CN109313324A - 内窥镜用物镜光学系统 - Google Patents
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Abstract
提供一种光圈值小、小型且具有高的成像性能、抗制造误差的能力强的内窥镜用物镜光学系统。内窥镜用物镜光学系统包括从物体侧起依次配置的具有正折射力的第一透镜组(G1)、具有负折射力的第二透镜组(G2)、具有正折射力的第三透镜组(G3)，在向近距离物点调焦时，第一透镜组(G1)和第三透镜组(G3)固定，第二透镜组(G2)移动，第三透镜组(G3)由具有正折射力的前组(GF)和具有正折射力的后组(GR)组成，前组(GF)和后组(GR)各自包括一个单透镜或一个接合透镜，满足以下的条件式(1‑1)、(1‑2)。1≤fG3f/fG3r≤5(1‑1)0.1≤dG3fr/dG3r≤1(1‑2)。
Description
技术领域
本发明涉及一种物镜光学系统，例如涉及一种能够利用于在医疗领域、工业领域等中使用的内窥镜装置的内窥镜用物镜光学系统。
背景技术
内窥镜是在医疗用领域和工业用领域中广泛地使用的装置。特别是在医疗用领域中，内窥镜被利用于观察部位的诊断、治疗。在该诊断、治疗中使用通过插入到体腔内的内窥镜获得的图像。
在内窥镜用的物镜光学系统中，通过设定适当的光圈值和焦点位置，从近点直至远点都形成了对焦像。另外，在物镜光学系统中，进行了使透镜直径减小、使光学系统的全长缩短的处理。通过这样，能够使插入部变细。其结果，能够降低插入时的痛苦、实现在体内小幅回转的插入部。近年来，一直在寻求一种更高画质且小型的内窥镜。
作为内窥镜用的物镜光学系统，提出了具有广的景深的物镜光学系统、能够以高倍率进行观察的物镜光学系统。在能够以高倍率进行观察的物镜光学系统中，通过使透镜组移动进行了聚焦、变焦。作为这样的物镜光学系统，存在专利文献1～4中所记载的物镜光学系统。
专利文献1：日本特开平11-316339号公报
专利文献2：日本特许第4834799号公报
专利文献3：日本特许第5148403号公报
专利文献4：日本特许第5580956号公报
发明内容
发明要解决的问题
一般地，通过增加摄像元件的像素数，能够实现高画质化。如果与像素数的增加相应地使摄像面大型化，则形成于摄像面的像的高度也必须高。然而，如果像高变高，则物镜光学系统也变大。在该情况下，难以使光学系统小型化。因此，在使用于内窥镜的摄像元件中，多数情况是进行通过保持摄像元件的尺寸相同地减小像素间距来保持小型化并实现高画质化的方法。
然而，如果像素间距变小，则针对物镜光学系统要求使容许模糊圈更小。因此，需要具有高的光学性能的物镜光学系统。容许模糊圈受衍射的影响强。因此，需要将物镜光学系统形成为光圈值小的光学系统。
一般地，如果光圈值变小，则像差校正变难。为了良好地校正像差，必须增加透镜片数，或者使光学系统的全长变长。因此，存在光学系统大型化的倾向。像这样，如果保持摄像元件的尺寸相同地减小像素间距，则无法简单地达成光学系统的小型化和高性能化。
并且，如果光圈值变小，则导致光学系统抗制造偏差的能力变弱。即，光学性能容易因透镜部件的曲率半径的误差、壁厚的误差以及光学系统组装时的机械框与透镜的移位、倾斜误差等而劣化。根据这样的情形，针对光学系统期望能够容许的误差量大。
特别是，关于在制造时进行的聚焦，由像素间距和大致由光圈值决定的容许模糊圈决定了所容许的误差量。例如，当聚焦的容许误差为3μm～5μm时，作为容许量而言相当小。
当聚焦结束时，将透镜、摄像元件利用粘接剂进行固定。此时，伴随着粘接剂的固化，透镜的位置、摄像元件的位置产生偏移。如果如上述那样容许量小，则针对粘接剂要求使由于固化而产生的偏移量为相当小的量。然而，关于粘接剂，也存在难以应对的情况。根据这样的情形，关于制造时的焦点误差，针对光学系统期望能够容许的误差量大。
专利文献1的物镜光学系统由于光圈值为6到12，因此不能说光圈值足够小。因此，与具有小的像素间距的摄像元件组合很困难。另外，由于光学系统的全长也长，因此也不适于小型化。另外，完全没有考虑制造时的焦点误差。
专利文献2的物镜光学系统包括正的第一组、负的第二组以及正的第三组。在该物镜光学系统中，将第三组分割为两个组，使两个组之间的间隔变化。然而，无法应对制造时的焦点误差的问题。另外，由于光圈值也为6，因此不能说光圈值足够小。因此，与具有小的像素间距的摄像元件组合很困难。
专利文献3的物镜光学系统包括正的第一组、负的第二组以及正的第三组。在该物镜光学系统中，由接合透镜和正透镜构成了第三组。然而，无法应对制造时的焦点误差。另外，由于光圈值也为8到10，因此不能说光圈值足够小。因此，与具有小的像素间距的摄像元件组合很困难。
专利文献4的物镜光学系统由于光圈值为8，因此不能说光圈值足够小。因此，与具有小的像素间距的摄像元件组合很困难。另外，完全没有考虑制造时的焦点误差。
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光圈值小、小型且具有高的成像性能、抗制造误差的能力强的内窥镜用物镜光学系统。
用于解决问题的方案
为了解决上述的问题并达到目的，本发明的至少几个实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统的特征在于，
包括从物体侧起依次配置的具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组以及具有正折射力的第三透镜组，
在向近距离物点调焦时，第一透镜组和第三透镜组固定，第二透镜组移动，
第三透镜组由具有正折射力的前组和具有正折射力的后组组成，
前组和后组各自包括一个单透镜或一个接合透镜，
该内窥镜用物镜光学系统满足以下的条件式(1-1)、(1-2)，
1≤f G3f/f G3r≤5 (1-1)
0.1≤d G3fr/d G3r≤1 (1-2)
其中，
fG3f为前组的焦距，
fG3r为后组的焦距，
dG3fr为从前组的最靠像侧的面到后组的最靠物体侧的面为止的沿着光轴的距离，
dG3r为后组的沿着光轴的总厚度。
发明的效果
本发明能够提供一种光圈值小、小型且具有高的成像性能、抗制造误差的能力强的内窥镜用物镜光学系统。
附图说明
图1是表示本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的具体结构的截面图。
图2是实施例1的内窥镜用物镜光学系统的截面图。
图3是实施例1的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图4是实施例2的内窥镜用物镜光学系统的截面图。
图5是实施例2的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图6是实施例3的内窥镜用物镜光学系统的截面图。
图7是实施例3的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图8是实施例4的内窥镜用物镜光学系统的截面图。
图9是实施例4的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
图10是实施例5的内窥镜用物镜光学系统的截面图。
图11是实施例5的内窥镜用物镜光学系统的像差图。
具体实施方式
以下，针对本实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统，使用附图来说明采用这种结构的理由和作用。此外，并不是通过以下的实施方式来对本发明进行限定。
本实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统在内窥镜观察中能够通过一个光学系统进行通常观察和近距观察。为此，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，能够进行近距观察。
本实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统包括从物体侧起依次配置的具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组，在向近距离物点调焦时，第一透镜组和第三透镜组固定，第二透镜组移动，第三透镜组由具有正折射力的前组和具有正折射力的后组组成，前组和后组各自包括一个单透镜或一个接合透镜，该内窥镜用物镜光学系统满足以下的条件式(1-1)、(1-2)，
1≤f G3f/f G3r≤5 (1-1)
0.1≤d G3fr/d G3r≤1 (1-2)
其中，
fG3f为前组的焦距，
fG3r为后组的焦距，
dG3fr为从前组的最靠像侧的面到后组的最靠物体侧的面为止的沿着光轴的距离，
dG3r为后组的沿着光轴的总厚度。
对本实施方式的内窥镜用物镜光学系统进行说明。图1是表示本实施方式的内窥镜用物镜光学系统的图。如图1所示，本实施方式的内窥镜用物镜光学系统包括从物体侧起依次配置的具有正折射力的第一透镜组G1、具有负折射力的第二透镜组G2以及具有正折射力的第三透镜组G3。
在内窥镜用物镜光学系统中，要求使光学系统小型化并使光学系统具有聚焦功能。为了满足该要求，在本实施方式的内窥镜用物镜光学系统中，由三个透镜组构成光学系统，并且使三个透镜组的折射力从物体侧起依次为正的折射力、负的折射力、正的折射力。
由此，能够将正折射力分散于两个透镜组，并且使负折射力位于两个正折射力的中间。其结果，能够构成聚焦时的像差变动少、具有高的成像性能的内窥镜用物镜光学系统。
第一透镜组G1具有负透镜L1、正透镜L2以及正透镜L3。第二透镜组G2具有负透镜L4。第三透镜组G3具备具有正折射力的前组GF和具有正折射力的后组GR。
在图1中，前组GF包括接合透镜CL。接合透镜CL包括正透镜L5和负透镜L6。后组GR包括正透镜L7。
在负透镜L1与正透镜L2之间配置有第一平行平板F1。第一平行平板F1能够配置于内窥镜用物镜光学系统中的任意位置处。在正透镜L7的像侧配置有第二平行平板F2和第三平行平板F3。第二平行平板F2与第三平行平板F3被接合。
第二平行平板F2和第三平行平板F3是护罩玻璃和摄像元件的护罩玻璃。在第三平行平板F3的像侧配置有摄像元件(未图示)。第三平行平板F3的像侧面成为像面I。摄像元件的摄像面与第三平行平板F3的像侧面一致。
在第一透镜组G1与第二透镜组G2之间配置有亮度光圈S。更具体地说，亮度光圈S位于正透镜L3的像侧面的附近。
在调焦时，第一透镜组G1和第三透镜组G3固定，第二透镜组G2移动。在从远距离物点向近距离物点调焦时，第二透镜组G2向像侧移动。
在调焦时，通过使第二透镜组G2移动，能够以较少的移动量有效地进行变焦。此时，通过使第一透镜组G1和第三透镜组G3固定，能够使透镜框简单。其结果，也能够实现内窥镜的外径的细径化。
本实施方式的内窥镜用物镜光学系统能够与摄像元件组合。近年来，关于摄像元件，发展了多像素化。当多像素化发展时，像素间距随之变小。当像素间距变小时，光学系统的容许模糊圈也变小。
在光学系统的组装中，进行用于使物体像的位置与摄像面的位置一致的调整(以下称为“焦点调整”)。为了拍摄聚焦了的物体像，需要以高精度进行焦点调整。在焦点调整中，进行透镜的移动、摄像元件的移动、或者透镜和摄像元件的移动。如果光学系统的容许模糊圈小，则针对焦点调整要求更高的精度。
如上述那样，在本实施方式的内窥镜用物镜光学系统中，由前组GF和后组GR构成了第三透镜组G3。而且，在进行物体像的位置与摄像面的位置对准时，使后组GR和摄像元件进行了移动。
通过这样，在后组GR与摄像元件一起进行了移动时，光学系统的纵向倍率变小。因此，能够降低焦点调整时的误差灵敏度。其结果，能够高精度且容易地进行焦点调整。
优选的是，前组GF和后组GR各自包括一个单透镜或一个接合透镜。通过这样，能够使透镜框简单化以及缩短光学系统的全长。
本实施方式的内窥镜用物镜光学系统具备上述的结构，并且满足条件式(1-1)、(1-2)。
当超过条件式(1-1)的上限值时，前组的折射力过大，或者后组的折射力过小。当前组的折射力过大时，导致彗星像差、像散恶化。当后组的折射力过小时，由于焦点调整时的误差而导致成像性能劣化。
当低于条件式(1-1)的下限值时，前组的折射力过大，或者后组的折射力过大。当前组的折射力过大时，通过第三透镜组的光线的光线高度变高。其结果，导致第三透镜组的透镜直径变大。当后组的折射力过大时，导致彗星像差、像散恶化。
当超过条件式(1-2)的上限值时，光学系统的全长变长，或者通过第三透镜组的光线高度变高。当通过第三透镜组的光线高度变高时，导致第三透镜组的透镜直径变大。
当低于条件式(1-2)的下限值时，第三透镜组与亮度光圈的距离过短。在该情况下，入射到像面的光线的入射角变大。即，难以将光学系统的结构设为在像侧为远心的结构、或接近于远心的结构。因此，针对后组的制造误差而成像性能容易劣化。
优选的是，代替条件式(1-1)，而满足以下的条件式(1-1)’。
1.2≤f G3f/f G3r≤4 (1-1)’
更优选的是，代替条件式(1-1)，而满足以下的条件式(1-1)”。
1.35≤f G3f/f G3r≤3.5 (1-1)”
优选的是，代替条件式(1-2)，而满足以下的条件式(1-2)’。
0.2≤d G3fr/d G3r≤0.9 (1-2)’
更优选的是，代替条件式(1-2)，而满足以下的条件式(1-2)”。
0.3≤d G3fr/d G3r≤0.8 (1-2)”
在满足条件式(1-1)的情况下，后组的折射力与前组的折射力相等，或者大于前组的折射力。优选的是，使后组的折射力大于前组的折射力。
但是，当后组的折射力变大时，后组受到制造误差所产生的影响较大。作为制造误差，存在偏心误差。偏心误差由于透镜的移位、透镜倾斜而产生。特别是，如果偏心误差大，则成像性能的劣化变大。
为了减小偏心误差所产生的影响，期望主光线相对于像面的入射角变小。像这样，光学系统的结构为在像侧为远心的结构、或接近于远心的结构。其结果，成像性能的劣化变少。
为了将光学系统的结构设为在像侧为远心的结构，优选的是尽可能地延长亮度光圈到后组的距离。根据这样的情形，在使后组的折射力大于前组的折射力的情况下，特别优选的是满足上述的条件式(1-2)。
根据本实施方式的内窥镜用物镜光学系统，能够实现光圈值小、小型且具有高的成像性能的内窥镜用物镜光学系统。另外，能够实现抗制造误差的能力强的内窥镜用物镜光学系统。即，在本实施方式的内窥镜用物镜光学系统中，关于制造时产生的各种误差，能够使能够容许的误差量增大。
本实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统优选满足以下的条件式(2)。
0.42≤f G1/f G3r≤0.9 (2)
其中，
fG1为第一透镜组的焦距，
fG3r为后组的焦距。
优选的是，后组的折射力与前组的折射力相比较大。但是，在该情况下，如果不适当地设定第一透镜组的折射力，则无法良好地校正像的周边的像差。根据这样的情形，优选满足条件式(2)。
当超过条件式(2)的上限值时，第一透镜组的折射力过小，或者后组的折射力过大。当第一透镜组的折射力过小时，导致光学系统的全长变长。当后组的折射力过大时，导致彗星像差、像散恶化。
当低于条件式(2)的下限值时，第一透镜组的折射力过大，或者后组的折射力过小。当第一透镜组的折射力过大时，导致第一透镜组中的各像差的产生量过大。在该情况下，尤其导致无法通过第三透镜组校正彗星像差、像散以及倍率色像差。因此，无法良好地校正光学系统整体的像差。当后组的折射力过小时，由于焦点调整时的误差而导致成像性能劣化。
优选的是，代替条件式(2)，而满足以下的条件式(2)’。
0.45≤f G1/f G3r≤0.8 (2)’
更优选的是，代替条件式(2)，而满足以下的条件式(2)”。
0.48≤f G1/f G3r≤0.7 (2)”
本实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统优选满足以下的条件式(3)。
-2≤f G2/f G3f≤-1.05 (3)
其中，
fG2为第二透镜组的焦距，
fG3f为前组的焦距。
前组的折射力与后组的折射力相比较小。因此，如果不适当地设定第二透镜组的折射力，则导致无法有效地进行变焦，或者无法取得各像差的平衡。根据这样的情形，优选满足条件式(3)。
当超过条件式(3)的上限值时，第二透镜组的折射力过大，或者后组的折射力过小。当第二透镜组的折射力过大时，导致球面像差、彗星像差以及像散恶化。当后组的折射力过小时，由于焦点调整时的误差而导致成像性能劣化。
当低于条件式(3)的下限值时，第二透镜组的折射力过小，或者后组的折射力过大。当第二透镜组的折射力过小时，第二透镜组的移动量变大。其结果，导致光学系统的全长变长。当后组的折射力过大时，导致对彗星像差、像散校正过度。
本实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统优选满足以下的条件式(4-1)、(4-2)。
-8≤fc/rc≤-2 (4-1)
-7≤f G2/f G3≤-2 (4-2)
其中，
fc为第三透镜组的接合透镜的焦距，
rc为第三透镜组的接合透镜的接合面的曲率半径，
fG2为第二透镜组的焦距，
fG3为第三透镜组的焦距。
在第一透镜组中产生倍率色像差的情况下，需要通过其它的透镜组来校正倍率色像差。为了通过第三透镜组来校正倍率色像差，优选为在第三透镜组配置接合透镜。
另外，优选的是，通过第三透镜组能够缓和焦点调整时的误差灵敏度。为此，优选的是，第三透镜组构成为改变折射力的平衡且不使光学系统的全长变长。根据这样的情形，优选满足条件式(4-1)、(4-2)。
当超过条件式(4-1)的上限值时，对接合面的色像差、彗星像差校正过度，或者接合面的曲率半径过小。当接合面的曲率半径过小时，透镜的加工性变差。其结果，导致成本增大。
当低于条件式(4-1)的下限值时，因接合导致颜色校正效果降低。因此，导致倍率色像差恶化。
当超过条件式(4-2)的上限值时，第二透镜组的折射力过大，或者导致无法取得后焦距，或者第三透镜组的折射力过小。当第二透镜组的折射力过大时，导致球面像差、彗星像差以及像散恶化。当第三透镜组的折射力过小时，光学系统的全长变长，或者导致无法校正第一透镜组中产生的彗星像差、像散。
当低于条件式(4-2)的下限值时，第二透镜组的折射力过小，或者第三透镜组的折射力过大。当第二透镜组的折射力过小时，第二透镜组的移动量变大。其结果，导致光学系统的全长变长。当第三透镜组的折射力过大时，导致彗星像差、像散恶化。
优选的是，代替条件式(4-1)，而满足以下的条件式(4-1)’。
-7≤fc/rc≤-2.2 (4-1)’
更优选的是，代替条件式(4-1)，而满足以下的条件式(4-1)”。
-6≤fc/rc≤-2.4 (4-1)”
优选的是，代替条件式(4-2)，而满足以下的条件式(4-2)’。
-5.5≤f G2/f G3≤-2.1 (4-2)’
更优选的是，代替条件式(4-2)，而满足以下的条件式(4-2)”。
-4.5≤f G2/f G3≤-2.2 (4-2)”
在本实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统中，优选的是，第一透镜组具有配置于最靠物体侧的位置的物体侧负透镜，该内窥镜用物镜光学系统满足以下的条件式(5-1)、(5-2)。
0.5≤f G1/f G23≤1 (5-1)
0.2≤f/r G1nr≤1 (5-2)
其中，
fG1为第一透镜组的焦距，
fG23为第二透镜组与第三透镜组的合成焦距，
f为内窥镜用物镜光学系统的整个系统的焦距，
rG1nr为物体侧负透镜的像侧面的曲率半径，
合成焦距和整个系统的焦距是通常状态下的焦距。
通过第二透镜组或第三透镜组来校正第一透镜组中产生的像差。因此，当第一透镜组中产生的像差的量过大时，导致无法通过第二透镜组或第三透镜组来完全校正。为了抑制第一透镜组中产生的像差的增大，优选满足条件式(5-1)、(5-2)。通常状态是指相对于近距离状态而言焦点位于远点侧的状态。
当超过条件式(5-1)的上限值时，第一透镜组的折射力过小，或者第二透镜组与第三透镜组的合成折射力过大。当第一透镜组的折射力过小时，导致光学系统的全长变长。当第二透镜组与第三透镜组的合成折射力过大时，导致对球面像差、彗星像差校正过度。
当低于条件式(5-1)的下限值时，第一透镜组的折射力过大，或者第二透镜组与第三透镜组的合成折射力过小。当第一透镜组的折射力过大时，导致彗星像差、像散的产生过大。在该情况下，导致无法通过第二透镜组或第三透镜组来完全校正这些像差。当第二透镜组与第三透镜组的合成折射力过小时，导致光学系统的全长变长，或者导致透镜直径变大。
当超过条件式(5-2)的上限值时，物体侧负透镜的像侧面的曲率半径过小。因此，导致彗星像差、倍率色像差的产生过大。当低于条件式(5-2)的下限值时，导致光学系统的全长过长，或者导致物体侧负透镜的透镜直径变大。当物体侧负透镜的透镜直径变大时，无法使光学系统小型化。
优选的是，代替条件式(5-1)，而满足以下的条件式(5-1)’。
0.51≤f G1/f G23≤0.9 (5-1)’
更优选的是，代替条件式(5-1)，而满足以下的条件式(5-1)”。
0.52≤f G1/f G23≤0.8 (5-1)”
优选的是，代替条件式(5-2)，而满足以下的条件式(5-2)’。
0.4≤f/r G1nr≤0.9 (5-2)’
更优选的是，代替条件式(5-2)，而满足以下的条件式(5-2)”。
0.55f/r G1nr≤0.85 (5-2)”
在本实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统中，优选的是，前组由接合透镜组成，接合透镜具有前侧正透镜，后组由后侧正透镜组成，该内窥镜用物镜光学系统满足以下的条件式(6)。
0.38≤f G3pf/f G3pr≤0.9 (6)
其中，
fG3pf为前侧正透镜的焦距，
fG3pr为后侧正透镜的焦距。
通过由接合透镜构成前组并由单透镜构成后组，能够进一步减小因制造误差所致的焦点偏差的影响。通过由单透镜构成后组并且增大正折射力，能够将接合透镜主要用于抑制倍率色像差的产生。其结果，能够维持高的成像性能，还能够减小制造误差的影响。
第三透镜组具有前侧正透镜和后侧正透镜。这些正透镜关系到像差性能、制造误差的影响。因此，前侧正透镜的折射力与后侧正透镜的折射力需要取得平衡。根据这样的情形，优选满足条件式(6)。
当超过条件式(6)的上限值时，前侧正透镜的折射力过小，或者后侧正透镜的折射力过大。当前侧正透镜的折射力过小时，对倍率色像差校正不足。当后侧正透镜的折射力过大时，导致移位方向上透镜偏心的误差所致的成像性能的劣化变大。
当低于条件式(6)的下限值时，前侧正透镜的折射力过大，或者后侧正透镜的折射力过小。当前侧正透镜的折射力过大时，导致球面像差、彗星像差恶化。当后侧正透镜的折射力过小时，导致发生了因制造时的焦点误差所致的成像性能的劣化。
优选的是，代替条件式(6)，而满足以下的条件式(6)’。
0.4≤f G3pf/f G3pr≤0.7 (6)’
更优选的是，代替条件式(6)，而满足以下的条件式(6)”。
0.42≤f G3pf/f G3pr≤0.6 (6)”
在本实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统中，优选的是，前组由接合透镜组成，接合透镜具有前侧负透镜，后组由后侧正透镜组成，该内窥镜用物镜光学系统满足以下的条件式(7)。
-1.1≤f G3nf/f G3≤-0.5 (7)
其中，
fG3nf为前侧负透镜的焦距，
fG3为第三透镜组的焦距。
在本实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统中，后组的折射力与前组的折射力相等，或者大于前组的折射力。通过使后组的折射力大于前组的折射力，能够改变前组的折射力与后组的折射力的平衡。在该情况下，需要适当地设定前组中包含的负透镜的焦距。根据这样的情形，优选满足条件式(7)。
当超过条件式(7)的上限值时，前侧负透镜的折射力过大，或者接合面的曲率半径过小。当前侧负透镜的折射力过大时，对彗星像差、倍率色像差校正过度。当接合面的曲率半径过小时，导致透镜加工变难。
当低于条件式(7)的下限值时，前侧负透镜的折射力过小。因此，导致对彗星像差、倍率色像差校正不足。
优选的是，代替条件式(7)，而满足以下的条件式(7)’。
-1≤f G3nf/f G3≤-0.55 (7)’
更优选的是，代替条件式(7)，而满足以下的条件式(7)”。
-0.9≤f G3nf/f G3≤-0.6 (7)”
在本实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统中，优选的是，前组由接合透镜组成，接合透镜具有前侧正透镜，后组由后侧正透镜组成，该内窥镜用物镜光学系统满足以下的条件式(8)。
0≤(r G3pff+r G3pfr)/(r G3pff-r G3pfr)≤0.41 (8)
其中，
rG3pff为前侧正透镜的物体侧面的曲率半径，
rG3pfr为前侧正透镜的像侧面的曲率半径。
在第三透镜组中，期望形成为使从第二透镜组入射的发散光线收敛从而最终向像面入射的主光线的入射角变小。即，优选的是，将光学系统的结构设为在像侧为远心的结构或者接近于远心的结构。
前组的接合透镜使从第二透镜组入射的光线收敛，但是接合透镜还必须校正色像差。因此，需要还考虑这一点来适当地设定前侧正透镜的曲率半径。根据这样的情形，优选满足条件式(8)。
当超过条件式(8)的上限值时，前侧正透镜的物体侧面的曲率半径过大，或者像侧面的曲率半径过小。当物体侧面的曲率半径过大时，无法减小向像面入射的主光线的入射角。即，无法使光学系统的结构接近于在像侧为远心的结构或者接近于远心的结构。在该情况下，导致移位等透镜偏心时的性能劣化。当像侧的曲率半径过小时，导致对色像差校正过度。
当低于条件式(8)的下限值时，前侧正透镜的物体侧的曲率半径过小，或者像侧的曲率半径过大。当物体侧的曲率半径过小时，彗星像差、像散的产生变大。其结果，导致成像性能劣化。当像侧的曲率半径过大时，导致对色像差校正不足。
优选的是，代替条件式(8)，而满足以下的条件式(8)’。
0.15≤(r G3pff+r G3pfr)/(r G3pff-r G3pfr)≤0.41 (8)’
在本实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统中，优选的是，前组由接合透镜组成，接合透镜具有前侧正透镜，后组由后侧正透镜组成，该内窥镜用物镜光学系统满足以下的条件式(9)。
-0.6≤r G3pff/r G3prr≤0 (9)
其中，
rG3pff为前侧正透镜的物体侧面的曲率半径，
rG3prr为后侧正透镜的像侧面的曲率半径。
如上述那样，在第三透镜组中，期望使最终向像面入射的主光线的入射角变小。即，优选的是，使光学系统的结构接近于在像侧为远心的结构或者接近于远心的结构。
但是，这样的话，第三透镜组中的光线高度变高。因此，导致透镜直径也变大。为了抑制透镜直径的增大，优选的是在前组中增大收敛作用。根据这样的情形，优选满足条件式(9)。
当超过条件式(9)的上限值时，前侧正透镜的物体侧面的曲率半径和后侧正透镜的像侧面的曲率半径中的任一个成为产生发散作用那样的曲率半径，或者无法充分地校正彗星像差、像散。当透镜面的发散作用变大时，导致透镜直径变大。另外，如果不能完全校正彗星像差、像散，则成像性能劣化。
当低于条件式(9)的下限值时，前侧正透镜的物体侧面的曲率半径过大，或者后侧正透镜的像侧面的曲率半径过小。当前侧正透镜的物体侧面的曲率半径过大时，导致第三透镜组中的光线高度变高。其结果，第三透镜组的透镜直径变大。当后侧正透镜的像侧面的曲率半径过小时，导致像散恶化。
优选的是，代替条件式(9)，而满足以下的条件式(9)’。
-0.55≤r G3pff/r G3prr≤0 (9)’
在本实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统中，优选的是，改变前组与后组之间的间隔来进行组装时的焦点调整。
在内窥镜用物镜光学系统的组装中，将各透镜收纳于预先决定的透镜框中。在像这样最初组装完成的状态下，由于各透镜中的牛顿误差、壁厚误差等而像面的位置偏离于设计时的位置。在设计时的像位置处例如配置有摄像元件。当像面的位置偏离于设计时的位置时，聚焦了的像不被形成在摄像面上。因此，进行焦点调整来进行各透镜的定位。
优选的是，通过改变前组与后组之间的间隔来进行该焦点调整。由此，相对于透镜的移动量而言，像位置的移动量减少。其结果，容易进行组装时的焦点调整。
另外，在将透镜固定于透镜框时，使用粘接剂。当相对于透镜的移动量而言像位置的移动量减少时，即使在粘接剂固化时产生透镜的位置偏移，也能够减小因该偏移所致的成像性能的劣化。
也可以沿与光轴垂直的方向移动后组。通过这样，能够减小视角的左右差、画面周边的焦点位置的偏移。另外，能够校正非对称的像散。
在本实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统中，还优选的是如下那样构成物体侧负透镜。在观察过程中，有污垢、血液等附着于物体侧负透镜的物体侧面。在该状态下，不能进行清晰的观察。因此，通过从位于插入部的前端的喷嘴喷出的水来进行物体侧负透镜的物体侧面的清洗。
当物体侧负透镜的物体侧面为凸形状时，在清洗时污垢不易脱落。另外，当物体侧负透镜的物体侧面为凹形状时，导致积存水。特别是，当物体侧负透镜的物体侧面为凸形状时，容易产生因冲击所致的损伤、裂纹。因此，优选的是，物体侧负透镜的形状为平凹，且使平面朝向物体侧。
以下，对各实施例进行说明。
(实施例1)
对实施例1所涉及的内窥镜用物镜光学系统进行说明。图2是实施例1所涉及的内窥镜用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)是近距观察状态下的截面图。
实施例1的内窥镜用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组成。
第一透镜组G1由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以及平凸正透镜L3组成。
第二透镜组G2由使凸面朝向物体侧的负弯月透镜L4组成。
第三透镜组G3由双凸正透镜L5、平凹负透镜L6以及双凸正透镜L7组成。在此，由双凸正透镜L5和平凹负透镜L6形成了接合透镜。
前组包括双凸正透镜L5和平凹负透镜L6。后组包括双凸正透镜L7。
亮度光圈S配置于第一透镜组G1与第二透镜组G2之间。更详细地说，亮度光圈S配置于平凸正透镜L3的像侧面的附近。
在平凹负透镜L1的像侧配置有红外吸收滤波器F1。在第三透镜组G3的像侧配置有护罩玻璃F2和CCD的护罩玻璃F3。护罩玻璃F2与CCD的护罩玻璃F3被接合。
在聚焦时，第二透镜组G2移动。在从聚焦于远距离物点的状态向近距离物点聚焦时，第二透镜组G2向像侧移动。
图3的(a)、(b)、(c)以及(d)分别是实施例1的通常观察状态中的球面像差(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的放大观察状态中的球面像差(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，FIY为像高，单位为mm，FNO为光圈值。另外，像差曲线的波长的单位为nm。这些在其它实施例中也是相同的。
(实施例2)
对实施例2所涉及的内窥镜用物镜光学系统进行说明。图4是实施例2所涉及的内窥镜用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)是近距观察状态下的截面图。
实施例2的内窥镜用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组成。
第一透镜组G1由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以及使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L3组成。
第二透镜组G2由使凸面朝向物体侧的负弯月透镜L4组成。
第三透镜组G3由双凸正透镜L5、平凹负透镜L6以及双凸正透镜L7组成。在此，由双凸正透镜L5和平凹负透镜L6形成了接合透镜。
前组包括双凸正透镜L5和平凹负透镜L6。后组包括双凸正透镜L7。
亮度光圈S配置于第一透镜组G1与第二透镜组G2之间。更详细地说，亮度光圈S配置于正弯月透镜L3的像侧面的附近。
在平凹负透镜L1的像侧配置有红外吸收滤波器F1。在第三透镜组G3的像侧配置有护罩玻璃F2和CCD的护罩玻璃F3。护罩玻璃F2与CCD的护罩玻璃F3被接合。
在聚焦时，第二透镜组G2移动。在从聚焦于远距离物点的状态向近距离物点聚焦时，第二透镜组G2向像侧移动。
图5的(a)、(b)、(c)以及(d)分别是实施例2的通常观察状态中的球面像差(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的放大观察状态中的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。
(实施例3)
对实施例3所涉及的内窥镜用物镜光学系统进行说明。图6是实施例3所涉及的内窥镜用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)是近距观察状态下的截面图。
实施例3的内窥镜用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组成。
第一透镜组G1由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以及平凸正透镜L3组成。
第二透镜组G2由使凸面朝向物体侧的负弯月透镜L4组成。
第三透镜组G3由双凸正透镜L5、平凹负透镜L6以及双凸正透镜L7组成。在此，由双凸正透镜L5和平凹负透镜L6形成了接合透镜。
前组包括双凸正透镜L5和平凹负透镜L6。后组包括双凸正透镜L7。
亮度光圈S配置于第一透镜组G1与第二透镜组G2之间。更详细地说，亮度光圈S配置于平凸正透镜L3的像侧面的附近。
在平凹负透镜L1的像侧配置有红外吸收滤波器F1。在第三透镜组G3的像侧配置有护罩玻璃F2和CCD的护罩玻璃F3。护罩玻璃F2与CCD的护罩玻璃F3被接合。
在聚焦时，第二透镜组G2移动。在从聚焦于远距离物点的状态向近距离物点聚焦时，第二透镜组G2向像侧移动。
图7的(a)、(b)、(c)以及(d)分别是实施例3的通常观察状态中的球面像差(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的放大观察状态中的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。
(实施例4)
对实施例4所涉及的内窥镜用物镜光学系统进行说明。图8是实施例4所涉及的内窥镜用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)是近距观察状态下的截面图。
实施例4的内窥镜用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组成。
第一透镜组G1由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以及平凸正透镜L3组成。
第二透镜组G2由使凸面朝向物体侧的负弯月透镜L4组成。
第三透镜组G3由双凸正透镜L5、平凹负透镜L6以及双凸正透镜L7组成。在此，由双凸正透镜L5和平凹负透镜L6形成了接合透镜。
前组包括双凸正透镜L5和平凹负透镜L6。后组包括双凸正透镜L7。
亮度光圈S配置于第一透镜组G1与第二透镜组G2之间。更详细地说，亮度光圈S配置于平凸正透镜L3的像侧面的附近。
在平凹负透镜L1的像侧配置有红外吸收滤波器F1。在第三透镜组G3的像侧配置有护罩玻璃F2和CCD的护罩玻璃F3。护罩玻璃F2与CCD的护罩玻璃F3被接合。
在聚焦时，第二透镜组G2移动。在从聚焦于远距离物点的状态向近距离物点聚焦时，第二透镜组G2向像侧移动。
图9的(a)、(b)、(c)以及(d)分别是实施例4的通常观察状态中的球面像差(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的放大观察状态中的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色像差(CC)的像差图。
(实施例5)
对实施例5所涉及的内窥镜用物镜光学系统进行说明。图10是实施例5所涉及的内窥镜用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)是近距观察状态下的截面图。
实施例5的内窥镜用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组成。
第一透镜组G1由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以及双凸正透镜L3组成。
第二透镜组G2由使凸面朝向物体侧的负弯月透镜L4组成。
第三透镜组G3由双凸正透镜L5、平凹负透镜L6以及双凸正透镜L7组成。在此，由双凸正透镜L5和平凹负透镜L6形成了接合透镜。
前组包括双凸正透镜L5和平凹负透镜L6。后组包括双凸正透镜L7。
亮度光圈S配置于第一透镜组G1与第二透镜组G2之间。更详细地说，亮度光圈S配置于双凸正透镜L3的像侧面的附近。
在平凹负透镜L1的像侧配置有红外吸收滤波器F1。在第三透镜组G3的像侧配置有护罩玻璃F2和CCD的护罩玻璃F3。护罩玻璃F2与CCD的护罩玻璃F3被接合。
在聚焦时，第二透镜组G2移动。在从聚焦于远距离物点的状态向近距离物点聚焦时，第二透镜组G2向像侧移动。
图11的(a)、(b)、(c)以及(d)分别是实施例5的通常观察状态中的球面像差(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的放大观察状态中的球面像差(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。在面数据中，r为各透镜面的曲率半径，d为各透镜面间的间隔，ne为各透镜的针对e线的折射率，νd为各透镜的阿贝数。
在各种数据中，f为针对e线的焦距，Fno为光圈值，ω为半视角，IH为像高。
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
以下示出实施例1～实施例5所涉及的内窥镜用物镜光学系统中的条件式(1)～(9)的数值。
根据各实施例，能够提供一种光圈值小、小型且具有高的成像性能、抗制造误差的能力强的内窥镜用物镜光学系统。
以上，对本发明的各种实施方式进行了说明，但是本发明并不仅仅限于这些实施方式，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所构成的实施方式也属于本发明的范畴。
产业上的可利用性
如以上那样，本发明能够适合于光圈值小、小型且具有高的成像性能、抗制造误差的能力强的内窥镜用物镜光学系统。
附图标记说明
G1：第一透镜组；G2：第二透镜组；G3：第三透镜组；GF：前组；GR：后组；L1～L7：透镜；CL：接合透镜；S：亮度光圈；F1、F2、F3：平行平面板；I：像面。
Claims (10)
1.一种内窥镜用物镜光学系统，其特征在于，
包括从物体侧起依次配置的具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组以及具有正折射力的第三透镜组，
在向近距离物点调焦时，所述第一透镜组和所述第三透镜组固定，所述第二透镜组移动，
所述第三透镜组由具有正折射力的前组和具有正折射力的后组组成，
所述前组和所述后组各自包括一个单透镜或一个接合透镜，
所述内窥镜用物镜光学系统满足以下的条件式(1-1)、(1-2)，
1≤fG3f/fG3r≤5 (1-1)
0.1≤dG3fr/dG3r≤1 (1-2)
其中，
fG3f为所述前组的焦距，
fG3r为所述后组的焦距，
dG3fr为从所述前组的最靠像侧的面到所述后组的最靠物体侧的面为止的沿着光轴的距离，
dG3r为所述后组的沿着光轴的总厚度。
2.根据权利要求1所述的内窥镜用物镜光学系统，其特征在于，
满足以下的条件式(2)，
0.42≤fG1/fG3r≤0.9 (2)
其中，
fG1为所述第一透镜组的焦距，
fG3r为所述后组的焦距。
3.根据权利要求1所述的内窥镜用物镜光学系统，其特征在于，
满足以下的条件式(3)，
-2≤fG2/fG3f≤-1.05 (3)
其中，
fG2为所述第二透镜组的焦距，
fG3f为所述前组的焦距。
4.根据权利要求1所述的内窥镜用物镜光学系统，其特征在于，
满足以下的条件式(4-1)、(4-2)，
-8≤fc/rc≤-2 (4-1)
--7≤fG2/fG3≤-2 (4-2)
其中，
fc为所述第三透镜组的接合透镜的焦距，
rc为所述第三透镜组的接合透镜的接合面的曲率半径，
fG2为所述第二透镜组的焦距，
fG3为所述第三透镜组的焦距。
5.根据权利要求1所述的内窥镜用物镜光学系统，其特征在于，
所述第一透镜组具有配置于最靠物体侧的位置的物体侧负透镜，
所述内窥镜用物镜光学系统满足以下的条件式(5-1)、(5-2)，
0.5≤fG1/fG23≤1 (5-1)
0.2≤f/rGlnr≤1 (5-2)
其中，
fG1为所述第一透镜组的焦距，
fG23为所述第二透镜组与所述第三透镜组的合成焦距，
f为所述内窥镜用物镜光学系统的整个系统的焦距，
rGlnr为所述物体侧负透镜的像侧面的曲率半径，
所述合成焦距和所述整个系统的焦距是通常状态下的焦距。
6.根据权利要求1所述的内窥镜用物镜光学系统，其特征在于，
所述前组由接合透镜组成，
所述接合透镜具有前侧正透镜，
所述后组由后侧正透镜组成，
所述内窥镜用物镜光学系统满足以下的条件式(6)，
0.38≤fG3pf/fG3pr≤0.9 (6)
其中，
fG3pf为所述前侧正透镜的焦距，
fG3pr为所述后侧正透镜的焦距。
7.根据权利要求1所述的内窥镜用物镜光学系统，其特征在于，
所述前组由接合透镜组成，
所述接合透镜具有前侧负透镜，
所述后组由后侧正透镜组成，
所述内窥镜用物镜光学系统满足以下的条件式(7)，
-1.1≤fG3nf/fG3≤-0.5 (7)
其中，
fG3nf为所述前侧负透镜的焦距，
fG3为所述第三透镜组的焦距。
8.根据权利要求1所述的内窥镜用物镜光学系统，其特征在于，
所述前组由接合透镜组成，
所述接合透镜具有前侧正透镜，
所述后组由后侧正透镜组成，
所述内窥镜用物镜光学系统满足以下的条件式(8)，
0≤(rG3pff+rG3pfr)/(rG3pff-rG3pfr)≤0.41 (8)
其中，
rG3pff为所述前侧正透镜的物体侧面的曲率半径，
rG3pfr为所述前侧正透镜的像侧面的曲率半径。
9.根据权利要求1所述的内窥镜用物镜光学系统，其特征在于，
所述前组由接合透镜组成，
所述接合透镜具有前侧正透镜，
所述后组由后侧正透镜组成，
所述内窥镜用物镜光学系统满足以下的条件式(9)，
-0.6≤rG3pff/rG3prr≤0 (9)
其中，
rG3pff为所述前侧正透镜的物体侧面的曲率半径，
rG3prr为所述后侧正透镜的像侧面的曲率半径。
10.根据权利要求1所述的内窥镜用物镜光学系统，其特征在于，
改变所述前组与所述后组之间的间隔，来进行组装时的焦点调整。
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