CN109923458A - 物镜光学系统 - Google Patents
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Abstract
提供一种高性能且明亮的物镜光学系统，能够根据物距的变化进行调焦，支持高像素且小型的摄像元件。物镜光学系统的特征在于，具有从物体侧起依次配置的正折射力的第一组(G1)、负折射力的第二组(G2)以及正折射力的第三组(G3)，通过移动第二组(G2)来进行调焦，并满足以下的条件式(1)。‑18<G2/FL<‑11 (1)其中，G2为第二组的焦距，FL为通常观察状态的物镜光学系统整个系统的焦距。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有调焦(对焦)功能的物镜光学系统，特别是涉及一种能够进行近距离观察的内窥镜用的物镜光学系统及其它适合于家用的小型摄像机等的摄影用的物镜光学系统。
背景技术
一般的内窥镜用的物镜光学系统在物体侧具有大致5mm～100mm的广范围的景深。搭载有这种物镜光学系统的内窥镜主要使用CCD、CMOS等作为固体摄像元件，来获取图像。
近年来，为了提高诊断的精度而寻求内窥镜图像的高图像质量化。因此，发展了摄像元件的高像素化。在使用了具有高像素的摄像元件的情况下，需要减小物镜光学系统的光圈值以避免因光的衍射引起的图像质量劣化。另外，在使用了具有高像素的摄像元件的情况下，当由于像素数的增加的影响而使摄像元件变大时，也需要增大物镜光学系统的焦距。
因此，使用高像素的摄像元件的、内窥镜的物镜光学系统的景深变窄。由此，为了确保与以往同等的景深，具有调焦功能的物镜光学系统的必要性增加。
下面的专利文献1、2、3公开了能够向近距离物点调焦的放大内窥镜用的物镜光学系统。这些物镜光学系统由具有正·负·正的折射力的三组透镜构成。专利文献4公开了由具有负·正·负的折射力的三组透镜构成的放大内窥镜用的物镜光学系统。专利文献5公开了焦距可变且由具有负·正的折射力的两组透镜构成的内窥镜用的物镜光学系统。专利文献6公开了能够进行焦点调节且至少具备具有负·正·正的折射力的三组透镜的内窥镜用的物镜光学系统。
另外，专利文献4、5、6公开了在物镜光学系统的最靠像面侧配置有具有折射力的场镜的物镜光学系统。另外，专利文献8、9公开了能够向近距离物点调焦的放大内窥镜用的物镜光学系统。这些物镜光学系统由具有正·负·正的折射力的三组透镜构成。
现有技术文献
专利文献
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：日本特许3765500号公报
专利文献6：日本特公平04-3851号公报
专利文献7：国际公开第2010/137228
专利文献8：日本特开2010-032680号公报
专利文献9：日本特许第5948530号公报
发明内容
发明要解决的问题
近年来，放大内窥镜中搭载的进行了高像素化的摄像元件正在逐年小型化。因此，在现有技术的使光学系统的大小直接缩小、小型化那样的物镜光学系统中，制造误差灵敏度大。即，偏心等组装误差对光学性能的影响变大。
另外，为了支持高像素化的摄像元件，要求更高性能的光学性能。进而，像面上的焦点位置的灵敏度也变高，因此容易产生观察深度的因制造误差的偏差变大这样的问题。
专利文献1至9中公开的所有物镜光学系统的光圈值也大。因此，也存在难以说是具有支持小型、高清晰的摄像元件的光学性能的情况。并且，即使在使这些物镜光学系统的光圈值减小的情况下，也不容易获得期望的像差性能。因此，专利文献1至9中公开的物镜光学系统存在无法充分地支持高清晰的摄像元件的情况。
专利文献7中公开的物镜光学系统虽然具有支持小型且高清晰的摄像元件的光学性能，但是在实现更加小型化的情况下，需要进一步校正以色像差为首的各像差，因此如果是所公开的光学系统的话，校正不足。
另外，为了将物镜光学系统安装于高清晰且小型的摄像元件，使物镜光学系统的焦点位置与摄像面一致的调整作业也要实现高精度化。关于该情况，通过使在物镜光学系统的摄像元件侧配置的透镜具有折射力，能够降低误差灵敏度。
在专利文献4至6中公开了像这样的使摄像元件侧的透镜具有折射力的放大内窥镜用的物镜光学系统。
本发明是鉴于上述的点而完成的，其目的在于提供一种能够根据物距的变化进行调焦、支持高像素且小型的摄像元件的、高性能且明亮的物镜光学系统。
用于解决问题的方案
为了解决上述的问题并达到目的，本发明的实施方式所涉及的物镜光学系统具有从物体侧起依次配置的正折射力的第一组、负折射力的第二组以及正折射力的第三组，通过移动第二组来进行调焦，所述物镜光学系统满足以下的条件式(1)，
-18<G2/FL<-11 (1)
其中，
G2为第二组的焦距，
FL为通常观察状态的物镜光学系统整个系统的焦距。
发明的效果
本发明的一个实施方式起到如下效果：能够提供高性能且明亮的物镜光学系统，该物镜光学系统能够根据物距的变化进行调焦，支持高像素且小型的摄像元件。
附图说明
图1的(a)是第一实施方式所涉及的物镜光学系统的透镜截面图。(b)是第二实施方式所涉及的物镜光学系统的透镜截面图。
图2的(a)是实施例1所涉及的物镜光学系统的通常观察状态(远距离物点)下的透镜截面图。(b)是实施例1所涉及的物镜光学系统的近距离观察状态(近距离物点)下的透镜截面图。
图3的(a)、(b)、(c)、(d)示出实施例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)。(e)、(f)、(g)、(h)示出实施例1的近距离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)。
图4的(a)是实施例2所涉及的物镜光学系统的通常观察状态(远距离物点)下的透镜截面图。(b)是实施例2所涉及的物镜光学系统的近距离观察状态(近距离物点)下的透镜截面图。
图5的(a)、(b)、(c)、(d)示出实施例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)。(e)、(f)、(g)、(h)示出实施例2的近距离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)。
图6的(a)是实施例3所涉及的物镜光学系统的通常观察状态(远距离物点)下的透镜截面图。(b)是实施例3所涉及的物镜光学系统的近距离观察状态(近距离物点)下的透镜截面图。
图7的(a)、(b)、(c)、(d)示出实施例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)。(e)、(f)、(g)、(h)示出实施例3的近距离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)。
图8的(a)是实施例4所涉及的物镜光学系统的通常观察状态(远距离物点)下的透镜截面图。(b)是实施例4所涉及的物镜光学系统的近距离观察状态(近距离物点)下的透镜截面图。
图9的(a)、(b)、(c)、(d)示出实施例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)。(e)、(f)、(g)、(h)示出实施例4的近距离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)。
图10的(a)是实施例5所涉及的物镜光学系统的通常观察状态(远距离物点)下的透镜截面图。(b)是实施例5所涉及的物镜光学系统的近距离观察状态(近距离物点)下的透镜截面图。
图11的(a)、(b)、(c)、(d)示出实施例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)。(e)、(f)、(g)、(h)示出实施例5的近距离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)。
具体实施方式
下面，基于附图详细地说明实施方式所涉及的物镜光学系统。此外，并不是通过该实施方式来对本发明进行限定。
对各实施方式的透镜截面图进行说明。在图1中，(a)、(b)分别是第一实施方式、第二实施方式所涉及的物镜光学系统的透镜截面图。
(第一实施方式)
图1的(a)是第一实施方式所涉及的物镜光学系统的透镜截面图。第一实施方式的物镜光学系统具备从物体侧起依次配置的具有正折射力的第一组G1、亮度光圈S1、具有负折射力的第二组G2以及具有正折射力的第三组G3。
具体地说，如图1的(a)所示，正折射力的第一组G1具有从物体侧起依次配置的使凹面朝向像侧的负折射力的第一透镜L1、负折射力的第二透镜L2、正折射力的第三透镜L3以及正折射力的第四透镜L4。负折射力的第二组G2具有负折射力的第五透镜L5。第二组G2通过沿着光轴AX移动来进行调焦。正折射力的第三组G3具有从物体侧起依次配置的正折射力的第六透镜L6和负折射力的第七透镜L7。负折射力的第二透镜L2与正折射力的第三透镜L3被接合，构成了接合透镜CL1。正折射力的第六透镜L6与负折射力的第七透镜L7被接合，构成了接合透镜CL2。
亮度光圈S1配置于第一组G1与第二组G2之间。另外，在负折射力的第一透镜L1与正折射力的第二透镜L2之间配置有平行平板F1。平行平板F1能够配置在物镜光学系统中的任意位置处。在未图示的摄像元件的摄像面I上接合有护罩玻璃CG。
(第二实施方式)
图1的(b)是示出本发明的第二实施方式所涉及的物镜光学系统的透镜截面结构的图。本实施方式的物镜光学系统具备从物体侧起依次配置的具有正的折射力的第一组G1、亮度光圈S1、具有负的折射力的第二组G2以及具有正的折射力的第三组G3。
具体地说，如图1的(b)所示，正折射力的第一组G1具有从物体侧起依次配置的负折射力的第一透镜L1、平行平板F1、正折射力的第二透镜L2以及正折射力的第三透镜L3。负折射力的第二组G2具有负折射力的第四透镜L4。通过沿着光轴AX移动第二组G2来进行调焦。正折射力的第三组G3具有从物体侧起依次配置的正折射力的第五透镜L5、负折射力的第六透镜L6、平行平板F2以及正折射力的第七透镜L7。
正折射力的第五透镜L5与负折射力的第六透镜L6被接合，构成了接合透镜CL1。
最靠像侧的透镜为使凸面朝向物体侧的平凸的正折射力的第七透镜L7。平凸的正折射力的第七透镜L7的平面与形成在未图示的摄像元件的摄像面I上的护罩玻璃CG接合。
另外，亮度光圈S1配置于第一组G1与第二组G2之间。
平行平板F1、F2能够配置在物镜光学系统中的任意位置处。
另外，在第一实施方式、第二实施方式中，期望满足以下的条件式(1)。
-18＜G2f/FL＜-11 (1)
其中，
G2f为第二组G2的焦距，
FL为通常观察状态的物镜光学系统整个系统的焦距。
条件式(1)是关于G2f与FL的适当的比。通过满足条件式(1)，能够降低调焦时的误差灵敏度，也能够抑制像差变动。
当低于条件式(1)的下限值时，第二组G2的折射力变小，因此像面弯曲的校正能力降低，伴随调焦所产生的像面弯曲的变动变大。由此，通常观察状态与近距离观察状态中的像面位置产生显著的差异，因此是不理想的。
并且，当低于条件式(1)的下限值时，第二组G2的移动量变大，因此光学系统的全长变长，招致大型化，因此是不理想的。
当超过条件式(1)的上限值时，第二组G2的折射力变大，因此第二组G2在像面上的误差灵敏度变大。因此，由于第二组G2的位置偏移而使焦点位置在摄像面上的偏移变大，因此是不理想的。
还导致在进行调焦移动时，因第二组G2的倾斜、偏心引起的光学性能的劣化变得显著。因此，周边光学性能明显变差。并且，在通常观察状态与近距离观察状态中，误差灵敏度一般不同，光学性能产生差异。并且，当超过条件式(1)的上限值时，导致无法忽视因第二组G2的偏心而产生的通常观察状态与近距离观察状态中的光学性能的差异。
并且，为了全长的小型化，期望满足以下的条件式(1′)来代替条件式(1)。
-16.6＜G2f/FL＜-11 (1′)
通过使得不低于条件式(1′)的下限值，能够实现更加的小型化。
另外，根据本实施方式的优选方式，期望满足以下的条件式(2)。
0.75＜G3f/G1f＜1.47 (2)
其中，
G3f为第三组G3的焦距，
G1f为第一组G1的焦距。
条件式(2)是关于G3f与G1f的适当的比。当低于条件式(2)的下限值时，第三组的折射力过大，因此难以确保后焦距，从而难以充分地确保焦点位置的调整量。
当超过条件式(2)的上限值时，光学系统的全长变长，招致大型化，因此是不理想的。
另外，根据本实施方式的优选方式，期望满足以下的条件式(3)。
1.23＜H1/FL＜1.45 (3)
其中，
H1为第一透镜L1的物体侧面上的最大主光线高度，
FL为通常观察状态的物镜光学系统整个系统的焦距。
条件式(3)是关于H1与FL的适当的比。当低于条件式(3)的下限值时，针对第一透镜L1的入射面而言的光线高度被抑制得过低，因此难以实现广角化，作为内窥镜的物镜光学系统而言是不适当的。
当超过条件式(3)的上限值时，第一透镜L1的入射光线高度变高，第一透镜L1的直径变大，因此招致内窥镜前端直径的大型化，是不理想的。
另外，根据本实施方式的优选方式，期望满足以下的条件式(4)。
-1.7＜f1/FL＜-1.4 (4)
其中，
fl为第一透镜L1的焦距，
FL为通常观察状态的物镜光学系统整个系统的焦距。
条件式(4)是关于f1与FL的适当的比。条件式(4)是关于与视角相关的误差灵敏度的降低。第一透镜L1与第二透镜L2之间的空气间隔的误差对于视场角的变动有较大的作用，通过将第一透镜L1的焦距设为满足条件式(4)的范围而成为抗制造误差的能力强的物镜光学系统。
当低于条件式(4)的下限值时，第一透镜L1的折射力变小，制造误差灵敏度被降低。然而，在想要使第一透镜L1与第二透镜L2的空气间隔变化来将视场角调整为适当的值的情况下，调整量过大，从而成为全长变长的一个原因，因此是不理想的。
当超过条件式(4)的上限值时，第一透镜L1的折射力过大，导致容易产生针对视场角而言的制造误差。另外，在进行了视场角调整的情况下，在调整后因误差所引起的变动的影响也变大，从而是不理想的。
另外，根据本实施方式的优选方式，期望满足以下的条件式(5)。
0.35＜d2G/FL＜0.75 (5)
其中，
d2G为第二组G2的移动量，
FL为通常观察状态的物镜光学系统整个系统的焦距。
条件式(5)是关于d2G与FL的适当的比。条件式(5)规定了用于降低物镜光学系统的像面位置的制造误差的灵敏度的条件。
当低于条件式(5)的下限值时，基于作为可动组的第二组G2的位置精度的像面位置灵敏度变高。因此，容易产生针对因制造误差引起的第二组G2的位置偏移而焦点位置偏移的问题，从而是不理想的。
当超过条件式(5)的上限值时，第二组G2的移动量变大，因此为了确保移动空间而需要使物镜光学系统的全长变长，因此是不理想的。
期望代替条件式(5)而满足以下的条件式(5′)。
0.4＜d2G/FL＜0.65 (5′)
通过满足条件式(5′)，条件式(5)的效果进一步变大，进一步降低第二组G2的制造误差的灵敏度的效果变大。特别是，在广角的光学系统中，如果误差灵敏度大，则容易发生视场渐晕，成为使图像品质显著劣化的主要原因。并且，由于因偏心引起的彗星像差变大，因此产生与偏心的方向相应的画面周边部的图像劣化，因此是不理想的。
在第一实施方式中，第二组G2具有负折射力的第五透镜L5。负折射力的第五透镜L5是使凸面朝向物体侧的负弯月透镜。另外，在第二实施方式中，第二组G2具有负折射力的第四透镜L4。负折射力的第四透镜L4是使凸面朝向物体侧的负弯月透镜。
在随着物点的位置的变动而从通常观察状态调焦(对焦)到近距离观察状态时，需要移动至少一个组来进行调焦。关于为了调焦而移动的透镜组，可以使构成物镜光学系统的多个透镜组中的任意的透镜组移动。
另外，该可动组可以是一个透镜组或多个透镜组。在此，在可动组仅为一个透镜组的情况下，起到能够使物镜光学系统的机械结构简单化的效果。
如上述那样，在第一实施方式、第二实施方式的物镜光学系统中，使第二组G2移动来进行调焦。在调焦时，第一实施方式的负折射力的第五透镜L5和第二实施方式的负折射力的第四透镜L4沿着光轴AX移动。
此外，还考虑使物镜光学系统整体或摄像元件自身移动以进行调焦的方法。然而，在该方法中，可移动的透镜组、或摄像元件的重量变大。因此，对驱动机构施加的负担变大，并且机构自身也需要大型化，因此是不理想的。
另外，根据本实施方式的优选方式，期望满足以下的条件式(6)。
-8＜G2f/G1f＜-2 (6)
其中，
G2f为第二组G2的焦距，
G1f为第一组G1的焦距。
条件式(6)是关于G2f与G1f的适当的比。条件式(6)规定了用于通过使第二组G2的折射力适当来抑制调焦时的像面变动并且有助于小型化的条件。
当低于条件式(6)的下限值时，第二组G2的折射力变小，因此第二组G2的移动量过大，导致光学系统整个系统的大型化。
当超过条件式(6)的上限值时，伴随调焦产生的像面弯曲的变动变大，通常观察状态与近距离观察状态中的像面位置出现显著的差异，因此是不理想的。
另外，根据本实施方式的优选方式，期望满足以下的条件式(7)。
-7＜G2f/G3f＜-1.8 (7)
其中，
G2f为第二组G2的焦距，
G3f为第三组G3的焦距。
条件式(7)是关于G2f与G3f的适当的比。条件式(7)规定了适当地校正像面弯曲的条件。
当低于条件式(7)的下限值时，像面向过度侧倾斜，并且当超过条件式(7)的上限值时，像面向不足侧下降。由此，在画面的中心部分和周边部处形成未聚焦的图像，因此是不理想的。
另外，根据本实施方式的优选方式，期望满足以下的条件式(8)。
1.1＜r2/FL＜1.45 (8)
其中，
r2为第一透镜L1的像侧面的曲率半径，
FL为通常观察状态的物镜光学系统整个系统的焦距。
条件式(8)是关于r2与FL的适当的比。条件式(8)规定了与像散的校正和畸变像差的校正相关的条件。内窥镜图像本来是通过增大畸变像差来辅助确保视场的。
然而，当低于条件式(8)的下限值时，畸变像差变得过大，因此视角不必要地变得过大。其结果导致周边部的像有损，从而是不理想的。并且，珀兹伐像面向正侧大幅地倾斜，导致像面弯曲变大。
当超过条件式(8)的上限值时，子午像面向不足侧大幅地倾斜，并且像散变大，从而是不理想的。
另外，根据本实施方式的优选方式，期望满足以下的条件式(9)。
1.3＜G2fr/G2rr＜1.8 (9)
其中，
G2fr为第二组G2所具有的透镜的物体侧面的曲率半径，
G2rr为第二组G2所具有的透镜的像侧面的曲率半径。
条件式(9)是关于G2fr与G2rr的适当的比。条件式(9)是表示第二组G2所具有的透镜的物体侧面的曲率半径与像侧面的曲率半径之间的关系的条件式。
当低于条件式(9)的下限值时，第二组G2的折射力变小。因此，用于向像面聚焦的、第二组G2的移动量增大，招致机构的大型化、复杂化，因此是不理想的。另外，由于因透镜单体的制造误差引起的偏心精度不好，因此成为将透镜组装时的周边性能的单侧模糊图像的一个原因，从而是不理想的。
当超过条件式(9)的上限值时，第二组G2的折射力变大的倾向变强，因此在向像面聚焦时灵敏度过高，从而是不理想的。
第一实施方式所涉及的物镜光学系统的第一组G1的特征在于，由从物体侧起依次配置的使凹面朝向像侧的负折射力的第一透镜L1、平行平版F1、将使凹面朝向物体侧的负折射力的第二透镜L2与使凸面朝向像侧的正折射力的第三透镜粘贴在一起而成的接合透镜CL1以及正折射力的第四透镜L4构成。
在如本实施方式的物镜光学系统那样Fno小且明亮的光学系统中，色像差校正有时变得重要。在这样的情况下，期望在第一组G1中配置接合透镜CL1。接合透镜优选为从物体侧起按顺序将使凹面朝向物体侧的负折射力的弯月透镜与正折射力的透镜进行组合，通过形成为该结构，能够良好地校正倍率色像差和轴上色像差。
此时，在第一实施方式中，期望满足以下的条件式(10)。
-3.0＜C1F/C1R＜-1.0 (10)
其中，
C1F为第一组G1内的接合透镜CL1中的负折射力的第二透镜L2的焦距，
C1R为第一组G1内的接合透镜CL1中的正折射力的第三透镜L3的焦距。
条件式(10)是关于G1F与C1R的适当的比。当低于条件式(10)的下限值时，难以进行倍率色像差校正，从而是不理想的。并且，匹兹伐和变大，从而难以进行像面弯曲的校正。
当超过条件式(10)的上限值时，难以进行轴上色像差校正，从而是不理想的。
并且，为了良好地校正色像差，期望代替条件式(10)而满足条件式(10′)。
-2.4＜C1F/C1R＜-1.0 (10′)
在满足条件式(10′)的范围内，能够更良好地进行倍率色像差校正。
另外，在图1的(b)所示的第二实施方式中，最靠像侧配置的透镜是使凸面朝向物体侧的平凸的正折射力的透镜L7。该平凸的正折射力的透镜L7是直接粘贴在摄像面I上的结构、或者与在摄像面I上形成的护罩玻璃CG接合的结构。
通常，针对因物镜光学系统的制造误差而产生的最佳像面位置的偏差而言，在使像面位置对准时，将物镜光学系统整体沿着光轴AX移动。由此来使最佳像面的位置与摄像面的位置一致。在此，在支持高清晰且小型的摄像元件的物镜光学系统中，最小模糊圆的直径非常小。因此，关于物镜光学系统的位置的误差灵敏度变高，在其影响成像性能而需要降低误差灵敏度的情况下优选设为这样的结构。
在第二实施方式中，期望满足以下的条件式(11)。
1.08＜FF/FL＜5 (11)
其中，
FF为从配置于最靠物体侧的位置的透镜L1到比配置于最靠像侧的位置的正折射力的透镜(在第一实施方式中是接合透镜CL2，在第二实施方式中是透镜L7)靠物体侧的透镜的焦距，
FL为通常观察状态的物镜光学系统整个系统的焦距。
条件式(11)是关于FF与FL的适当的比。条件式(11)是与最佳像面位置对准相关的条件式。
为了使物镜光学系统的摄像面对准，优选为通过使物镜光学系统的比配置于最靠像侧的位置的正透镜或接合透镜靠物体侧的光学系统沿光轴方向移动，来调整像位置。此时，期望满足条件式(11)。
当低于条件式(11)的下限值时，灵敏度降低的效果减小，导致使配置于摄像面侧的透镜具有光学的折射力几乎没有意义，因此是不理想的。
当超过条件式(11)的上限值时，最靠像侧的透镜的焦距过小，因此虽然能够降低误差灵敏度，但是使摄像面与最佳像面位置一致时的调整量过大，因此是不理想的。
期望代替条件式(11)而满足以下的条件式(11′)。
1.08＜FF/FL＜1.5 (11′)
在条件式(11′)的上限值的范围内，能够实现最适于使摄像面I对准的误差灵敏度。另外，当超过条件式(11′)的上限值时，最靠像侧的透镜中产生的球面像差的校正效果变大。因此，能够适合于支持高清晰的摄像元件的物镜光学系统。
并且，更期望代替条件式(11′)而满足以下的条件式(11″)。
1.2＜FF/FL＜1.4 (11′′)
通过满足条件式(11″)，满足条件式(11)和(11′)的情况下的效果更进一步变大。
通过与各透镜组的折射力的配置无关地满足条件式(11″)，能够实现抗制造误差灵敏度的能力强且容易进行最佳像面位置的调整的物镜光学系统。
为了使摄像面与最佳像面位置一致，而需要用于进行调整的透镜间隔。
因此，期望满足条件式(11)并且满足以下的条件式(12)。
0.4＜AD/FL＜1.2 (12)
其中，
AD为配置于最靠像侧的位置的正折射力的透镜的物体侧面与紧挨着该透镜的物体侧之前的透镜的像侧面之间的空气间隔，
FL为通常观察状态的物镜光学系统整个系统的焦距。
条件式(12)是关于AD与FL的适当的比。当低于条件式(12)的下限值时，无法确保用于使光学系统的最佳像面与摄像元件的位置一致的调整量所需要的间隔，从而无法使摄像面I与最佳像面位置一致，因此是不理想的。
当超过条件式(12)的上限值时，空气间隔不必要地变大，招致物镜光学系统全长的大型化，因此是不理想的。
另外，期望第二实施方式所涉及的物镜光学系统满足以下的条件式(13)。
2＜rf/FL＜8 (13)
其中，
rf为配置于最靠像侧的位置的正折射力的透镜的物体侧面的曲率半径，
FL为通常观察状态的物镜光学系统整个系统的焦距。
条件式(13)规定了用于限制向摄像面的入射角度的条件。由于摄像元件小型化，因此入射光线向摄像元件的入射角度需要处于某种程度的范围内。
条件式(13)是关于rf与FL的适当的比。当低于条件式(13)的下限值时，配置于最靠像侧的位置的最终透镜的最终面(像侧面)处的光线的弯曲变大，成为远心的光学系统。然而，由于光线高度变大，因此招致透镜的大径化，是不理想的。另外，最终透镜的入射面上的球面像差的产生量也变大了。
当超过条件式(13)的上限值时，光线向摄像面I的斜入射角度变大。因此，至摄像元件的各像素的光量的损失变大，成为周边区域减光的主要原因，从而是不理想的。并且，当超过条件式(13)的上限值时，最靠像侧的透镜的折射力变小，因此导致也超出了条件式(11)的范围。因此，也产生物镜光学系统的像面位置对准时的灵敏度降低效果变小的问题。
也可以代替条件式(13)而限定为以下的条件式(13′)。
2＜rf/FL＜3.5 (13′)
在条件式(13′)的范围内，物镜光学系统的像面位置对准时的灵敏度降低效果更进一步变大。
另外，期望第一实施方式、第二实施方式所涉及的物镜光学系统满足以下的条件式(14)。
0.10＜df/ff＜0.62 (14)
其中，
df为从配置于最靠像侧的位置的正折射力的透镜(或接合透镜)的前表面(物体侧面)到后表面(像侧面)的距离，
ff为配置于最靠像侧的位置的正折射力的透镜(或接合透镜)的焦距。
条件式(14)是关于df与ff的适当的比。当低于条件式(14)的下限值时，配置于最靠像侧的位置的最终正透镜的倍率变小。因此，像面位置调整时的误差灵敏度不变小。即使在将最终正透镜的曲率半径设定在条件式(13)的范围内时，也导致其效果减小。
当超过条件式(14)的上限值时，像面位置调整时的误差灵敏度过小，必须取得较多的调整量。因此，需要增大用于保持摄像面I和最终正透镜的镜筒与用于保持比最终透镜靠前的透镜的镜筒之间的嵌合部分的长度，招致镜筒整体的大型化，从而是不理想的。
期望代替条件式(14)而满足以下的条件式(14′)。
0.15＜df/ff＜0.40 (14′)
在满足条件式(14′)的范围内，其效果更进一步变大。
(实施例1)
对实施例1所涉及的物镜光学系统进行说明。图2的(a)是本实施例所涉及的物镜光学系统的、通常观察状态(远距离物点)下的透镜截面图，图2的(b)是近距离观察状态(近距离物点)下的透镜截面图。
本实施例所涉及的物镜光学系统具有从物体侧起依次配置的正折射力的第一组G1、亮度光圈S1、负折射力的第二组G2以及正折射力的第三组G3。
正折射力的第一组G1具有从物体侧起依次配置的使凹面朝向像侧的平凹的负折射力的第一透镜L1、平行平板F1、使凹面朝向物体侧的平凹的负折射力的第二透镜L2、使凸面朝向像侧的平凸的正折射力的第三透镜L3以及使凸面朝向物体侧的平凸的正折射力的第四透镜L4。在第一组G1的后方(摄像面I侧)配置有亮度光圈S1。负折射力的第二透镜L2与正折射力的第三透镜L3构成被接合而成的接合透镜CL1。
负折射力的第二组G2具有使凸面朝向物体侧的负折射力的第五弯月透镜L5。在从通常观察状态(图2的(a))向近距离观察状态(图2的(b))调焦时，负折射力的第五弯月透镜L5沿着光轴AX向像侧(摄像面I侧)移动。
正折射力的第三组G3具有从物体侧起依次配置的双凸的正折射力的第六透镜L6和使凸面朝向像侧的负折射力的第七透镜L7。正折射力的第六透镜L6与负折射力的第七透镜L7构成被接合而成的接合透镜CL2。
在第三组G3的后方(摄像面I侧)配置有未图示的摄像元件。在摄像元件的前表面(物体侧面)粘贴有护罩玻璃CG。
平行平板F1是用于使特定的波长、例如YAG激光的1060nm、半导体激光的810nm、或者红外域截止的被实施了涂敷的滤波器。
图3的(a)、(b)、(c)、(d)分别表示本实施例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)。图3的(e)、(f)、(g)、(h)分别表示本实施例的近距离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)。
这些各像差图示出了656.3nm(C线)、486.1nm(F线)以及546.1nm(e线)的各波长。另外，在各图中，“ω”表示半视角。下面，关于像差图，使用同样的符号。
(实施例2)
对实施例2所涉及的物镜光学系统进行说明。图4的(a)是本实施例所涉及的物镜光学系统的、通常观察状态(远距离物点)下的截面图，图4的(b)是近距离观察状态(近距离物点)下的截面图。
本实施例所涉及的物镜光学系统具有从物体侧起依次配置的正折射力的第一组G1、亮度光圈S1、负折射力的第二组G2以及正折射力的第三组G3。
正折射力的第一组G1具有从物体侧起依次配置的使凹面朝向像侧的平凹的负折射力的第一透镜L1、平行平板F1、使凸面朝向像侧的正折射力的第二弯月透镜L2以及双凸的正折射力的第三透镜L3。在第一组G1的后方(摄像面I侧)配置有亮度光圈S1。
负折射力的第二组G2具有使凸面朝向物体侧的负折射力的第四弯月透镜L4。在从通常观察状态(图4的(a))向近距离观察状态(图4的(b))调焦时，负折射力的第四弯月透镜L4沿着光轴AX向像侧(摄像面I)移动。
正折射力的第三组G3具有从物体侧起依次配置的双凸的正折射力的第五透镜L5、使凸面朝向像侧的负折射力的第六弯月透镜L6、平行平板F2以及使凸面朝向物体侧的平凸的正折射力的第七透镜L7。正折射力的第五透镜L5与负折射力的第六透镜L6构成被接合而成的接合透镜CL1。
在第三组G3的后方(摄像面I侧)配置有未图示的摄像元件。在摄像元件的前表面(物体侧面)粘贴有护罩玻璃CG。在本实施例中，在护罩玻璃CG的前表面接合有正折射力的第七透镜L7。该正折射力的第七透镜L7具有场镜的作用。
平行平板F1是用于使特定的波长、例如YAG激光的1060nm、半导体激光的810nm、或者红外域截止的被实施了涂敷的滤波器。
图5的(a)、(b)、(c)、(d)分别表示本实施例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)。图5的(e)、(f)、(g)、(h)分别表示本实施例的近距离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)。
(实施例3)
对实施例3所涉及的物镜光学系统进行说明。图6的(a)是本实施例所涉及的物镜光学系统的、通常观察状态(远距离物点)下的截面图，图6的(b)是近距离观察状态(近距离物点)下的截面图。
本实施例所涉及的物镜光学系统具有从物体侧起依次配置的正折射力的第一组G1、亮度光圈S1、负折射力的第二组G2以及正折射力的第三组G3。
正折射力的第一组G1具有从物体侧起依次配置的使凹面朝向像侧的平凹的负折射力的第一透镜L1、平行平板F1、使凹面朝向物体侧的平凹的负折射力的第二透镜L2、使凸面朝向像侧的平凸的正折射力的第三透镜L3以及使凸面朝向物体侧的平凸的正折射力的第四透镜L4。在第一组G1的后方(摄像面I侧)配置有亮度光圈S1。负折射力的第二透镜L2与正折射力的第三透镜L3构成被接合而成的接合透镜CL1。
负折射力的第二组G2具有使凸面朝向物体侧的负折射力的第五弯月透镜L5。在从通常观察状态(图6的(a))向近距离观察状态(图6的(b))调焦时，负折射力的第五弯月透镜L5沿着光轴AX向像侧(摄像面I)移动。
正折射力的第三组G3具有双凸的正折射力的第六透镜L6、使凸面朝向像侧的负折射力的第七弯月透镜L7以及使凸面朝向物体侧的平凸的正折射力的第八透镜L8。正折射力的第六透镜L6与负折射力的第七弯月透镜L7构成被接合而成的接合透镜CL2。
在第三组G3的后方(摄像面I侧)配置有未图示的摄像元件。在摄像元件的前表面(物体侧面)粘贴有护罩玻璃CG。在本实施例中，在护罩玻璃CG的前表面接合有正折射力的第八透镜L8。该正折射力的第八透镜L8具有场镜的作用。
平行平板F1是用于使特定的波长、例如YAG激光的1060nm、半导体激光的810nm、或者红外域截止的被实施了涂敷的滤波器。
图7的(a)、(b)、(c)、(d)分别表示本实施例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)。图7的(e)、(f)、(g)、(h)分别表示本实施例的近距离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)。
(实施例4)
对实施例4所涉及的物镜光学系统进行说明。图8的(a)是本实施例所涉及的物镜光学系统的、通常观察状态(远距离物点)下的截面图，图8的(b)是近距离观察状态(近距离物点)下的截面图。
本实施例所涉及的物镜光学系统具有从物体侧起依次配置的正折射力的第一组G1、亮度光圈S1、负折射力的第二组G2以及正折射力的第三组G3。
正折射力的第一组G1具有从物体侧起依次配置的使凹面朝向像侧的平凹的负折射力的第一透镜L1、平行平板F1、使凸面朝向像侧的负折射力的第二弯月透镜L2、使凸面朝向像侧的正折射力的第三弯月透镜L3以及使凸面朝向物体侧的正折射力的第四弯月透镜L4。在第一组G1的后方(摄像面I侧)配置有亮度光圈S1。负折射力的第二透镜L2与正折射力的第三透镜L3构成被接合而成的接合透镜CL1。
负折射力的第二组G2具有使凸面朝向物体侧的负折射力的第五弯月透镜L5。在从通常观察状态(图8的(a))向近距离观察状态(图8的(b))调焦时，负折射力的第五弯月透镜L5沿着光轴AX向像侧(像面I)移动。
正折射力的第三组G3具有双凸的正折射力的第六透镜L6、使凸面朝向像侧的负折射力的第七弯月透镜L7以及使凸面朝向物体侧的平凸的正折射力的第八透镜L8。正折射力的第六透镜L6与负折射力的第七弯月透镜L7构成被接合而成的接合透镜CL2。
在第三组G3的后方(摄像面I侧)配置有未图示的摄像元件。在摄像元件的前表面(物体侧面)粘贴有护罩玻璃。在本实施例中，在护罩玻璃的前表面接合有正折射力的第八透镜L8。该正折射力的第八透镜L8具有场镜的作用。
平行平板F1是用于使特定的波长、例如YAG激光的1060nm、半导体激光的810nm、或者红外域截止的被实施了涂敷的滤波器。
图9的(a)、(b)、(c)、(d)分别表示本实施例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)。图9的(e)、(f)、(g)、(h)分别表示本实施例的近距离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)。
(实施例5)
对实施例5所涉及的物镜光学系统进行说明。图10的(a)是本实施例所涉及的物镜光学系统的、通常观察状态(远距离物点)下的截面图，图10的(b)是近距离观察状态(近距离物点)下的截面图。
本实施例所涉及的物镜光学系统具有从物体侧起依次配置的正折射力的第一组G1、亮度光圈S1、负折射力的第二组G2以及正折射力的第三组G3。
正折射力的第一组G1具有从物体侧起依次配置的使凹面朝向像侧的平凹的负折射力的第一透镜L1、双凹的负折射力的第二透镜L2、双凸的正折射力的第三透镜L3以及双凸的正折射力的第四透镜L4。在第一组G1的后方(摄像面I侧)配置有亮度光圈S1。负折射力的第二透镜L2与正折射力的第三透镜L3构成被接合而成的接合透镜CL1。
负折射力的第二组G2具有使凸面朝向物体侧的负折射力的第五弯月透镜L5。在从通常观察状态(图10的(a))向近距离观察状态(图10的(b))调焦时，负折射力的第五弯月透镜L5沿着光轴AX向像侧(摄像面I)移动。
正折射力的第三组G3具有双凸的第六正透镜L6、使凸面朝向像侧的负折射力的第七弯月透镜L7、平行平板F1以及使凸面朝向物体侧的平凸的正折射力的第八透镜L8。正折射力的第六透镜L6与负折射力的第七弯月透镜L7构成被接合而成的接合透镜CL2。
在第三组G3的后方(摄像面I侧)配置有未图示的摄像元件。在摄像元件的前表面(物体侧面)粘贴有护罩玻璃CG。在本实施例中，在护罩玻璃CG的前表面接合有正折射力的第八透镜L8。该正折射力的第八透镜L8具有场镜的作用。
平行平板F1是用于使特定的波长、例如YAG激光的1060nm、半导体激光的810nm、或者红外域截止的被实施了涂敷的滤波器。
图11的(a)、(b)、(c)、(d)分别表示本实施例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)。图11的(e)、(f)、(g)、(h)分别表示本实施例的近距离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)。
下面，示出上述各实施例的数值数据。关于记号，r为各透镜面的曲率半径，d为各透镜面间的间隔，ne为各透镜的针对e线的折射率，νd为各透镜的阿贝数，Fno光圈值，ω为半视角，IH为像高。光圈为亮度光圈。
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
下面，示出各实施例中的条件式的对应值。
此外，上述的物镜光学系统也可以同时满足多个结构。像这样构成在获得良好的物镜光学系统方面是优选的。另外，优选的结构的组合是任意的。另外，关于各条件式，也可以仅对进一步限定了的条件式的数值范围的上限值或下限值进行限定。
以上对本发明的各种实施方式进行了说明，但是本发明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所构成的实施方式也属于本发明的范畴。
(附记)
此外，基于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，
具有从物体侧起依次配置的正折射力的第一组、负折射力的第二组以及正折射力的第三组，
通过移动所述第二组来进行调焦，
所述物镜光学系统满足以下的条件式(1)，
-18＜G2f/FL＜-11 (1)
其中，
G2f为所述第二组的焦距，
FL为通常观察状态的物镜光学系统整个系统的焦距。
(附记项2)
根据附记项1所记载的物镜光学系统，其特征在于，满足以下的条件式(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)中的任一个条件，
0.75＜G3f/G1f＜1.47 (2)
1.23＜H1/FL＜1.45 (3)
-1.7＜f1/FL＜-1.4 (4)
0.35＜d2G/FL＜0.75 (5)
-8＜G2f/G1f＜-2 (6)
-7＜G2f/G3f＜-1.8 (7)
1.1＜r2/FL＜1.45 (8)
1.3＜G2fr/G2rr＜1.8 (9)
-3.0＜C1F/C1R＜-1.0 (10)
1.08＜FF/FL＜5 (11)
0.4＜AD/FL＜1.2 (12)
2＜rf/FL＜8 (13)
0.10＜df/ff＜0.62 (14)
其中，
G3f为所述第三组的焦距，
G1f为所述第一组的焦距，
H1为第一透镜的物体侧面上的最大主光线高度，
FL为通常观察状态的所述物镜光学系统整个系统的焦距，
fl为所述第一透镜的焦距，
d2G为所述第二组的移动量，
G2f为所述第二组的焦距，
r2为所述第一透镜的像侧面的曲率半径，
G2fr为所述第二组所具有的透镜的物体侧面的曲率半径，
G2rr为所述第二组所具有的透镜的像侧面的曲率半径，
C1F为所述第一组内的接合透镜中的负折射力的第二透镜的焦距，
C1R为所述第一组内的接合透镜中的正折射力的第三透镜的焦距，
FF为从配置于最靠物体侧的位置的透镜到比配置于最靠像侧的位置的正折射力的透镜靠物体侧的透镜的焦距，
AD为配置于最靠像侧的位置的正折射力的透镜的物体侧面与紧挨着该透镜的物体侧之前的透镜的像侧面之间的空气间隔，
rf为配置于最靠像侧的位置的正折射力的透镜的物体侧面的曲率半径，
df为从配置于最靠像侧的位置的正折射力的透镜(或接合透镜)的前表面(物体侧面)到后表面(像侧面)的距离，
ff为配置于最靠像侧的位置的正折射力的透镜(或接合透镜)的焦距。
(附记项3)
根据附记项1或2所记载的物镜光学系统，其特征在于，所述第一组由从物体侧起依次配置的负折射力的第一透镜、将使凹面朝向物体侧的负折射力的第二透镜与使凸面朝向像侧的正折射力的第三透镜粘贴在一起而成的接合透镜以及正折射力的第四透镜构成。
(附记项4)
根据附记项1、2或3所记载的物镜光学系统，其特征在于，所述物镜光学系统的配置于最靠像侧的位置的透镜是使凸面朝向物体侧的平凸的正折射力的透镜，是被直接粘贴于摄像面的结构、或者与在摄像面上形成的护罩玻璃接合的结构。
产业上的可利用性
本发明对于具有调焦功能的物镜光学系统、特别是适合于能够进行近距离观察的内窥镜物镜及其它家用的小型摄像机等的摄影透镜的物镜光学系统是有用的。
附图标记说明
L1～L8：透镜；F1、F2：平行平板；S1：亮度光圈；CG：护罩玻璃；G1：第一组；G2：第二组；G3：第三组；AX：光轴；I：像面(摄像面)；CL1、CL2：接合透镜。
Claims (1)
1.一种物镜光学系统，其特征在于，
具有从物体侧起依次配置的正折射力的第一组、负折射力的第二组以及正折射力的第三组，
通过移动所述第二组来进行调焦，
所述物镜光学系统满足以下的条件式(1)，
-18<G2/FL<-11 (1)
其中，
G2为所述第二组的焦距，
FL为通常观察状态的物镜光学系统整个系统的焦距。
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