JP6857572B2 - 内視鏡用対物光学系 - Google Patents

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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ある。特に、内視鏡用対物光学系(結像光学系)に関するものであり、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ものである。
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、患者への負担低減や診断精度の向上等の観点から、内視鏡の撮像素子、例えばCCDやCMOSの小型化と高画素化が進んでいる。
これにより、撮像素子の画素ピッチが年々、小さくなってきている。この結果、内視鏡用対物光学系についても、広角化や収差補正等の光学性能を満足させつつ、観察は遠点から近点まで広い観察深度が要求されている。
そのため、近年ではさらに広範囲の深度で観察できるようなズーム光学系やフォーカス光学系を用いた結像光学系が提案されている。このような内視鏡のズーム対物光学系の例が、以下の特許文献1、2に開示されている。
特開2012−032576号公報 特開2010−032680号公報
対物光学系のFno(Fナンバー)は、回折の影響を受けないように、下記の式の範囲を満足することが望ましい。
Fno<2×P/1.22/λ
ここで、
Pは、画素ピッチ、
λは、波長、
を意味する。
画素ピッチの小さい光学系には回折による光学性能の劣化が発生してしまう。そこで、Fnoを小さくすることで回折の影響を受けずに済む。しかしながら、Fnoを小さくすることによって、観察深度が狭くなってしまう。
このような対物光学系においてピント調整を行った場合、安定して良好な光学性能を得ることが困難である。例えば、ピント調整後にピント位置を固定するためには、メカ部材によりロックし、メカ部材を接着剤により固定する必要がある。
このとき、メカ部材をロックしたときに生じる位置ずれや、接着剤の硬化収縮、さらには、接着剤を硬化促進させるために高温環境下においた場合、ピント位置を把持しているメカ部材の熱膨張による位置ずれなどが考えられる。
そのため、同じ構成の対物光学系にも関わらず、上述した製造ばらつきによって、観察深度が異なるという現象が生じてしまう。このため、近距離物点(近点)もしくは遠距離物点(遠点)での観察では画像がボケてしまうことがある。特に、ズーム対物光学系では、拡大観察(近接観察)時において対物レンズと物体距離が短く、観察深度が狭くなる。このため、術者が観察したい病変部に対してピントが合わせづらいといった課題が生じてしまう。その場合、高精細な観察ができなくなり、術者にとっては診断精度が落ちてしまう課題が生じてくる。
すなわち、上述の内視鏡対物光学系では、小型化によって生じる回折の影響や、組み立て負荷によってピント位置がずれた場合、光学性能が劣化してしまうために、良好な観察に適用することは困難である。
特許文献1、2に開示されているズーム対物光学系は、小型であるがFnoは大きい光学仕様となっている。このため、近年の撮像素子の小型化、高画素化に伴って画素ピッチが小さくなってきている傾向において、特許文献1、2に開示されているズーム対物光学系では、回折の影響により光学性能が劣化してしまうために良好な観察に適用できない。
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、物体距離の変化に応じて拡大観察(近点観察)が可能であり、小型で十分な観察深度を確保でき、広角の視野角を有し、容易に病変の観察及び診断を行うことができる、高性能な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、本発明に係る内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群と、負屈折力の第2レンズ群と、正屈折力の第3レンズ群と、を有する内視鏡用対物光学系であって、正屈折力の第1レンズ群は、最も物体側に、負屈折力の単レンズからなる第1レンズを有し、正屈折力の第3レンズ群は、物体側から順に、正屈折力の単レンズと、接合レンズと、正屈折力の単レンズと、からなり、負屈折力の第2レンズ群が光軸上を移動することにより合焦及び変倍を行ない、正屈折力の第3レンズ群の最も像側の正屈折力の単レンズは撮像素子に接合されており、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする。
1.0≦Fim/FG3≦3.5 ・・・(1)
ここで、
Fimは、撮像素子に接合された正屈折力の単レンズの焦点距離、
FG3は、第3レンズ群の焦点距離、
である。
本発明は、物体距離の変化に応じて拡大観察(近点観察)が可能であり、小型で十分な観察深度を確保でき、広角の視野角を有し、容易に病変の観察及び診断を行うことができる、高性能な内視鏡用対物光学系を提供できるという効果を奏する。
(a)は実施形態に係る内視鏡用対物光学系の通常観察状態のレンズ断面図である。(b)は実施形態に係る内視鏡用対物光学系の拡大観察状態のレンズ断面図である。 (a)は実施例1に係る内視鏡用対物光学系の通常観察状態のレンズ断面図である。(b)は実施例1に係る内視鏡用対物光学系の拡大観察状態のレンズ断面図である。 実施例1に係る内視鏡用対物光学系の、(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、(e)は拡大観察状態における球面収差(SA)、(f)は拡大観察状態における非点収差(AS)、(g)は拡大観察状態における歪曲収差(DT)、(h)は拡大観察状態における倍率色収差(CC)を示している。 (a)は実施例2に係る内視鏡用対物光学系の通常観察状態のレンズ断面図である。(b)は実施例2に係る内視鏡用対物光学系の拡大観察状態のレンズ断面図である。 実施例2に係る内視鏡用対物光学系の、(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、(e)は拡大観察状態における球面収差(SA)、(f)は拡大観察状態における非点収差(AS)、(g)は拡大観察状態における歪曲収差(DT)、(h)は拡大観察状態における倍率色収差(CC)を示している。 (a)は実施例3に係る内視鏡用対物光学系の通常観察状態のレンズ断面図である。(b)は実施例3に係る内視鏡用対物光学系の拡大観察状態のレンズ断面図である。 実施例3に係る内視鏡用対物光学系の、(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、(e)は拡大観察状態における球面収差(SA)、(f)は拡大観察状態における非点収差(AS)、(g)は拡大観察状態における歪曲収差(DT)、(h)は拡大観察状態における倍率色収差(CC)を示している。 (a)は実施例4に係る内視鏡用対物光学系の通常観察状態のレンズ断面図である。(b)は実施例4に係る内視鏡用対物光学系の拡大観察状態のレンズ断面図である。 実施例4に係る内視鏡用対物光学系の、(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、(e)は拡大観察状態における球面収差(SA)、(f)は拡大観察状態における非点収差(AS)、(g)は拡大観察状態における歪曲収差(DT)、(h)は拡大観察状態における倍率色収差(CC)を示している。 (a)は実施例5に係る内視鏡用対物光学系の通常観察状態のレンズ断面図である。(b)は実施例5に係る内視鏡用対物光学系の拡大観察状態のレンズ断面図である。 実施例5に係る内視鏡用対物光学系の、(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、(e)は拡大観察状態における球面収差(SA)、(f)は拡大観察状態における非点収差(AS)、(g)は拡大観察状態における歪曲収差(DT)、(h)は拡大観察状態における倍率色収差(CC)を示している。 (a)は実施例6に係る内視鏡用対物光学系の通常観察状態のレンズ断面図である。(b)は実施例6に係る内視鏡用対物光学系の拡大観察状態のレンズ断面図である。 実施例6に係る内視鏡用対物光学系の、(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、(e)は拡大観察状態における球面収差(SA)、(f)は拡大観察状態における非点収差(AS)、(g)は拡大観察状態における歪曲収差(DT)、(h)は拡大観察状態における倍率色収差(CC)を示している。
以下に、実施形態に係る内視鏡用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。
(第1実施形態)
図1(a)は実施形態に係る内視鏡用対物光学系の通常観察状態のレンズ断面図である。(b)は実施形態に係る内視鏡用対物光学系の拡大観察状態のレンズ断面図である。
本実施形態は、物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、を有する内視鏡用対物光学系であって、正屈折力の第1レンズ群G1は、最も物体側に、負屈折力の単レンズからなる第1レンズL1を有し、正屈折力の第3レンズ群G3は、物体側から順に、正屈折力の単レンズL7と、接合レンズCLと、正屈折力の単レンズL10と、からなり、負屈折力の第2レンズ群G2が光軸AX上を移動することにより合焦及び変倍を行ない、正屈折力の第3レンズ群G3の最も像側の正屈折力の単レンズL10は撮像素子IMGに接合されており、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする。
1.0≦Fim/FG3≦3.5 ・・・(1)
ここで、
Fimは、撮像素子IMGに接合された正屈折力の単レンズL10の焦点距離、
FG3は、第3レンズ群G3の焦点距離、
である。
なお、単レンズL10が撮像素子IMGに接合されているとは、単レンズL10が直接撮像素子IMGに接合されている構成、及び単レンズL10がカバーガラスCGを介して撮像素子IMGに接合されている構成を含む。
以下、本実施形態において、このような構成をとった理由と作用を説明する。
内視鏡用対物光学系を、正屈折力、負屈折力、正屈折力の3群構成とし、第2レンズ群G2で合焦及び変倍を行うことで、広い観察深度を実現している。
そして、第3レンズ群G3は、主に結像に寄与する正屈折力を保持するために正レンズ群を配置し、Fnoが小さく、明るくても、各収差の発生を抑え、かつ小型化に必要な屈折力(パワー)を配分している。
また、第3レンズ群G3の正屈折力の単レンズL7の像側であって、周辺の光線高が高くなる位置に、正屈折力のレンズL8と負屈折力のレンズL9との接合レンズCLを配置する。これにより、色収差を補正するような構成としている。
さらに、撮像素子IMGのカバーガラスCGに接合された正屈折力の単レンズL10を配置することで、ピント位置ずれによる感度を低減し、ピント位置がばらついても光学性能への影響を低減できる。
ここで、小型でかつ、各収差を抑えるためには条件式(1)を満足するように構成されていることが望ましい。
条件式(1)は、FimとFG3の適切な比に関する。条件式(1)の上限値を上回る場合、撮像素子IMGのカバーガラスCGに接合された正屈折力の単レンズL10の屈折力が小さくなり、ピント位置調整感度が大きくなる。このため、ピント位置ずれによる観察深度が狭くなってしまう。
条件式(1)の下限値を下回る場合、第3レンズ群G3の収差補正作用が過剰となってしまう。これにより、非点収差が大きくなり周辺性能が劣化してしまう。この結果、小型で高精細な画質を得ることができない。
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。
1.4≦Fim/FG3≦3 …(1’)
また、第1レンズ群G1が有する負屈折力の第1レンズL1は、小型化のため比較的大きい負屈折力が必要である。ただし、あまり負屈折力を大きくしすぎると、コマ収差などが悪化してしまうことがある。
また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式(2)を満足することが望ましい。
−1.98≦FG3/F1≦−1.30 ・・・(2)
ここで、
FG3は、第3レンズ群G3の焦点距離、
F1は、第1レンズL1の焦点距離、
である。
条件式(2)は、FG3とF1の適切な比に関する。正屈折力の第3レンズ群G3は、明るさ絞りSから遠くに配置されていることから光線高が上がる。このため、第3レンズ群G3は、周辺性能のコマ収差、各色収差などのバランスを取っている。
これにより、負屈折力の第1レンズL1と正屈折力の第3レンズ群G3の屈折力を適切に設定する。これにより、本実施形態のFnoが小さく、ピント位置調整感度が低減された内視鏡用対物光学系において、全体の収差バランスを取ることが可能になる。よって、条件式(2)を満足することが好ましい
条件式(2)の上限値を上回る場合、レンズ径が大きくなりすぎて小型化を満たせないか、または色収差が補正過剰となってしまう。
条件式(2)の下限値を下回る場合、負屈折力が大きくなりすぎてコマ収差が補正しきれず悪化してしまうか、色収差が補正不足となってしまう。
また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
0.35≦FG3s/Fim≦0.85 ・・・(3)
ここで、
FG3sは、第3レンズ群G3の最も物体側の正屈折力の単レンズL7の焦点距離、
Fimは、撮像素子IMGに接合された正屈折力の単レンズL10の焦点距離、
である。
撮像素子IMGに接合された正屈折力の単レンズL10と第3レンズ群G3の最も物体側の正屈折力の単レンズL7は、明るさ絞りSから遠くに配置されている。このことから、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。したがって、レンズ径を小さくしつつ、周辺の収差補正を満たすためには、撮像素子IMGに接合された正屈折力の単レンズL10と第3レンズ群G3の最も物体側の正屈折力の単レンズL7の屈折力のバランスが重要となる。よって、条件式(3)を満足することが好ましい。
条件式(3)は、FG3sとFimの適切な比に関する。条件式(3)の上限値を上回る場合、コマ収差が補正不足となってしまう。
条件式(3)の下限値を下回る場合、レンズ径が大きくなってしまうため、小型化が困難である。
条件式(3)に代えて、以下の条件式(3’)を満足することが好ましい。
0.4≦FG3s/Fim≦0.81 …(3’)
(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)は実施例1に係る内視鏡用対物光学系の通常観察状態のレンズ断面図である。(b)は実施例1に係る内視鏡用対物光学系の拡大観察状態のレンズ断面図である。
物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、を有する。
第1レンズ群G1は、物体側より順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズL1と、平行平板である赤外カットフィルターFと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ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、を有する。正レンズL3と負メニスカスレンズL4は接合されている。
第2レンズ群G2は、物体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、を有する。負メニスカスレンズL5と正メニスカスレンズL6とは接合されている。接合レンズは、光軸AX上を移動することにより合焦及び変倍を行っている。
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に明るさ絞りSが配置されている。明るさ絞りSは、第2レンズ群G2と一体となって移動する。
第3レンズ群G3は、像側に平面を向けた平凸正レンズL7と、両凸正レンズL8と、両凹負レンズL9と、像側に平面を向けた平凸正レンズL10と、を有する。正レンズL8と負レンズL9とは接合され接合レンズCLを構成する。正レンズL10は、カバーガラスCGを介して撮像素子IMGと接合されている。
本実施例は、通常観察から拡大観察までのFnoの変動は少ない。このため、各観察状態の光学系にて回折の影響を受けることなく、適切な被写界深度を確保している。
図3は、実施例1に係る内視鏡用対物光学系の、(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、(e)は拡大観察状態における球面収差(SA)、(f)は拡大観察状態における非点収差(AS)、(g)は拡大観察状態における歪曲収差(DT)、(h)は拡大観察状態における倍率色収差(CC)を示している。
なお、全ての実施例の収差図において、横軸は収差量を表している。球面収差、非点収差及び倍率色収差については、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、FIY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4(a)は実施例2に係る内視鏡用対物光学系の通常観察状態のレンズ断面図である。(b)は実施例2に係る内視鏡用対物光学系の拡大観察状態のレンズ断面図である。
物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群と、を有する。
第1レンズ群G1は、物体側より順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズL1と、平行平板である赤外カットフィルターFと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ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、を有する。正レンズL3と負メニスカスレンズL4は接合されている。
第2レンズ群G2は、物体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、を有する。負メニスカスレンズL5と正メニスカスレンズL6とは接合されている。接合レンズは、光軸AX上を移動することによりフォーカシングを行っている。
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に明るさ絞りSが配置されている。明るさ絞りSは、第2レンズ群G2と一体となって移動する。
第3レンズ群G3は、両凸正レンズL7と、両凸正レンズL8と、両凹負レンズL9と、像側に平面を向けた平凸正レンズL10と、を有する。正レンズL8と負レンズL9とは接合され接合レンズCLを構成する。正レンズL10は、カバーガラスCGを介して撮像素子IMGと接合されている。
本実施例は、通常観察から拡大観察までのFnoの変動は少ない。このため、各状態の光学系にて回折の影響を受けることなく、適切な被写界深度を確保している。
図5は、実施例2に係る内視鏡用対物光学系の、(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、(e)は拡大観察状態における球面収差(SA)、(f)は拡大観察状態における非点収差(AS)、(g)は拡大観察状態における歪曲収差(DT)、(h)は拡大観察状態における倍率色収差(CC)を示している。
(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6(a)は実施例3に係る内視鏡用対物光学系の通常観察状態のレンズ断面図である。(b)は実施例3に係る内視鏡用対物光学系の拡大観察状態のレンズ断面図である。
物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、を有する。
第1レンズ群G1は、物体側より順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズL1と、平行平板である赤外カットフィルターFと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ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、を有する。正レンズL3と負メニスカスレンズL4は接合されている。
第2レンズ群G2は、物体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、を有する。負メニスカスレンズL5と正メニスカスレンズL6とは接合されている。接合レンズは、光軸AX上を移動することによりフォーカシングを行っている。
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に明るさ絞りSが配置されている。明るさ絞りSは、第2レンズ群G2と一体となって移動する。
第3レンズ群G3は、像側に平面を向けた平凸正レンズL7と、両凸正レンズL8と、両凹負レンズL9と、像側に平面を向けた平凸正レンズL10と、を有する。正レンズL8と負レンズL9とは接合され接合レンズCLを構成する。正レンズL10は、カバーガラスCGを介して撮像素子IMGと接合されている。
本実施例は、通常観察から拡大観察までのFnoの変動は少ない。このため、各状態の光学系にて回折の影響を受けることなく、適切な被写界深度を確保している。
図7は、実施例3に係る内視鏡用対物光学系の、(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、(e)は拡大観察状態における球面収差(SA)、(f)は拡大観察状態における非点収差(AS)、(g)は拡大観察状態における歪曲収差(DT)、(h)は拡大観察状態における倍率色収差(CC)を示している。
(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8(a)は実施例4に係る内視鏡用対物光学系の通常観察状態のレンズ断面図である。(b)は実施例4に係る内視鏡用対物光学系の拡大観察状態のレンズ断面図である。
物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、を有する。
第1レンズ群G1は、物体側より順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズL1と、平行平板である赤外カットフィルターFと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ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、を有する。正レンズL3と負メニスカスレンズL4は接合されている。
第2レンズ群G2は、物体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、を有する。負メニスカスレンズL5と正メニスカスレンズL6とは接合されている。接合レンズは、光軸AX上を移動することによりフォーカシングを行っている。
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に明るさ絞りSが配置されている。明るさ絞りSは、第2レンズ群G2と一体となって移動する。
第3レンズ群G3は、両凸正レンズL7と、両凸正レンズL8と、両凹負レンズL9と、像側に平面を向けた平凸正レンズL10と、を有する。正レンズL8と負レンズL9とは接合され接合レンズCLを構成する。正レンズL10は、カバーガラスCGを介して撮像素子IMGと接合されている。
本実施例は、通常観察から拡大観察までのFnoの変動は少ない。このため、各状態の光学系にて回折の影響を受けることなく、適切な被写界深度を確保している。
図9は、実施例4に係る内視鏡用対物光学系の、(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、(e)は拡大観察状態における球面収差(SA)、(f)は拡大観察状態における非点収差(AS)、(g)は拡大観察状態における歪曲収差(DT)、(h)は拡大観察状態における倍率色収差(CC)を示している。
(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10(a)は実施例5に係る内視鏡用対物光学系の通常観察状態のレンズ断面図である。(b)は実施例5に係る内視鏡用対物光学系の拡大観察状態のレンズ断面図である。
物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、を有する。
第1レンズ群G1は、物体側より順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズL1と、平行平板である赤外カットフィルターFと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ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、を有する。正レンズL3と負メニスカスレンズL4は接合されている。
第2レンズ群G2は、物体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、を有する。負メニスカスレンズL5と正メニスカスレンズL6とは接合されている。接合レンズは、光軸AX上を移動することによりフォーカシングを行っている。
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に明るさ絞りSが配置されている。明るさ絞りSは、第2レンズ群G2と一体となって移動する。
第3レンズ群G3は、像側に平面を向けた平凸正レンズL7と、両凸正レンズL8と、両凹負レンズL9と、像側に平面を向けた平凸正レンズL10と、を有する。正レンズL8と負レンズL9とは接合され接合レンズCLを構成する。正レンズL10は、カバーガラスCGを介して撮像素子IMGと接合されている。
本実施例は、通常観察から拡大観察までのFnoの変動は少ない。このため、各状態の光学系にて回折の影響を受けることなく、適切な被写界深度を確保している。
図11は、実施例5に係る内視鏡用対物光学系の、(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、(e)は拡大観察状態における球面収差(SA)、(f)は拡大観察状態における非点収差(AS)、(g)は拡大観察状態における歪曲収差(DT)、(h)は拡大観察状態における倍率色収差(CC)を示している。
(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12(a)は実施例6に係る内視鏡用対物光学系の通常観察状態のレンズ断面図である。(b)は実施例6に係る内視鏡用対物光学系の拡大観察状態のレンズ断面図である。
物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、を有する。
第1レンズ群G1は、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズL1と、平行平板である赤外カットフィルターFと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2と、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、を有する。正メニスカスレンズL2と正メニスカスレンズL3は接合されている。正レンズL4と負メニスカスレンズL5は接合されている。
第2レンズ群G2は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL6と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL7と、を有する。負メニスカスレンズL6と正メニスカスレンズL7が接合されている。接合レンズは、光軸AX上を移動することによりフォーカシングを行っている。
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に明るさ絞りSが配置されている。明るさ絞りSは、第2レンズ群G2と一体となって移動する。
第3レンズ群G3は、両凸正レンズL8と、両凸正レンズL9と、両凹負レンズL10と、像面に平面を向けた平凸正レンズL11と、を有する。正レンズL9と負レンズL10は接合され接合レンズCLを構成する。正レンズL11は、カバーガラスCGを介して撮像素子IMGと接合されている。
本実施例は、通常観察から拡大観察までのFnoの変動は少ないため、各状態の光学系にて回折の影響を受けることなく、適切な被写界深度を確保している。
図13は、実施例6に係る内視鏡用対物光学系の、(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、(e)は拡大観察状態における球面収差(SA)、(f)は拡大観察状態における非点収差(AS)、(g)は拡大観察状態における歪曲収差(DT)、(h)は拡大観察状態における倍率色収差(CC)を示している。
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、視野角は全画角、FIYは像高、絞りは、明るさ絞りである。
数値実施例1
単位 mm

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.40 1.88815 40.76
2 1.483 1.10 1
3 ∞ 0.40 1.52291 65.12
4 ∞ 0.70 1
5 -3.831 3.20 1.58482 40.75
6 -3.314 0.05 1
7 3.553 1.20 1.51977 52.43
8 -3.798 0.40 1.93429 18.9
9 -8.101 可変 1
10(絞り) ∞ 0.05 1
11 4.483 0.40 1.88815 40.76
12 1.591 0.65 1.76859 26.52
13 2.662 可変 1
14 3.177 1.17 1.82017 46.62
15 ∞ 0.07 1
16 4.191 1.24 1.64129 55.38
17 -2.91 0.40 1.93429 18.9
18 4.614 0.50 1
19 2.5 1.25 1.51825 64.14
20 ∞ 0.01 1
21 ∞ 0.56 1.507 63.26
22(撮像面) ∞

各種データ
通常観察 拡大観察
焦点距離 1.03 1.13
Fno 2.93 2.81
物点距離 25.5 3.5
視野角 158.9 114.3
d9 0.15 1.26
d13 1.36 0.25
数値実施例2
単位 mm

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.3987 1.88815 40.76
2 1.3403 1.1327 1
3 ∞ 0.3987 1.52291 65.12
4 ∞ 0.2688 1
5 -7.1941 3.1248 1.58482 40.75
6 -2.5822 0.129 1
7 2.4734 0.9445 1.51977 52.43
8 -3.6346 0.398 1.93429 18.9
9 -31.5543 可変 1
10(絞り) ∞ 0.0464 1
11 9.3141 0.3983 1.88815 40.76
12 1.3126 0.5131 1.76859 26.52
13 3.0025 可変 1
14 3.3365 1.2687 1.82017 46.62
15 -17.2063 0.0787 1
16 2.9349 1.4375 1.62033 63.33
17 -2.5399 0.398 1.93429 18.9
18 6.1174 0.4997 1
19 4.1029 0.6539 1.51825 64.14
20 ∞ 0.0087 1
21 ∞ 0.5582 1.507 63.26
22(撮像面) ∞

各種データ
通常観察 拡大観察
焦点距離 1.046 1.194
Fno 2.916 2.880
物点距離 25.5 3.5
視野角 160.7 105.7
d9 0.157 0.944
d13 1.361 0.574
数値実施例3
単位 mm

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.3987 1.88815 40.76
2 1.6136 1.0249 1
3 ∞ 0.3987 1.52291 65.12
4 ∞ 1.1671 1
5 -3.0924 3.3124 1.58482 40.75
6 -3.1842 0.0478 1
7 3.7333 1.2121 1.51977 52.43
8 -3.7864 0.3987 1.93429 18.9
9 -8.9204 可変 1
10(絞り) ∞ 0.0515 1
11 2.9112 0.3987 1.88815 40.76
12 1.57 0.6459 1.76859 26.52
13 2.0432 可変 1
14 2.4753 1.3145 1.82017 46.62
15 ∞ 0.0146 1
16 13.7882 0.9887 1.64129 55.38
17 -2.1125 0.3987 1.93429 18.9
18 3.4976 0.3867 1
19 1.8587 0.7286 1.51825 64.14
20 ∞ 0.0087 1
21 ∞ 0.5582 1.507 63.26
22(撮像面) ∞

各種データ
通常観察 拡大観察
焦点距離 1.027 1.050
Fno 3.064 2.698
物点距離 25.5 3.5
視野角 153.3 122.0
d9 0.303 1.600
d13 1.361 0.063

数値実施例4
単位 mm

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.3987 1.88815 40.76
2 1.3612 1.0754 1
3 ∞ 0.3987 1.52291 65.12
4 ∞ 0.2133 1
5 -7.3645 3.1127 1.58482 40.75
6 -2.6177 0.0319 1
7 2.982 0.9393 1.51977 52.43
8 -3.7699 0.3987 1.93429 18.9
9 -19.4298 可変 1
10(絞り) ∞ 0.0479 1
11 6.7181 0.3677 1.88815 40.76
12 1.4433 0.6893 1.76859 26.52
13 3.2305 可変 1
14 3.1585 1.2458 1.82017 46.62
15 -15.8022 0.0409 1
16 3.0659 1.2737 1.62033 63.33
17 -2.4442 0.2091 1.93429 18.9
18 5.9192 0.4896 1
19 4.8014 0.6539 1.51825 64.14
20 ∞ 0.0087 1
21 ∞ 0.5582 1.507 63.26
22(撮像面) ∞

各種データ
通常観察 拡大観察
焦点距離 1.030 1.174
Fno 2.887 2.755
物点距離 25.5 3.5
視野角 161.0 102.7
d9 0.160 1.361
d13 1.361 0.160

数値実施例5
単位 mm

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.3987 1.88815 40.76
2 1.7991 1.2804 1
3 ∞ 0.3987 1.52291 65.12
4 ∞ 0.8748 1
5 -8.1303 3.4784 1.58482 40.75
6 -3.9099 0.0478 1
7 3.292 1.2121 1.51977 52.43
8 -4.1617 0.3987 1.93429 18.9
9 -10.5738 可変 1
10(絞り) ∞ 0.0515 1
11 4.0717 0.3987 1.88815 40.76
12 1.5839 0.6459 1.76859 26.52
13 2.3132 可変 1
14 2.841 0.9575 1.82017 46.62
15 ∞ 0.0797 1
16 3.1859 1.0246 1.64129 55.38
17 -2.7316 0.3987 1.93429 18.9
18 5.0598 0.4848 1
19 2.8252 0.6063 1.51825 64.14
20 ∞ 0.0087 1
21 ∞ 0.5582 1.507 63.26
22(撮像面) ∞

各種データ
通常観察 拡大観察
焦点距離 1.042 1.138
Fno 3.008 2.823
物点距離 25.5 3.5
視野角 160.5 111.1
d9 0.196 1.235
d13 1.361 0.322
数値実施例6
単位 mm

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.3987 1.88815 40.76
2 1.3597 0.7102 1
3 ∞ 0.3987 1.52291 65.12
4 ∞ 0.7245 1
5 -5.6713 1.5949 1.56279 37.10
6 -4.3402 1.558 1.64702 30.32
7 -2.6633 0.0617 1
8 2.8388 0.8198 1.51977 52.43
9 -3.7252 0.3976 1.93429 18.9
10 -43.0582 可変 1
11(絞り) ∞ 0.0469 1
12 6.1952 0.3982 1.88815 40.76
13 1.5945 0.5287 1.76859 26.52
14 3.2273 可変 1
15 3.4456 1.2681 1.82017 46.62
16 -14.6327 0.0784 1
17 3.7608 1.4039 1.62033 63.33
18 -2.5206 0.3988 1.93429 18.9
19 7.088 0.4943 1
20 3.5805 0.6539 1.51825 64.14
21 ∞ 0.0087 1
22 ∞ 0.5582 1.507 63.26
23(撮像面) ∞

各種データ
通常観察 拡大観察
焦点距離 1.008 1.144
Fno 3.082 2.965
物点距離 25.5 3.5
視野角 161.5 107.4
d10 0.158 1.394
d14 1.361 0.124

以下、各実施例の条件式対応値を示す。
条件式(1) Fim/FG3
条件式(2) FG3/F1
条件式(3) FG3s/Fim


条件式 実施例1 実施例2 実施例3
(1) 1.48 2.97 1.00
(2) -1.95 -1.77 -1.97
(3) 0.80 0.44 0.84

条件式 実施例4 実施例5 実施例6
(1) 3.44 2.01 2.38
(2) -1.76 -1.34 -1.89
(3) 0.36 0.64 0.51
なお、上述の内視鏡用光学系は、複数の構成を同時に満足してもよい。このようにすることが、良好な内視鏡用対物光学系を得る上で好ましい。また、好ましい構成の組み合わせは任意である。また、各条件式について、より限定した条件式の数値範囲の上限値あるいは下限値のみを限定しても構わない。
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、物体距離の変化に応じて拡大観察(近点観察)が可能であり、小型で十分な観察深度を確保でき、広角の視野角を有し、容易に病変の観察及び診断を行うことができる、高性能な内視鏡用対物光学系に有用である。
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
L1−L11 レンズ
S 明るさ絞り
CL 接合レンズ
AX 光軸
CG カバーガラス
F 赤外カットフィルタ−
IMG 撮像素子
I 撮像面

Claims (3)

  1. 物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群と、負屈折力の第2レンズ群と、正屈折力の第3レンズ群と、を有する内視鏡用対物光学系であって、
    前記正屈折力の第1レンズ群は、最も物体側に、負屈折力の単レンズからなる第1レンズを有し、
    前記正屈折力の第3レンズ群は、物体側から順に、正屈折力の単レンズと、接合レンズと、正屈折力の単レンズと、からなり、
    前記負屈折力の第2レンズ群が光軸上を移動することにより合焦及び変倍を行ない、
    前記正屈折力の第3レンズ群の最も像側の正屈折力の単レンズは撮像素子に接合されており、
    以下の条件式(1)を満足することを特徴とする内視鏡用対物光学系。
    1.0≦Fim/FG3≦3.5 ・・・(1)
    ここで、
    Fimは、前記撮像素子に接合された前記正屈折力の単レンズの焦点距離、
    FG3は、前記第3レンズ群の焦点距離、
    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に記載の内視鏡用対物光学系。
    −1.98≦FG3/F1≦−1.30 ・・・(2)
    ここで、
    FG3は、前記第3レンズ群の焦点距離、
    F1は、前記第1レンズの焦点距離、
    である。
  3. 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。
    0.35≦FG3s/Fim≦0.85 ・・・(3)
    ここで、
    FG3sは、前記第3レンズ群の最も物体側の前記正屈折力の単レンズの焦点距離、
    Fimは、前記撮像素子に接合された前記正屈折力の単レンズの焦点距離、
    である。
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