DE112017004856T5

DE112017004856T5 - Endoskop-Objektivoptik

Info

Publication number: DE112017004856T5
Application number: DE112017004856.7T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Koyama
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2019-06-13
Also published as: CN109416459A; US20190142249A1; JPWO2018061385A1; CN109416459B; JP6368065B1; WO2018061385A1; US10942348B2

Abstract

Eine Endoskop-Objektivoptik besteht - in der Reihenfolge von einer Objektseite aus - aus einer Frontgruppe GF mit einer negativen Brechkraft, eine Aperturblende S und einer rückwärtiger Gruppe GR mit einer positiven Brechkraft, wobei entweder die Frontgruppe GF oder die rückwärtige Gruppe GR eine oder mehr als eine zementierte Linse CL1 umfasst und die zementierte Linse eine Linse mit einer positiven Brechkraft und eine Linse mit einer negativen Brechkraft umfasst, und die rückwärtige Gruppe GR eine positive Linse, bei der es sich um eine Einzellinse handelt, auf der Objektseite umfasst, und die folgenden Bedingungsausdrücke (1), (2), (3) und (4) erfüllt sind.wobei Ih die maximale Bildhöhe, ft eine Brennweite einer gesamten Endoskop-Objektivoptik, ff eine Brennweite der Frontgruppe, vd1 eine Abbe-Zahl für ein Glasmaterial der Linse mit einer positiven Brechkraft auf der Objektseite der rückwärtigen Gruppe und LOs einen Abstand von einer ersten Oberfläche auf der Objektseite der Endoskop-Objektivoptik bis zu der Aperturblende bezeichnet, und wobei hier die erste

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Endoskop-Objektivoptik und hauptsächlich eine Objektivoptik eines medizinischen Endoskops.
Technischer Hintergrund
Als Endoskop für die inneren Organe des Harnsystems steht ein Endoskop zur Verfügung, bei dem ein Einführabschnitt transurethral eingeführt wird (nachfolgend als „Endoskop für Harnorgane“ bezeichnet) . In dem Endoskop für Harnorgane ist es essentiell, dass ein Außendurchmesser des Einführabschnitts nicht größer als 7 mm ist, damit der Einführabschnitt in die Harnröhre eingeführt werden kann. Daher ist der Durchmesser des Endoskops für Harnorgane dünner als ein Einführabschnitt eines Endoskops für den Verdauungstrakt, das für die medizinische Untersuchung des Magens und Dickdarms weit verbreitet ist.
Weiterhin wird bei der Beobachtung eines schmalen, beutelartigen inneren Organs wie beispielsweise der Harnblase ein Verfahren eingesetzt, bei dem der Einführabschnitt um 90° oder mehr gebogen und die Einlassrichtung des Organs beobachtet wird. Wenn in diesem Fall eine Gesamtlänge einer Optik gering ist, ist es möglich, eine Länge von einem vorderen Ende bis zu einem gebogenen Abschnitt des Endoskops zu verkürzen. Aus diesem Grund ist ein Endoskop, bei dem die Gesamtlänge der Optik gering ist, bei der Beobachtung von beutelartigen inneren Organen von Vorteil, da es die Beobachtung eines größeren Bereichs ermöglicht.
Außerdem sind die inneren Organe des Harnsystems in der Regel mit Urin gefüllt. Daher ist bei einer Objektivoptik für die Verwendung im Endoskop für Harnorgane die Optik für die In-Wasser-Beobachtung ausgelegt.
In der Patentliteratur 1 ist eine Endoskop-Objektivoptik offenbart, bei der ein Sichtwinkel bei der In-Wasser-Beobachtung (nachfolgend als „In-Wasser-Sichtwinkel“ bezeichnet) groß ist. Die Endoskop-Objektivoptik von Patentliteratur 1 enthält eine erste Gruppe mit einer negativen Brechkraft, eine Aperturblende und eine zweite Gruppe mit einer positiven Brechkraft. In der Endoskop-Objektivoptik von Patentliteratur 1 ist der In-Wasser-Sichtwinkel im Bereich von 105° bis 164°.
Darüber hinaus findet sich in der Patentliteratur 1 eine Beschreibung eines Mediums eines Beobachtungsraums. Der Beobachtungsraum ist in diesem Fall ein Beobachtungsraum bei der Beobachtung innerer Organe des Harnsystems durch ein Endoskop für Harnorgane. In der Patentliteratur 1 wird darauf hingewiesen, dass das Medium des Beobachtungsraums in diesem Fall eine Perfusionslösung oder Urin ist, wobei der Hauptbestandteil Wasser ist, und dass ein Brechungsindex dieser Medien als gleichwertig mit einem Brechungsindex von Wasser betrachtet werden kann.
Weiterhin wird in der Patentliteratur 1 darauf hingewiesen, dass der In-Wasser-Sichtwinkel relativ zu einem Sichtwinkel bei der Beobachtung in Luft kleiner (nachfolgend entsprechend als „Sichtwinkel in Luft“ bezeichnet) ist. In der Patentliteratur 1 ist ein Zusammenhang des Sichtwinkels in Luft und des In-Wasser-Sichtwinkels wie folgt angegeben.

Sichtwinkel in Luft 180° 160° 140° 120°

In-Wasser-Sichtwinkel 97,2° 95,3° 89,7° 81,0°
Der Sichtwinkel in Luft und der In-Wasser-Sichtwinkel werden berechnet, indem ein Brechungsindex von Wasser für eine D-Linie (Wellenlänge 587,6 nm) als 1,333 und eine Linse, die in der Endoskop-Objektivoptik dem Objekt am nächsten ist, als flach angenommen wird.
Der oben erwähnte Zusammenhang bedeutet, dass auch dann, wenn es sich um eine Endoskop-Objektivoptik handelt, bei welcher der Sichtwinkel in Luft beispielsweise 120° beträgt, der Sichtwinkel im praktischen Einsatz bei der Verwendung der Endoskop-Objektivoptik in einem Endoskop für die Harnblase, oder mit anderen Worten bei der In-Wasser-Beobachtung, auf 81° reduziert wird. In der Patentliteratur 1 ist der Umstand, dass es selbst mit einer Endoskop-Objektivoptik mit einem großen Sichtwinkel in Luft nicht möglich ist, eine pathologische Läsion an einer gesamten Innenfläche einer Harnblase zu untersuchen, als ein Problem beschrieben.
Weiterhin ist in Patentliteratur 2 eine Superweitwinkel-Endoskop-Objektivoptik offenbart. In der Endoskop-Objektivoptik von Patentliteratur 2 beträgt der Sichtwinkel in Luft 180° oder mehr. Die Endoskop-Objektivoptik von Patentliteratur 2 besteht in der Reihenfolge von einer Objektseite aus aus einer ersten Gruppe, die in der Reihenfolge von einer Objektseite aus eine negative Linse und eine positive Linse umfasst, und einer zweiten Gruppe, die in der Reihenfolge von der Obj ektseite aus eine positive Linse und eine zementierte Linse aus einer negativen und einer positiven Linse umfasst.
Weiterhin ist in Patentliteratur 3 eine Weitwinkel-Objektivoptik für ein Kapselendoskop offenbart. In einem Beispiel in Patentliteratur 3 beträgt ein Sichtwinkel in Luft 168°. Wenn der oben erwähnte Sichtwinkel in Luft in einen In-Wasser-Sichtwinkel umgewandelt wird, beträgt der In-Wasser-Sichtwinkel 96,5°. Die Endoskop-Objektivoptik von Patentliteratur 3 besteht in der Reihenfolge von einer Objektseite aus aus fünf Linsen, die eine negative Meniskuslinse, eine positive Meniskuslinse und eine zementierte Linse beinhalten.
Weiterhin ist in Patentliteratur 4 eine Superweitwinkel-Endoskop-Objektivoptik offenbart. In der Endoskop-Objektivoptik von Patentliteratur 4 beträgt der Sichtwinkel in Luft 180° oder mehr. Die Endoskop-Objektivoptik von Patentliteratur 4 besteht aus einer ersten Gruppe mit einer negativen Brechkraft, einer Aperturblende und einer zweiten Gruppe mit einer positiven Brechkraft.
Weiterhin findet sich bei einer in Patentliteratur 5 offenbarten Endoskop-Objektivoptik keine Beschreibung des In-Wasser-Sichtwinkels. Da jedoch eine Oberfläche am vorderen Ende in allen Beispielen eine positive Brechkraft aufweist, ist eine Anordnung der Endoskop-Objektivoptik von Patentliteratur 5 eine Anordnung, die zur Vergrößerung des In-Wasser-Sichtwinkels vorteilhaft ist. Aus diesem Grund kann eine Anordnung in der Endoskop-Objektivoptik von Patentliteratur 5 eine Anordnung sein, die es ermöglicht, einen ausreichend großen In-Wasser-Sichtwinkel zu erreichen.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Internationale ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2014/208373
Patentliteratur 2: Internationale ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011/152099
Patentliteratur 3: Japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2009-136387
Patentliteratur 4: Internationale ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011/148822
Patentliteratur 5: Internationale ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011/070897

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
In allen Beispielen der in Patentliteratur 1 offenbarten Endoskop-Objektivoptik sind zwei Sätze von zementierten Linsen verwendet. Daher ist in der Endoskop-Objektivoptik von Patentliteratur 1 eine Gesamtlänge der Optik tendenziell groß, und weiterhin ist es notwendig, die Gesamtlänge der Optik zu verkürzen.
Darüber hinaus ist in der in Patentliteratur 2 offenbarten Endoskop-Objektivoptik eine Linse, die dem Objekt am nächsten ist, sehr groß, sodass es schwierig ist, einen Durchmesser zu verkleinern. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine positive Linse von einer Objektseite aus an zweiter Stelle angeordnet ist und die negative Brechkraft einer ersten Gruppe schwach ist. Dies liegt daran, dass eine Position, an der ein außeraxialer Lichtstrahl eines Sichtfelds durch eine objektseitige Oberfläche einer Linse läuft, die dem Objekt am nächsten ist, weit von einem Scheitelpunkt der Linse entfernt ist.
Darüber hinaus lässt sich von der in Patentliteratur 3 offenbarten Endoskop-Objektivoptik nicht sagen, dass sie einen ausreichend großen In-Wasser-Sichtwinkel aufweist.
Bei der in Patentliteratur 4 offenbarten Endoskop-Objektivoptik, in der eine Linse, die dem Objekt am nächsten ist, sehr groß ist, ist eine Verkleinerung nur schwer möglich.
Darüber hinaus sind in der in Patentliteratur 5 offenbarten Endoskop-Objektivoptik eine chromatische Längsaberration und eine chromatische Aberration der Vergrößerung groß, und die Korrektur der chromatischen Unschärfe ist nicht ausreichend. In dieser Endoskop-Objektivoptik ist zur Erzielung einer Bildqualität mit geringerer chromatischer Unschärfe eine weitere Verbesserung erforderlich.
Wie bereits beschrieben, ist es bei den in Patentliteratur 1 bis 5 offenbarten Endoskop-Objektivoptiken nicht möglich, gleichzeitig die Anforderungen eines kleinen Durchmessers, der hauptsächlich für ein Endoskop für die Harnblase benötigt wird, eines großen In-Wasser-Sichtwinkels, einer günstigen Korrektur der chromatischen Aberration und einer geringen Gesamtlänge einer Optik zu erfüllen.
Die vorliegende Erfindung wurde vor dem Hintergrund solcher Probleme entwickelt, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Endoskop-Objektivoptik zu schaffen, die einen kleinen Durchmesser, einen großen In-Wasser-Sichtwinkel, eine günstige Korrektur der chromatischen Aberration und eine geringe Gesamtlänge der Optik aufweist.
Lösung der Aufgabe
Zum Lösen der oben erwähnten Probleme und zum Erreichen des Ziels besteht eine Endoskop-Objektivoptik der vorliegenden Erfindung - in der Reihenfolge von einer Objektseite aus - aus
einer Frontgruppe mit einer negativen Brechkraft,
einer Aperturblende, und
einer rückwärtigen Gruppe mit einer positiven Brechkraft, wobei entweder die Frontgruppe oder die rückwärtige Gruppe eine oder mehr als eine zementierte Linse umfasst, und
die zementierte Linse eine Linse mit einer positiven Brechkraft und eine Linse mit einer negativen Brechkraft umfasst, und
die rückwärtige Gruppe eine Einzellinse mit einer positiven Brechkraft auf der Objektseite umfasst, und
die folgenden Bedingungsausdrücke (1), (2), (3) und (4) erfüllt sind. $1,1 < Ih / ft < 1,8$
$- ff / ft < 0,9$
$45 < vd 1$
$LOs / Ih < 1,5$
wobei
Ih die maximale Bildhöhe bezeichnet,
ft eine Brennweite einer gesamten Endoskop-Obj ektivoptik bezeichnet,
ff eine Brennweite der Frontgruppe bezeichnet,
vd1 die Abbe-Zahl für ein Glasmaterial der Linse mit einer positiven Brechkraft auf der Objektseite in der rückwärtigen Gruppe bezeichnet, und
LOs einen Abstand von einer ersten Oberfläche auf der Objektseite der Endoskop-Objektivoptik bis zu der Aperturblende bezeichnet, und hier
die erste Oberfläche auf der Objektseite der Endoskop-Objektivoptik eine Linsenoberfläche ist, die in der Endoskop-Objektivoptik am nächsten zum Objekt positioniert ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Endoskop-Objektivoptik bereitzustellen, die einen kleinen Durchmesser, einen großen In-Wasser-Sichtwinkel, eine günstige Korrektur der chromatischen Aberration und eine geringe Gesamtlänge der Optik aufweist.
Figurenliste

1A ist eine Linsenschnittansicht, die eine Grundanordnung einer Endoskop-Objektivoptik einer ersten Ausführungsform zeigt, und 1B ist eine Linsenschnittansicht, die eine Grundanordnung einer Endoskop-Objektivoptik einer zweiten Ausführungsform zeigt;
2A ist eine Linsenschnittansicht, die eine gesamte Grundanordnung einer Endoskop-Objektivoptik gemäß einem Beispiel 1 zeigt, und 2B, 2C, 2D und 2E sind Aberrationsdiagramme, die eine sphärische Aberration (SA), einen Astigmatismus (AS), eine Verzeichnung (DT) und eine chromatische Aberration der Vergrößerung (CC) des vorliegenden Beispiels zeigen;
3A ist eine Linsenschnittansicht, die eine gesamte Grundanordnung einer Endoskop-Objektivoptik gemäß einem Beispiel 2 zeigt, und 3B, 3C, 3D und 3E sind Aberrationsdiagramme, die eine sphärische Aberration (SA), einen Astigmatismus (AS), eine Verzeichnung (DT) und eine chromatische Aberration der Vergrößerung (CC) des vorliegenden Beispiels zeigen; und
4A ist eine Linsenschnittansicht, die eine gesamte Grundanordnung einer Endoskop-Objektivoptik gemäß einem Beispiel 3 zeigt, und 4B, 4C, 4D und 4E sind Aberrationsdiagramme, die eine sphärische Aberration (SA), einen Astigmatismus (AS), eine Verzeichnung (DT) und eine chromatische Aberration der Vergrößerung (CC) des vorliegenden Beispiels zeigen.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend sind Endoskop-Objektivoptiken gemäß Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ausführlich beschrieben.
Die Gründe und Wirkungen der Verwendung einer solchen Anordnung für eine Endoskop-Objektivoptik gemäß einer ersten Ausführungsform sind nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Endoskop-Objektivoptik gemäß den unten beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Eine Grundanordnung der Endoskop-Objektivoptik der ersten Ausführungsform ist nachfolgend beschrieben. Eine Optik der Grundanordnung umfasst in der Reihenfolge von einer Objektseite aus eine Frontgruppe GF mit einer negativen Brechkraft, eine Aperturblende S und eine rückwärtige Gruppe GR mit einer positiven Brechkraft, und entweder die Frontgruppe GF oder die rückwärtige Gruppe GR umfasst eine oder mehr als eine zementierte Linse CL1 (von engl. „cemented lens“), und die rückwärtige Gruppe GR umfasst eine dritte Linse L3, die eine Einzellinse mit einer positiven Brechkraft ist, auf der Objektseite.
Die Endoskop-Objektivoptik der vorliegenden Ausführungsform ist eine Superweitwinkel-Optik. Zur Sicherstellung eines extrem großen Sichtwinkels wird daher in der Grundanordnung eine sogenannte Retrofokusanordnung verwendet, die sich am besten für eine Vergrößerung des Sichtwinkels eignet.
1A ist eine Schnittansicht einer Linsenanordnung, die ein Beispiel der Grundanordnung der Endoskop-Objektivoptik der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In der Grundanordnung umfasst die Optik in der Reihenfolge von der Objektseite aus die Frontgruppe GF mit einer negativen Brechkraft, die Aperturblende S und die rückwärtige Gruppe GR mit einer positiven Brechkraft.
Weiterhin umfasst die rückwärtige Gruppe GR in der Grundanordnung die zementierte Linse CL1, die eine vierte Linse L4 mit einer positiven Brechkraft und eine fünfte Linse L5 mit einer negativen Brechkraft umfasst. Dementsprechend wird eine chromatische Aberration korrigiert.
Weiterhin umfasst die rückwärtige Gruppe GR die dritte Linse L3, bei der es sich um eine Einzellinse mit einer positiven Brechkraft handelt, auf der Objektseite. Um bei der In-Wasser-Beobachtung einen großen Sichtwinkel sicherzustellen, ist es notwendig, der Frontgruppe GF eine starke negative Brechkraft zu verleihen. Um der gesamten Optik eine positive Brechkraft zu verleihen, ist es notwendig, in der rückwärtigen Gruppe GR eine starke positive Brechkraft anzuordnen. Dies wird durch die dritte Linse L3 erreicht, bei der es sich um eine Einzellinse mit einer positiven Brechkraft in der rückwärtigen Gruppe GR handelt. Bevorzugt ist die dritte Linse L3 mit einer positiven Brechkraft in der rückwärtigen Gruppe GR dem Objekt am nächsten angeordnet. In einem Fall, in welchem die oben erwähnte dritte Linse L3 mit einer positiven Brechkraft an einem rückwärtigen Ende der Bildseite der Aperturblende S angeordnet ist, sodass eine oder mehr als eine Linse eingeschlossen sind, und nicht unmittelbar auf der Bildseite der Aperturblende S angeordnet ist, wird weiterhin eine Position, durch welche ein außeraxialer Lichtstrahl läuft, von einer optischen Achse AX entfernt und ein effektiver Durchmesser der Linse groß, sodass dies nicht wünschenswert ist. Daher wird eine solche Anordnung gewählt, dass die dritte Linse L3 an dem rückwärtigen Ende der Bildseite der Aperturblende S eine Einzellinse mit einer positiven Brechkraft ist.
Auf diese Weise ist die Grundanordnung für die Endoskop-Objektivoptik der vorliegenden Ausführungsform eine Anordnung, bei der Anforderungen der Verkleinerung des Durchmessers (Verkleinerung eines Außendurchmessers einer Linse), der Vergrößerung des Winkels und der Verringerung der Gesamtlänge der Optik gleichermaßen berücksichtigt sind.
Unter Superweitwinkel-Optiken gibt es Optiken, bei denen eine Linse mit einer positiven Brechkraft auf der Objektseite einer Aperturblende angeordnet ist. Die in der Frontgruppe angeordnete positive Brechkraft bewirkt jedoch eine Verengung des Sichtwinkels. Da durch die positive Brechkraft die Position einer Eintrittspupille weiter auf der Bildseite ist, erhöht die positive Brechkraft darüber hinaus den Außendurchmesser der Linse. Daher ist es nicht wünschenswert, die Linse mit einer positiven Brechkraft auf der Objektseite der Aperturblende S anzuordnen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Aperturblende S zwischen der Frontgruppe GF und der rückwärtigen Gruppe GR angeordnet. In einem Fall, in welchem ein Abstand zwischen der Frontgruppe GF und der rückwärtigen Gruppe GR gering ist, kann die Aperturblende S an einer Linsenoberfläche vorgesehen sein. Als eine Methode und eine Anordnung zum Anbringen der Aperturblende S an einer Linsenoberfläche stehen eine Methode und eine Anordnung, bei der ein metallischer, lichtabschirmender Film auf die Linsenoberfläche aufbeschichtet und ein Öffnungsabschnitt durch Ätzen ausgebildet wird, und eine Methode und eine Anordnung, bei der eine dünne ringförmige Metallplatte zwischen einer Linse und einem Rahmen eingeklemmt wird, zur Verfügung.
Die rückwärtige Gruppe GR umfasst die dritte Linse L3 mit einer positiven Brechkraft und die zementierte Linse CL1. Die zementierte Linse CL1 umfasst die vierte Linse L4 mit einer positiven Brechkraft und die fünfte Linse L5 mit einer negativen Brechkraft. Weiterhin ist ein optischer Filter F in der rückwärtigen Gruppe GR angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der optische Filter F zwischen der dritten Linse L3 mit einer positiven Brechkraft und der zementierten Linse CL1 angeordnet.
Der optische Filter F ist ein Filter wie ein Infrarot-Sperrfilter und ein Farbtemperatur-Umwandlungsfilter. Diese Filter werden zur Empfindlichkeitskorrektur eines Bildaufnahmeelements wie beispielsweise eines CCD (Charge Coupled Device) verwendet.
Darüber hinaus kann ein Lasersperrfilter oder ein Spezialfilter in der Optik angeordnet sein. Als Lasersperrfilter stehen ein Filter zum Sperren von Laserlicht wie YAG- (Yttrium-Aluminium-Granat-) Laser und Halbleiterlaser zur Verfügung. Als Spezialfilter steht ein Kerbfilter zur Verfügung, der einen Lichtstrahl eines bestimmten Wellenlängenbands sperrt.
Darüber hinaus kann für den optischen Filter F ein Absorptionsfilter, ein Reflexionsfilter und ein kombinierter Filter, in dem der Absorptionsfilter und der Reflexionsfilter kombiniert sind, verwendet werden. Darüber hinaus kann ein Filter mit einem darauf aufgebrachten Antireflexionsfilm verwendet werden.
Ein Glasblock CG ist auf der Bildseite der rückwärtigen Gruppe GR angeordnet. Der Glasblock CG dient als Abdeckglas eines festen Bildaufnahmeelements. Ein Bild eines Objekts mit einer Bildhöhe Ih wird auf einer bildseitigen Oberfläche des Glasblocks CG gebildet. Die bildseitige Oberfläche des Glasblocks CG deckt sich mit einer Bildaufnahmefläche des Bildaufnahmeelements.
Nachfolgend ist weiterhin die Endoskop-Objektivoptik gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
Die Endoskop-Objektivoptik gemäß der ersten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass sie die oben erwähnte Grundanordnung aufweist und die folgenden Bedingungsausdrücke (1), (2), (3) und (4) erfüllt sind. $1,1 < Ih / ft < 1,8$
$- ff / ft < 0,9$
$45 < vd 1$
$LOs / Ih < 1,5$
wobei
Ih die maximale Bildhöhe bezeichnet,
ft eine Brennweite einer gesamten Endoskop-Obj ektivoptik bezeichnet,
ff eine Brennweite der Frontgruppe GF bezeichnet,
vd1 die Abbe-Zahl für ein Glasmaterial der dritten Linse mit einer positiven Brechkraft auf der Objektseite der rückwärtigen Gruppe GF bezeichnet, und
LOs einen Abstand von einer ersten Oberfläche r1 auf der Objektseite der Endoskop-Objektivoptik bis zu der Aperturblende S bezeichnet, und hier
die erste Oberfläche r1 auf der Objektseite der Endoskop-Objektivoptik eine Linsenoberfläche ist, die in der Endoskop-Objektivoptik am nächsten zum Objekt positioniert ist.
Der Bedingungsausdruck (1) ist ein Bedingungsausdruck, der den In-Wasser-Sichtwinkel betrifft. Die maximale Bildhöhe Ih (von engl. „image height“) ist die maximale Bildhöhe, wenn auch die In-Wasser-Beobachtung berücksichtigt wird. Weiterhin ist ft die Brennweite der gesamten Endoskop-Objektivoptik. In einem Fall jedoch, in welchem eine erste Oberfläche r1 auf der Objektseite eine Krümmung aufweist, variiert die Brennweite in Abhängigkeit von einem Brechungsindex eines objektseitigen Mediums. Daher ist ft, ähnlich einer Definition der Brennweite einer normalen Linse, eine Brennweite unter der Annahme, dass das objektseitige Medium Luft ist.
Im Bedingungsausdruck (1) wird der In-Wasser-Sichtwinkel klein, wenn ein Wert von Ih / ft klein wird, und der In-Wasser-Sichtwinkel wird groß, wenn der Wert von Ih / ft groß wird.
In herkömmlichen Endoskop-Objektivoptiken, die für die Beobachtung in Luft gedacht sind, ist in vielen Fällen eine Bildhöhe H ungefähr proportional zum Sinus der Brennweite ft und einem Einfallswinkel θa. Solche Endoskop-Objektivoptiken sind als Objektivoptiken vom sogenannten Typ H = ft × sin θa bekannt. Hierbei ist θa ein Winkel zwischen einem Hauptlichtstrahl in einem objektseitigen Mediumraum und einer optischen Achse und ist ein Winkel bei der Beobachtung in Luft. In der Endoskop-Objektivoptik vom Typ H = ft × sin θa ist ein Wert von H / ft nicht größer als 1.
Dagegen wird in der Endoskop-Objektivoptik der ersten Ausführungsform, wie der Bedingungsausdruck (1) zeigt, der Wert von Ih / ft größer als 1. Das bedeutet, dass in der Endoskop-Objektivoptik der ersten Ausführungsform die maximale Bildhöhe bei der In-Wasser-Beobachtung größer ist als die bei der Beobachtung in Luft angenommene Bildhöhe. Die Überschreitung eines unteren Grenzwerts des Bedingungsausdrucks (1) trägt zur Vergrößerung des In-Wasser-Sichtwinkels bei. Durch einen Wert unterhalb des oberen Grenzwerts des Bedingungsausdrucks (1) ist es möglich, eine übermäßige Vergrößerung des In-Wasser-Sichtwinkels zu vermeiden.
Der Bedingungsausdruck (2) ist ein Bedingungsausdruck, der die negative Brechkraft der Frontgruppe GF betrifft. Um eine Vergrößerung des In-Wasser-Sichtwinkels zu erreichen, ist eine starke negative Brechkraft der Frontgruppe GF notwendig. Dabei wird die Brennweite der Frontgruppe (nachfolgend als „ff“ bezeichnet) kurz. Da ff ein negativer Wert ist, wird „-ff“ hier relativ zur Brennweite der gesamten Endoskop-Objektivoptik standardisiert (normalisiert), und es wird ein oberer Grenzwert angegeben.
Wenn ein oberer Grenzwert des Bedingungsausdrucks (2) überschritten wird, ergibt sich ein geringer In-Wasser-Sichtwinkel. Mit anderen Worten wird es schwierig, einen geeigneten Sichtwinkel, der für die In-Wasser-Beobachtung notwendig ist, zu erreichen.
Der Bedingungsausdruck (3) ist ein Bedingungsausdruck, der ein Glasmaterial einer Linse mit einer positiven Brechkraft in der rückwärtigen Gruppe GR, die dem Objekt am nächsten ist, betrifft.
Wie oben erwähnt, ist es zum Erreichen des In-Wasser-Sichtwinkels notwendig, für eine starke negative Brechkraft der Frontgruppe GF zu sorgen. Zur Unterdrückung einer sphärischen Aberration, die bei einer Linse mit einer starken negativen Brechkraft auftritt, ist es wünschenswert, ein Glasmaterial mit einem hohen Brechungsindex zu verwenden und eine Anordnung zu wählen, bei der ein Krümmungsradius der Linse nicht zu klein wird.
Ein optisches Glas mit einem hohen Brechungsindex, das derzeit erhältlich ist, weist jedoch die Eigenschaft einer hohen Dispersion auf, d. h. die Abbe-Zahl für das optische Glas mit einem hohen Brechungsindex ist klein. Um eine chromatische Längsaberration in günstiger Weise zu korrigieren, ist es daher notwendig, nicht nur für die zementierte Linse CL1, sondern auch für die vierte Linse L4 mit einer positiven Brechkraft in der rückwärtigen Gruppe GR ein Glasmaterial mit einer geringen Dispersion zu verwenden, oder in anderen Worten ein Glasmaterial, für das die Abbe-Zahl groß ist.
Wenn ein Wert unter einen unteren Grenzwert des Bedingungsausdrucks (3) fällt, ist es nicht möglich, die chromatische Aberration der Optik in günstiger Weise zu korrigieren. Oder es sind zwei oder mehr als zwei Sätze von zementierten Linsen notwendig und es ergibt sich eine große Gesamtlänge der Optik, sodass dies nicht wünschenswert ist.
Der Bedingungsausdruck (4) ist ein Bedingungsausdruck, der den maximalen Durchmesser einer Linse betrifft. Bei einem Weitwinkelobjektiv ist ein Fall üblich, in dem eine so genannte Frontzellenlinse (engl.: front-cell lens) zu einer Linse mit dem maximalen Durchmesser wird. In der Endoskop-Objektivoptik der ersten Ausführungsform entspricht die Linse mit der ersten Oberfläche r1 auf der Objektseite oder in anderen Worten die erste Linse L1 mit einer negativen Brechkraft der Frontzellenlinse.
In einem Superweitwinkelobjektiv wird eine Bildstrahlhöhe an der ersten Linse L1 mit einer negativen Brechkraft fast ausschließlich durch den Sichtwinkel und die Position der Eintrittspupille bestimmt. Wenn der Sichtwinkel festgelegt ist, wird die Position der Eintrittspupille zu einem Parameter, der die Lichtstrahlhöhe an der ersten Linse L1 mit einer negativen Brechkraft bestimmt. Je weiter die Position der Eintrittspupille von der ersten Oberfläche r1 auf der Objektseite zur Bildseite hin entfernt ist, desto größer ist die Lichtstrahlhöhe an der ersten Linse L1 mit einer negativen Brechkraft. Um daher einen kleinen Durchmesser der ersten Linse L1 mit einer negativen Brechkraft zu erreichen, ist es notwendig, eine Idee zu entwickeln, um die Position der Eintrittspupille näher an die erste Oberfläche r1 auf der Objektseite zu bringen.
Um die Position der Eintrittspupille näher an die erste Oberfläche r1 auf der Objektseite zu bringen, muss ein Abstand von der ersten Oberfläche r1 auf der Objektseite bis zu der Aperturblende S (nachfolgend als „LOs“ bezeichnet) kurz gestaltet sein. Dazu wird LOs relativ zur maximalen Bildhöhe Ih standardisiert, und es wird ein oberer Grenzwert angegeben.
Wenn ein oberer Grenzwert des Bedingungsausdrucks (4) überschritten wird, wird der Außendurchmesser der ersten Linse L1 mit einer negativen Brechkraft zum Maximum. Dadurch wird ein Endoskop und insbesondere ein starrer Abschnitt am vorderen Ende dick. Daher ist es nicht wünschenswert, den oberen Grenzwert des Bedingungsausdrucks (4) zu überschreiten.
Als Nächstes sind die Gründe und Wirkungen der Verwendung einer solchen Anordnung für eine Endoskop-Objektivoptik gemäß einer zweiten Ausführungsform anhand der Zeichnung beschrieben.
1B ist eine Schnittansicht einer Linsenanordnung, die ein Beispiel der Grundanordnung der Endoskop-Objektivoptik der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Die Endoskop-Objektivoptik der zweiten Ausführungsform umfasst in der Reihenfolge von einer Objektseite aus eine Frontgruppe GF mit einer negativen Brechkraft, eine Aperturblende S und eine rückwärtige Gruppe GR mit einer positiven Brechkraft, und entweder die Frontgruppe GF oder die rückwärtige Gruppe GR umfasst eine oder mehr als eine zementierte Linse CL1, und die rückwärtige Gruppe GR umfasst eine dritte Linse L3 mit einer positiven Brechkraft, bei der es sich um eine Einzellinse handelt, auf der Objektseite, eine vierte Linse L4 mit einer positiven Brechkraft auf der Bildseite und die zementierte Linse CL1, und die zementierte Linse CL1 umfasst eine fünfte Linse L5 mit einer positiven Brechkraft und eine sechste Linse L6 mit einer negativen Brechkraft, und die folgenden Bedingungsausdruck (1), (2), (3) und (4) sind erfüllt. $1,1 < Ih / ft < 1,8$
$- ff / ft < 0,9$
$45 < vd 1$
$LOs / Ih < 1,5$
wobei
Ih die maximale Bildhöhe bezeichnet,
ft eine Brennweite einer gesamten Endoskop-Obj ektivoptik bezeichnet,
ff eine Brennweite der Frontgruppe GF bezeichnet,
vd1 eine Abbe-Zahl für ein Glasmaterial der positiven Linse auf der Obj ektseite der rückwärtigen Gruppe GR bezeichnet, und
LOs einen Abstand von einer ersten Oberfläche r1 auf der Objektseite der Endoskop-Objektivoptik bis zu der Aperturblende S bezeichnet, und hier
die erste Oberfläche r1 auf der Objektseite der Endoskop-Objektivoptik eine Linsenoberfläche ist, die in der Endoskop-Objektivoptik am nächsten zum Objekt positioniert ist.
Weiterhin umfasst in der Endoskop-Objektivoptik der zweiten Ausführungsform die rückwärtige Gruppe bevorzugt eine vierte Linse L4 mit einer positiven Brechkraft, bei der es sich um eine Einzellinse handelt, auf der Bildseite der dritten Linse L3 mit einer positiven Brechkraft auf der Objektseite, und der folgende Bedingungsausdruck (5) ist erfüllt. $L2s / LOs < 1,7$
wobei
L2s einen Abstand von der Aperturblende S bis zu einer objektseitigen Oberfläche der vierten Linse L4 mit einer positiven Brechkraft auf der Bildseite in der rückwärtigen Gruppe bezeichnet, und
LOs den Abstand von der ersten Oberfläche r1 auf der Objektseite der Endoskop-Objektivoptik bis zu der Aperturblende S bezeichnet.
Wenn ein oberer Grenzwert des Bedingungsausdrucks (5) überschritten wird, ist ein außeraxialer Lichtstrahl, der durch eine bildseitige Oberfläche der vierten Linse L4 mit einer positiven Brechkraft auf der Bildseite in der rückwärtigen Gruppe läuft, hoch (weit von der optischen Achse entfernt), und ein Linsendurchmesser der vierten Linse L4 mit einer positiven Brechkraft ist groß. Infolgedessen wird ein Durchmesser eines vorderen starren Abschnitts dick, sodass dies nicht zu bevorzugen ist.
Weiterhin erfüllen in der Endoskop-Objektivoptik der vorliegenden Erfindung die dritte Linse L3 mit einer positiven Brechkraft auf der Objektseite in der rückwärtigen Gruppe und die vierte Linse L4 mit einer positiven Brechkraft auf der Bildseite in der rückwärtigen Gruppe bevorzugt den folgenden Bedingungsausdruck (6). $0 < R1 / R2 < 0,7$
wobei
R1 einen bildseitigen Krümmungsradius der dritten Linse L3 mit einer positiven Brechkraft auf der Objektseite in der rückwärtigen Gruppe GR bezeichnet, und
R2 einen bildseitigen Krümmungsradius der vierten Linse L4 mit einer positiven Brechkraft auf der Bildseite in der rückwärtigen Gruppe GR bezeichnet.
Wenn ein oberer Grenzwert des Bedingungsausdrucks (6) überschritten wird, erhöht sich eine axiale Linsendicke der vierten Linse L4 mit einer positiven Brechkraft, und die Gesamtlänge wird groß, sodass dies nicht zu bevorzugen ist.
In einem Fall, in welchem ein Wert unter einen unteren Grenzwert des Bedingungsausdrucks (6) fällt, wird eine Form der vierten Linse L4 mit einer positiven Brechkraft auf der Bildseite entweder (A) eine plankonvexe Linse mit einer zur Objektseite gerichteten flachen Oberfläche oder (B) eine positive Meniskuslinse mit einer zur Objektseite gerichteten konvexen Oberfläche. Hier ist ein Effekt auf ein Koma durch eine Linsenform in einem Fall zu berücksichtigen, in welchem die Brechkraft der Linse und ein Glasmaterial der vierten Linse L4 mit einer positiven Brechkraft auf der Bildseite fixiert sind.
Für die Linsen (A) und (B) der oben beschriebenen Form ist ein Einfallswinkel eines außeraxialen Hauptlichtstrahls auf der objektseitigen Oberfläche (ein Winkel zwischen dem Hauptlichtstrahl und einer Normalenrichtung der Linsenoberfläche) größer als bei einer Linse einer Form, die eine andere Form als die oben erwähnte Form aufweist, oder in anderen Worten als bei (C) einer bikonvexen positiven Linse oder (D) einer plankonvexen Linse mit einer zur Bildseite gerichteten flachen Oberfläche oder (E) einer positiven Meniskuslinse mit einer zur Bildseite gerichteten konvexen Oberfläche. Da bei der Verwendung der Linsen (A) und (B) der außeraxiale Hauptlichtstrahl stark gebogen wird und ein außeraxiales Koma groß wird, ist dies nicht zu bevorzugen.
Die Bedeutung der Anordnung und Bedingungsausdrücke der Endoskop-Objektivoptik der zweiten Ausführungsform stimmt mit der Bedeutung der Anordnung und Bedingungsausdrücke der Endoskop-Objektivoptik der ersten Ausführungsform überein. Daher ist eine wiederholte Beschreibung davon ausgelassen.
In der Endoskop-Objektivoptik der ersten Ausführungsform und der Endoskop-Objektivoptik der zweiten Ausführungsform ist die erste Linse L1 mit einer negativen Brechkraft weiterhin bevorzugt eine plankonkave Linse, deren objektseitige Oberfläche eine flache Oberfläche ist.
Indem die objektseitige Oberfläche als flache Oberfläche ausgestaltet wird, ist es möglich, Schäden an der Linsenoberfläche zu reduzieren. Da sich außerdem Wassertropfen nur schwer in einem die Linsenoberfläche umgebenden Abschnitt ansammeln, findet keine Verkleinerung des beobachtbaren Bereichs statt.
Weiterhin ist in der Endoskop-Objektivoptik der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform die zweite Linse L2 mit einer negativen Brechkraft bevorzugt eine plankonkave Linse, und eine konkave Oberfläche davon ist zur Objektseite gerichtet und eine bildseitige Oberfläche davon ist eine flache Oberfläche.
Weiterhin ist in der Endoskop-Objektivoptik der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ein Brechungsindex der zweiten Linse L2 mit einer negativen Brechkraft bevorzugt 1,75 oder mehr.
Weiterhin ist in der Endoskop-Objektivoptik der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform die dritte Linse L3 mit einer positiven Brechkraft auf der Objektseite bevorzugt eine plankonvexe Linse, und eine objektseitige Oberfläche davon ist eine flache Oberfläche, und eine bildseitige Oberfläche davon ist eine zur Bildseite gerichtete konvexe Oberfläche.
Weiterhin ist in der Endoskop-Objektivoptik der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform die vierte Linse L4 mit einer positiven Brechkraft auf der Bildseite bevorzugt eine plankonvexe Linse, und eine objektseitige Oberfläche davon ist eine flache Oberfläche, und eine bildseitige Oberfläche davon ist eine zur Bildseite gerichtete konvexe Oberfläche.
Weiterhin ist in der Endoskop-Objektivoptik der zweiten Ausführungsform ein Brechungsindex der vierten Linse L4 mit einer positiven Brechkraft auf der Bildseite bevorzugt größer als ein Brechungsindex der dritten Linse L3 mit einer positiven Brechkraft auf der Objektseite.
In der Endoskop-Objektivoptik der vorliegenden Ausführungsform beträgt ein Brechungsindex der fünften Linse L5 mit einer negativen Brechkraft oder der sechsten Linse L6 mit einer negativen Brechkraft bevorzugt 1,85 oder mehr, und die Abbe-Zahl für die fünfte Linse L5 und die sechste Linse L6 beträgt 23 oder weniger.
Die oben erwähnten Endoskop-Objektivoptiken können die Vielzahl von Anforderungen gleichzeitig erfüllen. Eine solche Anordnung ist vorzuziehen, um eine günstige Endoskop-Objektivoptik zu realisieren. Darüber hinaus sind beliebige Kombinationen von bevorzugten Anforderungen möglich. Darüber hinaus kann für jeden Bedingungsausdruck ein oberer Grenzwert oder ein unterer Grenzwert eines weiter begrenzten Zahlenbereichs des Bedingungsausdruck beschränkt werden.
Nachfolgend sind Beispiele beschrieben. In einer Linsenschnittansicht jedes Beispiels ist ein Lichtstrahl unter der Annahme beschrieben, dass der objektseitige Raum Wasser ist. Weiterhin ist in jedem Aberrationsdiagramm auf der horizontalen Achse ein Aberrationsbetrag aufgetragen. Die in den Aberrationsdiagrammen dargestellten Aberrationskurven geben eine Aberration bei der In-Wasser-Beobachtung an. Für die sphärische Aberration und den Astigmatismus beträgt die Einheit des Aberrationsbetrags mm. Weiterhin ist die Einheit der Aberration für die Verzeichnung %. Weiterhin bezeichnet Ih die maximale Bildhöhe, und die Einheit davon ist mm, und FNO bezeichnet eine Blendenzahl. Weiterhin ist die Einheit der Wellenlänge einer Aberrationskurve nm.
(Beispiel 1)
Nachfolgend ist eine Endoskop-Objektivoptik gemäß einem Beispiel 1 beschrieben. 2A ist eine Linsenschnittansicht der Endoskop-Objektivoptik gemäß Beispiel 1. 2B zeigt eine sphärische Aberration (SA), 2C zeigt einen Astigmatismus (AS), 2D zeigt eine Verzeichnung (DT) und 2E zeigt eine chromatische Aberration der Vergrößerung (CC).
Die Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 1, die in 2A gezeigt ist, umfasst in der Reihenfolge von einer Obj ektseite aus eine Frontgruppe GF mit einer negativen Brechkraft, eine Aperturblende S und eine rückwärtige Gruppe GR mit einer positiven Brechkraft.
Die Frontgruppe GF umfasst eine erste Linse L1, bei der es sich um eine plankonkave negative Linse handelt, deren Objektseite eine flache Oberfläche ist, und eine zweite Linse L2, bei der es sich um eine plankonkave negative Linse handelt, deren Bildseite eine flache Oberfläche ist.
Die rückwärtige Gruppe GR umfasst eine dritte Linse L3, bei der es sich um eine plankonvexe positive Linse handelt, deren Objektseite eine flache Oberfläche ist, einen optischen Filter F, eine vierte Linse L4, bei der es sich um eine bikonvexe positive Linse handelt, und eine fünfte Meniskuslinse L5, bei der es sich um eine negative Linse mit einer zu einer Bildseite gerichteten konvexen Oberfläche handelt. Hierbei bilden die vierte Linse L4, bei der es sich um eine bikonvexe positive Linse handelt, und die fünfte Meniskuslinse L5 mit einer negativen Brechkraft eine zementierte Linse CL1 mit einer positiven Brechkraft.
Die Aperturblende S ist an einer objektseitigen Oberfläche der dritten Linse L3, bei der es sich um eine plankonvexe positive Linse handelt, vorgesehen. Der optische Filter F ist in der rückwärtigen Gruppe GR angeordnet. Der optische Filter F ist zwischen der dritten Linse L3, bei der es sich um eine plankonvexe positive Linse handelt, und der vierten Linse L4, bei der es sich um eine bikonvexe positive Linse handelt, angeordnet. Ein Glasblock CG ist auf der Bildseite der rückwärtigen Gruppe GR angeordnet, wobei angenommen wird, dass ein Abdeckglas eines festen Bildaufnahmeelements angeordnet ist.
Ein Raum zwischen der zementierten Linse CL1 und dem Glasblock CG ist als Fokuseinstellungsraum vorgesehen und ist optisch so gestaltet, dass es möglich ist, einen geeigneten Einstellbereich sicherzustellen.
Das Beispiel 1 ist eine Anordnung, bei der nur eine Einzellinse mit einer positiven Brechkraft in der rückwärtigen Gruppe GR vorhanden ist.
In dem Beispiel 1 umfasst die Frontgruppe GF die erste Linse L1 mit einer negativen Brechkraft und die zweite Linse L2 mit einer negativen Brechkraft. Sowohl die erste Linse L1 mit einer negativen Brechkraft als auch die zweite Linse L2 mit einer negativen Brechkraft sind Einzellinsen. Indem die Linsen in der Frontgruppe GF auf zwei Einzellinsen mit einer negativen Brechkraft eingeschränkt werden, wird auf diese Weise die Vergrößerung des Winkels und Verkürzung der Eintrittspupillenposition in einem Raum auf der Objektseite der Aperturblende S ausgeführt. Die Verkürzung der Eintrittspupillenposition bringt die Eintrittspupillenposition näher an das Objekt.
Wenn eine oder beide der ersten Linse L1 mit einer negativen Brechkraft und der zweiten Linse L2 mit einer negativen Brechkraft durch eine zementierte Linse ausgebildet ist bzw. sind, wird der Raum auf der Objektseite der Aperturblende S aufgrund einer Erhöhung einer Linsendicke lang. Es ist möglich, die Erhöhung der Linsendicke in der Frontgruppe GF zu vermeiden, indem, wie im vorliegenden Beispiel, jede der ersten Linse L1 mit einer negativen Brechkraft und der zweiten Linse L2 mit einer negativen Brechkraft als eine Einzellinse ausgestaltet wird. Infolgedessen ist es möglich, einen von den Linsen in dem Raum auf der Objektseite der Aperturblende S eingenommenen Raum zu minimieren.
Eine solche Anordnung der Frontgruppe GF trägt zu einer Verkürzung der Länge der Frontgruppe GF und zur Verkürzung der Länge der gesamten Optik bei.
Als Nächstes sind Eigenschaften der ersten Linse L1 mit einer negativen Brechkraft beschrieben. In der ersten Linse L1 mit einer negativen Brechkraft ist eine objektseitige Oberfläche als eine flache Oberfläche ausgestaltet. Diese Struktur ist als eine Vorderseitenstruktur eines Endoskops gängig. Da bei einem Endoskop das Beleuchtungslicht in einem Fall, in welchem eine objektseitige Oberfläche als eine konvexe Oberfläche ausgestaltet ist, direkt einfällt, ist es notwendig, eine Idee für eine Lichtabschirmstruktur in einem Vorderseitenabschnitt des Endoskops zu entwickeln. Daher ist es in Beispiel 1 für direkt einfallende Lichtreflexe von einem Beleuchtungssystem, das in der Abbildung nicht gezeigt ist, nicht notwendig, eine Idee zur Lichtabschirmung in der ersten Linse L1 mit einer negativen Brechkraft und in einer Rahmenstruktur zu entwickeln.
Weiterhin ist keine Auswölbung (konvexe Form) vorhanden, da die Objektseite der ersten Linse L1 mit einer negativen Brechkraft eine flache Oberfläche ist. Selbst wenn ein Objekt zufällig von der Objektseite auf die Linsenoberfläche trifft, ist eine Wahrscheinlichkeit, dass die erste Linse L1 mit einer negativen Brechkraft zerkratzt wird, geringer als im Fall einer konvexen Oberfläche. Ein Glasmaterial der ersten Linse L1 mit einer negativen Brechkraft ist bevorzugt Saphir, dessen mechanische Belastbarkeit hervorragend ist. Durch die Verwendung von Saphir treten eine Projektion eines Kratzers auf einem Bild und ein Lichtreflex aufgrund eines Kratzers mit nur geringer Wahrscheinlichkeit auf.
Durch die Verwendung eines Glasmaterials mit einem hohen Brechungsindex für die zweite Linse L2 mit einer negativen Brechkraft wird der Absolutwert der negativen Petzval-Summe so klein wie möglich. Darüber hinaus ist bei der zweiten Linse L2 mit einer negativen Brechkraft eine Seite der Aperturblende S als flache Oberfläche ausgestaltet. Bei einer solchen Anordnung ist es in einem Fall, in welchem die Aperturblende S aus einer dünnen Platte besteht, möglich, die Aperturblende S zwischen der zweiten Linse L2 mit einer negativen Brechkraft und der dritten Linse L3 mit einer positiven Brechkraft anzuordnen. Durch die Struktur, die es ermöglicht, die Aperturblende S in einer Lücke zwischen den beiden Linsen anzuordnen, wird auf diese Weise ein Luftraum reduziert. Die Reduzierung des Luftraums, der nicht zu dem optischen Einstellraum gehört, trägt zu einer Verkürzung der Gesamtlänge der Optik bei.
Durch Verwendung eines Glasmaterials mit einem niedrigen Brechungsindex für die dritte Linse L3 mit einer positiven Brechkraft wird eine große positive Petzval-Summe erzielt.
Der optische Filter F ist ein Filter wie z. B. ein Farbkorrekturfilter. Der Farbkorrekturfilter umfasst ein Absorptionsmaterial, das Wellenlängen von einer langwelligen Seite des sichtbaren Bereichs bis zu einem infrarotnahen Wellenlängenbereich dämpft. Bei der Anwendung für Harnorgane wird jedoch manchmal ein Nd:YAG-(Neodymium-Yttrium-Aluminium-Granat-) Laser zur Behandlung von Tumoren eingesetzt. Daher ist es wünschenswert, dass ein mehrschichtiger optischer Interferenzfilm mit nahezu 100 % Reflexionsgrad in Bezug auf eine Wellenlänge des Nd:YAG-Lasers auf eine oder beide Oberflächen des Farbkorrekturfilters aufgebracht wird.
Da der mehrschichtige optische Interferenzfilm eine starke Abhängigkeit vom Einfallswinkel aufweist, variiert der Reflexionsgrad je nach Einfallswinkel erheblich. Daher ist es in einem Fall, in welchem der Farbkorrekturfilter den mehrschichtigen optischen Interferenzfilm umfasst, notwendig, den Farbkorrekturfilter an einer Stelle zu platzieren, an der ein Einfallswinkel eines Hauptlichtstrahls nicht übermäßig groß wird. Bei der Anordnung der Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 1 ist es wünschenswert, den Farbkorrekturfilter auf der Bildseite der dritten Linse L3 mit einer positiven Brechkraft anzuordnen.
Die zementierte Linse CL1 umfasst die vierte Linse L4 mit einer positiven Brechkraft, die aus einem Glasmaterial mit einem niedrigen Brechungsindex besteht, und die fünfte Meniskuslinse L5 mit einer negativen Brechkraft, die aus einem Glasmaterial mit einem hohen Brechungsindex besteht. Darüber hinaus werden der Astigmatismus und das Koma korrigiert, indem eine zementierte Oberfläche die negative Brechkraft erhält. Darüber hinaus wird durch eine große Differenz zwischen einem Brechungsindex einer Objektseite der zementierten Oberfläche und einem Brechungsindex einer Bildseite der zementierten Oberfläche dafür gesorgt, dass der Krümmungsradius der zementierten Oberfläche nicht zu klein wird. Dementsprechend wird eine Aberrationsschwankung durch Dezentrierung unterdrückt. Auf der Objektseite der zementierten Linse CL1 gibt es keine Linse, die in der Lage ist, die chromatische Aberration der Vergrößerung zu korrigieren. Daher wird für die fünfte Meniskuslinse L5 mit einer negativen Brechkraft in der zementierten Linse CL1 ein Glas mit ultrahoher Dispersion verwendet, und die chromatische Aberration der Vergrößerung wird in der zementierten Linse kollektiv korrigiert.
Die Spezifikationen der Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 1 sind unten beschrieben. In der Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 1 beträgt die maximale Bildhöhe Ih in einem In-Wasser-Beobachtungszustand 0,942 mm. Die maximale Bildhöhe Ih wird so eingestellt, dass sich die maximale Bildhöhe Ih mit einer effektiven Bildaufnahmefläche eines festen Bildaufnahmeelements deckt. Daher wird in dem In-Wasser-Beobachtungszustand die gesamte effektive Bildaufnahmefläche des festen Bildaufnahmeelements verwendet.
Weiterhin beträgt in der Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 1 der In-Wasser-Sichtwinkel 139,5°. Daher ist die Endoskopoptik von Beispiel 1 als eine Endoskop-Objektivoptik, welche die In-Wasser-Beobachtung ermöglicht, eine Optik mit einem extrem großen Winkel. Gemäß der Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 1 ist es möglich, ein Objekt in Wasser unter Verwendung der gesamten effektiven Bildaufnahmefläche des festen Bildaufnahmeelements zu beobachten.
(Beispiel 2)
Als Nächstes ist eine Endoskop-Objektivoptik gemäß einem Beispiel 2 beschrieben. 3A ist eine Linsenschnittansicht der Endoskop-Objektivoptik gemäß Beispiel 2. 3B zeigt eine sphärische Aberration (SA), 3C zeigt einen Astigmatismus (AS), 3D zeigt eine Verzeichnung (DT) und 3E zeigt eine chromatische Aberration der Vergrößerung (CC).
Die Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 2, die in 3A gezeigt ist, umfasst in der Reihenfolge von einer Obj ektseite aus eine Frontgruppe GF mit einer negativen Brechkraft, eine Aperturblende S und eine rückwärtige Gruppe GR mit einer positiven Brechkraft.
Die Frontgruppe GF umfasst eine erste Linse L1, bei der es sich um eine plankonkave negative Linse handelt, deren Objektseite eine flache Oberfläche ist, und eine zweite Linse L2, bei der es sich um eine plankonkave negative Linse handelt, deren Bildseite eine flache Oberfläche ist.
Die rückwärtige Gruppe GR umfasst eine dritte Linse L3, bei der es sich um eine plankonvexe positive Linse handelt, deren Objektseite eine flache Oberfläche ist, einen optischen Filter F, eine vierte Linse L4, bei der es sich um eine plankonvexe positive Linse handelt, deren Objektseite eine flache Oberfläche ist, eine fünfte Linse L5, bei der es sich um eine bikonvexe positive Linse handelt, und eine sechste Linse L6, bei der es sich um eine plankonkave negative Linse handelt, deren Bildseite eine flache Oberfläche ist. Hierbei bilden die fünfte Linse L5, bei der es sich um eine bikonvexe positive Linse handelt, und die sechste Linse L6, bei der es sich um eine plankonkave negative Linse handelt, die zementierte Linse CL1 mit einer positiven Brechkraft.
Die Aperturblende S ist an einer objektseitigen Oberfläche der dritten Linse L3, bei der es sich um eine plankonvexe positive Linse handelt, vorgesehen. Der optische Filter F ist in der rückwärtigen Gruppe GR angeordnet. Der optische Filter F ist zwischen der dritten Linse L3, bei der es sich um eine plankonvexe positive Linse handelt, und der vierten Linse L4, bei der es sich um eine plankonvexe positive Linse handelt, angeordnet. Ein Glasblock CG ist auf der Bildseite der rückwärtigen Gruppe GR angeordnet, wobei angenommen wird, dass ein Abdeckglas eines festen Bildaufnahmeelements angeordnet ist.
Ein Raum zwischen der zementierten Linse CL1 und dem Glasblock CG ist als Fokuseinstellungsraum vorgesehen und ist optisch so gestaltet, dass es möglich ist, einen geeigneten Einstellbereich sicherzustellen.
Eine Anordnung der ersten Linse L1 mit einer negativen Brechkraft und der zweiten Linse L2 mit einer negativen Brechkraft in der Frontgruppe GF sowie der optische Filter F stimmen mit der Anordnung in Beispiel 1 überein. Daher ist eine wiederholte Beschreibung davon ausgelassen.
Durch Verwendung eines Glasmaterials mit einem niedrigen Brechungsindex für die dritte Linse L3 mit einer positiven Brechkraft wird eine große positive Petzval-Summe erzielt.
Die positive Petzval-Summe wird sogar in der vierten Linse L4 mit einer positiven Brechkraft erzeugt. Da bei der vierten Linse L4 mit einer positiven Brechkraft jedoch die Reduzierung einer Lichtstrahlhöhe Vorrang gegenüber der Erhöhung der Petzval-Summe erhält, wird für die vierte Linse L4 mit einer positiven Brechkraft ein Glasmaterial mit einem hohen Brechungsindex verwendet. In der vierten Linse L4 mit einer positiven Brechkraft wird die Lichtstrahlhöhe höher als diejenige in der dritten Linse L3 mit einer positiven Brechkraft. Infolgedessen haben die axiale Linsendicke und die Brechkraft der bildseitigen Oberfläche der vierten Linse L4 mit einer positiven Brechkraft eine Auswirkung auf einen Außendurchmesser ab der vierten Linse L4.
In der vierten Linse L4 mit einer positiven Brechkraft erhöht sich der Krümmungsradius dementsprechend, da der Brechungsindex erhöht wird. Mit einer Vergrößerung des Krümmungsradius ist es möglich, die axiale Linsendicke dünn auszulegen. Darüber hinaus wird auch ein Effekt der Reduzierung einer Luftumsetzungslänge erreicht.
Die zementierte Linse CL1 umfasst die fünfte Linse L5 mit einer positiven Brechkraft, die aus einem Glasmaterial mit einem niedrigen Brechungsindex besteht, und die sechste Meniskuslinse L6 mit einer negativen Brechkraft, die aus einem Glasmaterial mit einem hohen Brechungsindex besteht. Darüber hinaus werden der Astigmatismus und das Koma korrigiert, indem eine zementierte Oberfläche die negative Brechkraft erhält. Darüber hinaus wird durch eine große Differenz zwischen einem Brechungsindex einer Objektseite der zementierten Oberfläche und einem Brechungsindex einer Bildseite der zementierten Oberfläche dafür gesorgt, dass der Krümmungsradius der zementierten Oberfläche nicht zu klein wird. Dementsprechend wird eine Aberrationsschwankung durch Dezentrierung unterdrückt. Auf der Objektseite der zementierten Linse CL1 gibt es keine Linse, die in der Lage ist, die chromatische Aberration der Vergrößerung zu korrigieren. Daher wird für die sechste Linse L6 mit einer negativen Brechkraft in der zementierten Linse CL1 ein Glas mit ultrahoher Dispersion verwendet, und die chromatische Aberration wird in der zementierten Linse kollektiv korrigiert.
Die Spezifikationen der Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 2 sind unten beschrieben. In der Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 1 beträgt die maximale Bildhöhe Ih in dem In-Wasser-Beobachtungszustand 0, 942 mm. Die maximale Bildhöhe Ih wird so eingestellt, dass sich die maximale Bildhöhe Ih mit einer effektiven Bildaufnahmefläche des festen Bildaufnahmeelements deckt. Daher wird in dem In-Wasser-Beobachtungszustand die gesamte effektive Bildaufnahmefläche des festen Bildaufnahmeelements verwendet.
Weiterhin beträgt in der Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 2 der In-Wasser-Sichtwinkel 138,4°. Daher ist die Endoskopoptik von Beispiel 2 als eine Endoskop-Objektivoptik, welche die In-Wasser-Beobachtung ermöglicht, eine Optik mit einem extrem großen Winkel. Gemäß der Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 2 ist es möglich, ein Objekt in Wasser unter Verwendung der gesamten effektiven Bildaufnahmefläche des festen Bildaufnahmeelements zu beobachten.
(Beispiel 3)
Nachfolgend ist eine Endoskop-Objektivoptik gemäß einem Beispiel 3 beschrieben. 4A ist eine Linsenschnittansicht der Endoskop-Objektivoptik gemäß Beispiel 3. 4B zeigt eine sphärische Aberration (SA), 4C zeigt einen Astigmatismus (AS), 4D zeigt eine Verzeichnung (DT) und 4E zeigt eine chromatische Aberration der Vergrößerung (CC).
Die Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 3, die in 4A gezeigt ist, umfasst in der Reihenfolge von einer Obj ektseite aus eine Frontgruppe GF mit einer negativen Brechkraft, eine Aperturblende S und eine rückwärtige Gruppe GR mit einer positiven Brechkraft.
Die Frontgruppe GF umfasst eine erste Linse L1, bei der es sich um eine plankonkave negative Linse handelt, deren Objektseite eine flache Oberfläche ist, und eine zweite Linse L2, bei der es sich um eine plankonkave negative Linse handelt, deren Bildseite eine flache Oberfläche ist.
Die rückwärtige Gruppe GR umfasst eine dritte Linse L3, bei der es sich um eine plankonvexe positive Linse handelt, deren Objektseite eine flache Oberfläche ist, einen optischen Filter F, eine vierte Linse L4, bei der es sich um eine plankonvexe positive Linse handelt, deren Objektseite eine flache Oberfläche ist, eine fünfte Linse L5, bei der es sich um eine bikonvexe positive Linse handelt, und eine sechste Linse L6, bei der es sich um eine plankonkave negative Linse handelt, deren Bildseite eine flache Oberfläche ist. Hierbei bilden die fünfte Linse L5, bei der es sich um eine bikonvexe positive Linse handelt, und die sechste Linse L6, bei der es sich um eine plankonkave negative Linse handelt, eine zementierte Linse CL1 mit einer positiven Brechkraft.
Die Aperturblende S ist an einer objektseitigen Oberfläche der dritten Linse L3, bei der es sich um eine plankonvexe positive Linse handelt, vorgesehen. Der optische Filter F ist in der rückwärtigen Gruppe GR angeordnet. Der optische Filter F ist zwischen der dritten Linse L3, bei der es sich um eine plankonvexe positive Linse handelt, und der vierten Linse L4, bei der es sich um eine plankonvexe positive Linse handelt, angeordnet. Ein Glasblock CG ist auf der Bildseite der rückwärtigen Gruppe GR angeordnet, wobei angenommen wird, dass ein Abdeckglas eines festen Bildaufnahmeelements angeordnet ist.
Ein Raum zwischen der zementierten Linse CL1 und dem Glasblock CG ist als Fokuseinstellungsraum vorgesehen und ist optisch so gestaltet, dass es möglich ist, einen geeigneten Einstellbereich sicherzustellen.
In Beispiel 3 wird als ein Glasmaterial der ersten Linse L1 mit einer negativen Brechkraft ein anderes optisches Glas als Saphir verwendet. Die mechanische Belastbarkeit des verwendeten optischen Glases ist zwar geringer als die von Saphir, aber die Verarbeitbarkeit ist besser als die von Saphir. Aufgrund des Preises des Glasmaterials und des Vorteils der einfachen Verarbeitung ist die Fertigung zu geringeren Kosten im Vergleich zur Verwendung von Saphir möglich.
Die Spezifikationen der Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 3 sind unten beschrieben. In der Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 3 beträgt die maximale Bildhöhe Ih in dem In-Wasser-Beobachtungszustand 0,942 mm. Die maximale Bildhöhe Ih wird so eingestellt, dass sich die maximale Bildhöhe Ih mit einer effektiven Bildaufnahmefläche des festen Bildaufnahmeelements deckt. Daher wird in dem In-Wasser-Beobachtungszustand die gesamte effektive Bildaufnahmefläche des festen Bildaufnahmeelements verwendet.
Weiterhin beträgt in der Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 3 der In-Wasser-Sichtwinkel 137,3°. Daher ist die Endoskopoptik von Beispiel 3 als eine Endoskop-Objektivoptik, welche die In-Wasser-Beobachtung ermöglicht, eine Optik mit einem extrem großen Winkel. Gemäß der Endoskop-Objektivoptik von Beispiel 3 ist es möglich, ein Objekt in Wasser unter Verwendung der gesamten effektiven Bildaufnahmefläche des festen Bildaufnahmeelements zu beobachten.
Die numerischen Daten der einzelnen oben beschriebenen Beispiele sind nachstehend angegeben. Das Symbol r bezeichnet einen Krümmungsradius der jeweiligen Oberfläche, d bezeichnet eine Dicke des jeweiligen optischen Elements oder eines Luftraums, nd bezeichnet einen Brechungsindex für eine D-Linie des jeweiligen optischen Elements, vd bezeichnet die Abbe-Zahl für die D-Linie des jeweiligen optischen Elements, Ih bezeichnet die maximale Bildhöhe, ft bezeichnet eine Brennweite der gesamten Endoskop-Objektivoptik, ff bezeichnet eine Brennweite der Frontgruppe der Endoskop-Objektivoptik, LOs bezeichnet einen Abstand von der ersten Oberfläche r1 auf der Objektseite bis zu der Aperturblende (Blende), L2s bezeichnet einen Abstand von der Aperturblende S bis zu einer objektseitigen Oberfläche der positiven Linse auf der Bildseite in der rückwärtigen Gruppe, FNO bezeichnet eine Blendenzahl und ω bezeichnet einen halben Sichtwinkel. Ih und ω gelten jeweils für die Beobachtung unter der Annahme, dass es sich um eine In-Wasser-Beobachtung handelt. Weiterhin ist die Einheit von r, d, ft, LOs und L2s mm. Die Einheit von ω ist ° (Grad).
Beispiel 1

Einheit mm
Oberflächendaten

Oberfläche Nr.	r	d	nd	vd
1	∞	0,25	1,76820	71,79
2	0, 600	0,50	1	-
3	-5,480	0,34	2,00330	28,27
4 (Blende)	∞	0,03	1	-
5	∞	0,91	1,64000	60,08
6	-0,836	0,05	1	-
7	∞	0,30	1,52100	65,13
8	∞	0,05	1	-
9	2,248	1,05	1,57099	50,80
10	-0,970	0,30	1,95906	17,47
11	-1,890	0,47	1	-
12	∞	1,19	1,51633	64,14
Bildaufnahmefläche	∞

Verschiedene Daten

Ih 0,942

ft 0,703

ff -0,630

L0s 1,090

FNO 4,996

2ω 139,5
Beispiel 2

Einheit mm
Oberflächendaten

Oberfläche Nr.	r	d	nd	vd
1	∞	0,25	1,76820	71,79
2	0, 639	0,51	1	-
3	-3,127	0,27	2,00330	28,27
4 (Blende)	∞	0, 03	1	-
5	∞	0,89	1,58913	61,14
6	-0,961	0,08	1	-
7	∞	0,30	1,52100	65,13
8	∞	0,03	1	-
9	∞	0,51	1,88300	40,76
10	-2,500	0,05	1	-
11	2,665	0,89	1,63854	55,38
12	-1,817	0,30	1,95906	17,47
13	∞	0,47	1	-
14	∞	1,19	1,51633	64,14
Bildaufnahmefläche	∞

Verschiedene Daten

Ih 0,942

ft 0,725

ff -0,579

L0s 1,030

L2s 1,300

FNO 5,191

2ω 138,4
Beispiel 3

Einheit mm
Oberflächendaten

Oberfläche Nr.	r	d	nd	vd
1	∞	0,27	1,88300	40,76
2	0,703	0,51	1	-
3	-2,186	0,31	1,88300	40,76
4 (Blende)	∞	0,03	1	-
5	∞	0,69	1,56384	60, 67
6	-0,832	0,08	1	-
7	∞	0,30	1,52100	65,13
8	∞	0,03	1	-
9	∞	0,50	1,85026	32,27
10	-2,194	0,05	1	-
11	3,597	0,94	1,72916	54,68
12	-1,356	0,30	1,95906	17,47
13	∞	0,47	1	-
14	∞	1,19	1,51633	64,14
Bildaufnähmefläche	∞

Verschiedene Daten

Ih 0,942

ft 0,725

ff -0,518

L0s 1,088

L2s 1,101

FNO 5,189

2ω 140,4

Entsprechende Werte der Bedingungsausdrücke sind unten gezeigt.

Bedingungsausdruck	Beispiel1	Beispiel2	Beispiels
(1) Ih/ft	1,339	1,299	1,299
(2) -ff/ft	0,896	0,798	0,714
(3) vd1	60,08	61, 14	60,67
(4) L0s/Ih	1,157	1,093	1,155
(5) L2s/L0s	-	1,262	1,012
(6) R1/R2

Oben sind verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und Ausführungsformen, in denen die Anordnungen der Ausführungsformen in geeigneter Weise kombiniert sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, fallen auch in die Kategorie der vorliegenden Erfindung.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung nützlich für eine Endoskop-Objektivoptik, die einen kleinen Durchmesser, einen großen In-Wasser-Sichtwinkel, eine günstige Korrektur der chromatischen Aberration und eine geringe Gesamtlänge der Optik aufweist.
Bezugszeichenliste

GF: Frontgruppe
GR: rückwärtige Gruppe
L1 ∼ L6: Linse
CL1: zementierte Linse
S: Aperturblende
F: optischer Filter
CG: Glasblock (Abdeckglas)
I: Bildaufnahmefläche (Bildebene)
AX: optische Achse

Claims

Endoskop-Objektivoptik, in der Reihenfolge von einer Objektseite aus bestehend aus: einer Frontgruppe mit einer negativen Brechkraft; einer Aperturblende; und einer rückwärtigen Gruppe mit einer positiven Brechkraft, wobei die Frontgruppe oder die rückwärtige Gruppe eine oder mehr als eine zementierte Linse umfasst, und die zementierte Linse eine Linse mit einer positiven Brechkraft und eine Linse mit einer negativen Brechkraft umfasst, und die rückwärtige Gruppe eine erste Einzellinse mit einer positiven Brechkraft auf der Objektseite umfasst, und die folgenden Bedingungsausdrücke (1), (2), (3) und (4) erfüllt sind. $1,1 < Ih / ft<1,8$
$- ff / ft < 0,9$
$45 < vd 1$
$LOs / Ih < 1,5$
wobei Ih die maximale Bildhöhe bezeichnet, ft eine Brennweite einer gesamten Endoskop-Obj ektivoptik bezeichnet, ff eine Brennweite der Frontgruppe bezeichnet, vd1 die Abbe-Zahl für ein Glasmaterial der ersten Einzellinse bezeichnet, und LOs einen Abstand von einer ersten Oberfläche auf der Objektseite der Endoskop-Objektivoptik bis zu der Aperturblende bezeichnet, und hier die erste Oberfläche auf der Objektseite der Endoskop-Objektivoptik eine Linsenoberfläche ist, die in der Endoskop-Objektivoptik am nächsten zum Objekt positioniert ist.
Endoskop-Objektivoptik nach Anspruch 1, wobei die rückwärtige Gruppe eine zweite Einzellinse mit einer positiven Brechkraft auf einer Bildseite und die erste Einzellinse umfasst, und der folgende Bedingungsausdruck (5) erfüllt ist: $L2s / LOs < 1,7$
wobei L2s ein Abstand von der Aperturblende bis zu einer objektseitigen Oberfläche der Linse mit einer positiven Brechkraft auf der Bildseite in der rückwärtigen Gruppe ist, und LOs den Abstand von der ersten Oberfläche auf der Objektseite der Endoskop-Objektivoptik bis zu der Aperturblende bezeichnet.
Endoskop-Objektivoptik nach Anspruch 2, wobei die Linse mit einer positiven Brechkraft auf der Objektseite in der rückwärtigen Gruppe und die Linse mit einer positiven Brechkraft auf der Bildseite in der rückwärtigen Gruppe den folgenden Bedingungsausdruck (6) erfüllen $0 < R1 / R2 < 0,7$
wobei R1 einen bildseitigen Krümmungsradius der Linse mit einer positiven Brechkraft auf der Objektseite in der rückwärtigen Gruppe bezeichnet, und R2 einen bildseitigen Krümmungsradius der Linse mit einer positiven Brechkraft auf der Bildseite in der rückwärtigen Gruppe bezeichnet.