JP6197147B1 - 対物光学系 - Google Patents

Abstract

物点距離の変化に応じてフォーカシングが可能であり、製造誤差感度を低減し、高画素で小型の撮像素子に対応した高性能で明るい対物光学系を提供する。物体側から順に、正の第１群Ｇ１と、負の第２群Ｇ２と、正の第３群Ｇ３と、を有し、第２群Ｇ２を移動することでフォーカシングを行い、最も像側のレンズは、物体側に凸面を向けた平凸正レンズＬ８であり、平凸正レンズＬ８の平面は、撮像面Ｉに直接貼り付けられている構成、または、撮像面Ｉ上に形成されたカバーガラスＣＧに接合されている構成であり、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。５＜ｆｆ／ｆ＜８ （１）ここで、ｆｆは、最も像側に配置された平凸正レンズの焦点距離、ｆは、通常観察時の対物光学系全系の焦点距離、である。

Description

本発明は、フォーカシング（合焦）機能を有する対物光学系に関し、特に、近接観察可能な内視鏡用の対物光学系、その他民生用の小型カメラ等に好適な撮影用の対物光学系に関するものである。

一般的な内視鏡用の対物光学系は、物体側におおよそ５〜１００ｍｍの広い範囲の被写界深度を有している。このような対物光学系を搭載した内視鏡は、固体撮像素子として、主にＣＣＤやＣＭＯＳなどを用いて、画像を取得している。

近年、診断の精度を向上させるために、内視鏡画像の高画質化が求められている。このため、撮像素子の高画素化が進んでいる。高画素を有する撮像素子を使用した場合、回折による画質劣化を避けるためには、対物光学系のＦナンバーを小さくする必要がある。また、高画素を有する撮像素子を使用した場合、画素数の増加の影響により撮像素子が大きくなると、対物光学系の焦点距離も大きくする必要がある。

このため、高画素な撮像素子を用いる内視鏡の対物光学系は、被写界深度が狭くなってきている。これにより、従来並みの被写界深度を確保するために、フォーカシング機能を有する対物光学系の必要性が増してきている。

特許文献１、２、３は、近距離物点へのフォーカシングが可能である拡大内視鏡用の対物光学系を開示している。この対物光学系は、正・負・正の３群で構成されている。特許文献４は、負・正・負の３群で構成されている拡大内視鏡用の対物光学系を開示している。特許文献５は、焦点距離が可変であり、負・正の２群で構成されている内視鏡用の対物光学系を開示している。特許文献６は、焦点調節可能であり、少なくとも負・正・正の３群を有する内視鏡用の対物光学系を開示している。

また、特許文献４、５、６は、屈折力を有するフィールドレンズを対物光学系の最も像面側に配置している対物光学系を開示している。

特公昭６１−０４４２８３号公報 特開平０６−３１７７４４号公報 特開平１１−３１６３３９号公報 特開２０００−２６７００２号公報 特許３７６５５００号公報 特公平０４−３８５１号公報

近年、拡大内視鏡に搭載されている高画素化された撮像素子は年々小型化してきている。このため、従来技術の光学系をそのまま縮小、小型化したような対物光学系では、製造誤差感度が大きい。即ち、偏心等の組立誤差に対する光学性能への影響が大きくなってきている。

また、像面上でのピント位置の感度も高くなるため、観察深度の製造誤差のばらつきが大きくなるといった問題が生じやすい。

特許文献１から６に開示されている何れの対物光学系もＦナンバーが大きい。このため、小型、高精細な撮像素子に対応した光学性能を有しているとは言い難いこともある。さらに、これらの対物光学系のＦナンバーを小さくした場合でも、所望の収差性能を得ることは、容易ではない。このため、特許文献１〜６に開示された対物光学系は、高精細な撮像素子に対して十分には対応していない場合がある。

また、対物光学系を高精細で小型の撮像素子に組み付けるために、対物光学系の焦点位置を撮像面に合わせる調整作業も高精度化する。これに関して、対物光学系の撮像素子側に配置されているレンズに屈折力を持たせることで誤差感度を低減できる。

このような撮像素子側のレンズに屈折力を持たせている拡大内視鏡用の対物光学系が特許文献４から６に開示されている。しかしながら、これらの特許文献に開示されている対物光学系の撮像面直近に配置されているフィールドレンズは、主に撮像面へ入射する光線のテレセン性を確保するために配置されている。そのため、撮像素子側に配置されているレンズの屈折力としてはやや小さいものも多い。このため、特許文献４から６に開示された対物光学系は、ピント位置の調整に係わる製造誤差感度を低減するには、その効果は十分ではない。

本発明は上記の点を鑑みてなされたものであり、物点距離の変化に応じてフォーカシングが可能であり、製造誤差感度を低減し、高画素で小型の撮像素子に対応した高性能で明るい対物光学系を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る対物光学系は、物体側から順に、正の第１群と、負の第２群と、正の第３群と、からなり、第２群を移動することでフォーカシングを行い、最も像側のレンズは、物体側に凸面を向けた平凸正レンズであり、平凸正レンズの平面は、撮像面に直接貼り付けられている構成、または、撮像面上に形成されたカバーガラスに接合されている構成であり、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
５＜ｆｆ／ｆ＜８ （１）
ここで、
ｆｆは、最も像側に配置された平凸正レンズの焦点距離、
ｆは、通常観察時の対物光学系全系の焦点距離、
である。

本発明の一実施形態は、物点距離の変化に応じてフォーカシングが可能であり、製造誤差感度を低減し、高画素で小型の撮像素子に対応した高性能で明るい対物光学系を提供できるという効果を奏する。

一実施形態に係る対物光学系のレンズ断面図及び撮像面近傍のレンズ断面図である。 実施例１に係る対物光学系のレンズ断面図である。 実施例１に係る対物光学系の収差図である。 実施例２に係る対物光学系のレンズ断面図である。 実施例２に係る対物光学系の収差図である。 実施例３に係る対物光学系のレンズ断面図である。 実施例３に係る対物光学系の収差図である。 実施例４に係る対物光学系のレンズ断面図である。 実施例４に係る対物光学系の収差図である。

以下に、実施形態に係る対物光学系を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により、この発明が限定されるものではない。

各実施形態のレンズ断面図について説明する。図１において、（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る対物光学系のレンズ断面図である。

各実施例のレンズ断面図について説明する。図２、４、６、８において、（ａ）は、対物光学系の通常観察状態におけるレンズ断面図である。（ｂ）は、対物光学系の近接観察状態におけるレンズ断面図である。

各実施例の収差図について説明する。図３、５、７、９において、（ａ）は通常観察状態における球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は通常観察状態における非点収差（ＡＳ)、（ｃ）は通常観察状態における歪曲収差（ＤＴ)、（ｄ）は通常観察状態における倍率色収差（ＣＣ）を示している。

また、図３、５、７、９において、（ｅ）は近接観察状態における球面収差（ＳＡ）、（ｆ）は近接観察状態における非点収差（ＡＳ)、（ｇ）は近接観察状態における歪曲収差（ＤＴ)、（ｈ）は近接観察状態における倍率色収差（ＣＣ）を示している。

第１実施形態の対物光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１群Ｇ１と、明るさ絞りＳ１と、負の屈折力を有する第２群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３群Ｇ３と、を有している。

具体的には、図１（ａ）に示すように、正の第１群Ｇ１は、物体側から順に、像側に凹面を向けた第１負レンズＬ１と、平行平板Ｆ１と、第２正レンズＬ２と、第３正レンズＬ３を有する。第２群Ｇ２は、第４負レンズＬ４を有する。第２群Ｇ２を、光軸ＡＸに沿って移動することでフォーカシングを行っている。正の第３群Ｇ３は、物体側から順に、第５正レンズＬ５と、第６負レンズＬ６と、第７正レンズＬ７を有する。第５正レンズＬ５と、第６負レンズＬ６とは接合されて、接合レンズＣＬ１を構成している。

最も像側のレンズは、物体側に凸面を向けた平凸の第７正レンズＬ７である。平凸の第７正レンズＬ７の平面は、撮像面Ｉに直接貼り付けられている。

明るさ絞りＳ１は、第１群Ｇ１と、第２群Ｇ２との間に配置されている。また、第１負レンズＬ１と第２正レンズＬ２の間に、平行平板Ｆ１が配置されている。平行平板Ｆ１は、対物光学系中の任意の位置に配置することができる。

図１（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る対物光学系の断面構成を示す図である。本実施形態の対物光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１群Ｇ１と、明るさ絞りＳ１と、負の屈折力を有する第２群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３群Ｇ３と、を有している。

具体的には、図１（ｂ）に示すように、正の第１群Ｇ１は、物体側から順に、第１負レンズＬ１と、平行平板Ｆ１と、第２正レンズＬ２と、第３正レンズＬ３と、を有する。第２群Ｇ２は、第４負レンズＬ４を有する。第２群Ｇ２を、光軸ＡＸに沿って移動することでフォーカシングを行っている。正の第３群Ｇ３は、物体側から順に、第５正レンズＬ５と、第６負レンズＬ６と、第７正レンズＬ７と、第８正レンズＬ８と、カバーガラスＣＧと、を有する。

第５正レンズＬ５と、第６負レンズＬ６と、は接合されて、接合レンズＣＬ１を構成している。第８正レンズＬ８と、カバーガラスＣＧと、は接合されている。

最も像側のレンズは、物体側に凸面を向けた平凸の第８正レンズＬ８である。平凸の第８正レンズＬ８の平面は、撮像面Ｉ上に形成されたカバーガラスＣＧに接合されている。

明るさ絞りＳ１は、第１群Ｇ１と、第２群Ｇ２との間に配置されている。また、第１負レンズＬ１と第２正レンズＬ２の間に、平行平板Ｆ１が配置されている。平行平板Ｆ１は、対物光学系中の任意の位置に配置することができる。

また、図１（ｃ）、図１（ｄ）に示すように、各実施形態において、対物光学系の撮像面Ｉ近傍には、撮像素子ＩＭＧが配置されている。このように、対物光学系と撮像素子ＩＭＧとを組み合わせて、撮像光学系を構成しても良い。

また、各実施形態において、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
５＜ｆｆ／ｆ＜８ （１）
ここで、
ｆｆは、最も像側に配置された平凸正レンズの焦点距離、
ｆは、通常観察時の対物光学系全系の焦点距離、
である。

条件式（１）は、対物光学系の像面位置合わせに関して最適な光学系とするための条件を規定している。

通常、対物光学系の像面位置を合わせる際、対物光学系全体を光軸ＡＸに沿って移動する。これにより、最良像面の位置と、撮像面の位置と、を合わせている。ここで、高精細で小型な撮像素子に対応した対物光学系では、最小錯乱円の径が非常に小さい。このため、対物光学系の位置に関して誤差感度が高くなってしまう。

そのため、撮像面側に正の屈折力を有するレンズを配置する。また、像面位置を合わせる際に移動するレンズを対物光学系を構成するレンズのうちの一部のレンズとする。これにより、像面位置合わせを行う際に移動するレンズの屈折力を緩めることができる。この結果、誤差感度に強い対物光学系とすることができる。

条件式（１）の下限値を下回ると、最も像側のレンズの焦点距離が小さくなりすぎるため、誤差感度は低減できる。しかしながら、条件式（１）の下限値を下回ると、最も像側のレンズで発生する球面収差が大きくなってしまう。このため、高精細な撮像素子に対応した対物光学系とはなりえない。

条件式（１）の上限値を上回ると、感度低減の効果が少なくなり、撮像面側に配置されたレンズに光学的な屈折力も持たせた意義がほとんどなくなってしまうため好ましくない。

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。
５．５＜ｆｆ／ｆ＜６ （１´）

条件式（１´）を満足することで、条件式（１）の効果がより一層大きくなり、製造誤差感度が低減することが可能となる。

また、条件式（１´）を満足する対物光学系は、各群の屈折力は問わずに、物体側から順に、第１群、第２群、第３群の３つのレンズ群を有する。そして、第２群のみを光軸に沿って移動することでフォーカシングを行う。最も像側に配置されたレンズは、物体側に凸面を向けた平凸正レンズである。平凸正レンズは、撮像面に直接貼り付いている構成、または、撮像面上に形成されたカバーガラスに接合されている構成である。

各レンズ群の屈折力配置に関わらず、条件式（１´）を満足することで、製造誤差感度に強く、最良像面位置の調整が容易な対物光学系を実現することができる。

図１（ａ）に示すように、最も像側に配置されている第７正レンズＬ７は、物体側に凸面を向けた平凸レンズである。第７正レンズＬ７の像側の平面は、撮像面Ｉに直接貼り付いている構成である。

また、図１（ｂ）に示すように、最も像側に配置されている正の第８レンズＬ８は、物体側に凸面を向けた平凸レンズである。撮像素子には、撮像面Ｉを保護するために平行平板がカバーガラスＣＧとして貼り付けられている。第８レンズＬ８の像側の平面は、カバーガラスＣＧに直接貼り付いている構成である。

このように、最も像側に配置された最終の正レンズは、撮像面Ｉに貼り付いていることが望ましく、その際、カバーガラス（平行平板）ＣＧに貼り合わせる構成、撮像面Ｉ上に直接貼り付ける構成の何れの構成でも良い。

最も像側に配置された正レンズが、撮像素子に貼り付いていない構成の場合、撮像素子から空気間隔を隔ててレンズを保持する必要がある。このため、保持部材が新たに必要となるばかりか、撮像素子を保持する枠部材が光軸方向に大型化してしまうため好ましくない。

また、第１実施形態、第２実施形態において、第２群Ｇ２は、第４負レンズＬ４を有する。第４負レンズＬ４は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。

通常観察時から近接観察時まで、物点の位置の変動に伴いフォーカシング（ピント合わせ）を行う際には、少なくとも１つの群を動かしてフォーカシングを行う必要がある。フォーカシングのために移動させるレンズ群は、対物光学系を構成する複数のレンズ群のうち、何れのレンズ群を動かしても良い。

また、その可動群は、１つのレンズ群又は複数のレンズ群でも良い。ここで、可動群が１つのレンズ群のみの場合、対物光学系の機械的な構造を簡略化できるという効果を奏する。

上述のように、第１実施形態、第２実施形態の対物光学系では、第２群を移動させてフォーカシングを行っている。フォーカシング時、第４負レンズＬ４は、光軸ＡＸに沿って移動する。

なお、フォーカシングのため、対物光学系の全体または撮像素子自体を動かす方法も考えられる。しかしながら、この方法では、可動させるレンズ群、または撮像素子の重量が大きくなる。このため、駆動機構にかかる負担が大きくなり、また機構自体も大型化する必要があるので、好ましくない。

また、本実施形態に係る対物光学系は、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
−２４＜ｆｇ２／ｆ＜−８ （２）
ここで、
ｆｇ２は、第２群Ｇ２の焦点距離、
ｆは、通常観察時の対物光学系全系の焦点距離、
である。

条件式（２）を満足することにより、フォーカシング時の誤差感度を低減し、収差変動も抑えることができる。

条件式（２）の下限値を下回ると、第２群Ｇ２の屈折力が強くなるため、像面上における第２群Ｇ２の誤差感度が大きくなる。このため、第２群Ｇ２の位置ずれによって、撮像面でのピント位置のずれが大きくなるため好ましくない。

また、条件式（２）の下限値を下回ると、フォーカシングの移動に際し、第２群Ｇ２の傾き、偏心による光学性能の劣化が顕著になってしまう。

条件式（２）の上限値を上回ると、フォーカシングに伴う像面湾曲の変動が大きくなり、通常観察時と近接観察時における像面位置に著しい差を生ずるため好ましくない。

さらに、フォーカシングの際の第２群の誤差感度を低減させるためには、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。
−２４＜ｆｇ２／ｆ＜−１４ （２´）

条件式（２´）の下限値を下回らないようにすることで、第２群Ｇ２の偏心による光学性能劣化をさらに軽減することができる。

また、本実施形態に係る対物光学系は、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
２＜ｒｆ／ｆ＜４ （３）
ここで、
ｒｆは、最も像側に配置された正レンズの物体側面の曲率半径、
ｆは、通常観察時の対物光学系全系の焦点距離、
である。

条件式（３）は、撮像面への入射角度を制限するための条件を規定している。撮像素子が小型化しているため、撮像素子への入射光線の入射角度は、ある程度の範囲内にある必要がある。

条件式（３）の下限値を下回ると、最も像側に配置された最終レンズの最終面（像側面）での光線の曲がりは大きくなり、テレセントリックな光学系となる。しかしながら、光線高が大きくなるためレンズの大径化を招き好ましくない。また、最終レンズの入射面における球面収差の発生量も大きくなってしまう。

条件式（３）の上限値を上回ると、撮像面への光線の斜入射角度が大きくなる。このため、各画素への光量の損失が大きくなり、周辺領域の減光の要因となり好ましくない。さらに、条件式（３）の上限値を上回ると、最も像側のレンズの屈折力が弱くなるため条件式（１）の範囲も超えてしまう。このため、対物光学系の像面位置合わせの際の感度低減効果が小さくなってしまうといった問題も生じる。

また、本実施形態に係る対物光学系は、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
０．１５＜ｄｆ／ｆｆ＜０．４ （４）
ここで、
ｄｆは、最も像側に配置された正レンズの物体側面から撮像面までの距離、
ｆｆは、最も像側に配置された正レンズの焦点距離、
である。

条件式（４）の下限値を下回ると、最も像側に配置された最終正レンズの倍率が小さくなる。このため、像面位置調整の際の誤差感度が小さくならない。最終正レンズの曲率半径を条件式（３）の範囲内に設定したときでも、その効果は小さくなってしまう。

条件式（４）の上限値を上回ると、像面位置調整の際の誤差感度は小さくなり過ぎ、調整量を多く取らなければならなくなる。そのため、撮像面と最終正レンズを保持する鏡筒と、最終正レンズより前のレンズを保持する鏡筒と、の嵌合部分の長さを大きくする必要があり、鏡筒全体の大型化を招き好ましくない。

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。
０．２８＜ｄｆ／ｆｆ＜０．４ （４´）

条件式（４´）の下限値を下回らないようにすることで、像面位置の誤差感度を小さくする効果がさらに大きくなる。

また、本実施形態に係る対物光学系は、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
０．２＜ｄｎ／ｆ＜１．２ （５）
ここで、
ｄｎは、第２群Ｇ２の移動量、
ｆは、通常観察時の対物光学系全系の焦点距離、
である。

条件式（５）の下限値を下回ると、フォーカシングの際の第２群Ｇ２の移動量が大きくなりすぎ、全長が長くなる一因となるため好ましくない。

条件式（５）の上限値を上回ると、像面上における第２群Ｇ２の誤差感度が大きくなる。特に、広角な光学系では、誤差感度が大きいと、視野ケラレが発生しやすくなり、画像品位を著しく劣化させる要因となる。さらに、偏心によるコマ収差が大きくなるため、偏心の方向に応じた画面周辺部の画像劣化が発生するため好ましくない。

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。
０．６８＜ｄｎ／ｆ＜１．２ （５´）

条件式（５´）を満足することで、条件式（５）の効果がより一層大きくなり、第２群Ｇ２の製造誤差感度をさらに低減する効果が大きくなる。

また、本実施形態に係る対物光学系は、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
−８＜ｆｇ２／ｆｇ１＜−４ （６）
ここで、
ｆｇ２は、第２群Ｇ２の焦点距離、
ｆｇ１は、第１群Ｇ１の焦点距離、
である。

条件式（６）は、第２群Ｇ２の屈折力を適切にすることで、フォーカシング時における像面変動を抑え、また小型化へ寄与するための条件を規定している。

条件式（６）の下限値を下回ると、第２群Ｇ２の屈折力が弱くなるため移動量が大きくなりすぎ、全系の大型化を招いてしまう。

条件式（６）の上限値を上回ると、フォーカシングに伴う像面湾曲の変動が大きくなり、通常観察時と近接観察時における像面位置に著しい差が出てくるため好ましくない。

また、本実施形態に係る対物光学系は、以下の条件式（７）を満足することが望ましい。
−７．６＜ｆｇ２／ｆｇ３＜−２．４ （７）
ここで、
ｆｇ２は、第２群Ｇ２の焦点距離、
ｆｇ３は、第３群Ｇ３の焦点距離、
である。

条件式（７）は、像面湾曲を適切に補正する条件を規定している。

条件式（７）の下限値を下回ると、像面がオーバーに傾き、また、条件式（７）の上限値を上回ると、像面がアンダーに倒れてしまう。これにより、画面の中心部分と周辺部でピントの合わない画像となってしまうため好ましくない。

また、本実施形態に係る対物光学系は、以下の条件式（８）を満足することが望ましい。
１．０５＜ｒ２／ｆ＜１．４５ （８）
ここで、
ｒ２は、最も物体側に配置された第１レンズＬ１の像側面の曲率半径、
ｆは、通常観察時の対物光学系全系の焦点距離、
である。

条件式（８）は、非点収差の補正と歪曲収差の補正に関する条件を規定している。内視鏡画像は元来歪曲収差を大きくすることで視野を確保する一助としている。

しかしながら、条件式（８）の下限値を下回ると、歪曲収差が大きくなり過ぎるため必要以上に画角が大きくなり過ぎる。この結果、周辺部において像がつぶれてしまい好ましくない。さらには、ペッツバール像面がプラスに大きく傾き像面湾曲が大きくなってしまう。

条件式（８）の上限値を上回ると、メリジオナル像面がアンダーに大きく傾くとともに非点収差が大きくなり好ましくない。

また、本実施形態に係る対物光学系は、以下の条件式（９）を満足することが望ましい。
−０．３４＜ｆ１／ｆｆ＜−０．１８ （９）
ここで、
ｆ１は、最も物体側に配置された第１レンズＬ１の焦点距離、
ｆｆは、最も像側に配置された正レンズの焦点距離、
である。

条件式（９）は、画角に関する誤差感度低減のための条件を規定している。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間の空気間隔の誤差が視野角の変動に大きく寄与する。第１レンズＬ１の焦点距離を条件式（９）の範囲とすることで製造誤差に強い対物光学系を得られる。

条件式（９）の下限値を下回ると、第１レンズＬ１の屈折力が弱くなり、製造誤差感度は小さくなる。しかしながら、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の空気間隔を変化させて視野角を適正な値になるように調整しようとした場合、調整量が大きくなり過ぎ、全長が長くなる一因となるため好ましくない。

条件式（９）の上限値を上回ると、第１レンズＬ１の屈折力が強くなりすぎ、視野角に対する製造誤差が発生しやすくなってしまう。また視野角調整をした場合、調整後の誤差による変動の影響も大きくなるので、好ましくない。

また、本実施形態に係る対物光学系は、以下の条件式（１０）を満足することが望ましい。
１．２＜ｄｆ／ｄｎ＜５．６ （１０）
ここで、
ｄｆは、最も像側に配置された正レンズの物体側面から撮像面までの距離、
ｄｎは、第２群Ｇ２の移動量、
である。

条件式（１０）は、対物光学系の像面位置の製造誤差感度を低減するための条件を規定している。

条件式（１０）の下限値を下回ると、製造誤差に対する対物光学系全体の像面位置感度が高くなり、観察深度の近点と遠点とのバランスを一定に保持することが困難となる。

条件式（１０）の上限値を上回ると、可動群である第２群Ｇ２の位置精度による像面位置感度が高くなる。このため、製造誤差による第２群Ｇ２の位置ずれに対しピント位置がずれてしまうといった不具合が生じやすくなり好ましくない。

（実施例１）
実施例１に係る対物光学系について説明する。図２（ａ）は、本実施例に係る対物光学系の、通常観察状態（遠距離物点）における断面図、図２（ｂ）は、近接観察状態（近距離物点）における断面図である。

本実施例に係る対物光学系は、物体側から順に、正の第１群Ｇ１と、明るさ絞りＳ１と、負の第２群Ｇ２と、正の第３群Ｇ３と、を有している。

正の第１群Ｇ１は、物体側から順に、像側に凹面を向けた平凹の第１負レンズＬ１と、平行平板Ｆ１と、像側に凸面を向けた第２正メニスカスレンズＬ２と、物体側に凸面を向けた平凸の第３正レンズＬ３を有している。第１群Ｇ１の後方（撮像面Ｉ側）には、明るさ絞りＳ１が配置されている。

負の第２群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた第４負メニスカスレンズＬ４を有している。第４負メニスカスレンズＬ４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、光軸ＡＸに沿って像側（撮像面Ｉ側）に移動する。

正の第３群Ｇ３は、物体側から順に、両凸の第５正レンズＬ５と、両凹の第６負レンズＬ６と、両凸の第７正レンズＬ７と、物体側に凸面を向けた平凸の第８正レンズＬ８と、を有している。

第５正レンズＬ５と、第６負レンズＬ６と、は接合された接合レンズＣＬ１を構成する。

第３群Ｇ３の後方（撮像面Ｉ側）には図示しない撮像素子が配置されている。撮像素子の前面（物体側面）にはカバーガラスＣＧが貼り付けられている。本実施例では、カバーガラスＣＧの前面（物体側面）に第８正レンズＬ８が接合されている。第８正レンズＬ８、はフィールドレンズの役割を有している。

平行平板Ｆ１は、特定の波長、例えばＹＡＧレーザーの１０６０ｎｍ、半導体レーザーの８１０ｎｍ、あるいは赤外域をカットするためのコーティングが施されたフィルターである。

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、６５６．３ｎｍ（Ｃ線）、４８６．１ｎｍ（Ｆ線）及び５４６．１ｎｍ（ｅ線）の各波長について示している。また、各図中、”ω”は半画角を示す。以下、収差図に関しては、同様の符号を用いる。

（実施例２）
実施例２に係る対物光学系について説明する。図４（ａ）は、本実施例に係る対物光学系の、通常観察状態（遠距離物点）におけるレンズ断面図、図４（ｂ）は、近接観察状態（近距離物点）におけるレンズ断面図である。

本実施例に係る対物光学系は、物体側から順に、正の第１群Ｇ１と、明るさ絞りＳ１と、負の第２群Ｇ２と、正の第３群Ｇ３と、を有している。

正の第１群Ｇ１は、物体側から順に、像側に凹面を向けた平凹の第１負レンズＬ１と、平行平板Ｆ１と、像側に凸面を向けた第２正メニスカスレンズＬ２と、物体側に凸面を向けた平凸の第３正レンズＬ３と、を有している。第１群Ｇ１の後方（撮像面Ｉ側）には、明るさ絞りＳ１が配置されている。

負の第２群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた第４負メニスカスレンズＬ４を有している。第４負メニスカスレンズＬ４は、通常観察状態（図４（ａ））から近接観察状態（図４（ｂ））へフォーカシングするに際して、光軸ＡＸに沿って像側（撮像面Ｉ）に移動する。

正の第３群Ｇ３は、物体側から順に、両凸の第５正レンズＬ５と、両凹の第６負レンズＬ６と、両凸の第７正レンズＬ７と、物体側に凸面を向けた平凸の第８正レンズＬ８と、を有している。第５正レンズＬ５と、第６負レンズＬ６とは接合された接合レンズＣＬ１を構成する。

第３群Ｇ３の後方（撮像面Ｉ側）には図示しない撮像素子が配置されている。撮像素子の前面（物体側面）に第８正レンズＬ８が貼り付けられている。本実施例では、第８正レンズがカバーガラスの機能を兼ねている。また、第８正レンズＬ８は、フィールドレンズの役割を有している。

平行平板Ｆ１は、特定の波長、例えばＹＡＧレーザーの１０６０ｎｍ、半導体レーザーの８１０ｎｍ、あるいは赤外域をカットするためのコーティングが施されたフィルターである。

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に係る対物光学系について説明する。図６（ａ）は、本実施例に係る対物光学系の、通常観察状態（遠距離物点）における断面図、図６（ｂ）は、近接観察状態（近距離物点）における断面図である。

本実施例に係る対物光学系は、物体側から順に、正の第１群Ｇ１と、明るさ絞りＳ１と、負の第２群Ｇ２と、正の第３群Ｇ３と、を有している。

正の第１群Ｇ１は、物体側から順に、像側に凹面を向けた平凹の第１負レンズＬ１と、平行平板Ｆ１と、像側に凸面を向けた第２正メニスカスレンズ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、を有している。第１群Ｇ１の後方（撮像面Ｉ側）には、明るさ絞りＳ１が配置されている。

負の第２群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた第４負メニスカスレンズＬ４を有している。第４負メニスカスレンズＬ４は、通常観察状態（図６（ａ））から近接観察状態（図６（ｂ））へフォーカシングするに際して、光軸ＡＸに沿って像側（撮像面Ｉ）に移動する。

正の第３群Ｇ３は、両凸の正の第５レンズＬ５と、像側に凸面を向けた負の第６メニスカスレンズＬ６と、物体側に凸面を向けた平凸の正の第７レンズＬ７と、を有している。正の第５レンズＬ５と、負の第６メニスカスレンズＬ６とは接合された接合レンズＣＬ１を構成する。

第３群Ｇ３の後方（撮像面Ｉ側）には図示しない撮像素子が配置されている。撮像素子の前面（物体側面）に第７正レンズが貼り付けられている。本実施例では、第７正レンズＬ７がカバーガラスの機能を兼ねている。また、第７正レンズＬ７はフィールドレンズの役割を有している。

平行平板Ｆ１は、特定の波長、例えばＹＡＧレーザーの１０６０ｎｍ、半導体レーザーの８１０ｎｍ、あるいは赤外域をカットするためのコーティングが施されたフィルターである。

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に係る対物光学系について説明する。図８（ａ）は、本実施例に係る対物光学系の、通常観察状態（遠距離物点）における断面図、図８（ｂ）は、近接観察状態（近距離物点）における断面図である。

本実施例に係る対物光学系は、物体側から順に、正の第１群Ｇ１と、明るさ絞りＳ１と、負の第２群Ｇ２と、正の第３群Ｇ３と、を有している。

正の第１群Ｇ１は、物体側から順に、像側に凹面を向けた平凹の第１負レンズＬ１と、平行平板Ｆ１と、像側に凸面を向けた第２正メニスカスレンズ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、を有している。第１群Ｇ１の後方（撮像面Ｉ側）には、明るさ絞りＳ１が配置されている。

負の第２群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた第４負メニスカスレンズＬ４を有している。第４負メニスカスレンズＬ４は、通常観察状態（図８（ａ））から近接観察状態（図８（ｂ））へフォーカシングするに際して、光軸ＡＸに沿って像側（像面Ｉ）に移動する。

正の第３群Ｇ３は、両凸の第５正レンズＬ５と、両凹の第６負レンズＬ６と、物体側に凸面を向けた平凸の第７正レンズＬ７を有している。第５正レンズＬ５と、第６負レンズＬ６とは接合された接合レンズＣＬ１を構成する。

第３群Ｇ３の後方（撮像面Ｉ側）には図示しない撮像素子が配置されている。撮像素子の前面（物体側面）にはカバーガラスＣＧが貼り付けられている。本実施例では、カバーガラスＣＧの前面に正の第７レンズＬ７が接合されている。この正の第７レンズＬ７はフィールドレンズの役割を有している。

平行平板Ｆ１は、特定の波長、例えばＹＡＧレーザーの１０６０ｎｍ、半導体レーザーの８１０ｎｍ、あるいは赤外域をカットするためのコーティングが施されたフィルターである。

図９（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９（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。

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 ∞ 0.324 1.88815 40.76
2 1.2000 0.800
3 ∞ 0.572 1.52300 65.13
4 ∞ 0.274
5 -2.8616 2.586 1.48915 70.23
6 -2.4484 0.044
7 3.5294 0.620 1.65222 33.79
8 ∞ 0.030
9(明るさ絞り) ∞ 可変
10 3.1936 0.428 1.58482 40.75
11 2.0120 可変
12 3.4274 1.314 1.73234 54.68
13 -2.6080 0.428 1.93429 18.90
14 115.3248 0.058
15 9.4518 0.732 1.48915 70.23
16 -9.4518 1.662
17 3.1732 0.720 1.51825 64.14
18 ∞ 0.500 1.50700 65.00
19(撮像面)

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
焦点距離 1.049 1.060
Fno 3.03 3.13
物点距離 24.0 7.9
d9 0.228 0.470
d11 1.144 0.702
ω 68.35° 65.8°
IH= 1.0mm

数値実施例２
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.383 1.88815 40.76
2 1.3402 0.838
3 ∞ 0.450 1.52300 65.13
4 ∞ 0.752
5 -3.4350 2.932 1.48915 70.23
6 -2.8851 0.050
7 3.9404 0.690 1.65222 33.79
8 ∞ 0.032
9(明るさ絞り) ∞ 可変
10 2.7683 0.478 1.58482 40.75
11 1.9215 可変
12 3.2875 1.467 1.73234 54.68
13 -2.9087 0.479 1.93429 18.90
14 15.6199 0.064
15 6.3609 1.066 1.48915 70.23
16 -10.4249 1.089
17 3.2323 1.372 1.51825 64.14
18(撮像面)

各種データ
パラメータ 通常観察状態 近接観察状態
焦点距離 0.995 1.014
Fno 3.02 3.10
物点距離 20.0 8.75
d9 0.271 0.655
d11 0.856 0.472
ω 79.55° 73.15°
IH= 1.0mm

数値実施例３
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.400 1.88815 40.76
2 1.4005 0.950
3 ∞ 0.400 1.52300 65.13
4 ∞ 0.607
5 -6.2988 3.394 1.48915 70.23
6 -2.7963 0.052
7 4.5157 0.650 1.65222 33.79
8 16.4773 0.030
9(明るさ絞り) ∞ 可変
10 3.1858 0.500 1.58482 40.75
11 2.4423 可変
12 3.2042 1.533 1.73234 54.68
13 -2.6830 0.500 1.93429 18.90
14 -262.1562 1.164
15 3.1241 2.100 1.51825 64.14
16(撮像面)

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
焦点距離 1.064 1.090
Fno 3.00 3.09
物点距離 27.5 9.20
d9 0.287 1.277
d11 1.534 0.544
ω 70.05° 64.8°
IH= 1.0 mm

数値実施例４
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.383 1.88815 40.76
2 1.3402 0.992
3 ∞ 0.300 1.52300 65.13
4 ∞ 0.741
5 -4.1863 2.645 1.48915 70.23
6 -2.6082 0.050
7 5.1937 1.365 1.88815 40.76
8 23.0350 0.060
9(明るさ絞り ∞ 可変
10 2.8250 0.480 1.58482 40.75
11 2.1802 可変
12 2.8773 1.467 1.73234 54.68
13 -2.6261 0.479 1.93429 18.90
14 70.2133 0.770
15 2.9523 1.460 1.51825 64.14
16 ∞ 0.550 1.50700 63.26
17(撮像面)

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
焦点距離 1.024 1.046
Fno 3.00 3.08
物点距離 25.5 8.78
d9 0.243 1.202
d11 1.544 0.585
ω 80.7° 71.25°
IH= 1.0mm

以下に、各実施例における条件式対応値を示す。

条件式 実施例1 実施例2 実施例3 実施例4
(1) ff/f 5.84 6.27 5.67 5.57
(2) fg2/f -10.24 -13.64 -22.38 -22.00
(3) rf/f 3.03 3.25 2.94 2.88
(4) df/ff 0.20 0.22 0.35 0.35
(5) dn/f 0.23 0.38 0.94 0.94
(6) fg2/fg1 -4.68 -5.72 -7.62 -7.72
(7) fg2/fg3 -2.96 -3.72 -6.27 -6.50
(8) r2/f 1.14 1.35 1.32 1.31
(9) f1/ff -0.22 -0.24 -0.26 -0.26
(10) df/dn 5.04 3.57 2.12 2.10

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、正の第１群と、負の第２群と、正の第３群と、を有し、
前記第２群を移動することでフォーカシングを行い、
最も像側のレンズは物体側に凸面を向けた平凸正レンズであり、
前記平凸正レンズの平面は、撮像面に直接貼り付けられている構成、または、撮像面上に形成されたカバーガラスに接合されている構成であり、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする対物光学系。
５＜ｆｆ／ｆ＜８ (１）
ｆｆは、最も像側に配置された前記平凸正レンズの焦点距離、
ｆは、通常観察時の前記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（２）を満足することを特徴とする付記項１に記載の対物光学系。
−２４＜ｆｇ２／ｆ＜−８ （２）
ｆｇ２は、前記第２群の焦点距離、
ｆは、通常観察時の前記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（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）のうちのいずれかを満足することを特徴とする付記項１または２に記載の対物光学系。
２＜ｒｆ／ｆ＜４ （３）
０．１５＜ ｄｆ／ｆｆ ＜ ０．４ （４）
０．２＜ｄｎ／ｆ＜１．２ （５）
−８＜ｆｇ２／ｆｇ１＜−４ （６）
−７．６＜ｆｇ２／ｆｇ３＜−２．４ （７）
１．０５＜ｒ２／ｆ＜１．４５ （８）
−０．３４＜ｆ１／ｆｆ＜−０．１８ （９）
１．２＜ｄｆ／ｄｎ＜５．６ （１０）
ここで、
ｆｆは、最も像側に配置された前記平凸正レンズの焦点距離、
ｆは、通常観察時の前記対物光学系全系の焦点距離、
ｒｆは、最も像側に配置された正レンズの物体側面の曲率半径、
ｄｆは、最も像側に配置された正レンズの物体側面から撮像面までの距離、
ｄｎは、前記第２群の移動量、
ｆｇ１は、前記第１群の焦点距離、
ｆｇ２は、前記第２群の焦点距離、
ｆｇ３は、前記第３群の焦点距離、
ｒ２は、最も物体側に配置された第１レンズの像側面の曲率半径、
ｆ１は、最も物体側に配置された第１レンズの焦点距離、
である。

（付記項４）
物体側から順に、第１群と、第２群と、第３群と、を有し、
前記第２群を移動することでフォーカシングを行い、
最も像側のレンズは物体側に凸面を向けた平凸正レンズであり、
前記平凸正レンズの平面は、撮像面に直接貼り付けられている構成、または、撮像面上に形成されたカバーガラスに接合されている構成であり、以下の条件式（１´）を満足することを特徴とする対物光学系。
５．５＜ｆｆ／ｆ＜６ （１´）
ここで、
ｆｆは、最も像側に配置された前記平凸正レンズの焦点距離、
ｆは、通常観察時の前記対物光学系の焦点距離、
である。

本発明は、フォーカシング機能を有する対物光学系、特に、近接観察可能な内視鏡用の対物光学系、その他民生用の小型カメラ等の撮影レンズに好適な対物光学系に有用である。

Ｌ１〜Ｌ８ レンズ
Ｆ１ 平行平板
Ｓ１ 明るさ絞り
ＣＧ カバーガラス
Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
ＡＸ 光軸
Ｉ 像面（撮像面）
ＩＭＧ 撮像素子
ＣＬ１ 接合レンズ

Claims (2)

1. 物体側から順に、正の第１群と、負の第２群と、正の第３群と、からなり、
   前記第２群を移動することでフォーカシングを行い、
   最も像側のレンズは、物体側に凸面を向けた平凸正レンズであり、
   前記平凸正レンズの平面は、撮像面に直接貼り付けられている構成、または、撮像面上に形成されたカバーガラスに接合されている構成であり、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする対物光学系。
   ５＜ｆｆ／ｆ＜８ （１）
   ここで、
   ｆｆは、最も像側に配置された前記平凸正レンズの焦点距離、
   ｆは、通常観察時の前記対物光学系全系の焦点距離、
   である。
2. 以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
   −２４＜ｆｇ２／ｆ＜−８ （２）
   ｆｇ２は、前記第２群の焦点距離、
   ｆは、通常観察時の前記対物光学系全系の焦点距離、
   である。

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