JP6246433B2

JP6246433B2 - 内視鏡用対物光学系

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Publication number: JP6246433B2
Application number: JP2017536052A
Authority: JP
Inventors: 浪井　泰志; 泰志浪井; 勉笹本
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2017-12-13
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Description

本発明は、内視鏡用対物光学系に関するもので、主に、医療用内視鏡の対物光学系に関する。

内視鏡用対物光学系は、広い範囲を観察するために、広い視野角を有している。ただし、視野角を広くするとコサイン４乗則により、周辺光量が急速に低下する。また、内視鏡は生体内に挿入する機器であることから、挿入部の小型化が必須となる。内視鏡用対物光学系は挿入部に搭載されるため、内視鏡用対物光学系には、レンズの小型化が必須となる。

これらの課題を解決する方法として、光学系を、レトロフォーカスタイプの光学系にする方法がある。レトロフォーカスタイプの光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有するレンズ群と、開口絞りと、正の屈折力を有するレンズ群と、で構成されている。このような構成を備えることで、光学系の径を大きくすること無く、周辺光量の低下を防止できる。

しかしながら、レトロフォーカスタイプの光学系では、負の歪曲収差が大きく発生してしまう。歪曲収差が補正された光学系が、特許文献１や特許文献２に開示されている。

特許文献１には、カプセル内視鏡用の撮影レンズが開示されている。特許文献１の撮影レンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、正又は負の屈折力を有する第２レンズと、開口絞りと、負又は正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズと、から構成されている。

特許文献１の撮影レンズでは、４面又は６面の非球面が用いられている。非球面の数が４面の実施例では、第１レンズの両面と第５レンズの両面に、非球面が用いられている。非球面の数が６面の実施例では、第１レンズの両面、第２レンズの両面及び第５レンズの両面に、非球面が用いられている。

特許文献２には、電子スチルカメラ等に用いられる撮影レンズ系が開示されている。特許文献２の撮影レンズ系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群と、を備える。

負の屈折力を有する第１レンズ群は、１枚又は２枚の負レンズと、１枚の正レンズと、からなる。第２レンズ群は、正レンズと、接合レンズと、正レンズと、からなる。

特許文献２の撮影レンズ系では、１面又は２面の非球面が用いられている。非球面の数が１面の実施例では、非球面は、最も物体側のレンズの物体側面に用いられている。非球面の数が２面の実施例では、非球面は、最も物体側のレンズの物体側面と、最も像側のレンズの物体側面に用いられている。

特開２００９−３００７９７号公報特開平１１−１２５７６７号公報

非球面は、球面に比べて製作の難易度が高い。非球面レンズの成形では、まず、ガラスやプラスチック等の素材を溶かす。次に、溶かした素材を金型に流し込む。そして、成形機でプレスする。プレスによって、金型の非球面形状が素材に転写される。このようにして、非球面レンズが完成する。

非球面の面精度は、金型の面精度に大きく左右される。金型の非球面形状は、金属面を切削することで形成される。この切削には、超精密加工が可能な機械が用いられるが、切削による切削痕（以下、「挽き目」という）は残ってしまう。

金型に挽き目が残ると、残った挽き目はレンズ面に転写される。挽き目が大きいと、非球面で光の散乱が発生する。よって、レンズ面に転写された挽き目は、光学系の結像性能を低下させてしまう。

特許文献１の撮影レンズでは、非球面が多く用いられている。この場合、非球面が少ない場合に比べて挽き目の影響をより多く受ける。そのため、光学系の結像性能を高めることが容易ではない。

特許文献２の撮影レンズ系は、非球面の数が少なく、歪曲収差も補正されている。しかしながら、非点収差や像面湾曲については、十分に補正されているとは言えない。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、歪曲収差に加えて、非点収差や像面湾曲が良好に補正された内視鏡用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、本発明の内視鏡用対物光学系は、
物体側から順に、負の屈折力を有する第１群と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する第２群と、からなり、
第１群は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた正レンズと、を有し、
第２群は、物体側から順に、所定のレンズと、正の接合レンズと、正の単レンズと、を有するか、又は、所定のレンズと、正の単レンズと、正の接合レンズと、を有し、
負メニスカスレンズは非球面を有し、
所定のレンズは、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、
正の接合レンズは、物体側に位置する物体側レンズと、像側に位置する像側レンズと、からなり、
以下の条件式（１’）、（２）、（４’）を満足することを特徴とする。
０．７＜｜Ｒ１／Ｒ２｜＜１．１（１’）
０．６＜｜Ｒ１／ＦＬ｜＜３（２）
５≦｜Ｆｃ／ＦＬ｜≦７（４’）
ただし、
Ｒ１は、所定のレンズの物体側の面の近軸曲率半径、
Ｒ２は、所定のレンズの像側の面の近軸曲率半径、
ＦＬは、内視鏡用対物光学系全系の焦点距離、
Ｆｃは、正の接合レンズの接合面における焦点距離、
接合面における焦点距離Ｆｃは、以下の式（ｂ）で表され、
Ｆｃ＝Ｒｃ／（ｎｄ’−ｎｄ）（ｂ）
Ｒｃは、接合面の近軸曲率半径、
ｎｄは、物体側レンズのｄ線における屈折率、
ｎｄ’は、像側レンズのｄ線における屈折率、
である。

本発明によれば、歪曲収差に加えて、非点収差や像面湾曲が良好に補正された内視鏡用対物光学系を提供することができる。

内視鏡用対物光学系を示す図であって、（ａ）は第１実施形態の内視鏡用対物光学系を示す図、（ｂ）は第２実施形態の内視鏡用対物光学系を示す図である。本実施形態の内視鏡用対物光学系を、立体視内視鏡の光学系に適用したときの図である。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る。実施例１に係る内視鏡用対物光学系の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、コマ収差（ＣＭ）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に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図である。実施例２に係る内視鏡用対物光学系の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、コマ収差（ＣＭ）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に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図である。実施例３に係る内視鏡用対物光学系の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、コマ収差（ＣＭ）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に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図である。実施例４に係る内視鏡用対物光学系の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、コマ収差（ＣＭ）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に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図である。実施例５に係る内視鏡用対物光学系の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、コマ収差（ＣＭ）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に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図である。実施例６に係る内視鏡用対物光学系の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、コマ収差（ＣＭ）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に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図である。実施例７に係る内視鏡用対物光学系の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、コマ収差（ＣＭ）及び倍率色収差（ＣＣ）を、それぞれ示す収差図である。上側コマ収差を示す図である。下側コマ収差を示す図である。

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

本実施形態の内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１群と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する第２群と、からなり、第１群は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた正レンズと、を有し、第２群は、物体側から順に、所定のレンズと、２つの正レンズと、を有し、負メニスカスレンズは非球面を有し、所定のレンズは、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、２つの正レンズのうち、少なくとも１つのレンズは、正レンズと負レンズとからなる接合レンズであり、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする。
０．５＜｜Ｒ１／Ｒ２｜＜２（１）
０．６＜｜Ｒ１／ＦＬ｜＜３（２）
ただし、
Ｒ１は、所定のレンズの物体側の面の近軸曲率半径、
Ｒ２は、所定のレンズの像側の面の近軸曲率半径、
ＦＬは、内視鏡用対物光学系全系の焦点距離、
である。

本実施形態の内視鏡用対物光学系について説明する。図１は、本実施形態の内視鏡用対物光学系を示す図であって、（ａ）は第１実施形態の内視鏡用対物光学系を示す図、（ｂ）は第２実施形態の内視鏡用対物光学系を示す図である。

本実施形態の内視鏡用対物光学系は、画角が広い光学系である。そこで、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、広い画角を確保するために、画角の拡大に最適な、レトロフォーカスタイプの光学系を採用している。

図１（ａ）と（ｂ）に示すように、第１実施形態の内視鏡用対物光学系と第２実施形態の内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正の屈折力を有する第２群Ｇ２と、で構成されている。

更に、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、第１群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２と、を有する。また、負メニスカスレンズＬ１は非球面を有する。

レトロフォーカスタイプの光学系では、たる型の歪曲収差が発生する。たる型の歪曲収差が発生すると、視野の周辺部の像が圧縮されるため、視野の周辺部を細かく観察することが難しい。

また、立体視内視鏡では、対物光学系が大きな歪曲収差を持っていると、観察場所が平面であるにもかかわらず、立体視すると、見えている像は平面ではなく、盛り上がった面（凸面）になってしまう。そのため、例えば、病変部に対して処置を行おうとすると、病変部までの距離を正しく把握することが難しくなる。その結果、処置を短時間で行うことが難しくなる。

このようなことから、内視鏡用対物光学系では、たる型の歪曲収差が良好に補正されていることがより好ましい。

本実施形態の内視鏡用対物光学系では、第１群の負メニスカスレンズＬ１で、主光線の高さが最も高くなる。そこで、負メニスカスレンズＬ１の周辺部における負の屈折力を小さくすることで、負メニスカスレンズＬ１から出射する主光線の角度を緩やかにすることができる。これにより、たる型の歪曲収差の発生量を低減できる。

このようなことから、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、負メニスカスレンズＬ１に非球面を用いている。より具体的には、非球面の形状を、レンズ面の周辺部における負の屈折力が小さくなるような形状にしている。

周辺部における負の屈折力を弱める方法としては、周辺部における負の屈折力を中心部における負の屈折力よりも小さくする方法や、周辺部における屈折力を正の屈折力にする方法がある。

また、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、第２群Ｇ２と、所定のレンズと、２つの正レンズと、を有する。ただし、第２群Ｇ２のより具体的な構成は、第１実施形態の内視鏡用対物光学系と第２実施形態の内視鏡用対物光学系とで異なる。

第１実施形態の内視鏡用対物光学系では、第２群Ｇ２は、物体側から順に、所定のレンズＬ３と、正レンズＣＬと、正レンズＬ６と、を有する。所定のレンズＬ３は、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである。正レンズＣＬは、正レンズＬ４と負レンズＬ５とからなる。

第２実施形態の内視鏡用対物光学系では、第２群Ｇ２は、物体側から順に、所定のレンズＬ３と、正レンズＬ４と、正レンズＣＬと、を有する。所定のレンズＬ３は、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである。正レンズＣＬは、正レンズＬ５と負レンズＬ６とからなる。

また、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、第２群Ｇ２の像側に、カバーガラスＣ１とカバーガラスＣ２とが配置されている。カバーガラスＣ２の像側面には物体の像が形成される。よって、カバーガラスＣ２の像側面に、撮像素子の撮像面が位置する。

上述のように、歪曲収差を補正するために負メニスカスレンズＬ１に非球面を用いると、負メニスカスレンズＬ１では、レンズ面の周辺部における負の屈折力は、レンズ面の中心部における負の屈折力よりも小さくなる。例えば、レンズ面の周辺部における屈折力を正の屈折力にすると、レンズ面の周辺部では、第１群Ｇ１の屈折力は正の屈折力で、第２群Ｇ２の屈折力は正の屈折力になる。

そうすると、画角の大きな軸外光束については、非球面を用いない場合と非球面を用いる場合とで、第１群Ｇ１の屈折力と第２群Ｇ２の屈折力が異なる。非球面を用いない場合、第１群Ｇ１の屈折力と第２群Ｇ２の屈折力は、各々負の屈折力と正の屈折力である。一方、非球面を用いる場合、第１群Ｇ１の屈折力と第２群Ｇ２の屈折力は、共に正の屈折力になる。

このように、負メニスカスレンズＬ１に非球面を用いると、画角の大きな軸外光束に対して、第１群Ｇ１の屈折力と第２群Ｇ２の屈折力が共に正の屈折力になる。そのため、負メニスカスレンズＬ１に非球面を用いると、歪曲収差は良好に補正できる。しかしながら、歪曲収差の補正に伴う非点収差や像面湾曲が、新たに発生する。

非点収差や像面湾曲を正レンズＬ２と所定のレンズＬ３で補正する方法の１つとして、ガウスタイプのレンズ配置となるように、正レンズＬ２と所定のレンズＬ３を配置する方法がある。ガウスタイプのレンズ配置では、一対のメニスカスレンズが、明るさ絞りを対称線として対称的に配置されるため、非点収差や像面湾曲が良好に補正される。

しかしながら、ガウスタイプの光学系では各レンズがメニスカスレンズであるため、屈折力を大きくすることが難しい。そのため、内視鏡のような広角な光学系、すなわち、大きな屈折力を必要とする光学系には、ガウスタイプの光学系は不向きである。

ガウスタイプの光学系で大きな屈折力を得るためには、正レンズＬ２と所定のレンズＬ３のどちらか一方を、強いメニスカスレンズにすれば良い。このようにすることで、大きな屈折力を確保すると共に、非点収差の補正や像面湾曲を補正することができる。強いメニスカスレンズとは、物体側面の曲率半径と像側面の曲率半径が、共に小さいメニスカスレンズである。

しかしながら、上記のような構成にすると、屈折力の絶対値が、明るさ絞りに対して、正レンズＬ２と所定のレンズＬ３とで非対称になる。そのため、色コマを含めたコマ収差が悪化してしまう。この点について、図１７と図１８を用いて説明する。

図１７は、上側コマ収差を示す図である。図１８は、下側コマ収差を示す図である。上側コマ収差は、軸外光束のうちの開口の上側を通過する光束で生じるコマ収差、下側コマ収差は、軸外光束のうちの開口の下側を通過する光束で生じるコマ収差である。

また、正レンズＬ２よりも物体側に位置するレンズの枚数や形状や、所定のレンズＬ３よりも像側に位置するレンズ枚数や形状は、特に決まっていない。よって、図１７と図１８では、レンズＬＦとレンズＬＲについては、一本の線で簡略に描かれている。

まず、正レンズＬ２を強いメニスカスレンズにした場合について説明する。この場合、図１７に示すように、軸外光束ＬＢのうち、開口の下側を通過する光束ＬＢＬは像面Ｉで集光する。これに対して、開口の上側を通過する光束ＬＢＵは、矢印で示すように像面Ｉよりも物体側で集光してしまう。

このように、正レンズＬ２を強いメニスカスレンズにした場合は、上側コマ収差が発生してしまう。上側コマ収差を補正するためには、例えば、正レンズＬ２を接合レンズにする必要がある。

しかしながら、接合レンズには、少なくとも２枚のレンズが用いられる。また、コマ収差や色収差を補正するためには、接合レンズの各レンズに、ある程度の厚みを持たせなくてはならない。このようなことから、正レンズＬ２を接合レンズにしたときの厚みは、正レンズＬ２を単レンズにしたときの厚みよりも厚くなり易い。

第１群Ｇ１中に接合レンズを配置するためには、そのためのスペースを第１群Ｇ１中に確保しなくてはならない。しかしながら、上述のように、接合レンズの厚みは単レンズの厚みよりも厚くなりやすい。そのため、第１群Ｇ１中にスペースを確保することは、単レンズを配置する場合に比べて難しくなる。

更に、内視鏡の光学系の特徴として、画角が非常に広いという特徴がある。画角が広い光学系では、第１群の負レンズと明るさ絞りとの距離が長くなると、第１群の負レンズでの光線高が高くなってしまう。その結果、収差が発生しやすくなる。そのため、第１群Ｇ１中のレンズ枚数を増やすこと、すなわち、正レンズＬ２を接合レンズにすることは望ましくない。

次に、所定のレンズＬ３を強いメニスカスレンズにした場合について説明する。この場合、図１８に示すように、軸外光束ＬＢのうち、開口の上側を通過する光束ＬＢＵは像面Ｉで集光する。これに対して、開口の下側を通過する光束ＬＢＬは、矢印で示すように像面Ｉよりも物体側で集光してしまう。

このように、所定のレンズＬ３を強いメニスカスレンズにした場合は、下側コマ収差が発生してしまう。また、上側のコマ収差も若干発生する。但し、所定のレンズＬ３の物体側面は大きな負の屈折力を有するので、上側のコマ収差は、所定レンズＬ３の物体側面で補正可能である。

所定のレンズＬ３の像側では、光線高が、所定のレンズＬ３での光線高よりも高くなる。そのため、所定のレンズＬ３の像側に正レンズを配置することで、この正レンズで下側のコマ収差を補正することが可能となる。

そこで、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、第２群Ｇ２の最も像側に正レンズを配置している。第１実施形態の内視鏡用対物光学系では、正レンズＬ６が最も像側に配置された正レンズに該当し、第２実施形態の内視鏡用対物光学系では、正レンズＣＬが最も像側に配置された正レンズに該当する。これにより、色コマを含めたコマ収差の悪化を防止することができる。

第２群Ｇ２の最も像側に正レンズを配置するためには、第２群Ｇ２とカバーガラスＣ１との間に、レンズを配置するスペースを確保しなければならない、そこで、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、所定のレンズＬ３のメニスカス形状を強くして、レンズを配置するスペースを確保している。

第２群Ｇ２の最も像側に正レンズを配置することとで、下側コマ収差を良好に補正することが可能になる。その結果、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、非点収差、コマ収差及び色収差について、バランスのとれた補正を行うことができている。

また、本実施形態の内視鏡用対物光学系は、上述のように、条件式（１）、（２）を満足する。

条件式（１）の上限値を上回ると、所定のレンズの形状はメニスカス形状でありながら、全体的に正の屈折力が大きくなる。そのため、非点収差の補正が不足する。条件式（１）の下限値を下回ると、所定のレンズの形状はメニスカス形状でありながら、全体的に負の屈折力が大きくなる。そのため、非点収差の補正が過剰になる。

条件式（２）の上限値を上回ると、内視鏡用対物光学系全系の焦点距離（以下、「全系の焦点距離」という）に対して、所定のレンズの物体側の面における負の屈折力が小さくなりすぎる。この場合、ペッツバール和が大きくなりすぎるので、像面湾曲の補正が不足する。条件式（２）の下限値を下回ると、全系の焦点距離に対して、所定のレンズの物体側の面における負の屈折力が大きくなりすぎる。この場合、ペッツバール和が小さくなりすぎるので、像面湾曲の補正が過剰になる。

また、条件式（１）に代えて、以下の条件式（１’）を満足するのが好ましい。また、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２’）を満足するのが好ましい。
０．７＜｜Ｒ１／Ｒ２｜＜１．１（１’）
０．８＜｜Ｒ１／ＦＬ｜＜１．９（２’）

本実施形態の内視鏡用対物光学系は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
０．００５≦Δ_ASP／ＦＬ≦０．０８（３）
ただし、
Δ_ASPは、最大像高における主光線と非球面との交点における非球面量、
ＦＬは、内視鏡用対物光学系全系の焦点距離、
非球面量Δ_ASPは、以下の式（ａ）で表され、

ｃは、非球面における近軸曲率半径の逆数、
ρは、光軸から交点までの距離であって、交点を含み光軸と直交する面内での距離、
Ｋは、円錐係数、
Ａ_iは、非球面係数、
である。

条件式（３）の上限値を上回ると、全系の焦点距離に対する非球面量が多くなりすぎる。そのため、像面湾曲が良好に補正できない。条件式（３）の下限値を下回ると、全系の焦点距離に対する非球面量が少なくなりすぎる。そのため、歪曲収差が良好に補正できない。

なお、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３’）を満足するのが好ましい。
０．０２≦Δ_ASP／ＦＬ≦０．０４（３’）

本実施形態の内視鏡用対物光学系では、接合レンズの正レンズと負レンズは、一方が物体側に位置する物体側レンズで、他方が像側に位置する像側レンズであり、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
４≦｜Ｆｃ／ＦＬ｜≦２０（４）
ただし、
Ｆｃは、接合レンズの接合面における焦点距離、
ＦＬは、内視鏡用対物光学系全系の焦点距離、
接合面における焦点距離Ｆｃは、以下の式（ｂ）で表され、
Ｆｃ＝Ｒｃ／（ｎｄ’−ｎｄ）（ｂ）
Ｒｃは、接合面の近軸曲率半径、
ｎｄは、物体側レンズのｄ線における屈折率、
ｎｄ’は、像側レンズのｄ線における屈折率、
である。

条件式（４）の上限値を上回ると、全系の焦点距離に対する接合面の屈折力が、小さくなりすぎる。そのため、像面湾曲を良好に補正できない。条件式（４）の下限値を下回ると、全系の焦点距離に対する接合面の屈折力が、大きくなりすぎる。そのため、コマ収差や像面湾曲の補正が過剰になる。

なお、条件式（４）に代えて、以下の条件式（４’）を満足するのが好ましい。
５≦｜Ｆｃ／ＦＬ｜≦７（４’）

本実施形態の内視鏡用対物光学系では、２つの正レンズは、接合レンズと単レンズであり、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
１．５≦｜Ｆｒ／Ｆｆ｜≦５（５）
ただし、
Ｆｆは、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズの焦点距離、
Ｆｒは、単レンズの焦点距離、
である。

条件式（５）の下限値を下回ると、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズが大きくなってしまい、内視鏡用対物光学系に適さない。条件式（５）の上限値を上回ると、たる型の歪曲収差の補正が困難になる。

なお、条件式（５）に代えて、以下の条件式（５’）を満足するのが好ましい。
３≦｜Ｆｒ／Ｆｆ｜≦４（５’）

また、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、第２群の２つの正レンズは、正レンズと負レンズとからなる接合レンズ、正レンズの順番で配置され、この配置において、条件式（５）又は（５’）を満たすことがより好ましい。

以上のように、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、歪曲収差が良好に補正されている。そこで、本実施形態の内視鏡用対物光学系は、立体視内視鏡の対物光学系に使用することができる。

上述のように、立体視内視鏡では、対物光学系が大きな歪曲収差を持っていると、観察場所が平面であるにもかかわらず、立体視すると、見えている像は平面ではなく、盛り上がった面（凸面）に見えてしまう。

しかしながら、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、歪曲収差が良好に補正されている。よって、本実施形態の内視鏡用対物光学系を用いた立体視内視鏡では、観察場所までの距離を正しく把握できる。そのため、例えば、病変部の処置を行う場合、効率よく処置を行うことができる。

図２は、本実施形態の立体視内視鏡の先端部を示す図である。先端部１は、先端部材２と、対物ユニット３と、撮像ユニット４と、を有する。先端部材２の内部には、円筒状の透孔が設けられ、この透孔に、対物ユニット３と撮像ユニット４が嵌入されている。

対物ユニット３には、２つの対物光学系５ａ、５ｂが配置されている。図２では、２つの対物光学系５ａ、５ｂの各々に、第１実施形態の内視鏡用対物光学系が用いられている。また、２つの対物光学系５ａ、５ｂの最も物体側に、平行平板６が配置されている。平行平板６は、例えば、サファイアである。

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、傷によるフレアの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。平行平板６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。

また、サファイアは、水蒸気に対する耐性が高い。そこで、平行平板６と対物ユニット３の接合部を、ろう接等で気密的に接合する。このようにすることで、対物ユニット３の内部空間を気密空間にすることができる。その結果、オートクレーブ滅菌を行っても、高圧水蒸気が対物ユニット３内に全く侵入しなくなる。

撮像ユニット４には、２つのＣＣＤ７ａ、７ｂが配置されている。ＣＣＤ７ａは、撮像面の中心が対物光学系５ａの光軸から紙面内の上方向にずれた位置に配置されている。ＣＣＤ７ｂは、撮像面の中心が対物光学系５ｂの光軸から紙面内の下方向にずれた位置に配置されている。

ＣＣＤ７ａのずれ量とＣＣＤ７ｂのずれ量は同じになっている。これにより、ＣＣＤ７ａで取得した画像とＣＣＤ７ｂで取得した画像との間で視差が生じる。その結果、立体視が可能になる。

上述のように、対物ユニット３の２つの対物光学系５ａ、５ｂの各々に、第１実施形態の内視鏡用対物光学系が用いられている。よって、本実施形態の立体視内視鏡によれば、平面を立体視した場合であっても、平面として認識することができる。その結果、観察対象までの距離を正しく把握できる。

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、コマ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。ωは半画角で単位は°、ＦＮＯはＦナンバーである。収差曲線の波長の単位はｎｍである。

コマ収差の収差図では、縦軸は開口比を表している。Ｘ方向（メリディオナル方向）の収差曲線は細線で表され、Ｙ方向（サジタル方向）の収差曲線は太線で表されている。

以下の各実施例では、内視鏡用対物光学系の最も物体側に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズが配置されている。しかしながら、図２に示したように、負メニスカスレンズよりも物体側に、サファイアのような平行平板が配置されていても良い。

（実施例１）
実施例１に係る内視鏡用対物光学系について説明する。図３は、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る。また、図４は実施例１に係る内視鏡用対物光学系の収差図であって、（ａ）は球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）はコマ収差（ＣＭ）及び（ｅ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。

実施例１の内視鏡用対物光学系は、図３に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正の屈折力を有する第２群Ｇ２と、からなる。

第１群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、物体側に凸面を向けた平凸正レンズＬ２と、からなる。負メニスカスレンズＬ１の物体側面に、非球面が設けられている。

第２群Ｇ２は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、からなる。両凸正レンズＬ４と負メニスカスレンズＬ５とで、正の屈折力を有する接合レンズを形成している。また、正メニスカスレンズＬ３が所定のレンズである。

第１群Ｇ１と第２群Ｇ２との間には、光学フィルタＦが配置されている。また、第２群Ｇ２の像側には、カバーガラスＣ１とカバーガラスＣ２が配置されている。カバーガラスＣ２は固体撮像素子のカバーガラスである。

（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５は、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る。また、図６は実施例２に係る内視鏡用対物光学系の収差図であって、（ａ）は球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）はコマ収差（ＣＭ）及び（ｅ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。

実施例２の内視鏡用対物光学系は、図５に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正の屈折力を有する第２群Ｇ２と、からなる。

第２群Ｇ２は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４と、両凸正レンズＬ５と、両凸正レンズＬ６と、からなる。負メニスカスレンズＬ４と両凸正レンズＬ５とで、正の屈折力を有する接合レンズを形成している。また、正メニスカスレンズＬ３が所定のレンズである。

（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７は、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る。また、図８は実施例３に係る内視鏡用対物光学系の収差図であって、（ａ）は球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）はコマ収差（ＣＭ）及び（ｅ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。

実施例３の内視鏡用対物光学系は、図７に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正の屈折力を有する第２群Ｇ２と、からなる。

第２群Ｇ２は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、両凸正レンズＬ５と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、からなる。両凸正レンズＬ５と負メニスカスレンズＬ６とで、正の屈折力を有する接合レンズを形成している。また、正メニスカスレンズＬ３が所定のレンズである。

（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９は、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る。また、図１０は実施例４に係る内視鏡用対物光学系の収差図であって、（ａ）は球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）はコマ収差（ＣＭ）及び（ｅ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。

実施例４の内視鏡用対物光学系は、図９に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正の屈折力を有する第２群Ｇ２と、からなる。

第２群Ｇ２は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５と、両凸正レンズＬ６と、からなる。負メニスカスレンズＬ５と両凸正レンズＬ６とで、正の屈折力を有する接合レンズを形成している。また、正メニスカスレンズＬ３が所定のレンズである。

（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１１は、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る。また、図１２は実施例５に係る内視鏡用対物光学系の収差図であって、（ａ）は球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）はコマ収差（ＣＭ）及び（ｅ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。

実施例５の内視鏡用対物光学系は、図１１に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正の屈折力を有する第２群Ｇ２と、からなる。

第１群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、からなる。負メニスカスレンズＬ１の物体側面に、非球面が設けられている。

第２群Ｇ２は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４と、両凸正レンズＬ５と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、からなる。負メニスカスレンズＬ４と両凸正レンズＬ５とで、正の屈折力を有する接合レンズを形成している。また、正メニスカスレンズＬ３が所定のレンズである。

（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１３は、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る。また、図１４は実施例６に係る内視鏡用対物光学系の収差図であって、（ａ）は球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）はコマ収差（ＣＭ）及び（ｅ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。

実施例６の内視鏡用対物光学系は、図１３に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正の屈折力を有する第２群Ｇ２と、からなる。

（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１５は、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る。また、図１６は実施例７に係る内視鏡用対物光学系の収差図であって、（ａ）は球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）はコマ収差（ＣＭ）及び（ｅ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。

実施例７の内視鏡用対物光学系は、図１５に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正の屈折力を有する第２群Ｇ２と、からなる。

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、ＦＬは内視鏡用対物光学系の全系の焦点距離、ＦＮＯ．はＦナンバー、ωは半画角、Δは、最大像高の主光線と非球面との交点（非球面量）を表している。

数値実施例１
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1* 2.2851 0.25 1.80610 40.92
2 0.639 0.595
3 1.961 0.6 2.00330 28.27
4 ∞ 0.03
5 ∞ 0.3 1.52134 74.98
6 ∞ 0.03
7(絞り) ∞ 0.045
8 -1.02 0.6 2.00330 28.27
9 -1.132 0.16
10 4.021 0.65 1.72916 54.68
11 -0.856 0.3 1.92286 18.90
12 -2.297 0.06
13 1.354 0.48 1.51633 64.14
14 6.202 0.408
15 ∞ 0.4 1.51633 64.14
16 ∞ 0.35 1.51633 64.14
17(像面) ∞

非球面データ
第１面
k=0.0000
A4=1.2173E-01,A6=-5.6561E-02,A8=6.7563E-02

各種データ
ＦＮＯ． 2.2
ω 38
ＦＬ 0.726
Δ 0.6267

数値実施例２
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1* 3.3748 0.25 1.80610 40.92
2 0.6422 0.4333
3 1.9787 0.712 2.00330 28.27
4 ∞ 0.03
5 ∞ 0.3 1.52300 75.00
6 ∞ 0.03
7(絞り) ∞ 0.045
8 -1.1773 0.567 2.00330 28.27
9 -1.2097 0.04
10 2.4915 0.3 1.92286 18.90
11 0.8095 0.65 1.72916 54.68
12 -2.5904 0.04
13 2.0279 0.6 1.51633 64.14
14 -3.2054 0.2215
15 ∞ 0.4 1.51633 64.14
16 ∞ 0.5 1.50510 63.26
17(像面) ∞

非球面データ
第１面
k=0.0000
A4=1.5390E-01,A6=-6.8858E-02,A8=4.5761E-02

各種データ
ＦＮＯ． 2.5
ω 40
ＦＬ 0.669
Δ 0.6073

数値実施例３
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1* 3.4949 0.25 1.80610 40.92
2 0.6385 0.4397
3 1.9757 0.7184 2.00330 28.27
4 ∞ 0.03
5 ∞ 0.3 1.52300 75.00
6 ∞ 0.03
7(絞り) ∞ 0.045
8 -1.1755 0.5685 2.00330 28.27
9 -1.2113 0.04
10 3.2658 0.6 1.51633 64.14
11 -2.033 0.04
12 2.6789 0.65 1.72916 54.68
13 -0.809 0.3 1.92286 18.90
14 -2.5448 0.208
15 ∞ 0.4 1.51633 64.14
16 ∞ 0.5 1.50510 63.26
17(像面) ∞

非球面データ
第１面
k=0.0000
A4=1.43E-01,A6=-6.62E-02,A8=5.10E-02

各種データ
ＦＮＯ． 2.5
ω 40
ＦＬ 0.674
Δ 0.5968

数値実施例４
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1* 3.5668 0.25 1.80610 40.92
2 0.6392 0.3715
3 2.2797 0.9638 2.00330 28.27
4 ∞ 0.03
5 ∞ 0.3 1.52300 75.00
6 ∞ 0.03
7(絞り) ∞ 0.045
8 -1.1913 0.5576 2.00330 28.27
9 -1.1881 0.04
10 3.5003 0.6 1.51633 64.14
11 -2.2785 0.04
12 2.0606 0.3 1.92286 18.90
13 0.7289 0.65 1.72916 54.68
14 -2.9369 0.2335
15 ∞ 0.4 1.51633 64.14
16 ∞ 0.5 1.50510 63.26
17(像面) ∞

非球面データ
第１面
k=0.0000
A4=1.6214E-01,A6=-7.1307E-02,A8=5.2423E-02

各種データ
ＦＮＯ． 2.5
ω 40
ＦＬ 0.647
Δ 0.6348

数値実施例５
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1* 1.7317 0.25 1.80610 40.92
2 0.6946 0.28
3 2.0912 0.3256 1.92286 18.90
4 8.5982 0.03
5 ∞ 0.3 1.52300 75.00
6 ∞ 0.03
7(絞り) ∞ 0.045
8 -0.6157 0.612 1.81600 46.62
9 -0.8459 0.04
10 2.4281 0.3 1.92286 18.90
11 0.972 0.7 1.72916 54.68
12 -2.5764 0.04
13 1.3415 0.5244 1.51633 64.14
14 21.8823 0.282
15 ∞ 0.4 1.51633 64.14
16 ∞ 0.5 1.51633 64.14
17(像面) ∞

非球面データ
第１面
k=0.0000
A4=9.8950E-02,A6=-1.9271E-02,A8=6.5321E-02

各種データ
ＦＮＯ． 2.5
ω 40
ＦＬ 0.759
Δ 0.5578

数値実施例６
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1* 3.9113 0.2875 1.80610 40.92
2 0.7315 0.7068
3 2.1993 0.5667 1.84666 23.78
4 ∞ 0.0546
5 ∞ 0.3696 1.52300 75.00
6 ∞ 0.0547
7(絞り) ∞ 0.0805
8 -1.3843 0.6377 1.84666 23.78
9 -1.328 0.0454
10 3.1708 0.8531 1.72916 54.68
11 -1.0147 0.3451 1.92286 18.90
12 -3.1859 0.1151
13 2.5296 0.5493 1.755 52.32
14 9.7889 0.6041
15 ∞ 0.4483 1.51633 64.14
16 ∞ 0.4025 1.5051 63.26
17(像面) ∞

非球面データ
第１面
k=0.0000
A4=6.1119E-02,A6=-3.0314E-02,A8=2.4111E-02

各種データ
ＦＮＯ． 2.5
ω 40
ＦＬ 0.832
Δ 0.6631

数値実施例７
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1* 4.4324 0.3126 1.80610 40.92
2 0.6524 0.5442
3 1.8152 0.5699 1.84666 23.78
4 ∞ 0.0734
5 ∞ 0.3604 1.52134 65.13
6 ∞ 0.03
7(絞り) ∞ 0.045
8 -1.3459 0.5837 1.84666 23.78
9 -1.2341 0.034
10 2.9042 0.7599 1.72916 54.68
11 -0.8862 0.3028 1.92286 18.90
12 -2.4801 0.0924
13 2.1358 0.5495 1.755 52.32
14 4.6796 0.3801
15 ∞ 0.4 1.51633 64.14
16 ∞ 0.5 1.5051 63.26
17(像面) ∞

非球面データ
第１面
k=0.0000
A4=8.3469E-02,A6=-4.441E-02,A8=3.9131E-02

各種データ
ＦＮＯ． 2.5
ω 39.9
ＦＬ 0.749
Δ 0.6107

次に、各実施例における条件式（１）〜（５）の値を掲げる。
条件式実施例１実施例２実施例３実施例４
(1)|R1/R2| 0.90 0.97 0.97 1.00
(2)|R1/F1| 1.40 1.76 1.74 1.84
(3)Δ_ASP/FL 0.0234 0.0274 0.0237 0.0356
(4)|Fc/FL| 6.09 6.25 6.20 5.82
(5)|Fr/Ff| 2.75 2.44 2.50 2.76

実施例５実施例６実施例７
(1)|R1/R2| 0.73 1.04 1.09
(2)|R1/F1| 0.81 1.66 1.80
(3)Δ_ASP/FL 0.0127 0.014 0.0135
(4)|Fc/FL| 6.61 6.0 6.11
(5)|Fr/Ff| 1.70 3.76 4.83

以上のように、本発明は、歪曲収差に加えて、非点収差や像面湾曲が良好に補正された内視鏡用対物光学系に有用である。

１先端部１
２先端部材２
３対物ユニット
４撮像ユニット
５ａ、５ｂ対物光学系
６平行平板
７ａ、７ｂＣＣＤ
Ｇ１第１群
Ｇ２第２群
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６レンズ
ＣＬ接合レンズ
Ｓ明るさ絞り
Ｆ光学フィルタ
Ｃ１、Ｃ２カバーガラス
Ｉ像面

Claims

物体側から順に、負の屈折力を有する第１群と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する第２群と、からなり、
前記第１群は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた正レンズと、を有し、
前記第２群は、物体側から順に、所定のレンズと、正の接合レンズと、正の単レンズと、を有するか、又は、前記所定のレンズと、前記正の単レンズと、前記正の接合レンズと、を有し、
前記負メニスカスレンズは非球面を有し、
前記所定のレンズは、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、
前記正の接合レンズは、物体側に位置する物体側レンズと、像側に位置する像側レンズと、からなり、
以下の条件式（１’）、（２）、（４’）を満足することを特徴とする内視鏡用対物光学系。
０．７＜｜Ｒ１／Ｒ２｜＜１．１（１’）
０．６＜｜Ｒ１／ＦＬ｜＜３（２）
５≦｜Ｆｃ／ＦＬ｜≦７（４’）
ただし、
Ｒ１は、前記所定のレンズの物体側の面の近軸曲率半径、
Ｒ２は、前記所定のレンズの像側の面の近軸曲率半径、
ＦＬは、前記内視鏡用対物光学系全系の焦点距離、
Ｆｃは、前記正の接合レンズの接合面における焦点距離、
前記接合面における焦点距離Ｆｃは、以下の式（ｂ）で表され、
Ｆｃ＝Ｒｃ／（ｎｄ’−ｎｄ）（ｂ）
Ｒｃは、前記接合面の近軸曲率半径、
ｎｄは、前記物体側レンズのｄ線における屈折率、
ｎｄ’は、前記像側レンズのｄ線における屈折率、
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。
０．００５≦Δ_ASP／ＦＬ≦０．０８（３）
ただし、
Δ_ASPは、最大像高における主光線と前記非球面との交点における非球面量、
ＦＬは、前記内視鏡用対物光学系全系の焦点距離、
前記非球面量Δ_ASPは、以下の式（ａ）で表され、

ｃは、前記非球面における近軸曲率半径の逆数、
ρは、光軸から前記交点までの距離であって、前記交点を含み光軸と直交する面内での距離、
Ｋは、円錐係数、
Ａ_iは、非球面係数、
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又は２に記載の内視鏡用対物光学系。
１．５≦｜Ｆｒ／Ｆｆ｜≦５（５）
ただし、
Ｆｆは、前記物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズの焦点距離、
Ｆｒは、前記正の単レンズの焦点距離、
である。