JP6995978B2 - 内視鏡用対物光学系、撮像装置、内視鏡及び内視鏡システム - Google Patents

内視鏡用対物光学系、撮像装置、内視鏡及び内視鏡システム Download PDF

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Description

本発明は、内視鏡用対物光学系に関する。特に、バックフォーカスの長い内視鏡用対物光学系に関する。バックフォーカスの長い内視鏡用対物光学系は、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好適である。
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、体腔内に挿入され内視鏡は、体腔内の画像を取得する。このように、医療用分野においての内視鏡は、観察部位の診断や治療に利用されている。
従来、対物光学系は、適切なＦｎｏ（Ｆナンバー）と適切なピント位置を設定することにより、近点から遠点までピントの合った画像を取得してきた。しかしながら、撮像素子の高画素化にともなって、被写界深度が狭くなる傾向になってきた。このことから、光学系の一部のレンズを移動させて、ピント位置を変化させるフォーカシング機能を搭載する構成がある。例えば、フォーカシング機能を有する対物光学系は、特許文献１、２に提案されている。
また、被写界深度を広くするために、他の構成の対物光学系も提案されている。この光学系では、光路内に偏光プリズムを配置して、光路を２つに分割する。撮像素子は、２つに分割された光により、遠点画像と近点画像を同時に取得する。そして、画像処理により、遠点画像と近点画像に基づいてピントの合った画像を合成する。これにより、対物光学系の被写界深度を広くできる。偏光プリズムを有する対物光学系は、非常に大きなバックフォーカスが必要となる。例えば、偏光プリズムを配置したバックフォーカスの大きい光学系は、特許文献３、４に提案されている。
特開２００８－１０７３９１号公報 特開２０１７－２１９７８３号公報 特許第５６０７２７８号公報 国際公開第２０１６／０６７８３８号
一般的に撮像素子の画素数を増やすことで高画質化が可能となる。しかしながら、高画素化に伴い、対物光学系の性能も上げないと十分な高画質化を達成できない。
一方、十分な長さのバックフォーカスを得るには、対物光学系の基本構成として、負群、正群のパワー配置のレトロフォーカスタイプに設定する必要がある。光路中にプリズムを配置する場合、バックフォーカスを非常に大きく取らなければならない。負群の屈折力、正群の屈折力を共に大きくして、主点位置に対してレンズ位置を大きく移動させなければならない。
医療用途の内視鏡の場合、挿入部の先端のレンズは、体内で臓器に接触する。このため、レンズを構成している材料が溶出したとき、人体に害を与えないように、安全性の高い硝材をレンズに使用する必要がある。そのため、最も物体側の第１レンズの選択肢は限られてしまう。この結果、色収差や像面湾曲等は十分に補正することができない。そのため、大きな屈折力の負群、正群の構成にすると、負群の残存収差が正群で拡大されてしまう。このため、光学性能を確保するのが難しくなってくる。
また、内視鏡を体内に挿入する時、人体が苦しくなく、さらに体内で小回りの効くようにするには、レンズ径や光学全長を小さくする必要がある。このように、大きなバックフォーカスを有し、かつ対物光学系の高性能化をするのは非常に困難であった。
特許文献１に記載の光学系は、光路内に１回反射のプリズムを置くスペースはある。しかしながら、バックフォーカスはまだ小さく、２光路分割のプリズムを置くことはできなかった。
特許文献２に記載の光学系は、負群は１枚の負レンズから構成されている。このため、負屈折力のレンズでの収差発生が大きく、高画素化に対しては課題があった。また、バックフォーカスも十分に取れていなかった。
特許文献３、４に記載の光学系は、バックフォーカスは十分にあり、光学収差も補正されている。しかしながら、これ以上の高画素化に対してさらに光学収差を補正するにはやや限界があった。
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、プリズムを配置できるバックフォーカスを確保しつつ、高画素化に対応できる高性能な内視鏡用対物光学系、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、少なくとも幾つかの実施形態に係る内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、負屈折力の第１群、正屈折力の第２群、正屈折力の第３群からなり、第１群と、第３群は、固定し、第２群は、移動し、第１群は、少なくとも２枚の負屈折力のレンズを有し、第３群は、物体側から順に、正屈折力の第３－１群、負屈折力の第３－２群、正屈折力の第３－３群、正屈折力の第３－４群から構成され、第３－１群、第３－２群、第３－３群、第３－４群は、それぞれ単レンズまたは接合レンズから構成され、
以下の条件式（１）’’’を満たすことを特徴とする。
１．５≦Ｂｋ／ｆ３≦６ （１）’’’
ここで、
Ｂｋは、前記第３群の最も像側の面から像面までの光軸に沿った距離、
ｆ３は、前記第３群の焦点距離、
である。
また、少なくとも幾つかの実施形態に係る撮像措置は、上述の内視鏡用対物光学系を有する。
また、少なくとも幾つかの実施形態に係る内視鏡は、上述の内視鏡用対物光学系を有する。
また、少なくとも幾つかの実施形態に係る内視鏡システムは、上述の内視鏡と画像処理装置を有する。
本発明によれば、プリズムを配置できるバックフォーカスを確保しつつ、高画素化に対応できる高性能な内視鏡用対物光学系、撮像装置、内視鏡及び内視鏡システムを提供することができる。
（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近接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近接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。 （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近接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。 （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近接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。 （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近接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。
以下に、実施形態に係る内視鏡用対物光学系、撮像装置、内視鏡及び内視鏡システム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。
（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。図１（ｂ）は実施形態に係る内視鏡用対物光学系の近接観察状態のレンズ断面図である。通常観察状態から近接観察状態では、第２群Ｇ２が像側へ移動する。
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、負屈折力の第１群Ｇ１、正屈折力の第２群Ｇ２、正屈折力の第３群Ｇ３からなる。第１群Ｇ１と、第３群Ｇ３は、固定し、第２群Ｇ２は、移動する。第１群Ｇ１は、少なくとも２枚の負屈折力のレンズを有し、第３群Ｇ３は、物体側から順に、正屈折力の第３－１群Ｇ３－１、負屈折力の第３－２群Ｇ３－２、正屈折力の第３－３群Ｇ３－３、正屈折力の第３－４群Ｇ３－４からなる。
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。大きなバックフォーカスを確保するため、基本的に物体側から負群と、正群のレトロフォーカス構成とする。さらに、負群と正群の間に、正群のフォーカシング群を配置し移動させることでピント合わせを行う。すなわち、本実施形態は、物体側から順に、負屈折力の第１群Ｇ１、正屈折力の第２群Ｇ２、正屈折力の第３群Ｇ３としている。
このとき大きなバックフォーカスを取るため、負屈折力の第１群Ｇ１、正屈折力の第３群Ｇ３の屈折力をともに大きくする必要がある。内視鏡の場合、レンズ径を小さくしなければならない。このため、光線高を下げるため明るさ絞りＳを、負屈折力の第１群Ｇ１、正屈折力の第３群Ｇ３の間に置くとすると、明るさ絞りＳの前後で屈折力のバランスがかなり非対称な構成になる。これにより、収差補正が非常に難しくなってしまう。
そこで、まず負屈折力の第１群Ｇ１には、負レンズを少なくとも２枚配置して、大きい屈折力を分散させ収差発生を抑えた構成としている。
しかしながら、前述したように負屈折力の第１群Ｇ１の収差補正には限界があるため、本実施形態では、第３群Ｇ３に注目し、第３群Ｇ３の収差補正の能力を上げることとした。そのため、第３群Ｇ３の最も物体側に正屈折力の第３－１群Ｇ３－１を配置し光線を収斂させて光線高を下げた後、その像側に負屈折力の第３－２群Ｇ３－２を配置して正群で発生する収差補正を行うようにしている。これにより、結像に寄与する正屈折力を第３－３群Ｇ３－３、第３－４群Ｇ３－４に分散させて屈折力が大きくなっても、収差発生の量を小さくできる。
このように構成することで、本実施形態は、大きな屈折力を確保しつつ、軸上色収差、倍率色収差を良好に補正できるようになり、また非点収差、コマ収差の発生も抑えることが可能である。
また、明るさ絞りＳを、第３－１群Ｇ３－１と第３－２群Ｇ３－２の間に配置すると、第３群Ｇ３内の光線高を下げられることができ、小型化できる。特に倍率色収差、非点収差がさらに良好に補正できる。
また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（１）を満たすことが好ましい。条件式（１）は、Ｂｋとｆ３の適切な比を規定している。バックフォーカスを確保するとき、第１群Ｇ１、第３群Ｇ３の屈折力を大きくする必要があるが、第１群Ｇ１での残存収差とのバランスを考慮した式である。
１≦Ｂｋ／ｆ３≦６ （１）
ここで、
Ｂｋは、第３群Ｇ３の最も像側の面から像面までの光軸に沿った距離、
ｆ３は、第３群Ｇ３の焦点距離、
である。
条件式（１）の上限値を上回ると、第３群Ｇ３の屈折力が大きくなりすぎて収差が補正しきれなくなり、性能が劣化してしまう。
条件式（１）の下限値を下回ると、バックフォーカスが短くなりすぎて偏光プリズムを配置できなくなってしまう。
なお、好ましくは、以下の条件式（１）‘を満たすことが良い。
１．２≦Ｂｋ／ｆ３≦５ （１）‘
なお、さらに好ましくは、以下の条件式（１）’’を満たすことがより良い。
１．５≦Ｂｋ／ｆ３≦４ （１）’’
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）を満たすことが好ましい。条件式（２）は、ｆ３１とｆ３の適切な比を規定している。第３－１群Ｇ３－１は、第３群Ｇ３の最も物体側に配置する。このため、極力、第３－１群Ｇ３－１で収差発生を抑えた方が望ましい。第３－１群Ｇ３－１は接合レンズＣＬ２で構成することが良い。
１．２≦ｆ３１／ｆ３≦５ （２）
ここで、
ｆ３１は、第３－１群Ｇ３－１の焦点距離、
ｆ３は、第３群Ｇ３の焦点距離、
である。
条件式（２）の上限値を上回ると、第３－１群Ｇ３－１の屈折力が小さくなりすぎて、軸上色収差、球面収差が補正不足になってしまう。
条件式（２）の下限値を下回ると、第３－１群Ｇ３－１の屈折力が大きくなりすぎて、軸上色収差、球面収差が補正過剰になってしまい、光学性能が劣化してしまう。
なお、好ましくは、以下の条件式（２）’を満たすことが良い。
１．３５≦ｆ３１／ｆ３≦５ （２）’
なお、さらに好ましくは、以下の条件式（２）’’を満たすことがより良い。
１．５≦ｆ３１／ｆ３≦４ （２）’’
また、本実施形態の好ましい態様によれば、第３－３群Ｇ３－３は、接合レンズからなり、以下の条件式（３）を満たすことが好ましい。条件式（３）は、ｆ３３とｆ３の適切な範囲を規定している。第３－３群Ｇ３－３は、結像に関わる正屈折力を有する。このため、特に色収差の発生を小さくした方が良い。したがって、第３－３群Ｇ３－３は、接合レンズＣＬ３で構成することが良い。
１≦ｆ３３／ｆ３≦５ （３）
ここで、
ｆ３３は、第３－３群Ｇ３－３の焦点距離、
ｆ３は、第３群Ｇ３の焦点距離、
である。
条件式（３）の上限値を上回ると、第３－３群Ｇ３－３の屈折力が小さくなりすぎて全長が大きくなったり、色収差が補正不足になってしまう。
条件式（３）の下限値を下回ると、屈折力が大きくなりすぎて球面収差、コマ収差が補正しきれなくなったり、色収差が補正過剰になってしまう。
なお、好ましくは、以下の条件式（３）’を満たすことが良い。
１．２≦ｆ３３／ｆ３≦４ （３）’
なお、さらに好ましくは、以下の条件式（３）’’を満たすことがより良い。
１．５≦ｆ３３／ｆ３≦３ （３）’’
また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（４）を満たすことが好ましい。条件式（４）は、ｆ３２とｆ３３４の適切な比を規定している。負屈折力の第３－２群Ｇ３－２は第３群Ｇ３内で唯一の負屈折力である。このため、第３－２群Ｇ３－２は、結像に関わる大きな屈折力を持つ第３－３群Ｇ３－３、第３－４群Ｇ３－４に対して適切に設定するのが好ましい。
－３０≦ｆ３２／ｆ３３４≦－１．５ （４）
ここで、
ｆ３３４は、第３－３群Ｇ３－３と第３－４群Ｇ３－４の合成焦点距離、
ｆ３２は、第３－２群Ｇ３－２の焦点距離、
である。
条件式（４）の上限値を上回ると、第３－２群Ｇ３－２の負屈折力が小さくなりすぎて球面収差、コマ収差、色収差等が補正不足になってしまうか、第３－３群Ｇ３－３と第３－４群Ｇ３－４の正屈折力が大きくなりすぎて球面収差、コマ収差が補正しきれなくなってしまう。
条件式（４）の下限値を下回ると、第３－２群Ｇ３－２の負屈折力が大きくなりすぎて球面収差、コマ収差、色収差が補正過剰になってしまうか、第３－３群Ｇ３－３と第３－４群Ｇ３－４の正屈折力が小さくなりすぎて、全長が大きくなってしまう。
なお、好ましくは、以下の条件式（４）’を満たすことが良い。
－２０≦ｆ３２／ｆ３３４≦－２ （４）’
なお、さらに好ましくは、以下の条件式（４）’’を満たすことがより良い。
－１５≦ｆ３２／ｆ３３４≦－２．５ （４）’’
また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（５）を満たすことが好ましい。条件式（５）は、ｆ３１とｆ３３の適切な比を規定している。負屈折力を挟んだ第３－１群Ｇ３－１と第３－３群Ｇ３－３の屈折力を適切に設定することにより、効果的に収差を補正することができる。
０．５≦ｆ３１／ｆ３３≦５ （５）
ここで、
ｆ３１は、第３－１群Ｇ３－１の焦点距離、
ｆ３３は、第３－３群Ｇ３－３の焦点距離、
である。
条件式（５）の上限値を上回ると、第３－３群Ｇ３－３の屈折力が相対的に大きくなりすぎてしまう。
また、条件式（５）の下限値を下回ると、第３－１群Ｇ３－１の屈折力が相対的に大きくなりすぎてしまい、ともに第３－２群Ｇ３－２の負屈折力では収差が補正しきれなくなり、球面収差、コマ収差、非点収差が悪化してしまう。
なお、好ましくは、以下の条件式（５）’を満たすことが良い。
０．６≦ｆ３１／ｆ３３≦３．５ （５）’
なお、さらに好ましくは、以下の条件式（５）’’を満たすことがより良い。
０．７≦ｆ３１／ｆ３３≦２．５ （５）’’
また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（６）を満たすことが好ましい。条件式（６）は、ｆ３３とｆ３４の適切な比を規定している。主に結像に関わる正屈折力を有する第３－３群Ｇ３－３と第３－４群Ｇ３－４は適切な屈折力のバランスを取るのが好ましい。
０．３≦ｆ３３／ｆ３４≦２．５ （６）
ここで、
ｆ３３は、第３－３群Ｇ３－３の焦点距離、
ｆ３４は、第３－４群Ｇ３－４の焦点距離、
である。
条件式（６）の上限値を上回ると、第３－３群Ｇ３－３の屈折力が大きくなり球面収差、軸上色収差が悪化してしまうか、第３－４群Ｇ３－４の屈折力が小さくなり画面周辺の非点収差が悪化してしまう。
条件式（６）の下限値を下回ると、第３－３群Ｇ３－３の屈折力が小さくなり全長が大きくなってしまうか、第３－４群Ｇ３－４の屈折力が大きくなり非点収差、倍率色収差が悪化してしまう。
なお、好ましくは、以下の条件式（６）’を満たすことが良い。
０．４≦ｆ３３／ｆ３４≦２ （６）’
なお、さらに好ましくは、以下の条件式（６）’’を満たすことがより良い。
０．５≦ｆ３３／ｆ３４≦１．５ （６）’’
また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（７）を満たすことが好ましい。条件式（７）は、ｆ３１とｆ１の適切な比を規定している。第１群Ｇ１の残存収差を補正するため、第３群Ｇ３の特に最も物体側に配置されている第３－１群Ｇ３－１の屈折力を適切に設定するのが好ましい。
－３０≦ｆ３１／ｆ１≦－３ （７）
ここで、
ｆ３１は、第３－１群Ｇ３－１の焦点距離、
ｆ１は、第１群Ｇ１の焦点距離、
である。
条件式（７）の上限値を上回ると、第１群Ｇ１の屈折力が小さくなりすぎてバックフォーカスが確保できなくなるか、第３－１群Ｇ３－１の屈折力が大きくなりすぎて球面収差、軸上色収差が補正過剰になってしまう。
条件式（７）の下限値を下回ると、第１群Ｇ１の屈折力が大きくなりすぎ収差全般が悪化してしまうか、第３－１群Ｇ３－１の屈折力が小さくなりすぎて球面収差、軸上色収差が補正不足になってしまう。
なお、好ましくは、以下の条件式（７）’を満たすことが良い。
－２５≦ｆ３１／ｆ１≦－３．５ （７）’
なお、さらに好ましくは、以下の条件式（７）’’を満たすことがより良い。
－２０≦ｆ３１／ｆ１≦－４ （７）’’
また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（８）を満たすことが好ましい。条件式（８）は、ｆ３３４とｆ１の適切な比を規定している。最も物体側の第１群Ｇ１と最も像側の第３－３群Ｇ３－３、第３－４群Ｇ３－４では画面周辺の光線高が高くなるのでコマ収差、非点収差が発生しており、これらの屈折力のバランスを取るのが好ましい。
－４≦ｆ３３４／ｆ１≦－１ （８）
ここで、
ｆ３３４は、第３－３群Ｇ３－３と第３－４群Ｇ３－４の合成焦点距離、
ｆ１は、第１群Ｇ１の焦点距離、
である。
条件式（８）の上限値を上回ると、第３－３群Ｇ３－３と第３－４群Ｇ３－４の屈折力が大きくなりすぎてコマ収差、非点収差が補正過剰になってしまうか、第１群Ｇ１の屈折力が小さくなりすぎて全長が大きくなってしまう。
条件式（８）の下限値を下回ると、第３－３群Ｇ３－３と第３－４群Ｇの３－４屈折力が小さくなりすぎてコマ収差、非点収差が補正不足になってしまうか、第１群Ｇ１の屈折力が大きくなりすぎて収差全般が悪化してしまう。
なお、好ましくは、以下の条件式（８）’を満たすことが良い。
－３．７≦ｆ３３４／ｆ１≦－１．２ （８）’
なお、さらに好ましくは、以下の条件式（８）’’を満たすことがより良い。
－３．５≦ｆ３３４／ｆ１≦－１．５ （８）’’
また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（９）を満たすことが好ましい。条件式（９）は、ｆ３２３とｆ３の適切な比を規定している。第３－２群Ｇ３－２の負屈折力と第３－３群Ｇ３－３の正屈折力は、結像に関わる正屈折力を保ちつつ、収差補正のために正屈折力と負屈折力のバランスをとっておく必要がある。
１≦ｆ３２３／ｆ３≦５ （９）
ここで、
ｆ３２３は、第３－２群Ｇ３－２と第３－３群Ｇ３－３の合成焦点距離、
ｆ３は、第３群Ｇ３の焦点距離
である。
条件式（９）の上限値を上回ると、第３－３群Ｇ３－３の正屈折力が小さくなりすぎて全長が大きくなってしまうか、第３－２群Ｇ３－２の負屈折力が大きくなりすぎて球面収差、コマ収差が補正過剰になってしまう。
条件式（９）の下限値を下回ると、第３－３群Ｇ３－３の正屈折力が大きくなりすぎてコマ収差、非点収差が悪化してしまうか、第３－４群Ｇ３－４の負屈折力が小さくなりすぎて球面収差、コマ収差が補正不足になってしまう。
なお、好ましくは、以下の条件式（９）’を満たすことが良い。
１．５≦ｆ３２３／ｆ３≦３．５ （９）’
なお、さらに好ましくは、以下の条件式（９）’’を満たすことがより良い。
２≦ｆ３２３／ｆ３≦４ （９）’’
以下、実施例について説明する。
（実施例１）
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近接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は、物体側から順に、負屈折力の第１群Ｇ１、正屈折力の第２群Ｇ２、正屈折力の第３群Ｇ３からなる。第１群Ｇ１、第３群Ｇ３は固定し、第２群Ｇ３は移動する。近接観察状態では、第２群Ｇ２が像側へ移動する。
負屈折力の第１群Ｇ１は、物体側から順に、平面を物体側に向けた平凹の第１負レンズＬ１、赤外カットフィルタＦ１、両凹の第２負レンズＬ２、両凸の第３正レンズＬ３を有している。また、第２負レンズＬ２と第３正レンズＬ３は接合され、合成焦点距離が負屈折力の接合レンズＣＬ１になっている。
正屈折力の第２群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた第４正メニスカスレンズＬ４を有している。通常観察状態から近接観察状態にピント合わせする際、像側に第４正メニスカスレンズＬ４を移動させている。
正屈折力の第３群Ｇ３は、物体側から順に両凸の第５正レンズＬ５、像側に凸面を向けた第６負メニスカスレンズＬ６、明るさ絞りＳ、物体側に凸面を向けた第７負メニスカスレンズＬ７、物体側に平面を向けた平凸の第８正レンズＬ８、像側に凸面を向けた第９負メニスカスレンズＬ９、両凸の第１０正レンズＬ１０を有する。また第５正レンズＬ５と第６負メニスカスレンズＬ６は接合され、合成焦点距離が正屈折力の接合レンズＣＬ２になっており、第８正レンズＬ８と第９負メニスカスレンズＬ９は接合され、合成焦点距離が正屈折力の接合レンズＣＬ３になっている。また、対物光学系の像側にはフィルタＦ２、Ｆ３とプリズムＰＲが配置されている。プリズムＰＲの像側面は、撮像面Ｉである。
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。
（実施例２）
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近接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は、物体側から順に、負屈折力の第１群Ｇ１、正屈折力の第２群Ｇ２、正屈折力の第３群Ｇ３からなる。第１群Ｇ１、第３群Ｇ３は固定し、第２群Ｇ２は移動する。近接観察状態では、第２群Ｇ２が像側へ移動する。
負屈折力の第１群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた第１負メニスカスレンズＬ１、赤外カットフィルタＦ１、両凹の第２負レンズＬ２、両凸の第３正レンズＬ３を有している。また、第２負レンズＬ２と第３正レンズＬ３は接合され、合成焦点距離が負屈折力の接合レンズＣＬ１になっている。
正屈折力の第２群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた第４正メニスカスレンズＬ４を有している。通常観察状態から近接観察状態にピント合わせする際、像側に第４正メニスカスレンズＬ４を移動させている。
正屈折力の第３群Ｇ３は、物体側から順に、両凸の第５正レンズＬ５、像側に凸面を向けた第６負メニスカスレンズＬ６、明るさ絞りＳ、物体側に凸面を向けた第７負メニスカスレンズＬ７、両凸の第８正レンズＬ８、像側に凸面を向けた第９負メニスカスレンズＬ９、両凸の第１０正レンズＬ１０を有する。また、第５正レンズＬ５と第６負メニスカスレンズＬ６は接合され、合成焦点距離が正屈折力の接合レンズＣＬ２になっており、第８正レンズと第９負メニスカスレンズは接合され、合成焦点距離が正屈折力の接合レンズＣＬ３になっている。また対物光学系の像側にはフィルタＦ２、Ｆ３とプリズムＰＲが配置されている。プリズムＰＲの像側面は、撮像面Ｉである。
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。
（実施例３）
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近接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は、物体側から順に、負屈折力の第１群Ｇ１、正屈折力の第２群Ｇ２、正屈折力の第３群Ｇ３からなる。第１群Ｇ１、第３群Ｇ３は固定し、第２群Ｇ２は移動する。近接観察状態では、第２群Ｇ２が像側へ移動する。
負屈折力の第１群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹の第１負レンズＬ１、赤外カットフィルタＦ１、両凹の第２負レンズＬ２、両凸の第３正レンズＬ３を有している。また、第２負レンズＬ２と第３正レンズＬ３は接合され、合成焦点距離が負屈折力の接合レンズＣＬ１になっている。
正屈折力の第２群Ｇ２は、物体側に凸を向けた第４正メニスカスレンズＬ４を有している。通常観察状態から近接観察状態にピント合わせする際、像側に第４正メニスカスレンズＬ４を移動させている。
正屈折力の第３群Ｇ３は、物体側から順に、両凸の第５正レンズＬ５、像側に凸面を向けた第６負メニスカスレンズＬ６、明るさ絞りＳ、両凹の第７負レンズＬ７、平凸の第８正レンズＬ８、像側に凸面を向けた第９負メニスカスレンズＬ９、両凸の第１０正レンズＬ１０を有する。また、第５正レンズＬ５と第６負メニスカスレンズＬ６は接合され、合成焦点距離が正屈折力の接合レンズＣＬ２になっており、第８正レンズＬ８と第９負メニスカスレンズＬ９は接合され、合成焦点距離が正屈折力の接合レンズＣＬ３になっている。また、対物光学系の像側にはフィルタＦ２、Ｆ３とプリズムＰＲが配置されている。プリズムＰＲの像側面は、撮像面Ｉである。
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。
（実施例４）
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近接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は、物体側から順に、負屈折力の第１群Ｇ１、正屈折力の第２群Ｇ２、正屈折力の第３群Ｇ３からなる。第１群Ｇ１、第３群Ｇ３は固定し、第２群Ｇ２は移動する。近接観察状態では、第２群Ｇ２が像側へ移動する。
負屈折力の第１群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹の第１負レンズＬ１、赤外カットフィルタＦ１、両凹の第２負レンズＬ２、両凸の第３正レンズＬ３を有している。また、第２負レンズＬ２と第３正レンズＬ３は接合され、合成焦点距離が負屈折力の接合レンズＣＬ１になっている。
正屈折力の第２群Ｇ２は、物体側に凸を向けた第４正メニスカスレンズＬ４を有している。通常観察状態から近接観察状態にピント合わせする際に像側に第４正メニスカスレンズＬ４を移動させている。
正屈折力の第３群Ｇ３は、物体側から順に、両凸の第５正レンズＬ５、像側に凸面をむけた第６負メニスカスレンズＬ６、明るさ絞りＳ、両凹の第７負レンズＬ７、物体側に平面を向けた平凸の第８正レンズＬ８、像側に凸面を向けた第９負メニスカスレンズＬ９、両凸の第１０正レンズＬ１０を有する。また、第５正レンズＬ５と第６負メニスカスレンズＬ６は接合され、合成焦点距離が正屈折力の接合レンズＣＬ２になっている。第８正レンズＬ８と第９負メニスカスレンズＬ９は接合され、合成焦点距離が正屈折力の接合レンズＣＬ３になっている。また、対物光学系の像側にはフィルタＦ２、Ｆ３とプリズムＰＲが配置されている。プリズムＰＲの像側面は、撮像面Ｉである。
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。
以下、数値実施例を示す。r1、r2、・・・はレンズ各面の曲率半径、d1、d2、・・・は各レンズの肉厚および面間隔、n1、n2、・・・は各レンズのe線に対する屈折率、ν1、ν2、・・・は各レンズのd線に対するアッベ数である。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 nd νd
1 ∞ 0.3067 1.88815 40.76
2 1.1919 0.5784
3 ∞ 0.2629 1.523 65.12
4 ∞ 0.2717
5 -2.1185 0.2805 1.88815 40.76
6 3.1475 0.7733 1.85504 23.78
7 -2.9912 可変0.3327～1.0978
8 1.5011 0.6092 1.48915 70.23
9 1.8088 可変1.2561～0.4911
10 3.2167 0.79 1.55098 45.79
11 -1.2143 0.2805 1.83945 42.73
12 -4.6985 0.0088
13(絞り) ∞ 0.0263
14 4.0633 0.2805 1.59667 35.31
15 2.949 0.1552
16 ∞ 0.6995 1.48915 70.23
17 -1.4477 0.2805 1.97189 17.47
18 -2.0892 0.0857
19 9.0328 0.4807 1.75844 52.32
20 -7.0245 0.3194
21 ∞ 0.1753 1.51825 64.14
22 ∞ 0.1516 1.51825 64.14
23 ∞ 0.1928
24 ∞ 5.1902 1.64129 55.38
25 ∞ 0
26(像面) ∞ 0

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
物体距離 20 2.35
Fno 4.45 4.48
ω 80.1° 79.8°
IH 1.0

d7 0.3327 1.0978
d9 1.2561 0.4911
数値実施例２
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 15.4934 0.3067 1.88815 40.7
2 1.0334 0.6223
3 ∞ 0.2629 1.523 65.12
4 ∞ 0.2279
5 -2.1616 0.2805 1.88815 40.76
6 1.6293 0.7353 1.85504 23.78
7 -4.3089 可変0.2743～0.6204
8 1.2585 0.6138 1.48915 70.23
9 1.7264 可変0.8169～0.4708
10 2.6012 0.75 1.55098 45.79
11 -0.923 0.2805 1.83945 42.73
12 -4.488 0.0088
13(絞り) ∞ 0.0263
14 2.4949 0.2805 1.59667 35.31
15 2.1237 0.1501
16 13.2768 0.9006 1.48915 70.23
17 -1.3281 0.2805 1.97189 17.47
18 -1.9322 0.0805
19 17.3989 0.4762 1.75844 52.32
20 -5.1127 0.2854
21 ∞ 0.1753 1.51825 64.14
22 ∞ 0.1516 1.51825 64.14
23 ∞ 0.1928
24 ∞ 5.1902 1.64129 55.38
25 ∞ 0
26(像面) ∞ 0

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
物体距離 12.5 2.5
Fno 4.27 4.27
ω 80.1° 80.0°
IH 1.0

d7 0.2743 0.6204
d9 0.8169 0.4708

数値実施例３
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.2453 1.88815 40.76
2 1.1884 0.5341
3 ∞ 0.2629 1.523 65.12
4 ∞ 0.2717
5 -2.5043 0.2805 1.88815 40.76
6 1.5899 0.7325 1.85504 23.78
7 -3.5377 可変0.1846～0.8664
8 1.3944 0.6181 1.48915 70.23
9 1.8293 可変1.0867～0.3905
10 7.7068 0.8528 1.55098 45.79
11 -0.8775 0.3067 2.01169 28.27
12 -1.6289 0.0213
13(絞り) ∞ 0.018
14 -19.4973 0.2805 1.59667 35.31
15 6.9441 0.1011
16 ∞ 0.9144 1.48915 70.23
17 -1.7532 0.2805 1.97189 17.47
18 -2.1584 0.0779
19 23.2447 0.4121 1.75844 52.32
20 -8.1625 0.3194
21 ∞ 0.1753 1.51825 64.14
22 ∞ 0.1516 1.51825 64.14
23 ∞ 0.1928
24 ∞ 5.1902 1.64129 55.38
25 ∞ 0
26(像面) ∞ 0

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
物体距離 20 2.35
Fno 4.52 4.52
ω 80.2° 80.1°
IH 1.0

d7 0.1846 0.8664
d9 1.0867 0.3905

数値実施例４
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.3067 1.88815 40.76
2 1.1773 0.5418
3 ∞ 0.2629 1.523 65.12
4 ∞ 0.2717
5 -2.2401 0.2805 1.88815 40.76
6 2.3995 0.7312 1.85504 23.78
7 -3.2507 可変0.1835～0.8572
8 1.3965 0.6212 1.48915 70.23
9 1.811 可変1.0822～0.3932
10 5.2485 0.8963 1.55098 45.79
11 -0.8874 0.2805 1.83945 42.73
12 -2.1995 0.0166
13(絞り) ∞ 0.0667
14 -28.6586 0.2805 1.59667 35.31
15 7.5342 0.0679
16 ∞ 0.8488 1.48915 70.23
17 -1.2219 0.2805 1.97189 17.47
18 -1.6691 0.0689
19 21.8432 0.3939 1.75844 52.32
20 -8.8864 0.3194
21 ∞ 0.1753 1.51825 64.14
22 ∞ 0.1516 1.51825 64.14
23 ∞ 0.1928
24 ∞ 5.1902 1.64129 55.38
25 ∞ 0
26(像面) ∞ 0

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
物体距離 20 2.35
Fno 4.37 4.38
ω 79.9° 80.1°
IH 1.0

d7 0.1835 0.8572
d9 1.0822 0.3932
次に、各実施例における条件式の値を以下に示す。
（１） Ｂｋ／ｆ３
（２） ｆ３１／ｆ３
（３） ｆ３３／ｆ３
（４） ｆ３２／ｆ３３４
（５） ｆ３１／ｆ３３
（６） ｆ３３／ｆ３４
（７） ｆ３１／ｆ１
（８） ｆ３３４／ｆ１
（９） ｆ３２３／ｆ３

条件式 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４
（１） 2.11 2.21 2.24 2.21
（２） 2.95 3.64 1.81 2.16
（３） 2.28 1.88 1.93 1.67
（４） -6.87 -12.66 -2.70 -3.39
（５） 1.30 1.94 0.94 1.30
（６） 1.23 0.97 0.65 0.54
（７） -6.39 -10.37 -3.91 -4.74
（８） -2.20 -2.76 -2.53 -2.37
（９） 3.25 2.25 3.70 2.56
なお、上述の内視鏡用対物光学系は、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、バックフォーカスを確保しつつ、高画素化に対応できる高性能な内視鏡用対物光学系、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群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｇ３－１ 第３－１群
Ｇ３－２ 第３－２群
Ｇ３－３ 第３－３群
Ｇ３－４ 第３－４群
ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３ 接合レンズ
Ｓ 明るさ絞り
Ｌ１－Ｌ１０ レンズ
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３ フィルター
ＰＲ プリズム
Ｉ 撮像面（像面）

Claims (12)

  1. 物体側から順に、負屈折力の第１群、正屈折力の第２群、正屈折力の第３群からなり、
    前記第１群と、前記第３群は、固定し、前記第２群は、移動し、
    前記第１群は、少なくとも２枚の負屈折力のレンズを有し、
    前記第３群は、物体側から順に、正屈折力の第３－１群、負屈折力の第３－２群、正屈折力の第３－３群、正屈折力の第３－４群から構成され、
    前記第３－１群、前記第３－２群、前記第３－３群、前記第３－４群は、それぞれ単レンズまたは接合レンズから構成され、
    以下の条件式（１）’’’を満たすことを特徴とする内視鏡用対物光学系。
    １．５≦Ｂｋ／ｆ３≦６ （１）’’’
    ここで、
    Ｂｋは、前記第３群の最も像側の面から像面までの光軸に沿った距離、
    ｆ３は、前記第３群の焦点距離、
    である。
  2. 前記第３－１群は接合レンズからなり、以下の条件式（２）を満たす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。
    １．２≦ｆ３１／ｆ３≦５ （２）
    ｆ３１は、前記第３－１群の焦点距離、
    ｆ３は、前記第３群の焦点距離、
    である。
  3. 前記第３－３群は、接合レンズからなり、以下の条件式（３）を満たす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≦ｆ３３／ｆ３≦５ （３）
    ｆ３３は、前記第３－３群の焦点距離、
    ｆ３は、前記第３群の焦点距離、
    である。
  4. 以下の条件式（４）を満たす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。
    －３０≦ｆ３２／ｆ３３４≦－１．５ （４）
    ここで、
    ｆ３３４は、前記第３－３群と前記第３－４群の合成焦点距離、
    ｆ３２は、前記第３－２群の焦点距離、
    である。
  5. 以下の条件式（５）を満たす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。
    ０．５≦ｆ３１／ｆ３３≦５ （５）
    ここで、
    ｆ３１は、前記第３－１群の焦点距離、
    ｆ３３は、前記第３－３群の焦点距離、
    である。
  6. 以下の条件式（６）を満たす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。
    ここで、
    ０．３≦ｆ３３／ｆ３４≦２．５ （６）
    ここで、
    ｆ３３は、前記第３－３群の焦点距離、
    ｆ３４は、前記第３－４群の焦点距離、
    である。
  7. 以下の条件式（７）を満たす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。
    －３０≦ｆ３１／ｆ１≦－３ （７）
    ここで、
    ｆ３１は、前記第３－１群の焦点距離、
    ｆ１は、前記第１群の焦点距離、
    である。
  8. 以下の条件式（８）を満たす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。
    －４≦ｆ３３４／ｆ１≦－１ （８）
    ここで、
    ｆ３３４は、前記第３－３群と前記第３－４群の合成焦点距離、
    ｆ１は、前記第１群の焦点距離、
    である。
  9. 以下の条件式（９）を満たす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≦ｆ３２３／ｆ３≦５ （９）
    ここで、
    ｆ３２３は、前記第３－２群と第３－３群の合成焦点距離、
    ｆ３は、前記第３群の焦点距離、
    である。
  10. 請求項１の内視鏡用対物光学系を有する撮像装置。
  11. 請求項１の内視鏡用対物光学系を有する内視鏡。
  12. 請求項１１の内視鏡と画像処理装置を有する内視鏡システム。
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