距类型的光学系统，能够比较容易地实现广角化。但是，上述凹透镜是在像侧具有光焦度较大的面的平凹或凹凸形状，由于需要确保厚度较大，因此无法缩短全长。而且，一般来说，负焦距类型存在前透镜直径较大的倾向，具有易于导致大径化等的缺点。
而且，也存在如下所述的框架形状的问题。即，在极细径的内窥镜中，多使用外径为1mm以下的透镜。伴随着透镜直径的进一步小径化，其加工变困难也是不言而喻的，关于把持透镜的框架，也要求高精度地加工为厚度0.1mm左右，因此难以设为复杂的形状。例如，一般是利用如专利文献3的图13～图15所示的简单构造的框架来把持透镜，难以对如专利文献4的图1所示的、台阶部较多并使多个构件组合的形状的框架进行加工。根据该情况，在前透镜上配置凹透镜的结构也是不利的。
另一方面，作为小型且广角的透镜结构，公知有由光圈、正的光焦度的前透镜组、正的光焦度的后透镜组构成的结构(例如，参照专利文献5、6。)。这种透镜结构在能够缩短光学系统、并且实现细径化方面较合适。但是，例如像专利文献6那样，若在远离摄像元件的位置配置透镜，则需要隔开空气间隔的部位增多且光学系统易于变长，而且，由于在掠入射的摄像元件中将凸透镜配置在光线高度较低的位置，因此存在无法获得充分的畸变效果且难以实现广角化这样的问题。如果要增强后透镜组的光焦度来将其实现，则也产生了必须增大曲率且加工性变差、或者无法充分地确保凸缘(日文：コバ)而使用变困难等的问题。因而，为了兼备加工性与广角，优选的是，使正的光焦度的后透镜组靠近摄像元件。
此外，在摄像元件为固体摄像元件的情况下，表面的玻璃盖片不是圆形的情况较多，若配置成为用于对齐其摄像区域中心与物镜光学系统组的中心的引导件的构件，并在其上嵌入其他构件且进行轴线对齐，则易于进行组装(例如，参照专利文献3。)。因此，一般使用粘贴于平板的玻璃、摄像元件的正上方的平凸透镜等。与此相对，在为由上述光圈、正的光焦度的前透镜组、正的光焦度的后透镜组构成的透镜结构的情况下，若使正的光焦度的后透镜组承担该引导件的作用，则在光学系统的紧凑化方面较合适。
根据这些情况，为了同时实现小型化和广角化，像专利文献3和7那样，采用由光圈、正的光焦度的前透镜组、正的光焦度的后透镜组构成的透镜结构，而且设为将后透镜组的正的光焦度的透镜组接合于摄像元件而成的光学系统较好。
但是，在这些光学系统中，当从视场外入射有较强的光时，存在有在前透镜组与后透镜组之间的空气面之间照射于框架的内周面的光线进行反射而易于产生杂光这样的问题。例如，若在根据专利文献3的图推测的框架结构中追踪光线，则能够确认如图22所示那样产生了杂光。在图中，附图标记GF表示前透镜组，附图标记GR表示后透镜组，附图标记1表示把持前透镜组的透镜的框架，附图标记2表示把持后透镜组的透镜的框架，附图标记10表示玻璃盖片，附图标记11表示设于摄像元件的摄像面的密封玻璃。这样的杂光由于以较大的范围产生在视场的中心附近，因此有时对观察带来障碍，期望能有对策。
当然，通过使后透镜组的透镜直径大径化并使框架的内周面远离光轴而能够防止该杂光。但是，在光学系统大径化的基础上，需要增大所嵌合的具有正的光焦度的后透镜组的透镜直径，其凸缘厚度变小且导致损害加工性、组装性。
因此，在专利文献8中，通过将具有正的光焦度的后透镜组设为接合透镜，并将该接合透镜接合于摄像元件的端面，从而谋求抑制由框架的内周面上的反射光引起的杂光。但是，这是基于消除成为框架的环并相应地扩大框架的内径这样的技术思想，由于不能充分地确保光轴与框架的内周面之间的距离，因此在从视场外入射有光线的情况下，仍然产生了杂光。这根据在专利文献8的第5图的光线图中，未到达最靠轴外的光线穿过最靠近框架的内周面的部位的情况也是明确的。
另外，通过进行相机的透镜上的框架的遮光线加工等着力于框架形状，也能够抑制杂光的产生。但是，根据前面所说明的情况，这样的加工对像内窥镜光学系统这样的极小的框架是较难的，而且，由于也被要求精度，因此成本大大增加而不适合。
同样地，也考虑有将杂光光圈等遮光构件配置在光路中的方法。但是，若要利用例如掩模构件等将其实现，则由于光学系统极小，因此不得不使遮光构件自身极小·极薄，难以高精度地进行加工。而且，需要将用于固定掩模构件的支承部分设置于框架而无法避免框架形状逐渐变得难以加工，根据其表面处理的完成情况，也能够产生虽然遮光构件自身照射有却反而产生了较强的杂光这样的问题。此外，在粘接并固定上述掩模构件的情况下，由于伴随着小型化，粘接面积变小，因此固定强度变得非常弱，上述掩模构件变得易于剥离也是难点。
如上所述，通过着力于机械构件来抑制杂光是有限度的。其另一方面，专利文献9提出了一种在后透镜组的透镜上设置倾斜部来减少该杂光的技术。但是，专利文献9原本是以光照射于框架的内周面为前提的，因此根据倾斜部的大小情况所能够截止的漫射光的量产生差别，杂光的强度较大地发生变动。
特别是在极细的内窥镜用的光学系统中，由于设置倾斜部的透镜自身较小，因此倾斜部的大小的些许偏差较大地影响着杂光的强度，无法稳定地抑制杂光的产生。即使要将倾斜部确保得足够大来解決该问题，也存在倾斜部到达所需的光线的区域、由渐晕造成的光量损失使周边性能降低的、而且后透镜组的透镜与框架之间的嵌合面积变小且作为摄像单元的强度降低等的问题。
本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种小型、小径且宽视角的、同时把持透镜的框架的构造较简单、能够防止由光线在框架的内周面反射造成的杂光产生的内窥镜用物镜光学系统。
用于解决问题的方案
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，其中，该内窥镜用物镜光学系统从物体侧依次包括亮度光圈、具有正的光焦度的前透镜组和具有正的光焦度的后透镜组，该后透镜组是具有正的光焦度的单透镜与具有负的光焦度的单透镜接合而成的，并且该后透镜组接合于摄像元件，上述单透镜彼此的接合面具有正的光焦度。
在此，接合面具有正的光焦度是指，在从物体侧依次使折射率N与折射率N’的玻璃材料接合于曲率半径r(其中，以在像侧具有曲率中心的情况为正)的面上的情况下，面的光焦度的定义Φ＝(N’―N)/r为正。如果满足该条件式，则后透镜组既可以从物体侧依次由正的单透镜与负的单透镜构成，也可以从物体侧依次由负的单透镜与正的单透镜构成。
本发明的内窥镜用物镜光学系统小型、小径并且宽视角，同时使框架的构造变简单，通过降低向正的光焦度的后透镜组入射的轴外光线的高度而消除了在框架的内周面上的反射并谋求抑制了杂光的产生。
若后透镜组接合于摄像元件，则像前面所说明的那样，后透镜组成为引导件并易于对齐内窥镜用物镜光学系统与摄像元件的中心，能够实现紧凑化。另一方面，通过将正的光焦度的后透镜组设为接合正的光焦度的单透镜与负的光焦度的单透镜、并且其接合面具有正的光焦度的结构，从而本发明的光学系统的后透镜组整体具有正的光焦度，而且，入射至摄像元件的光线受到两次的会聚作用。以下说明据此抑制杂光的理由。
首先，摄像元件无论是CCD、CMOS等固体摄像元件还是传像光纤那样的元件，都具有某一角度范围内的入射特性。公知的是，若超出该范围，则图像的周边部变暗、或者周边部看上去带有颜色等对观察带来不良影响(暗影)。即，出射光瞳位置无法任意设定，需要按照每个摄像元件进行固定并设定。考虑到该情况可知，通过在后透镜组中构成为光线受到两次的会聚作用，从而在后透镜组的最靠物体侧的面上维持后透镜组的光焦度与入射特性，与设为其他结构的情况相比能够降低光线高度。
通过如此将后透镜组的最靠物体侧的面上的光线的高度设定得较小，从而即使是最靠轴外的光线，在前透镜组与后透镜组之间的空气面之间也在与框架的内周面之间产生富余。这能够设为即使在入射有最靠轴外光线、即在各个透镜面上光线高度最高的光线的情况下、也不会产生由光线在框架的内周面上反射造成的杂光的光学系统。
另外，专利文献8所记载的发明也是将接合透镜接合于摄像元件，即使在表示最接近本发明的结构的实施例的图5中也是接合面具有负的光焦度，在这一点上与本发明不同。在采用了具有负的光焦度的接合面的情况下，由于光线受到远离光轴那样的发散作用，因此无法在维持着入射角特性的状态下减小后透镜组的最靠物体侧的面上的光线高度。也根据实施例的图可知，在后透镜组的最靠物体侧的面上，光线高度变高，因此仍然产生了杂光。如此，专利文献8并不是像本发明这样通过不产生框架上的反射来谋求抑制杂光。
同样地，日本特许第3685278号公报所记载的发明采用将接合透镜粘贴于摄像元件的结构，由于没有前透镜组与后透镜组之间的框架的内周面这样的概念，因此本身并不产生杂光，也能够实现小型化。但是，由于各个透镜相接合，因此前透镜组的光焦度变弱，无法实现广角化。若要在最靠物体侧的面上实现较强的焦度，则欠缺同心性并产生了像散，结像性能明显变差，因此无法同时实现小型化、小径化、广角化以及防止杂光的产生。另外，正透镜使用了折射率比负透镜的折射率高的玻璃材料，各个接合面具有正的光焦度，但是这样的玻璃材料的设计是以减小匹兹伐和为目的，并未考虑杂光的产生。
在上述发明中，期望的是满足以下条件式(1)：
(1) 0.15＜fF/fR＜0.5
其中，fF是上述前透镜组的焦距，fR是上述后透镜组的焦距。
条件式(1)表示在本发明的透镜结构中能够实现充分的小径化的条件。作为由上述亮度光圈、具有正的光焦度的前透镜组、具有正的光焦度的后透镜组构成的透镜结构的特征，可列举前透镜组的透镜相对于亮度光圈大致同心的特征。即，通过设为相对于亮度光圈中心对称的构造，能够抑制彗形像差、像场弯曲。因而，通过在相对于亮度光圈保持大致同心的状态下使前透镜组紧凑化，能够良好地校正像差同时缩小外径，而且也能够实现光学系统的全长的缩短。
根据上述内容可知，对前透镜组分配光焦度的做法对前透镜组的紧凑化是有效的。若将fF/fR设为0.15以下，则曲率半径和直径变得过小且超出加工极限。在要利用高折射率玻璃材料将该问题解決的情况下，欠缺同心性并产生了彗形像差，而且，一般来说，高折射率玻璃材料为低阿贝数，因此导致产生倍率色像差，光学性能明显变差，故不优选。
另一方面，若将fF/fR设为0.5以上并对后透镜组分配光焦度，则难以缩小前透镜组的直径，而且，后透镜组的曲率变陡急并使光线较大地弯曲，产生了较大的彗形像差和像散且无法获得充分的光学性能。另外，在后透镜组的透镜具有比较大的外径的情况下，若曲率变紧，则无法确保凸缘，因此不得不使透镜变厚，其结果，也存在无法缩短光学系统这样的问题。
在上述发明中，期望的是满足以下条件式(2)：
(2) 0.4＜Φc·fR＜1.8
其中，Φc是上述接合面所具有的光焦度。
Φc·fR表示在后透镜组中上述接合面的光焦度在后透镜组整体的光焦度中所占的比例。若Φc·fR变大，则向摄像元件入射的入射角度相对于光轴接近平行。而且，若Φc·fR达到1.8以上，则在最大像高中，向摄像元件入射的光线与光轴平行，即超过像侧远心透镜，成为随着光线进入像侧、光线靠近光轴那样的掠入射的光学系统。这样的入射特性的摄像元件在要求小型化的内窥镜中是极其特殊的。另外，即使设为摄像元件在入射特性方面具有某一程度的范围，由于应对杂光的对策，因此后透镜组的最靠物体侧的面上的光线高度较低也是关键的，上述掠入射特性与之逆行，故不优选。
另一方面，若Φc·fR较小，则在除接合面以外、即后透镜组的最靠物体侧的面上，成为承受后透镜组的光焦度的结构。特别是在Φc·fR为0.4以下的情况下，接合面的光焦度变小，由于不得不使后透镜组的最靠物体侧的面的曲率半径变小，因此产生了与利用正的光焦度的单透镜构成后透镜组的情况相同的问题。即，光线易于照射框架的内周面，难以充分地防止杂光的产生。
而且，在具有正的光焦度的后透镜组从物体侧依次由具有负的光焦度的单透镜和具有正的光焦度的单透镜构成的情况下，若Φc·fR较小，则负的光焦度的单透镜的形状接近于两面的曲率半径具有包括符号在内相互接近的值的凹凸形状。该凹凸形状的透镜一般难以高精度地进行在加工时使光学中心与外径中心一致的“定心”。另一方面，若Φc·fR较大，则接合面的曲率变陡急，正的光焦度的单透镜的加工性变差。考虑到这些透镜的加工性，在上述发明中，进一步优选的是满足0.7＜Φc·fR＜1.45。
另一方面，在具有正的光焦度的后透镜组从物体侧依次由具有正的光焦度的单透镜和具有负的光焦度的单透镜构成的情况下，若减小Φc·fR，则无法充分地确保正的光焦度的单透镜的凸缘，加工性明显变差。另一方面，若增大Φc·fR，则与前面同样地接合面的曲率变陡急，正的光焦度的单透镜和负的光焦度的单透镜的加工性均变差。因而，考虑到这些透镜的加工性，在上述发明中，进一步优选的是满足0.6＜Φc·fR≤1。
此外，通常接合于摄像元件的面为平面，因此在后透镜组的最靠物体侧的面为平面的情况下，即如果Φc·fR＝1，则后透镜组的最靠物体侧的面上的像差的产生也消失，而且透镜的加工性也较好，因此成为特别期望的结构。
在上述发明中，期望的是满足以下条件式(3)：
(3) 2.0＜L/f＜3.4
其中，f是整个系统的焦距，L是整个系统的从顶端到后端的全长。
条件式(3)表示在本发明的透镜结构中能够使光学系统的整个系统充分变短的条件。在L/f为2.0以下的情况下，不得不使各个透镜极薄，加工和组装变困难。另外，由于也必须使各个透镜的光焦度非常强，因此接合所用的玻璃材料的组合受到限定，无法充分地校正倍率色像差。
另一方面，在L/f为3.4以上的情况下，即使是例如负焦距类型那样的透镜结构，也能够抑制上述杂光的产生并实现广角化，但是在为L/f＜3.4的情况下，与这些光学系统相比，框架结构较简单地完成，因此在能够获得加工性与组装性这一点上，本发明的优点较大。
为了小型化，L/f越短越好，但是优选的是，在比亮度光圈靠前的位置配置由具有耐药品性的玻璃、蓝宝石、尖晶石等结晶玻璃材料构成的平板的罩。由此，能够确保各个耐性。另外，在能够在该罩的镜面上蒸镀遮光区域的情况下，通过利用蒸镀在镜面上形成亮度光圈，能够防止由亮度光圈相对于掠入射光线具有厚度引起的光线的渐晕，能够有效地将周边的视场保持得较亮。因而，也考虑到这些罩的厚度，如果满足2.6＜L/f＜3.1，则能够同时实现小型化与广角化、进而耐性、周边视场内的亮度，因此更好。
在上述发明中，期望的是满足以下条件式(4)：
(4) 0.707＜Ih/f＜0.956
其中，Ih是摄像元件的最大像高。
在极细径的内窥镜中，将照明设为广配光并使周边变亮是极其困难的。因而，要求不仅单纯设为广角，同时要确保周边的亮度。接合这种情况，条件式(4)表示根据畸变像差的形式设为广角且视场较亮的光学系统的条件。
作为极细径的内窥镜，多存在有视角为90°～120°左右、即半视角为45°～60°左右的内窥镜，但是Ih/f大于0.707是指在半视角45°时产生fsinθ程度的畸变像差。以往公知fsinθ型的畸变像差使视场的亮度一样，但是Ih/f为0.707以下是指畸变像差过弱，难以实现广角化。
另一方面，在将Ih/f设为0.956以上的情况下，能够实现广角化，但是若在广角区域较大地背离上述fsinθ型，则周边的亮度降低。另外，作为周边的亮度的中心比，只要在最周边确保60％左右就耐用。这也根据例如若在专利文献5的实施例12的光学系统中求出最周边的亮度、则中心比成为61.9％的情况可知。极小的内窥镜的光学系统中的最大的半视角为大约60°左右，若求出能够以60°将其实现的条件，则成为Ih/f＜0.956。以下对其进行说明。
首先，作为亮度均匀的光学系统，公知有满足上述条件的所谓的fsinθ透镜。另外，作为能够无失真地观察处于等距离的物体的光学系统，公知有所谓的fθ透镜。同时实现亮度均匀和能够无失真地观察处于等距离的物体的光学系统对使用者来说是最佳的，在θ较小的窄角区域中，两者的透镜的结构完全一致。这是因为，在θ较小的区域中，两者的相对于θ的变化率一致。
因此，将其一般化，并使用常数α表示为αfsin(θ/α)。在α＝1时相当于fsinθ透镜，α＝∞时相当于fθ透镜。这应该被看作是表示形状到底有多接近各个畸变像差的尺度。因此，若计算出以θ＝60°实现亮度的中心比60％的α，则根据图24成为α＝1.43，若使用此时的值，则在θ＝60°时为Ih/f＝0.956。由此，若畸变像差变大且自fsinθ型的偏离变大，则周围变暗并设为广角的优点降低。另外，倍率色像差随着视角变大而表现明显，因此若半视角超过60°，则无法获得周边的的充分的分辨率。
在上述发明中，期望的是满足以下条件式(5)：
(5) Hm＜DR/2
其中，Hm是后透镜组的最靠物体侧的折射面上的最靠轴外的主光线高度，DR是后透镜组的最大外径。
条件式(5)表示充分地防止主光线照射前透镜组与后透镜组之间的框架而产生杂光的条件。相对于能够入射的最靠轴外的光线，如果后透镜组的最靠物体侧的面上的光线的高度小于后透镜组所具有的透镜的外径，则即使在入射有视场外的光线时，也不会出现光线照射前透镜组与后透镜组之间的框架的内周面而成为杂光的情况。
因此，在本发明中，进一步优选的是，该内窥镜用物镜光学系统在光路中除亮度光圈外没有机械性遮挡光的遮光部件。
如上所述，根据本发明，不需要用于防止框架的内周面上的反射的掩模等机械性的遮光构件，通过省去该构件，框架形状和用于固定该构件的台阶等的构造也不再需要，能够使框架的结构变简单。由此，成本降低是不言而喻的，由于不必将这些遮光构件嵌入并粘贴在面积较小的框架内，因此也能够提高组装性。
在上述发明中，优选的是，在上述后透镜组的透镜面中的至少一个面上通过蒸镀形成有用于遮挡光的遮光区域。
当然优选的是，光线所照射的正的光焦度的后透镜组的透镜侧面是成为砂目、或者涂布有较黑的涂料等抑制反射率的构造，但是如果在后透镜组的透镜的至少一个镜面上通过蒸镀形成有遮光区域，光线照射的比例变小，则更好。即，也能够将砂目部分设为任意的粗糙度乃至镜面，而且不必涂布较黑的涂料。因而，也能够利用成型透镜来构成后透镜组，能够谋求进一步的成本降低、质量的稳定化。
发明的效果
根据本发明，起到适合于细径的内窥镜的、小型、小径且宽视角的、同时把持透镜的框架的构造较简单、能够防止由光线在框架的内周面反射造成的杂光产生这样的效果。
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结构的透镜剖视图。
图2是表示本发明的实施例1的内窥镜用物镜光学系统的结构的透镜剖视图。
图3是表示实施例1的内窥镜用物镜光学系统的(a)球面像差、(b)畸变像差、(c)像散、(d)倍率色像差的像差图。
图4是表示本发明的实施例2的内窥镜用物镜光学系统的结构的透镜剖视图。
图5是表示实施例2的内窥镜用物镜光学系统的(a)球面像差、(b)畸变像差、(c)像散、(d)倍率色像差的像差图。
图6是表示本发明的实施例3的内窥镜用物镜光学系统的结构的透镜剖视图。
图7是表示实施例3的内窥镜用物镜光学系统的(a)球面像差、(b)畸变像差、(c)像散、(d)倍率色像差的像差图。
图8是表示本发明的实施例4的内窥镜用物镜光学系统的结构的透镜剖视图。
图9是表示实施例4的内窥镜用物镜光学系统的(a)球面像差、(b)畸变像差、(c)像散、(d)倍率色像差的像差图。
图10是表示本发明的实施例5的内窥镜用物镜光学系统的结构的透镜剖视图。
图11是表示实施例5的内窥镜用物镜光学系统的(a)球面像差、(b)畸变像差、(c)像散、(d)倍率色像差的像差图。
图12是表示本发明的实施例6的内窥镜用物镜光学系统的结构的透镜剖视图。
图13是表示实施例6的内窥镜用物镜光学系统的(a)球面像差、(b)畸变像差、(c)像散、(d)倍率色像差的像差图。
图14是表示本发明的实施例7的内窥镜用物镜光学系统的结构的透镜剖视图。
图15是表示实施例7的内窥镜用物镜光学系统的(a)球面像差、(b)畸变像差、(c)像散、(d)倍率色像差的像差图。
图16是表示本发明的实施例8的内窥镜用物镜光学系统的结构的透镜剖视图。
图17是表示实施例8的内窥镜用物镜光学系统的(a)球面像差、(b)畸变像差、(c)像散、(d)倍率色像差的像差图。
图18是表示本发明的实施例9的内窥镜用物镜光学系统的结构的透镜剖视图。
图19是表示实施例9的内窥镜用物镜光学系统的(a)球面像差、(b)畸变像差、(c)像散、(d)倍率色像差的像差图。
图20是表示本发明的实施例10的内窥镜用物镜光学系统的结构的透镜剖视图。
图21是表示实施例10的内窥镜用物镜光学系统的(a)球面像差、(b)畸变像差、(c)像散、(d)倍率色像差的像差图。
图22是表示以往的内窥镜用物镜光学系统的结构与轴外的光线在框架的内周面反射而产生杂光的光线的路径的图。
图23是表示穿过图1的内窥镜用物镜光学系统的轴外的光线的路径的图，是说明防止框架的内周面上的杂光产生的作用的图。
图24是表示各个半视角中的畸变像差的产生与周边亮度比之间的关系的图。
具体实施方式
以下，参照图1说明本发明的一实施方式的内窥镜用物镜光学系统(以下，简称作物镜光学系统。)100。
如图1所示，本实施方式的物镜光学系统100从物体侧依次由形成于玻璃盖片10的一个面上的亮度光圈AS、具有正的光焦度的前透镜组GF以及具有正的光焦度的后透镜组GR构成。
亮度光圈AS通过在玻璃盖片10的像侧的面的周边部蒸镀遮光性的材料而形成。
前透镜组GF由一片正透镜L1构成。
后透镜组GR由具有负的光焦度的单透镜LN和具有正的光焦度的单透镜LP接合而成的接合透镜构成。另外，后透镜组GR隔着密封玻璃11接合于未图示的摄像元件。
图中的附图标记Z表示物镜光学系统100的光轴。
物镜光学系统100满足以下条件式(1)～条件式(5)。
(1) 0.15＜fF/fR＜0.5
(2) 0.4＜Φc·fR＜1.8
(3) 2.0＜L/f＜3.4
(4) 0.707＜Ih/f＜0.956
(5) Hm＜DR/2
其中，fF是前透镜组GF的焦距，fR是后透镜组GR的焦距，Φc是后透镜组GR中的具有正的光焦度的单透镜LP与具有负的光焦度的单透镜LN之间的接合面Sc所具有的光焦度，f是物镜光学系统100的整个系统的焦距，L是物镜光学系统100的从顶端到后端的全长，Ih是摄像元件的最大像高，Hm是后透镜组GR的最靠物体侧的折射面上的最靠轴外的主光线高度，DR是后透镜组GR的最大外径。
通过满足条件式(1)，正透镜L1成为小径。通过满足条件式(2)，能够实现良好的入射特性和单透镜LP、LN的加工性。通过满足条件式(3)，能够缩短全长。通过满足条件式(4)，能够设为广角，能够适合用于极细的内窥镜。通过满足条件式(5)，即使最靠轴外主光线Ro入射，向后透镜组GR的物体侧的单透镜LN入射的最靠轴外主光线Ro的高度也如图23所示停留在低于DR/2的范围内，因此不会出现光线照射于框架1、2的内周面且其反射光成为杂光的情况。
因而，关于框架1、2的结构，也不需要用于截止杂光的掩模等，不必设置用于其固定的台阶等的构造。因此，例如如图23所示，能够将框架1、2设为非常简单的结构，同时在最靠轴外主光线Ro入射时，最靠轴外主光线Ro也不会在框架1、2的内周面反射，能够设为不产生杂光的结构。
实施例
接着，参照图2～图21说明上述本发明的一实施方式的物镜光学系统100的实施例。在以下实施例中，单位为mm，焦距被标准化为1。F/#表示物镜光学系统的光圈值，W表示半视角。另外，在面数据中，r表示曲率半径，d表示面间隔，ne表示相对于e线的折射率，νe表示相对于e线的阿贝数，D/2表示透镜的半径。
[实施例1]
如图2所示，对于本发明的实施例1的物镜光学系统，亮度光圈蒸镀于玻璃盖片而成，前透镜组由具有正的折射率的单透镜构成，后透镜组从物体侧依次由具有负的光焦度的单透镜和具有正的光焦度的单透镜构成。在本实施例中，后透镜组的具有负的光焦度的单透镜形成为凹凸形状。将本实施例的物镜光学系统的各种像差图表示在图3中。
各种数据
F/5.674
W＝46.11
Ih＝0.778
Hm＝0.642
面数据
[实施例2]
图4所示，本发明的实施例2的物镜光学系统主要在亮度光圈与玻璃盖片及透镜单独地构成这一点、以及前透镜组由接合透镜构成这一点上，与实施例1的物镜光学系统不同。将本实施例的物镜光学系统的各种像差图表示在图5中。
各种数据
F/5.906
W＝44.63
Ih＝0.748
Hm＝0.680
面数据
[实施例3]
如图6所示，本发明的实施例3的物镜光学系统主要在亮度光圈与玻璃盖片及透镜单独地构成、而且在与前透镜组之间隔开距离地进行配置这一点上，与实施例1的物镜光学系统不同。这种结构例如在使用蓝宝石衬底作为配置于顶端的玻璃盖片、并要对该衬底实施金属喷镀的情况下是有用的。将本实施例的物镜光学系统的各种像差图表示在图7中。
各种数据
F/6.262
W＝48.73
Ih＝0.820
Hm＝0.550
面数据
[实施例4]
如图8所示，本发明的实施例4的物镜光学系统主要在后透镜组从物体侧依次由具有正的光焦度的单透镜和具有负的光焦度的单透镜构成这一点上，与实施例1的物镜光学系统不同。在本实施例中，具有正的光焦度的单透镜形成为平凸形状。另外，亮度光圈通过蒸镀形成于玻璃盖片。将本实施例的物镜光学系统的各种像差图表示在图9中。
各种数据
F/5.241
W＝50.29
Ih＝0.843
Hm＝0.556
面数据
[实施例5]
如图10所示，本发明的实施例5的物镜光学系统主要在后透镜组的具有正的光焦度的单透镜形成为双凸形状这一点上，与实施例4的物镜光学系统不同。将本实施例的物镜光学系统的各种像差图表示在图11中。
各种数据
F/5.557
W＝45.16
Ih＝0.772
Hm＝0.669
面数据
[实施例6]
如图12所示，本发明的实施例6的物镜光学系统主要在前透镜组与后透镜组的外径之差较大这一点上，与实施例1的物镜光学系统不同。后透镜组的各个透镜也可以被实施了倒角。另外，在后透镜组被涂布了黑色的涂料、或者在后透镜组的一部分上通过蒸镀形成有遮挡光线的区域的情况下，也可以在接合面上实施倒角。即使在本实施例中，亮度光圈也通过蒸镀形成于玻璃盖片。将本实施例的物镜光学系统的各种像差图表示在图13中。
各种数据
F/5.883
W＝45.13
Ih＝0.800
Hm＝0.647
面数据
[实施例7]
如图14所示，本发明的实施例7的物镜光学系统主要在作为玻璃盖片使用了厚度较厚的玻璃盖片这一点上，与实施例1的物镜光学系统不同。利用这样的玻璃盖片，能够使作为杂光产生的原因的轴外光线难以入射到物镜光学系统内。在本实施例中，后透镜组的具有正的光焦度的单透镜和具有负的光焦度的单透镜具有相互不同的外径，但是在为了确保粘接强度而需要与框架之间的嵌合面积的情况下，优选的是，这两个单透镜的外径相同。亮度光圈通过蒸镀形成于玻璃盖片。将本实施例的物镜光学系统的各种像差图表示在图15中。
各种数据
F/4.673
W＝44.13
Ih＝0.745
Hm＝0.553
面数据
[实施例8]
如图16所示，本发明的实施例8的物镜光学系统主要在使用蓝宝石作为玻璃盖片的玻璃材料这一点上，与其他实施例的物镜光学系统不同。如此，通过使用由蓝宝石构成的玻璃盖片，能够提高对划痕、冲击的耐性。另外，在通过金属喷镀利用焊锡将玻璃盖片固定于框架的情况下，能够确保液密性和气密性，并且能够提高玻璃盖片与框架之间的固定力。取代蓝宝石，例如也可以使用尖晶石、金刚石等结晶材料来作为玻璃盖片的玻璃材料。将本实施例的物镜光学系统的各种像差图表示在图17中。
各种数据
F/5.000
W＝42.92
Ih＝0.720
Hm＝0.607
面数据
[实施例9]
如图18所示，本发明的实施例9的物镜光学系统主要在省略了夹持在后透镜组与摄像透镜之间的密封玻璃、且后透镜组的像侧的透镜直接接合于摄像元件的受光面这一点上，与其他实施例的物镜光学系统不同。将本实施例的物镜光学系统的各种像差图表示在图19中。
各种数据
F/5.731
W＝42.88
Ih＝0.720
Hm＝0.670
面数据
[实施例10]
如图20所示，本发明的实施例10的物镜光学系统主要在省略了顶端的玻璃盖片这一点上，与其他实施例的物镜光学系统不同。在该情况下，若亮度光圈具有厚度，则透镜配置在比内窥镜顶端拉入的位置且除水性变差。因而，期望的是，将前透镜组的最靠物体侧的面设为平面，并在该平面上通过蒸镀形成有亮度光圈。将本实施例的物镜光学系统的各种像差图表示在图21中。
各种数据
F/5.205
W＝58.3
Ih＝0.931
Hm＝0.593
面数据
关于实施例1～实施例10的物镜光学系统，将条件式(1)～条件式(5)的值表示在表1中。
[表1]
附图标记说明
1、2框架；10玻璃盖片；11密封玻璃；100内窥镜用物镜光学系统；AS亮度光圈；GF前透镜组；GR后透镜组；L1正透镜；LN具有负的光焦度的单透镜；LP具有正的光焦度的单透镜；Ro最靠轴外主光线；Sc接合面；Z光轴。

Claims (6)

1.一种内窥镜用物镜光学系统，其中，
该内窥镜用物镜光学系统从物体侧依次包括亮度光圈、具有正的光焦度的前透镜组以及具有正的光焦度的后透镜组，
该后透镜组是由具有正的光焦度的单透镜与具有负的光焦度的单透镜接合而成的，并且该后透镜组接合于摄像元件，
上述单透镜彼此的接合面具有正的光焦度，
该内窥镜用物镜光学系统满足以下条件式(1)及条件式(2)：
(1) 0.15＜fF/fR＜0.5
(2) 0.7＜Φc·fR＜1.45
其中，fF是上述前透镜组的焦距，fR是上述后透镜组的焦距，Φc是上述接合面所具有的光焦度，
其中，接合面具有正的光焦度是指，在从物体侧依次使折射率N与折射率N’的玻璃材料接合于曲率半径r的面上的情况下，面的光焦度的定义Φ＝(N’―N)/r为正，并且所述曲率半径r以在像侧具有曲率中心的情况为正。
2.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(3)：
(3) 2.0＜L/f＜3.4
其中，f是整个系统的焦距，L是整个系统的从顶端到后端的全长。
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(4)：
(4) 0.707＜Ih/f＜0.956
其中，f是整个系统的焦距，Ih是摄像元件的最大像高。
4.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(5)：
(5) Hm＜DR/2
其中，Hm是上述后透镜组的最靠物体侧的折射面上的最靠轴外的主光线高度，DR是上述后透镜组中的透镜的最大外径。
5.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除上述亮度光圈外不包括机械性遮挡光的遮光构件。
6.根据权利要求1所述的内窥镜用物镜光学系统，其中，
在上述后透镜组的透镜面中的至少一个面上通过蒸镀形成有用于遮挡光的遮光区域。
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