JP6001227B1 - 斜視対物光学系及びそれを備えた斜視用内視鏡 - Google Patents

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Abstract

斜視対物光学系は、物体側から順に、負レンズからなる前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正の屈折力を有する後側レンズ群GRと、から構成され、後側レンズ群GRは、正レンズL2と、正の屈折力を有する接合レンズと、からなり、接合レンズは、物体側から順に、正レンズL3と負レンズL4とで構成され、以下の条件式(1)、(2)、(3)を満足する。−2.0<fF/f<−1.3 (1)1.7<fR/f<2.7 (2)0.63<|fF/fR|<0.88 (3)ただし、fFは、前側レンズ群の焦点距離、fRは、後側レンズ群の焦点距離、fは、斜視対物光学系全系の焦点距離、である。

Description

本発明は、光路変換素子を具備した斜視対物光学系及びそれを備えた斜視用内視鏡に関するものである。
近年、CCD(Charge Coupled Devices)やC−MOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子では、微細化技術の進歩によって、画素の微細化と素子自体の小型化が進んでいる。特に最近では、非常に微細な画素を持つ撮像素子、例えば、画素ピッチが約2〜3μmという撮像素子が製造されてきている。このように、近年の撮像素子は、以前に比べて多画素で小型になってきている。
また、光学系のレンズ外径や全長を小型化すると、光学系から出射する光線を、撮像素子の受光面に対して垂直に入射させることが困難になる。この場合、光線は受光面に対して斜めに入射する(以下、「斜入射」という)。そのため、近年のCCDやC−MOS等の撮像素子は、受光面への最適な光線の入射が斜入射であることを前提として設計されている。このように、近年の撮像素子は斜入射特性を有している。
多画素で小型な撮像素子を内視鏡に用いることで、画像の高画質化と内視鏡の細径化が可能になる。それに伴って、内視鏡用の対物光学系には、高性能で小型の対物光学系が求められることになる。高性能な光学系とは、例えば、分解能が高く、収差が良好に補正されている光学系である。
内視鏡用の対物光学系の一つに、斜視対物光学系がある。斜視対物光学系では、前方視、側方視又は後方視が行われる。
図1は、従来の斜視対物光学系の例である。斜視対物光学系1は、側方視を行う斜視対物光学系である。斜視対物光学系1は、前側レンズ群2、プリズム3及び後側レンズ群4で構成されている。斜視対物光学系1では、プリズム3によって、前側レンズ群2の光軸と後側レンズ群4の光軸とが直交した状態になっている。
図2は、従来の斜視対物光学系の別の例である。斜視対物光学系5は、前方視を行う斜視対物光学系である。斜視対物光学系5は、前側レンズ群6、プリズム7及び後側レンズ群8で構成されている。斜視対物光学系5では、プリズム7によって、前側レンズ群6の光軸と後側レンズ群8の光軸とが交差した状態(ただし、直交状態ではない)になっている。
図1や図2に示すように、斜視対物光学系では、大きな硝路長の光路変換素子が光学系中に配置される。そのため、特に斜視対物光学系では、光路変換素子、例えばプリズムを配置するための大きなスペースが必要となる。その結果、斜視対物光学系では、直視の対物光学系に比べて光学系の全長が長くなる。このように、斜視対物光学系は、直視の対物光学系に比べて大型になる傾向があるため、斜視対物光学系には一層の小型化が要求される。特許文献1〜5には、斜視対物光学系が開示されている。
特許文献1に開示された斜視対物光学系は、前群発散レンズ系と、後群収斂レンズ系と、で構成されている。この斜視対物光学系は、イメージファイバに用いられることを前提とした光学系である。そのため、この斜視対物光学系では、斜視対物光学系から出射する光線を、ファイバの入射端面に対してほぼ垂直に入射できるようにしている。
特許文献2に開示された斜視対物光学系は、1枚の負レンズからなる第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、で構成されている。この斜視対物光学系では、色収差補正のために、第1レンズ群の負レンズとプリズムに、分散が小さい硝材(アッベ数が大きい硝材)が用いられている。
特許文献3に開示された斜視対物光学系は、負の焦点距離を有する前群と、正の焦点距離を有する後群と、で構成されている。
特許文献4に開示された斜視対物光学系は、負の屈折力の単レンズからなる第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、で構成されている。この斜視対物光学系では、第3レンズ群を、物体側から順に、負レンズと正レンズからなる接合レンズで構成している。このようにすることで、テレセントリック性を確保している。すなわち、特許文献4に開示された斜視対物光学系では、斜視対物光学系から出射する光線を、CCDの受光面に対してほぼ垂直に入射できるようにしている。
特許文献5に開示された斜視対物光学系は、負の第1群と、正の第2群と、から構成されている。
ところで、斜視対物光学系や直視の対物光学系では、光学系は枠部材によって保持されている。光学系は、組立時に、枠部材を介して組立用の治工具に取り付けられる。また、組立てられた後の光学系は、枠部材を介して内視鏡先端部へ組込まれる。そのため、枠部材の嵌合部については、ある程度の長さを確保する必要がある。
図3は、斜視対物光学系の枠部材の例である。斜視対物光学系9は、側方視を行う斜視対物光学系である。斜視対物光学系9は、前側レンズ群10、プリズム11及び後側レンズ群12で構成されている。斜視対物光学系9では、プリズム11における1回の反射によって、前側レンズ群10の光軸と後側レンズ群12の光軸とが直交した状態になっている。
斜視対物光学系9では、前側レンズ群10とプリズム11が枠部材13で保持され、後側レンズ群12が枠部材14で保持されている。また、撮像素子15が枠部材16で保持されている。
図4と図5は、斜視対物光学系の枠部材の別の例である。斜視対物光学系17や斜視対物光学系18は、前方視を行う斜視対物光学系である。斜視対物光学系17や斜視対物光学系18では、プリズムにおける2回の反射によって、前側レンズ群の光軸と後側レンズ群の光軸とが交差した状態になっている。斜視対物光学系17では2つの枠部材が用いられ、斜視対物光学系18では3つの枠部材が用いられている。
特開昭51−62053号公報 特許3385090号公報 特許3574484号公報 特許4439184号公報 特許4814746号公報
特許文献1に開示された斜視対物光学系は光学系全体が大きく、また、光学性能も不十分である。そのため、特許文献1に開示された斜視対物光学系を、多画素で小型なCCD等の撮像素子への適用が可能な斜視対物光学系、すなわち、高性能化と小型化に対応した斜視対物光学系に適用することはできない。
また、特許文献2に開示された斜視対物光学系では、色収差補正のために、第1レンズ群の負レンズとプリズムの各々に、低屈折率の硝材が用いられている。この場合、特に、明るさ絞りよりも物体側の空気換算長が長くなる。その結果、負レンズの外径やプリズムの外径が大きくなってしまう。そのため、特許文献2に開示された斜視対物光学系を、高性能化と小型化に対応した斜視対物光学系へ適用することはできない。
また、特許文献3に開示された斜視対物光学系では、バックフォーカスが長いため光学系全体が大型化してしまう。また、前群における負レンズの焦点距離が短いので、前群の負の屈折力が大きい。しかしながら、バックフォーカスが長いため、接合レンズの焦点距離が長くなっている。このように、光学系全体での屈折力のバランスが悪いため、光学性能が十分ではない。そのため、特許文献3に開示された斜視対物光学系を、高性能化と小型化に対応した斜視対物光学系へ適用することはできない。
また、特許文献4に開示された斜視対物光学系では、テレセントリック性が確保されている。しかしながら、近年の撮像素子は斜入射特性を有しているので、光学系においてテレセントリック性が確保されている必要が無い。特許文献4に開示された斜視対物光学系では、斜視対物光学系から出射する光線の角度は、撮像素子の斜入射特性を満足する角度からむしろ乖離してしまう。その結果、画像の周辺部に、明るさのムラや色のムラが生じてしまう。そのため、特許文献4に開示された斜視対物光学系を、高性能化と小型化に対応した斜視対物光学系へ適用することはできない。
また、特許文献5に開示された斜視対物光学系では、画角が大きいため、第1群の焦点距離が短くなっている(第1群の負屈折力が大きくなっている)。一方、フィルタ類を配置するためには、光学系の全長とバックフォーカスを長くする必要があることから、第2群の焦点距離が長くなっている(第2群の正屈折力が小さくなっている)。これだと、負屈折力と正屈折力のバランスが崩れてしまうので、像面湾曲及び非点収差が発生してしまう。さらに、特許文献5に開示された斜視対物光学系では、像高が高いので、第2群のレンズ外径も大きくなっている。そのため、特許文献5に開示された斜視対物光学系を、高性能化と小型化に対応した斜視対物光学系へ適用することはできない。
以上のように、特許文献1〜5に開示された斜視対物光学系では、高性能化と小型化に対応した斜視対物光学系を実現することは難しい。
また、図3に示すように、枠部材13と枠部材14は、嵌合部13aと嵌合部14aとで接続されている。斜視対物光学系9の組立時、枠部材13と枠部材14は、各々治工具によって保持される。そして、両者の相対位置が調整された後、固定される。
ここで、斜視対物光学系9が小型になると、枠部材13と枠部材14も短くなる。枠部材13と枠部材14が短くなり過ぎると、枠部材13を保持する治工具と枠部材14を保持する治工具とが干渉してしまう。そのため、斜視対物光学系9の組立てができなくなる。
また、斜視対物光学系9が小型になると、嵌合部13aの長さと嵌合部14aの長さを、各々十分に確保することが困難になる。この場合、枠部材13と枠部材14を、予め決められた状態に保つことが困難になる。そのため、斜視対物光学系9を精度良く組立てることができない。
枠部材14と枠部材16は、嵌合部14bと嵌合部16aとで接続されている。斜視対物光学系9が小型になると、枠部材14と枠部材16についても上述の問題が生じる。
また、斜視対物光学系9は、枠部材13の嵌合部13bを介して内視鏡先端部へ組込まれる。斜視対物光学系9が小型になると、嵌合部13bの長さを十分に確保することが困難になる。この場合、内視鏡先端部に対して、枠部材13を予め決められた状態に保つことが困難になる。そのため、斜視対物光学系9を内視鏡先端部に精度良く取り付けることができない。
また、図4と図5に示すように、斜視対物光学系17では2つの枠部材が用いられ、斜視対物光学系18では3つの枠部材が用いられている。よって、これらの斜視対物光学系においても、上述の問題が生じる。
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、組立てや内視鏡先端部への取り付けを高精度且つ容易に行えると共に、高性能で小型な斜視対物光学系を提供することを目的とする。また、高画質の画像が得られると共に、細径化された先端部を有する斜視用内視鏡を提供する。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の斜視対物光学系は、
物体側から順に、負レンズからなる前側レンズ群と、光路変換素子と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する後側レンズ群と、から構成され、
後側レンズ群は、正レンズと、正の屈折力を有する接合レンズと、からなり、
接合レンズは、物体側から順に、正レンズと負レンズとで構成され、
以下の条件式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)を満足する。
−2.0<fF/f<−1.3 (1)
1.7<fR/f<2.7 (2)
0.63<|fF/fR|<0.88 (3)
2.4<D1/f<4.4 (4)
1.1<D2/f<1.7 (5)
ただし、
Fは、前側レンズ群の焦点距離、
Rは、後側レンズ群の焦点距離、
fは、斜視対物光学系全系の焦点距離、
D1は、前側レンズ群の負レンズの像側面から明るさ絞りまでの空気換算長、
D2は、後側レンズ群の最終レンズの像側面から像面までの空気換算長、
である。
また、本発明の斜視用内視鏡は、
上記の斜視対物光学系を備えることを特徴とする。
本発明によれば、組立てや内視鏡先端部への取り付けを高精度且つ容易に行えると共に、高性能で小型な斜視対物光学系を実現することができる。また、高画質の画像が得られると共に、細径化された先端部を有する斜視用内視鏡を提供することができる。
従来の斜視対物光学系を示す図である。 従来の別の斜視対物光学系を示す図である。 斜視対物光学系の枠部材を示す図である。 斜視対物光学系の別の枠部材を示す図である。 斜視対物光学系の別の枠部材を示す図である。 本実施例に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、プリズムを示す図である。 実施例1に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、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。 実施例2に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、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。 実施例3に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、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。 実施例4に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、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。 実施例5に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、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。 実施例6に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、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。 実施例7に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、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。 実施例8に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、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。 実施例9に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、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。 実施例10に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、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。 実施例11に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、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。 実施例12に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、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。 実施例13に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、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。 実施例14に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、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。 実施例15に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と、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。 内視鏡装置の構成を示す図である。
以下、本実施形態に係る斜視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、以下の実施形態係る斜視対物光学系によりこの発明が限定されるものではない。
本実施形態の斜視対物光学系は、物体側から順に、負レンズからなる前側レンズ群と、光路変換素子と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する後側レンズ群と、から構成され、後側レンズ群は、正レンズと、正の屈折力を有する接合レンズと、からなり、接合レンズは、物体側から順に、正レンズと負レンズとで構成されている。
明るさ絞りの近傍、すなわち、明るさ絞りの物体側又は明るさ絞りの像側に光路変換素子を配置することで、光路変換素子における光線高を低く抑えることができる。その結果、光路変換素子のサイズを小さくできる。
しかしながら、明るさ絞りよりも像側に光路変換素子を配置すると、明るさ絞りから像面までの距離は、少なくとも光路変換素子の硝路長分だけ長くなってしまう。そうすると、斜視対物光学系から出射する光線は、撮像素子の受光面に対してほぼ垂直になる。そのため、斜視対物光学系から出射する光線の角度は、撮像素子の斜入射特性を満足する角度にならない。その結果、画像の周辺部に、明るさのムラや色のムラが発生してしまう。
また、斜視対物光学系の組立てでは、ピント調整を行う。そのため、無理に撮像素子の斜入射特性を満足させようとすると、ピント調整に必要な間隔が不足する。また、斜入射特性に合わせて無理に光線を曲げることになるので、収差が発生してしまう。その結果、著しく光学性能が低下してしまう。
そこで、本実施形態に係る斜視対物光学系では、明るさ絞りよりも物体側に光路変換素子を配置している。これにより、明るさ絞りから像面までの距離を短くできるので、斜視対物光学系から出射する光線の角度を、撮像素子の斜入射特性を満足する角度にすることが、比較的容易に行える。
更に、明るさ絞りよりも物体側では硝路長が長くなる。そのため、前側レンズ群を保持する枠部材の長さを、適切に確保することができる。その結果、斜視対物光学系の組立てや、斜視対物光学系の内視鏡先端部への取り付けを、高精度で容易に行うことができる。
接合レンズは、物体側から順に、正レンズと負レンズとで構成されていることが望ましい。このようにすることで、斜視対物光学系を小型化することができる。また、斜視対物光学系から出射する光線の角度を、撮像素子の斜入射特性を満足する角度にすることができる。
接合レンズを、物体側から順に、負レンズと正レンズとで構成すると、接合レンズにおける光線高が高くなってしまうので、レンズの外径が大きくなる。そのため、レンズの加工性が悪くなる。また、斜視対物光学系全体としても外径が大きくなってしまう。
更に、像側に配置した正レンズの作用によって光線が曲げられるため、斜視対物光学系から出射する光線が、撮像素子の受光面に対してほぼ垂直になる。その結果、斜視対物光学系から出射する光線の角度を、撮像素子の斜入射特性を満足する角度にすることが難しくなる。無理に斜入射特性を満足する角度にしようとすると、接合レンズ面で光線が大きく曲げられるので収差が発生する。そのため、光学性能が劣化してしまう。
本実施形態の斜視対物光学系は、上記の構成を備えると共に、以下の条件式(1)、(2)を満足する。
−2.0<fF/f<−1.3 (1)
1.7<fR/f<2.7 (2)
ここで、
Fは、前側レンズ群の焦点距離、
Rは、後側レンズ群の焦点距離、
fは、斜視対物光学系全系の焦点距離、
である。
条件式(1)は、前側レンズ群の焦点距離を規定した条件式である。
条件式(1)の下限値を下回ると、前側レンズ群の屈折力が小さくなるため、斜視対物光学系の画角が小さくなる。この状態で大きな画角を確保しようとすると、前側レンズ群の負レンズ(以下、「前側負レンズ」という)から明るさ絞りまでの距離が長くなってしまう。そうすると、前側負レンズから明るさ絞りまでの間の光線高が高くなるため、前側負レンズが大型化すると共に、光学系全体が大型化してしまう。
条件式(1)の上限値を上回ると、前側レンズ群の屈折力が大きくなるため、斜視対物光学系の画角が大きくなる。画角が大きくなると、レンズを通過する光線の高さが高くなるためレンズ外径が大きくなってしまう。更に、画角が大きくなることで観察画像の周辺部が暗くなってしまう。画像周辺部を明るくするためには更に照明光を明るくしなければならないが、そうすると照明光学系の大型化を招いてしまう。いずれも内視鏡の細径化には好ましくない。
更に、前側レンズ群の屈折力が大きくなると、前側負レンズの曲率半径が小さくなるため、レンズの加工が難しくなる。更に、前側負レンズの屈折力が大きくなることで、特に、レンズが偏心した場合に光学性能の劣化が大きくなる。その結果、安定した光学性能をもつ斜視対物光学系を実現することが困難になる。
条件式(2)は、後側レンズ群の焦点距離を規定した条件式である。
条件式(2)の下限値を下回ると、後側レンズ群の屈折力が大きくなるため、像位置が後側レンズ群に近づき過ぎてしまう。そうすると、ピント調整に必要な間隔が狭くなってしまうので、ピント調整に必要な間隔が不足する。そのため、遠点側の深度が、本来必要とする深度よりも浅くなる。
更に、後側レンズ群の屈折力が大きくなると、後側レンズ群を構成する各レンズの屈折力も大きくなる。この場合、各レンズの曲率半径が小さくなるので、レンズの加工が難しくなる。
条件式(2)の上限値を上回ると、後側レンズ群の屈折力が小さくなるため、像位置が後側レンズ群から離れ過ぎてしまう。この場合、明るさ絞りから像位置までの硝路長が長くなるので、光学系全体が大型化する。
条件式(1)と条件式(2)を満足することによって、本実施形態に係る斜視対物光学系では、前側レンズ群の屈折力と後側レンズ群の屈折力とのバランスを最適にすることができる。その結果、諸収差が良好に補正された斜視対物光学系を実現することができる。
条件式(1)に代えて、以下の条件式(1’)を満足することが好ましい。
−1.9<fF/f<−1.4 (1’)
条件式(2)に代えて、以下の条件式(2’)を満足することが好ましい。
1.8<fR/f<2.5 (2’)
更に、本実施形態の斜視対物光学系は、以下の条件式(3)を満足する。
0.63<|fF/fR|<0.88 (3)
ここで、
Fは、前側レンズ群の焦点距離、
Rは、後側レンズ群の焦点距離、
である。
条件式(3)は、前側レンズ群の焦点距離と後側レンズ群の焦点距離の比を規定した条件式である。条件式(3)を満足することで、前側レンズ群の屈折力と後側レンズ群の屈折力のバランスを最適にすることができる。その結果、諸収差が良好に補正された斜視対物光学系を実現することができる。
条件式(3)の下限値を下回ると、前側レンズ群の焦点距離が短くなる(前側レンズ群の屈折力が大きくなる)。そのため、斜視対物光学系の画角が大きくなる。画角が大きくなると、レンズを通過する光線の高さが高くなるためレンズ外径が大きくなってしまう。更に、画角が大きくなることで観察画像の周辺部が暗くなってしまう。画像周辺部を明るくするためには更に照明光を明るくしなければならないが、そうすると照明光学系の大型化を招いてしまう。いずれも内視鏡の細径化には好ましくない。
更に、前側負レンズの屈折力が、後側レンズ群の正の屈折力よりも大きくなる。そのため、負の屈折力の影響を受ける収差を、後側レンズ群で十分に補正することができない。その結果、正方向に像面湾曲が生じる。
更に、前側レンズ群の屈折力と後側レンズ群の屈折力とのバランスが悪くなる。この場合、非点収差の発生量が大きくなるので、特に、子午線方向の像面が大きく正方向に傾いてしまう。そのため、レンズが偏心した場合に、画像に片ボケが発生しやすくなる。特に、近点観察時に、画像の周辺部が著しくボケてしまう虞がある。
条件式(3)の上限値を上回ると、前側レンズ群の焦点距離が長くなる(前側レンズ群の屈折力が小さくなる)。そのため、斜視対物光学系の画角が小さくなる。
更に、前側負レンズの屈折力が、後側レンズ群の正の屈折力よりも小さくなる。そのため、後側レンズ群による補正が、負の屈折力の影響を受ける収差に対して過剰になる。その結果、負方向に大きな像面湾曲が生じる。
更に、前側レンズ群の屈折力と後側レンズ群の屈折力とのバランスが悪くなる。この場合、非点収差の発生量が大きくなるので、特に、子午線方向の像面が大きく負方向に傾いてしまう。そのため、レンズが偏心した場合に、画像に片ボケが発生しやすくなる。特に、遠点観察時に、画像の周辺部が著しくボケてしまう虞がある。
また、本実施形態の斜視対物光学系は、以下の条件式(4)、(5)を満足することが好ましい。
2.4<D1/f<4.4 (4)
1.1<D2/f<1.7 (5)
ここで、
D1は、前側レンズ群の負レンズの像側面から明るさ絞りまでの空気換算長、
D2は、後側レンズ群の最終レンズの像側面から像面までの空気換算長、
fは、斜視対物光学系全系の焦点距離、
である。
条件式(4)は前側レンズ群の負レンズの像側面から明るさ絞りまでの空気換算長を規定した条件式である。例えば、後述の実施例1では、D1は以下の式で求まる。
D1=d2+d3/n3+d4+d5/n5
条件式(4)の下限値を下回ると、最適な外径形状の光路変換素子を配置するためのスペースを十分に確保することが難しくなる。そのため、光路変換素子で、光線のけられが発生する。また、光路変換素子の光学面以外に光線が入射することで、画像にフレアが発生する虞がある。
また、前側レンズ群を保持する枠部材の長さを、適切に確保することが難しくなる。この場合、組立用の治工具に枠部材を安定的に保持することができなくなる。そのため、斜視対物光学系の組立てやピント調整を、高精度に行うことが難しくなる。更に、斜視対物光学系の内視鏡先端部への取り付けと固定を、高精度に行うことが難しくなる。
条件式(4)の上限値を上回ると、光路変換素子を配置するためのスペースを十分に確保できるが、前側負レンズから明るさ絞りまでの硝路長が長くなりすぎる。この場合、前側負レンズにおける光線高が高くなるので、前側負レンズの外径が大きくなる。これに伴って、斜視対物光学系が大型化する。更に、斜視対物光学系の大型化に伴って、それを搭載する内視鏡の外径も大きくなる。
条件式(5)は後側レンズ群の最終レンズの像側面から像面までの空気換算長を規定した条件式である。ここで、最終レンズは屈折力を有するレンズを意味する。よって、カラーフィルタ等の平行平板フィルタやパワーレスレンズは、最終レンズではない。例えば、後述の実施例1では、D2は以下の式で求まる。
D2=d14+d15/n15+d16/n16+d17/n17
条件式(5)の下限値を下回ると、最終レンズから像面までの間隔が狭くなり過ぎる。この場合、撮像素子と斜視対物光学系との間隔が狭くなり過ぎるので、斜視対物光学系の組立時に十分なピント調整が行えない。そのため、遠点側の深度が、本来必要とする深度よりも浅くなる。
条件式(5)の上限値を上回ると、最終レンズから像面までの距離を十分に確保できるため、斜視対物光学系の組立時のピント調整はできる。しかしながら、最終レンズから像面までの距離が長くなり過ぎるため、撮像素子の位置が斜視対物光学系から離れ過ぎてしまう。その結果、斜視対物光学系を内視鏡先端部に取り付けた時に、斜視対物光学系と撮像素子(以下、「撮像系」という)が、他の部材と干渉しやすくなる。この干渉を避けるためには、内視鏡内の撮像系の周囲にクリアランスを設ける必要がある。そうすると、内視鏡先端部全体が大型化してしまう。
条件式(4)に代えて、以下の条件式(4’)を満足することが好ましい。
2.4<D1/f<4.2 (4’)
条件式(5)に代えて、以下の条件式(5’)を満足することが好ましい。
1.1<D2/f<1.6 (5’)
また、本実施形態の斜視対物光学系は、以下の条件式(6)を満足することが好ましい。
1.7<D1/D2<3.1 (6)
ここで、
D1は、前側レンズ群の負レンズの像側面から明るさ絞りまでの空気換算長、
D2は、後側レンズ群の最終レンズの像側面から像面までの空気換算長、
である。
条件式(6)は、前側レンズ群の負レンズの像側面から明るさ絞りまでの空気換算長と、後側レンズ群の最終レンズの像側面から像面までの空気換算長と、の比を規定した条件式である。条件式(6)を満足することで、2つの空気換算長のバランスを最適にすることができる。その結果、特に、撮像系のサイズを最適にすることができる。
条件式(6)の下限値を下回ると、前側レンズ群の負レンズの像側面から明るさ絞りまでの空気換算長が短くなり過ぎる。この場合、枠部材を組立用の治工具で保持しにくくなるので、組立性が悪くなる。
条件式(6)の上限値を上回ると、枠部材が大型化する。特に、前側レンズ群を保持する枠部材の大型化を招くため、内視鏡先端部の外径が大きくなる。
また、本実施形態の斜視対物光学系は、以下の条件式(7)を満足することが好ましい。
1.5<f3/f2<3.1 (7)
ここで、
2は、後側レンズ群の正レンズの焦点距離、
3は、後側レンズ群の接合レンズの焦点距離、
である。
条件式(7)は後側レンズ群の正レンズの焦点距離と後側レンズ群の接合レンズの焦点距離を規定した条件式である。条件式(7)を満足することで、正レンズの屈折力と接合レンズの屈折力とのバランスを最適にすることができる。
条件式(7)の下限値を下回ると、接合レンズの焦点距離が短くなるので、後側レンズ群における正の屈折力が大きくなる、この場合、像位置が後側レンズ群に近づき過ぎてしまう。そのため、ピント調整に必要な間隔が不足する。その結果、遠点側の深度が、本来必要とする深度よりも浅くなる。また、像の周辺部においてコマ収差の発生量が大きくなるので、光学性能が低下する。
更に、特に、後側レンズ群において、正レンズ全体の屈折力と負レンズ全体の屈折力とのバランスが崩れる。その結果、軸上色収差と倍率色収差が発生する。そのため、光学性能が低下する。
条件式(7)の上限値を上回ると、接合レンズの焦点距離が長くなるので、後側レンズ群における正の屈折力が小さくなる。この場合、像位置が後側レンズ群から離れ過ぎてしまう。そのため、光学系の全長が長くなる。また、像の周辺部においてコマ収差の発生量が大きくなるので、光学性能が低下する。
更に、特に、後側レンズ群において、正レンズ全体の屈折力と負レンズ全体の屈折力のバランスが崩れる。その結果、軸上色収差と倍率色収差が発生する。そのため、光学性能が低下する。
また、本実施形態の斜視対物光学系は、以下の条件式(8)を満足することが好ましい。
1.1<|Rc|/f<2.1 (8)
ここで、
cは、後側レンズ群の接合レンズの接合面の曲率半径、
fは、斜視対物光学系全系の焦点距離、
である。
条件式(8)の下限値を下回ると、接合レンズの接合面の曲率半径が小さくなる。この場合、接合レンズの正レンズでは縁肉が少なくなってしまい、また、接合レンズの負レンズでは球欠面が深くなってしまう。そのため、レンズの加工性が悪くなる。
条件式(8)の上限値を上回ると、接合レンズの接合面の曲率半径が大きくなる。この場合、接合面の屈折力が小さくなるので、色収差の補正が困難になる。
条件式(8)では、Rcを絶対値で規定しているが、Rcの値は負の値であることが望ましい。
また、本実施形態の斜視対物光学系は、以下の条件式(9)を満足することが好ましい。
−17°<TW<0° (9)
ここで、
TWは、最大像高時の像面への光線入射角度、
である。
条件式(9)を満足することで、後側レンズ群における光線高を低く抑えることができる。そのため、後側レンズ群におけるレンズの外径を小さくできる。加えて、枠部材も含めた状態で後側レンズ群を小型化できる。
なお、TWは、最大像高に到達する主光線と光軸に平行な軸とのなす角度である。角度の正負は、最大像高に到達する主光線が光軸に対して徐々に離れて入射する場合を負とする。また、TWは、媒質が空気中のときの角度である。
条件式(9)に代えて、以下の条件式(9’)を満足することが好ましい。
−12°≦TW≦−5° (9’)
また、本実施形態の斜視対物光学系では、光路変換素子は、プリズム又はミラーであることが好ましい。
また、本実施形態の斜視対物光学系では、光路変換素子に、高屈折率硝材を使用することができる。
上述のように、本実施形態に係る斜視対物光学系では、明るさ絞りよりも物体側に光路変換素子を配置している。この構成により、前側レンズ群を保持する枠部材の長さを、適切に確保することができている。ただし、この構成では、特に、前側負レンズにおいて光線高が高くなるので、前側負レンズの外径が大きくなりやすい。
そこで、光路変換素子に、高屈折率硝材を使用することが好ましい。このようにすることで、光路変換素子の空気換算長を短くできるので、前側負レンズにおける光線高を低く抑えることができる。
また、本実施形態の斜視対物光学系では、接合レンズの正レンズに低分散硝材を使用し、接合レンズの負レンズに高分散硝材を使用することができる。
一般に、高屈折率硝材のアッベ数はあまり大きくないため、高屈折率硝材では分散が大きくなる。そのため、光路変換素子に高屈折率硝材を使用することで光路変換素子の空気換算長を短くできても、色収差への影響は残る。
このようなことから、接合レンズの正レンズに低分散硝材を使用し、接合レンズの負レンズに高分散硝材を使用することが好ましい。特に、接合レンズの負レンズには、異常分散性を持つ硝材を用いると良い。このようにすることで、色収差を良好に補正することができる。更に、斜視対物光学系全体での諸収差を、バランスの取れた状態にすることができる。
また、斜視対物光学系の画角は、主に前側負レンズの屈折力によって決まる。前側負レンズと明るさ絞りとの間には、硝路長の長い光路変換素子が配置されるので、前側負レンズにおける光線高が高くなる。そのため、負レンズの外径が大きくなって、対物光学系も大型化する。しかし、一方、前側負レンズの曲率半径が大きくなるため、前側負レンズが偏心しても片ボケなどが生じにくくなって、光学性能が低下しにくくなる。このため、レンズ外径だけでなく、レンズ偏心による光学性能への影響も考慮して、明るさ絞りから物体側の構成を最適な構成にする必要がある。
また、本実施形態の斜視用内視鏡は、上述の斜視対物光学系を備えることを特徴とする。
本実施形態の斜視対物光学系は、小型で高性能な斜視対物光学系である。よって、このような斜視対物光学系を備えることで、高画質の画像が得られると共に、細径化された先端部を有する斜視用内視鏡を実現することができる。
また、本実施形態の斜視対物光学系は、内視鏡装置に用いることができる。内視鏡装置は、本実施形態の斜視対物光学系と、撮像素子と、を少なくとも備える。
実施例の説明に先立って、本実施例の斜視対物光学系の概要について説明する。各実施例における斜視対物光学系の断面構成を示す図では、光路変換素子は、プリズムを展開した図として示されている。そのため、光路変換素子は、平行平面板として描かれている。
展開されていない状態のプリズムの例を図6に示す。図6(a)はプリズムを展開しない状態で描いたときのレンズ断面図である。ここでは、本実施例の斜視対物光学系として、実施例1の斜視対物光学系が例示されている。本実施例の斜視対物光学系は、プリズムPを介して配置された前側レンズ群GFと後側レンズ群GRとを有し、開口絞りSはプリズムPと後側レンズ群GRとの間に配置されている。
すなわち、本実施例の斜視対物光学系は、プリズムPの物体側に前側レンズ群GFが配置され、プリズムPの像側に後側レンズ群GRが配置されている。前側レンズ群GFは負の屈折力を有し、負の屈折力のレンズL1から構成されている。後側レンズ群GRは正の屈折力を有し、正の屈折力のレンズL2と、正の屈折力のレンズL3と負の屈折力のレンズL4を順次接合してなる正の屈折力の接合レンズから構成されている。
平行平板として描かれたプリズムPを1回反射型のプリズムとして構成すれば、図6(a)に示すように、90度側方観察が可能な側方視用対物光学系を構成することができる。また、プリズムの反射面を45度以外の角度に設定にすれば、45度以外の前方視や後方視などの対物光学系が構成できる。また、2回反射型のプリズムとして構成すれば、45度の前方視用対物光学系を構成することもできる。
更に、プリズムPは、複数のプリズムによって構成することも可能である。図6(b)には、2つのプリズムで側方視ができる構成が示され、図6(c)には、2つのプリズムで前方視ができる構成が示されている。
また、プリズムPの硝材には、屈折率が1.8以上の高屈折率硝材を用いることが好ましい。このようにすることで、プリズムでの空気換算長を短くすることができる。
負レンズL1の硝材をサファイアとしても良い。サファイアは硬度が非常に高い材料なので、外部からの衝撃に強い。よって、物体側のレンズ面に傷が付きにくい。サファイアを用いることで、画像への傷の映り込みや、傷によるフレア発生が起こりにくくなる。なお、負レンズの硝材は、サファイアに限られない。負レンズL1に高硬度の結晶材料を用いれば、レンズの表面に傷が付きにくくなる。
本実施例の斜視対物光学系では、2つの正レンズが用いられている。どちらの正レンズも、両凸形状を有している。低分散硝材では屈折率が低くなるために、低分散硝材を正レンズに用いると、レンズ面の曲率半径が小さくなってしまう。そのため、レンズのコバ厚を十分に確保できなくという問題や、有効口径に対して余裕を持ったレンズ外径を確保できなくなるという問題が生じやすい。そこで、レンズの加工性を考慮すると、正レンズの曲率半径が小さくなり過ぎないようにすることが好ましい。このようなことから、屈折率が1.7以上の高屈折率硝材を、正レンズL2と正レンズL3の少なくとも一方に用いると良い。
正レンズL2を両凸レンズで構成する場合、物体側面と像側面は、曲率半径の絶対値が等しい面(以下、「等R面」という)にすることが好ましい。このようにすると、レンズの前後の判別が不要なため組立てがし易い。
正レンズL2を両凸レンズで構成する場合、物体側面の曲率半径の絶対値を、像側面の曲率半径の絶対値よりも大きくしても良い。このようにすると、収差補正が容易に行える。
また、撮像素子の画素ピッチが小さくなってくると、これに対応して色収差も小さく抑える必要がある。これに対応するために、接合レンズを構成する負レンズL4には、屈折率が1.9以上で、アッベ数が25以下の高分散硝材を用いることが好ましい。このようにすることで、色収差の補正を良好にすることができる。
一方、接合レンズを構成する正レンズL3には、なるべくアッベ数の大きい低分散の硝材を用いるのが良い。例えば、アッベ数50以上の硝材を、正レンズL3に用いることが好ましい。
また、接合レンズを像面に近い位置に配置することで、接合レンズを通過する光線高が高くなる。光線高が高い位置に接合レンズが位置することで、倍率色収差を良好に補正することができる。このように、接合レンズを像面に近い位置に配置することは、特に倍率色収差の補正に有効である。
また、本実施例の斜視対物光学系に設けられたプリズム以外の平行平板は、例えば、赤外線カットフィルタや、色温度変換フィルタである。これらのフィルタは、CCDなどの撮像素子の感度補正に用いられる。
また、レーザーカットフィルタや特殊機能フィルタを、斜視対物光学系に配置してもよい。レーザーカットフィルタとしては、例えば、YAGレーザや半導体レーザ等のレーザ光をカットするためのフィルタがある。特殊機能フィルタとしては、例えば、特定波長域の光線をカットするノッチフィルタがある。
また、光学フィルタには、吸収型のフィルタ、反射型のフィルタ、もしくはそれらの複合型を用いても良い。また、光学フィルタの表面には反射防止膜が施されていてもよい。
更に、プリズムの透過面に、赤外線カット特性またはレーザ光カット特性を有する干渉膜を設けることも可能である。
また、本実施例の斜視対物光学系の像面側に配置している平行平板フィルタは、撮像素子に用いるガラスリッドとカバーガラスである。カバーガラスの側面と表面を枠部材で保持することで、撮像素子が枠部材内に固定される。
更に、負レンズL1に近接してフィルタF1を設けることで、負レンズL1の像面側に形成される空気層の体積を小さくすることができる。その結果、レンズ面の結露による曇りの影響を低減することができる。
更に、負レンズL1とフィルタF1とを接合しても良く、また、両者をはんだ等で気密封止しても良い。このようにすることで、より効果的に曇りの発生を防止することができる。
また、本実施例の斜視対物光学系のレンズ枚数は4枚と少ないが、結像性能は良好である。このように、少ないレンズ枚数で対物光学系を構成できるので、コストの低減ができる。
更に、本実施例の斜視対物光学系では、従来の斜視対物光学系と比べて、空気間隔が狭くなっているので、光学系全体が小型になっている。
以下、実施例について説明する。各収差図において、横軸は収差量を表している。球面収差、非点収差及び倍率収差については、収差量の単位はmmである。また、歪曲収差については、収差量の単位は%である。また、IHは像高で単位はmm、FNOはFナンバーである。また、収差曲線の波長の単位はnmである。
(実施例1)
実施例1に係る斜視対物光学系について説明する。図7は、実施例1に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と収差図であって、(a)はレンズ断面、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)、(e)は倍率色収差(CC)を示す。
実施例1の斜視対物光学系は、図7(a)に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正屈折力の後側レンズ群GRと、からなる。
前側レンズ群GFは、物体側が平面である平凹負レンズL1からなる。また、前側レンズ群GFには、フィルタF1が配置されている。フィルタF1は、平凹負レンズL1と光路変換素子Pとの間に配置されている。
光路変換素子Pは、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRの間に配置されている。光路変換素子Pはプリズムである。プリズムには屈折率が1.8以上の高屈折率硝材が用いられている。
明るさ絞りSは、光路変換素子Pと後側レンズ群GRとの間に配置されている。より具体的には、明るさ絞りSは、光路変換素子Pの像側面に設けられている。
後側レンズ群GRは、両凸正レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とで、正屈折力の接合レンズを形成している。両凸正レンズL2の両面は、等R面になっている。後側レンズ群GRには、フィルタF2、ガラスリッドGL及びカバーガラスCGが配置されている。フィルタF2は、両凸正レンズL2と接合レンズとの間に配置されている。
(実施例2)
実施例2に係る斜視対物光学系について説明する。図8は、実施例2に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と収差図であって、(a)はレンズ断面、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)、(e)は倍率色収差(CC)を示す。
実施例2の斜視対物光学系は、図8(a)に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正屈折力の後側レンズ群GRと、からなる。
前側レンズ群GFは、物体側が平面である平凹負レンズL1からなる。また、前側レンズ群GFには、フィルタF1が配置されている。フィルタF1は、平凹負レンズL1と光路変換素子Pとの間に配置されている。
光路変換素子Pは、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRの間に配置されている。光路変換素子Pはプリズムである。プリズムには屈折率が1.8以上の高屈折率硝材が用いられている。
明るさ絞りSは、光路変換素子Pと後側レンズ群GRとの間に配置されている。より具体的には、明るさ絞りSは、光路変換素子Pの像側面に設けられている。
後側レンズ群GRは、両凸正レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とで、正屈折力の接合レンズを形成している。両凸正レンズL2の物体側面の曲率半径の絶対値は、像側面の曲率半径の絶対値よりも大きい。後側レンズ群GRには、フィルタF2、ガラスリッドGL及びカバーガラスCGが配置されている。フィルタF2は、両凸正レンズL2と接合レンズとの間に配置されている。
(実施例3)
実施例3に係る斜視対物光学系について説明する。図9は、実施例3に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と収差図であって、(a)はレンズ断面、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)、(e)は倍率色収差(CC)を示す。
実施例3の斜視対物光学系は、図9(a)に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正屈折力の後側レンズ群GRと、からなる。
前側レンズ群GFは、物体側が平面である平凹負レンズL1からなる。また、前側レンズ群GFには、フィルタF1が配置されている。フィルタF1は、平凹負レンズL1と光路変換素子Pとの間に配置されている。
光路変換素子Pは、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRの間に配置されている。光路変換素子Pはプリズムである。プリズムには屈折率が1.8以上の高屈折率硝材が用いられている。
明るさ絞りSは、光路変換素子Pと後側レンズ群GRとの間に配置されている。より具体的には、明るさ絞りSは、光路変換素子Pの像側面に設けられている。
後側レンズ群GRは、両凸正レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とで、正屈折力の接合レンズを形成している。両凸正レンズL2の両面は、等R面になっている。後側レンズ群GRには、フィルタF2、ガラスリッドGL及びカバーガラスCGが配置されている。フィルタF2は、両凸正レンズL2と接合レンズとの間に配置されている。
(実施例4)
実施例4に係る斜視対物光学系について説明する。図10は、実施例4に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と収差図であって、(a)はレンズ断面、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)、(e)は倍率色収差(CC)を示す。
実施例4の斜視対物光学系は、図10(a)に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正屈折力の後側レンズ群GRと、からなる。
前側レンズ群GFは、物体側が平面である平凹負レンズL1からなる。また、前側レンズ群GFには、フィルタF1が配置されている。フィルタF1は、平凹負レンズL1と光路変換素子Pとの間に配置されている。
光路変換素子Pは、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRの間に配置されている。光路変換素子Pはプリズムである。プリズムには屈折率が1.8以上の高屈折率硝材が用いられている。
明るさ絞りSは、光路変換素子Pと後側レンズ群GRとの間に配置されている。より具体的には、明るさ絞りSは、光路変換素子Pの像側面に設けられている。
後側レンズ群GRは、両凸正レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とで、正屈折力の接合レンズを形成している。両凸正レンズL2の両面は、等R面になっている。後側レンズ群GRには、フィルタF2、ガラスリッドGL及びカバーガラスCGが配置されている。フィルタF2は、両凸正レンズL2と接合レンズとの間に配置されている。
(実施例5)
実施例5に係る斜視対物光学系について説明する。図11は、実施例5に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と収差図であって、(a)はレンズ断面、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)、(e)は倍率色収差(CC)を示す。
実施例5の斜視対物光学系は、図11(a)に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正屈折力の後側レンズ群GRと、からなる。
前側レンズ群GFは、物体側が平面である平凹負レンズL1からなる。また、前側レンズ群GFには、フィルタF1が配置されている。フィルタF1は、平凹負レンズL1と光路変換素子Pとの間に配置されている。
光路変換素子Pは、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRの間に配置されている。光路変換素子Pはプリズムである。プリズムには屈折率が1.8以上の高屈折率硝材が用いられている。
明るさ絞りSは、光路変換素子Pと後側レンズ群GRとの間に配置されている。より具体的には、明るさ絞りSは、光路変換素子Pの像側面に設けられている。
後側レンズ群GRは、両凸正レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とで、正屈折力の接合レンズを形成している。両凸正レンズL2の両面は、等R面になっている。後側レンズ群GRには、フィルタF2、ガラスリッドGL及びカバーガラスCGが配置されている。フィルタF2は、両凸正レンズL2と接合レンズとの間に配置されている。
(実施例6)
実施例6に係る斜視対物光学系について説明する。図12は、実施例6に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と収差図であって、(a)はレンズ断面、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)、(e)は倍率色収差(CC)を示す。
実施例6の斜視対物光学系は、図12(a)に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正屈折力の後側レンズ群GRと、からなる。
前側レンズ群GFは、物体側が平面である平凹負レンズL1からなる。また、前側レンズ群GFには、フィルタF1が配置されている。フィルタF1は、平凹負レンズL1と光路変換素子Pとの間に配置されている。
光路変換素子Pは、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRの間に配置されている。光路変換素子Pはプリズムである。プリズムには屈折率が1.8以上の高屈折率硝材が用いられている。
明るさ絞りSは、光路変換素子Pと後側レンズ群GRとの間に配置されている。より具体的には、明るさ絞りSは、光路変換素子Pの像側面に設けられている。
後側レンズ群GRは、両凸正レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とで、正屈折力の接合レンズを形成している。両凸正レンズL2の両面は、等R面になっている。後側レンズ群GRには、フィルタF2、ガラスリッドGL及びカバーガラスCGが配置されている。フィルタF2は、両凸正レンズL2と接合レンズとの間に配置されている。
(実施例7)
実施例7に係る斜視対物光学系について説明する。図13は、実施例7に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と収差図であって、(a)はレンズ断面、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)、(e)は倍率色収差(CC)を示す。
実施例7の斜視対物光学系は、図13(a)に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正屈折力の後側レンズ群GRと、からなる。
前側レンズ群GFは、物体側が平面である平凹負レンズL1からなる。また、前側レンズ群GFには、フィルタF1が配置されている。フィルタF1は、平凹負レンズL1と光路変換素子Pとの間に配置されている。
光路変換素子Pは、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRの間に配置されている。光路変換素子Pはプリズムである。プリズムには屈折率が1.8以上の高屈折率硝材が用いられている。
明るさ絞りSは、光路変換素子Pと後側レンズ群GRとの間に配置されている。より具体的には、明るさ絞りSは、光路変換素子Pの像側面に設けられている。
後側レンズ群GRは、両凸正レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とで、正屈折力の接合レンズを形成している。両凸正レンズL2の両面は、等R面になっている。後側レンズ群GRには、フィルタF2、ガラスリッドGL及びカバーガラスCGが配置されている。フィルタF2は、両凸正レンズL2と接合レンズとの間に配置されている。
(実施例8)
実施例8に係る斜視対物光学系について説明する。図14は、実施例8に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と収差図であって、(a)はレンズ断面、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)、(e)は倍率色収差(CC)を示す。
実施例8の斜視対物光学系は、図14(a)に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正屈折力の後側レンズ群GRと、からなる。
前側レンズ群GFは、物体側が平面である平凹負レンズL1からなる。平凹負レンズL1にはサファイアが用いられている。また、前側レンズ群GFには、フィルタF1が配置されている。フィルタF1は、平凹負レンズL1と光路変換素子Pとの間に配置されている。
光路変換素子Pは、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRの間に配置されている。光路変換素子Pはプリズムである。プリズムには屈折率が1.8以上の高屈折率硝材が用いられている。
明るさ絞りSは、光路変換素子Pと後側レンズ群GRとの間に配置されている。より具体的には、明るさ絞りSは、光路変換素子Pの像側面に設けられている。
後側レンズ群GRは、両凸正レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とで、正屈折力の接合レンズを形成している。両凸正レンズL2の物体側面の曲率半径の絶対値は、像側面の曲率半径の絶対値よりも大きい。後側レンズ群GRには、フィルタF2、ガラスリッドGL及びカバーガラスCGが配置されている。フィルタF2は、両凸正レンズL2と接合レンズとの間に配置されている。
(実施例9)
実施例9に係る斜視対物光学系について説明する。図15は、実施例9に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と収差図であって、(a)はレンズ断面、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)、(e)は倍率色収差(CC)を示す。
実施例9の斜視対物光学系は、図15(a)に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正屈折力の後側レンズ群GRと、からなる。
前側レンズ群GFは、物体側が平面である平凹負レンズL1からなる。また、前側レンズ群GFには、フィルタF1が配置されている。フィルタF1は、平凹負レンズL1と光路変換素子Pとの間に配置されている。
光路変換素子Pは、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRの間に配置されている。光路変換素子Pはプリズムである。プリズムには屈折率が1.8以上の高屈折率硝材が用いられている。
明るさ絞りSは、光路変換素子Pと後側レンズ群GRとの間に配置されている。より具体的には、明るさ絞りSは、光路変換素子Pの像側面に設けられている。
後側レンズ群GRは、両凸正レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とで、正屈折力の接合レンズを形成している。両凸正レンズL2の両面は、等R面になっている。後側レンズ群GRには、ガラスリッドGLとカバーガラスCGが配置されている。
本実施例に係る斜視対物光学系では、光学フィルタとしての機能はフィルタF1に集約されている。よって、斜視対物光学系に配置されている光学フィルタは1枚だけである。
(実施例10)
実施例10に係る斜視対物光学系について説明する。図16は、実施例10に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と収差図であって、(a)はレンズ断面、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)、(e)は倍率色収差(CC)を示す。
実施例10の斜視対物光学系は、図16(a)に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正屈折力の後側レンズ群GRと、からなる。
前側レンズ群GFは、物体側が平面である平凹負レンズL1からなる。また、前側レンズ群GFには、フィルタF1が配置されている。フィルタF1は、平凹負レンズL1と光路変換素子Pとの間に配置されている。
光路変換素子Pは、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRの間に配置されている。光路変換素子Pはプリズムである。プリズムには屈折率が1.8以上の高屈折率硝材が用いられている。
明るさ絞りSは、光路変換素子Pと後側レンズ群GRとの間に配置されている。より具体的には、明るさ絞りSは、光路変換素子Pの像側面に設けられている。
後側レンズ群GRは、両凸正レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とで、正屈折力の接合レンズを形成している。両凸正レンズL2の両面は、等R面になっている。後側レンズ群GRには、フィルタF2、ガラスリッドGL及びカバーガラスCGが配置されている。フィルタF2は、両凸正レンズL2と接合レンズとの間に配置されている。
(実施例11)
実施例11に係る斜視対物光学系について説明する。図17は、実施例11に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と収差図であって、(a)はレンズ断面、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)、(e)は倍率色収差(CC)を示す。
実施例11の斜視対物光学系は、図17(a)に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正屈折力の後側レンズ群GRと、からなる。
前側レンズ群GFは、物体側が平面である平凹負レンズL1からなる。また、前側レンズ群GFには、フィルタF1が配置されている。フィルタF1は、平凹負レンズL1と光路変換素子Pとの間に配置されている。
光路変換素子Pは、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRの間に配置されている。光路変換素子Pはプリズムである。プリズムには屈折率が1.8以上の高屈折率硝材が用いられている。
明るさ絞りSは、光路変換素子Pと後側レンズ群GRとの間に配置されている。より具体的には、明るさ絞りSは、光路変換素子Pの像側面に設けられている。
後側レンズ群GRは、両凸正レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とで、正屈折力の接合レンズを形成している。両凸正レンズL2の物体側面の曲率半径の絶対値は、像側面の曲率半径の絶対値よりも大きい。後側レンズ群GRには、フィルタF2、ガラスリッドGL及びカバーガラスCGが配置されている。フィルタF2は、両凸正レンズL2と接合レンズとの間に配置されている。
(実施例12)
実施例12に係る斜視対物光学系について説明する。図18は、実施例12に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と収差図であって、(a)はレンズ断面、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)、(e)は倍率色収差(CC)を示す。
実施例12の斜視対物光学系は、図18(a)に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正屈折力の後側レンズ群GRと、からなる。
前側レンズ群GFは、物体側が平面である平凹負レンズL1からなる。また、前側レンズ群GFには、フィルタF1が配置されている。フィルタF1は、平凹負レンズL1と光路変換素子Pとの間に配置されている。
光路変換素子Pは、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRの間に配置されている。光路変換素子Pはプリズムである。プリズムには屈折率が1.8以上の高屈折率硝材が用いられている。
明るさ絞りSは、光路変換素子Pと後側レンズ群GRとの間に配置されている。より具体的には、明るさ絞りSは、光路変換素子Pの像側面に設けられている。
後側レンズ群GRは、両凸正レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とで、正屈折力の接合レンズを形成している。両凸正レンズL2の物体側面の曲率半径の絶対値は、像側面の曲率半径の絶対値よりも大きい。後側レンズ群GRには、フィルタF2、ガラスリッドGL及びカバーガラスCGが配置されている。フィルタF2は、両凸正レンズL2と接合レンズとの間に配置されている。
(実施例13)
実施例13に係る斜視対物光学系について説明する。図19は、実施例13に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と収差図であって、(a)はレンズ断面、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)、(e)は倍率色収差(CC)を示す。
実施例13の斜視対物光学系は、図19(a)に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正屈折力の後側レンズ群GRと、からなる。
前側レンズ群GFは、物体側が平面である平凹負レンズL1からなる。また、前側レンズ群GFには、フィルタF1が配置されている。フィルタF1は、平凹負レンズL1と光路変換素子Pとの間に配置されている。
光路変換素子Pは、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRの間に配置されている。光路変換素子Pはプリズムである。プリズムには屈折率が1.8以上の高屈折率硝材が用いられている。
明るさ絞りSは、光路変換素子Pと後側レンズ群GRとの間に配置されている。より具体的には、明るさ絞りSは、光路変換素子Pの像側面に設けられている。
後側レンズ群GRは、両凸正レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とで、正屈折力の接合レンズを形成している。両凸正レンズL2の物体側面の曲率半径の絶対値は、像側面の曲率半径の絶対値よりも大きい。後側レンズ群GRには、フィルタF2、ガラスリッドGL及びカバーガラスCGが配置されている。フィルタF2は、両凸正レンズL2と接合レンズとの間に配置されている。
(実施例14)
実施例14に係る斜視対物光学系について説明する。図20は、実施例14に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と収差図であって、(a)はレンズ断面、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)、(e)は倍率色収差(CC)を示す。
実施例14の斜視対物光学系は、図20(a)に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正屈折力の後側レンズ群GRと、からなる。
前側レンズ群GFは、物体側が平面である平凹負レンズL1からなる。また、前側レンズ群GFには、フィルタF1は、平凹負レンズL1と光路変換素子Pとの間に配置されている。
光路変換素子Pは、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRの間に配置されている。光路変換素子Pはプリズムである。プリズムには屈折率が1.5程度の低屈折率硝材が用いられている。
明るさ絞りSは、光路変換素子Pと後側レンズ群GRとの間に配置されている。より具体的には、明るさ絞りSは、光路変換素子Pの像側面に設けられている。
後側レンズ群GRは、両凸正レンズL2と、両凸正レンズL3と、平凹負レンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と平凹負レンズL4とで、正屈折力の接合レンズを形成している。両凸正レンズL2の物体側面の曲率半径の絶対値は、像側面の曲率半径の絶対値よりも大きい。後側レンズ群GRには、フィルタF2、ガラスリッドGL及びカバーガラスCGが配置されている。フィルタF2は、両凸正レンズL2と接合レンズとの間に配置されている。
本実施例に係る斜視対物光学系では、プリズムに低屈折率硝材が用いられている。そのため、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRとの間隔(空気換算長)を広くして、プリズムが配置できるようにする必要がある。ただし、低屈折率硝材は、高屈折率硝材よりも低分散である。そのため、接合レンズにアッベ数が20未満の高屈折率で異常分散な硝材を用いなくても、色収差の補正が可能である。本実施例では、平凹負レンズL4に、屈折率が1.8程度、アッベ数が22程度の硝材を使用している。
また、光路変換素子(プリズム)に低屈折率硝材を使用すると、高屈折率硝材の場合と比べて前側レンズ群と後側レンズ群との間隔が長くなるため、負レンズの外径が大型化しやすくなる。しかしながら、本実施例に係る斜視対物光学系では光路変換素子を短く構成したため、前側レンズ群のレンズ径は他の実施例と同程度の径になっている。
また、接合レンズの両凸正レンズL3と平凹負レンズL4の屈折率差は約0.07と小さい。また、平凹負レンズL4の像側面は、平面で構成されている。そのため、レンズの加工性が良く、組立時のレンズの前後の判別もし易い。
(実施例15)
実施例15に係る斜視対物光学系について説明する。図21は、実施例15に係る斜視対物光学系の断面構成を示す図と収差図であって、(a)はレンズ断面、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)、(e)は倍率色収差(CC)を示す。
実施例15の斜視対物光学系は、図21(a)に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群GFと、光路変換素子Pと、明るさ絞りSと、正屈折力の後側レンズ群GRと、からなる。
前側レンズ群GFは、物体側が平面である平凹負レンズL1からなる。また、前側レンズ群GFには、フィルタF1が配置されている。フィルタF1は、平凹負レンズL1と光路変換素子Pとの間に配置されている。
光路変換素子Pは、前側レンズ群GFと後側レンズ群GRの間に配置されている。光路変換素子Pはプリズムである。プリズムには屈折率が1.8以上の高屈折率硝材が用いられている。
明るさ絞りSは、光路変換素子Pと後側レンズ群GRとの間に配置されている。より具体的には、明るさ絞りSは、光路変換素子Pの像側面に設けられている。
後側レンズ群GRは、両凸正レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とで、正屈折力の接合レンズを形成している。両凸正レンズL2の物体側面の曲率半径の絶対値は、像側面の曲率半径の絶対値よりも大きい。後側レンズ群GRには、フィルタF2、ガラスリッドGL及びカバーガラスCGが配置されている。フィルタF2は、両凸正レンズL2と接合レンズとの間に配置されている。
本実施例に係る斜視対物光学系では、画角を120度というように広角化しているが、プリズムに屈折率が1.8以上の高屈折率硝材を用いることで、平凹負レンズL1の像側面の曲率半径(絶対値)が小さくならないようにしている。また、Fナンバーが3.6程度というように、明るく高性能な斜視対物光学系になっている。
以上説明したように、各実施例の斜視対物光学系は、プリズムの物体側に配置された前側レンズ群と、プリズムの像側に配置された後側レンズ群と、前側レンズ群は負の屈折力を有すると共に、負の屈折力のレンズから構成され、後側レンズ群は正の屈折力を有すると共に、正の屈折力のレンズと正の屈折力を有する接合レンズとから構成され、接合レンズは、正の屈折力のレンズと負の屈折力のレンズを順次接合してなり、開口絞りをプリズムと後群レンズ群との間に具備する。
各実施例の斜視対物光学系は、撮像素子の小型化および多画素化に対応して光学性能を向上させた最適なレンズ構成を有し、この構成によって、内視鏡先端部の細径化にも寄与し得る。更に、各実施例の斜視対物光学系は、各条件式を満足しているため、諸収差が良好に補正されている。
以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は、rは各面の曲率半径、dは各光学部材の肉厚または空気間隔、ndは各光学部材のd線に対する屈折率、νdは各光学部材のd線に対するアッベ数、fは斜視対物光学系の全系の焦点距離、IHは像高、ωは半画角、fFは前側レンズ群の焦点距離、fRは後側レンズ群の焦点距離、D1は前側レンズ群の負レンズの像側面から明るさ絞りまでの空気換算長、D2は後側レンズ群の最終レンズの像側面から像面までの空気換算長、Rcは後側レンズ群の接合レンズの接合面の曲率半径、f2は後側レンズ群の正レンズの焦点距離、f3は後側レンズ群の接合レンズの焦点距離、TWは最大像高時の像面への光線入射角度を表している。また、r、d、IH、空気換算長および各焦点距の単位はmmである。また、fは1mmに規格化されている。
数値実施例1
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.5824 1.88300 40.76
2 1.3715 0.9318
3 ∞ 0.5824 1.51633 64.14
4 ∞ 0.0582
5 ∞ 3.3735 1.88300 40.76
6 ∞ 0
7(絞り) ∞ 0.1893
8 3.9034 1.2667 1.75500 52.32
9 -3.9034 0.0874
10 ∞ 0.8736 1.52100 65.13
11 ∞ 0.1165
12 2.4271 1.6452 1.58913 61.14
13 -1.5608 0.4368 1.92286 18.90
14 -18.2083 0.6471
15 ∞ 0.4805 1.88300 40.76
16 ∞ 0.0146 1.51300 64.00
17 ∞ 0.5824 1.61062 50.49
18 0
(像面)

各種データ
IH 0.754
ω 46.963
Fno 5.585
数値実施例2
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.5849 1.88300 40.76
2 1.3488 0.9358
3 ∞ 0.5849 1.51633 64.14
4 ∞ 0.0585
5 ∞ 3.3878 1.88300 40.76
6 ∞ 0
7(絞り) ∞ 0.1901
8 4.7265 1.1067 1.72916 54.68
9 -3.3389 0.0731
10 ∞ 0.8773 1.52100 65.13
11 ∞ 0.1024
12 2.5638 1.9281 1.58913 61.14
13 -1.6295 0.4533 1.92286 18.90
14 -17.7766 0.5258
15 ∞ 0.4825 1.51633 64.14
16 ∞ 0.0146 1.51300 64.00
17 ∞ 0.5849 1.61062 50.49
18 0
(像面)

各種データ
IH 0.757
ω 47.49
Fno 5.337
数値実施例3
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.5774 1.88300 40.76
2 1.2959 0.9238
3 ∞ 0.5774 1.51633 64.14
4 ∞ 0.0577
5 ∞ 3.3446 1.88300 40.76
6 ∞ 0
7(絞り) ∞ 0.1877
8 4.2060 1.2820 1.77250 49.60
9 -4.2060 0.0866
10 ∞ 0.8661 1.52100 65.13
11 ∞ 0.1155
12 2.2312 1.6570 1.58913 61.14
13 -1.4930 0.4330 1.92286 18.90
14 -25.0484 0.6461
15 ∞ 0.5774 1.51633 64.14
16 ∞ 0.0144 1.51300 64.00
17 ∞ 0.5774 1.61062 50.49
18 0
(像面)

各種データ
IH 0.748
ω 46.852
Fno 5.382
数値実施例4
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.5574 1.88300 40.76
2 1.4786 0.8083
3 ∞ 0.5574 1.51633 64.14
4 ∞ 0.0557
5 ∞ 3.2290 1.88300 40.76
6 ∞ 0
7(絞り) ∞ 0.2508
8 3.4826 1.3936 1.72916 54.68
9 -3.4826 0.1394
10 ∞ 0.4320 1.51401 75.26
11 ∞ 0.1394
12 2.6785 1.2542 1.51633 64.15
13 -1.6389 0.3763 1.92286 18.90
14 -4.6881 0.7878
15 ∞ 0.5574 1.51633 64.14
16 ∞ 0.0139 1.51300 53.00
17 ∞ 0.5574 1.50510 63.26
18 0
(像面)

各種データ
IH 0.715
ω 44.041
Fno 3.582
数値実施例5
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.5574 1.88300 40.76
2 1.4786 0.8083
3 ∞ 0.5574 1.51633 64.14
4 ∞ 0.0557
5 ∞ 3.2290 1.88300 40.76
6 ∞ 0
7(絞り) ∞ 0.2508
8 3.4826 1.3936 1.72916 54.68
9 -3.4826 0.1394
10 ∞ 0.4320 1.51401 75.26
11 ∞ 0.1394
12 2.6785 1.2542 1.51633 64.15
13 -1.6389 0.3763 1.92286 18.90
14 -4.6881 0.7921
15 ∞ 0.5574 1.51633 64.14
16 ∞ 0.0139 1.50808 63.26
17 ∞ 0.5574 1.52275 55.29
18 0
(像面)

各種データ
IH 0.739
ω 45.823
Fno 3.582
数値実施例6
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.6039 1.88300 40.76
2 1.3977 0.9902
3 ∞ 0.6039 1.51633 64.14
4 ∞ 0.0604
5 ∞ 3.4984 1.88300 40.76
6 ∞ 0
7(絞り) ∞ 0.2202
8 4.1101 1.3586 1.75500 52.32
9 -4.1101 0.0906
10 ∞ 0.9059 1.52100 65.13
11 ∞ 0.1208
12 2.4546 1.6388 1.58913 61.14
13 -1.6488 0.4530 1.92286 18.90
14 -15.7302 0.6285
15 ∞ 0.5285 1.51633 64.14
16 ∞ 0.0151 1.51300 64.00
17 ∞ 0.6039 1.61062 50.49
18 0
(像面)

各種データ
IH 0.782
ω 49.682
Fno 3.919
数値実施例7
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.6047 1.88300 40.76
2 1.4045 0.9860
3 ∞ 0.6047 1.51633 64.14
4 ∞ 0.0605
5 ∞ 3.5027 1.80610 40.92
6 ∞ 0
7(絞り) ∞ 0.2150
8 4.1478 1.3511 1.75500 52.32
9 -4.1478 0.0907
10 ∞ 0.9070 1.52100 65.13
11 ∞ 0.1209
12 2.4738 1.6527 1.58913 61.14
13 -1.6436 0.4535 1.92286 18.90
14 -16.3751 0.6376
15 ∞ 0.5291 1.51633 64.14
16 ∞ 0.0151 1.51300 64.00
17 ∞ 0.6047 1.61062 50.49
18 0
(像面)

各種データ
IH 0.783
ω 49.783
Fno 3.963
数値実施例8
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.6025 1.76820 71.79
2 1.2469 0.9706
3 ∞ 0.6025 1.51633 64.14
4 ∞ 0.0603
5 ∞ 3.4902 1.80610 40.92
6 ∞ 0
7(絞り) ∞ 0.2007
8 4.3747 0.8191 1.75500 52.32
9 -3.9694 0.0904
10 ∞ 0.9038 1.52100 65.13
11 ∞ 0.1205
12 2.3851 1.6115 1.58913 61.14
13 -1.6658 0.4519 1.92286 18.90
14 -17.1437 0.6244
15 ∞ 0.5272 1.51633 64.14
16 ∞ 0.0151 1.51300 64.00
17 ∞ 0.6025 1.61062 50.49
18 0
(像面)

各種データ
IH 0.78
ω 49.868
Fno 3.914
数値実施例9
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.6063 1.88300 40.76
2 1.4043 0.7963
3 ∞ 0.9094 1.52100 65.13
4 ∞ 0.0606
5 ∞ 3.5118 1.88300 40.76
6 ∞ 0
7(絞り) ∞ 0.2215
8 4.1211 1.3238 1.75500 52.32
9 -4.1211 0.8039
10 2.4518 1.6393 1.58913 61.14
11 -1.6490 0.4547 1.92286 18.90
12 -15.6642 0.6244
13 ∞ 0.5305 1.51633 64.14
14 ∞ 0.0152 1.51300 64.00
15 ∞ 0.6063 1.61062 50.49
16 0
(像面)

各種データ
IH 0.785
ω 49.819
Fno 3.902
数値実施例10
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.7091 1.88300 40.76
2 1.5748 1.2402
3 ∞ 0.7091 1.51633 64.14
4 ∞ 0.0709
5 ∞ 4.1075 1.88300 40.76
6 ∞ 0
7(絞り) ∞ 0.3344
8 4.7563 1.4638 1.75500 52.32
9 -4.7563 0.1064
10 ∞ 1.0636 1.52100 65.13
11 ∞ 0.1418
12 2.6909 1.7969 1.58913 61.14
13 -2.0324 0.5318 1.92286 18.90
14 -12.6152 0.6184
15 ∞ 0.6205 1.88300 40.76
16 ∞ 0.0177 1.51300 64.00
17 ∞ 0.7091 1.61062 50.49
18 0
(像面)

各種データ
IH 0.775
ω 49.712
Fno 4.826
数値実施例11
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.7151 1.88300 40.76
2 1.6305 1.2317
3 ∞ 0.7151 1.51633 64.14
4 ∞ 0.0715
5 ∞ 4.1421 1.88300 40.76
6 ∞ 0
7(絞り) ∞ 0.2647
8 5.3567 1.0020 1.75500 52.32
9 -4.4586 0.1073
10 ∞ 1.0726 1.52100 65.13
11 ∞ 0.1430
12 3.4196 1.9581 1.72916 54.68
13 -1.6984 0.5363 1.92286 18.90
14 -15.0024 0.6204
15 ∞ 0.6257 1.88300 40.76
16 ∞ 0.0179 1.51300 64.00
17 ∞ 0.7151 1.61062 50.49
18 0
(像面)

各種データ
IH 0.781
ω 49.83
Fno 4.686
数値実施例12
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.7148 1.88300 40.76
2 1.6360 1.2338
3 ∞ 0.7148 1.51633 64.14
4 ∞ 0.0715
5 ∞ 4.1406 1.88300 40.76
6 ∞ 0
7(絞り) ∞ 0.2616
8 5.7330 0.9374 1.78590 44.20
9 -4.5891 0.1072
10 ∞ 1.0722 1.52100 65.13
11 ∞ 0.1430
12 3.3805 1.9484 1.72916 54.68
13 -1.6935 0.5361 1.92286 18.90
14 -14.9347 0.6272
15 ∞ 0.6255 1.88300 40.76
16 ∞ 0.0179 1.51300 64.00
17 ∞ 0.7148 1.61062 50.49
18 0
(像面)

各種データ
IH 0.781
ω 49.8
Fno 4.679
数値実施例13
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.5257 1.88300 40.76
2 1.3088 0.7804
3 ∞ 0.5257 1.51633 64.14
4 ∞ 0.0526
5 ∞ 3.0450 1.80610 40.92
6 ∞ 0
7(絞り) ∞ 0.0848
8 3.7410 1.1367 1.75500 52.32
9 -3.5359 0.0789
10 ∞ 0.7885 1.52100 65.13
11 ∞ 0.1051
12 2.3989 1.5316 1.58913 61.14
13 -1.2564 0.4164 1.80810 22.76
14 -33.5075 0.6417
15 ∞ 0.4600 1.51633 64.14
16 ∞ 0.0131 1.51300 64.00
17 ∞ 0.5257 1.61062 50.49
18 0
(像面)

各種データ
IH 0.769
ω 47.829
Fno 4.29
数値実施例14
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.5392 1.88300 40.76
2 1.4109 0.7483
3 ∞ 0.5392 1.51633 64.14
4 ∞ 0.0539
5 ∞ 3.1230 1.51633 64.14
6 ∞ 0
7(絞り) ∞ 0.0809
8 4.7542 1.4154 1.77250 49.60
9 -3.7982 0.0809
10 ∞ 0.8087 1.52100 65.13
11 ∞ 0.1078
12 3.4342 1.7847 1.72916 54.68
13 -1.1903 0.5256 1.80810 22.76
14 ∞ 0.7540
15 ∞ 0.4718 1.51633 64.14
16 ∞ 0.0135 1.51300 64.00
17 ∞ 0.5392 1.61062 50.49
18 0
(像面)

各種データ
IH 0.789
ω 49.83
Fno 4.282
数値実施例15
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.6803 1.88300 40.76
2 1.5386 1.1825
3 ∞ 0.6803 1.51633 64.14
4 ∞ 0.0680
5 ∞ 3.9405 1.88300 40.76
6 ∞ 0
7(絞り) ∞ 0.3052
8 5.2193 1.3688 1.77250 49.60
9 -4.3467 0.1020
10 ∞ 1.0204 1.52100 65.13
11 ∞ 0.1361
12 2.5755 1.6909 1.58913 61.14
13 -2.0613 0.5201 1.95906 17.47
14 -13.8236 0.6296
15 ∞ 0.5952 1.51633 64.14
16 ∞ 0.0170 1.51300 64.00
17 ∞ 0.6803 1.61062 50.49
18 0
(像面)

各種データ
IH 0.881
ω 59.74
Fno 3.569
以下、実施例1〜実施例15に係る対物光学系における条件式(1)〜(9)の数値を示す。
実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5
(1)fF/f -1.553 -1.528 -1.468 -1.675 -1.675
(2)fR/f 2.062 2.056 2.069 2.108 2.108
(3)|fF/fR| -0.753 -0.743 -0.709 -0.794 -0.794
(4)D1/f 3.166 3.179 3.139 2.946 2.946
(5)D2/f 1.274 1.217 1.395 1.535 1.535
(6)D1/D2 2.486 2.613 2.25 1.92 1.92
(7)f3/f2 3.008 2.962 2.681 2.55 2.55
(8)|Rc|/f 1.561 1.629 1.493 1.639 1.639
(9)TW -10.032 -10.411 -10 -7.365 -7.59

実施例6 実施例7 実施例8 実施例9 実施例10
(1)fF/f -1.583 -1.591 -1.623 -1.59 -1.783
(2)fR/f 2.163 2.179 2.08 2.16 2.457
(3)|fF/fR| -0.732 -0.73 -0.78 -0.736 -0.726
(4)D1/f 3.307 3.385 3.361 3.320 3.96
(5)D2/f 1.362 1.372 1.356 1.361 1.4
(6)D1/D2 2.428 2.467 2.478 2.440 2.829
(7)f3/f2 2.612 2.673 2.555 2.601 1.996
(8)|Rc|/f 1.649 1.644 1.666 1.649 2.032
(9)TW -9.433 -9.563 -10.863 -9.529 -7.277

実施例11 実施例12 実施例13 実施例14 実施例15
(1)fF/f -1.847 -1.853 -1.482 -1.598 -1.742
(2)fR/f 2.395 2.382 1.927 2.159 2.37
(3)|fF/fR| -0.771 -0.778 -0.769 -0.74 -0.735
(4)D1/f 3.975 3.976 2.866 3.217 3.792
(5)D2/f 1.408 1.415 1.28 1.409 1.456
(6)D1/D2 2.822 2.81 2.239 2.284 2.605
(7)f3/f2 1.733 1.705 2.973 2.115 2.125
(8)|Rc|/f 1.698 1.693 1.256 1.19 2.061
(9)TW -8.003 -8.17 -11.235 -9.216 -8.876

実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5
f 1 1 1 1 1
fF -1.553 -1.528 -1.468 -1.675 -1.675
fR 2.062 2.056 2.069 2.108 2.108
D1 3.166 3.179 3.139 2.946 2.946
D2 1.274 1.217 1.395 1.535 1.535
f2 2.779 2.848 2.916 2.608 2.608
f3 8.358 8.438 7.818 6.652 6.652
Rc -1.561 -1.629 -1.493 -1.639 -1.639

実施例6 実施例7 実施例8 実施例9 実施例10
f 1 1 1 1 1
fF -1.583 -1.591 -1.623 -1.59 -1.783
fR 2.163 2.179 2.08 2.16 2.457
D1 3.307 3.385 3.361 3.320 3.96
D2 1.362 1.372 1.356 1.361 1.4
f2 2.93 2.954 2.878 2.932 3.373
f3 7.655 7.896 7.355 7.625 6.734
Rc -1.649 -1.644 -1.666 -1.649 -2.032

実施例11 実施例12 実施例13 実施例14 実施例15
f 1 1 1 1 1
fF -1.847 -1.853 -1.482 -1.598 -1.742
fR 2.395 2.382 1.927 2.159 2.37
D1 3.975 3.976 2.866 3.217 3.792
D2 1.408 1.415 1.28 1.409 1.456
f2 3.371 3.378 2.581 2.946 3.274
f3 5.841 5.758 7.673 6.229 6.957
Rc -1.698 -1.693 -1.256 -1.19 -2.061
図22は、本実施形態の斜視対物光学系を用いた内視鏡装置の構成例である。内視鏡装置20は、斜視用内視鏡21(以下、「内視鏡21」という)と、ビデオプロセッサ22と、モニタ23と、を備える。内視鏡21は、挿入部21aと信号ケーブル21bとを備える。挿入部21a先端には、斜視対物光学系24が配置されている。斜視対物光学系24は、ここでは、前方視観察用の斜視対物光学系である。この斜視対物光学系24には、実施例1〜15のいずれかの斜視対物光学系が用いられる。
また、ここでは図示していないが、この斜視対物光学系24の近傍には、被写体25を照明するための照明光学系が配置されている。この照明光学系は、光源と、照明光学素子と、光ファイバーバンドルと、を有する。光源としては、例えば、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)やレーザダイオード(LD:Laser Diode)の発光素子がある。照明光学素子としては、例えば、レンズ素子がある。レンズ素子は、照明光を拡散又は集光する機能を備えている。光ファイバーバンドルは、照明光を内視鏡21に伝送する。
また、内視鏡21は信号ケーブル21bを介して、ビデオプロセッサ22に接続されている。斜視対物光学系24によって結像された被写体25の像は、撮像素子で撮像される。撮像された被写体25の像は、ビデオプロセッサ22に内蔵された電気回路系によって映像信号に変換される。映像信号に基づいて、モニタ23上に被写体の画像26が表示される。
なお、このビデオプロセッサ22の内部には、LED等の光源を駆動する電気回路系が設けられている。
また、LEDやLDなどの発光素子を内視鏡21内に設けることで、内視鏡21の外部に光源を設ける必要がなくなる。さらに、これら発光素子を内視鏡21の先端部に設けることで、照明光を伝送する光ファイバーバンドルを設ける必要がなくなる。
さらに、光源については、キセノンランプやハロゲンランプ等を用いても良い。また、内視鏡装置20では、光源を内蔵した光源装置がビデオプロセッサ22と一体になっている。しかしながら、光源装置はビデオプロセッサ22と別体に構成されていても良い。この場合、光源装置とビデオプロセッサ22は、内視鏡21と各々接続されることになる。
以上の説明のように、本発明の斜視対物光学系によれば、組立性や内視鏡先端部への取り付け性を向上しながらも、多画素化と小型化がされた撮像素子に最適な高性能で小型な斜視対物光学系を提供することができる。更に、本発明の斜視対物光学系を用いることにより、高画質の画像が得られると共に、細径化された先端部を有する斜視用内視鏡を提供することができる。
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。
(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、負レンズからなる前側レンズ群と、光路変換素子と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する後側レンズ群と、から構成され、
後側レンズ群は、正レンズと、正の屈折力を有する接合レンズと、からなり、
接合レンズは、物体側から順に、正レンズと負レンズとで構成され、
以下の条件式(1)、(2)、(3)を満足することを特徴とする斜視対物光学系。
−2.0<fF/f<−1.3 (1)
1.7<fR/f<2.7 (2)
0.63<|fF/fR|<0.88 (3)
ここで、
Fは、前側レンズ群の焦点距離、
Rは、後側レンズ群の焦点距離、
fは、斜視対物光学系全系の焦点距離、
である。
(付記項2)
以下の条件式(4)、(5)を満足することを特徴とする付記項1に記載の斜視対物光学系。
2.4<D1/f<4.4 (4)
1.1<D2/f<1.7 (5)
ここで、
D1は、前側レンズ群の負レンズの像側面から明るさ絞りまでの空気換算長、
D2は、後側レンズ群の最終レンズの像側面から像面までの空気換算長、
fは、斜視対物光学系全系の焦点距離、
である。
(付記項3)
以下の条件式(6)を満足することを特徴とする付記項1又は付記項2に記載の斜視対物光学系。
1.7<D1/D2<3.1 (6)
ここで、
D1は、前側レンズ群の負レンズの像側面から明るさ絞りまでの空気換算長、
D2は、後側レンズ群の最終レンズの像側面から像面までの空気換算長、
である。
(付記項4)
以下の条件式(7)を満足することを特徴とする付記項1から3のいずれか1項に記載の斜視対物光学系。
1.5<f3/f2<3.1 (7)
ここで、
2は、後側レンズ群の正レンズの焦点距離、
3は、後側レンズ群の接合レンズの焦点距離、
である。
(付記項5)
以下の条件式(8)を満足することを特徴とする付記項1から4のいずれか1項に記載の斜視対物光学系。
1.1<|Rc|/f<2.1 (8)
ここで、
cは、後側レンズ群の接合レンズの接合面の曲率半径、
fは、斜視対物光学系全系の焦点距離、
である。
(付記項6)
以下の条件式(9)を満足することを特徴とする付記項1から5のいずれか1項に記載の斜視対物光学系。
−17°<TW<0° (9)
ここで、
TWは、最大像高時の像面への光線入射角度、
である。
(付記項7)
付記項1から6のいずれか1項に記載の斜視対物光学系を備えることを特徴とする斜視用内視鏡。
以上のように、本発明は、組立てや内視鏡先端部への取り付けを高精度且つ容易に行えると共に、高性能で小型な斜視対物光学系に有用である。また、高画質の画像が得られると共に、細径化された先端部を有する斜視用内視鏡に有用である。
GF 前側レンズ群
GR 後側レンズ群
L1、L2、L3、L4 レンズ
S 明るさ絞り
P プリズム
F1、F2 フィルタ
GL ガラスリッド
CG カバーガラス
I 像面
1、5、9 斜視対物光学系
2、6、10 前側レンズ群
3、7、11 プリズム
4、8、12 後側レンズ群
13、14、16 枠部材
13a、13b、14a、14b、16a 嵌合部
15 撮像素子
17、18 斜視対物光学系
20 内視鏡装置
21 斜視用内視鏡
22 ビデオプロセッサ
23 モニタ
24 斜視対物光学系
25 被写体
26 被写体の画像

Claims (2)

  1. 物体側から順に、負レンズからなる前側レンズ群と、光路変換素子と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する後側レンズ群と、から構成され、
    前記後側レンズ群は、正レンズと、正の屈折力を有する接合レンズと、からなり、
    前記接合レンズは、物体側から順に、正レンズと負レンズとで構成され、
    以下の条件式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)を満足することを特徴とする斜視対物光学系。
    −2.0<fF/f<−1.3 (1)
    1.7<fR/f<2.7 (2)
    0.63<|fF/fR|<0.88 (3)
    2.4<D1/f<4.4 (4)
    1.1<D2/f<1.7 (5)
    ここで、
    Fは、前記前側レンズ群の焦点距離、
    Rは、前記後側レンズ群の焦点距離、
    fは、前記斜視対物光学系全系の焦点距離、
    D1は、前記前側レンズ群の前記負レンズの像側面から前記明るさ絞りまでの空気換算長、
    D2は、前記後側レンズ群の最終レンズの像側面から像面までの空気換算長、
    である。
  2. 請求項1に記載の斜視対物光学系を備えることを特徴とする斜視用内視鏡。
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