JP4934233B2 - 対物光学系 - Google Patents
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Description
本発明は、合焦機能を有する対物光学系に関し、特に近接観察可能な内視鏡対物レンズ、その他民生用の小型カメラ等の撮影レンズに関するものである。
従来、一般的な内視鏡用の対物レンズは、フォーカシング機能を有さない代わりに、物体側におおよそ５から１００ｍｍの広い範囲の観察深度を有している。このような対物レンズを搭載した内視鏡では、主にＣＣＤなどの固体撮像素子を用いて画像を提供している。近年、診断の精度を向上させるために、内視鏡画像の高画質化が求められており、ＣＣＤの高画素化が進んでいる。しかし高画素のＣＣＤを使用した場合、回折による画質劣化を避けるために対物レンズのＦｎｏ．を小さくする必要が出てきたことや、画素数の増加に伴いＣＣＤが大きくなると対物レンズの焦点距離も大きくする必要があることなどから、観察深度が狭くなってきている。
そのため、観察深度を少しでも広げられるような光学系や、さらに従来並みの観察深度を確保するためにフォーカシング機能を持った対物レンズの必要性が増してきている。深度拡大を図った対物光学系として、第１レンズをメニスカス形状としてディストーションの発生を抑えることで同じ画角を保ったまま焦点距離を小さくしている光学系が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、フォーカシング機能を持った対物レンズとして、負正の２群、正正の２群、または、負正正の３群で構成され、第２群を動かすことでフォーカシングするものが知られている（例えば、特許文献２から４参照。）。
そのほか、より近距離物点へのフォーカシングが可能である拡大内視鏡対物レンズとして、正負正３群で構成され、負の第２群が動くことによりフォーカシングするタイプのものが知られている（例えば、特許文献４から６参照。）。また、負正負の３群で構成され、正の第２群が動いてフォーカシングを行なうタイプのものが知られている（例えば、特許文献７参照。）。
上記従来技術のうち、特許文献１に記載の内視鏡用の対物レンズは、第１凹レンズがメニスカス形状であるため、内視鏡の先端においてレンズが突出している。そのため、観察時の水切れが悪いといった問題や衝撃等による先端レンズのキズの発生頻度が高まるといった問題を抱えている。特許文献２および３に記載の内視鏡用の対物レンズは、観察時の視野が狭いため広角とは言い難い。したがって、病変部を発見するために生体内をスクリーニングしたり病変部を処置したりする等の作業が困難となり、実用上問題がある。特許文献４に記載の対物レンズは、フォーカシング時の像面の変動が大きく性能面で不十分である。
特許文献５から８に記載の光学系は、フォーカシングのできる物点範囲が広く、より近接して観察できるため、最近接観察時の倍率が大きく拡大観察を行うには好適である。しかしながら、フォーカシング時の画角変化が大きく、遠距離物点である通常観察時は広角であるものの、近接時には著しく狭角になる。したがって、一般的な内視鏡対物レンズとして用いた場合、スクリーニングや生検や病変部の処置する際に作業に困難が生じる。また、特許文献２，４および６では、第１レンズをメニスカス形状にして深度の拡大を図った対物光学系が開示されているが、これらは特許文献１と同様にレイアウト上好ましくはない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、物点距離の変化に応じてフォーカシングが可能である対物光学系において、ディストーションの発生が少なく高画素撮像素子に対応した高性能な対物光学系を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、物体側から順に、第１群、第２群および第３群からなり、前記第１群が、物体側から順に、平凹レンズと、像側に凸面を向けたメニスカスレンズとからなり、前記第２群が、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなり、光軸方向の移動によってフォーカシングを行う対物光学系である。
本発明の第１の態様は、物体側から順に、第１群、第２群および第３群からなり、前記第１群が、物体側から順に、平凹レンズと、像側に凸面を向けたメニスカスレンズとからなり、前記第２群が、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなり、光軸方向の移動によってフォーカシングを行う対物光学系である。
遠距離物点である通常の内視鏡観察から近距離物点である近接観察まで、物点の変動に伴いピント合わせを行う際には、少なくとも１つの群を動かしてピント合わせをする必要がある。フォーカシングのための可動レンズ群は、構成される複数の群のうちどの群を動かしてもよい。ここで、可動レンズ群を絞り近くに配置される第２群にすることによりレンズ径を小型にできるため、駆動機構にかかる負担を小さくすることができる。また、その可動レンズ群は、ひとつの群でも複数の群でもよいが、１群のみとすることでメカ構造を簡略化できるというメリットがある。
全体または撮像素子自体を動かす方法もあるが、可動させるレンズ群または撮像素子の重量が大きくなり、さらに機構自体も大型化する必要があり好ましくない。本発明の第１の態様に係る対物光学系は、群構成が２群以上であればフォーカシング機構を実現できる。仮に２群のみで対物光学系を構成した場合、フォーカシングの際の像面変動が大きくなる傾向がある。この場合、ピント合わせができる物点範囲が狭い場合には問題ない。しかし、ある程度広い物点範囲でのピント合わせを行うことを考慮すると、群構成は３群以上ある必要がある。３群構成であれば、高画素の撮像素子に十分対応できる高性能な対物光学系を実現することができる。
第１群は、物体側に配置された平凹レンズ、および、像側に凸面を向けたメニスカスレンズで構成することが望ましい。画角を一定に保ったまま深度を拡大するためには、焦点距離を小さくする必要がある。そのためにはディストーションの補正が必須となる。第１レンズは、観察中の水切れをよくすることおよび外表面にキズ等がつきにくいという理由で、レンズ面が出っ張っていない平凹レンズであることが好ましい。しかし、そうすると第１レンズを凹メニスカスレンズの形状にしてディストーションを補正することはできない。
そのため、他のレンズにディストーション補正作用を持たせることが必要となる。このディストーション補正のためのレンズは第１レンズ近傍に配置されることが望ましい。本発明の第１の態様のように、第２レンズを最適な形状、すなわち像側に凸面を向けたメニスカスレンズにすることで、ディストーション補正効果を有することが可能となる。
上記第１の態様においては、前記第１群が、負のパワーを有し、前記第３群が、正のパワーを有することが好ましい。
フォーカシングの際の像面変動を抑えるためには、第１群が負群、第３群が正群であることが最適となりうる。
フォーカシングの際の像面変動を抑えるためには、第１群が負群、第３群が正群であることが最適となりうる。
上記第１の態様においては、前記第３群が、第１の正レンズ、および、第２の正レンズと負レンズとの接合レンズからなることが好ましい。
可動群である第２群は、フォーカシング時の画角の変動をなくすために、正群であることが好ましい。可動群が負群である場合、入射瞳位置の変動が大きく、それに伴う画角変化が大きくなるため好ましくない。さらに、可動レンズは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであることが好ましい。この形状にすることで、フォーカシング時の像面の変動を小さくすることができる。
可動群である第２群は、フォーカシング時の画角の変動をなくすために、正群であることが好ましい。可動群が負群である場合、入射瞳位置の変動が大きく、それに伴う画角変化が大きくなるため好ましくない。さらに、可動レンズは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであることが好ましい。この形状にすることで、フォーカシング時の像面の変動を小さくすることができる。
第３群は、第１の正レンズ、および、第２の正レンズと負レンズとからなる接合レンズから構成されていることが望ましい。第１の正レンズは主として結像に寄与する。第２の正レンズと負レンズからなる接合レンズは、色収差補正の作用を担っている。
上記第１の態様においては、以下の条件式（１）および（２）を満足することが好ましい。
（１） ｜ｆ／ｆ２｜＜０．１２
（２） ０．９２＜ｆ／ＩＨ＜１．０８
ただし、ｆは遠点観察時の全系の焦点距離、ｆ２は像側に凸面を向けたメニスカスレンズの焦点距離、ＩＨは像高である。
（１） ｜ｆ／ｆ２｜＜０．１２
（２） ０．９２＜ｆ／ＩＨ＜１．０８
ただし、ｆは遠点観察時の全系の焦点距離、ｆ２は像側に凸面を向けたメニスカスレンズの焦点距離、ＩＨは像高である。
第２レンズであるメニスカスレンズは、高次のディストーションを補正しており、パワーが大きくない正レンズ、または、負レンズであることが望ましい。条件式（１）の範囲を超えると、像面湾曲が大きく発生し、さらにはディストーションの補正効果も小さくなるため好ましくない。
条件式（２）は、像高に対する焦点距離の比を制限する条件式である。一定の画角で比較した場合、条件式（２）の範囲内であれば、像高に対する焦点距離が小さくなるため深度拡大の効果が大きくなる。条件式（２）の下限を下回ると、焦点距離が小さくなりすぎるので画面中心の倍率が小さくなり、病変部の観察が困難になる。また、条件式（２）の上限を上回ると、焦点距離が大きくなるので、深度拡大の効果が低下し好ましくない。
本発明の第２の態様は、物体側から順に、平凹レンズ、像側に凸面を向けたメニスカスレンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、絞り、両面が凸面である第１の正レンズ、および、第２の正レンズと負レンズとの接合レンズからなり、以下の条件式（３）を満足する対物光学系である。
（３） ０．０８＜ｄ／ｆ＜０．３２
ただし、ｄは像側に凸面を向けたメニスカスレンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの空気間隔である。
（３） ０．０８＜ｄ／ｆ＜０．３２
ただし、ｄは像側に凸面を向けたメニスカスレンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの空気間隔である。
条件式（３）は、像面湾曲を小さくするための条件式である。条件式（３）の下限を下回るとメリディオナル像面がオーバーに、条件式（３）の上限を上回るとメリディオナル像面がアンダーにそれぞれ傾く。したがって、周辺画像における性能面の劣化を招き好ましくない。
本発明の第１および第２の態様によれば、物点距離の変化に応じてフォーカシングが可能であり、各物点距離において十分な被写界深度を有する、高画素撮像素子に対応した高性能な対物光学系を提供することができる。
本発明の一実施形態について図１および図２を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る対物光学系１は、図１および図２に示されるように、物体側から順に、負の屈折力の第１群Ｇ１、正の屈折力の第２群Ｇ２および正の屈折力の第３群Ｇ３から構成されている。
本実施形態に係る対物光学系１は、図１および図２に示されるように、物体側から順に、負の屈折力の第１群Ｇ１、正の屈折力の第２群Ｇ２および正の屈折力の第３群Ｇ３から構成されている。
第１群Ｇ１は、物体側より順に、負レンズである第１レンズＬ１とパワーの弱い正レンズまたは負レンズである第２レンズＬ２とにより構成さている。第２群Ｇ２は、正レンズである第３レンズＬ３にて構成されている。第２群Ｇ２は、第３レンズＬ３が光軸上を移動することにより、通常観察状態（図１参照。）と近接観察状態（図２参照。）とにおいて合焦作用を有している。第３群Ｇ３は、物体側より順に、正レンズである第４レンズ（第１の正レンズ）Ｌ４と、正レンズ（第２の正レンズ）Ｌ５と負レンズＬ６とを貼り合せた正の接合レンズＬ５６とにより構成されている。
第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間には明るさ絞りＳが配置されている。明るさ絞りＳは、合焦時には第３群Ｇ３の前方に固定されている。符号Ｆ１，Ｆ２は、平行平面板を示している。平行平面版Ｆ１，Ｆ２は、特定の波長、例えばＹＡＧレーザーの１０６０ｎｍ、半導体レーザーの８１０ｎｍあるいは近赤外領域の光等をカットするためのフィルタなどである。平行平面板Ｆ１，Ｆ２は、光軸上に適宜配置され、図示する例では、第４レンズＬ４と接合レンズＬ５６との間、および、第３群Ｇ３の後段に配置されている。
本実施形態に係る対物光学系１は、像面近傍に配置される図示しないＣＣＤなどの撮像素子とともに撮像光学系を構成している。符号２は、撮像素子表面を封止する封止チップガラスを示している。符号３はカバーガラスなどの光学部材を示している。
対物光学系１は、以下の条件式（１）および（２）を満足している。
（１） ｜ ｆ／ｆ２ ｜ ＜ ０．１２
（２） ０．９２ ＜ ｆ／ＩＨ ＜ １．０８
ただし、ｆは遠点観察時の全系の焦点距離、ｆ２は第２レンズＬ２の焦点距離、ＩＨは像高である。
（１） ｜ ｆ／ｆ２ ｜ ＜ ０．１２
（２） ０．９２ ＜ ｆ／ＩＨ ＜ １．０８
ただし、ｆは遠点観察時の全系の焦点距離、ｆ２は第２レンズＬ２の焦点距離、ＩＨは像高である。
また、対物光学系１は以下の条件式（３）を満足している。
（３） ０．０８＜ｄ／ｆ＜０．３２
ただし、ｄは第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の空気間隔である。
さらに、対物光学系１は、以下の条件式（３）’を満足していることがより好ましい。
（３）’ ０．１２ ＜ ｄ／ｆ ＜ ０．２４
（３） ０．０８＜ｄ／ｆ＜０．３２
ただし、ｄは第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の空気間隔である。
さらに、対物光学系１は、以下の条件式（３）’を満足していることがより好ましい。
（３）’ ０．１２ ＜ ｄ／ｆ ＜ ０．２４
このように構成された対物光学系１によれば、第２群Ｇ２の移動により物点距離を変化させて十分に広い範囲の被写界深度を得ることができる。また、ディストーションによる画質劣化を抑えながら、各群Ｇ１からＧ３の焦点距離を適切な値にしたことにより構成をコンパクトにすることができる。さらに、高画素な撮像素子と組み合わせて撮像光学系を構成することにより、各物点において高精細な画像を得ることができる。
上記実施形態においては、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４） −０．９４ ＜ ｆ１／ｆ ＜ −０．７２
ただし、ｆ１は第１レンズ２の焦点距離である。
条件式（４）は画角に関するものである。条件式（４）の下限を下回ると、画角が狭くなるため観察視野範囲が狭くなり病変部の見逃しが多くなり好ましくない。一方、条件式（４）の上限を上回ると、視野範囲は確保できるものの第１レンズＬ１の像側の面の画角に対する誤差感度が大きくなり、製造誤差によって視野範囲にケラレが発生しやすくなるため、好ましくない。
（４） −０．９４ ＜ ｆ１／ｆ ＜ −０．７２
ただし、ｆ１は第１レンズ２の焦点距離である。
条件式（４）は画角に関するものである。条件式（４）の下限を下回ると、画角が狭くなるため観察視野範囲が狭くなり病変部の見逃しが多くなり好ましくない。一方、条件式（４）の上限を上回ると、視野範囲は確保できるものの第１レンズＬ１の像側の面の画角に対する誤差感度が大きくなり、製造誤差によって視野範囲にケラレが発生しやすくなるため、好ましくない。
また、上記実施形態においては、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５） ５．１ ＜ ｆ３／ｆ ＜ ８．４
ただし、ｆ３は第３レンズＬ３の焦点距離である。
条件式（５）は可動レンズである第３レンズＬ３の移動量に関するものである。条件式（５）の下限を下回ると、第３レンズＬ３のパワーが強くなるため、レンズ形状を物体側の凸面を向けた正メニスカスレンズとしてもフォーカシングの際の像面湾曲の変動が大きくなる。一方、条件式（５）の上限を上回ると、第３レンズＬ３のパワーが弱くなるためレンズ移動量が大きくなり、メカ駆動機構の大型化を招き好ましくない。
（５） ５．１ ＜ ｆ３／ｆ ＜ ８．４
ただし、ｆ３は第３レンズＬ３の焦点距離である。
条件式（５）は可動レンズである第３レンズＬ３の移動量に関するものである。条件式（５）の下限を下回ると、第３レンズＬ３のパワーが強くなるため、レンズ形状を物体側の凸面を向けた正メニスカスレンズとしてもフォーカシングの際の像面湾曲の変動が大きくなる。一方、条件式（５）の上限を上回ると、第３レンズＬ３のパワーが弱くなるためレンズ移動量が大きくなり、メカ駆動機構の大型化を招き好ましくない。
また、上記実施形態においては、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
（６） １．２ ＜ ｆ４／ｆ ＜ ２．６
ただし、ｆ４は第４レンズＬ４の焦点距離である。
第４レンズＬ４は、撮像面に結像させるための作用を担っている。条件式（６）の下限を下回ると、バックフォーカスを十分に確保ができなくなる。そのため、最終レンズＬ６の後方で行う対物光学系１の製造誤差による撮像位置の調整量を十分確保できなくなり、好ましくない。一方、条件式（６）の上限を上回ると、近接観察時の球面収差がアンダーになり十分な解像度を得られなくなる。
（６） １．２ ＜ ｆ４／ｆ ＜ ２．６
ただし、ｆ４は第４レンズＬ４の焦点距離である。
第４レンズＬ４は、撮像面に結像させるための作用を担っている。条件式（６）の下限を下回ると、バックフォーカスを十分に確保ができなくなる。そのため、最終レンズＬ６の後方で行う対物光学系１の製造誤差による撮像位置の調整量を十分確保できなくなり、好ましくない。一方、条件式（６）の上限を上回ると、近接観察時の球面収差がアンダーになり十分な解像度を得られなくなる。
また、上記実施形態においては、以下の条件式（７）を満足することが望ましい。
（７） ０．５５ ＜ ｜ ｆ５／ｆ６ ｜ ＜ ０．９４
ただし、ｆ５は正レンズＬ５の焦点距離、ｆ６は負レンズＬ６の焦点距離である。
条件式（７）は、主に軸上色収差補正に関するものである。条件式（７）の下限を下回ると、Ｃ−ラインがオーバーに、Ｆ−ラインがアンダーにそれぞれ大きくなるため好ましくない。一方、条件式（７）の上限を上回ると、反対にＣ−ラインがアンダーに、Ｆ−ラインがオーバーにそれぞれ大きくなるため好ましくない。
（７） ０．５５ ＜ ｜ ｆ５／ｆ６ ｜ ＜ ０．９４
ただし、ｆ５は正レンズＬ５の焦点距離、ｆ６は負レンズＬ６の焦点距離である。
条件式（７）は、主に軸上色収差補正に関するものである。条件式（７）の下限を下回ると、Ｃ−ラインがオーバーに、Ｆ−ラインがアンダーにそれぞれ大きくなるため好ましくない。一方、条件式（７）の上限を上回ると、反対にＣ−ラインがアンダーに、Ｆ−ラインがオーバーにそれぞれ大きくなるため好ましくない。
また、上記実施形態においては、以下の条件式（８）を満足することが望ましい。
（８） ０．９５ ＜ ｜ ｒ／ｆ ｜ ＜ １．３
ただし、ｒは正レンズＬ５と負レンズＬ６との接合面の曲率半径である。
条件式（８）は、主に倍率色収差に関するものである。条件式（８）の下限を下回ると、Ｃ−ラインがオーバーに、Ｆ−ラインがアンダーにそれぞれ大きくなるため好ましくない。一方、条件式（８）の上限を上回ると、反対にＣ−ラインがアンダーに、Ｆ−ラインがオーバーにそれぞれ大きくなり、色にじみの原因となり周辺解像力の劣化を招く。
（８） ０．９５ ＜ ｜ ｒ／ｆ ｜ ＜ １．３
ただし、ｒは正レンズＬ５と負レンズＬ６との接合面の曲率半径である。
条件式（８）は、主に倍率色収差に関するものである。条件式（８）の下限を下回ると、Ｃ−ラインがオーバーに、Ｆ−ラインがアンダーにそれぞれ大きくなるため好ましくない。一方、条件式（８）の上限を上回ると、反対にＣ−ラインがアンダーに、Ｆ−ラインがオーバーにそれぞれ大きくなり、色にじみの原因となり周辺解像力の劣化を招く。
また、上記実施形態においては、以下の条件式（９）を満足することが望ましい。
（９） ６ ＜ ＬＴＬ／ｆ ＜ ８
ただし、ＬＴＬはレンズ系全長である。
条件式（９）の下限を下回ると、レンズ全長が短くなり過ぎるため、所望のレンズ枚数の確保が困難となる。一方、条件式（９）の上限を上回ると、レンズを保持する鏡筒部分を含めたレンズ系の大型化を招き内視鏡先端部へのレイアウトが困難となる。
（９） ６ ＜ ＬＴＬ／ｆ ＜ ８
ただし、ＬＴＬはレンズ系全長である。
条件式（９）の下限を下回ると、レンズ全長が短くなり過ぎるため、所望のレンズ枚数の確保が困難となる。一方、条件式（９）の上限を上回ると、レンズを保持する鏡筒部分を含めたレンズ系の大型化を招き内視鏡先端部へのレイアウトが困難となる。
また、上記実施形態においては、以下の条件式（１０）を満足することが望ましい。
（１０） ０．８ ＜ ωｎ / ωｆ ＜ １．２
ただし、ωｆは遠距離観察時の最大半画角、ωｎは近接観察時の最大半画角である。
条件式（１０）は、フォーカシングした際の観察画角に関するものである。フォーカシングの際には出来るだけ画角が変化しないことが望ましい。画角変化量が大きくなると、ピント合わせの際に視野範囲の変化が顕著になる。その結果、電子拡大を行っているような見え方になるため好ましくない。画角変化が条件式（１０）の範囲内であれば、観察範囲が大きく変わったと操作者に認識させることなく、違和感のないフォーカシングができる。
（１０） ０．８ ＜ ωｎ / ωｆ ＜ １．２
ただし、ωｆは遠距離観察時の最大半画角、ωｎは近接観察時の最大半画角である。
条件式（１０）は、フォーカシングした際の観察画角に関するものである。フォーカシングの際には出来るだけ画角が変化しないことが望ましい。画角変化量が大きくなると、ピント合わせの際に視野範囲の変化が顕著になる。その結果、電子拡大を行っているような見え方になるため好ましくない。画角変化が条件式（１０）の範囲内であれば、観察範囲が大きく変わったと操作者に認識させることなく、違和感のないフォーカシングができる。
遠距離物点から近距離物点に被写体の位置を変え、フォーカシングした際、条件式（１０）の下限を下回ると、ぼけた像にピントが合うと同時に被写体が拡大したような見え方となり好ましくない。一方、条件式（１０）の上限を上回ると、被写体が縮小したような見え方となり、好ましくない。さらには、遠距離観察時の焦点深度が浅くなるため、スクリ−ニング等の観察時など、使い勝手が悪くなる。
さらに、上記実施形態においては、以下の条件式（１０）’を満足することがより望ましい。
（１０）’ ０．９ ＜ ωｎ ／ ωｆ ＜ １．１
条件式（１０）’の範囲では、画角変化量がさらに小さくなるため、条件式（１０）における効果をより一層大きくすることができる。
（１０）’ ０．９ ＜ ωｎ ／ ωｆ ＜ １．１
条件式（１０）’の範囲では、画角変化量がさらに小さくなるため、条件式（１０）における効果をより一層大きくすることができる。
また、上記実施形態においては、以下の条件式（１１）を満足することが望ましい。
（１１） ωｆ ＞ ６０
条件式（１１）は、視野範囲である半画角を制限する式である。生体内のスクリーニングの際に病変部を見落とすリスクを低減するために、出来るだけ広角であることが望ましく、最低でも全物点域で視野角は１２０°以上が必要である。さらに望ましくは、以下の条件式（１１）’を満足し、視野範囲を１４０°以上とするとよい。
（１１）’ ωｆ ＞ ７０
（１１） ωｆ ＞ ６０
条件式（１１）は、視野範囲である半画角を制限する式である。生体内のスクリーニングの際に病変部を見落とすリスクを低減するために、出来るだけ広角であることが望ましく、最低でも全物点域で視野角は１２０°以上が必要である。さらに望ましくは、以下の条件式（１１）’を満足し、視野範囲を１４０°以上とするとよい。
（１１）’ ωｆ ＞ ７０
次に、上述した実施形態の実施例１から３について、図３から図１４を参照して以下に説明する。
なお、参照する図面において、ｒはレンズの面の曲率半径、ｄはレンズの面間隔を表し、ｒまたはｄの後ろに付された番号は面番号を表す。また、本明細書に記載されているレンズデータにおいて、曲率半径と面間隔の単位はｍｍである。収差図内において、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差、（ｄ）は倍率色収差を示している。
なお、参照する図面において、ｒはレンズの面の曲率半径、ｄはレンズの面間隔を表し、ｒまたはｄの後ろに付された番号は面番号を表す。また、本明細書に記載されているレンズデータにおいて、曲率半径と面間隔の単位はｍｍである。収差図内において、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差、（ｄ）は倍率色収差を示している。
（実施例１）
実施例１に係る対物光学系の構成を図３および図４に、そのレンズデータを下に示す。図３は通常観察状態（遠距離物点）を、図４は近接観察状態（近距離物点）を示している。本実施例に係る対物光学系は、第１群が物体側より順に、負レンズおよびパワーの弱い正レンズにより構成され、第２群が正レンズにて構成され、第３群が物体側より順に、正レンズ、平行平面板、および、正レンズと負レンズとを貼り合せた正の接合レンズにより構成されている。第３群の後方には、平行平面板が配置されている。
実施例１に係る対物光学系の構成を図３および図４に、そのレンズデータを下に示す。図３は通常観察状態（遠距離物点）を、図４は近接観察状態（近距離物点）を示している。本実施例に係る対物光学系は、第１群が物体側より順に、負レンズおよびパワーの弱い正レンズにより構成され、第２群が正レンズにて構成され、第３群が物体側より順に、正レンズ、平行平面板、および、正レンズと負レンズとを貼り合せた正の接合レンズにより構成されている。第３群の後方には、平行平面板が配置されている。
このように構成された対物光学系の通常観察状態と近接観察状態の２状態における変動パラメータの値を表１に示し、各状態における収差図を図５および図６に示す。
レンズデータ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率Ｎｅ アッベ数νｄ
１ ∞ ０．３８ １．８８８１５ ４０．７６
２ １．１８２ ０．８５
３ −２．４６５ ０．６６ １．８８８１５ ４０．７６
４ −２．４５１ Ｄ４
５ １．３２９ ０．４８ １．５９１４３ ６１．１４
６ １．４４２ Ｄ６
７ 明るさ絞り ０．２０
８ ５．４７４ ０．９１ １．７７６２１ ４９．６０
９ −５．４７４ ０．５３
１０ ∞ ０．３１ １．５１５６４ ７５．００
１１ ∞ ０．５３
１２ ４．０１３ １．５０ １．４８９１５ ７０．２３
１３ −１．９５１ ０．３９ １．９３４３０ １８．９０
１４ −４．３８０ １．３７
１５ ∞ ０．４０ １．５２４９８ ５９．８９
１６ ∞ ０．３０
１７ ∞ １．００ １．５１８２５ ６４．１４
１８ ∞ ０．６５ １．５０８０１ ６０．００
１９ 撮像面
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率Ｎｅ アッベ数νｄ
１ ∞ ０．３８ １．８８８１５ ４０．７６
２ １．１８２ ０．８５
３ −２．４６５ ０．６６ １．８８８１５ ４０．７６
４ −２．４５１ Ｄ４
５ １．３２９ ０．４８ １．５９１４３ ６１．１４
６ １．４４２ Ｄ６
７ 明るさ絞り ０．２０
８ ５．４７４ ０．９１ １．７７６２１ ４９．６０
９ −５．４７４ ０．５３
１０ ∞ ０．３１ １．５１５６４ ７５．００
１１ ∞ ０．５３
１２ ４．０１３ １．５０ １．４８９１５ ７０．２３
１３ −１．９５１ ０．３９ １．９３４３０ １８．９０
１４ −４．３８０ １．３７
１５ ∞ ０．４０ １．５２４９８ ５９．８９
１６ ∞ ０．３０
１７ ∞ １．００ １．５１８２５ ６４．１４
１８ ∞ ０．６５ １．５０８０１ ６０．００
１９ 撮像面
（実施例２）
実施例２に係る対物光学系の構成を図７および図８に、そのレンズデータを下に示す。図７は通常観察状態（遠距離物点）を、図８は近接観察状態（近距離物点）を示している。本実施例の対物光学系は、第１群が物体側より順に、負レンズ、平行平面板およびパワーの弱い負レンズにより構成され、第２群が正レンズにて構成され、第３群が物体側より順に、正レンズ、および、正レンズと負レンズとを貼り合せた正の接合レンズにより構成されている。
このように構成された対物光学系の通常観察状態と近接観察状態の２状態における変動パラメータの値を表２に示し、各状態における収差図を図９および図１０示す。
実施例２に係る対物光学系の構成を図７および図８に、そのレンズデータを下に示す。図７は通常観察状態（遠距離物点）を、図８は近接観察状態（近距離物点）を示している。本実施例の対物光学系は、第１群が物体側より順に、負レンズ、平行平面板およびパワーの弱い負レンズにより構成され、第２群が正レンズにて構成され、第３群が物体側より順に、正レンズ、および、正レンズと負レンズとを貼り合せた正の接合レンズにより構成されている。
このように構成された対物光学系の通常観察状態と近接観察状態の２状態における変動パラメータの値を表２に示し、各状態における収差図を図９および図１０示す。
レンズデータ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率Ｎｅ アッベ数νｄ
１ ∞ ０．３８ １．８８８１５ ４０．７６
２ １．３０５ ０．５３
３ ∞ ０．３１ １．５１５６４ ７５．００
４ ∞ ０．１９
５ −５．３０６ ０．５６ １．７７６２１ ４９．６０
６ −５．８９５ Ｄ６
７ １．５６０ ０．４８ １．５９１４３ ６１．１４
８ １．７２４ Ｄ８
９ 明るさ絞り ０．２０
１０ ３．９０３ ０．６０ １．７７６２１ ４９．６０
１１ −６．２９３ １．６４
１２ ３．７４８ １．６７ １．４８９１５ ７０．２３
１３ −１．８６０ ０．３９ １．９３４３０
１４ −４．１２０ １．３７
１５ ∞ １．３７ １．５２４９８ ５９．８９
１６ ∞ ０．６４ １．５０８０１ ６０．００
１７ 撮像面
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率Ｎｅ アッベ数νｄ
１ ∞ ０．３８ １．８８８１５ ４０．７６
２ １．３０５ ０．５３
３ ∞ ０．３１ １．５１５６４ ７５．００
４ ∞ ０．１９
５ −５．３０６ ０．５６ １．７７６２１ ４９．６０
６ −５．８９５ Ｄ６
７ １．５６０ ０．４８ １．５９１４３ ６１．１４
８ １．７２４ Ｄ８
９ 明るさ絞り ０．２０
１０ ３．９０３ ０．６０ １．７７６２１ ４９．６０
１１ −６．２９３ １．６４
１２ ３．７４８ １．６７ １．４８９１５ ７０．２３
１３ −１．８６０ ０．３９ １．９３４３０
１４ −４．１２０ １．３７
１５ ∞ １．３７ １．５２４９８ ５９．８９
１６ ∞ ０．６４ １．５０８０１ ６０．００
１７ 撮像面
（実施例３）
実施例３に係る対物光学系の構成を図１１および図１２に、そのレンズデータを下に示す。図１１は通常観察状態（遠距離物点）を、図１２は近接観察状態（近距離物点）を示している。本実施例の対物光学系は、第１群が、物体側より順に、負レンズおよびパワーの弱い負レンズにより構成され、第２群が、正レンズにて構成され、第３群が物体側より順に、正レンズ、平行平面板、および、正レンズと負レンズとを貼り合せた正の接合レンズにより構成されている。第３群の後方には、平行平面板が配置されている。
このように構成された対物光学系の通常観察状態と近接観察状態の２状態における変動パラメータの値を表３に示し、各状態における収差図を図１３および図１４示す。
実施例３に係る対物光学系の構成を図１１および図１２に、そのレンズデータを下に示す。図１１は通常観察状態（遠距離物点）を、図１２は近接観察状態（近距離物点）を示している。本実施例の対物光学系は、第１群が、物体側より順に、負レンズおよびパワーの弱い負レンズにより構成され、第２群が、正レンズにて構成され、第３群が物体側より順に、正レンズ、平行平面板、および、正レンズと負レンズとを貼り合せた正の接合レンズにより構成されている。第３群の後方には、平行平面板が配置されている。
このように構成された対物光学系の通常観察状態と近接観察状態の２状態における変動パラメータの値を表３に示し、各状態における収差図を図１３および図１４示す。
レンズデータ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率Ｎｅ アッベ数νｄ
１ ∞ ０．３８ １．８８８１５ ４０．７６
２ １．２１７ ０．６８
３ −１０．３４４ ０．６７ １．８８８１５ ４０．７６
４ −１８．７０８ Ｄ４
５ １．４６５ ０．４９ １．５９１４３ ６１．１４
６ １．７４８ Ｄ６
７ 明るさ絞り ０．２０
８ ４．２１７ １．１１ １．７７６２１ ４９．６０
９ −４．２１７ ０．６２
１０ ∞ ０．３１ １．５１５６４ ７５．００
１１ ∞ ０．６２
１２ ４．１９７ １．５８ １．４８９１５ ７０．２３
１３ −１．９０２ ０．４０ １．９３４３０ １８．９０
１４ −４．７７６ １．２２
１５ ∞ ０．４０ １．５２４９８ ５９．８９
１６ ∞ ０．３０
１７ ∞ ０．４０ １．５１８２５ ６４．１４
１８ ∞ １．００ １．５０８０１ ６０．００
１９ 撮像面
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率Ｎｅ アッベ数νｄ
１ ∞ ０．３８ １．８８８１５ ４０．７６
２ １．２１７ ０．６８
３ −１０．３４４ ０．６７ １．８８８１５ ４０．７６
４ −１８．７０８ Ｄ４
５ １．４６５ ０．４９ １．５９１４３ ６１．１４
６ １．７４８ Ｄ６
７ 明るさ絞り ０．２０
８ ４．２１７ １．１１ １．７７６２１ ４９．６０
９ −４．２１７ ０．６２
１０ ∞ ０．３１ １．５１５６４ ７５．００
１１ ∞ ０．６２
１２ ４．１９７ １．５８ １．４８９１５ ７０．２３
１３ −１．９０２ ０．４０ １．９３４３０ １８．９０
１４ −４．７７６ １．２２
１５ ∞ ０．４０ １．５２４９８ ５９．８９
１６ ∞ ０．３０
１７ ∞ ０．４０ １．５１８２５ ６４．１４
１８ ∞ １．００ １．５０８０１ ６０．００
１９ 撮像面
表４に、実施例１から３に係る対物光学系における条件式（１）から（１１）の数値を示す。
（付記）
なお、これらの実施例から以下の構成の発明が導かれる。
（付記項１）
物体側から順に、第１群、第２群および第３群からなり、第１群が、物体側から順に、平凹レンズと、像側に凸面を向けたメニスカスレンズとからなり、第２群が、正のパワーを有し、光軸方向の移動によってフォーカシングを行う対物光学系。
なお、これらの実施例から以下の構成の発明が導かれる。
（付記項１）
物体側から順に、第１群、第２群および第３群からなり、第１群が、物体側から順に、平凹レンズと、像側に凸面を向けたメニスカスレンズとからなり、第２群が、正のパワーを有し、光軸方向の移動によってフォーカシングを行う対物光学系。
（付記項２）
第１群が、負のパワーを有し、第３群が、正のパワーを有する付記項１に記載の対物光学系。
（付記項３）
第２群が、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなり、第３群が、第１の正レンズ、および、第２の正レンズと負レンズとの接合レンズからなる付記項１に記載の対物光学系。
第１群が、負のパワーを有し、第３群が、正のパワーを有する付記項１に記載の対物光学系。
（付記項３）
第２群が、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなり、第３群が、第１の正レンズ、および、第２の正レンズと負レンズとの接合レンズからなる付記項１に記載の対物光学系。
（付記項４）
以下の条件式（１）および（２）を満足する付記項１に記載の対物光学系。
（１） ｜ｆ／ｆ２｜ ＜ ０．１２
（２） ０．９２ ＜ ｆ／ＩＨ ＜ １．０８
ただし、ｆは遠点観察時の全系の焦点距離、ｆ２はメニスカスレンズの焦点距離、ＩＨは像高である。
以下の条件式（１）および（２）を満足する付記項１に記載の対物光学系。
（１） ｜ｆ／ｆ２｜ ＜ ０．１２
（２） ０．９２ ＜ ｆ／ＩＨ ＜ １．０８
ただし、ｆは遠点観察時の全系の焦点距離、ｆ２はメニスカスレンズの焦点距離、ＩＨは像高である。
（付記項５）
物体側から順に平凹レンズ、像側に凸面を向けたメニスカスレンズ、絞り、両面が凸面である第１の正レンズ、および、第２の正レンズと負レンズとの接合レンズからなり、以下の条件式（３）を満足する対物光学系。
（３） ０．０８ ＜ ｄ／ｆ ＜ ０．３２
ただし、ｄはメニスカスレンズと第１の正レンズとの空気間隔である。
物体側から順に平凹レンズ、像側に凸面を向けたメニスカスレンズ、絞り、両面が凸面である第１の正レンズ、および、第２の正レンズと負レンズとの接合レンズからなり、以下の条件式（３）を満足する対物光学系。
（３） ０．０８ ＜ ｄ／ｆ ＜ ０．３２
ただし、ｄはメニスカスレンズと第１の正レンズとの空気間隔である。
（付記項６）
第１群のメニスカスレンズが、パワーの弱い正または負レンズである付記項１に記載の対物光学系。
（付記項７）
以下の条件式（４）を満足する付記項１から付記項５のいずれかに記載の対物光学系。
（４） −０．９４ ＜ ｆ１／ｆ ＜ −０．７２
ただし、ｆ１は平凹レンズの焦点距離である。
第１群のメニスカスレンズが、パワーの弱い正または負レンズである付記項１に記載の対物光学系。
（付記項７）
以下の条件式（４）を満足する付記項１から付記項５のいずれかに記載の対物光学系。
（４） −０．９４ ＜ ｆ１／ｆ ＜ −０．７２
ただし、ｆ１は平凹レンズの焦点距離である。
（付記項８）
以下の条件式（５）を満足する付記項１から付記項５のいずれかに記載の対物光学系。
（５） ５．１ ＜ ｆ３／ｆ ＜ ８．４
ただし、ｆ３は第３レンズの焦点距離である。
（付記項９）
以下の条件式（６）を満足する付記項３または付記項５に記載の対物光学系。
（６） １．２ ＜ ｆ４／ｆ ＜ ２．６
ただし、ｆ４は第１の正レンズの焦点距離である。
以下の条件式（５）を満足する付記項１から付記項５のいずれかに記載の対物光学系。
（５） ５．１ ＜ ｆ３／ｆ ＜ ８．４
ただし、ｆ３は第３レンズの焦点距離である。
（付記項９）
以下の条件式（６）を満足する付記項３または付記項５に記載の対物光学系。
（６） １．２ ＜ ｆ４／ｆ ＜ ２．６
ただし、ｆ４は第１の正レンズの焦点距離である。
（付記項１０）
以下の条件式（７）を満足する付記項３から付記項５のいずれかに記載の対物光学系。
（７） ０．５５ ＜ ｜ｆ５／ｆ６｜ ＜ ０．９４
ただし、ｆ５は第２の正レンズの焦点距離、ｆ６は負レンズの焦点距離である。
（付記項１１）
以下の条件式（８）を満足する付記項３または付記項５に記載の対物光学系。
（８） ０．９５ ＜ ｜ｒ／ｆ｜ ＜ １．３
ただし、rは第２の正レンズと負レンズとの接合面曲率半径である。
以下の条件式（７）を満足する付記項３から付記項５のいずれかに記載の対物光学系。
（７） ０．５５ ＜ ｜ｆ５／ｆ６｜ ＜ ０．９４
ただし、ｆ５は第２の正レンズの焦点距離、ｆ６は負レンズの焦点距離である。
（付記項１１）
以下の条件式（８）を満足する付記項３または付記項５に記載の対物光学系。
（８） ０．９５ ＜ ｜ｒ／ｆ｜ ＜ １．３
ただし、rは第２の正レンズと負レンズとの接合面曲率半径である。
（付記項１２）
以下の条件式（９）を満足する付記項１から付記項５のいずれかに記載の対物光学系。
（９） ６ ＜ ＬＴＬ／ｆ ＜ ８
ただし、LＴＬはレンズ系全長である。
（付記項１３）
以下の条件式（１０）を満足する付記項１から付記項５のいずれかに記載の対物光学系。
（１０） ０．８ ＜ ωｎ ／ ωｆ ＜ １．２
ただし、ωfは遠距離観察時の最大半画角、ωｎは近接観察時の最大半画角である。
以下の条件式（９）を満足する付記項１から付記項５のいずれかに記載の対物光学系。
（９） ６ ＜ ＬＴＬ／ｆ ＜ ８
ただし、LＴＬはレンズ系全長である。
（付記項１３）
以下の条件式（１０）を満足する付記項１から付記項５のいずれかに記載の対物光学系。
（１０） ０．８ ＜ ωｎ ／ ωｆ ＜ １．２
ただし、ωfは遠距離観察時の最大半画角、ωｎは近接観察時の最大半画角である。
（付記項１４）
以下の条件式（１１）を満足する付記項１から付記項５のいずれかに記載の対物光学系。
（１１） ωｆ ＞ ６０
以下の条件式（１１）を満足する付記項１から付記項５のいずれかに記載の対物光学系。
（１１） ωｆ ＞ ６０
１ 対物光学系
２ 封止チップガラス
３ 光学部材
Ｆ１，Ｆ２ 平行平面板
Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｌ１ 第１レンズ（平凹レンズ）
Ｌ２ 第２レンズ（メニスカスレンズ）
Ｌ３ 第３レンズ（正メニスカスレンズ）
Ｌ４ 第４レンズ（第１の正レンズ）
Ｌ５ 正レンズ（第２の正レンズ）
Ｌ６ 負レンズ（負レンズ）
Ｌ５６ 第５レンズ（接合レンズ）
Ｓ 明るさ絞り
２ 封止チップガラス
３ 光学部材
Ｆ１，Ｆ２ 平行平面板
Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｌ１ 第１レンズ（平凹レンズ）
Ｌ２ 第２レンズ（メニスカスレンズ）
Ｌ３ 第３レンズ（正メニスカスレンズ）
Ｌ４ 第４レンズ（第１の正レンズ）
Ｌ５ 正レンズ（第２の正レンズ）
Ｌ６ 負レンズ（負レンズ）
Ｌ５６ 第５レンズ（接合レンズ）
Ｓ 明るさ絞り
Claims (5)
- 物体側から順に、第１群、第２群および第３群からなり、
前記第１群が、物体側から順に、平凹レンズと、像側に凸面を向けたメニスカスレンズとからなり、
前記第２群が、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなり、光軸方向の移動によってフォーカシングを行う対物光学系。 - 前記第１群が、負のパワーを有し、
前記第３群が、正のパワーを有する請求項１に記載の対物光学系。 - 前記第３群が、第１の正レンズ、および、第２の正レンズと負レンズとの接合レンズからなる請求項１に記載の対物光学系。
- 以下の条件式（１）および（２）を満足する請求項１に記載の対物光学系。
（１） ｜ｆ／ｆ２｜ ＜ ０．１２
（２） ０．９２ ＜ ｆ／ＩＨ ＜ １．０８
ただし、
ｆ：遠点観察時の全系の焦点距離、
ｆ２：像側に凸面を向けたメニスカスレンズの焦点距離、
ＩＨ：像高
である。 - 物体側から順に、平凹レンズ、像側に凸面を向けたメニスカスレンズ、物体側に凸面を向けた正メニカスレンズ、絞り、両面が凸面である第１の正レンズ、および、第２の正レンズと負レンズとの接合レンズからなり、以下の条件式（３）を満足する対物光学系。
（３） ０．０８ ＜ ｄ／ｆ ＜ ０．３２
ただし、
ｄ：像側に凸面を向けたメニスカスレンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの空気間隔
である。
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