DE112018005057T5

DE112018005057T5 - Endoskopobjektivlinseneinheit und endoskop

Info

Publication number: DE112018005057T5
Application number: DE112018005057.2T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Fujii; Sachiko Nasu
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2038-09-08
Also published as: US20200285040A1; WO2019054309A1; CN111095069B; JP2019049681A; CN111095069A; US11487101B2; DE112018005057B4; JP6861131B2

Abstract

Die Objektivlinseneinheit beinhaltet eine vordere Linsengruppe mit negativer Brechkraft, eine Blende und eine hintere Linsengruppe mit positiver Brechkraft in der Reihenfolge ab einer Objektseite. Die vordere Linsengruppe beinhaltet eine Negativlinse mit einer konkaven Fläche, die einer Bildflächenseite zugewandt ist, und eine Positivlinse mit einer konvexen Fläche, die der Objektseite zugewandt ist, und die hintere Linsengruppe beinhaltet eine Positivlinse mit einer konvexen Fläche, die der Bildflächenseite zugewandt ist, und eine verkittete Linse, in der eine Positivlinse und eine Negativlinse verkittet sind. Für die Endoskopobjektivlinseneinheit gilt: -1,6 < f_F/f_R < -1,2 und -1,3 < f₃/f_F < -0,7. Es ist zu beachten, dass f_F und f_R Brennweiten des gesamten Systems der vorderen Linsengruppe und der hinteren Linsengruppe sind und f₃ eine Brennweite einer Positivlinse in der hinteren Linsengruppe ist, die der Objektseite am nächsten liegt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Endoskopobjektivlinseneinheit und ein Endoskop.
Stand der Technik
Heutzutage werden Endoskope dazu verwendet, biologisches Gewebe im Inneren eines menschlichen Körpers zu untersuchen. Ein Endoskop beinhaltet einen Bildsensor, der ein Bild eines mit Beleuchtungslicht beleuchteten biologischen Gewebes erfasst, und eine an dem Bildsensor angebrachte Objektivlinseneinheit an einem distalen Endabschnitt, der in einen menschlichen Körper eingeführt wird. Da die Objektivlinseneinheit sehr klein sein und eine hohe optische Kraft aufweisen muss, um die Größe des distalen Endabschnitts zu verringern, wird sie häufig mit einer kleinen Zahl an Linsen konfiguriert.
Beispielsweise gibt es eine bekannte Endoskopobjektivlinse, die eine vordere Linsengruppe, eine Blende und eine hintere Linsengruppe in der Reihenfolge in der Reihenfolge ab einer Objektseite beinhaltet, wobei die vordere Linsengruppe aus einer Negativlinse und einer Positivlinse mit einer Fläche mit kleinem Krümmungsradius auf der Objektseite in der Reihenfolge ab der Objektseite zusammengesetzt ist und die hintere Linsengruppe aus einer Positivlinse mit einer Fläche mit kleinem Krümmungsradius auf der Bildseite sowie einer verkitteten Linse zusammengesetzt ist, in der eine Positivlinse und eine Negativlinse verkittet sind, und es gibt eine vorbestimmte Beziehung zwischen einer Brennweite f des gesamten Systems und einer Brennweite f₃ der Positivlinse in der hinteren Linsengruppe (Patentdokument 1).
Gemäß der vorstehenden Endoskopobjektivlinse heißt es, es könne eine Linse mit einem weiten Winkel, einem kleinen Außendurchmesser und einer geringen maximalen Lichtstrahlhöhe der ersten Linse bereitgestellt werden.
Literaturverweise
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 4245985 B2
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
In einem allgemeinen Endoskopsystem ist in vielen Fällen eine Lichtquellenvorrichtung zum Beleuchten eines biologischen Gewebes mit Licht in einem von dem Endoskop getrennten Prozessor bereitgestellt und ist ein distaler Endabschnitt aus einem Lichtleiterkabel, das sich ab der Lichtquellenvorrichtung erstreckt, und einer an einem Ende des Lichtleiterkabels bereitgestellten Lichtverteilungslinse zusammengesetzt. Andererseits kann eine Lichtquellenvorrichtung wie eine LED an einem distalen Endabschnitt des Endoskops montiert sein.
1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines distalen Endabschnitts eines Endoskopsystems zeigt, wobei eine Lichtquellenvorrichtung 34 an einem distalen Endabschnitt 12 eines Endoskops montiert ist. Die Lichtquellenvorrichtung 34 erstreckt sich ab einer Bedieneinheit oder einem Prozessor und ist mit einer Energieversorgungssteuerleitung 36 verbunden, die mit Energie versorgt und das Ein- und Ausschalten steuert. Die Lichtquellenvorrichtung 34 ist in der Nähe einer Objektivlinseneinheit 32 bereitgestellt. Ein Bildsensor 30 ist auf einer Rückseite (der Seite gegenüber der vorderen Stirnseite) der Objektivlinseneinheit 32 bereitgestellt. Wenn in einer solchen Konfiguration die Objektivlinseneinheit 32 miniaturisiert wird, um die Größe des distalen Endabschnitts 12 weiter zu verringern, wird der Außendurchmesser der Objektivlinseneinheit 32 verringert und dadurch auch die Länge der Objektivlinseneinheit 32 entlang der optischen Achse verkürzt. Der Bildsensor 30 ist auf der Rückseite der Objektivlinseneinheit 32 vorgesehen, deren Länge verkürzt ist. Wenn jedoch der Bildsensor 30 auf der distaleren Stirnseite derart angeordnet ist, dass das durch die Objektivlinseneinheit 32 erzeugte Bild durch den Bildsensor 30 empfangen werden kann, kann es vorkommen, dass der Bildsensor 30 aufgrund von Störungen der Lichtquellenvorrichtung 34 nicht angeordnet werden kann. Selbst wenn der Bildsensor 30 an der vorderen Stirnseite angeordnet werden kann, kann es vorkommen, dass das zugehörige Element, das eine Kühleinheit zum Kühlen der Lichtquellenvorrichtung 34 beinhaltet, den Bildsensor 30 stört, weil die Objektivlinseneinheit 32 verkürzt ist und ein Raum zum Bereitstellen des zugehörigen Glieds nicht gesichert werden kann.
Daher besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Endoskopobjektivlinseneinheit mit einer derartigen länglichen Konfiguration, dass eine Lichtquellenvorrichtung und zugehörige Elemente an einem distalen Endabschnitt eines Endoskops angeordnet werden können, während eine gute optische Kraft aufrechterhalten wird, und ein Endoskop bereitzustellen, das die endoskopartige Objektivlinse beinhaltet.
Lösung des Problems
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Endoskopobjektivlinseneinheit. Nachfolgend sind Bezugszeichen entsprechender Teile in der in 2 gezeigten Ausführungsform als Beispiel in Klammern angeführt. Die Endoskopobjektivlinseneinheit beinhaltet
mindestens eine vordere Linsengruppe mit negativer Brechkraft (vordere Linsengruppe G1), eine Blende (Blende 42) und eine hintere Linsengruppe mit positiver Brechkraft (hintere Linsengruppe G2) in der Reihenfolge ab einer Objektseite.
Die vordere Linsengruppe (vordere Linsengruppe G1) beinhaltet mindestens eine Negativlinse (Negativlinse L1) mit einer konkaven Fläche, die einer Bildseite zugewandt ist, und eine Positivlinse (Positivlinse L2) mit einer konvexen Fläche auf der Objektseite, und
die hintere Linsengruppe (hintere Linsengruppe G2) beinhaltet mindestens eine Positivlinse (Positivlinse L3) mit einer konvexen Fläche, die der Bildflächenseite zugewandt ist, und eine verkittete Linse, bei der eine Positivlinse (Positivlinse L4) und eine Negativlinse (Negativlinse L5) verkittet sind (verkittete Linse 46).
Falls eine Brennweite der vorderen Linsengruppe (vordere Linsengruppe G1) f_F ist, eine Brennweite der hinteren Linsengruppe (hintere Linsengruppe G2) f_R ist und eine Brennweite einer Positivlinse (Positivlinse L3) in der hinteren Linsengruppe (hintere Linsengruppe G2), die der Blende (Blende 42) am nächsten liegt, f₃ ist, gelten folgende Ausdrücke (1) und (2). $- 1,6 < f_{F} {/f}_{R} < - 1,2$
$- 1,3 < f_{3} {/f}_{F} < - 0,7$
Falls eine durchschnittliche Brennweite von Positivlinsen in der Endoskopobjektivlinseneinheit fp ist und eine Brennweite des gesamten Systems der Endoskopobjektivlinseneinheit f ist, gilt vorzugsweise ein folgender Ausdruck (3). $fP/f < 2,5$
Wenn die Brennweite der Positivlinse (Positivlinse L2) in der vorderen Linsengruppe (vordere Linsengruppe G1) f₂ ist und die Brennweite des gesamten Systems der Endoskopobjektivlinseneinheit f ist, gilt vorzugsweise ein folgender Ausdruck (4). $2,0 < f_{2} /f < 3,0$
Die vordere Linsengruppe beinhaltet vorzugsweise eine Negativlinse (Negativlinse L1) und eine Positivlinse (Positivlinse L2), die in der Reihenfolge ab der Objektseite angeordnet sind.
In der hinteren Linsengruppe (hintere Linsengruppe G2) weist die Positivlinse (Positivlinse L3) mit der konvexen Fläche, die der Bildseite zugewandt ist, auf der Objektseite vorzugsweise eine ebene Fläche auf,
ist die verkittete Linse (verkittete Linse 46) vorzugsweise eine Linse mit einer Konfiguration, in der die Positivlinse (Positivlinse L4) mit einer konvexen Fläche, die der Objektseite zugewandt ist, und die Negativlinse (Negativlinse L5) mit einer konkaven Fläche, die der Bildflächenseite zugewandt ist, verkittet sind, und
beinhaltet die hintere Linsengruppe (hintere Linsengruppe G2) vorzugsweise die Positivlinse (Positivlinse L4) mit der konvexen Fläche, die der Bildfläche zugewandt ist, und die verkittete Linse (Verbindungslinse 46) in der Reihenfolge ab der Objektseite.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Endoskop. Das Endoskop beinhaltet
die Endoskopobjektivlinseneinheit,
einen Bildsensor zum Empfangen eines durch die Endoskopobjektivlinseneinheit gebildeten Objektbildes und
eine Lichtquelleneinheit, die das Objekt beleuchtet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorstehend beschriebenen Endoskopobjektivlinseneinheit ist eine Endoskopobjektivlinseneinheit derart verwirklicht, dass sie derart länglich konfiguriert ist, dass eine Lichtquellenvorrichtung und zugehörige Elemente am distalen Endabschnitt des Endoskops angeordnet werden können, während eine gute optische Leistung aufrechterhalten wird.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das schematisch ein Beispiel für eine Konfiguration eines Endoskops zeigt, das mit einer Endoskopobjektivlinseneinheit ausgestattet ist.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Anordnung von optischen Elementen der Endoskopobjektivlinseneinheit gemäß einer Ausführungsform zeigt.
Die 3(a) bis 3(e) sind Diagramme, die ein Linsenkonfigurationsdiagramm und verschiedene Abweichungsdiagramme einer ersten Ausführungsform zeigen.
Die 4(a) bis 4(e) sind Diagramme, die ein Linsenkonfigurationsdiagramm und verschiedene Abweichungsdiagramme einer zweiten Ausführungsform zeigen.
Die 5(a) bis 5(e) sind Diagramme, die ein Linsenkonfigurationsdiagramm und verschiedene Abweichungsdiagramme einer dritten Ausführungsform zeigen.
Die 6(a) bis 6(e) sind Diagramme, die ein Linsenkonfigurationsdiagramm und verschiedene Abweichungsdiagramme einer vierten Ausführungsform zeigen.
7 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration in Spezifikationen der ersten bis dritten Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration gemäß den Spezifikationen der vierten Ausführungsform zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden eine Endoskopobjektivlinseneinheit und ein Endoskop gemäß Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das schematisch ein Beispiel für eine Konfiguration eines Endoskops zeigt, das mit einer Endoskopobjektivlinseneinheit ausgestattet ist.
Ein Endoskop 10 beinhaltet hauptsächlich einen distalen Endabschnitt 12, eine erste flexible Röhre 14, eine Bedieneinheit 16, eine zweite flexible Röhre 18 und einen Anschluss 20.
Der distale Endabschnitt 12 beinhaltet mindestens einen Bildsensor 30, der Licht von einem Bild eines biologischen Gewebes empfängt und das Bild erfasst, eine Objektivlinseneinheit 32, die ein Bild des biologischen Gewebes auf einer Bildgebungsfläche des Bildsensors 30 erzeugt, und eine Lichtquelleneinheit 34, die in der Nähe der Objektivlinseneinheit 32 bereitgestellt ist und das biologische Gewebe beleuchtet. Außerdem kann der distale Endabschnitt 12 eine Ultraschalldiagnosesonde, eine Öffnung zum Ablassen eines Fluids wie Wasser oder Luft oder zum Ansaugen von Flüssigkeit auf dem biologischen Gewebe aufweisen.
Die erste flexible Röhre 14 beinhaltet in sich mindestens eine Signalleitung zum Übertragen eines Bildgebungssignals des Bildsensors 30, eine Energieversorgungssteuerleitung 36 zum Bedienen des Bildsensors 30 und der Lichtquellenvorrichtung 34 und verschiedene Röhren, durch die Flüssigkeit fließt.
Die Bedieneinheit 16 ist ein Teil, das es einem Praktiker ermöglicht, den distalen Endabschnitt 12 derart zu bedienen, dass der distale Endabschnitt 12 einer vorbestimmten Position des biologischen Gewebes zugewandt angeordnet wird, um das biologische Gewebe zu beobachten und das biologische Gewebe nach Bedarf zu behandeln.
Die zweite flexible Röhre 18 beinhaltet in sich mindestens eine Signalleitung zum Übertragen eines Lichtempfangssignals des Bildsensors 30 und eine Steuerleitung zum Bedienen des Bildsensors 30 und der Lichtquellenvorrichtung 34.
Ein Prozessor 22 verarbeitet Bildgebungssignale, die über die Bedieneinheit 16, die zweite flexible Röhre 18 und die Anschlusseinheit 20 übertragen wurden, erzeugt ein Bild des biologischen Gewebes und gibt das Bild aus. Ferner gibt der Prozessor 22 ein Steuersignal zum Steuern von Vorgängen der Lichtquellenvorrichtung 34 und des Bildsensors 30 aus.
Am distalen Endabschnitt 12 wird eine Endoskopobjektivlinseneinheit (im Folgenden als Objektivlinseneinheit bezeichnet) 32 mit einer länglichen Konfiguration verwendet, mit der die Lichtquellenvorrichtung 34 und zugehörige Elemente am distalen Endabschnitt 12 des Endoskops 10 vorgesehen werden können, während eine wünschenswerte optische Leistung aufrechterhalten wird. Nachfolgend wird die Objektivlinseneinheit 32 beschrieben. 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration der Objektivlinseneinheit 32 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Die in 2 gezeigte Objektivlinseneinheit 32 weist mindestens eine vordere Linsengruppe G1, eine hintere Linsengruppe G2 und eine Blende 42 auf. Jede Linse, die jeweils die Linsengruppe G1, G2 bildet, weist eine rotationssymmetrische Form entlang einer optischen Achse AX der Objektivlinseneinheit 32 auf. Zwischen der vorderen Linsengruppe G1 und der hinteren Linsengruppe G2 sind die Blende 42 und ein optisches Filter 44 bereitgestellt. Ferner ist auf der Seite der Lichtempfangsfläche (Bildfläche) des Bildsensors 30 ab der hinteren Linsengruppe G2 ein Deckglas 40 bereitgestellt. Das Deckglas 40 ist eine auf der Objektseite des Bildsensors 30 bereitgestellte Komponente. In 2 ist die Brennpunktposition der Objektivlinseneinheit 32 auf der Bildflächenseite des Deckglases 40 mit „x“ gekennzeichnet.
Das optische Filter 44 ist ein Nahinfrarot- und ein Infrarot-Sperrfilter.
In der Objektivlinseneinheit 32 sind die vordere Linsengruppe G1, eine Blende 42 und die hintere Linsengruppe G2, die ein optisches Filter 44 beinhaltet in der Reihenfolge von der Objektseite zur Bildflächenseite bereitgestellt; das optische Filter 44 ist jedoch nicht auf diese Reihenfolge beschränkt.
Es ist zu beachten, dass die Objektivlinseneinheit 32, die mindestens die vordere Linsengruppe G1, die hintere Linsengruppe G2 und die Blende 42 aufweist, das optische Filter 44 und das Deckglas 40 beinhalten kann und eine Konfiguration, in der ein optisches Element ohne optische Kraft hinzugefügt ist, enthalten sein kann.
Daher sind in einer Ausführungsform die vordere Linsengruppe G1, die hintere Linsengruppe G2, das Deckglas 40 und die Blende 42 bereitgestellt. In einer anderen Ausführungsform sind eine vordere Linsengruppe G1, eine hintere Linsengruppe G2, ein Deckglas 40, eine Blende 42 und ein optisches Filter 44 bereitgestellt. In einer anderen Ausführungsform sind eine vordere Linsengruppe G1, eine hintere Linsengruppe G2, eine Blende 42 und ein optisches Filter 44 bereitgestellt.
Die vordere Linsengruppe G1 ist eine Linsengruppe mit negativer Brechkraft auf der Objektseite in Bezug auf die Blende 42. Die vordere Linsengruppe G1 beinhaltet mindestens eine Negativlinse L1 mit einer konkaven Fläche, die der Bildflächenseite zugewandt ist, und eine Positivlinse L2 mit einer konvexen Fläche, die der Objektseite zugewandt ist. Die Beschreibung, wonach die vordere Linsengruppe G1 mindestens die Negativlinse L1 und die Positivlinse L2 beinhaltet, bedeutet, dass andere Linsen im Wesentlichen ohne optische Leistung enthalten sein können.
Die hintere Linsengruppe G2 ist eine Linsengruppe mit positiver Brechkraft auf der Bildflächenseite in Bezug auf die Blende 42. Die hintere Linsengruppe G2 beinhaltet mindestens eine Positivlinse L3 mit einer konvexen Fläche, die der Bildfläche zugewandt ist, und eine verkittete Linse 46, bei der eine Positivlinse L4 und eine Negativlinse L5 verkittet sind. Die Beschreibung, wonach die hintere Linsengruppe G2 mindestens die Positivlinse L3 und die verkittete Linse 46 beinhaltet, bedeutet, dass andere Linsen im Wesentlichen ohne optische Leistung enthalten sein können.
Gemäß einer Ausführungsform weist, wie 2 zeigt, die Negativlinse L1 eine ebene Fläche auf der Objektseite, die Positivlinse L2 eine ebene Fläche auf der Bildflächenseite, die Positivlinse L3 eine ebene Fläche auf der Objektseite, die Positivlinse L4 eine konvexe Fläche auf der Bildflächenseite und eine konvexe Fläche auf der Objektseite und die Negativlinse L5 eine konkave Fläche auf der Bildflächenseite und eine konkave Fläche auf der Objektseite auf.
In der Objektivlinseneinheit 32, die die vordere Linsengruppe G1 und die hintere Linsengruppe G2 mit einer derartigen Konfiguration beinhaltet, sind, wenn die Brennweite der vorderen Linsengruppe G1 f_F ist, die Brennweite der hinteren Linsengruppe G2 f_R. ist und die Brennweite der Positivlinse L3, die die der Blende 42 am nächsten liegende Linse in der hinteren Linsengruppe G2 ist, f₃ ist, die Form, die Größe und die Anordnungsposition jeder Linse derart eingestellt, dass folgende Ausdrücke (1) und (2) gelten. $- 1,6 < f_{F} {/f}_{R} < - 1,2$
$- 1,3 < f_{3} {/f}_{F} < - 0,7$
Die Objektivlinseneinheit 32, für die die vorstehenden Ausdrücke (1) und (2) gelten, kann eine derartige längliche Konfiguration aufweisen, dass zugehörige Elemente wie die Lichtquellenvorrichtung 34 und eine Kühleinheit am distalen Endabschnitt 12 des Endoskops 10 bereitgestellt werden können, während eine wünschenswerte optische Leistung aufrechterhalten wird. Damit zu diesem Zeitpunkt der Bildsensor 30 am distalen Endabschnitt 12 mit einer kleinen Endoskopgröße das Sichtfeld erweitert und das biologische Gewebe wirksam abbildet, beträgt der Sichtwinkel gemäß einer Ausführungsform vorzugsweise 100 Grad oder mehr und etwa 170 Grad oder weniger. Wenn die Objektivlinseneinheit länglich ist, neigt der Betrachtungswinkel im Allgemeinen dazu, sich zu verengen; die Objektivlinseneinheit 32, für die die Ausdrücke (1) und (2) gelten, kann jedoch selbst dann ein weites Sichtfeld aufweisen, wenn sie in einer länglichen Form hergestellt ist.
Wenn f_F/f_R auf-1,6 oder weniger eingestellt ist, wird die negative Brechkraft der vorderen Linsengruppe G1 (im Folgenden wird die Brechkraft als Kraft bezeichnet) schwach und der Betrachtungswinkel enger. Um den Betrachtungswinkel zu erweitern, kann der Außendurchmesser der vorderen Linsengruppe G1 vergrößert werden; dies erschwert jedoch ein längliches Ausbilden der Objektivlinseneinheit 32.
Wenn andererseits f_F/f_R auf-1,2 oder mehr eingestellt ist, wird die positive Kraft der hinteren Linsengruppe G2 derart schwach, dass die Gesamtlänge der Objektivlinseneinheit 32 lang wird, und dies ist nicht zu bevorzugen, wenn der Bildsensor 30 und die Objektivlinseneinheit 32 am kleinen distalen Endabschnitt 12 angeordnet sind.
Unter dem vorstehenden Gesichtspunkt ist f_F/f_R kleiner als -1,2, vorzugsweise-1,25 oder weniger, bevorzugter -1,3 oder weniger und besonders bevorzugt -1,35 oder weniger. Ferner ist f_F/f_R größer als -1,6, vorzugsweise -1,55 oder mehr und bevorzugter -1,51 oder mehr.
Wenn f₃/f_F auf -0,7 oder mehr eingestellt ist, steigt die Kraft der Positivlinse L3, die der Objektseite in der hinteren Linsengruppe G2 am nächsten liegt, und dies kann häufig zu einer größeren Änderung der asymmetrischen Bildflächenkrümmung der gesamten Objektivlinseneinheit 32 aufgrund der Exzentrizität der Positivlinse L3 führen. Da ferner die negative Kraft der vorderen Linsengruppe G1 schwach wird, wird die Brennweite der vorderen Linsengruppe G1 lang und wird dementsprechend die Brennweite der hinteren Linsengruppe G2 lang und die Austrittsblendendistanz kurz. Unter diesem Gesichtspunkt ist f₃/f_F weniger als -0,7 und ist f₃/f_F vorzugsweise -0,75 oder weniger und bevorzugter -0,8 oder weniger.
Wenn andererseits f₃/f_F auf -1,3 oder weniger eingestellt ist, wird, da die positive Kraft der Positivlinse L3, die dem Objekt in der hinteren Linsengruppe G2 am nächsten liegt, geschwächt wird, die Abbildungsvergrößerung erhöht, und dies führt zu einer größeren Änderung der asymmetrischen Bildflächenkrümmung des gesamten Systems der Objektivlinseneinheit 32 aufgrund der durch die Exzentrizität der vorderen Linsengruppe G1 verursachten Änderung des Lichtstrahls. Da ferner die negative Kraft der vorderen Linsengruppe G1 erhöht ist, wird es schwierig, die in der vorderen Linsengruppe G1 auftretende Komaaberration und Verzerrungsaberration zu korrigieren. Unter diesem Gesichtspunkt ist f₃/f_F größer als -1,3, vorzugsweise -1,2 oder mehr, bevorzugter -1,1 oder mehr und vorzugsweise -1,0 oder mehr.
Wenn darüber hinaus der Durchschnittswert (einfacher Durchschnittswert) der Brennweiten der Positivlinsen in der Objektivlinseneinheit 32 fp ist und die Brennweite des gesamten Systems der Objektivlinseneinheit 32 f ist, ist zu bevorzugen, dass die Form, die Größe und die Anordnungsposition jeder Linse derart eingestellt werden, dass der folgende Ausdruck (3) gilt. $f_{P} /f < 2,5$
Wenn f_P/f 2,5 oder mehr ist, wird die Kraft der Positivlinse in der Objektivlinseneinheit 32 klein und die Vergrößerung ändert sich stark. Aus diesem Grund ist die Änderung der Brennweite des gesamten Systems der Objektivlinseneinheit 32, die durch die Dicke der Positivlinse oder die Änderung der Distanz zwischen den Linsen vorne und hinten in Richtung der optischen Achse AX der Blende 42 verursacht wird, groß, und dies kann häufig zu einer großen Änderung des Betrachtungswinkels führen. Unter diesem Gesichtspunkt ist f_P/f vorzugsweise weniger als 2,5, bevorzugter 2,0 oder weniger und noch bevorzugter 1,9 oder weniger.
Obwohl keine Beschränkung für das Minimum von f_P/f vorliegt, beträgt fp/f gemäß einer Ausführungsform 1,65 oder mehr und gemäß einer Ausführungsform 1,7 oder mehr.
Wenn die Brennweite der Positivlinse L2 in der Objektivlinseneinheit 32 auf f₂ eingestellt ist, ist außerdem zu bevorzugen, dass die Form, die Größe und die Anordnungsposition der Linse derart eingestellt werden, dass folgender Ausdruck (4) gilt. $2,0 < f_{2} /f < 3,0$
Wenn f₂/f auf 3,0 oder mehr eingestellt ist, wird die Kraft der Positivlinse L2 derart schwach, dass die negative Kraft der vorderen Linsengruppe G1 steigt, und dies kann häufig zu einer großen Änderung der Bildflächenkrümmung aufgrund der Exzentrizität der vorderen Linsengruppe G1 führen. Da alternativ dazu die Vergrößerung der hinteren Linsengruppe G2 erhöht wird, wird die Änderung der Brennweite des gesamten Systems der Objektivlinseneinheit 32, die durch die Änderung der Distanz zwischen den Linsen vorne und hinten in Richtung der optischen Achse AX der Blende 42 verursacht wird, groß, und dies kann häufig zu einer großen Änderung des Betrachtungswinkels führen. Unter diesem Gesichtspunkt ist f₂/f vorzugsweise weniger als 3,0, bevorzugter 2,9 oder weniger, noch bevorzugter 2,7 oder weniger und besonders bevorzugt 2,65 oder weniger.
Wenn f₂/f2,0 oder weniger ist, wird die Kraft der Positivlinse L2 der vorderen Linsengruppe G1 stärker, der Krümmungsradius der konvexen Fläche der Positivlinse L2 kleiner, und die Bildflächenkrümmung wird aufgrund der eigenen Exzentrizität der Positivlinse der vorderen Linsengruppe G1 erhöht. Unter diesem Gesichtspunkt ist f₂/f vorzugsweise größer als 2,0, bevorzugter 2,1 oder mehr, noch bevorzugter 2,2 oder mehr und besonders bevorzugt 2,3 oder mehr.
Gemäß einer Ausführungsform ist es, wie 2 zeigt, zu bevorzugen, dass die Negativlinse L1 und die Positivlinse L2 in der Reihenfolge ab der Objektseite in der vorderen Linsengruppe G1 angeordnet sind. Die Positivlinse L2 ist eine Positivlinse mit einer konvexen Fläche, die der Objektseite zugewandt ist, und, da eine ebene Fläche so eingerichtet werden kann, dass sie der Bildflächenseite zugewandt ist, kann eine Änderung der Vergrößerung der hinteren Linsengruppe G2 aufgrund einer Änderung der Linsendicke, das heißt, einer Änderung des Sichtfelds unterdrückt werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist, wie in 2 dargestellt, die Positivlinse L3 eine ebene Fläche auf der Objektseite auf, und die verkittete Linse 46 wird durch Verkitten der Positivlinse L4 mit einer konvexen Fläche auf der Objektseite und der Negativlinse L5 mit einer konkaven Fläche auf der Bildflächenseite gebildet. Mit anderen Worten ist die Objektseitenfläche der verkitteten Linse 46 eine Fläche der Positivlinse L4 mit einer konvexen Fläche, die der Objektseite zugewandt ist, und die Bildflächenseite der verkitteten Linse ist eine Fläche der Negativlinse L5 mit einer konkave Fläche, die der Bildflächenseite zugewandt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist es in der hinteren Linsengruppe G2 zu bevorzugen, dass die Positivlinse L3 und die verkittete Linse 46, die die Positivlinse L4 und die Negativlinse 5 beinhaltet, in der Reihenfolge ab der Objektseite angeordnet sind.
Indem die Objektseitenfläche der Positivlinse L3 zu einer ebenen Fläche gemacht wird, kann eine Änderung der Vergrößerung der hinteren Linsengruppe G2 aufgrund einer Änderung der Linsendicke, das heißt, einer Änderung des Betrachtungswinkels, unterdrückt werden. Des Weiteren kann durch Verwendung einer verkitteten Linse 46, die eine Positivlinse L4 mit der konvexen Fläche, die der Objektseite zugewandt ist, und eine Negativlinse L5, die mit der Positivlinse L4 verkittet ist, kombiniert, die chromatische Aberration korrigiert werden, während Änderungen des Emissionswinkels zur verkitteten Linse 46 unterdrückt werden.
Gemäß einer Ausführungsform, vorzugsweise wie 2 zeigt, sind in der vorderen Linsengruppe G1 die Linsen L1 und L2 derart angeordnet, dass die konkave Fläche auf der Bildflächenseite der Negativlinse L1 und die konvexe Fläche auf der Objektseite der Positivlinse L2 derart nebeneinander liegen, dass sie einander zugewandt sind, und sind in der hinteren Linsengruppe G2 die Positivlinse L3 und die verkittete Linse 46 derart angeordnet, dass die konvexe Fläche auf der Bildseite der Positivlinse L3 und die konvexe Fläche auf der Objektseite der Positivlinse L4 der verkitteten Linse 46 derart nebeneinander liegen, dass sie einander zugewandt sind.
(Erste bis vierte Ausführungsform)
Spezifische numerische Beispiele für die Objektivlinseneinheit 32, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, sind in den folgenden Tabellen 1 bis 4 beschrieben (erste bis vierte Ausführungsform).
Andererseits sind ein Linsenkonfigurationsdiagramm und verschiedene Aberrationsdiagramme der Objektivlinseneinheit 32 in den 3 bis 6 dargestellt. Die 3 bis 6(a) zeigen die Blende 42 nicht. Die 3 bis 6(b) bis (e) zeigen verschiedene Aberrationsdiagramme der ersten bis vierten Ausführungsform. Die Konfigurationen der ersten bis dritten Ausführungsform entsprechen der Abbildung in 2. 7 ist ein Diagramm, das Konfigurationsinformationen in den Spezifikationen der ersten bis dritten Ausführungsform zeigt. Die Linsenkonfiguration der vierten Ausführungsform entspricht der Abbildung in 8. 8 ist ein Diagramm, das Konfigurationsinformationen in der Spezifikation der vierten Ausführungsform zeigt.
Von den Aberrationsdiagrammen in den 3 bis 6(b) bis (e) zeigt (b) die sphärische Aberration und die axiale chromatische Aberration an der Linie d (588 nm), der Linie g (436 nm) und der Linie C (656 nm). (c) zeigt die chromatische Aberration der Vergrößerung an der Linie d, der Linie g und der Linie C. In (b) und (c) gibt die durchgezogene Linie die Aberration an der Linie d, die gepunktete Linie die Aberration an der Linie g und die abwechselnde lange und kurze Strichlinie die Aberration an der Linie C an. (d) zeigt den Astigmatismus. In (d) gibt die durchgezogene Linie die Sagittalkomponente (S) und die gepunktete Linie die Meridiankomponente (M) an. (e) zeigt die Verzerrungsaberration. Das in den Aberrationsdiagrammen angegebene Fe steht für eine gültige Blendenzahl. Y steht für eine Bildhöhe.
In den 3 bis 6(b) bis (d) steht die vertikale Achse für die Bildhöhe (mm) und die horizontale Achse für den Aberrationsbetrag (mm). In den 3 bis 6(e) steht die vertikale Achse für die Bildhöhe (mm) und die horizontale Achse für die Verzerrungsrate.
Die Spezifikationen der ersten Ausführungsform entsprechen der Beschreibung in der folgenden Tabelle 1. 3(a) zeigt die Konfiguration, und die 3(b) bis 3(e) zeigen verschiedene Aberrationsdiagramme der ersten Ausführungsform. In Tabelle 1 steht NO für die Fläche des optischen Elements, etwa der Linse, der Blende, des optisches Filters, des Deckglases usw., die 7 zeigt, R für den Krümmungsradius (mm) der Fläche und D für die Distanz (mm) von jeder Fläche zu der Fläche neben der Bildflächenseite entlang der optischen Achse AX. Beim Krümmungsradius R steht ein positiver Wert für eine zur Objektseite hin konvexe Fläche, und ein negativer Wert von R steht für eine zur Bildflächenseite hin konvexe Fläche. In Tabelle 1 sind die Distanzen D von NO1 bis NO12 die in 7 definierten Distanzen D1 bis D12. N(d) steht für den Brechungsindex an der Linie d, und vd steht für die dazugehörige Abbe-Zahl. f in Tabelle 1 steht für die Brennweite (mm) des gesamten Systems der Objektivlinseneinheit 32. Die in Tabelle 1 beschriebene erste Ausführungsform beinhaltet sieben Linsen, optische Filter und Deckgläser. In den Tabellen 2 und 3 wird jede Spezifikation im gleichen Format beschrieben wie in Tabelle 1.

[Tabelle 1]

NO	R	D		N(d)	vd
1	UNENDLICH	0,240		1,88300	40,8
2	0,765	0,490
3	1,786	1,200		1,77250	49,6
4	UNENDLICH	0,000
5 Blende	UNENDLICH	0,024
6	UNENDLICH	0,240		1,52249	59,8
7	UNENDLICH	0,682		1,77250	49,6
8	-1,324	0,040
9	2,734	0,823		1,72916	54,7
10	-1,012	0,400		1,84666	23,8
11	5,849	1,109
12	UNENDLICH	0,320		1,52249	59,8
13	UNENDLICH	-
Gültige Blendenzahl			6,3
Fe			6,3
Brennweite f			1,00
Vergrößerung			-0,121
Halber Sichtwinkel (Grad)			74
Bildhöhe (mm)			1,08

Die Spezifikationen der zweiten Ausführungsform entsprechen der Beschreibung in der folgenden Tabelle 2. Die 4(b) bis (e) zeigen verschiedene Aberrationsdiagramme der zweiten Ausführungsform.
[Tabelle 2]

NO	R	D		N(d)	vd
1	UNENDLICH	0,470		1,88300	40,8
2	0,783	0,456
3	1,907	1,221		1,77250	49,6
4	UNENDLICH	0,000
5 Blende	UNENDLICH	0,024
6	UNENDLICH	0,392		1,54200	63,8
7	UNENDLICH	0,622		1,77250	49,6
8	-1,450	0,217
9	2,378	1,176		1,72916	54,7
10	-1,064	0,549		1,84666	23,8
11	4,661	0,722
12	UNENDLICH	0,314		1,52249	59,8
13	UNENDLICH	-
Gültige Blendenzahl			6,3
Fe			6,3
Brennweite f			1,00
Vergrößerung			-0,122
Halber Sichtwinkel (Grad)			72,5
Bildhöhe (mm)			1,06

Die Spezifikationen der dritten Ausführungsform entsprechen der Beschreibung in der folgenden Tabelle 3. Die 5(b) bis (e) zeigen verschiedene Aberrationsdiagramme der dritten Ausführungsform.
[Tabelle 3]

NO	R	D		N(d)	vd
1	UNENDLICH	0,472		1,88300	40,8
2	0,775	0,464
3	2,009	1,259		1,77250	49,6
4	UNENDLICH	0,000
5 Blende	UNENDLICH	0,024
6	UNENDLICH	0,394		1,54200	63,8
7	UNENDLICH	0,614		1,77250	49,6
8	-1,434	0,212
9	2,444	1,181		1,72916	54,7
10	-1,093	0,551		1,84666	23,8
11	4,436	0,767
12	UNENDLICH	0,315		1,52249	59,8
13	UNENDLICH	-
Gültige Blendenzahl			6,3
Fe			6,3
Brennweite f			1,00
Vergrößerung			-0,121
Halber Sichtwinkel (Grad)			73,1
Bildhöhe (mm)			1,07

Die Spezifikationen der vierten Ausführungsform entsprechen der Beschreibung in der folgenden Tabelle 4. 6(a) zeigt eine Konfiguration, und die 6(b) bis 6(e) zeigen verschiedene Aberrationsdiagramme der vierten Ausführungsform. In Tabelle 4 steht NO für die Fläche des optischen Elements, etwa der Linse, der Blende, des optisches Filters, des Deckglases usw., die 8 zeigt, R für den Krümmungsradius (mm) der Fläche und D für die Distanz (mm) von jeder Fläche zu der Fläche neben der Bildflächenseite entlang der optischen Achse AX. Beim Krümmungsradius R steht ein positiver Wert für eine zur Objektseite hin konvexe Fläche und ein negativer Wert für eine zur Bildflächenseite hin konvexe Fläche. In Tabelle 4 sind die Distanzen D von NO1 bis NO13, die in 8 definierten Distanzen D1 bis D13. N(d) steht für den Brechungsindex an der Linie d, und vd steht für die dazugehörige Abbe-Zahl. In der in Tabelle 4 gezeigten vierten Ausführungsform sind sieben optische Elemente bereitgestellt. f steht für die Brennweite (mm) des gesamten Systems der Objektivlinseneinheit 32. In der vierten Ausführungsform ist, wie 8 zeigt, zwischen der Negativlinse L5 und dem Deckglas 40 anstelle des in 7 gezeigten optischen Filters 44 ein optisches Filter 45 vorgesehen.

[Tabelle 4]

NO	R	D		N(d)	vd
1	UNENDLICH	0,472		1,88300	40,8
2	0,784	0,456
3	2,014	1,258		1,77250	49,6
4	UNENDLICH	0,000
5 Blende	UNENDLICH	0,024
6	UNENDLICH	0,998		1,77250	49,6
7	-1,370	0,157
8	2,425	0,975		1,72916	54,7
9	-1,045	0,550		1,84666	23,8
10	4,480	0,079
11	UNENDLICH	0,393		1,54200	63,8
12	UNENDLICH	0,549
13	UNENDLICH	0,314		1,52249	59,8
14	UNENDLICH	-
Gültige Blendenzahl			6,2
Fe			6,2
Brennweite f			1,00
Vergrößerung			-0,121
Halber Sichtwinkel (Grad)			72,2
Bildhöhe (mm)			1,07

Wie aus den in den 3 bis 6(b) bis (e) gezeigten Aberrationsdiagrammen hervorgeht, lässt sich feststellen, ob eine der Aberrationseigenschaften der ersten bis vierten Ausführungsform wünschenswerte Eigenschaften aufweist.

Die Werte für die Bedingungsausdrücke der ersten bis vierten Ausführungsform sind in der folgenden Tabelle 5 beschrieben.
[Tabelle 5]

	Erste Ausführungsform	Zweite Ausführungsform	Dritte Ausführungsform	Vierte Ausführungsform
f_F/f_R	-1,51	-1,45	-1,35	-1,38
f₃/f_F	-0,82	-0,97	-1,02	-0,97
f_P/f	1,71	1,84	1,89	1,82
f₂/f	2,31	2,47	2,60	2,61

Wie in Tabelle 5 beschrieben, gelten für die erste bis vierte Ausführungsform die vorstehenden Ausdrücke (1) und (2).
Somit kann die Objektivlinseneinheit, für die die vorstehenden Ausdrücke (1) und (2) gelten, gute Aberrationseigenschaften aufrechterhalten, während der Durchmesser der Objektivlinseneinheit verringert wird. Daher wird eine längliche Konfiguration verwirklicht, in der die Lichtquellenvorrichtung 34 und zugehörige Elemente am distalen Endabschnitt 12 des Endoskops angeordnet werden können.
Die Endoskopobjektivlinseneinheit und das Endoskop gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurden vorstehend beschrieben; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebene Konfiguration beschränkt, und im Rahmen des technischen Gedankens der vorliegenden Erfindung können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden.
Bezugszeichenliste

10: Endoskop
12: Distaler Endabschnitt
14: Erste flexible Röhre
16: Bedieneinheit
18: Zweite flexible Röhre
20: Anschluss
22: Prozessor
30: Bildsensor
32: Objektivlinseneinheit
34: Lichtquelleneinheit
40: Deckglas
42: Blende
44, 45: Optischer Filter
46: Verkittete Linse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4245985 B2 [0005]

Claims

Endoskopobjektivlinseneinheit, umfassend mindestens eine vordere Linsengruppe mit negativer Brechkraft, eine Blende und eine hintere Linsengruppe mit positiver Brechkraft in der Reihenfolge ab einer Objektseite, wobei die vordere Linsengruppe mindestens eine Negativlinse mit einer konkaven Fläche, die einer Bildflächenseite zugewandt ist, und eine Positivlinse mit einer konvexen Fläche, die der Objektseite zugewandt ist, beinhaltet, die hintere Linsengruppe mindestens eine Positivlinse mit einer konvexen Fläche, die der Bildflächenseite zugewandt ist, und eine verkittete Linse, in der eine Positivlinse und eine Negativlinse verkittet sind, beinhaltet und falls eine Brennweite der vorderen Linsengruppe f_F ist, eine Brennweite der hinteren Linsengruppe f_R ist und eine Brennweite einer Positivlinse in der hinteren Linsengruppe, die der Blende am nächsten liegt, f₃ ist, folgende Ausdrücke (1) und (2) gelten: $- 1,6 < f_{F} {/f}_{R} < - 1,2;$
und $- 1,3 < f_{3} {/f}_{F} < - 0,7.$
Endoskopobjektivlinseneinheit nach Anspruch 1, wobei falls eine durchschnittliche Brennweite von Positivlinsen in der Endoskopobjektivlinseneinheit f_P ist und eine Brennweite des gesamten Systems der Endoskopobjektivlinseneinheit f ist, ein folgender Ausdruck (3) gilt: $f_{P} /f < 2,5.$
Endoskopobjektivlinseneinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei falls eine Brennweite der Positivlinse in der vorderen Linsengruppe f₂ ist und eine Brennweite des gesamten Systems der Endoskopobjektivlinseneinheit f ist, ein folgender Ausdruck (4) gilt: $2,0 < f_{2} /f < 3,0.$
Endoskopobjektivlinseneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die vordere Linsengruppe eine Konfiguration aufweist, bei der die Negativlinse und die Positivlinse in der Reihenfolge ab der Objektseite angeordnet sind.
Endoskopobjektivlinseneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Positivlinse in der hinteren Linsengruppe mit der konvexen Fläche, die der Bildflächenseite zugewandt ist, auf der Objektseite eine ebene Fläche aufweist und die verkittete Linse eine Linse ist, in der eine Positivlinse mit einer konvexen Fläche, die der Objektseite zugewandt ist, und eine Negativlinse mit einer konkaven Fläche, die der Bildflächenseite zugewandt ist, verkittet sind, und die hintere Linsengruppe eine Konfiguration aufweist, bei der die Positivlinse mit der konvexen Fläche, die der Bildfläche zugewandt ist, und die verkittete Linse in der Reihenfolge ab der Objektseite angeordnet sind.
Endoskop, umfassend: die Endoskopobjektivlinseneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5; einen Bildsensor, der ein durch die Endoskopobjektivlinseneinheit gebildetes Objektbild empfängt; und eine Lichtquelleneinheit, die das Objekt beleuchtet.