JP6081683B1 - 内視鏡用対物光学系 - Google Patents

Abstract

小型で、良好な光学性能と明るいＦナンバー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、負の第１レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２と、明るさ絞りＳと、両凸形状の第３レンズＬ３と、両凸形状の第４レンズＬ４と負の第５レンズＬ５とが接合され全体として正の接合レンズＣＬと、が配置され、以下の条件式（１）、（２）を満たすことを特徴とする。−３≦ｆ1／Ｉｈ≦−１．２ …（１）０．２５≦Ｌ3_5／Ｌ≦０．７ …（２）ここで、ｆ1は、第１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、Ｌ3_5は、第３レンズＬ３の物体側の面から第５レンズの像側の面までの光軸ＡＸに沿った距離、Ｌは、第１レンズＬ１の物体側の面から像面までの光軸ＡＸに沿った距離、である。

Description

本発明は、内視鏡用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内視鏡用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。特に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得られる画像により、観察部位の診断や治療に利用されている。

内視鏡の光学系は、適切なＦナンバーを設定することにより、近点物体から遠点物体までピントの合った画像を取得できる。また、レンズ径や光学全長を小さくすることにより、径が細く、挿入時に苦しくなく、さらに体内で小回りの効く内視鏡を構成できる。近年は、さらに高画質で小型な内視鏡が求められるようになってきている。
これまでに小型な内視鏡用対物光学系として、例えば、特許文献１、２、３に提案されている。

特開２００４−０６１７６３号公報 特開２００９−２２３１８３号公報 国際公開第１０／１１９６４０号

内視鏡により取得される画像を高画質化するためには、撮像素子の画素数を増やして、光学系の収差をそれに応じて補正しておく必要がある。しかしながら、それだけでは撮像素子の撮像領域のサイズが大きくなり、光学系も大型化してしまう。このため、画素ピッチを小さくして撮像領域のサイズを小さくし、それに対応して対物光学系も係数倍縮小しておく必要もある。

しかしながら、この方法には２つの考慮すべき問題がある。１つ目の問題は、Ｆナンバーに起因する問題である。光学系の大きさを、そのまま係数倍して縮小すると、明るさ絞りの大きさも係数倍小さくなる。このため、小さい明るさ絞りの回折による光学性能の劣化が発生してしまう。このため、光学系のＦナンバーを明るくした設計をしておかないと、良好な光学性能が達成できなくなる。一般的に、Ｆナンバーが明るくなると収差補正が難しくなり、レンズ枚数を増やす必要があり、光学系が大型化してしまう傾向にある。

２つ目の問題は、製造の際のばらつきの問題である。光学性能を確保するためには、光学系の大きさを単純に係数倍した場合、光学系の製造ばらつきも同じように係数倍縮小しておく必要がある。

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問題がある。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に提案されている内視鏡対物レンズは、少ないレンズ枚数で構成しているが、実施例のＦナンバーは６程度であり、係数倍によって小型化した際の光学性能や製造ばらつきは考慮されていない。そのため、撮像素子の画素ピッチの縮小による小型化は限界がある。

特許文献２に提案されている内視鏡用対物レンズは、少ないレンズ枚数で構成し、実施例のＦナンバーは３．５程度である。しかしながら、例えば、軸上色収差は高画素向けには不十分な光学性能であって、良好な光学性能を満たすには限界がある。

特許文献３に提案されている対物光学系は、その実施例６〜８は、少ないレンズ枚数で構成している。しかしながら、レンズ群の一部が移動するフォーカス光学系になっているため、全長は比較的大きくなってしまう。そのため、全長の小型化には不向きな構成である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、小型で、良好な光学性能と明るいＦナンバーを有する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、負の第１レンズと、物体側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズと、明るさ絞りと、両凸形状の第３レンズと、両凸形状の第４レンズと負の第５レンズとが接合され全体として正の接合レンズと、が配置され、
以下の条件式（１）、（２）、（９）を満たすことを特徴とする内視鏡用対物光学系である。
−３≦ｆ₁／Ｉｈ≦−１．２ …（１）
０．２５≦Ｌ_{3_5}／Ｌ≦０．７ …（２）
０．２≦ｒ ₂ ／ｒ ₃ ≦０．８ …（９）
ここで、
ｆ₁は、第１レンズの焦点距離、
Ｉｈは、内視鏡用対物光学系の最大像高、
Ｌ_{3_5}は、第３レンズの物体側の面から第５レンズの像側の面までの光軸に沿った距離、
Ｌは、第１レンズの物体側の面から像面までの光軸に沿った距離、
ｒ ₂ は、前記第１レンズの像側の面の曲率半径、
ｒ ₃ は、前記第２メニスカスレンズの物体側の面の曲率半径、
である。

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、良好な光学性能と明るいＦナンバー、例えばＦナンバーが３程度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る。 （ａ）は、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、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)を示す収差図である。 （ａ）は、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、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)を示す収差図である。 （ａ）は、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、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)を示す収差図である。 （ａ）は、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、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)を示す収差図である。 （ａ）は、本発明の実施例５に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図であり、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)を示す収差図である。

以下、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。

本実施形態に係る内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、負の第１レンズＬ１と、赤外吸収フィルタＦ１と、物体側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２と、明るさ絞りＳと、両凸形状の第３レンズＬ３と、両凸形状の第４レンズＬ４と負の第５レンズＬ５とが接合され全体として正の接合レンズＣＬと、が配置され、
以下の条件式（１）、（２）を満たすことを特徴とする。
−３≦ｆ₁／Ｉｈ≦−１．２ …（１）
０．２５≦Ｌ_{3_5}／Ｌ≦０．７ …（２）
ここで、
ｆ₁は、第１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、
Ｌ_{3_5}は、第３レンズＬ３の物体側の面から第５レンズＬ５の像側の面までの光軸ＡＸ
に沿った距離、
Ｌは、第１レンズＬ１の物体側の面から像面Ｉまでの光軸ＡＸに沿った距離、
である。

まず、内視鏡に使用できる小型で良好な光学性能を有する対物光学系を構成するために、最も物体側に負の第１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。

そして、第１レンズＬ１の像側に、物体側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２を配置した。このようにすることで、負の第１レンズＬ１で発生する収差を補正する。

第２メニスカスレンズＬ２の像側に、明るさ絞りＳ、両凸形状の正の第３レンズＬ３を配置している。第３レンズＬ３は、主に結像に寄与する。そこで、第３レンズＬ３の正屈折力によって、光束を収束させている。

第３レンズＬ３の像側の周辺の光線高が高くなる位置に、両凸形状の正の第４レンズＬ４と負の第５レンズＬ５が接合された接合レンズＣＬを配置している。接合レンズＣＬにより色収差を補正する。接合レンズＣＬは、正の第３レンズＬ３と共に結像に寄与するように、全体として正の屈折力で構成している。

このような構成において、レトロフォーカスタイプを構成しつつ全長を短縮化するためには、負の第１レンズＬ１は比較的大きな負屈折力が必要となる。第１レンズＬ１の負屈折力をあまり大きくしすぎると、球面収差、コマ収差などの発生量が大きくなる。このため、良好な光学性能を得られなくなり、製造ばらつきによる光学性能の劣化が大きくなってしまう。第１レンズＬ１の負の屈折力を適切に設定することにより、Ｆナンバーが明るい対物光学系で、良好な光学性能と小型化の両方が達成可能になる。

このようなことから、本実施形態に係る内視鏡用対物光学系では、以下の条件式（１）を満たすことが望ましい。
−３≦ｆ₁／Ｉｈ≦−１.２ …（１）
ここで、
ｆ₁は、第１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（１）の上限値を上回ると、負屈折力が大きくなりすぎる。これにより、球面収差、コマ収差の補正が不十分となり、光学性能が悪化してしまう。
条件式（１）の下限値を下回ると、負屈折力が小さくなりすぎる。これにより、内視鏡用対物光学系の全長が大きくなってしまい、小型化することができない。

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。
−２．５≦ｆ₁／Ｉｈ≦−１．２５ …（１’）
なお、好ましくは以下の条件式を満たすのが良い。
さらに、条件式（１）に代えて、以下の条件式（１”）を満たすことがより望ましい。
−１．８≦ｆ₁／Ｉｈ≦−１．３ …（１”）

また、内視鏡用対物光学系の小型化のためには、一般的に各レンズの肉厚と間隔を小さくすることが望ましい。ここで、正レンズは、レンズの縁肉を確保しなければならないため、ある程度の肉厚が必要となる。

本実施形態の内視鏡用対物光学系は、Ｆナンバーが明るいので、光線高が大きくなる。この結果、正レンズの縁肉の確保も難しくなる。そこで、光学全長に対して、レンズの間隔、肉厚を適切に設定することが望ましい。このようにすることにより、Ｆナンバーが明るい小型な内視鏡用対物光学系を得ることができる。

このようなことから、本実施形態に係る内視鏡用対物光学系では、以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。
０．２５≦Ｌ_{3_5}／Ｌ≦０．７ …（２）
ここで、
Ｌ_{3_5}は、第３レンズＬ３の物体側の面から第５レンズＬ５の像側の面までの光軸ＡＸに沿った距離、
Ｌは、第１レンズＬ１の物体側の面から像面までの光軸ＡＸに沿った距離、
である。

条件式の（２）の上限値を上回ると、光学全長が小さくなりすぎ、個々のレンズの屈折力が大きくなる。これにより、良好な光学性能を得ることができない。
条件式（２）の下限値を下回ると、光学全長が大きくなりすぎてしまう。このため、内視鏡用対物光学系の小型化が困難になるか、または正レンズの縁肉が小さくなりすぎ、レンズの生産性が悪化してしまう。

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。
０．３≦Ｌ_{3_5}／Ｌ≦０．６ …（２）’
さらに、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２”）を満たすことがより望ましい。
０．３≦Ｌ_{3_5}／Ｌ≦０．５ …（２”）

また、内視鏡用対物光学系の小型化のためには、バックフォーカスも短くすることが好ましい。ここで、製造ばらつきによって、ピント位置が設計値に対してずれる場合がある。このため、ピント位置を調整するためにレンズ間隔をあけておく必要がある。また、明るさ絞りＳをはさんだ第２メニスカスレンズＬ２、第３レンズＬ３の間隔を空けると、周辺光線の光線高が高くなり収差補正に効果的である。ここで、第２メニスカスレンズＬ２、第３レンズＬ３の間隔を空けると、前玉径が大きくなること、光学系の全長が長くなること等により小型化が困難になる。

このようなことから、本実施形態に係る内視鏡用対物光学系では、以下の条件式（３）、（４）を満たすことが望ましい。
０．５≦ｄ_5i／ｄ₂₃≦１０ …（３）
３≦Ｌ／ｄ₂₃≦１００ …（４）
ここで、
ｄ_5iは、第５レンズＬ５の像側の面から像面までの光軸ＡＸに沿った距離、
ｄ₂₃は、第２メニスカスレンズＬ２の像側の面から第３レンズＬ３の物体側の面までの光軸ＡＸに沿った距離、
Ｌは、第１レンズＬ１の物体側の面から像面までの光軸ＡＸに沿った距離、
である。

条件式（３）、（４）の上限値を上回ると、バックフォーカスが大きくなり、光学系の全長が大きくなってしまうこと、または、第２メニスカスレンズＬ２と第３レンズＬ３の間隔が小さくなり、画面周辺の収差を低減しにくくなることが生ずる。
条件式（３）、（４）の下限値を下回ると、バックフォーカスが小さくなり、ピント調整が出来なくなってしまうか、または第２メニスカスレンズＬ２と第３レンズＬ３の間隔が大きくなりすぎ、光学系の全長や前玉径が大きくなってしまう。

なお、条件式（３）、（４）に代えて、以下の条件式（３’）、（４’）を満たすことが望ましい。
０．７≦ｄ_5i／ｄ₂₃≦８．５ …（３’）
４≦Ｌ／ｄ₂₃≦６０ …（４’）

さらに、条件式（３）、（４）に代えて、以下の条件式（３”）、（４”）を満たすことがより望ましい。
１≦ｄ_5i／ｄ₂₃≦７ …（３”）
５≦Ｌ／ｄ₂₃≦３０ …（４”）

また、第１レンズＬ１については、以下の構成にすることが好ましい。内視鏡による観察では、第１レンズＬ１の物体側のレンズ面に汚れや血液などが付着したとき、内視鏡先端に設けられたノズルから水を射出することでレンズ面の洗浄を行う。洗浄の際、第１レンズＬ１の物体側のレンズ面の形状が凸形状の場合、汚れが落ちにくくなってしまう。また、第１レンズＬ１の物体側のレンズ面が凹形状の場合、水が溜まるなどの水切れが良好でなくなってしまう。さらに、第１レンズＬ１の物体側のレンズ面が凸形状の場合、衝撃によるキズや割れが発生しやすくなる。

そこで、負の第１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負の第１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。

また、正の第２メニスカスレンズＬ２は、主に第１レンズＬ１で発生した収差を補正するため、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
７≦ｆ₂／Ｉｈ≦２００ …（５）
ここで、
ｆ₂は、第２メニスカスレンズＬ２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（５）の上限値を上回ると、正の第２メニスカスレンズＬ２の屈折力が小さくなりすぎる。これにより、第１レンズＬ１で発生するコマ収差や倍率色収差が充分に補正されずに残存してしまう。
条件式（５）の下限値を下回ると、正の第２メニスカスレンズＬ２の屈折力が大きくなりすぎる。これにより、コマ収差や倍率色収差が補正過剰になること、または第１レンズＬ１の凹面が深くなりすぎてレンズ加工が困難になることを生じてしまう。

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。
９≦ｆ₂／Ｉｈ≦１８０ …（５’）
さらに、条件式（５）に代えて、以下の条件式（５”）を満たすことがより望ましい。
１１≦ｆ₂／Ｉｈ≦１６０ …（５”）

また、明るさ絞りＳの前後のレンズ構成により、画面周辺の収差と全長のバランスを取るために、以下の条件式（６）を満たすことが好ましい。
−２≦ｆ₁₂／ｆ₃₄₅≦−０．５５ …（６）
ここで、
ｆ₁₂は、第１レンズＬ１から第２メニスカスレンズＬ２までの合成焦点距離、
ｆ₃₄₅は、第３レンズＬ３から第５レンズＬ５までの合成焦点距離、
である。

条件式（６）の上限値を上回ると、画面周辺のコマ収差、非点収差が悪化してしまう。
条件式（６）の下限値を下回ると、光学系の全長が長くなってしまうため、小型化が困難となる。

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。
−１．６≦ｆ₁₂／ｆ₃₄₅≦−０．６ …（６’）
さらに、条件式（６）に代えて、以下の条件式（６”）を満たすことがより望ましい。
−１．２≦ｆ₁₂／ｆ₃₄₅≦−０．６ …（６”）

また、正の第２メニスカスレンズＬ２と正の第３レンズＬ３は、正の第３レンズＬ３に主な結像作用を持たせるため、以下の条件式（７）を満たすことが好ましい。
２≦ｆ₂／ｆ₃≦１００ …（７）
ここで、
ｆ₂は、第２メニスカスレンズＬ２の焦点距離、
ｆ₃は、第３レンズＬ３の焦点距離、
である。

条件式（７）の上限値を上回ると、正の第２メニスカスレンズＬ２の屈折力が小さくなりすぎるか、正の第３レンズＬ３の屈折力が大きくなりすぎる。このため、球面収差、コマ収差が悪化してしまう。
条件式（７）の下限値を下回ると、正の第２メニスカスレンズＬ２の屈折力が大きくなりすぎて、球面収差、コマ収差が補正過剰になるか、または正の第３レンズＬ３の屈折力が小さくなりすぎて、全長が大きくなってしまう。

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。
２．５≦ｆ₂／ｆ₃≦８５ …（７’）
さらに、条件式（７）に代えて、以下の条件式（７”）を満たすことがより望ましい。
２．５≦ｆ₂／ｆ₃≦７０ …（７”）

また、負の第１レンズＬ１と負の第５レンズＬ５は、小型化と色収差のバランスを取るために、以下の条件式（８）を満たすことが好ましい。
０．４≦ｆ₁／ｆ₅≦２ …（８）
ここで、
ｆ₁は、第１レンズＬ１の焦点距離、
ｆ₅は、第５レンズＬ５の焦点距離、
である。

条件式（８）の上限値を上回ると、負の第１レンズＬ１の屈折力が小さくなりすぎて全長が大きくなってしまうか、負の第５レンズＬ５の屈折力が大きくなりすぎて倍率色収差やコマ収差が補正過剰になってしまう。
条件式（８）の下限値を下回ると、負の第１レンズの屈折力が大きくなりすぎて球面収差、コマ収差が悪化してしまうか、負の第５レンズＬ５の屈折力が小さくなりすぎて倍率色収差、コマ収差が補正不足になってしまう。

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。
０．４２≦ｆ₁／ｆ₅≦１．７ …（８’）
さらに、条件式（８）に代えて、以下の条件式（８”）を満たすことがより望ましい。
０．４５≦ｆ₁／ｆ₅≦１．５ …（８”）

また、負の第１レンズＬ１の像側の面で大きな収差を発生する。このため、第１レンズＬ１の像側の面の曲率半径と、その像側の面である正の第２メニスカスレンズＬ２の物体側の面の曲率半径は収差補正上、以下の条件式（９）を満たすことが好ましい。
０．２≦ｒ₂／ｒ₃≦０．８ …（９）
ただし、
ｒ₂は、第１レンズＬ１の像側の面の曲率半径、
ｒ₃は、第２メニスカスレンズＬ２の物体側の面の曲率半径、
である。

条件式（９）の上限値を上回ると、負の第１レンズＬ１の曲率半径が大きくなりすぎてレンズ径、全長が大きくなってしまうか、または正の第２メニスカスレンズＬ２の曲率半径が小さくなりすぎて、コマ収差、非点収差が補正過剰になってしまう。
条件式（９）の下限値を下回ると、負の第１レンズＬ１の曲率半径が小さくなりすぎて球面収差、コマ収差が悪化してしまうか、正の第２メニスカスレンズＬ２の曲率半径が大きくなりすぎて、コマ収差、非点収差が補正不足になってしまう。

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。
０．３≦ｒ₂／ｒ₃≦０．７５ …（９’）
さらに、条件式（９）に代えて、以下の条件式（９”）を満たすことがより望ましい。
０．４≦ｒ₂／ｒ₃≦０．７５ …（９”）

また、明るさ絞りＳの像側に配置されている正の第３レンズＬ３の肉厚と、第３レンズＬ３と正の第４レンズＬ４の距離を大きくすると、周辺光線高が大きくなる。このため、画面周辺の収差補正に効果的である。しかしながら、光学全長が大きくなってしまう。

そのため、画面周辺の収差を良好に補正することと光学系の全長とバランスをとるために、以下の条件式（１０）を満たすことが好ましい。
２≦ｄ₃／ｄ₃₄≦１５ …（１０）
ここで、
ｄ₃は、第３レンズＬ３の肉厚、
ｄ₃₄は、第３レンズＬ３の像側の面から第４レンズＬ４の物体側の面までの光軸ＡＸに沿った距離、
である。

条件式（１０）の上限値を上回ると、正の第３レンズＬ３の肉厚が大きくなりすぎて全長が長くなるか、正の第４レンズＬ４の距離が小さくなりすぎてコマ収差、非点収差が悪化してしまう。
下限式（１０）の下限値を下回ると、正の第３レンズＬ３の肉厚が薄くなりすぎてレンズ加工性が悪化しコストが上がってしまうか、または正の第４レンズＬ４の距離が大きくなりすぎて、レンズ径や全長が大きくなってしまう。

なお、条件式（１０）に代えて、以下の条件式（１０’）を満たすことが望ましい。
３．５≦ｄ₃／ｄ₃₄≦１２ …（１０’）
さらに、条件式（１０）に代えて、以下の条件式（１０”）を満たすことがより望ましい。
５≦ｄ₃／ｄ₃₄≦１０ …（１０”）

また、本実施形態の内視鏡用対物光学系は、以下の条件式（１１）を満たすことが望ましい。
２≦Ｆｎｏ≦４．５ …（１１）
ここで、
Ｆｎｏは、内視鏡用対物光学系のＦナンバー、
である。

条件式（１１）の上限値を上回ると、撮像素子の画素ピッチに対して回折の影響が出てしまい、良好な光学性能を得られない。
条件式（１１）の下限値を下回ると、残存する収差が大きくなりすぎて、良好な光学性能を得られない。

なお、条件式（１１）に代えて、以下の条件式（１１’）を満たすことが望ましい。
２．５≦Ｆｎｏ≦４．２ …（１１’）
さらに、条件式（１１）に代えて、以下の条件式（１１”）を満たすことがより望ましい。
２．８≦Ｆｎｏ≦３．８ …（１１”）

（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断面図である。（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。

本実施例は、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹形状の負の第１レンズＬ１、赤外吸収フィルタＦ１、物体側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２、明るさ絞りＳ、両凸形状の正の第３レンズＬ３、両凸形状の正の第４レンズＬ４、像側に凸面を向けた負の第５メニスカスレンズＬ５、カバーガラスＣＧ１、ＣＣＤカバーガラスＣＧ２から構成される。ここで、正の第４レンズＬ４と負の第５メニスカスレンズＬ５は接合されている。カバーガラスＣＧ１とＣＣＤカバーガラスＣＧ２は、接合層Ｆ２を介して接合されている。また、赤外吸収フィルタＦ１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。また。以下すべての実施例において、Ｉは撮像面である。

（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３（ａ）は、本実施例に係る内視鏡用対物光学系の断面図である。（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。

本実施例は、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹形状の負の第１レンズＬ１、赤外吸収フィルタＦ１、物体側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２、明るさ絞りＳ、両凸形状の正の第３レンズＬ３、両凸形状の正の第４レンズＬ４、像側に凸面を向けた負の第５メニスカスレンズＬ５、カバーガラスＣＧ１、ＣＣＤカバーガラスＣＧ２から構成される。ここで、正の第４レンズＬ４と負の第５メニスカスレンズＬ５は接合されている。カバーガラスＣＧ１とＣＣＤカバーガラスＣＧ２は接合層Ｆ２を介して接合されている。また、赤外吸収フィルタＦ１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。

（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４（ａ）は、本実施例に係る内視鏡用対物光学系の断面図である。（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。

本実施例は、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹形状の負の第１レンズＬ１、物体側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２、赤外吸収フィルタＦ１、明るさ絞りＳ、両凸形状の正の第３レンズＬ３、両凸形状の正の第４レンズＬ４、像側に凸面を向けた負の第５メニスカスレンズＬ５、カバーガラスＣＧ１、ＣＣＤカバーガラスＣＧ２から構成される。ここで、正の第４レンズＬ４と負の第５メニスカスレンズＬ５は接合されている。カバーガラスＣＧ１とＣＣＤカバーガラスＣＧ２は接合層Ｆ２を介して接合されている。また、赤外吸収フィルタＦ１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。

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５（ａ）は、本実施例に係る内視鏡用対物光学系の断面図である。（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。

本実施例は、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹形状の負の第１レンズＬ１、赤外吸収フィルタＦ１、物体側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２、明るさ絞りＳ、両凸形状の正の第３レンズＬ３、両凸形状の正の第４レンズＬ４、像側に凸面を向けた負の第５メニスカスレンズＬ５、カバーガラスＣＧ１、ＣＣＤカバーガラスＣＧ２から構成される。ここで、正の第４レンズＬ４と負の第５メニスカスレンズＬ５は接合されている。カバーガラスＣＧ１とＣＣＤカバーガラスＣＧ２は接合層Ｆ２を介して接合されている。また、赤外吸収フィルタＦ１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。

実施例５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断面図である。（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。

本実施例は、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹形状の負の第１レンズＬ１、赤外吸収フィルタＦ１、物体側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２、明るさ絞りＳ、両凸形状の正の第３レンズＬ３、両凸形状の正の第４レンズＬ４、像側に凸面を向けた負の第５メニスカスレンズＬ５、カバーガラスＣＧ１、ＣＣＤカバーガラスＣＧ２から構成される。ここで、正の第４レンズＬ４と負の第５メニスカスレンズＬ５は接合されている。カバーガラスＣＧ１とＣＣＤカバーガラスＣＧ２は接合層Ｆ２を介して接合されている。また、赤外吸収フィルタＦ１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。

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、ｎｅは各レンズのｅ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 ne νd
1 ∞ 0.167 1.88815 40.76
2 0.6099 0.3197
3 ∞ 0.4454 1.515 75.00
4 ∞ 0.0538
5 0.918 0.465 1.97189 17.47
6 0.7442 0.2227
7(明るさ絞り) ∞ 0.0334
8 3.1089 0.7745 1.77621 49.60
9 -1.2282 0.1044
10 1.9026 0.8651 1.73234 54.68
11 -0.9327 0.2487 1.97189 17.47
12 -2.4013 0.3813
13 ∞ 0.3341 1.51825 64.14
14 ∞ 0.01 1.515 64.00
15 ∞ 0.5568 1.507 63.26
16（撮像面） ∞

Ｆｎｏ 3.015
ω 67.5°
ＩＨ 0.5ｍｍ

数値実施例２
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.167 1.88815 40.76
2 0.5845 0.3708
3 ∞ 0.3341 1.515 75.00
4 ∞ 0.0775
5 1.061 0.465 1.97189 17.47
6 0.9481 0.2227
7(明るさ絞り) ∞ 0.0334
8 4.0859 0.66 1.82017 46.62
9 -1.2835 0.084
10 1.6799 0.8172 1.73234 54.68
11 -0.9589 0.2225 1.97189 17.47
12 -3.2598 0.3712
13 ∞ 0.3341 1.51825 64.14
14 ∞ 0.01 1.515 64.00
15 ∞ 0.5568 1.507 63.26
16（撮像面） ∞

Ｆｎｏ 3.032
ω 66.1°
ＩＨ 0.5ｍｍ

数値実施例３
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.167 1.88815 40.76
2 0.7213 0.4616
3 3.4184 0.4541 1.97189 17.47
4 8.6746 0.2307
5 ∞ 0.4454 1.515 75.00
6 ∞ 0.314
7(明るさ絞り) ∞ 0.0334
8 9.8099 0.6679 1.73234 54.68
9 -1.6116 0.1114
10 1.5616 0.7869 1.69979 55.53
11 -0.9511 0.2298 1.97189 17.47
12 -2.8924 0.4302
13 ∞ 0.3341 1.51825 64.14
14 ∞ 0.01 1.515 64.00
15 ∞ 0.5568 1.507 63.26
16（撮像面） ∞

Ｆｎｏ 3.054
ω 68.1°
ＩＨ 0.5ｍｍ

数値実施例４
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.167 1.88815 40.76
2 0.6351 0.4002
3 ∞ 0.4454 1.515 75.00
4 ∞ 0.1518
5 1.0084 0.4561 1.93429 18.90
6 0.8149 0.3361
7(明るさ絞り) ∞ 0.0334
8 2.5467 0.7796 1.82017 46.62
9 -1.5164 0.1172
10 1.4843 0.8253 1.65425 58.55
11 -0.8704 0.2371 1.93429 18.90
12 -3.2278 0.3005
13 ∞ 0.3341 1.51825 64.14
14 ∞ 0.01 1.515 64.00
15 ∞ 0.5568 1.507 63.26
16（撮像面） ∞

Ｆｎｏ 3.051
ω 81.4°
ＩＨ 0.5ｍｍ

数値実施例５
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.167 1.88815 40.76
2 0.6531 0.3373
3 ∞ 0.4454 1.515 75.00
4 ∞ 0.1247
5 0.906 0.465 1.97189 17.47
6 0.6853 0.1703
7(明るさ絞り) ∞ 0.0334
8 2.1631 0.7787 1.77621 49.60
9 -1.1703 0.1299
10 1.9727 0.8736 1.73234 54.68
11 -0.923 0.2548 1.97189 17.47
12 -2.4452 0.2455
13 ∞ 0.3341 1.51825 64.14
14 ∞ 0.01 1.515 64.00
15 ∞ 0.5568 1.507 63.26
16（撮像面） ∞

Ｆｎｏ 3.043
ω 67.0°
ＩＨ 0.5ｍｍ

以下、実施例１〜実施例５に係る内視鏡用対物光学系における条件式（１）〜（１１）の数値を示す。

条件式 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５
(1) f₁/Ih -1.37 -1.32 -1.62 -1.43 -1.47
(2) L_{3_5}/L 0.40 0.38 0.34 0.38 0.41
(3) d_5i/d₂₃ 5.0 5.0 1.3 3.3 5.6
(4) L/d₂₃ 19.5 18.5 5.1 13.9 24.2
(5) f₂/Ih 25.4 17.8 11.1 65.8 150.4
(6) f₁₂/f₃₄₅ -0.63 -0.69 -0.94 -0.63 -0.64
(7) f₂/f₃ 10.3 7.1 2.9 25.9 69.0
(8) f₁/f₅ 0.40 0.45 0.53 0.53 0.44
(9) r₂/r₃ 0.66 0.55 0.21 0.63 0.72
(10) d₃/d₃₄ 7.4 7.9 6.0 6.7 6.0
(11) Fno 3.02 3.03 3.05 3.05 3.04

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、良好な光学性能と明るいＦナンバーを有する内視鏡用対物光学系に有用である。

Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２メニスカスレンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ（第５メニスカスレンズ）
ＣＬ 接合レンズ
Ｓ 明るさ絞り
Ｆ１ 赤外線吸収フィルタ
Ｆ２ 接合層
ＣＧ１ カバーガラス
ＣＧ２ ＣＣＤカバーガラス

Claims (8)

1. 物体側から順に、負の第１レンズと、物体側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズと、明るさ絞りと、両凸形状の第３レンズと、両凸形状の第４レンズと負の第５レンズとが接合され全体として正の接合レンズと、が配置され、
   以下の条件式（１）、（２）、（９）を満たすことを特徴とする内視鏡用対物光学系。
   −３≦ｆ₁／Ｉｈ≦−１．２ …（１）
   ０．２５≦Ｌ_{3_5}／Ｌ≦０．７ …（２）
   ０．２≦ｒ ₂ ／ｒ ₃ ≦０．８ …（９）
   ここで、
   ｆ₁は、前記第１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、
   Ｌ_{3_5}は、前記第３レンズの物体側の面から前記第５レンズの像側の面までの光軸に沿った距離、
   Ｌは、前記第１レンズの物体側の面から像面までの光軸に沿った距離、
   ｒ ₂ は、前記第１レンズの像側の面の曲率半径、
   ｒ ₃ は、前記第２メニスカスレンズの物体側の面の曲率半径、
   である。
2. 以下の条件式（３）、（４）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。
   ０．５≦ｄ_5i／ｄ23≦１０ …（３）
   ３≦Ｌ／ｄ₂₃≦１００ …（４）
   ここで、
   ｄ_5iは、前記第５レンズの像側の面から像面までの光軸に沿った距離、
   ｄ₂₃は、前記第２メニスカスレンズの像側の面から前記第３レンズの物体側の面までの光軸に沿った距離、
   Ｌは、前記第１レンズの物体側の面から像面までの光軸に沿った距離、
   である。
3. 前記第１レンズの形状が物体側に平面を向けた平凹形状であ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。
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。
   ７≦ｆ₂／Ｉｈ≦２００ …（５）
   ここで、
   ｆ₂は、前記第２メニスカスレンズの焦点距離、
   Ｉｈは、前記内視鏡用対物光学系の最大像高、
   である。
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。
   −２≦ｆ₁₂／ｆ₃₄₅≦−０．５５ …（６）
   ここで、
   ｆ₁₂は、前記第１レンズから前記第２メニスカスレンズまでの合成焦点距離、
   ｆ₃₄₅は、前記第３レンズから前記第５レンズまでの合成焦点距離、
   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。
   ２≦ｆ₂／ｆ₃≦１００ …（７）
   ここで、
   ｆ₂は、前記第２メニスカスレンズの焦点距離、
   ｆ₃は、前記第３レンズの焦点距離、
   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。
   ０．４≦ｆ₁／ｆ₅≦２ …（８）
   ここで、
   ｆ₁は、前記第１レンズの焦点距離、
   ｆ₅は、前記第５レンズの焦点距離、
   である。
8. 以下の条件式（１０）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≦ｄ ₃ ／ｄ ₃₄ ≦１５ …（１０）
   ここで、
   ｄ ₃ は、前記第３レンズの肉厚、
   ｄ ₃₄ は、前記第３レンズの像側の面から前記第４レンズの物体側の面までの光軸に沿った距離、
   である。

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