JP4383107B2 - 対物光学系 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、変倍機能を有する対物光学系に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、医療用の内視鏡には、先端の端部に対物光学系の第1レンズを設け、この第1レンズの光軸上に直線状に他のレンズやCCD等の撮像素子を並べる直視型と、内視鏡先端の側部に同第1レンズを設け、この第1レンズの光軸をプリズム等で曲げてその曲折光軸上に他のレンズやCCDを並べる側視(斜視)型とがあり、体内への挿入場所の違いや検査目的の違いに応じて、使い分けられている。
両者の内視鏡も共に、患者の負担軽減を図るためにも、外径の小型化が望まれている。当然そのためには対物光学系の小型化を求められる。
【0003】
この側視型内視鏡では、プリズム等の光軸方向変換光学素子が一般に必要であり、内視鏡の細径化を阻害しないためには、この光軸方向変換素子は第1レンズに近く、かつ光線高の低い、明るさ絞りに近接していることが望ましい。
このような側視型内視鏡の対物光学系として、例えば、特許文献1に記載されている光学系が知られている。これら実施例は、物体面から順に、負の屈折力の第1レンズ群と、プリズムと、明るさ絞りと、正の屈折力の第2レンズ群より構成されている。
【0004】
さらに、内視鏡の中でも、病変部を近接拡大し、微細構造を観察することで、微小病変の浸潤の度合いや切除範囲の診断を目的とした、いわゆる拡大内視鏡が注目されている。この拡大内視鏡の側視型の対物光学系として、例えば、特許文献2に記載されている光学系が知られている。これら実施例は、物体側より順に、負の屈折力の第1レンズ群と明るさ絞りと正の屈折力の移動レンズ群より構成され、移動レンズ群が光軸上を明るさ絞りに向かって移動することにより、焦点距離が長くなると同時に合焦位置が近接距離になり、望遠端では拡大像が得られる。すなわち、一操作で、変倍と合焦作用を同時に行うレンズ系が実現されている。
【0005】
【特許文献1】
特開昭51−62053号公報(第2−6頁、第1−9図)
【特許文献2】
特開平1−279219号公報(第4−8頁、第1−4図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の対物光学系において、特許文献1に記載されている側視型の拡大内視鏡用の対物光学系は、移動レンズ群が明るさ絞りから一番離れる広角端で移動レンズ群の光線高が上がるためにレンズ径が大きくなる。それにも関わらず、いずれも望遠端で光軸方向変換光学素子や明るさ絞りのすぐ後まで移動レンズ群が接近する。
また、特許文献2に記載されている側視型の拡大内視鏡用の対物光学系は、第1レンズ群と移動レンズ群との間に、プリズムが設けられている。側視型の電子内視鏡において、CCD等の撮像素子は内視鏡の外壁面スレスレではなく、耐性上ある程度内側に収まっている必要があり、そのため、第1レンズの光軸を光軸方向変換光学素子により折り曲げた後の光軸は、内視鏡のある程度内部に構成していることが必要になる。また、鏡枠構造上、明るさ絞りの後のレンズを収める鏡枠の内径は、第1レンズを受ける枠があるために、ある程度の距離は小径にする必要がある。
したがって、ある程度の大きい光軸方向変換素子が入っていて、かつ移動レンズ群のレンズ径の大きい、拡大内視鏡用の対物光学系を達成することは、枠設計、製品耐性上困難であるばかりか、光学性能も犠牲にされるという課題があった。
【0007】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、プリズム等の光軸方向変換素子の後にある明るさ絞りから移動レンズ群まで充分な距離を確保しつつ、高倍率が得られる対物光学系を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
請求項1に係る発明は、物体側より順に、負の屈折力を有する固定の第1レンズ群と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する固定の第2レンズ群と、光軸上を移動する移動レンズ群とを備え、レンズ群としてはこれら3つのレンズ群からなる対物光学系であって、前記第1レンズ群の像側端面から、望遠端での前記移動レンズ群の物体側端面までの空気換算長をDL(mm)とし、広角端における全系の焦点距離をfW(mm)とし、前記移動レンズ群の物体側端面から前側主点位置までの距離をDVH(mm)とすると、2≦DL/fW≦6かつ−2≦DVH/fW≦0.37の条件を満たすことを特徴とする。
【0009】
この発明によれば、第1レンズ群の像側端面から、望遠端での移動レンズ群の物体側端面までの空気換算長をDL(mm)とし、広角端における全系の焦点距離をfW(mm)とし、移動レンズ群の物体側端面から前側主点位置までの距離をDVH(mm)とすると、2≦DL/fW≦6の条件を満たすことにより、第1レンズ群と移動レンズ群との距離が最も近づく望遠端においても、第1レンズ群と十分な距離を確保され、これによって移動レンズ群の望遠端においても光軸方向変換素子が入り、明るさ絞り近傍の径の小さい枠に対しても余裕のある距離が確保されることとなる。
しかしながら、DL/fWが2より小さくなると、光軸方向変換素子や明るさ絞り近傍の径の小さい枠が収まるスペースを確保することができなくなる。また、DL/fWが6より大きくなると、上記スペースを確保する以上に余分なスペースが空いているため、必要以上に光学系の全長が長くなり、さらに、第2レンズ群が大径化する。
【0010】
また、−2≦DVH/fW≦0.37の条件を満たすことにより、第1レンズ群と移動レンズ群との間に距離があっても、移動レンズ群の前側主点位置が移動レンズ群の物体側端面と略同位置もしくはその前側に設定されるため、望遠端における倍率が大きくなる。
ここで、本発明の対物光学系の移動レンズ群は、望遠端で倍率を稼ぐために全体で正の屈折力を持ち、構成として負の屈折力を持つ第1レンズ群と正の屈折力を持つ第2レンズ群を基本構成にすることで、移動レンズ群の前側主点位置を物体側端と略同位置もしくは前側に設定している。
しかしながら、DVH/fWが−2より小さくなると、移動レンズ群の負の屈折力が大きくなりすぎて、バックフォーカスが長くなり、光学系全長が長くなる。また、DVH/fWが0.37より大きくなると、望遠端の倍率を大きくすることが困難となる。
【0011】
請求項2に係る発明は、請求項1記載の対物光学系において、前記移動レンズ群の焦点距離fV(mm)は、2.5≦fV/fW≦4の条件を満たすことを特徴とする。
【0012】
この発明によれば、移動レンズ群の焦点距離fV(mm)が、2.5≦fV/fW≦4の条件を満たすことにより、望遠端の倍率を確保しつつ、対物光学系の全長を短縮することとなる。
しかしながら、fV/fWが2.5より小さいと、バックフォーカスが短くなりすぎてピント調整する間隔を十分確保できなくなる。また、fV/fWが4より大きいと、対物光学系の全長が長くなる。
【0013】
請求項3に係る発明は、請求項1または2記載の対物光学系において、
前記移動レンズ群の望遠端における倍率βVTは、−1.2≦βVT≦−0.83の条件を満たすことを特徴とする。
【0014】
この発明によれば、移動レンズ群の望遠端における倍率βVTが、−1.2≦βVT≦−0.83の条件を満たすことにより、物点距離の一番近い望遠端において、十分な光学倍率が確保されることとなる。
しかしながら、βVTが−1.2より小さくなると、物点距離が離れてしまい全系の倍率が小さくなる。また、βVTが−0.83より大きくなると、移動レンズ群の望遠端における倍率が小さくなり、全系の倍率を十分に確保することができない。
【0015】
請求項4に係る発明は、請求項1から3のいずれかに記載の対物光学系において、前記移動レンズ群は、少なくとも正の屈折力を有するレンズと、負の屈折力を有するレンズとを前記先端部から順に備えていることを特徴とする。
【0016】
この発明によれば、移動レンズ群が、少なくとも正の屈折力を有するレンズと、負の屈折力を有するレンズとを先端部から順に備えていることにより、移動レンズ群がテレフォトに近い構成となって前側主点位置が前方に繰り出され、望遠端での高倍率が実現されることとなる。
【0017】
請求項5に係る発明は、請求項4記載の対物光学系において、前記移動レンズ群は、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとの間に別の正の屈折力を有するレンズを備えていることを特徴とする。
【0018】
この発明によれば、移動レンズ群が、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとの間に別の正の屈折力を有するレンズを備えていることにより、移動レンズ群がテレフォトに近い構成となって前側主点位置が前方に繰り出すと同時に、正の屈折力を有する2つのレンズによって屈折力を分散できるために、収差補正の自由度があがることとなる。
【0019】
請求項6に係る発明は、請求項1から5のいずれかに記載の対物光学系において、前記第1レンズ群の像側端面から前記明るさ絞り位置までの空気換算長DA(mm)は、1.674(mm)≦DA≦4(mm)の条件を満たすことを特徴とする。
【0020】
この発明によれば、第1レンズ群の像側端面から明るさ絞り位置までの空気換算長DA(mm)が、1.674(mm)≦DA≦4(mm)の条件を満たすことにより、光軸方向変換光学素子が挿入されるスペースが確保されるため、CCD等の撮像素子が小型化され、撮像素子の像高が小さくなっても、正の屈折力を有するレンズの光軸を光軸方向変換光学素子によって折り曲げた後の光軸が内視鏡の内側に構成されることとなる。
しかしながら、DA(mm)が1.674(mm)より小さくなると、光軸方向変換光学素子が挿入されるスペースが確保できなくなる。また、DA(mm)が4(mm)より大きくなると、光軸方向変換光学素子が挿入されるスペースに余分な空間が確保されるため、内視鏡の外形の仕様に影響を与えることとなる。
【0021】
請求項7に係る発明は、請求項1から6のいずれかに記載の対物光学系において、前記明るさ絞りと前記移動レンズ群との間に、赤外カットフィルタが設けられていることを特徴とする。
【0022】
この発明によれば、明るさ絞りと移動レンズ群との間に赤外カットフィルタが設けられていることにより、対物光学系の全長を短縮したまま赤外光が遮断されることとなる。
【0023】
請求項8に係る発明は、請求項1から7のいずれかに記載の対物光学系において、望遠端における全系の焦点距離fT(mm)は、2(1/mm)≦DL/(fW・fT)≦4(1/mm)の条件を満たすことを特徴とする。
【0024】
この発明によれば、望遠端における全系の焦点距離fT(mm)が、2(1/mm)≦DL/(fW・fT)≦4(1/mm)の条件を満たすことにより、望遠端において、第1レンズ群と移動レンズ群とが接近し、望遠端における全系の焦点距離が大きいことで高い倍率が得られやすくなる。
しかしながら、DL/(fW・fT)(1/mm)が2(1/mm)より小さくなると、光軸方向変換素子あるいは明るさ絞り赤外カットフィルタを設けるスペースが確保できなくなる。また、DL/(fW・fT)(1/mm)が4(1/mm)より大きくなると、望遠端における倍率が得られなくなる。
【0025】
請求項9に係る発明は、請求項1から8のいずれかに記載の対物光学系において、前記第1レンズ群と前記明るさ絞りとの間には、プリズムが設けられていることを特徴とする。
【0026】
この発明によれば、第1レンズ群と明るさ絞りとの間には、プリズムが設けられていることにより、プリズムが組立及び加工の取扱いが簡易であるため、コストのかからない対物光学系が実現されることとなる。
【0027】
【発明の実施の形態】
次に本発明の対物光学系の実施の形態を下記実施例にもとづき説明する。
【表1】
DL /fW=2.983,DVH /fW=−1.114,fV/fW=3.444,βVT=−1.15,DA=1.652,DL /(fW・fT)=2.033
【0028】
【表2】
DL /fW=4.910,DVH /fW=−1.788,fV/fW=3.365,βVT=−0.939,DA=3.89,DL /(fW・fT)=3.972
【0029】
【表3】
DL /fW=3.597,DVH /fW=0.386,fV/fW=3.25,βVT=−0.661,DA=2.18,DL /(fW・fT)=2.782
【0030】
【表4】
DL /fW=3.396,DVH /fW=0.094,fV/fW=3.364,βVT=−1.047,DA=2.076,DL /(fW・fT)=2.538
【0031】
【表5】
DL /fW=3.12,DVH /fW=−0.607,fV/fW=3.04,βVT=−0.83,DA=1.943,D L /(fW・fT)=2.665
【0032】
【表6】
DL /fW=3.404,DVH /fW=−0.184,fV/fW=3.211,βVT=−1.135,DA=2.094,D L /(fW・fT)=2.356
【0033】
【表7】
DL /fW=3.550,DVH /fW=−0.332,fV/fW=3.170,βVT=−1.120,DA=1.998,D L /(fW・fT)=2.520
【0034】
ただし、r1、r2、・・はレンズ各面の曲率半径、d1、d2、・・は各レンズの肉厚又はレンズ間隔、n1、n2、・・は各レンズの屈折率、ν1、ν2、・・は各レンズのアッベ数であり、D0は物体距離である。データ中長さの単位はmmである。
【0035】
[実施例1]
実施例1は図1に示す構成で、(a)は広角端、(b)は望遠端を示す。この実施例1は、図示するように物体側より順に、負の屈折力の第1レンズ群G1と、光軸方向変換素子P1と、正の屈折力の第2レンズ群G2と、正の屈折力の移動レンズ群GVとからなる。
第1レンズ群G1は負の単レンズで構成され、第2レンズ群G2は、物体側から順に負レンズと正レンズの接合レンズで構成され、移動レンズ群GVは物体側から順に正の単レンズと負の単レンズと正の単レンズで構成されている。その後方にあるフィルタF1は赤外域をカットするためのものであり、F2〜F3は撮像素子の撮像面の前に置かれたフィルタ類である。明るさ絞りSは光軸方向変換素子の後に配置されている。その時の収差図を広角端及び望遠端をそれぞれ図2及び図3に示す。このように収差は良好にとれていることがわかる。
【0036】
[実施例2]
実施例2は図4に示す構成で、(a)は広角端、(b)は望遠端を示す。基本的なレンズ構成は実施例1と同様である。その時の収差図を広角端及び望遠端をそれぞれ図5及び図6に示す。このように収差は良好にとれていることがわかる。
【0037】
[実施例3]
実施例3は図7に示す構成で、(a)は広角端、(b)は望遠端を示す。基本的なレンズ構成は実施例1と同様である。その時の収差図を広角端及び望遠端をそれぞれ図8及び図9に示す。このように収差は良好にとれていることがわかる。
【0038】
[実施例4]
実施例4は図10に示す構成で、(a)は広角端、(b)は望遠端を示す。基本的なレンズ構成は実施例1と同様である。その時の収差図を広角端及び望遠端をそれぞれ図11及び図12に示す。このように収差は良好にとれていることがわかる。
【0039】
[実施例5]
実施例5は図13に示す構成で、(a)は広角端(b)は望遠端を示す。基本的なレンズ構成は実施例1と同様である。その時の収差図を広角端及び望遠端をそれぞれ図14及び図15に示す。このように収差は良好にとれていることがわかる。
【0040】
[実施例6]
実施例6は図16に示す構成で、(a)は広角端(b)は望遠端を示す。基本的なレンズ構成は実施例1と同様である。その時の収差図を広角端及び望遠端をそれぞれ図17及び図18に示す。このように収差は良好にとれていることがわかる。
【0041】
[実施例7]
実施例7は図19に示す構成で、(a)は広角端(b)は望遠端を示す。基本的なレンズ構成は実施例1と同様である。その時の収差図を広角端及び望遠端をそれぞれ図20及び図21に示す。このように収差は良好にとれていることがわかる。
【0042】
次に、上記の構成からなる対物光学系の作用について説明する。
第1レンズ群の像側端面から移動レンズ群の物体側端面までの空気換算長をDL(mm)とし、広角端における全系の焦点距離をfw(mm)とし、移動レンズ群の物体側端面から前側主点位置までの距離をDVH(mm)とすると、2≦DL/fW≦6の条件を満たすことにより、第1レンズ群と移動レンズ群との距離が最も近づく望遠端においても、第1レンズ群と十分な距離を確保され、これによって移動レンズ群の望遠端においても光軸方向変換素子が入り、明るさ絞り近傍の径の小さい枠に対しても余裕のある距離が確保されることとなる。
【0043】
しかしながら、DL/fWが2より小さくなると、光軸方向変換素子や明るさ絞り近傍の径の小さい枠が収まるスペースを確保することができなくなる。また、DL/fWが6より大きくなると、上記スペースを確保する以上に余分なスペースが空いているため、必要以上に光学系の全長が長くなり、さらに、第2レンズ群が大径化する。
【0044】
また、−2≦DVH/fW≦0.37の条件を満たすことにより、第1レンズ群と移動レンズ群との間に距離があっても、移動レンズ群の前側主点位置が移動レンズ群の物体側端面と略同位置もしくはその前側に設定されるため、望遠端における倍率が大きくなる。
ここで、本発明の対物光学系の移動レンズ群は、望遠端で倍率を稼ぐために全体で正の屈折力を持ち、構成として負の屈折力を持つ第1レンズ群と正の屈折力を持つ第2レンズ群を基本構成にすることで、移動レンズ群の前側主点位置を物体側端と略同位置もしくは前側に設定している。
【0045】
しかしながら、DVH/fWが−2より小さくなると、移動レンズ群の負の屈折力が大きくなりすぎて、バックフォーカスが長くなり、光学系全長が長くなる。また、DVH/fWが0.37より大きくなると、望遠端の倍率を大きくすることが困難となる。
【0046】
ここで、本発明の対物光学系における第1レンズ群、第2レンズ群及び移動レンズ群を用いた像位置の合わせ方について、図22を用いて説明する。
負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、光軸上を移動する移動レンズ群GVとからなる対物光学系において、物点位置の変化に応じて移動レンズ群GVを(a)に示す遠点物体の広角端より(b)に示す近点物体の望遠端へ移動させる。さらに、この光学系においては、移動レンズ群GVが第1レンズ群G1に近づくほど高い光学倍率が得られる。その後、(c)に示すように移動レンズ群GVと第1レンズ群G1との距離を離すと、この光学系においては遠点側に物点位置が移動してしまう為、(b)のときの望遠端における物点位置を物点とした場合は、像位置が当然ずれてしまう。
そこで、(d)に示すように第1レンズ群G1と移動レンズ群GVとの間に正の屈折力を有する第2レンズ群G2を設けることにより、移動レンズ群GVと第1レンズ群G1とが多少離れていても、望遠端における物点位置でも像位置を合わせることが可能になる。
【0047】
また、移動レンズ群の焦点距離fV(mm)が、2.5≦fV/fW≦4の条件を満たすことにより、望遠端の倍率を確保しつつ、対物光学系の全長を短縮することとなる。しかしながら、fV/fWが2.5より小さいと、バックフォーカスが短くなりすぎてピント調整する間隔を十分確保できなくなる。また、fV/fWが4より大きいと、対物光学系の全長が長くなる。
【0048】
また、移動レンズ群の望遠端における倍率βVTが、−1.2≦βVT≦−0.83の条件を満たすことにより、物点距離の一番近い望遠端において、光学倍率が確保されることとなる。
しかしながら、βVTが−1.2より小さくなると、物点距離が離れてしまい全系の倍率を確保することができない。また、βVTが−0.83より大きくなると、移動レンズ群の望遠端における倍率が小さくなり、全系の倍率を確保することができない。
【0049】
ここで、本発明の対物光学系を簡単に考えるために、負、正の2群よりなり、負の群を固定し正の群を移動させて後群の倍率β2’を変化させる光学系の物点位置と焦点距離との関係を説明する。なお、この対物光学系は、可動部分は正の群のみであり、像面は固定と考える。
図23において、1を前群負のレンズ系、2を後群正のレンズ系とする。また、全系の焦点距離をF、前群負のレンズ系の焦点距離をF1、後群正のレンズ系の焦点距離をF2、広角端観察時の前群負のレンズ系の倍率をβ1’、後群正のレンズ系の倍率をβ2’、前群負のレンズ系から全系の後側焦点位置までの距離をLとすると、F及びLは次の式(1)及び(2)で表せる。
(1) F=F1β2’
(2) L=F1(1−β1’)+F2(2−β2’−1/β2’)
ここで、後群正のレンズ系を移動させてβ2’を変化させると、式(1)にしたがって焦点距離Fが変化し、式(2)にしたがって全長Lは変動し、β2’=−1のとき全長Lは最小になる。つまり、β2’=−1のときに、この光学系の一番近寄れる物点距離が得られるのである。
【0050】
任意のβ2’に対する前群負のレンズ系の前側焦点位置から物点までの距離をxとしたとき、β2’を特定の状態に設定して、その状態で後群正のレンズ系を動かして、β2’を変化させたときのxを求めることができる。
最長物点距離観察時である広角端における後群の倍率β2’=β2w’のときのxをxwとすると、xは次の式(3)にて表せる。
(3) x=[(F2/F1 2)(β2w’+1/β2w’−β2’−1/β2’)+1/xw]−1
ここで、β2’=−1のときのxをx0wとすると、x0wは次の式(4)で求められる。
(4) x0w=[1/xw+(F2/F1 2)(2+β2w’+1/β2w’)−1
【0051】
図24は、式(4)の関係を示したグラフである。ただし、縦軸を−x、横軸を−β2’とする。なお、xTは、望遠端における後群正のレンズ系の倍率β2’=β2T’のときのxである。
本発明において、望遠端で高倍率を達成するためには、次の式(5)
(5) β=β1’β2’
からわかるとおり、β2’を大きくし、かつ物体距離を短くすることが必要となる。
【0052】
また、移動レンズ群が、少なくとも正の屈折力を有するレンズと、負の屈折力を有するレンズとを先端部から順に備えていることにより、移動レンズ群がテレフォトに近い構成となって前側主点位置が前方に繰り出され、望遠端での高倍率が実現されることとなる。
【0053】
また、移動レンズ群が、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとの間に別の正の屈折力を有するレンズを備えていることにより、移動レンズ群がテレフォトに近い構成となって前側主点位置が前方に繰り出すと同時に、正の屈折力を有する2つのレンズによって屈折力を分散できるために、収差補正の自由度があがることとなる。
【0054】
また、第1レンズ群の像側端面から明るさ絞り位置までの空気換算長DA(mm)が、1.674(mm)≦DA≦4(mm)の条件を満たすことにより、光軸方向変換光学素子が挿入されるスペースが確保されるため、CCD等の撮像素子が小型化され、撮像素子の像高が小さくなっても、正の屈折力を有するレンズの光軸を光軸方向変換光学素子によって折り曲げた後の光軸が内視鏡の内側に構成されることとなる。
【0055】
しかしながら、DA(mm)が1.674(mm)より小さくなると、光軸方向変換光学素子が挿入されるスペースが確保できなくなる。また、DA(mm)が4(mm)より大きくなると、光軸方向変換光学素子が挿入されるスペースに余分な空間が確保されるため、内視鏡の外形の仕様に影響を与えることとなる。
【0056】
また、望遠端における全系の焦点距離fTが、2(1/mm)≦DL/(fW・fT)≦4(1/mm)の条件を満たすことにより、望遠端において、第1レンズ群と移動レンズ群とが接近し、望遠端における全系の焦点距離が大きいことで高い倍率が得られやすくなる。
しかしながら、DL/(fW・fT)(1/mm)が2(1/mm)より小さくなると、光軸方向変換素子あるいは明るさ絞り赤外カットフィルタを設けるスペースが確保できなくなる。また、DL/(fW・fT)(1/mm)が4(1/mm)より大きくなると、望遠端における倍率が得られなくなる。
【0057】
上記の構成によれば、プリズム等の視野変換光学素子の後にある明るさ絞りから移動レンズ群まで充分な距離を確保しつつ、高倍率を得ることができる。
【0058】
なお、明るさ絞りと移動レンズ群との間に赤外カットフィルタが設けられてもよい。明るさ絞りと移動レンズ群との間に赤外カットフィルタが設けられていることにより、対物光学系の全長を短縮したまま赤外光が遮断されることとなる。また、第1レンズ群と明るさ絞りとの間には、プリズムが設けられてもよい。第1レンズ群と明るさ絞りとの間には、プリズムが設けられていることにより、プリズムが組立及び加工の取扱いが簡易であるため、コストのかからない対物光学系が実現されることとなる。
【0059】
【発明の効果】
以上説明したこの発明の対物光学系においては、以下の効果を奏する。
請求項1に係る発明によれば、第1レンズ群の像側端面から、望遠端での移動レンズ群の物体側端面までの空気換算長をDL(mm)とし、広角端における全系の焦点距離をfW(mm)とし、移動レンズ群の物体側端面から前側主点位置までの距離をDVH(mm)とすると、2≦DL/fW≦6かつ−2≦D VH /f W ≦0.37の条件を満たすことにより、第1レンズ群と移動レンズ群との距離が最も近づく望遠端においても、第1レンズ群と十分な距離を確保され、これによって移動レンズ群の望遠端においても光軸方向変換素子が入り、明るさ絞り近傍の径の小さい枠に対しても余裕のある距離が確保されることとなるので、プリズム等の視野変換光学素子の後にある明るさ絞りから移動レンズ群まで充分な距離を確保しつつ、高倍率を得ることができる。
【0060】
請求項2に係る発明によれば、移動レンズ群の焦点距離fV(mm)が、2.5≦fV/fW≦4の条件を満たすことにより、望遠端の倍率を確保しつつ、対物光学系の全長を短縮することとなるので、プリズム等の視野変換光学素子の後にある明るさ絞りから移動レンズ群まで充分な距離を確保しつつ、高倍率を得ることができる。
【0061】
請求項3に係る発明によれば、移動レンズ群の望遠端における倍率βVTが、−1.2≦βVT≦−0.83の条件を満たすことにより、物点距離の一番近い望遠端において、光学倍率が確保されることとなるので、プリズム等の視野変換光学素子の後にある明るさ絞りから移動レンズ群まで充分な距離を確保しつつ、高倍率を得ることができる。
【0062】
請求項4に係る発明によれば、移動レンズ群が、少なくとも正の屈折力を有するレンズと、負の屈折力を有するレンズとを先端部から順に備えていることにより、移動レンズ群がテレフォトに近い構成となって前側主点位置が前方に繰り出され、望遠端での高倍率が実現されることとなるので、プリズム等の視野変換光学素子の後にある明るさ絞りから移動レンズ群まで充分な距離を確保しつつ、高倍率を得ることができる。
【0063】
請求項5に係る発明によれば、移動レンズ群が、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとの間に別の正の屈折力を有するレンズを備えていることにより、移動レンズ群がテレフォトに近い構成となって前側主点位置が前方に繰り出すと同時に、正の屈折力を有する2つのレンズによって屈折力を分散できるために、収差補正の自由度があがることとなるので、プリズム等の視野変換光学素子の後にある明るさ絞りから移動レンズ群まで充分な距離を確保しつつ、高倍率を得ることができる。
【0064】
請求項6に係る発明によれば、第1レンズ群の像側端面から明るさ絞り位置までの空気換算長DA(mm)が、1.674(mm)≦DA≦4(mm)の条件を満たすことにより、光軸方向変換光学素子が挿入されるスペースが確保されるため、CCD等の撮像素子が小型化され、撮像素子の像高が小さくなっても、正の屈折力を有するレンズの光軸を光軸方向変換光学素子によって折り曲げた後の光軸が内視鏡の内側に構成されることとなるので、プリズム等の視野変換光学素子の後にある明るさ絞りから移動レンズ群まで充分な距離を確保しつつ、高倍率を得ることができる。
【0065】
請求項7に係る発明によれば、明るさ絞りと移動レンズ群との間に赤外カットフィルタが設けられていることにより、対物光学系の全長を短縮したまま赤外光が遮断されることとなるので、プリズム等の視野変換光学素子の後にある明るさ絞りから移動レンズ群まで充分な距離を確保しつつ、高倍率を得ることができる。
【0066】
請求項8に係る発明によれば、望遠端における全系の焦点距離fT(mm)が、2(1/mm)≦DL/(fW・fT)≦4(1/mm)の条件を満たすことにより、望遠端において、第1レンズ群と移動レンズ群とが接近し、望遠端における全系の焦点距離が大きいことで高い倍率が得られやすくなるので、プリズム等の視野変換光学素子の後にある明るさ絞りから移動レンズ群まで充分な距離を確保しつつ、高倍率を得ることができる。
【0067】
請求項9に係る発明によれば、第1レンズ群と明るさ絞りとの間には、プリズムが設けられていることにより、プリズムが組立及び加工の取扱いが簡易であるため、コストのかからない対物光学系が実現されることとなるので、プリズム等の視野変換光学素子の後にある明るさ絞りから移動レンズ群まで充分な距離を確保しつつ、高倍率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明における実施例1に係る対物光学系の断面図であり、(a)は広角端の断面図、(b)は望遠端の断面図を示す。
【図2】 本発明における実施例1に係る対物光学系の広角端の収差曲線図である。
【図3】 本発明における実施例1に係る対物光学系の望遠端の収差曲線図である。
【図4】 本発明における実施例2に係る対物光学系の断面図であり、(a)は広角端の断面図、(b)は望遠端の断面図を示す。
【図5】 本発明における実施例2に係る対物光学系の広角端の収差曲線図である。
【図6】 本発明における実施例2に係る対物光学系の望遠端の収差曲線図である。
【図7】 本発明における実施例3に係る対物光学系の断面図であり、(a)は広角端の断面図、(b)は望遠端の断面図を示す。
【図8】 本発明における実施例3に係る対物光学系の広角端の収差曲線図である。
【図9】 本発明における実施例3に係る対物光学系の望遠端の収差曲線図である。
【図10】 本発明における実施例4に係る対物光学系の断面図であり、(a)は広角端の断面図、(b)は望遠端の断面図を示す。
【図11】 本発明における実施例4に係る対物光学系の広角端の収差曲線図である。
【図12】 本発明における実施例4に係る対物光学系の望遠端の収差曲線図である。
【図13】 本発明における実施例5に係る対物光学系の断面図であり、(a)は広角端の断面図、(b)は望遠端の断面図を示す。
【図14】 本発明における実施例5に係る対物光学系の広角端の収差曲線図である。
【図15】 本発明における実施例5に係る対物光学系の望遠端の収差曲線図である。
【図16】 本発明における実施例6に係る対物光学系の断面図であり、(a)は広角端の断面図、(b)は望遠端の断面図を示す。
【図17】 本発明における実施例6に係る対物光学系の広角端の収差曲線図である。
【図18】 本発明における実施例6に係る対物光学系の望遠端の収差曲線図である。
【図19】 本発明における実施例7に係る対物光学系の断面図であり、(a)は広角端の断面図、(b)は望遠端の断面図を示す。
【図20】 本発明における実施例7に係る対物光学系の広角端の収差曲線図である。
【図21】 本発明における実施例7に係る対物光学系の望遠端の収差曲線図である。
【図22】 本発明における対物光学系における第1レンズ群、第2レンズ群及び移動レンズ群を用いた像位置の合わせ方の説明図である。
【図23】 本発明における対物光学系における物点位置と焦点距離との関係を説明する図である。
【図24】 本発明における対物光学系の倍率と物点距離との関係を示す図である。
【符号の説明】
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
GV 移動レンズ群
P1 光軸方向変換素子
S 明るさ絞り
Claims (9)
- 物体側より順に、負の屈折力を有する固定の第1レンズ群と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する固定の第2レンズ群と、光軸上を移動する移動レンズ群とを備え、レンズ群としてはこれら3つのレンズ群からなる対物光学系であって、
前記第1レンズ群の像側端面から、望遠端での前記移動レンズ群の物体側端面までの空気換算長をDL(mm)とし、広角端における全系の焦点距離をfW(mm)とし、前記移動レンズ群の物体側端面から前側主点位置までの距離をDVH(mm)とすると、
2≦DL/fW≦6
かつ
−2≦DVH/fW≦0.37
の条件を満たすことを特徴とする対物光学系。 - 請求項1記載の対物光学系において、
前記移動レンズ群の焦点距離fV(mm)は、
2.5≦fV/fW≦4
の条件を満たすことを特徴とする対物光学系。 - 請求項1または2記載の対物光学系において、
前記移動レンズ群の望遠端における倍率βVTは、
−1.2≦βVT≦−0.83
の条件を満たすことを特徴とする対物光学系。 - 請求項1から3のいずれかに記載の対物光学系において、
前記移動レンズ群は、少なくとも正の屈折力を有するレンズと、負の屈折力を有するレンズとを物体側から順に備えていることを特徴とする対物光学系。 - 請求項4記載の対物光学系において、
前記移動レンズ群は、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとの間に別の正の屈折力を有するレンズを備えていることを特徴とする対物光学系。 - 請求項1から5のいずれかに記載の対物光学系において、
前記第1レンズ群の像側端面から前記明るさ絞りの位置までの空気換算長DA(mm)は、
1.674(mm)≦DA≦4(mm)
の条件を満たすことを特徴とする対物光学系。 - 請求項1から6のいずれかに記載の対物光学系において、
前記明るさ絞りと前記移動レンズ群との間に、赤外カットフィルタが設けられていることを特徴とする対物光学系。 - 請求項1から7のいずれかに記載の対物光学系において、
望遠端における全系の焦点距離fT(mm)は、
2(1/mm)≦DL/(fW・fT)≦4(1/mm)
の条件を満たすことを特徴とする対物光学系。 - 請求項1から8のいずれかに記載の対物光学系において、
前記第1レンズ群と前記明るさ絞りとの間には、プリズムが設けられていることを特徴とする対物光学系。
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