JP6109461B1

JP6109461B1 - 内視鏡用対物光学系

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Publication number: JP6109461B1
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Inventors: 恭章牛尾
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Abstract

高画素化、細径化に対応し、レンズ枚数が少なく、小型で明るく広角で、高精細な画質を得られる内視鏡用対物光学系を提供する。内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、負の前群レンズ群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正の後群レンズ群Ｇ２と、からなり、前群レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の屈折力の単レンズからなる第１レンズＬ１と、正の屈折力の単レンズからなる第２レンズＬ２と、を有し、後群レンズ群Ｇ２は、正の屈折力の単レンズからなる第３レンズＬ３と、正の屈折力の第４レンズＬ４と負の屈折力の第５レンズＬ５の接合レンズＬ４５と、を有し、第１レンズＬ１の物体側面は平面であり、第２レンズＬ２は像側に凸面を向けたメニスカス形状であり、第３レンズＬ３は両側凸形状であり、以下の条件式（１）を満足する。−２．０≦ｆ1／Ｉｈ≦−１.３９ …（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。

Description

本発明は、小型で、明るく高精細な画質の内視鏡に使用される内視鏡用対物光学系に関する。

近年、診断の向上の為に、内視鏡により撮像される画像が高画質化している。内視鏡用撮像素子、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳの高画質化と小型化に伴い、撮像素子の画素ピッチが年々小さくなっている。それに伴い、内視鏡用対物光学系に対しては、小型化を達成しつつ、広角化、収差補正等の光学性能を満足させる必要がある。内視鏡用対物光学系として、例えば、特許文献１、２に提案された光学系がある。

特許第４６９５６６２号公報特許第４９９７３４８号公報

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、新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。従って、小型であり、良好な光学性能を有し、低コストな内視鏡用対物光学系を達成する必要がある。

特許文献１に提案されている内視鏡対物光学系は、小型であり、明るいＦナンバーを有するように構成されている。しかしながら、収差性能が十分ではなく、高画素にはそのまま適用できない。

特許文献２に提案されている内視鏡対物光学系は、Ｆナンバーが暗いため、そのまま画素ピッチの小さい光学系には適用できない。また、特許文献２の内視鏡対物光学系において、比較的明るいＦナンバーの実施例でも、特許文献１と同様に収差性能が十分ではない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、内視鏡の高画素化、細径化に対応し、少ないレンズ枚数で、小型で明るく広角で、高精細な画質を得られる細径な内視鏡用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。
物体側から順に、全体として負の屈折力をもつ前群レンズ群と、明るさ絞りと、全体として正の屈折力をもつ後群レンズ群と、からなり、
前群レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力の単レンズからなる第１レンズと、正の屈折力の単レンズからなる第２レンズと、からなり、
後群レンズ群は、正の屈折力の単レンズからなる第３レンズと、正の屈折力の第４レンズと負の屈折力の第５レンズの接合レンズと、を有し、
第１レンズの物体側面が平面であり、
第２レンズは像側に凸面を向けたメニスカス形状であり、
第３レンズは両側凸形状であり、
以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする内視鏡用対物光学系である。
−２．０≦ｆ₁／Ｉｈ≦−１．３９ …（１）
−０．２≦ＳＦ ₃ ≦０．６１ …（２）
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、
ＳＦ ₃ は、第３レンズの物体側面の曲率半径をＲ _3L 、第３レンズの像側面の曲率半径をＲ _3R としたときのシェイプファクターＳＦ ₃ ＝（Ｒ _3L ＋Ｒ _3R ）／（Ｒ _3L −Ｒ _3R )、
である。

本発明によれば、内視鏡の更なる高画素化、細径化に対応し、レンズ枚数が少なく、小型で明るく広角で、高精細な画質を得られる内視鏡用対物光学系を提供でき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。（ａ）は、本発明の実施例６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７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８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、全体として負の屈折力をもつ前群レンズ群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、全体として正の屈折力をもつ後群レンズ群Ｇ２と、からなり、
前群レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の屈折力の単レンズからなる第１レンズＬ１と、正の屈折力の単レンズからなる第２レンズＬ２と、を有し、
後群レンズ群Ｇ２は、正の屈折力の単レンズからなる第３レンズＬ３と、正の屈折力の第４レンズＬ４と負の屈折力の第５レンズＬ５の接合レンズＬ４５と、を有し、
第１レンズＬ１の物体側面は平面であり、
第２レンズＬ２は像側に凸面を向けたメニスカス形状であり、
第３レンズＬ３は両側凸形状であり、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
−２．０≦ｆ₁／Ｉｈ≦−１.３９ …（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。
また、間隔Ｐは、ピント位置を調整するための間隔である。

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。

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を平凹形状の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、観察中の水切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レンズＬ１の像側に、メニスカス形状の正の第２レンズＬ２を像側に凸面を向けて配置した。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しつつ、レンズ径が大きくならないように光束を収斂させることができる。

メニスカス形状の第２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と両凸形状の正の第４レンズＬ４との正レンズ群を配置している。第３レンズＬ３、第４レンズＬ４は、主に結像に寄与する。さらに、正の屈折力を、両凸形状の正の第３レンズＬ３と、両凸形状の正の第４レンズＬ４とに分割することにより、Ｆナンバーが明るくても、収差の発生を抑え、かつ小型化に必要な屈折力を配分することができる。

そして、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Ｌ４５を配置している。接合レンズＬ４５により色収差を補正している。

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、収差の発生量が大きくなりすぎる。例えば、正の第２レンズＬ２で主にコマ収差、倍率色収差、正の第３レンズＬ３、正の第４レンズＬ４で球面収差が補正しきれず、光学性能が悪化してしまう。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。そこで、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。
−２．０≦ｆ₁／Ｉｈ≦−１．３９ …（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、色収差が発生して性能が劣化したり、製造ばらつきによって画質が劣化し易くなってしまう。
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やレンズ径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。
−１．８≦ｆ₁／Ｉｈ≦−１．３９ …（１’）
さらに、条件式（１）に代えて、以下の条件式（１”）を満たすことがより望ましい。
−１．６≦ｆ₁／Ｉｈ≦−１．４ …（１”）

正の第３レンズＬ３は、レトロフォーカスを構成するために、比較的大きな屈折力を有している。このため、収差の発生量も大きくなる。そこで、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。
−０．２≦ＳＦ₃≦０．６１ …（２）
ここで、
ＳＦ₃は、第３レンズＬ３の物体側面の曲率半径をＲ_3L、第３レンズＬ３の像側面の曲率半径をＲ_3RとしたときのシェイプファクターＳＦ₃＝（Ｒ_3L＋Ｒ_3R）／（Ｒ_3L−Ｒ_3R)、
である。

条件式（２）の上限値を上回ると、第３レンズＬ３の物体側の曲率半径が大きくなりすぎてしまい、特に球面収差の補正ができなくなり光学性能が劣化してしまう。
条件式（２）の下限値を下回ると、主点が物体側に移動してしまうため全長が大型化してしまう。

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。
０．２≦ＳＦ₃≦０．６１ …（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≦ＳＦ₃≦０．５ …（２”）

また、正の第３レンズＬ３、正の第４レンズＬ４に関して、中心光束は第４レンズＬ４において光線高が下がり、周辺光束は第４レンズＬ４において光線高が上がる。そのため球面収差、コマ収差のバランスを取るため、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）を満たすことが望ましい。
−０．２７≦ＳＦ₃₄≦０．３７ …（３）
ここで、
ＳＦ₃₄は、第３レンズの像側面の曲率半径をＲ_3R、第４レンズの物体側面の曲率半径をＲ_4LとしたときのシェイプファクターＳＦ₃₄＝（Ｒ_3R＋Ｒ_4L）／（Ｒ_3R−Ｒ_4L）、
である。

条件式（３）の上限値を上回ると、特にコマ収差により周辺性能が悪化してしまう。
条件式（３）の下限値を下回ると、球面収差が悪化して、画面全体の収差が悪化してしまう。

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。
−０．２≦ＳＦ₃₄≦０．２５ …（３’）
さらに、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３”）を満たすことがより望ましい。
−０．１７≦ＳＦ₃₄≦０．１５ …（３”）

また、負の第１レンズＬ１と負の第５レンズＬ５は、光学全長と画面周辺、特に非点収差の補正のバランスをとるように、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（４）を満たすことが望ましい。
０．１５≦（１／Ｆｎｏ）×（ｆ₁／ｆ₅）≦０．３ …（４）
ここで、
Ｆｎｏは、内視鏡用対物光学系の有効Ｆナンバー、
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（４）の上限値を上回ると、第１レンズＬ１の屈折力が小さくなりすぎて、小型化の達成が難しくなるか、第５レンズＬ５の屈折力が大きくなりすぎて非点収差が過剰に補正されてしまい性能が悪化してしまう。
条件式（４）の下限値を下回ると、第１レンズＬ１の屈折力が大きくなりすぎるか、第５レンズＬ５の屈折力が小さくなりすぎて、非点収差を良好に補正できなくなり、良好な画質を得ることが困難となる。また、暗いＦナンバーの対物光学系となってしまう。

なお、条件式（４）に代えて、以下の条件式（４’）を満たすことが望ましい。
０．１７≦（１／Ｆｎｏ）×（ｆ₁／ｆ₅）≦０．２７ …(４’)
さらに、条件式（４）に代えて、以下の条件式（４”）を満たすことがより望ましい。
０．２≦（１／Ｆｎｏ）×（ｆ₁／ｆ₅）≦０．２６ …（４”）

また、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３は、共に正の屈折力を有する。そして、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３は、明るさ絞りＳを挟んで配置されている。このため、画面周辺の収差を打ち消しあう構成である。しかしながら、この構成においては、十分に収差が補正されない。そのため、周辺光線高の大きくなる位置の負の第５レンズＬ５の構成が重要となる。

そこで、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（５）を満足することが望ましい。
−２．０≦ｆ₂₃／ｆ₅≦−１．０ …（５）
ここで、
ｆ₂₃は、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の合成焦点距離、
ｆ₅は、第５レンズＬ５の焦点距離、
である。

条件式（５）の上限値を上回ると、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３の屈折力が大きくなりすぎて、画面周辺及び中心の収差が悪化してしまうか、第５レンズの屈折力が小さくなりすぎて画面周辺の収差が補正不足になってしまう。
条件式（５）の下限値を下回ると、第２レンズＬ２、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るか、第５レンズＬ５の屈折力が大きくなりすぎて画面周辺の収差、非点収差、倍率色収差が補正過剰になってしまう。

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。
−１．５≦ｆ₂₃／ｆ₅≦−１．１５ …（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。
−１．４≦ｆ₂₃／ｆ₅≦−１．１ …（５”）

負の第１レンズＬ１と正の第４レンズＬ４は、レトロフォーカスの主な機能を担う構成を成している。このため、負の第１レンズＬ１と正の第４レンズＬ４は、光学全長と関係する。さらに、負の第１レンズＬ１と正の第４レンズＬ４は明るさ絞りＳから離れているため、画面周辺の光学性能にも関係する。そこで、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（６）を満たすことが望ましい。
−１．１≦ｆ₁／ｆ₄≦−０．７ …（６）
ここで、
ｆ₁は、第１レンズＬ１の焦点距離、
ｆ₄は、第４レンズＬ４の焦点距離、
である。

条件式（６）の上限値を上回ると、第１レンズＬ１の屈折力が小さくなって全長が大きくなるか、第４レンズＬ４の屈折力が大きくなりすぎてコマ収差補正が困難となってしまう。
条件式（６）の下限値を下回ると、第１レンズＬ１の屈折力が大きくなるため、製造ばらつきによって画質が劣化し易くなってしまうか、第４レンズＬ４の屈折力が小さくなるため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。
−１．０≦ｆ₁／ｆ₄≦−０．７ …（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。
−０．８≦ｆ₁／ｆ₄≦−０．７ …（６”）

第１レンズＬ１と第４レンズＬ４は、共に比較的大きな屈折力を有している。このため、第１レンズＬ１と第４レンズＬ４は、像面湾曲へ影響する。そこで、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（７）を満たすことが望ましい。
０．２５≦Ｒ_1R／Ｒ_4L≦０．７ …（７）
ここで、
Ｒ_1Rは、第１レンズＬ１の像側面の曲率半径、
Ｒ_4Lは、第４レンズＬ４の物体側面の曲率半径、
である。

条件式（７）の上限値を上回ると、第１レンズＬ１の屈折力が大きくなり、製造ばらつきによって画質が劣化し易くなってしまう。
条件式（７）の下限値を下回ると、第１レンズＬ１と第４レンズＬ４の対称性が悪くなり、ペッツバール和が大きくなり、諸収差が良好に補正できなくなってしまう。

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。
０．２５≦Ｒ_1R／Ｒ_4L≦０．４５ …（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。
０．３≦Ｒ_1R／Ｒ_4L≦０．４ …（７”）

第１レンズＬ１と第５レンズＬ５は、明るさ絞りＳから遠くに配置される。このため、画面周辺の光学性能に影響し、かつ周辺光線高が高くなるため、レンズ径にも影響する。そこで、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（８）を満たすことが望ましい。
−０．３≦Ｒ_1R／Ｒ_5R≦０ …（８）
ここで、
Ｒ_1Rは、第１レンズＬ１の像側面の曲率半径、
Ｒ_5Rは、第５レンズＬ５の像側面の曲率半径、
である。

条件式（８）の上限値を上回ると、撮像素子への光線の入射角が大きくなり、周辺部分の減光を生じたり、バックフォーカスが短くなって組立性が悪化してしまう。
条件式（８）の下限値を下回ると、第１レンズＬ１の曲率半径が大きくなりすぎてレンズ径が大きくなってしまうか、第５レンズＬ５の曲率半径が大きくなりすぎて画面周辺の収差、特に非点収差、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。
−０．２１≦Ｒ_1R／Ｒ_5R≦０ …（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。
−０．１３５１≦Ｒ_1R／Ｒ_5R≦０ …（８”）

生体内のスクリーニングの際、病変部を見落とすおそれを軽減させる為には、広角であることが望ましい。特に、最低でも半画角６２°は必要である。そこで、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（９）を満足することが望ましい。
ω≧６２° …（９）
ここで、
ωは、内視鏡用対物光学系の半画角、
である。

条件式（９）の下限値を下回ると、観察範囲が狭まり、生体内のスクリーニングの際、病変部を見落とすおそれがある。

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。
ω≧６５° …（９’）

（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、像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、撮像素子カバーガラス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と撮像素子カバーガラスＣＧ２は、接合層Ｆ２を介して接合されている。また、以下すべての実施例において、ＩＭＧ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、像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、撮像素子カバーガラス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と撮像素子カバーガラスＣＧ２は、接合層Ｆ２を介して接合されている。

（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、像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、像側に平面を向けた凹平形状の負の第５レンズＬ５、物体側に凸面を向けた凸平形状のカバーガラスＬ６、撮像素子カバーガラスＣＧから構成される。ここで、正の第４レンズＬ４と負の第５レンズＬ５は接合されている。カバーガラスＬ６と撮像素子カバーガラスＣＧは、接合層Ｆ２を介して接合されている。

（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、像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、物体側に凸面を向けた凸平形状のカバーガラスＬ６、撮像素子カバーガラスＣＧ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Ｌ６と撮像素子カバーガラスＣＧは、接合層Ｆ２を介して接合されている。

（実施例５）
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。

（実施例６）
実施例６に係る内視鏡用対物光学系について説明する。
図７（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、像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、像側に平面を向けた凹平形状の負の第５レンズＬ５、カバーガラスＣＧ１、撮像素子カバーガラスＣＧ２から構成される。ここで、正の第４レンズＬ４と負の第５レンズＬ５は接合されている。カバーガラスＣＧ１と撮像素子カバーガラスＣＧ２は、接合層Ｆ２を介して接合されている。

（実施例７）
実施例７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。

（実施例８）
実施例８に係る内視鏡用対物光学系について説明する。
図９（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。

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
物体面 ∞ 26.7261
1 ∞ 0.4439 1.88815 40.76
2 1.3000 1.0621
3 -43.1176 0.8840 1.93429 18.90
4 -9.5914 0.4677
5 ∞ 0.8909 1.51500 75.00
6(絞り) ∞ 0.0668
7 ∞ 0.3915
8 8.8676 1.5506 1.88815 40.76
9 -3.5574 0.1831
10 3.1503 1.5486 1.69979 55.53
11 -1.8961 0.5488 1.93429 18.90
12 ∞ 0.5248
13 ∞ 1.0022 1.51825 64.14
14 ∞ 0.0223 1.51500 64.00
15 ∞ 0.7795 1.50700 63.26
16（撮像面）

各種データ
焦点距離 1.059
Fno 3.012
ω 66.9
IH 1.000
全長 10.37

数値実施例２
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
物体面 ∞ 26.7261
1 ∞ 0.4466 1.88815 40.76
2 1.3245 0.9464
3 -8.9062 0.9327 1.93429 18.90
4 -6.2362 0.6283
5 ∞ 0.8909 1.51500 75.00
6(絞り) ∞ 0.0668
7 ∞ 0.2171
8 7.0888 1.5554 1.88815 40.76
9 -3.4775 0.2079
10 4.0958 1.5551 1.69979 55.53
11 -1.6245 0.5567 1.93429 18.90
12 -9.8112 0.5444
13 ∞ 1.0022 1.51825 64.14
14 ∞ 0.0223 1.51500 64.00
15 ∞ 0.7795 1.50700 63.26
16（撮像面）

各種データ
焦点距離 1.041
Fno 3.012
ω 67.4
IH 1.000
全長 10.35

数値実施例３
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
物体面 ∞ 26.7261
1 ∞ 0.4454 1.88815 40.76
2 1.3675 1.0690
3 -10.2962 1.0022 1.93429 18.90
4 -5.6258 0.3341
5 ∞ 0.8909 1.49557 75.00
6(絞り) ∞ 0.0668
7 ∞ 0.4009
8 9.4766 1.5590 1.88815 40.76
9 -3.5835 0.2227
10 3.9243 1.5590 1.69979 55.53
11 -1.9065 0.6682 1.93429 18.90
12 ∞ 0.5805
13 3.6020 1.0022 1.51825 64.14
14 ∞ 0.0223 1.51500 64.00
15 ∞ 0.7795 1.50700 63.26
16（撮像面）

各種データ
焦点距離 1.048
Fno 2.983
ω 66.6
IH 1.000
全長 10.60

数値実施例４
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
物体面 ∞ 21.6783
1 ∞ 0.5828 1.88815 40.76
2 1.3800 1.2587
3 -3.9557 1.8182 1.85504 23.78
4 -3.6853 0.4429
5 ∞ 0.9324 1.49557 75.00
6 ∞ 0.4196
7(絞り) ∞ 0.0699
8 ∞ 0.2331
9 8.3963 1.7716 1.83932 37.16
10 -5.4522 0.2564
11 5.2308 1.8182 1.73234 54.68
12 -1.9580 0.7459 1.9342９ 18.90
13 -22.1492 0.8872
14 3.4739 1.1655 1.51825 64.14
15 ∞ 0.0233 1.51500 64.00
16 ∞ 0.8159 1.50700 63.26
17（撮像面）

各種データ
焦点距離 0.968
Fno 2.989
ω 81.1
IH 1.000
全長 13.24

数値実施例５
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
物体面 ∞ 26.7261
1 ∞ 0.4537 1.88815 40.76
2 1.3405 0.9553
3 -8.9042 0.9083 1.93429 18.90
4 -6.2408 0.6337
5 ∞ 0.8909 1.51500 75.00
6(絞り) ∞ 0.0668
7 ∞ 0.2178
8 8.3852 1.5546 1.88815 40.76
9 -3.1907 0.2108
10 4.2329 1.5549 1.69979 55.53
11 -1.6823 0.5571 1.93429 18.90
12 -10.8415 0.5477
13 ∞ 1.0022 1.51825 64.14
14 ∞ 0.0223 1.51500 64.00
15 ∞ 0.7795 1.50700 63.26
16（撮像面）

各種データ
焦点距離 1.038
Fno 3.999
ω 65.9
IH 1.000
全長 10.36

数値実施例６
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
物体面 ∞ 26.7261
1 ∞ 0.4476 1.88815 40.76
2 1.2417 1.0018
3 -37.2536 0.8877 1.93429 18.90
4 -8.4509 0.4826
5 ∞ 0.8909 1.51500 75.00
6(絞り) ∞ 0.0668
7 ∞ 0.3743
8 8.8789 1.5557 1.88815 40.76
9 -3.5618 0.2045
10 3.1440 1.5487 1.69979 55.53
11 -1.8948 0.5543 1.93429 18.90
12 ∞ 0.5333
13 ∞ 1.0022 1.51825 64.14
14 ∞ 0.0223 1.51500 64.00
15 ∞ 0.7795 1.50700 63.26
16（撮像面）

各種データ
焦点距離 1.056
Fno 3.007
ω 65.0
IH 1.000
全長 10.35

数値実施例７
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
物体面 ∞ 26.7261
1 ∞ 0.4429 1.88815 40.76
2 1.4150 0.8669
3 -8.7675 1.3062 1.93429 18.90
4 -6.4711 0.5153
5 ∞ 0.8909 1.51500 75.00
6(絞り) ∞ 0.0668
7 ∞ 0.2607
8 10.8391 1.6002 1.82017 46.62
9 -2.8953 0.2050
10 4.0017 1.5562 1.69979 55.53
11 -1.8584 0.5570 1.93429 18.90
12 -13.4465 0.5524
13 ∞ 1.0022 1.51825 64.14
14 ∞ 0.0223 1.51500 64.00
15 ∞ 0.7795 1.50700 63.26
16（撮像面）

各種データ
焦点距離 1.041
Fno 3.004
ω 67.3
IH 1.000
全長 10.62

数値実施例８
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
物体面 ∞ 26.7261
1 ∞ 0.4431 1.88815 40.76
2 1.5524 0.8580
3 -8.0141 1.3686 1.93429 18.90
4 -7.1560 0.3707
5 ∞ 0.8909 1.51500 75.00
6(絞り) ∞ 0.0668
7 ∞ 0.2565
8 7.2803 1.8068 1.69979 55.53
9 -2.7024 0.2153
10 4.6344 1.6055 1.74678 49.34
11 -1.6553 0.5583 1.93429 18.90
12 -7.7057 0.5676
13 ∞ 1.0022 1.51825 64.14
14 ∞ 0.0223 1.51500 64.00
15 ∞ 0.7795 1.50700 63.26
16（撮像面）

各種データ
焦点距離 1.050
Fno 3.001
ω 65.6
IH 1.000
全長 10.81

以下、実施例１〜実施例８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。

条件式実施例1 実施例2 実施例3 実施例4
(1) f₁/Ih -1.464 -1.491 -1.540 -1.554
(2) SF₃ 0.427 0.342 0.451 0.213
(3) SF₃₄ 0.061 -0.082 -0.045 0.021
(4) (1/Fno)×(f₁/f₅) 0.242 0.229 0.253 0.222
(5) f₂₃/f₅ -1.387 -1.203 -1.338 -1.346
(6) f₁/f₄ -0.756 -0.797 -0.747 -0.713
(7) R_1R/R_4L 0.413 0.323 0.348 0.264
(8) R_1R/R_5R 0.0000 -0.1350 0.0000 -0.0620
(9) ω 66.7 65.4 66.6 81.1

条件式実施例5 実施例6 実施例7 実施例8
(1) f₁/Ih -1.509 -1.398 -1.593 -1.748
(2) SF₃ 0.449 0.427 0.578 0.459
(3) SF₃₄ -0.140 0.062 -0.160 -0.263
(4) (1/Fno)×(f₁/f₅) 0.172 0.229 0.224 0.247
(5) f₂₃/f₅ -1.169 -1.376 -1.122 -1.166
(6) f₁/f₄ -0.782 -0.723 -0.782 -0.953
(7) R_1R/R_4L 0.317 0.395 0.354 0.335
(8) R_1R/R_5R -0.1236 0.0000 -0.1052 -0.2015
(9) ω 65.9 65.0 67.3 65.6

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、小型で明るく広角で、高精細な画質を得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レンズ（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）
Ｌ６カバーガラス
Ｓ明るさ絞り
Ｆ１赤外線吸収フィルタ
Ｆ２接合層
ＣＧ撮像素子カバーガラス
ＣＧ１カバーガラス
ＣＧ２撮像素子カバーガラス
ＩＭＧ撮像面（結像面）

Claims

物体側から順に、全体として負の屈折力をもつ前群レンズ群と、明るさ絞りと、全体として正の屈折力をもつ後群レンズ群と、からなり、
前記前群レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力の単レンズからなる第１レンズと、正の屈折力の単レンズからなる第２レンズと、からなり、
前記後群レンズ群は、正の屈折力の単レンズからなる第３レンズと、正の屈折力の第４レンズと負の屈折力の第５レンズの接合レンズと、を有し、
前記第１レンズの物体側面は平面であり、
前記第２レンズは像側に凸面を向けたメニスカス形状であり、
前記第３レンズは両凸形状であり、
以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする内視鏡用対物光学系。
−２．０≦ｆ₁／Ｉｈ≦−１．３９ …（１）
−０．２≦ＳＦ ₃ ≦０．６１ …（２）
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、
ＳＦ ₃ は、前記第３レンズの物体側面の曲率半径をＲ _3L 、前記第３レンズの像側面の曲率半径をＲ _3R としたときのシェイプファクターＳＦ ₃ ＝（Ｒ _3L ＋Ｒ _3R ）／（Ｒ _3L −Ｒ _3R )、
である。
以下の条件式（３）を満足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。
−０．２７≦ＳＦ ₃₄ ≦０．３７ …（３）
ここで、
ＳＦ ₃₄ は、前記第３レンズの像側面の曲率半径をＲ _3R 、前記第４レンズの物体側面の曲率半径をＲ _4L としたときのシェイプファクターＳＦ ₃₄ ＝（Ｒ _3R ＋Ｒ _4L ）／（Ｒ _3R −Ｒ _4L ）、
である。
以下の条件式（４）を満足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。
０．１５≦（１／Ｆｎｏ）×（ｆ ₁ ／ｆ ₅ ）≦０．３ …（４）
ここで、
Ｆｎｏは、前記内視鏡用対物光学系の有効Ｆナンバー、
ｆ ₁ は、前記第１レンズの焦点距離、
ｆ ₅ は、前記第５レンズの焦点距離、
である。
以下の条件式（５）を満足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。
−２．０≦ｆ ₂₃ ／ｆ ₅ ≦−１．０ …（５）
ここで、
ｆ ₂₃ は、前記第２レンズと前記第３レンズの合成焦点距離、
ｆ ₅ は、前記第５レンズの焦点距離、
である。
以下の条件式（６）を満足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。
−１．１≦ｆ ₁ ／ｆ ₄ ≦−０．７ …（６）
ここで、
ｆ ₁ は、前記第１レンズの焦点距離、
ｆ ₄ は、前記第４レンズの焦点距離、
である。
以下の条件式（７）を満足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。
０．２５≦Ｒ _1R ／Ｒ _4L ≦０．７ …（７）
ここで、
Ｒ _1R は、前記第１レンズの像側面の曲率半径、
Ｒ _4L は、前記第４レンズの物体側面の曲率半径、
である。
以下の条件式（８）を満足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。
−０．３≦Ｒ _1R ／Ｒ _5R ≦０ …（８）
ここで、
Ｒ _1R は、前記第１レンズの像側面の曲率半径、
Ｒ _5R は、前記第５レンズの像側面の曲率半径、
である。
以下の条件式（９）を満足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
ω≧６２° …（９）
ここで、
ωは、前記内視鏡用対物光学系の半画角、
である。