JP6899030B2

JP6899030B2 - 対物光学系、撮像装置、内視鏡、及び内視鏡システム

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Description

本発明は、内視鏡対物光学系に関する。

医療用内視鏡では、病変部の観察に、拡大観察が用いられる。病変部を拡大観察するためには、病変部を見つける必要がある。拡大観察では、従来の観察（以下、「通常観察」という）に比べて、観察範囲が狭い。そのため、拡大観察で病変部を見つけることは容易ではない。このようなことから、１つの対物光学系で、通常観察と拡大観察とができることが望ましい。

拡大観察では、対物光学系から物体位置までの距離（以下、「物体距離」という）は、例えば、２ｍｍ程度である。一方、通常観察では、物体距離は、２ｍｍよりもはるかに長い。

通常観察時の物体位置と対物光学系の合焦位置とが一致するように、光学系を構成すると、通常観察における物体像（以下、「通常像」という）は、ピントの合った像になる。

一方、拡大観察時の物体位置は、通常観察時の物体位置から離れている。また、拡大観察時の物体位置は、通常観察時の対物光学系の被写界深度に含まれない。そのため、通常像にピントが合った状態の光学系では、拡大観察における物体像（以下、「拡大像」という）は、ピントの合った像にはならない。

拡大観察でもピントの合った物体像を形成するためには、対物光学系に合焦機能を持たせれば良い。対物光学系が合焦機能を持つことで、通常像と拡大像の両方を、ピントの合った状態で形成することができる。

合焦機能を有する対物光学系が、特許文献１に開示されている。対物光学系は、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する前群と、フォーカシングレンズと、正の屈折力を有する後群と、からなる。合焦時、フォーカシングレンズが移動する。

特許第５６０７２７８号公報

特許文献１の対物光学系では、拡大観察時における倍率が大きいとは言い難い。また、バックフォーカスも十分に長いとは言い難い。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、バックフォーカスが長く、フォーカシング可能で、且つ、諸収差が良好に補正された対物光学系と、この対物光学系を備えた撮像装置、内視鏡、及び内視鏡システム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、
負屈折力の第１レンズ群と、
正屈折力の第２レンズ群と、
正屈折力の第３レンズ群と、からなり、
第２レンズ群は明るさ絞りを有すると共に、変倍時に移動し、
以下の条件式（１）、（３）、（４）を満足することを特徴とする。
１＜（Ｌb×ｆ3）／（Ｌf×ｆ12）＜９（１）
１＜｜ｆ1／ｆ3｜＜２０（３）
１＜｜ｆ1／ｆ2｜＜１４（４）
ここで、
Ｌbは、第３レンズ群の最も物体側の面から像面までの距離、
ｆ3は、第３レンズ群の焦点距離、
Ｌfは、第１レンズ群の最も物体側の面から第３レンズ群の最も物体側の面までの距離、
ｆ12は、広角端における第１レンズと第２レンズ群の合成焦点距離、
ｆ1は、第１レンズ群の焦点距離、
ｆ2は、第２レンズ群の焦点距離、
である。
また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る撮像装置と内視鏡は、上述の対物光学系を備えることを特徴とする。
また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る内視鏡システムは、上述の対物光学系と、画像処理装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、バックフォーカスが長く、フォーカシング可能で、且つ、諸収差が良好に補正された内視鏡対物光学系を提供することができる。

本実施形態の内視鏡対物光学系の具体的な構成と、プリズムの具体的な構成を示す断面図である。実施例１に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面図である。実施例１に係る内視鏡対物光学系の収差図である。実施例２に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面図である。実施例２に係る内視鏡対物光学系の収差図である。実施例３に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面図である。実施例３に係る内視鏡対物光学系の収差図である。実施例４に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面図である。実施例４に係る内視鏡対物光学系の収差図である。

以下に、本発明にかかる対物光学系の実施形態及び実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態及び実施例によりこの発明が限定されるものではない。以下の説明では、対物光学系の例として、内視鏡対物光学系が用いられている。

本実施形態に係る内視鏡対物光学系は、内視鏡観察において、一つの光学系で通常観察と拡大観察とを行うことができる。そのために、本実施形態に係る内視鏡対物光学系では、光学系を複数のレンズ群で構成すると共に、１つのレンズ群が光軸上を移動する。以下の説明では、便宜上、通常観察の状態を広角端とし、拡大観察の状態を望遠端とする。

本実施形態の内視鏡対物光学系は、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群と、正屈折力の第２レンズ群と、正屈折力の第３レンズ群と、からなり、第２レンズ群は明るさ絞りを有すると共に、変倍時に移動し、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
１＜（Ｌb×ｆ3）／（Ｌf×ｆ12）＜９（１）
ここで、
Ｌbは、第３レンズ群の最も物体側の面から像面までの距離、
ｆ3は、第３レンズ群の焦点距離、
Ｌfは、第１レンズ群の最も物体側の面から第３レンズ群の最も物体側の面までの距離、
ｆ12は、広角端における第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離、
である。

長いバックフォーカスを確保するためには、屈折力の並びを適切にすると共に、光路長のバランスを取ることが重要である。また、特にバックフォーカスの長い光学系では、非点収差の増大を抑えることが難しくなってくる。よって、非点収差を良好に補正することが重要である。

長いバックフォーカスの確保と、非点収差の良好な補正を実現するためには、内視鏡対物光学系を前群と後群に分けた場合、前群における屈折力と後群における屈折力を、共に正屈折力とすることが好ましい。また、前群における光路長と後群における光路長とのバランスを、適切にすることが好ましい。

本実施形態の内視鏡対物光学系は、前群を、負屈折力の第１レンズ群と正屈折力の第２レンズ群とで構成し、後群を正屈折力の第３レンズ群で構成している。このような構成を採用することにより、長いバックフォーカスを確保しながら、第１レンズ群と第２レンズ群とで発生した非点収差を、第３レンズ群で良好に補正することができる。

本実施形態の内視鏡対物光学系は、上述の構成を備えると共に、条件式（１）を満足する。条件式（１）を満足することで、非点収差を、更に良好に補正できる。

第３レンズ群の最も物体側の面から像面までの距離と、第１レンズ群の最も物体側の面から第３レンズ群の最も物体側の面までの距離は、共に空気換算しない場合の距離である。

値が条件式（１）の下限値を下回る場合、第３レンズ群の屈折力が大きくなりすぎる。そのため、非点収差の補正が過剰となるか、又は、バックフォーカスを十分に確保できない。

値が条件式（１）の上限値を上回る場合、第３レンズ群での非点収差の補正効果が弱くなるか、又は、第１レンズ群と第２レンズ群で大きな非点収差が発生してしまう。そのため、第３レンズ群での非点収差の補正が困難となる。また、バックフォーカスは確保できるが、確保量が過剰となる。

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。
１．５＜（Ｌb×ｆ3）／（Ｌf×ｆ12）＜６（１'）
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。
２＜（Ｌb×ｆ3）／（Ｌf×ｆ12）＜４（１''）

基本構成の具体的な構成例を説明する。図１は、本実施形態の内視鏡対物光学系の具体的な構成を示す断面図と、プリズムの具体的な構成を示す断面図である。図１（ａ）は内視鏡対物光学系の広角端における断面図、図１（ｂ）は内視鏡対物光学系の望遠端における断面図、（ｃ）はプリズムの断面図である。

内視鏡対物光学系は、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、で構成されている。第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に、明るさ絞りＳが配置されている。より詳しくは、明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に位置する面の近傍に配置されている。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の第１レンズＬ１と、負の第２レンズＬ２と、正の第３レンズＬ３と、負の第４レンズＬ４と、正の第５レンズＬ５と、正の第６レンズＬ６と、を有している。第２レンズＬ２と第３レンズＬ３は接合され、接合レンズＣＬ１を構成している。第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は接合され、接合レンズＣＬ２を構成している。

第２レンズ群Ｇ２は、正の第７レンズＬ７と、負の第８レンズＬ８と、を有している。第７レンズＬ７と第８レンズＬ８は接合され、接合レンズＣＬ３を構成している。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、負の第９レンズＬ９と、正の第１０レンズＬ１０と、負の第１１レンズＬ１１と、を有している。第１０レンズＬ１０と第１１レンズＬ１１は接合され、接合レンズＣＬ４を構成している。

第２レンズ群Ｇ２が移動することで、変倍が行われる。広角端から望遠端への変倍時、第２レンズ群Ｇ２は物体側に移動する。広角端では遠距離物体に合焦しているので、通常観察ができる。望遠端では近距離物体に合焦しているので、拡大観察ができる。明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２と共に移動する。

第３レンズ群Ｇ３の像側には、プリズムＰが配置されている。プリズムＰの像側には、撮像素子（不図示）が配置されている。プリズムＰの像側面は、像面Ｉになっている。撮像素子の撮像面は、プリズムＰの像側面と一致している。

撮像素子にカバーガラスが設けられている場合、プリズムＰの像側にカバーガラスが位置する。そして、カバーガラスの像側面が像面Ｉになる。よって、この場合、プリズムＰの厚みは、カバーガラスの厚みを考慮して決まる。

図１（ｃ）に示すように、プリズムＰは、第１のプリズムＰ１と、第２のプリズムＰ２と、で形成されている。第１のプリズムＰ１と第２のプリズムＰ２は、例えば、接合剤で接合されている。

内視鏡対物光学系から出射した光は、光軸ＡＸに沿って、第１のプリズムＰ１に入射する。第１のプリズムＰ１に入射した光のうち、一部の光は接合面で反射され、光路Ａに沿って進む。残りの光は接合面を通過して、光路Ｂに沿って進む。このように、プリズムＰでは、２つの光路が形成される。

光路Ａを進む光は、１／４波長板ＷＬを通過して、反射素子ＲＥＦに到達する。反射素子ＲＥＦに到達した光は、反射面Ｒｓ１で反射される。反射された光は、１／４波長板ＷＬ、第１のプリズムＰ１、接合面、第２のプリズムＰ２、及び平行平板ＧＣを通過して、像面Ｉに到達する。

光路Ｂを進む光は、第２のプリズムＰ２の反射面Ｒｓ２に到達する。反射面Ｒｓ２に到達した光は、反射面Ｒｓ２で反射される。反射された光は、第２のプリズムＰ２と平行平板ＧＣを通過して、像面Ｉに到達する。

像面Ｉの位置には、撮像素子ＩＭの撮像面が位置している。撮像面に対して、光路Ａの位置と光路Ｂの位置とが、並列に形成されている。よって、撮像面には、２つの光学像が並列に形成される。また、光路Ａの長さと光路Ｂの長さは、異なっている。よって、撮像面には、ピント位置が異なる２つの光学像が形成される。２つの光学像は、撮像素子ＩＭで撮像される。

撮像素子ＩＭによる撮像で、２つの光学像の画像を取得できる。２つの画像を合成することで、焦点深度の深い画像が得られる。

本実施形態の内視鏡対物光学系は、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
４＜ｆ3／ｆw＜２４（２）
ここで、
ｆ3は、第３レンズ群の焦点距離、
ｆwは、広角端における内視鏡対物光学系の焦点距離、
である。

バックフォーカスの十分な確保には、特に第３レンズ群の焦点距離が大きく寄与する。よって、第３レンズ群の焦点距離を適切にすることが重要になる。

値が条件式（２）の下限値を下回る場合、第３レンズ群の屈折力が大きくなる。そのため、バックフォーカスが、十分に確保できなくなってしまう。

値が条件式（２）の上限値を上回る場合、バックフォーカスが必要以上に長くなる。そのため、広角端での光学系の全長が長くなる。

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。
４．８＜ｆ3／ｆw＜１６（２'）
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。
５．５＜ｆ3／ｆw＜８（２''）

本実施形態の内視鏡対物光学系は、以下の条件式（３）、（４）を満足することが好ましい。
１＜｜ｆ1／ｆ3｜＜２０（３）
１＜｜ｆ1／ｆ2｜＜１４（４）
ここで、
ｆ1は、第１レンズ群の焦点距離、
ｆ2は、第２レンズ群の焦点距離、
ｆ3は、第３レンズ群の焦点距離、
である。

第１レンズ群で大きく発生した諸収差は、第２レンズ群と第３レンズ群で補正することになる。特に、第１レンズ群では、色収差が大きく発生する。そのため、軸上色収差に関しては、第１レンズ群の屈折力、第２レンズ群の屈折力、及び第３レンズ群の屈折力を適切に規定することが重要となる。

値が条件式（３）の下限値と条件式（４）の下限値を共に下回る場合、軸上色収差が十分に補正できない。そのため、結像性能が悪化する。

値が条件式（３）の上限値と条件式（４）の上限値を共に上回る場合、軸上色収差の補正が過剰になる。更に、軸上色収差以外の収差については、補正バランスが悪くなる。

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。
２＜｜ｆ1／ｆ3｜＜１０（３'）
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。
３＜｜ｆ1／ｆ3｜＜８（３''）

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。
２＜｜ｆ1／ｆ2｜＜７（４'）
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。
３＜｜ｆ1／ｆ2｜＜５（４''）

本実施形態の内視鏡対物光学系では、第１レンズ群は、少なくとも２つの接合レンズを含むことが好ましい。

第１レンズ群では、特に最も物体側に位置するレンズにより、大きな倍率色収差が発生する。第３レンズ群では、軸外光線の高さが高いので、第１レンズ群で発生した倍率色収差を、第３レンズ群で補正すれば良い。第１レンズ群で発生した倍率色収差が大きい場合、収差を良好に補正するためには、第３レンズ群の屈折力を大きくする必要がある。

しかしながら、バックフォーカスが長い光学系では、第３レンズ群の屈折力を大きくすると、第３レンズ群の外径が大きくなる。よって、第３レンズ群の屈折力を大きくすることは好ましくない。

そこで、本実施形態の内視鏡対物光学系では、第１レンズ群内に、少なくとも２つの接合レンズを配置している。このようにすると、１つの接合レンズを倍率色収差の補正に用い、もう一つの接合レンズを、倍率色収差の補正、非点収差の補正、及びコマ収差の補正に用いることができる。その結果、最も物体側に位置するレンズで発生した倍率色収差を良好に補正しつつ、他の収差も良好に補正できる。

本実施形態の内視鏡対物光学系では、第１レンズ群は、第１接合レンズと、第２接合レンズと、を有し、第１接合レンズは、最も物体側に位置し、第２接合レンズは、最も像側に位置し、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
０．２＜｜ｆc2／ｆc1｜＜６．０（５）
ここで、
ｆc1は、第１接合レンズの焦点距離、
ｆc2は、第２接合レンズの焦点距離、
である。

第１接合レンズは、第１レンズ群に含まれる接合レンズの中で、最も物体側に位置する接合レンズである。第２接合レンズは、第１レンズ群に含まれる接合レンズの中で、最も像側に位置する接合レンズである。よって、第１接合レンズの物体側や、第２接合レンズの像側に、単レンズが配置されていても良い。

値が条件式（５）の下限値を下回る場合、倍率色収差の補正が過剰になる。値が条件式（５）の上限値を上回る場合、倍率色収差を十分に補正できない。

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。
０．６＜｜ｆ1c1／ｆ1c2｜＜４．６（５'）
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。
１．４＜｜ｆ1c1／ｆ1c2｜＜３．０（５''）

本実施形態の内視鏡対物光学系は、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
２＜ｆ3／ｆt＜２０（６）
ここで、
ｆ3は、第３レンズ群の焦点距離、
ｆtは、望遠端における内視鏡対物光学系の焦点距離、
である。

本実施形態の内視鏡対物光学系では、第２レンズ群が移動することで、光学系全体の焦点距離が変化する。これにより、望遠端での結像性能、すなわち、拡大観察時の結像性能の向上を図っている。

ただし、望遠端での光学系全体の焦点距離が適切でないと、広角端における光学系の全長やバックフォーカスを、望遠端でも維持することが困難になる。無理に維持しようとすると、収差が悪化する。

値が条件式（６）の下限値を下回る場合、第３レンズ群の屈折力が大きくなる。そのため、バックフォーカスを十分に確保できない。値が条件式（６）の上限値を上回る場合、バックフォーカスが必要以上に長くなる。そのため、光学系の全長が長くなる。

条件式（６）に代えて、以下の条件式（６'）を満足することが好ましい。
３＜ｆ3／ｆt＜１５（６'）
条件式（６）に代えて、以下の条件式（６''）を満足することが好ましい。
４＜ｆ3／ｆt＜７（６''）

本実施形態の内視鏡対物光学系は、以下の条件式（７）、（８）を満足することが好ましい。
ｆ1／ｆw＜−３（７）
ｆ1／ｆt＜−２（８）
ここで、
ｆ1は、第１レンズ群の焦点距離、
ｆwは、広角端における内視鏡対物光学系の焦点距離、
ｆtは、望遠端における内視鏡対物光学系の焦点距離、
である。

焦点距離が変化することで、光学系の倍率が変化する。望遠端での倍率を高めると、拡大観察が容易になる。望遠端での倍率を高めるためには、第２レンズ群の屈折力を大きくすれば良い。

しかしながら、第２レンズ群の屈折力を大きくすると、諸収差の補正が困難になる。また、第２レンズ群における倍率感度が高くなる。この場合、例えば、変倍操作における操作性への影響が無視できなくなる。

光学系の倍率の変化には、第１レンズ群が関与している。そこで、第２レンズ群の屈折力は変えずに、第１レンズ群の屈折力を小さくする。このようにすると、第２レンズ群の屈折力が、相対的に大きくなる。その結果、望遠端での倍率を高められる。

また、第２レンズ群の屈折力は変っていないので、諸収差の良好な補正と、変倍操作における良好な操作性を維持できる。

値が条件式（７）の上限値と条件式（８）の上限値を共に上回る場合、第１レンズ群の屈折力が大きくなる。そのため、第１レンズ群内における収差の発生量が大きくなる。

また、この場合、第２レンズ群の屈折力に対して、第１レンズ群の屈折力が小さくならないので、望遠端での倍率が高められない。望遠端での倍率を高めるためには、第２レンズ群の移動量を大きくしなくてはならない。

しかしながら、第２レンズ群の移動量を大きくすると、第１レンズ群で発生した大きな収差が、第２レンズ群で更に拡大されてしまう。このように、第２レンズ群の移動量を大きくできないので、望遠端での倍率を高められない。

条件式（７）に代えて、以下の条件式（７'）を満足することが好ましい。
ｆ1／ｆw＜−６（７'）
条件式（７）に代えて、以下の条件式（７''）を満足することが好ましい。
ｆ1／ｆw＜−１２（7''）

条件式（８）に代えて、以下の条件式（８'）を満足することが好ましい。
ｆ1／ｆt＜−４（８'）
条件式（８）に代えて、以下の条件式（８''）を満足することが好ましい。
ｆ1／ｆt＜−８（８''）

本実施形態の内視鏡対物光学系では、第３レンズ群は、負のメニスカスレンズと、第３接合レンズと、からなることが好ましい。

バックフォーカスの長い光学系では、第３レンズ群におけるレンズの枚数やレンズの配置は限られてしまう。そのため、第３レンズ群では、少ない枚数のレンズを適切に配置することで、高い結像性能を出さなければならない。

本実施形態の内視鏡対物光学系では、負のメニスカスレンズで、コマ収差と軸上色収差を補正し、第３接合レンズで、倍率の色収差を補正している。このようにすることで、少ない枚数のレンズで、高い結像性能を維持できる。

本実施形態の内視鏡対物光学系は、以下の条件式（９）を満足することが好ましい。
０．４＜｜ｆ3M／ｆc3｜＜４．０（９）
ここで、
ｆ3Mは、負のメニスカスレンズの焦点距離、
ｆc3は、第３接合レンズの焦点距離、
である。

値が条件式（９）の下限値を下回る場合、負のメニスカスレンズの屈折力が大きくなる。そのため、コマ収差の補正が過剰になり、倍率色収差の補正が不足する。値が条件式（９）の上限値を上回る場合、負のメニスカスレンズの屈折力が小さくなる。そのため、コマ収差の補正が不足し、倍率色収差の補正が過剰になる。

条件式（９）に代えて、以下の条件式（９'）を満足することが好ましい。
０．７＜｜ｆ3M／ｆ3S｜＜３．０（９'）

条件式（９）に代えて、以下の条件式（９''）を満足することが好ましい。
０．９＜｜ｆ3M／ｆ3S｜＜１．６（９''）

以下に、対物光学系の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

各実施例のレンズ断面図について説明する。（ａ）は広角端における断面図、（ｂ）は望遠端における断面図である。

第１レンズ群はＧ１、第２レンズ群はＧ２、第３レンズ群はＧ３、明るさ絞りはＳ、プリズムはＰ、像面（撮像面）はＩで示してある。

各実施例の収差図について説明する。収差図は、広角端における収差図、望遠端における収差図の順に示している。広角端における収差図では、（ａ）は球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。望遠端における収差図では、（ｅ）は球面収差（ＳＡ）、（ｆ）は非点収差（ＡＳ）、（ｇ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｈ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。

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、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、ＦＮＯはＦナンバー、ＦＩＹは像高で、単位はｍｍ（ミリメートル）、である。また、収差曲線の波長の単位はｎｍである。

（実施例１）
実施例１に係る内視鏡対物光学系について説明する。実施例１の内視鏡対物光学系は、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、を有する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側が平面である平凹負レンズＬ１と、両凹負レンズＬ２と、両凸正レンズＬ３と、両凹負レンズＬ４と、両凸正レンズＬ５と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、を有する。ここで、両凹負レンズＬ２と両凸正レンズＬ３とで、接合レンズを形成している。両凹負レンズＬ４と両凸正レンズＬ５とで、接合レンズを形成している。

第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズＬ７と、像側が平面である平凹負レンズＬ８と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ７と平凹負レンズＬ８とで、接合レンズを形成している。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９と、両凸正レンズＬ１０と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ１０と負メニスカスレンズＬ１１とで、接合レンズを形成している。

明るさ絞りＳは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に配置されている。より詳しくは、明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に位置する面の近傍に配置されている。

変倍時、第２レンズ群Ｇ２が移動する。広角端から望遠端への変倍時、第２レンズ群Ｇ２は物体側に移動する。広角端では遠距離物体に合焦しているので、通常観察ができる。望遠端では近距離物体に合焦しているので、拡大観察ができる。明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２と共に移動する。

第３レンズ群Ｇ３の像側には、プリズムＰが配置されている。

（実施例２）
実施例２に係る内視鏡対物光学系について説明する。実施例２の内視鏡対物光学系は、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、を有する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側が平面である平凹負レンズＬ１と、物体側が平面である平凹負レンズＬ２と、両凹負レンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、を有する。ここで、両凹負レンズＬ３と両凸正レンズＬ４とで、接合レンズを形成している。正メニスカスレンズＬ５と負メニスカスレンズＬ６とで、接合レンズを形成している。

明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に配置されている。より詳しくは、明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２の最も像側に位置する面の近傍に配置されている。

（実施例３）
実施例３に係る内視鏡対物光学系について説明する。実施例３の内視鏡対物光学系は、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、を有する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側が平面である平凹負レンズＬ１と、両凹負レンズＬ２と、両凸正レンズＬ３と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ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。ここで、両凹負レンズＬ２と両凸正レンズＬ３とで、接合レンズを形成している。正メニスカスレンズＬ４と負メニスカスレンズＬ５とで、接合レンズを形成している。

第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズＬ６と、両凹負レンズＬ７と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ６と両凹負レンズＬ７とで、接合レンズを形成している。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ９と負メニスカスレンズＬ１０とで、接合レンズを形成している。

（実施例４）
実施例４に係る内視鏡対物光学系について説明する。実施例４の内視鏡対物光学系は、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、を有する。

第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズＬ６と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ６と負メニスカスレンズＬ７とで、接合レンズを形成している。

第３レンズ群Ｇ３は、両凹負レンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、物体側が平面である平凸正レンズＬ１１と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ９と負メニスカスレンズＬ１０とで、接合レンズを形成している。

以下に、上記各実施例の数値データを示す。面データにおいて、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｄは各レンズのｄ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数である。絞りは明るさ絞りである。

ズームデータにおいて、ＷＥは広角端、ＴＥは望遠端、ｆはｄ線における焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、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 nd νd
物体面 ∞ 可変
1 ∞ 0.307 1.88300 40.76
2 1.3507 0.7487
3 -5.3426 0.307 1.88300 40.76
4 2.1305 1.1027 1.48749 70.23
5 -2.5097 0.3947
6 -7.6146 0.3688 1.88300 40.76
7 1.7945 1.1137 1.80518 25.42
8 -4.539 0.6058
9 -3.721 0.5702 1.48749 70.23
10 -2.1761 可変
11(絞り) ∞ 0
12 2.4496 0.4386 1.48749 70.23
13 -3.239 0.2807 1.74077 27.79
14 ∞ 可変
15 4.5474 0.2807 1.81600 46.62
16 1.5642 0.1986
17 2.139 1.2632 1.51742 52.43
18 -1.4887 0.2807 1.95906 17.47
19 -1.9433 0.7334
20 ∞ 5.2193 1.63854 55.38
21 ∞ 0
像面 ∞

ズームデータ
ＷＥＴＥ
ｆ 0.97 1.11
Ｆｎｏ 3.999 4.509
ＩＨ 1.00
d0 17.5 1.75
d10 1.92279 0.6070
d14 0.21050 1.52629

数値実施例２
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 可変
1 ∞ 0.3067 1.88300 40.76
2 1.2846 0.4908
3 ∞ 0.3067 1.88300 40.76
4 2.8066 0.7535
5 -6.0044 0.2461 1.88300 40.76
6 2.0069 0.829 1.80518 25.42
7 -3.0353 1.25
8 -7.3199 0.5043 1.48749 70.23
9 -1.9686 0.2805 1.75500 52.32
10 -2.3069 可変
11 2.5702 0.4382 1.48749 70.23
12 -3.62 0.2805 1.74077 27.79
13 ∞ 0.0222
14(絞り) ∞ 可変
15 3.7407 0.2805 1.88300 40.76
16 1.6285 0.2
17 2.2311 0.9938 1.51742 52.43
18 -1.8819 0.2805 1.95906 17.47
19 -2.327 0.7326
20 ∞ 5.2147 1.63854 55.38
21 ∞ 0
像面 ∞

ズームデータ
ＷＥＴＥ
ｆ 0.93 1.05
Ｆｎｏ 3.998 4.454
ＩＨ 1.00
d0 17.5 1.75
d10 1.53814 0.2235
d14 0.18400 1.49864

数値実施例３
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 可変
1 ∞ 0.3681 1.88300 40.76
2 1.2615 1.2912
3 -2.2203 0.3205 1.88300 40.76
4 2.4126 1.0395 1.80518 25.42
5 -2.894 1.5151
6 -5.9112 0.6278 1.51633 64.14
7 -2.6222 0.3366 1.88300 40.76
8 -2.7053 可変
9(絞り) ∞ 0
10 2.6146 0.4196 1.48749 70.23
11 -3.4652 0.3366 1.74077 27.79
12 433.6892 可変
13 12.354 0.3366 1.48749 70.23
14 2.0603 0.2092
15 3.0328 0.9456 1.51742 52.43
16 -2.7662 0.3366 1.95906 17.47
17 -3.592 1.0222
18 ∞ 6.2581 1.51633 64.14
19 ∞ 0
像面 ∞

ズームデータ
ＷＥＴＥ
ｆ 1.18 1.35
Ｆｎｏ 4.668 5.144
ＩＨ 1.20
d0 20 2.1
d8 1.89287 0.31520
d12 0.25250 1.83017

数値実施例４
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 可変
1 ∞ 0.31 1.88300 40.76
2 1.185 1.4966
3 -2.5987 0.2782 1.88300 40.76
4 1.8543 0.8726 1.80518 25.42
5 -3.1589 0.4373
6 -4.4343 0.5238 1.51633 64.14
7 -2.0077 0.2805 1.88300 40.76
8 -2.1264 可変
9(絞り) ∞ 0
10 2.2209 0.4113 1.48749 70.23
11 -2.6888 0.2805 1.74077 27.79
12 -16.1353 可変
13 -9.7228 0.2805 1.48749 70.23
14 1.9879 0.1414
15 2.9777 0.7659 1.51742 52.43
16 -1.6381 0.2805 1.95906 17.47
17 -2.4236 0.0542
18 ∞ 0.2828 1.74400 44.78
19 -8.2626 0.6812
20 ∞ 5.2147 1.63854 55.38
21 ∞ 0
像面 ∞

ズームデータ
ＷＥＴＥ
ｆ 0.98 1.17
Ｆｎｏ 4.433 5.034
ＩＨ 1.00
d0 17.3 1.75
d8 1.57194 0.25730
d12 0.21030 1.52494

各実施例における条件式の値を以下に掲げる。なお、−（ハイフン）は該当する構成がないことを示す。
実施例１実施例２実施例３実施例４
(1)(Lb×f3)
/(Lf×f12) 3.0 3.6 5.0 4.5
(2)f3/fw 6.1 6.9 8.3 6.7
(3)|f1/f3| 4.0 2.6 1.0 0.9
(4)|f1/f2| 3.0 2.1 1.1 1.0
(5)|fc2/fc1| 2.7 0.8 0.6 0.5
(6)f3/ft 5.4 6.1 7.3 5.6
(7)f1/fw -24.7 -18.3 -8.3 -6.1
(8)f1/ft -21.7 -16.2 -7.2 -5.1
(9)|f3M/fc3| 1.2 1.3 1.4 -

パラメータの値を以下に掲げる。
実施例１実施例２実施例３実施例４
Lb 7.98 7.70 9.11 7.70
f3 5.93 6.46 9.85 6.55
Lf 8.37 7.43 8.40 6.67
f12 1.91 1.87 2.12 1.70
fw 0.97 0.93 1.18 0.98
f1 -23.96 -17.07 -9.77 -5.90
f2 7.97 8.09 8.65 5.77
fc1 -9.51 9.39 -15.19 -14.52
fc2 25.87 7.15 8.37 6.92
ft 1.11 1.05 1.35 1.17
f3M -3.05 -3.48 -5.13 -3.36
fc3 2.51 2.63 3.77 3.41

以上のように、本発明は、バックフォーカスが長く、フォーカシング可能で、且つ、諸収差が良好に補正された対物光学系と、この対物光学系を備えた撮像装置、内視鏡、及び内視鏡システムに適している。

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
ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＣＬ４接合レンズ
Ｓ明るさ絞り
Ｉ像面
ＡＸ光軸
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２プリズム
Ａ、Ｂ光路
ＷＬ１／４波長板
ＲＥＦ反射素子
Ｒｓ１、Ｒｓ２反射面
ＩＭ撮像素子
ＧＣ平行平板

Claims

物体側から順に、
負屈折力の第１レンズ群と、
正屈折力の第２レンズ群と、
正屈折力の第３レンズ群と、からなり、
前記第２レンズ群は明るさ絞りを有すると共に、変倍時に移動し、
以下の条件式（１）、（３）、（４）を満足することを特徴とする対物光学系。
１＜（Ｌb×ｆ3）／（Ｌf×ｆ12）＜９（１）
１＜｜ｆ1／ｆ3｜＜２０（３）
１＜｜ｆ1／ｆ2｜＜１４（４）
ここで、
Ｌbは、前記第３レンズ群の最も物体側の面から像面までの距離、
ｆ3は、前記第３レンズ群の焦点距離、
Ｌfは、前記第１レンズ群の最も物体側の面から前記第３レンズ群の最も物体側の面までの距離、
ｆ12は、広角端における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の合成焦点距離、
ｆ1は、前記第１レンズ群の焦点距離、
ｆ2は、前記第２レンズ群の焦点距離、
である。
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。
４＜ｆ3／ｆw＜２４（２）
ここで、
ｆ3は、前記第３レンズ群の焦点距離、
ｆwは、広角端における前記対物光学系の焦点距離、
である。
前記第１レンズ群は、少なくとも２つの接合レンズを含むことを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
前記第１レンズ群は、第１接合レンズと、第２接合レンズと、を有し、
前記第１接合レンズは、最も物体側に位置し、
前記第２接合レンズは、最も像側に位置し、
以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項３に記載の対物光学系。
０．２＜｜ｆc2／ｆc1｜＜６．０（５）
ここで、
ｆc1は、前記第１接合レンズの焦点距離、
ｆc2は、前記第２接合レンズの焦点距離、
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に記載の対物光学系。
２＜ｆ3／ｆt＜２０（６）
ここで、
ｆ3は、前記第３レンズ群の焦点距離、
ｆtは、望遠端における前記対物光学系の焦点距離、
である。
以下の条件式（７）、（８）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。
ｆ1／ｆw＜−３（７）
ｆ1／ｆt＜−２（８）
ここで、
ｆ1は、前記第１レンズ群の焦点距離、
ｆwは、広角端における前記対物光学系の焦点距離、
ｆtは、望遠端における前記対物光学系の焦点距離、
である。
前記第３レンズ群は、負のメニスカスレンズと、第３接合レンズと、からなることを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
以下の条件式（９）を満足することを特徴とする請求項７に記載の対物光学系。
０．４＜｜ｆ3M／ｆc3｜＜４．０（９）
ここで、
ｆ3Mは、前記負のメニスカスレンズの焦点距離、
ｆc3は、前記第３接合レンズの焦点距離、
である。
請求項１に記載の対物光学系を有することを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の対物光学系を有することを特徴とする内視鏡。
請求項１に記載の対物光学系と、画像処理装置と、を有することを特徴とする内視鏡システム。