JP5930257B1 - 内視鏡用対物光学系 - Google Patents

Abstract

小型で、かつ良好な光学性能を有する内視鏡用対物光学系を提供する。物体側から順に、平凹の第１負レンズＬ１と、像側に凸面を向けた第２メニスカスレンズＬ２と、物体側に凸面を向けた第３正メニスカスレンズＬ３と、正レンズ群Ｌ４と、正レンズＬ５と負レンズが接合された接合レンズとからなり、第３正メニスカスレンズＬ３が光軸ＡＸに沿って移動してフォーカシングを行い、以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする内視鏡用対物光学系である。２．３≦ｆｐ／Ｉｈ≦５ （１）ここで、ｆｐは正レンズ群Ｌ４の焦点距離、Ｉｈは内視鏡用対物光学系の最大像高、である。

Description

本発明は、対物光学系に関するもので、例えば医療分野や工業分野などで用いられる内視鏡装置に利用できる対物光学系に関する。

内視鏡は、医療用分野及び工業用分野で広く使用されている装置である。医療用分野においては、体腔内に挿入された内視鏡により、体腔内の様々な部位の画像が得られる。この画像を用いて観察部位の診断が行われる。このように、内視鏡は、体腔内の様々な部位の観察と診断に利用されている。

内視鏡による観察では、観察の際に、近点から遠点までの広い範囲でピントの合った画像を得られることが望ましい。ここで、一般的に観察深度は、Ｆナンバー（以下、「Ｆｎｏ」という）で決まる。このため、観察深度には、限界がある。

そこで、近年では、さらに広い観察深度で観察ができるような結像光学系が提案されている。このような結像光学系では、ズームやフォーカスが用いられている。フォーカス機能を備えた結像光学系（以下、「フォーカス光学系」という）として、特許文献１の対物光学系がある。

特許第４９３４２３３号公報

フォーカス光学系は、合焦のためレンズを移動させる必要がある。このため、一般的にフォーカス光学系の全長は、固定焦点光学系の全長よりも大きくなってしまう傾向がある。フォーカス光学系を小型化する方法としては、撮像サイズを小さくし、それに対応してフォーカス光学系を係数倍だけ縮小する方法がある。ここで、光学系を係数倍だけ縮小するとは、光学系の諸元値、例えば、レンズ面の曲率半径、厚さ、空気間隔などを係数倍だけ縮小することである。

ただし、この方法では、撮像素子の画素ピッチを小さくしなくてはならない。ここで、画素ピッチを小さくする方法には、２つの考慮すべき問題がある。

１つ目の問題は、Ｆｎｏに起因する問題である。光学系で形成される点像は、回折の影響である広がりを持つ。画素ピッチを小さくすると、点像の大きさが１つの画素に対して大きくなりすぎる。そのため、Ｆｎｏを明るくして、点像を小さくしなくてはならない。

このように、画素ピッチを小さくした場合は、Ｆｎｏを明るくしないと、必要なＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を確保できない。必要なＭＴＦが確保できないと、光学系をそのまま係数倍だけ縮小したとしても、良好な光学性能を確保できない。即ち、Ｆｎｏを明るくしたことによる影響を考慮しなくてはならない。そのため、画素ピッチを小さくすると、新たな光学設計が必要となってしまう。

２つ目の問題は、製造の際のばらつきの問題である。単純に光学系を係数倍だけ縮小すると、光学系の製造ばらつきに関しても、同じように係数倍だけ縮小されることになる。これは、製造ばらつきの許容値が小さくなることを意味する。よって、製造ばらつきを許容値以下にすることができない場合、単純に光学系だけを係数倍だけ縮小しただけでは、良好な光学性能を確保することができない。

例えば、製造ばらつきに強くする方法、即ち、光学設計者側の視点から見て、同じ製造ばらつきに対して、光学性能を劣化しにくくする方法として、各レンズの屈折力を小さくする方法がある。しかしながら、屈折力を小さくすると、光学系は大型化してしまう。そのため、内視鏡用の対物光学系への適用を想定した場合、内視鏡用の対物光学系に必要な小型化という条件を満足できなくなってしまう。

また、レンズ調心などの工程を加えて、製造ばらつきを少なくして良好な光学性能を確保することは可能である。しかしながら、あらたな工程が加わると、組み立てコストが上昇してしまうなどデメリットがある。このように、小型化と低コストの両方を十分考慮した光学系にする必要が生じる。

以上のように、光学系を係数倍だけ縮小する場合は、縮小することによる影響を十分考慮しないと、良好な光学性能を確保することができない。

特許文献１の対物光学系は、Ｆｎｏが十分に明るいとはいえない。そのため、この対物光学系を係数倍だけ縮小することによって小型化しても、良好な光学性能を得ることは難しい。

また、特許文献１には、光学系を係数倍だけ縮小した際に必要な光学性能の維持については考慮されていない。また、特許文献１では、製造のばらつきへの対応についても示唆されていない。そのため、本特許文献１の対物光学系では、撮像素子の画素ピッチを縮小した場合に、光学系の小型化が達成できるとは必ずしもいえない。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は小型でかつ高性能な内視鏡用対物光学系を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、
物体側から順に、平凹の第１負レンズと、像側に凸面を向けた第２メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた第３正メニスカスレンズと、正レンズ群と、正レンズと負レンズが接合された接合レンズと、からなり、
第３正メニスカスレンズが光軸に沿って移動してフォーカシングを行い、
第２メニスカスレンズは負レンズであり、
以下の条件式（１）を満たし、
以下の条件式（４−１）、（４−２）の少なくともいずれか１つを満たすことを特徴とする内視鏡用対物光学系。
２．３≦ｆｐ／Ｉｈ≦５ （１）
−１．５≦ｒ２／ｒ３≦−０．２８ （４−１）
−０．２≦ｒ２／ｒ４≦−０．０８ （４−２）
ここで、
ｆｐは正レンズ群の焦点距離、
Ｉｈは内視鏡用対物光学系の最大像高、
ｒ２は第１負レンズの像側曲率半径、
ｒ３は第２メニスカスレンズの物体側曲率半径、
ｒ４は第２メニスカスレンズの像側曲率半径、
である。

また、本発明の好ましい態様によれば、以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。
−２≦ｆ１／Ｉｈ≦−０．９ （２）
ここで、
ｆ１は第１負レンズの焦点距離、
Ｉｈは内視鏡用対物光学系の最大像高、
である。

また、本発明の好ましい態様によれば、以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。
−３≦（ｆｃ１×ｆｃ２）／（ｆｃ×ｆ）≦−０．８５ （３）
ここで、
ｆｃ１は接合レンズの正レンズの焦点距離、
ｆｃ２は接合レンズの負レンズの焦点距離、
ｆｃは接合レンズの合成焦点距離、
ｆは内視鏡用対物光学系の通常観察状態または近接観察状態での全系の焦点距離、
である。

また、本発明の好ましい態様によれば、以下の条件式（５）を満たすことが望ましい。
０．４５≦ｆｐ／ｆｃ≦１．３ （５）
ここで、
ｆｐは正レンズ群の焦点距離、
ｆｃは接合レンズの合成焦点距離、
である。

また、本発明の好ましい態様によれば、以下の条件式（６）を満たすことが望ましい。
−５≦ｆｐｃ／ｆ１≦−２ （６）
ここで、
ｆｐｃは正レンズ群と接合レンズとの合成焦点距離、
ｆ１は第１負レンズの焦点距離、
である。

また、本発明の好ましい態様によれば、以下の条件式（７）を満たすことが望ましい。
２２≦ｆ３／ｄｆ≦５０ （７）
ここで、
ｆ３は第３正メニスカスレンズの焦点距離、
ｄｆは第３正メニスカスレンズの最大移動量、
である。

また、本発明の好ましい態様によれば、以下の条件式（８）を満たすことが望ましい。
１．３５≦Σｄ（Ｌ１−Ｌ３）／Ｉｈ≦３ （８）
ここで、
Σｄ（Ｌ１−Ｌ３）は第１負レンズの物体側面から第３正メニスカスレンズの物体側面の最小の軸上距離、
Ｉｈは内視鏡用対物光学系の最大像高、
である。

また、本発明の好ましい態様によれば、以下の条件式（９）を満たすことが望ましい。
４≦Ｆｎｏ≦７ （９）
ここで、
Ｆｎｏは内視鏡用対物光学系のＦナンバー、
である。

また、本発明の好ましい態様によれば、フォーカス時には第３正メニスカスレンズのみが移動することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、明るさ絞りは第３正メニスカスレンズの像側に配置されていることが望ましい。

本発明の一実施形態に係る内視鏡用対物光学系は、小型で、かつ良好な光学性能を有するという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図であり、（ａ）は通常観察状態における断面図、（ｂ）は近接観察状態における断面図である。 本発明の実施例１に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図であり、（ａ）は通常観察状態における断面図、（ｂ）は近接観察状態における断面図である。 実施例１の球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)をそれぞれ示す収差図である。 本発明の実施例２に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図であり、（ａ）は通常観察状態における断面図、（ｂ）は近接観察状態における断面図である。 実施例２の球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)をそれぞれ示す収差図である。 本発明の実施例３に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図であり、（ａ）は通常観察状態における断面図、（ｂ）は近接観察状態における断面図である。 実施例３の球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)をそれぞれ示す収差図である。 本発明の実施例４に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図であり、（ａ）は通常観察状態における断面図、（ｂ）は近接観察状態における断面図である。 実施例４の球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)をそれぞれ示す収差図である。

以下、本実施形態に係る内視鏡用対物光学系について、図面を用いて、このような構成をとった理由と作用を説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図である。ここで、図１（ａ）は、通常観察状態における内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図である。図１（ｂ）は、近接観察状態における内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図である。

本実施形態に係る内視鏡用対物光学系（以下、「対物光学系」という）では、内視鏡に使用できるような小型で高性能な対物光学系を実現するために、まず最も物体側に、第１負レンズＬ１を配置している。これにより、対物光学系の構成として、レトロフォーカスタイプの構成を採ることができるようにしている。

その上で、第１負レンズＬ１を平凹レンズとすると共に、物体側に平面を向けるように第１負レンズＬ１を配置している。このようにすることで、観察中の水きれを良好にすると共に、衝撃によるレンズ割れを軽減している。

そして、第１負レンズＬ１の像側に、第２メニスカスレンズＬ２を配置した。そして、第２メニスカスレンズＬ２の形状を、像側に凸面を向けたメニスカス形状にしている。このようにすることで、第１負レンズＬ１の収差を補正しつつ、レンズ径が大きくならないようにしている。

さらに、第２メニスカスレンズＬ２の像側に、レンズが移動するフォーカス群を配置している。具体的には、フォーカス群として、第３正メニスカスレンズＬ３を配置している。そして、フォーカス時に、第３正メニスカスレンズＬ３を光軸に沿って移動させている。また、フォーカス時のレンズの移動による収差変動が抑えられるように、第３正メニスカスレンズＬ３の形状を、物体側に凸面を向けたメニスカス形状にしている。

また、第３正メニスカスレンズＬ３の像側には、第４正レンズ群Ｌ４を配置している。第４正レンズ群Ｌ４は、主に結像に寄与する。そこで、第４正レンズ群Ｌ４の正屈折力によって、光束を収束させている。

また、第４正レンズ群Ｌ４の像側では、軸上光束と軸外光束が分かれる。そこで、第４正レンズ群Ｌ４の像側に接合レンズを配置している。そして、接合レンズを第５正レンズＬ５と第６負レンズＬ６で構成する。このようにすると、軸外光束の光線高が高くなる位置に、第５正レンズＬ５と第６負レンズＬ６で構成された接合レンズが配置されることになる。これにより、色収差を良好に補正することができる。なお、第６負レンズＬ６は、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズとすることができる。

なお、一般的に、光学系のＦｎｏが明るくなると、球面収差やコマ収差の発生量が大きくなる。よって、光学系のＦｎｏを明るくすると、球面収差の補正やコマ収差の補正が不利になってくる。

ここで、本実施形態の対物光学系では、主な正屈折力を、第３正メニスカスレンズＬ３の像側に配置されているレンズ群の屈折力、すなわち、第４正レンズ群Ｌ４の正屈折力と接合レンズにおける第５正レンズＬ５の正屈折力とで確保している。よって、光学系のＦｎｏを明るくすると、第４正レンズ群Ｌ４や第５正レンズＬ５で収差が発生しやすい。

また、レトロフォーカスタイプの構成を実現するために必要な正屈折力も、第４正レンズ群Ｌ４や第５正レンズＬ５で得ている。そのため、第４正レンズ群Ｌ４の正屈折力や第５正レンズＬ５の正屈折力は、対物光学系の大きさに関係する。

特に、第４正レンズ群Ｌ４は、第５正レンズＬ５よりも物体側に配置されている。ここで、軸上光線の光線高は、第５正レンズＬ５よりも第４正レンズ群Ｌ４で高くなる。そのため、収差への影響は、軸上光線が高くなる第４正レンズ群Ｌ４の方が高い。

一方で、接合されていない正レンズの方が、必要な屈折力を確保しやすく、光学系の大きさへの寄与度も高い。このため、この第４正レンズ群Ｌ４の焦点距離を適切に設定することが好ましい。

このようなことから、本実施形態に係る対物光学系では、以下の条件式（１）を満たすことが望ましい。
２．３≦ｆｐ／Ｉｈ≦５ （１）
ここで、
ｆｐは第４正レンズ群Ｌ４の焦点距離、
Ｉｈは内視鏡用対物光学系の最大像高、
である。

条件式（１）の上限値を上回ると、第４正レンズ群Ｌ４の正屈折力が弱くなりすぎる。この場合、光学系の全長が大きくなってしまう。このため、光学系の小型化を満たせなくなる。
条件式（１）の下限値を下回ると、Ｆｎｏに対して第４正レンズ群Ｌ４の正屈折力が強くなりすぎる。この場合、球面収差やコマ収差が悪化してしまう。そのため、高い光学性能を確保できなくなる。

なお、条件式（１）に代えて、以下の条件式（１’）を満たすことが望ましい。
２．４≦ｆｐ／Ｉｈ≦４ （１’）
さらに、条件式（１）に代えて、以下の条件式（１’’）を満たすことが望ましい。
２．５≦ｆｐ／Ｉｈ≦３．５ （１’’）

また、第１負レンズＬ１の屈折力には、レトロフォーカスタイプの構成を実現するために、比較的強い負屈折力が必要である。ここで、負の屈折力をあまり強くしすぎるとコマ収差などが悪化してしまうことがある。そこで、第１負レンズＬ１の屈折力を適切に設定することが好ましい。このようにすることにより、本実施形態に係る対物光学系のようなＦｎｏが比較的明るい対物光学系においても、光学系全体での収差バランスを良好に取ることが可能になる。

このようなことから、本実施形態に係る対物光学系では、以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。
−２≦ｆ１／Ｉｈ≦−０．９ （２）
ここで、
ｆ１は第１負レンズＬ１の焦点距離、
Ｉｈは内視鏡用対物光学系の最大像高、
である。

条件式（２）の上限値を上回ると、第１負レンズＬ１の負屈折力が強くなりすぎる。この場合、コマ収差や非点収差を十分に補正しきれない。そのため、光学性能が悪化してしまう。
条件式（２）の下限値を下回ると、第１負レンズＬ１の負屈折力が弱くなりすぎる。この場合、光学系の全長が大きくなりすぎてしまう。そのため、内視鏡対物光学系として必要な小型化の条件を満たすことができない。

なお、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２’）を満たすことが望ましい。
−１．６≦ｆ１／Ｉｈ≦−０．９ （２’）
さらに、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２’’）を満たすことが望ましい。
−１．２≦ｆ１／Ｉｈ≦−０．９ （２’’）

また、接合レンズの第５正レンズＬ５は、全体の正屈折力の確保に寄与しつつ、第６負レンズＬ６との接合により色収差補正にも寄与している。

このようなことから、本実施形態に係る対物光学系では、通常観察状態と近接観察状態との少なくとも何れか一方の状態において、以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。
−３≦（ｆｃ１×ｆｃ２）／（ｆｃ×ｆ）≦−０．８５ （３）
ここで、
ｆｃ１は接合レンズの第５正レンズＬ５の焦点距離、
ｆｃ２は接合レンズの第６負レンズＬ６の焦点距離、
ｆｃは接合レンズの合成焦点距離、
ｆは内視鏡用対物光学系全系の焦点距離、
である。

条件式（３）の上限値を上回ると、球面収差やコマ収差が悪化するか、または倍率色収差が補正不足になってしまう。
条件式（３）の下限値を下回ると、光学系の全長が大きくなりすぎるか、または倍率色収差の補正が過剰になってしまう。

なお、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３’）を満たすことが望ましい。
−２．３≦（ｆｃ１×ｆｃ２）／（ｆｃ×ｆ）≦−０．８８ （３’）
さらに、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３’’）を満たすことが望ましい。
−１．７≦（ｆｃ１×ｆｃ２）／（ｆｃ×ｆ）≦−０．９ （３’’）

また、レトロフォーカスタイプの構成を実現するために必要な負屈折力を、第１負レンズＬ１だけで確保しようとすると、第１負レンズＬ１は、強い負屈折力を有するため、大きな収差が発生してしまう。そのため、その像側に配置する第２メニスカスレンズＬ２の屈折力を負とすることが好ましい。このようにして、負屈折力を、第１負レンズＬ１と第２メニスカスレンズＬ２に分割すると共に、画面周辺の非点収差やコマ収差を良好に補正する必要がある。

このようなことから、本実施形態に係る対物光学系では、以下の条件式（４−１）、（４−２）のいずれかを満たすことが望ましい。
−１．５≦ｒ２／ｒ３≦−０．２８ （４−１）
−０．２≦ｒ２／ｒ４≦−０．０８ （４−２）
ここで、
ｒ２は第１負レンズＬ１の像側曲率半径、
ｒ３は第２メニスカスレンズＬ２の物体側曲率半径、
ｒ４は第２メニスカスレンズＬ２の像側曲率半径、
である。

条件式（４−１）、（４−２）の上限値を上回ると、非点収差やコマ収差の補正効果が低下するか、または第１負レンズＬ１での収差発生量が大きすぎて、全ての収差が悪化してしまう。
条件式（４−１）、（４−２）の下限値を下回ると、非点収差やコマ収差が補正過剰になるか、または光学系の全長が大きくなりすぎてしまう。

なお、条件式（４−１）、（４−２）に代えて、以下の条件式（４−１’）、（４−２’）を満たすことが望ましい。
−１≦ｒ２／ｒ３≦−０．３ （４−１’）
−０．１５≦ｒ２／ｒ４≦−０．０９ （４−２’）
さらに、条件式（４−１）、（４−２）に代えて、以下の条件式（４−１’’）、（４−２’’）を満たすことが望ましい。
−０．７５≦ｒ２／ｒ３≦−０．３２ （４−１’’）
−０．１３≦ｒ２／ｒ４≦−０．１ （４−２’’）

また、第３正メニスカスレンズＬ３、あるいは開口絞りＳよりも像側に配置されている光学系では、主に結像に関わる正屈折力を確保する必要がある。そのため、第４正レンズ群Ｌ４と接合レンズについては、全長短縮やバックフォーカス確保を考慮しつつ、球面収差やコマ収差を良好に補正できるような焦点距離比に設定することが望ましい。

このようなことから、本実施形態に係る対物光学系では、以下の条件式（５）を満たすことが望ましい。
０．４５≦ｆｐ／ｆｃ≦１．３ （５）
ここで、
ｆｐは正レンズ群Ｌ４の焦点距離、
ｆｃは接合レンズの合成焦点距離、
である。

条件式（５）の上限値を上回ると、光学系の全長が大きくなりすぎるか、または接合レンズによるコマ収差の発生が補正しきれなくなってしまう。
条件式（５）の下限値を下回ると、バックフォーカスが短すぎて、組立が出来なくなってしまうか、または第４正レンズ群Ｌ４によって発生する球面収差が補正しきれなくなってしまう。

なお、条件式（５）に代えて、以下の条件式（５’）を満たすことが望ましい。
０．４７≦ｆｐ／ｆｃ≦１．１ （５’）
さらに、条件式（５）に代えて、以下の条件式（５’’）を満たすことが望ましい。
０．４５≦ｆｐ／ｆｃ≦０．９ （５’’）

上述のように、本実施形態に係る対物光学系では、物体側に配置されている負屈折力のレンズと、像側に配置されている正屈折力のレンズとにより、レトロフォーカスタイプの構成を実現している。これにより、非点収差やコマ収差を補正しつつ、光学系の小型化を図っている。

ここで、特に第１負レンズＬ１と所定の光学系との構成が、対物光学系全体の収差バランスの維持と小型化に重要である。なお、所定の光学系とは、第４正レンズ群Ｌ４と接合レンズ（第５正レンズＬ５と第６負レンズＬ６）とを合わせた光学系のことである。

このようなことから、本実施形態に係る対物光学系では、以下の条件式（６）を満たすことが望ましい。
−５≦ｆｐｃ／ｆ１≦−２ （６）
ここで、
ｆｐｃは正レンズ群Ｌ４と接合レンズとの合成焦点距離、
ｆ１は第１負レンズＬ１の焦点距離、
である。

条件式（６）の上限値を上回ると、第１負レンズＬ１の屈折力が弱くなりすぎる。これにより、光学系の径が大きくなるか、または所定の光学系における屈折力が強くなりすぎて、球面収差やコマ収差が悪化してしまう。
条件式（６）の下限値を下回ると、第１負レンズＬ１の屈折力が強くなりすぎる。これにより、全体的に収差が悪化するか、または所定の光学系における屈折力が弱くなりすぎて、光学系の全長が大きくなってしまう。

なお、条件式（６）に代えて、以下の条件式（６’）を満たすことが望ましい。
−４≦ｆｐｃ／ｆ１≦−２．１ （６’）
さらに、条件式（６）に代えて、以下の条件式（６’’）を満たすことが望ましい。
−３．２≦ｆｐｃ／ｆ１≦−２．２ （６’’）

また、第３正メニスカスレンズＬ３は、合焦時にフォーカスレンズとして移動する。このため、第３正メニスカスレンズＬ３では、フォーカスによる収差変動が発生しやすい。また、レンズの移動時に、レンズが傾いたり（チルト）、偏ったり（シフト）して、実際の光学系が、本来の理想的な設計状態から、逸脱することは避けられない。そのため、フォーカスによるレンズ移動量に対するフォーカスレンズの焦点距離を適切に設定することが必要となる。

このようなことから、本実施形態に係る対物光学系では、以下の条件式（７）を満たすことが望ましい。
２２≦ｆ３／ｄｆ≦５０ （７）
ここで、
ｆ３は第３正メニスカスレンズＬ３の焦点距離、
ｄｆは第３正メニスカスレンズＬ３の最大移動量、
である。

条件式（７）の上限値を上回ると、フォーカスレンズの移動量が大きくなりすぎる。そのため、対物光学系が大型化してしまう。
条件式（７）の下限値を下回ると、フォーカスや、ばらつき即ち製造誤差の発生、による収差発生量が大きくなる。そのため、光学系の光学性能が劣化してしまう。

なお、条件式（７）に代えて、以下の条件式（７’）を満たすことが望ましい。
２２≦ｆ３／ｄｆ≦４０ （７’）
さらに、条件式（７）に代えて、以下の条件式（７’’）を満たすことが望ましい。
２２≦ｆ３／ｄｆ≦３５ （７’’）

上述のように、レトロフォーカスタイプの構成を実現するために必要な負屈折力を、第１負レンズＬ１だけで確保しようとすると、第１負レンズＬ１は、強い負屈折力を有することになる。そこで、本実施形態に係る対物光学系では、上述のように、負屈折力を、第１負レンズＬ１と第２メニスカスレンズＬ２に分割している。

ここで、負屈折力を分割したとはいえ、第１負レンズＬ１は、依然として強い負屈折力を有し、レトロフォーカスタイプの光学系を構成している。しかしながら、第１負レンズＬ１が強い負屈折力を有しているため、第１負レンズＬ１において、大きな収差を発生している。

このような場合は、コマ収差等を、正屈折力を有する第３正メニスカスレンズＬ３で補正することが効果的となる。特に第１負レンズＬ１と第３正メニスカスレンズＬ３の光線高の差が、この収差補正に影響する。そこで第１負レンズＬ１と第３正メニスカスレンズＬ３との距離を適切な関係に保つことが好ましい。

このようなことから、本実施形態に係る対物光学系では、条件式（８）を満たすことが望ましい。
１．３５≦Σｄ（Ｌ１−Ｌ３）／Ｉｈ≦３ （８）
ここで、
Σｄ（Ｌ１−Ｌ３）は第１負レンズＬ１の物体側面から第３正メニスカスレンズＬ３の物体側面までの最小の軸上距離、
Ｉｈは内視鏡用対物光学系の最大像高、
である。

条件式（８）の上限値を上回ると、第１負レンズＬ１の径が大きくなりすぎるか、または第３正メニスカスレンズＬ３の移動量が大きくなる。このため、第１負レンズＬ１と第３正メニスカスレンズＬ３との小型化が達成できなくなる。
条件式（８）の下限値を下回ると、第１負レンズＬ１、第３正メニスカスレンズＬ３の屈折力が強くなりすぎてしまう。そのため、コマ収差が悪化してしまう。

なお、条件式（８）に代えて、以下の条件式（８’）を満たすことが望ましい。
１．４≦Σｄ（Ｌ１−Ｌ３）／Ｉｈ≦２．５ （８’）
さらに、条件式（８）に代えて、以下の条件式（８’’）を満たすことが望ましい。
１．５≦Σｄ（Ｌ１−Ｌ３）／Ｉｈ≦２ （８’’）

また、本実施形態に係る対物光学系では、以下の条件式（９）を満たすことが望ましい。
４≦Ｆｎｏ≦７ （９）
ただし、
Ｆｎｏは内視鏡用対物光学系のＦナンバー、
である。

条件式（９）の上限値を上回ると、ＣＣＤの画素ピッチに対して回折の影響が出てしまう。
条件式（９）の下限値を下回ると、残存する収差が大きくなりすぎて、共に光学的な高性能を満たせなくなってしまう。

なお、条件式（９）に代えて、以下の条件式（９’）を満たすことが望ましい。
４．５≦Ｆｎｏ≦６．６ （９’）
さらに、条件式（９）に代えて、以下の条件式（９’’）を満たすことが望ましい。
５≦Ｆｎｏ≦６．３ （９’’）

また、本実施形態に係る対物光学系では、フォーカス時には、第３正メニスカスレンズＬ３のみが移動することが望ましい。このようにすることは、機械的構成が簡易になるので好ましい。

また、本実施形態に係る対物光学系では、明るさ絞りＳは、第３正メニスカスレンズＬ３の像側に配置されていることが望ましい。このようにすることは、コマ収差と倍率色収差との収差バランスが取れるため好ましい。
また、本実施形態に係る対物光学系では、第４正レンズ群Ｌ４は、複数のレンズで構成してもよい。

（実施例１）
実施例１に係る内視鏡用対物光学系について説明する。
図２（ａ）は、本実施例に係る内視鏡用対物光学系の、通常観察状態（遠距離物点）における断面図、（ｂ）は近接観察状態（近距離物点）における断面図である。
本実施例１では、物体側から順に、平凹の第１負レンズＬ１と、像側に凸面を向けた第２負メニスカスレンズＬ２と、物体側に凸を向けた第３正メニスカスレンズＬ３と、明るさ絞りＳと、両凸の第４正レンズＬ４と、両凸の第５正レンズＬ５と、像側に凸の第６負メニスカスレンズＬ６と、赤外吸収フィルタ、カバーガラスＦとＣＣＤカバーガラスＣＧと、から構成される。
なお、第５正レンズＬ５と第６負メニスカスレンズＬ６とは接合されている。また、カバーガラスＦとＣＣＤカバーガラスＣＧとは接合されている。ｄ１５は接着層である。また、赤外吸収フィルタの物体側に、ＹＡＧレーザーカットのコーティング、像側にＬＤレーザーカットのコーティングを施している。さらに、第３正メニスカスレンズＬ３は、通常観察状態（図２（ａ））から近接観察状態（図２（ｂ））へフォーカシングするに際して、像（像面Ｉ）側に移動する。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本実施例の通常観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。
図３（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は、本実施例の近接観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。
これら、諸収差図は、６５６．２７ｎｍ（Ｃ線）、５８７．５６ｎｍ（ｄ線）、４８６．１３ｎｍ（Ｆ線）及び４３５．８４ｎｍ（ｇ線）の各波長について示されている。また、各図中、”ＦＩＹ”は最大像高を示す。以下、収差図に関しては、同様である。

（実施例２）
実施例２に係る内視鏡用対物光学系について説明する。
図４（ａ）は、本実施例に係る内視鏡用対物光学系の、通常観察状態（遠距離物点）における断面図、（ｂ）は近接観察状態（近距離物点）における断面図である。
実施例２は、上述した実施例１と同様な構成で広角化している。
物体側から順に、平凹の第１負レンズＬ１、像側に凸面を向けた第２負メニスカスレンズＬ２、物体側に凸面を向けた第３正メニスカスレンズＬ３、明るさ絞りＳ、両凸の第４正レンズＬ４、両凸の第５正レンズＬ５、像側に凸の第６負メニスカスレンズＬ６、赤外吸収フィルタＦ、カバーガラスＦ、ＣＣＤカバーガラスＣＧから構成される。
なお第５正レンズＬ５と第６負メニスカスレンズＬ６とは接合されている。また、カバーガラスＦとＣＣＤカバーガラスＣＧは接合されている。また赤外吸収フィルタの物体側にＹＡＧレーザーカット、像側にＬＤレーザーカットのコーティングを施している。さらに、第３正メニスカスレンズＬ３は通常観察状態（図４（ａ））から近接観察状態（図４（ｂ））へフォーカシングに際して像（像面Ｉ）側に移動する。

図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本実施例の通常観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。
図５（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は、本実施例の近接観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。

（実施例３）
実施例３に係る内視鏡用対物光学系について説明する。
図６（ａ）は、本実施例に係る内視鏡用対物光学系の、通常観察状態（遠距離物点）における断面図、（ｂ）は近接観察状態（近距離物点）における断面図である。
実施例３も上述の実施例１と同様に、物体側から順に、平凹の第１負レンズＬ１と、像側に凸面を向けた第２負メニスカスレンズＬ２と、物体側に凸面を向けた第３正メニスカスレンズＬ３と、明るさ絞りＳと、両凸の第４正レンズＬ４と、両凸の第５正レンズＬ５と、像側に凸面を向けた第６負メニスカスレンズＬ６と、赤外吸収フィルタ、カバーガラスＦ、ＣＣＤカバーガラスＣＧから構成される。
なお、第５正レンズＬ５と第６負メニスカスレンズＬ６とは接合されている。また、カバーガラスＦとＣＣＤカバーガラスＣＧは接合されている。また赤外吸収フィルタの物体側にＬＤレーザーカットのコーティング、像側にＹＡＧレーザーカットのコーティングを施している。さらに、第３正メニスカスレンズＬ３は、通常観察状態（図６（ａ））から近接観察状態（図６（ｂ））へのフォーカシングに際して像（像面Ｉ）側に移動する。

図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本実施例の通常観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。
図７（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は、本実施例の近接観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。

（実施例４）
実施例４に係る内視鏡用対物光学系について説明する。
図８（ａ）は、本実施例に係る内視鏡用対物光学系の、通常観察状態（遠距離物点）における断面図、（ｂ）は近接観察状態（近距離物点）における断面図である。
実施例４も上述した実施例２と同様に、物体側から順に、平凹の第１負レンズＬ１と、像側に凸面を向けた第２負メニスカスレンズＬ２と、物体側に凸面を向けた第３正メニスカスレンズＬ３と、明るさ絞りＳと、両凸の第４正レンズＬ４と、両凸の第５正レンズＬ５と、像側に凸面を向けた第６負メニスカスレンズＬ６と、赤外吸収フィルタ、カバーガラスＦ、ＣＣＤカバーガラスＣＧから構成される。
なお、第５正レンズＬ５と第６負メニスカスレンズＬ６とは接合されている。また、カバーガラスＦとＣＣＤカバーガラスＣＧは接合されている。また、赤外吸収フィルタの物体側にＬＤレーザーカットのコーティング、像側にＹＡＧレーザーカットのコーティングを施している。さらに、第３正メニスカスレンズＬ３は通常観察状態（図８（ａ））から近接観察状態（図８（ｂ））へのフォーカシングに際して像(像面Ｉ）側に移動する。

以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｄは各レンズのｄ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角、ＩＨは像高、である。

数値実施例１
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.320 1.88300 40.76
2 0.9087 0.7537
3 -1.2930 0.4800 1.88300 40.76
4 -1.5764 d4
5 1.4374 0.5400 1.88300 40.76
6 1.5329 d6
7（絞り）∞ 0.1910
8 2.6879 1.0600 1.51633 64.14
9 -2.6879 0.7537
10 2.8896 1.2000 1.48749 70.23
11 -1.4034 0.4200 1.92286 18.90
12 -2.6879 0.9999
13 ∞ 0.6000 1.52100 65.13
14 ∞ 0.5000 1.51633 64.14
15 ∞ 0.0100 1.51300 64.00
16 ∞ 0.5000 1.61062 50.49
像面 ∞

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
焦点距離 1.072 1.056
物点距離 12.5 4.5
Ｆｎｏ 5.94 5.95
ω 67.2 66.0
ＩＨ 1 1
d4 0.1730 0.4809
d6 0.7325 0.4246

数値実施例２
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.3200 1.88300 40.76
2 0.8291 0.6274
3 -2.4204 0.4000 1.88300 40.76
4 -4.3174 d4
5 1.5329 0.4800 1.64769 33.79
6 1.7898 d6
7（絞り）∞ 0.0860
8 3.0870 1.1600 1.62004 36.26
9 -3.0870 0.7750
10 3.0998 1.0600 1.58913 61.14
11 -1.4374 0.3200 1.92286 18.90
12 -3.7166 1.0000
13 ∞ 0.7431 1.52100 65.13
14 ∞ 0.5854
15 ∞ 0.7000 1.51633 64.14
16 ∞ 0.0100 1.51300 64.00
17 ∞ 0.5000 1.61062 50.49
像面 ∞ 0.0000

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
焦点距離 0.998 0.990
物点距離 11.5 4.0
Ｆｎｏ 6.00 6.02
ω 80.5 76.5
ＩＨ 1 1
d4 0.3216 0.6444
d6 0.7229 0.4002

数値実施例３
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.3185 1.88300 40.76
2 0.8075 0.7856
3 -1.4551 0.4706 1.88300 40.76
4 -1.7058 d4
5 1.2793 0.5400 1.88300 40.76
6 1.2840 d6
7（絞り）∞ 0.1911
8 2.8681 0.6950 1.48749 70.23
9 -3.3606 0.7488
10 2.0631 1.2700 1.48749 70.23
11 -1.3083 0.4250 1.92286 18.90
12 -2.7838 0.1900
13 ∞ 0.6000 1.52100 65.13
14 ∞ 1.2918
15 ∞ 0.5000 1.51633 64.14
16 ∞ 0.0100 1.51300 64.00
17 ∞ 0.5000 1.61062 50.49
像面 ∞

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
焦点距離 1.087 1.075
物点距離 12.7 4.1
Ｆｎｏ 6.09 6.11
ω 68.6 66.0
ＩＨ 1 1
d4 0.2014 0.5257
d6 0.7521 0.4280

数値実施例４
単位 ｍｍ


面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.3200 1.88300 40.76
2 0.8134 0.6081
3 -3.3652 0.4000 1.88300 40.76
4 -7.0620 d4
5 1.3621 0.4800 1.64769 33.79
6 1.6153 d6
7（絞り）∞ 0.0850
8 2.7557 1.0360 1.58144 40.75
9 -2.7539 0.7967
10 2.9158 1.0700 1.58913 61.14
11 -1.4447 0.4250 1.92286 18.90
12 -3.8660 1.5479
13 ∞ 0.6000 1.52100 65.13
14 ∞ 0.5000 1.51633 64.14
15 ∞ 0.0100 1.51300 64.00
16 ∞ 0.5000 1.61062 50.49
像面 ∞

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
焦点距離 1.005 0.995
物点距離 11.4 4.0
Ｆｎｏ 5.90 5.92
ω 79.5 76.1
ＩＨ 1 1
d4 0.3185 0.5666
d6 0.6770 0.4289

以下、実施例１、実施例２、実施例３、実施例４に係る内視鏡用対物光学系における条件式（１）〜（９）の数値を示す。なお、条件式（３）の上段は通常観察状態、下段は近接観察状態の数値である。

条件式 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４
（1） 2.78 2.67 3.28 2.53
（2） -1.02 -0.93 -0.91 -0.92
（3） -1.51 -0.99 -1.24 -1.00
-1.53 -1.00 -1.26 -1.01
（4-1） -0.70 -0.34 -0.55 -0.24
（4-2） -0.58 -0.19 -0.47 -0.12
（5） 0.57 0.54 0.77 0.52
（6） -2.23 -2.29 -2.50 -2.26
（7） 23.1 29.2 22.1 30.7
（8） 1.73 1.67 1.78 1.65
（9） 5.94 6.00 6.09 5.90

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態のみに限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、これら実施形態の構成を適宜組合せて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

以上のように、本発明は、小型で、かつ良好な光学性能を有する内視鏡用対物光学系に有用である。

Ｌ１ 第１負レンズ
Ｌ２ 第２負メニスカスレンズ
Ｌ３ 第３正メニスカスレンズ
Ｌ４ 第４正レンズ
Ｌ５ 第５正レンズ
Ｌ６ 第６負メニスカスレンズ
Ｓ 明るさ絞り

Claims (10)

1. 物体側から順に、平凹の第１負レンズと、像側に凸面を向けた第２メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた第３正メニスカスレンズと、正レンズ群と、正レンズと負レンズが接合された接合レンズとからなり、
   前記第３正メニスカスレンズが光軸に沿って移動してフォーカシングを行い、
   前記第２メニスカスレンズは負レンズであり、
   以下の条件式（１）を満たし、
   以下の条件式（４−１）、（４−２）の少なくともいずれか１つを満たすことを特徴とする内視鏡用対物光学系。
   ２．３≦ｆｐ／Ｉｈ≦５ （１）
   −１．５≦ｒ２／ｒ３≦−０．２８ （４−１）
   −０．２≦ｒ２／ｒ４≦−０．０８ （４−２）
   ここで、
   ｆｐは前記正レンズ群の焦点距離、
   Ｉｈは前記内視鏡用対物光学系の最大像高、
   ｒ２は前記第１負レンズの像側曲率半径、
   ｒ３は前記第２メニスカスレンズの物体側曲率半径、
   ｒ４は前記第２メニスカスレンズの像側曲率半径、
   である。
2. 以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用対物光学系。
   −２≦ｆ１／Ｉｈ≦−０．９ （２）
   ここで、
   ｆ１は前記第１負レンズの焦点距離、
   Ｉｈは前記内視鏡用対物光学系の最大像高、
   である。
3. 以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用対物光学系。
   −３≦（ｆｃ１×ｆｃ２）／（ｆｃ×ｆ）≦−０．８５ （３）
   ここで、
   ｆｃ１は前記接合レンズの前記正レンズの焦点距離、
   ｆｃ２は前記接合レンズの前記負レンズの焦点距離、
   ｆｃは前記接合レンズの合成焦点距離、
   ｆは前記内視鏡用対物光学系の通常観察状態または近接観察状態での全系の焦点距離、
   である。
4. 以下の条件式（５）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用対物光学系。
   ０．４５≦ｆｐ／ｆｃ≦１．３ （５）
   ここで、
   ｆｐは前記正レンズ群の焦点距離、
   ｆｃは前記接合レンズの合成焦点距離、
   である。
5. 以下の条件式（６）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用対物光学系。
   −５≦ｆｐｃ／ｆ１≦−２ （６）
   ここで、
   ｆｐｃは前記正レンズ群と前記接合レンズとの合成焦点距離、
   ｆ１は前記第１負レンズの焦点距離、
   である。
6. 以下の条件式（７）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用対物光学系。
   ２２≦ｆ３／ｄｆ≦５０ （７）
   ここで、
   ｆ３は前記第３正メニスカスレンズの焦点距離、
   ｄｆは前記第３正メニスカスレンズの最大移動量、
   である。
7. 以下の条件式（８）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の内
   視鏡用対物光学系。
   １．３５≦Σｄ（Ｌ１−Ｌ３）／Ｉｈ≦３ （８）
   ここで、
   Σｄ（Ｌ１−Ｌ３）は前記第１負レンズの物体側面から前記第３正
   メニスカスレンズの物体側面の最小の軸上距離、
   Ｉｈは前記内視鏡用対物光学系の最大像高、
   である。
8. 以下の条件式（９）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用対物光学系。
   ４≦Ｆｎｏ≦７ （９）
   ここで、
   Ｆｎｏは内視鏡用対物光学系のＦナンバー、
   である。
9. フォーカス時には前記第３正メニスカスレンズのみが移動することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用対物光学系。
10. 明るさ絞りは前記第３正メニスカスレンズの像側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用対物光学系。

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