CN106255912B - 物镜光学系统 - Google Patents

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Abstract

物镜光学系统的特征在于,由从物体侧起依次配置的具有正的折射力的第一透镜组(G1)、具有负的折射力的第二透镜组(G2)以及具有正的折射力的第三透镜组(G3)构成,通过针对物距的变化而使第二透镜组(G2)移动来进行对焦,该物镜光学系统满足以下的条件式(1)。0<ff/fe<0.33(1)在此,ff为近距离物点对焦时的前侧焦点位置,fe为近距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距。

Description

物镜光学系统
技术领域
本发明涉及一种具有对焦功能的物镜光学系统,特别是涉及一种能够进行近距放大观察的内窥镜物镜光学系统、能够进行微距摄影的数字照相机、摄像机的物镜光学系统、或家用小型照相机等的物镜光学系统。
背景技术
在医疗用内窥镜的领域中,通过内窥镜下的观察(以下称为“内窥镜观察”)来进行病变部的精确诊断。因此,对于内窥镜的物镜要求在靠近了病变部的状态下能够对病变部进行放大观察。作为这样的物镜,存在能够改变可对焦的物距(物体距离)的物镜(以下称为“放大内窥镜物镜”)。
在放大内窥镜物镜中,通过对焦于近距离物点,能够进行近距放大观察。另外,通过对焦于远距离物点,能够进行通常观察。通常观察是比近距放大观察低的倍率下的观察。在通常观察中,能够观察例如包含病变部及其周边部的较广的范围。作为放大内窥镜物镜,存在专利文献1至4所公开的放大内窥镜物镜。
专利文献1至3所公开的放大内窥镜物镜由正折射力的第一透镜组、负折射力的第二透镜组以及正折射力的第三透镜组构成。在向近距离物点、远距离物点对焦时,负折射力的第二透镜组移动。
专利文献4所公开的放大内窥镜物镜由负折射力的第一透镜组、正折射力的第二透镜组以及负折射力的第三透镜组构成。在向近距离物点、远距离物点对焦时,正折射力的第二透镜组移动。
近年来,为了提高诊断的精度而要求内窥镜图像的高图像质量化。为了响应该要求,在内窥镜中开始采用像素数比以往的摄像元件的像素数多的摄像元件。因此,对放大内窥镜物镜要求具有高的分辨率。
另外,在近年来的病变部的精确诊断中,还想要通过内窥镜观察来进行与显微镜下的观察(以下称为“显微镜观察”)同等水平的观察这样的要求也逐渐高涨。与显微镜观察同等水平的观察是指与显微镜观察相同程度的倍率和分辨率下的观察。因此,对放大内窥镜物镜要求使近距放大观察时的倍率更大。通过这样,在内窥镜中也能够进行与显微镜观察同等水平的观察。
以往,在内窥镜观察中,难以与显微镜观察同等水平地观察生物体组织,例如难以进行细胞水平下的观察。因此,只有在通过内窥镜观察确定了病变部之后,通过活检将生物体组织的一部分取出到体外,利用显微镜来观察所取出的生物体组织。然而,通过使用具有大的倍率的放大内窥镜物镜而产生以下优点:能够以通常观察的扩展这样的形式在体内与显微镜观察同等水平地观察生物体组织。
作为能够进行与显微镜观察同等水平的观察的内窥镜物镜,存在专利文献5至9所公开的内窥镜物镜。
专利文献5、6所公开的内窥镜物镜是单焦点内窥镜物镜。单焦点内窥镜物镜是可对焦的物距预先被确定为一个的物镜。因此,专利文献5、6所公开的内窥镜物镜不具有移动的透镜组。
专利文献7至9所公开的内窥镜物镜是放大内窥镜物镜。
在专利文献7中公开了两个放大内窥镜物镜。其中一个放大内窥镜物镜由正折射力的第一透镜组、负折射力的第二透镜组以及正折射力的第三透镜组构成。在向近距离物点、远距离物点对焦时,负折射力的第二透镜组移动。另外,另一个放大内窥镜物镜由负折射力的第一透镜组、正折射力的第二透镜组以及正折射力的第三透镜组构成。在向近距离物点、远距离物点对焦时,正折射力的第二透镜组移动。
专利文献8所公开的放大内窥镜物镜由四个透镜组构成。在向近距离物点、远距离物点对焦时,第二透镜组和第三透镜组、或者第三透镜组移动。
专利文献9所公开的放大内窥镜物镜由正折射力的第一透镜组、负折射力的第二透镜组以及正折射力的第三透镜组构成。在向近距离物点、远距离物点对焦时,负折射力的第二透镜组移动。
专利文献1:日本特公昭61-044283号公报
专利文献2:日本特开平06-317744号公报
专利文献3:日本特开平11-316339号公报
专利文献4:日本特开2000-267002号公报
专利文献5:日本特开2004-313769号公报
专利文献6:日本特开2004-313772号公报
专利文献7:日本特开2007-233036号公报
专利文献8:日本特开2007-260305号公报
专利文献9:日本特开2009-294496号公报
另外,想要以高分辨率和大的放大倍率进行近距放大观察的期望不只在内窥镜中存在,也在数字照相机、摄像机中存在。数字照相机、摄像机中的微距摄影相当于近距放大观察。因此,在数字照相机、摄像机光学系统中也期望微距摄影中的高倍率化和高分辨率化。另外,在数字照相机、摄像机光学系统中,还期望光学系统的小型化。
发明内容
发明要解决的问题
在内窥镜观察中,为了发现病变部而进行体内的筛查。在专利文献1所公开的放大内窥镜物镜中,在进行筛查时,由于通常观察时的视场窄,因此难以进行对病变部实施处置的作业。另外,不能说近距放大观察时的分辨率是足够的。
在专利文献2至4所公开的放大内窥镜物镜中,近距放大观察时的倍率没有能够进行与显微镜观察同等水平的观察那么高。
专利文献5、6所公开的单焦点内窥镜物镜在观察时的倍率高。因此,关于这些单焦点内窥镜物镜,能够进行与显微镜观察同等水平的观察。然而,这些单焦点内窥镜物镜由于倍率已固定,因此只能进行近距放大观察。从这样的情形出发,这些单焦点内窥镜物镜与进行通常观察的物镜相独立地被设置为近距放大观察用的物镜组件。
因此,在使用专利文献5、6所公开的单焦点内窥镜物镜进行病变部的近距放大观察时,使这些单焦点内窥镜物镜穿过内窥镜的处置器具贯穿通道并引导至内窥镜插入部(以下称为“插入部”)的前端。在该情况下,单焦点内窥镜物镜相对于通常观察用的物镜分别为不同的光轴,因此在将观察方法从通常观察切换为近距放大观察时,产生视差。其结果,难以在近距放大观察时确定观察范围。
并且,这些单焦点内窥镜物镜必须穿过处置器具贯穿通道,因此其直径变细。在该情况下,难以将单焦点内窥镜物镜固定于想要观察的部位。如果单焦点内窥镜物镜的固定困难,则难以稳定地观察放大了的像。因此,具备单焦点内窥镜物镜的内窥镜只能由具有熟练的观察技术的特定的医生使用。
作为在靠近想要观察的部位的状态下稳定地观察放大了的像的方法,考虑与处置器具通道分开地将两个物镜预先配置在一个插入部的方法。然而,采用了该方法的插入部等同于将具有通常观察用的物镜的内窥镜的插入部与具有近距放大用的物镜的内窥镜的插入部合成一个所得到的插入部。在该情况下,尤其招致插入部的外径的大型化,因此导致给予患者的负担非常大。
在专利文献7至9所公开的放大内窥镜物镜中,能够在与引用文献1至4所公开的放大内窥镜物镜相比更靠近想要观察的部位的状态下进行观察。
然而,在专利文献7所公开的放大内窥镜物镜中,由于近距放大观察时的倍率小,因此难以进行与显微镜观察同等水平的观察。因此,在假定监视器中的观察的情况下,为了得到足够的倍率而必须同时使用电子式的图像放大(以下称为“电子变焦”)。其结果,虽然观察倍率变大,但是图像的分辨率变低,因此有可能招致图像质量劣化。
在专利文献8、9所公开的放大内窥镜物镜中,近距放大观察时的倍率为能够进行细胞水平的观察的倍率。然而,近年来,岂止要求细胞的观察,甚至要求细胞核的观察。因此,近距放大观察时的倍率不能说是足以进行细胞核的观察的倍率。
另外,在专利文献8所公开的放大内窥镜物镜中,在通常观察与近距放大观察切换时,两个透镜组移动。在该情况下,需要将结构复杂的驱动机构搭载于插入部,因此导致插入部大型化。另外,由于两个透镜组分别进行完全独立的移动,因此难以进行移动的控制。
这样,期望能够以近距放大观察的扩展这样的形式进行与显微镜观察同等水平的观察、更高的倍率下的近距放大观察。
本发明是鉴于这样的问题点而完成的,其目的在于提供一种能够改变可对焦的物距的同时小型、近距放大观察时或微距摄影时的倍率大且具有高的分辨率的物镜光学系统。
用于解决问题的方案
为了解决上述的问题并达成目的,本发明提供以下的方案。
本发明的一个方式为物镜光学系统,其特征在于,由从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组、负折射力的第二透镜组以及正折射力的第三透镜组构成,通过针对物距的变化而使第二透镜组移动来进行对焦,该物镜光学系统满足以下的条件式(1)。
0<ff/fe/0.33 (1)
在此,ff为近距离物点对焦时的前侧焦点位置,fe为近距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距。
另外,本发明的另一个方式为物镜光学系统,其特征在于,由从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组、负折射力的第二透镜组以及正折射力的第三透镜组构成,通过针对物距的变化而使第二透镜组移动来进行对焦,该物镜光学系统满足以下的条件式(2)、(3)。
3<|β| (2)
60°<ω (3)
在此,β为近距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的横向倍率,ω为远距离物点对焦时的最大半视角。
另外,本发明的另一个方式为物镜光学系统,其特征在于,由从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组、负折射力的第二透镜组以及正折射力的第三透镜组构成,通过针对物距的变化而仅使第二透镜组移动来进行对焦,第一透镜组至少包括一个负透镜、两个接合透镜以及一个正透镜,负透镜配置在最靠近物体侧的位置,接合透镜由正透镜和负透镜构成。
另外,根据本发明的优选的方式,期望上述的任一个物镜光学系统被使用在内窥镜中。
发明的效果
本发明的一个实施方式所涉及的物镜光学系统起到如下效果:能够改变可对焦的物距,同时小型,近距放大观察时或微距摄影时的倍率大,具有高的分辨率。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的物镜光学系统的截面结构的图。
图2是表示本发明的实施例1所涉及的物镜光学系统的截面结构的图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
图3是分别表示实施例1的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)以及倍率色像差(CC)的像差图。
图4是表示本发明的实施例2所涉及的物镜光学系统的截面结构的图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
图5是分别表示实施例2的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)以及倍率色像差(CC)的像差图。
图6是表示本发明的实施例3所涉及的物镜光学系统的截面结构的图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
图7是分别表示实施例3的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)以及倍率色像差(CC)的像差图。
图8是表示本发明的实施例4所涉及的物镜光学系统的截面结构的图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
图9是分别表示实施例4的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)以及倍率色像差(CC)的像差图。
图10是表示本发明的实施例5所涉及的物镜光学系统的截面结构的图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
图11是分别表示实施例5的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)以及倍率色像差(CC)的像差图。
图12是表示本发明的实施例6所涉及的物镜光学系统的截面结构的图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
图13是分别表示实施例6的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)以及倍率色像差(CC)的像差图。
图14是表示本发明的实施例7所涉及的物镜光学系统的截面结构的图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
图15是分别表示实施例7的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)以及倍率色像差(CC)的像差图。
图16是表示本发明的实施例8所涉及的物镜光学系统的截面结构的图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
图17是分别表示实施例8的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)以及倍率色像差(CC)的像差图。
具体实施方式
以下,关于本实施方式所涉及的物镜光学系统,使用附图来说明采用这样的结构的理由和作用。此外,本发明并不限定于以下的实施方式。
本实施方式所涉及的物镜光学系统例如能够使用于内窥镜的物镜。在该情况下,本实施方式所涉及的物镜光学系统在内窥镜观察中能够通过一个光学系统来进行通常观察和近距放大观察。因此,由多个透镜组构成物镜光学系统,该多个透镜组中的至少一个透镜组在光轴上移动。由此,在对焦于远距离物点的情况下能够进行通常观察,在对焦于近距离物点的情况下能够进行近距放大观察。即,能够以近距放大观察的扩展这样的形式进行与显微镜观察同等水平的观察、更高倍率下的近距放大观察。
说明本实施方式所涉及的物镜光学系统的基本结构。在基本结构中,物镜光学系统由从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组、负折射力的第二透镜组以及正折射力的第三透镜组构成。而且,通过针对物距的变化而使第二透镜组移动,来进行对焦。
第一透镜组由单透镜和接合透镜构成。在第一透镜组中,使用至少一个负透镜作为单透镜。该负透镜配置在最靠近物体侧的位置。另外,在第一透镜组中,使用至少两个接合透镜作为接合透镜。这样,第一透镜组至少具备一个负透镜和两个接合透镜。
在第一透镜组中,还可以使用一个或两个正透镜作为单透镜。另外,在第一透镜组中,还可以使用一个接合透镜作为接合透镜。
第二透镜组由一个接合透镜构成。在第二透镜组中,还可以使用一个负透镜。
第三透镜组仅由单透镜构成,或者由单透镜和接合透镜构成。在第三透镜组中,最多使用三个单透镜作为单透镜。另外,在第三透镜组中,使用一个接合透镜作为接合透镜。
说明本实施方式所涉及的物镜光学系统的具体的结构。图1是表示本实施方式所涉及的物镜光学系统的截面结构的图。
第一透镜组G1由从物体侧起依次配置的负透镜L1、接合透镜CL1、正透镜L4、正透镜L5以及接合透镜CL2构成。在此,接合透镜CL1由正透镜L2和负透镜L3构成。接合透镜CL2由正透镜L6和负透镜L7构成。
当以单透镜为一个单位时,第一透镜组G1由7个单透镜构成。从物体侧起的第二个透镜为正透镜L2,从物体侧起的第四个透镜为正透镜L4。
另一方面,当以透镜成分为一个单位时,第一透镜组G1由5个透镜成分构成。从物体侧起的第二个透镜成分为接合透镜CL1,从物体侧起的第四个透镜成分为正透镜L6。在此,透镜成分是指单透镜或接合透镜。
第二透镜组G2由接合透镜CL3构成。接合透镜CL3由负透镜L8和正透镜L9构成。
另外,第二透镜组G2在物体侧具有亮度光圈S。通过在第二透镜组G2附近配置亮度光圈S,能够降低通过第二透镜组G2的光线的高度。其结果,能够使第二透镜组G2的外径小型化。
第二透镜组G2在对焦时移动。通过第二透镜组G2移动,无论物点位于远距离至近距离之间的哪个位置都能够进行对焦。在对焦于远距离物点的情况下能够进行通常观察,在对焦于近距离物点的情况下能够进行近距放大观察。
图1是物点位于远距离与近距离的中间的状态、即中间状态下的截面结构。在对焦位于远距离的物点的情况下,第二透镜组G2从图1的位置向物体侧移动。在对焦位于近距离的物点的情况下,第二透镜组G2从图1的位置向像侧移动。
为了使第二透镜组G2沿光轴方向移动,而需要移动机构。如上述那样,在本实施方式所涉及的物镜光学系统中,由于能够使第二透镜组G2小型化,因此能够将移动机构容易地配置在第二透镜组G2的周围。
另外,由于移动的透镜组的数量为一个,因此移动的透镜组的重量也能够减小。因此,能够降低施加于移动机构的负荷。还能够简化移动机构。
作为移动机构,例如有致动器。致动器与用于保持第二透镜组G2的透镜框连接,由此对透镜框施加驱动力。
第三透镜组G3由正透镜L10、正透镜L11以及接合透镜CL4构成。接合透镜CL4由正透镜L12和负透镜L13构成。
在本实施方式的物镜光学系统中,在第一透镜组G1中配置有平行平面板F1。平行平面板F1是用于使特定的波长、例如YAG激光器的激光(波长1060nm的光)、半导体激光器的激光(波长810nm的光)、或者近红外区域的波长的光截止的滤波器。平行平面板F1也可以配置在第二透镜组G2中、第三透镜组G3中、或者比第三透镜组G3更靠像侧的位置。
另外,在第三透镜组的像侧配置有平行平面板F2和护罩玻璃CG。护罩玻璃CG为了保护摄像元件的摄像面而设置于摄像元件。护罩玻璃CG的像侧面为物镜光学系统的像面I,因此以像面I与摄像面一致的方式配置摄像元件。由物镜光学系统和摄像元件构成了摄像光学系统。
第一实施方式所涉及的物镜光学系统具备上述的基本结构,并且满足以下的条件式(1)。
0<ff/fe/0.33 (1)
在此,ff为近距离物点对焦时的前侧焦点位置,fe为近距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距。
条件式(1)是与近距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的前侧焦点位置有关的条件式,且是使近距放大观察时的倍率变大所需的条件式。ff为物镜光学系统的最靠近物体侧的透镜面至前侧焦点位置为止的距离。
物距是物镜光学系统的最靠近物体侧的透镜面至物点(观察被摄体)为止的距离。为了缩短物距使近距放大观察时的倍率变大,而优选使前侧焦点位置尽可能地接近物镜光学系统。如果前侧焦点位置离物镜光学系统较远,则与离开的距离相应地,物镜光学系统无法接近物点。因此,为了使近距放大观察时的倍率变大,需要减小前侧焦点位置至物镜光学系统的距离。
当超过条件式(1)的上限值时,导致前侧焦点位置离物镜光学系统过远。因此,在近距放大观察时,无法获得期望的倍率。因此,超过条件式(1)的上限值并非优选的。
如果低于条件式(1)的下限值,则导致前侧焦点位置过于接近物镜光学系统。在该情况下,必须使第一透镜L1的物体侧面形成为凹面。然而,在将物镜光学系统使用于内窥镜的情况下,第一透镜L1的物体侧面优选为凸面或平面。因此,使该面形成为凹面、即低于条件式(1)的下限值并非优选的。
第二实施方式所涉及的物镜光学系统的特征在于,具备上述的基本结构,并且满足以下的条件式(2)、(3)。
3<|β| (2)
60°<ω (3)
在此,β为近距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的横向倍率,ω为远距离物点对焦时的最大半视角。
通过以细胞水平来观察生物体组织产生的病变,例如能够观察在正常细胞癌化时特异性地出现的现象(以下称为“特异性现象”)。特异性现象例如有细胞序列的紊乱、细胞核的异常肥大、包绕细胞核的毛细血管的异常增生。为了观察这样的特异性现象,在近距放大观察时需要确保与显微镜观察同等水平的倍率。另外,必须在视场内的数10μm见方至大约100μm见方的范围内确保与显微镜观察同等水平的分辨率。
在将本实施方式的物镜光学系统与实现了高像素化的摄像元件组合的情况下,本实施方式的物镜光学系统由于满足了条件式(2),因此能够得到数μm至大约10μm的分辨率。当考虑在19寸监视器上显示图像来进行观察的情况时,由于能够得到400倍~600倍左右的倍率,因此能够进行细胞水平下的观察、甚至是细胞核水平下的观察。由此,能够准确地观察特异性现象。
在近距放大观察时的倍率大的情况下,以高倍率观察非常窄的范围。因此,在近距放大观察中,期望将插入部的前端部推压在生物体组织上来进行观察。通过这样,物镜光学系统接触想要观察的部位并被固定。由此,能够防止抖动的产生,因此能够得到稳定的图像。
在不满足条件式(2)的情况下,近距放大观察时的倍率不足。也考虑使用电子变焦等电子式的校正单元来弥补不足的倍率。然而,如果进行电子变焦前的图像不是像差非常少的图像,则导致进行了电子变焦后的图像的图像质量变差。作为病变的诊断时利用的图像而言,图像质量变差的图像并非优选的。
另外,在本实施方式的物镜光学系统中,在近距放大观察时,能够进行与显微镜观察同等水平的观察。然而,为了发现病变部而需要进行体内的筛查、还需要对病变部实施处置,因此在通常观察时需要确保广的视场。
通过满足条件式(3),在通常观察时能够确保广的视场。此时的视场成为与没有近距放大观察功能的物镜光学系统相同程度的视场。这样,通过满足条件式(3),即使是能够进行近距放大观察的物镜光学系统,在通常观察时也能够确保足够广的视场。因此,能够没有问题地进行筛查、诊断或处置。
第三实施方式所涉及的物镜光学系统的特征在于,具备上述的基本结构,并且仅使第二透镜组移动,第一透镜组至少包括一个负透镜、两个接合透镜以及一个正透镜,负透镜配置在最靠近物体侧的位置,接合透镜由正透镜和负透镜构成。
本实施方式所涉及的物镜光学系统与第一实施方式所涉及的物镜光学系统、第二实施方式所涉及的物镜光学系统同样地,由正折射力的第一透镜组、负折射力的第二透镜组以及正折射力的第三透镜组构成,通过针对物距的变化而仅使第二透镜组移动来进行对焦。
在这样的物镜光学系统中,期望将两个接合透镜与一个正透镜组合来构成第一透镜组。通过使用两个接合透镜,能够充分地校正色像差。
特别地,在进行近距放大观察时,期望位于比亮度光圈更靠物体侧的位置的透镜组、即第一透镜组的成像性能良好。在近距放大观察中,位于比亮度光圈更靠像侧的位置的透镜组的放大倍率大。因此,尤其需要在第一透镜组中事先良好地校正轴上色像差。如果在第一透镜组不配置接合透镜,则像中产生的伪色在近距放大观察时被大幅地放大。因此,在第一透镜组不配置接合透镜并非优选的。
另外,由于使用一个正透镜,而使该正透镜承担了第一透镜组中的正折射力的一部分。为了使第一透镜组中的正折射力分散,优选在第一透镜组再增加一个正透镜。通过这样,能够抑制像差的产生。
另外,期望第一实施方式~第三实施方式所涉及的物镜光学系统(以下称为“本实施方式所涉及的物镜光学系统”)满足以下的条件式(4)、(5)。
-2<fG12w/fw<-1 (4)
0.5<fG12e/fe<1.62 (5)
在此,fG12w为远距离物点对焦时的第一透镜组与第二透镜组的合成焦距,fG12e为近距离物点对焦时的第一透镜组与第二透镜组的合成焦距,fw为远距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距,fe为近距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距。
条件式(4)是同通常观察时的第一透镜组与第二透镜组的合成焦距有关的条件式。通过满足条件式(4),能够良好地校正像散。
当低于条件式(4)的下限值时,子午像面大幅地倾斜到负侧。当超过条件式(4)的上限值时,子午像面和弧矢像面均倾斜到正侧。因此,超过条件式(4)的上限值并非优选的。
条件式(5)是与近距放大观察时的像散和光学系统整体的倍率有关的条件式。通过满足条件式(5),能够良好地校正近距放大观察时的像散,并且能够确保就光学系统整个系统而言所需要的倍率。
当低于条件式(5)的下限值时,在近距放大观察时,子午像面向负侧倾斜,弧矢像面向正侧倾斜,因此像散增大。因此,低于条件式(5)的下限值并非优选的。
当超过条件式(5)的上限值时,虽然没有像散的恶化,但是就光学系统整个系统而言所需要的倍率变低。其结果,在通常观察和近距放大观察两方都不能得到期望的倍率。因此,超过条件式(5)的上限值并非优选的。
并且,更加期望代替条件式(5)而满足以下的条件式(5’)。
0.5<fG12e/fe<1.38 (5’)
通过满足条件式(5’),能够更良好地校正近距放大观察时的像散,并且能够充分地确保就光学系统整个系统而言所需要的倍率。
另外,期望本实施方式所涉及的物镜光学系统满足以下的条件式(6)。
1.81<fG1L2/fw<3.85 (6)
在此,fG1L2为第一透镜中位于从物体侧起的第二个的透镜单体的焦距,fw为远距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距。
在本实施方式所涉及的物镜光学系统中,从物体侧开始算起,第一个配置负透镜,第二个配置正透镜。像这样的透镜配置在通常观察时和近距放大观察时两方都对于像面弯曲的变动抑制发挥效果。
而且,在这样的透镜配置中,优选的是满足条件式(6)。通过满足条件式(6),在通常观察时和近距放大观察时两方都能够进一步抑制像面弯曲的变动。
当低于条件式(6)的下限值时,通常观察时的像面向正侧倾斜,近距放大观察时的像面倾斜到负侧。当超过条件式(6)的上限值时,通常观察时的像面向负侧倾斜,近距放大观察时的像面向正侧倾斜。此外,该正透镜可以是单透镜,也可以与位于像侧的负透镜接合。
另外,期望本实施方式所涉及的物镜光学系统满足以下的条件式(7)。
0.9<HF/fe<1.33 (7)
在此,HF为近距离物点对焦时的前侧主点位置,fe为近距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距。
条件式(7)是与近距离物点对焦时的前侧主点位置有关的条件式。通过满足条件式(7),能够确保近距放大观察所需要的倍率。HF是物镜光学系统的最靠近物体侧的透镜面至前侧主点位置为止的距离。
当低于条件式(7)的下限值时,虽然近距放大观察时的倍率变大,但是配置在最靠近物体侧的位置的负透镜的像侧面的折射力也需要增大。由于第一透镜组的折射力为正折射力,因此为了维持正折射力,而需要使第一透镜组内的各透镜的折射力、尤其是正透镜的折射力增大。其结果,在通常观察、近距放大观察的期间,球面像差、像面弯曲变大。因此,低于条件式(7)的下限值并非优选的。
当超过条件式(7)的上限值时,难以使近距放大观察时的倍率变大到期望的倍率。
另外,期望本实施方式所涉及的物镜光学系统满足以下的条件式(8)。
2.5<fG1L4/fw<10.5 (8)
在此,fG1L4为第一透镜中位于从物体侧起的第四个的透镜成分的焦距,fw为远距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距,透镜成分为单透镜或接合透镜。
条件式(8)是与第一透镜组内的透镜成分中的位于从物体侧起的第四个的透镜成分的焦距有关的条件式。在此,透镜成分是指单透镜或接合透镜。
位于从物体侧起的第四个的透镜成分既存在是单透镜的情况,也存在是接合透镜的情况,但是无论是哪种情况,位于从物体侧起的第四个的透镜成分都具有正的折射力,并且关系到倍率色像差的校正。通过满足条件式(8),能够良好地校正倍率色像差。
当低于条件式(8)的下限值时,F线、g线上的高阶的倍率色像差、特别是g线上的高阶的倍率色像差在负侧产生得多,C线上的高阶的倍率色像差在正侧产生得多。
当超过条件式(8)的上限值时,F线、g线上的高阶的倍率色像差在正侧产生得多,C线上的高阶的倍率色像差在负侧产生得多。这样,当各波长时的高阶的倍率色像差产生得多时,成为图像周边部的伪色的原因。在近距放大观察时,图像周边部的伪色的产生变多,因此图像周边部处的分辨率变差。因此,超过条件式(8)的上限值并非优选的。
并且,更加期望代替条件式(8)而满足以下的条件式(8’)。
2.5<fG1L4/fw<5.5 (8’)
通过满足条件式(8’),特别是能够更良好地校正近距放大观察时的倍率色像差。
另外,期望本实施方式所涉及的物镜光学系统满足以下的条件式(9)。
-0.65<fG1/fG2<-0.52 (9)
在此,fG1为第一透镜组的焦距,fG2为第二透镜组的焦距。
条件式(9)是同第一透镜组与第二透镜组的焦距的比有关的条件式,且是与球面像差和色像差的校正有关的条件式。通过满足条件式(9),能够良好地校正球面像差和色像差。
在不满足条件式(9)的情况下,无法良好地校正倍率色像差。其结果,招致图像的图像质量变差、尤其是图像周边部处的图像质量变差。
当低于条件式(9)的下限值而第二透镜组的折射力相比于第一透镜组的折射力变得相对过大时,C线上的倍率色像差在负侧产生得多,F线上的倍率色像差在正侧产生得多。并且,由于球面像差在正侧产生得多,因此招致分辨率变差。因此,低于条件式(9)的下限值并非优选的。
当超过条件式(9)的上限值而第二透镜组的折射力相比于第一透镜组的折射力变得相对小时,相反地,C线上的倍率色像差在正侧产生得多,F线上的倍率色像差在负侧产生得多。因此,超过条件式(9)的上限值并非优选的。
在低于条件式(9)的下限值的情况下,对球面像差和轴上色像差也产生影响。特别是在近距放大观察时,针对高度低的光线而言也产生相当多的球面像差,因此像差曲线大幅地向负侧倾斜。另外,关于轴上色像差,F线上的轴上色像差校正过度。另外,慧差也变得难以校正。因此,低于条件式(9)的下限值并非优选的。
另外,期望本实施方式所涉及的物镜光学系统满足以下的条件式(10)。
-0.68<fG2/fG3<-0.49 (10)
在此,fG2为第二透镜组的焦距,fG3为第三透镜组的焦距。
条件式(10)是同第二透镜组与第三透镜组的焦距的比有关的条件式。第二透镜组的折射力的大小关系到对焦时的第二透镜组的移动量的大小。通过满足条件式(10),能够使光学系统小型化,并且能够抑制对焦时的像差变动。
当低于条件式(10)的下限值时,第二透镜组的折射力变小,因此对焦时的第二透镜组的移动量变大。其结果,导致光学系统大型化。另外,导致驱动透镜的行程延长。因此,在特别地使用致动器作为透镜的驱动单元的情况下,招致包括致动器的透镜驱动机构的大型化。另外,关于透镜的移动,由于需要使透镜准确地移动较长的距离,因此驱动机构容易变得复杂。
另外,当超过条件式(10)的上限值而第二透镜组的折射力相比于第三透镜组的折射力变得相对大时,制造时的误差灵敏度变大。在第二透镜组,为了移动而在框之间设置有间隙。在该情况下,框之间的相对位置在间隙的范围内变动。随着框之间的相对变动而产生像差变动,但是如果制造时的误差灵敏度高,则像差变动变大。因此,超过条件式(10)的上限值并非优选的。
并且,当超过条件式(10)的上限值时,第三透镜组的焦距变大,因此物镜光学系统的后焦距变长。其结果,光学系统的全长变长,并且关于包括摄像元件的摄像部件整体,全长也变长。这样,导致物镜光学系统、摄像部件大型化。因此,超过条件式(10)的上限值并非优选的。
另外,期望本实施方式所涉及的物镜光学系统满足以下的条件式(11)。
0.2<ENw/ENe<0.34 (11)
在此,ENw为远距离物点对焦时的最大对角入射光瞳位置,ENe为近距离物点对焦时的最大对角入射光瞳位置。
条件式(11)是与最大对角时的入射光瞳位置有关的条件式,且是尤其关系到近距离物点对焦时的视场的条件式。ENw为物镜光学系统的最靠近物体侧的透镜面至远距离物点对焦时的最大对角入射光瞳位置为止的距离,ENe为物镜光学系统的最靠近物体侧的透镜面至近距离物点对焦时的最大对角入射光瞳位置为止的距离。
当低于条件式(11)的下限值时,近距离物点对焦时的入射光瞳位于物体侧。因此,近距放大观察时的视场变广。然而,与视场扩展的部分相应地倍率变小,因此难以确保近距放大观察所需要的倍率。
当超过条件式(11)的上限值而近距离物点对焦时的入射光瞳位于像侧时,视场变得过窄。特别是在近距放大观察时,只能确保视场内的数μm至数10μm见方的范围。因此,为了至少提高观察性,而需要确保某种程度广的视场。因此,超过条件式(11)的上限值并非优选的,期望满足条件式(11)。
另外,期望本实施方式所涉及的物镜光学系统满足以下的条件式(12)。
0.28<ENw/fw<0.43 (12)
在此,ENw为远距离物点对焦时的最大对角入射光瞳位置,fw为远距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距。
条件式(12)是与远距离物点对焦时的最大对角的入射光瞳位置有关的条件式,且是关系到透镜系统的外径的条件式。
当低于条件式(12)的下限值时,远距离物点对焦时的最大对角的入射光瞳位于像侧。因此,能够使位于最靠近物体侧的位置的透镜直径小型化。然而,由于招致位于最靠近像侧的位置的透镜直径的大径化,因此导致光学系统大型化。因此,低于条件式(12)的下限值并非优选的。
当超过条件式(12)的上限值时,远距离物点对焦时的最大对角的入射光瞳位于物体侧。因此,招致位于物体侧的透镜直径的大径化。
另外,期望本实施方式所涉及的物镜光学系统满足以下的条件式(13)。
-6<R3GLi/fe<-1.7 (13)
在此,R3Gli为第三透镜组中位于最靠近像侧的位置的透镜的物体侧的曲率半径,fe为近距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距。
条件式(13)是与第三透镜组中位于最靠近像侧的位置的透镜有关的条件式。条件式(13)关系到轴上色像差和像面弯曲的校正。
当低于条件式(13)的下限值时,位于最靠近像侧的位置的负透镜的折射力变大。因此,在通常观察时和近距放大观察时,像面的变动、例如像面的位置的变动、像面的倾斜的变动变大。因此,低于条件式(13)的下限值并非优选的。
当超过条件式(13)的上限值时,位于最靠近像侧的位置的负透镜的折射力变小。在该情况下,与色像差有关的校正能力下降。因此,轴上色像差的恶化显著。即,在通常观察时,C线上的轴上色像差在负侧产生得多,F线上的轴上色像差在正侧产生得多。另一方面,在近距放大观察时,C线上的轴上色像差在正侧产生得多,F线上的轴上色像差在负侧产生得多。无论在哪种观察中都招致图像中心处的分辨率的下降。因此,超过条件式(13)的上限值并非优选的。
另外,期望本实施方式所涉及的物镜光学系统满足以下的条件式(14)。
-1.7<fG2/fw<-1.3 (14)
在此,fG2为第二透镜组的焦距,fw为远距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距。
当低于条件式(14)的下限值时,在通常观察至近距放大观察期间的所有观察状态中,像面都倾斜到正侧。因此,低于条件式(14)的下限值并非优选的。
当超过条件式(14)的上限值时,在通常观察至近距放大观察期间的所有观察状态中,球面像差都校正过度。因此,超过条件式(14)的上限值并非优选的。
另外,期望本实施方式所涉及的物镜光学系统满足以下的条件式(15)。
0.1<Δ2G/LTL<0.17 (15)
在此,Δ2G为从远距离物点对焦到近距离物点时的第二透镜组的移动量,LTL为物镜光学系统的透镜全长。
当低于条件式(15)的下限值而第二透镜组的移动量变小时,调焦灵敏度变得过高。因此,低于条件式(15)的下限值并非优选的。特别是在物点处于接近近距放大观察的状态的位置的情况下,仅使第二透镜组稍微移动,成像面就立即移动。这样,当低于条件式(15)的下限值时,导致物镜光学系统成为难以对焦的光学系统。
当超过条件式(15)的上限值时,导致第二透镜组的移动量过大。与此同时,光学系统的全长变长。因此,超过条件式(15)的上限值并非优选的。
另外,在本实施方式所涉及的物镜光学系统中,期望在亮度光圈沿着光轴移动时,亮度光圈直径是固定的。
关于光圈直径变化的亮度光圈,需要使光圈直径变化的机构。由于在插入部已经配置有用于第二透镜驱动的驱动单元(例如致动器),因此搭载这种机构会招致用于收纳物镜光学系统的镜框的进一步粗径化。因此,使用光圈直径变化的亮度光圈并非优选的。
另外,本实施方式所涉及的物镜光学系统也能够使用于内窥镜以外的光学设备。
例如在数字照相机的摄像光学系统中能够使用本实施方式所涉及的物镜光学系统。在数字照相机的摄影中,存在进行超过等倍那样的微距摄影的情况。在这样的情况下,也存在透镜的伸出量变大的情形,从而安装微距转换透镜的情形较多。然而,通过使用本实施方式的物镜光学系统作为摄像光学系统,不安装微距转换透镜就能够进行目前为止都不存在的高倍率的微距摄影。
另外,一般地,微距透镜使第一透镜组向物体侧伸出,并且利用多个透镜组的浮动进行对焦。另一方面,当使用本实施方式的物镜光学系统时,能够进行基于内对焦的微距摄影。因此,在确定工作距离后进行摄影的情况下是有利的。
还能够在便携式设备、例如移动电话的照相机的摄像光学系统中使用本实施方式所涉及的物镜光学系统。通过这样,能够轻松体会微距摄影。
(实施例1)
对于实施例1所涉及的物镜光学系统进行说明。图2是实施例1所涉及的物镜光学系统的透镜截面图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
如图2所示,实施例1的物镜光学系统包括从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组G1、负折射力的第二透镜组G2以及正折射力的第三透镜组G3。
第一透镜组G1包括物体侧为平面的平凹负透镜L1、使凸面朝向像侧的正弯月透镜L2、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L3、使凸面朝向像侧的正弯月透镜L4、使凸面朝向像侧的正弯月透镜L5、双凸正透镜L6以及使凸面朝向像侧的负弯月透镜L7。在此,由正弯月透镜L2和负弯月透镜L3形成了负折射力的接合透镜。由双凸正透镜L6和负弯月透镜L7形成了正折射力的接合透镜。
第二透镜组G2包括双凹负透镜L8以及使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L9。在此,由双凹负透镜L8和正弯月透镜L9形成了负折射力的接合透镜。
亮度光圈S配置在第一透镜组G1与第二透镜组G2之间。更详细地说,亮度光圈S在第二透镜组G2中配置在最靠近物体侧的位置。
第三透镜组G3包括双凸正透镜L10、使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L11、平凸正透镜L12以及平凹负透镜L13。在此,由双凸正透镜L12和平凹负透镜L13形成了负折射力的接合透镜。
在平凹负透镜L1的像侧配置有平行平面板F1。在第三透镜组G3的像侧配置有平行平面板F2和护罩玻璃CG。
在对焦时,第二透镜组G2与亮度光圈S成一体地移动。当从对焦于远距离物点的状态向近距离物点对焦时,第二透镜组G2和亮度光圈S向像侧移动。
实施例1的物镜光学系统具备上述的基本结构,满足全部的条件式(1)至(15)。另外,通过使从第一透镜组G1到第三透镜组G3的各透镜组的焦距为适当的值,实现了没有图像质量劣化且小型的物镜光学系统。
图3的(a)、(b)、(c)以及(d)分别是实施例1的通常观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图3的(e)、(f)、(g)以及(h)分别是实施例1的中间状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图3的(i)、(j)、(k)以及(l)分别是实施例1的近距放大观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。
在各像差图中,横轴表示像差量。关于球面像差、像散以及倍率像差,像差量的单位为mm。另外,关于畸变像差,像差量的单位为%。另外,ω为半视角,单位为°(度),Fno.为光圈值。另外,像差曲线的波长的单位为nm。它们在其它的实施例中也相同。
(实施例2)
对于实施例2所涉及的物镜光学系统进行说明。图4是实施例2所涉及的物镜光学系统的透镜截面图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
如图4所示,实施例2的物镜光学系统包括从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组G1、负折射力的第二透镜组G2以及正折射力的第三透镜组G3。
第一透镜组G1包括物体侧为平面的平凹负透镜L1、使凸面朝向像侧的正弯月透镜L2、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L3、使凸面朝向像侧的平凸正透镜L4、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L5以及双凸正透镜L6。在此,由正弯月透镜L2和负弯月透镜L3形成了正折射力的接合透镜。由平凸正透镜L4和负弯月透镜L5形成了正折射力的接合透镜。
第二透镜组G2包括双凹负透镜L7以及使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L8。在此,由双凹负透镜L7和正弯月透镜L8形成了负折射力的接合透镜。
亮度光圈S配置在第一透镜组G1与第二透镜组G2之间。更详细地说,亮度光圈S在第二透镜组G2中配置在最靠近物体侧的位置。
第三透镜组G3包括双凸正透镜L9、双凸正透镜L10以及使凸面朝向像侧的负弯月透镜L11。在此,由双凸正透镜L10和负弯月透镜L11形成了正折射力的接合透镜。
在第三透镜组G3的像侧配置有平行平面板F1、平行平面板F2以及护罩玻璃CG。
在对焦时,第二透镜组G2与亮度光圈S成一体地移动。当从对焦于远距离物点的状态向近距离物点对焦时,第二透镜组G2和亮度光圈S向像侧移动。
实施例2的物镜光学系统具备上述的基本结构,并且满足全部的条件式(1)至(15)。另外,通过使从第一透镜组G1到第三透镜组G3的各透镜组的焦距为适当的值,实现了没有图像质量劣化且小型的物镜光学系统。
图5的(a)、(b)、(c)以及(d)分别是实施例2的通常观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图5的(e)、(f)、(g)以及(h)分别是实施例2的中间状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图5的(i)、(j)、(k)以及(l)分别是实施例2的近距放大观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。
(实施例3)
对于实施例3所涉及的物镜光学系统进行说明。图6是实施例3所涉及的物镜光学系统的透镜截面图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
如图6所示,实施例3的物镜光学系统包括从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组G1、负折射力的第二透镜组G2以及正折射力的第三透镜组G3。
第一透镜组G1包括物体侧为平面的平凹负透镜L1、使凸面朝向像侧的正弯月透镜L2、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L3、使凸面朝向像侧的平凸正透镜L4、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L5以及双凸正透镜L6。在此,由正弯月透镜L2和负弯月透镜L3形成了正折射力的接合透镜。由平凸正透镜L4和负弯月透镜L5形成了正折射力的接合透镜。
第二透镜组G2包括双凹负透镜L7以及使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L8。在此,由双凹负透镜L7和正弯月透镜L8形成了负折射力的接合透镜。
亮度光圈S配置在第一透镜组G1与第二透镜组G2之间。更详细地说,亮度光圈S在第二透镜组G2中配置在最靠近物体侧的位置。
第三透镜组G3包括双凸正透镜L9、双凸正透镜L10以及像侧为平面的平凹负透镜L11。
在第三透镜组G3的像侧配置有平行平面板F1、平行平面板F2以及护罩玻璃CG。
在对焦时,第二透镜组G2与亮度光圈S成一体地移动。当从对焦于远距离物点的状态向近距离物点对焦时,第二透镜组G2和亮度光圈S向像侧移动。
实施例3的物镜光学系统具备上述的基本结构,并且满足全部的条件式(1)至(15)。另外,通过使从第一透镜组G1到第三透镜组G3的各透镜组的焦距为适当的值,实现了没有图像质量劣化且小型的物镜光学系统。
图7的(a)、(b)、(c)以及(d)分别是实施例3的通常观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图7的(e)、(f)、(g)以及(h)分别是实施例3的中间状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图7的(i)、(j)、(k)以及(l)分别是实施例3的近距放大观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。
(实施例4)
对于实施例4所涉及的物镜光学系统进行说明。图8是实施例4所涉及的物镜光学系统的透镜截面图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
如图8所示,实施例4的物镜光学系统包括从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组G1、负折射力的第二透镜组G2以及正折射力的第三透镜组G3。
第一透镜组G1包括物体侧为平面的平凹负透镜L1、双凸正透镜L2、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L3、使凸面朝向像侧的正弯月透镜L4、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L5以及双凸正透镜L6。在此,由双凸正透镜L2和负弯月透镜L3形成了正折射力的接合透镜。由正弯月透镜L4和负弯月透镜L5形成了正折射力的接合透镜。
第二透镜组G2包括双凹负透镜L7以及使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L8。在此,由双凹负透镜L7和正弯月透镜L8形成了负折射力的接合透镜。
亮度光圈S配置在第一透镜组G1与第二透镜组G2之间。更详细地说,亮度光圈S在第二透镜组G2中配置在最靠近物体侧的位置。
第三透镜组G3包括双凸正透镜L9、双凸正透镜L10以及像侧为平面的平凹负透镜L11。
在第三透镜组G3的像侧配置有平行平面板F1、平行平面板F2以及护罩玻璃CG。
在对焦时,第二透镜组G2与亮度光圈S成一体地移动。当从对焦于远距离物点的状态向近距离物点对焦时,第二透镜组G2和亮度光圈S向像侧移动。
实施例4的物镜光学系统具备上述的基本结构,并且满足全部的条件式(1)至(15)。另外,通过使从第一透镜组G1到第三透镜组G3的各透镜组的焦距为适当的值,实现了没有图像质量劣化且小型的物镜光学系统。
图9的(a)、(b)、(c)以及(d)分别是实施例4的通常观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图9的(e)、(f)、(g)以及(h)分别是实施例4的中间状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图9的(i)、(j)、(k)以及(l)分别是实施例4的近距放大观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。
(实施例5)
对于实施例5所涉及的物镜光学系统进行说明。图10是实施例5所涉及的物镜光学系统的透镜截面图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
如图10所示,实施例5的物镜光学系统包括从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组G1、负折射力的第二透镜组G2以及正折射力的第三透镜组G3。
第一透镜组G1包括物体侧为平面的平凹负透镜L1、使凸面朝向像侧的正弯月透镜L2、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L3、双凸正透镜L4、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L5、双凸正透镜L6以及使凸面朝向像侧的负弯月透镜L7。在此,由正弯月透镜L2和负弯月透镜L3形成了正折射力的接合透镜。由双凸正透镜L4和负弯月透镜L5形成了正折射力的接合透镜。由双凸正透镜L6和负弯月透镜L7形成了正折射力的接合透镜。
第二透镜组G2包括双凹负透镜L8以及使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L9。在此,由双凹负透镜L8和正弯月透镜L9形成了负折射力的接合透镜。
亮度光圈S配置在第一透镜组G1与第二透镜组G2之间。更详细地说,亮度光圈S在第二透镜组G2中配置在最靠近物体侧的位置。
第三透镜组G3包括双凸正透镜L10、双凸正透镜L11以及使凸面朝向像侧的负弯月透镜L12。
在平凹负透镜L1的像侧配置有平行平面板F1。在第三透镜组G3的像侧配置有平行平面板F2和护罩玻璃CG。
在对焦时,第二透镜组G2与亮度光圈S成一体地移动。当从对焦于远距离物点的状态向近距离物点对焦时,第二透镜组G2和亮度光圈S向像侧移动。
实施例5的物镜光学系统具备上述的基本结构,并且满足全部的条件式(1)至(15)。另外,通过使从第一透镜组G1到第三透镜组G3的各透镜组的焦距为适当的值,实现了没有图像质量劣化且小型的物镜光学系统。
图11的(a)、(b)、(c)以及(d)分别是实施例5的通常观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图11的(e)、(f)、(g)以及(h)分别是实施例5的中间状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图11的(i)、(j)、(k)以及(l)分别是实施例5的近距放大观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。
(实施例6)
对于实施例6所涉及的物镜光学系统进行说明。图12是实施例6所涉及的物镜光学系统的透镜截面图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
如图12所示,实施例6的物镜光学系统包括从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组G1、负折射力的第二透镜组G2以及正折射力的第三透镜组G3。
第一透镜组G1包括物体侧为平面的平凹负透镜L1、使凸面朝向像侧的正弯月透镜L2、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L3、使凸面朝向像侧的正弯月透镜L4、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L5、双凸正透镜L6以及使凸面朝向像侧的负弯月透镜L7。在此,由正弯月透镜L2和负弯月透镜L3形成了正折射力的接合透镜。由正弯月透镜L4和负弯月透镜L5形成了正折射力的接合透镜。由双凸正透镜L6和负弯月透镜L7形成了正折射力的接合透镜。
第二透镜组G2包括双凹负透镜L8以及使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L9。在此,由双凹负透镜L8和正弯月透镜L9形成了负折射力的接合透镜。
亮度光圈S配置在第一透镜组G1与第二透镜组G2之间。更详细地说,亮度光圈S在第二透镜组G2中配置在最靠近物体侧的位置。
第三透镜组G3包括双凸正透镜L10、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L11、双凸正透镜L12以及像侧为平面的平凹负透镜L13。在此,由双凸正透镜L10和负弯月透镜L11形成了正折射力的接合透镜。
在第三透镜组G3的像侧配置有平行平面板F1、平行平面板F2以及护罩玻璃CG。
在对焦时,第二透镜组G2与亮度光圈S成一体地移动。当从对焦于远距离物点的状态向近距离物点对焦时,第二透镜组G2和亮度光圈S向像侧移动。
实施例6的物镜光学系统具备上述的基本结构,并且满足全部的条件式(1)至(15)。另外,通过使从第一透镜组G1到第三透镜组G3的各透镜组的焦距为适当的值,实现了没有图像质量劣化且小型的物镜光学系统。
图13的(a)、(b)、(c)以及(d)分别是实施例6的通常观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图13的(e)、(f)、(g)以及(h)分别是实施例6的中间状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图13的(i)、(j)、(k)以及(l)分别是实施例6的近距放大观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。
(实施例7)
对于实施例7所涉及的物镜光学系统进行说明。图14是实施例7所涉及的物镜光学系统的透镜截面图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
如图14所示,实施例7的物镜光学系统包括从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组G1、负折射力的第二透镜组G2以及正折射力的第三透镜组G3。
第一透镜组G1包括物体侧为平面的平凹负透镜L1、使凸面朝向像侧的正弯月透镜L2、使凸面朝向像侧的正弯月透镜L3、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L4、双凸正透镜L5以及使凸面朝向像侧的负弯月透镜L6。在此,由正弯月透镜L3和负弯月透镜L4形成了正折射力的接合透镜。由双凸正透镜L5和负弯月透镜L6形成了正折射力的接合透镜。
第二透镜组G2包括双凹负透镜L7、使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L8以及使凸面朝向物体侧的负弯月透镜L9。在此,由双凹负透镜L7和正弯月透镜L8形成了负折射力的接合透镜。
亮度光圈S配置在第一透镜组G1与第二透镜组G2之间。更详细地说,亮度光圈S在第二透镜组G2中配置在最靠近物体侧的位置。
第三透镜组G3包括双凸正透镜L10、双凸正透镜L11以及像侧为平面的平凹负透镜L12。
在第三透镜组G3的像侧配置有平行平面板F1、平行平面板F2以及护罩玻璃CG。
在对焦时,第二透镜组G2与亮度光圈S成一体地移动。当从对焦于远距离物点的状态向近距离物点对焦时,第二透镜组G2和亮度光圈S向像侧移动。
实施例7的物镜光学系统具备上述的基本结构,并且满足全部的条件式(1)至(15)。另外,通过使从第一透镜组G1到第三透镜组G3的各透镜组的焦距为适当的值,实现了没有图像质量劣化且小型的物镜光学系统。
图15的(a)、(b)、(c)以及(d)分别是实施例7的通常观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图15的(e)、(f)、(g)以及(h)分别是实施例7的中间状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图15的(i)、(j)、(k)以及(l)分别是实施例7的近距放大观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。
(实施例8)
对于实施例8所涉及的物镜光学系统进行说明。图16是实施例8所涉及的物镜光学系统的透镜截面图,(a)是通常观察状态下的截面图,(b)是中间状态下的截面图,(c)是近距放大观察状态下的截面图。
如图16所示,实施例8的物镜光学系统包括从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组G1、负折射力的第二透镜组G2以及正折射力的第三透镜组G3。
第一透镜组G1包括物体侧为平面的平凹负透镜L1、使凸面朝向像侧的正弯月透镜L2、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L3、使凸面朝向像侧的正弯月透镜L4、使凸面朝向像侧的正弯月透镜L5、双凸正透镜L6以及使凸面朝向像侧的负弯月透镜L7。在此,由正弯月透镜L2和负弯月透镜L3形成了正折射力的接合透镜。由双凸正透镜L6和负弯月透镜L7形成了正折射力的接合透镜。
第二透镜组G2包括双凹负透镜L8以及使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L9。在此,由双凹负透镜L8和正弯月透镜L9形成了负折射力的接合透镜。
亮度光圈S配置在第一透镜组G1与第二透镜组G2之间。更详细地说,亮度光圈S在第二透镜组G2中配置在最靠近物体侧的位置。
第三透镜组G3包括双凸正透镜L10、双凸正透镜L11、平凹负透镜L12、平凸正透镜L13以及使凸面朝向像侧的负弯月透镜L14。在此,由双凸正透镜L11和平凹负透镜L12形成了负折射力的接合透镜。
在平凹负透镜L1的像侧配置有平行平面板F1。在第三透镜组G3的像侧配置有平行平面板F2和护罩玻璃CG。
在对焦时,第二透镜组G2与亮度光圈S成一体地移动。当从对焦于远距离物点的状态向近距离物点对焦时,第二透镜组G2和亮度光圈S向像侧移动。
实施例8的物镜光学系统具备上述的基本结构,并且满足全部的条件式(1)至(15)。另外,通过使从第一透镜组G1到第三透镜组G3的各透镜组的焦距为适当的值,实现了没有图像质量劣化且小型的物镜光学系统。
图17的(a)、(b)、(c)以及(d)分别是实施例8的通常观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图17的(e)、(f)、(g)以及(h)分别是实施例8的中间状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。图17的(i)、(j)、(k)以及(l)分别是实施例8的近距放大观察状态下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。
以下示出上述各实施例的数值数据。关于符号,r为各透镜面的曲率半径,d为各透镜面间的间隔,ne为各透镜的e线的折射率,νd为各透镜的阿贝数,Fno为光圈值,ω为半视角,IH为像高。另外,焦距为e线上的值。另外,β为近距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的横向倍率,且是近距放大观察状态下的倍率。
数值实施例1
单位mm
面数据
各种数据
数值实施例2
单位mm
面数据
各种数据
数值实施例3
单位mm
面数据
各种数据
数值实施例4
单位mm
面数据
各种数据
数值实施例5
单位mm
面数据
各种数据
数值实施例6
单位mm
面数据
各种数据
数值实施例7
单位mm
面数据
各种数据
数值实施例8
单位mm
面数据
各种数据
以下,示出实施例1~实施例8所涉及的物镜光学系统中的条件式(1)~(15)的数值。
以上说明了本发明的各种实施方式,但是本发明并不仅仅限定于这些实施方式,在不脱离其宗旨的范围内,将这些实施方式的结构适当组合构成的实施方式也属于本发明的范畴。
(附记)
此外,从这些实施例导出以下结构的发明。
(附记项1)
一种物镜光学系统,其特征在于,由从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组、负折射力的第二透镜组以及正折射力的第三透镜组构成,通过针对物距的变化而使第二透镜组移动来进行对焦,该物镜光学系统满足以下的条件式(1)。
0<ff/fe<0.33 (1)
在此,ff为近距离物点对焦时的前侧焦点位置,fe为近距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距。
(附记项2)
一种物镜光学系统,其特征在于,由从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组、负折射力的第二透镜组以及正折射力的第三透镜组构成,通过针对物距的变化而使第二透镜组移动来进行对焦,该物镜光学系统满足以下的条件式(2)、(3)。
3<|β| (2)
60°<ω (3)
在此,β为近距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的横向倍率,ω为远距离物点对焦时的最大半视角。
(附记项3)
一种物镜光学系统,其特征在于,由从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组、负折射力的第二透镜组以及正折射力的第三透镜组构成,通过针对物距的变化而仅使第二透镜组移动来进行对焦,第一透镜组至少包括一个负透镜、两个接合透镜以及一个正透镜,负透镜配置在最靠近物体侧的位置,接合透镜由正透镜和负透镜构成。
(附记项4)
根据附记项1至3中的任一项所述的物镜光学系统,其特征在于,该物镜光学系统被使用在内窥镜中。
(附记项5)
根据附记项1至3中的任一项所述的物镜光学系统,其特征在于,该物镜光学系统满足以下的条件式(4)、(5)。
-2<fG12w/fw<-1 (4)
0.5<fG12e/fe<1.62 (5)
在此,fG12w为远距离物点对焦时的第一透镜组与第二透镜组的合成焦距,fG12e为近距离物点对焦时的第一透镜组与第二透镜组的合成焦距,fw为远距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距,fe为近距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距。
(附记项6)
根据附记项1至5中的任一项所述的物镜光学系统,其特征在于,该物镜光学系统满足以下的条件式(6)、(7)。
1.81<fG1L2/fw<3.85 (6)
0.9<HF/fe<1.33 (7)
在此,fG1L2为第一透镜中位于从物体侧起的第二个的透镜单体的焦距,HF为近距离物点对焦时的前侧主点位置,fw为远距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距,fe为近距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距。
(附记项7)
根据附记项1至5中的任一项所述的物镜光学系统,其特征在于,该物镜光学系统满足以下的条件式(8)、(9)、(10)、(11)、(12)。
2.5<fG1L4/fw<10.5 (8)
-0.65<fG1/fG2<-0.52 (9)
-0.68<fG2/fG3<-0.49 (10)
0.2<ENw/ENe<0.34 (11)
0.28<ENw/fw<0.43 (12)
在此,fG1L4为第一透镜中位于从物体侧起的第四个的透镜成分的焦距,fG1为第一透镜组的焦距,fG2为第二透镜组的焦距,fG3为第三透镜组的焦距,ENw为远距离物点对焦时的最大对角入射光瞳位置,ENe为近距离物点对焦时的最大对角入射光瞳位置,fw为远距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距,透镜成分为单透镜或接合透镜。
(附记项8)
根据附记项1至5中的任一项所述的物镜光学系统,其特征在于,该物镜光学系统满足以下的条件式(13)、(14)、(15)。
-6<R3GLi/fe<-1.7 (13)
-1.7<fG2/fw<-1.3 (14)
0.1<Δ2G/LTL<0.17 (15)
在此,R3Gli为第三透镜组中位于最靠近像侧的位置的透镜的物体侧的曲率半径,fG2为第二透镜组的焦距,Δ2G为从远距离物点对焦到近距离物点时的第二透镜组的移动量,LTL为物镜光学系统的透镜全长,fw为远距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距,fe为近距离物点对焦时的物镜光学系统整个系统的焦距。
产业上的可利用性
如上所述,本发明对于能够改变可对焦的物距的同时小型、近距放大观察时或微距摄影时的倍率大且具有高分辨率的物镜光学系统是有用的。
附图标记说明
G1:第一透镜组;G2:第二透镜组;G3:第三透镜组;L1、L3、L7、L8、L13:负透镜;L2、L4、L5、L6、L9、L10、L11、L12:正透镜;CL1、CL2、CL3、Cl4:接合透镜;S:亮度光圈;F1、F2:平行平面板;CG:护罩玻璃;I:像面。

Claims (5)

1.一种物镜光学系统,其特征在于,
由从物体侧起依次配置的正折射力的第一透镜组、负折射力的第二透镜组以及正折射力的第三透镜组构成,
通过针对物距的变化而仅使所述第二透镜组移动来进行对焦,
所述第一透镜组至少包括一个单独的负透镜、两个接合透镜以及一个单独的正透镜,
所述负透镜配置在最靠近物体侧的位置,
所述接合透镜由正透镜和负透镜构成,
其中,该物镜光学系统满足以下的条件式(2)、(3),
3<|β| (2)
60°<ω (3)
在此,β为近距离物点对焦时的所述物镜光学系统整个系统的横向倍率,
ω为远距离物点对焦时的最大半视角。
2.根据权利要求1所述的物镜光学系统,其特征在于,
该物镜光学系统被使用在内窥镜中。
3.根据权利要求1所述的物镜光学系统,其特征在于,
满足以下的条件式(1),
0<ff/fe<0.33 (1)
在此,ff为近距离物点对焦时的前侧焦点位置,
fe为近距离物点对焦时的所述物镜光学系统整个系统的焦距。
4.根据权利要求1所述的物镜光学系统,其特征在于,
满足以下的条件式(7),
0.9<HF/fe<1.33 (7)
在此,HF为近距离物点对焦时的前侧主点位置,
fe为近距离物点对焦时的所述物镜光学系统整个系统的焦距。
5.根据权利要求1所述的物镜光学系统,其特征在于,
满足以下的条件式(10)和(11),
-0.68<fG2/fG3<-0.49 (10)
0.2<ENw/ENe<0.34 (11)
在此,fG2为所述第二透镜组的焦距,
fG3为所述第三透镜组的焦距,
ENw为远距离物点对焦时的最大对角入射光瞳位置,
ENe为近距离物点对焦时的最大对角入射光瞳位置。
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