JP7104854B2

JP7104854B2 - 内視鏡対物光学系及び内視鏡

Info

Publication number: JP7104854B2
Application number: JP2021513093A
Authority: JP
Inventors: 欣洋高橋
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2022-07-21
Anticipated expiration: 2039-04-10
Also published as: US20220026702A1; WO2020208748A1; JPWO2020208748A1

Description

本発明は、対物光学系に関するものである。特に医療用分野や工業用分野などで用いられる内視鏡対物光学系に関する。

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、体腔内に挿入された内視鏡により、体腔内の様々な部位の画像が得られる。取得した画像を用いて観察部位の診断、例えばスクリーニングと精査、及び処置、例えば治療が行われる。

内視鏡対物光学系は、Ｆナンバーとピント位置を適切に設定することにより、体腔内の観察に適した被写界深度を確保している。また、内視鏡は、患者への低浸襲性を確保すること、診断精度を向上すること及び処置性を向上することが望ましい。この点から、内視鏡先端の挿入部を小型化しつつ観察画像の高画質化が求められている。

小型な内視鏡対物光学系は、例えば以下の特許文献１から７に提案されている。

特開平１０－０１０４２５号公報特開２００９－２５８６５９号公報特開平５－１５０１７２号公報特開２００６－５１１３２号公報国際公開第２０１６／２０８３６７号国際公開第２０１３／０７７１３９号国際公開第２０１８／０４２７９７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である。しかしながら、単純に画素数を増やすと撮像素子面における像高が大きくなってしまう。そのため、光学系も大きくなり、小型化が困難となる。そこで、撮像素子サイズを維持したまま、画素ピッチを小さくすることで小型化を保ちつつ高画質化する方法が採られることが多い。

画素ピッチを小さくした場合、光学系に求められる許容錯乱円も小さくなる。許容錯乱円の大きさは、回折の影響を強く受ける。回折による画質劣化を回避するため、Ｆナンバーが小さく明るい光学系にする必要がある。一般的にＦナンバーが小さい光学系では、収差補正が困難である。従って、レンズ枚数を増やして光学系を構成すること等に起因して、光学系が大型化してしまう傾向にある。

このように、撮像素子サイズを変えずに、画素ピッチを小さくする場合、単純には小型化と高画質化の両立を達成できない。さらに、許容錯乱円が小さくなること、及び光学系のＦナンバーが小さくなることにより、光学系の製造誤差に対して光学性能が劣化しやすくなってしまう。特に、ピント位置がばらつくと観察に適した被写界深度が十分に確保できなくなる。そのため、ピント位置調整を高精度で行う必要が生じる。

さらに、近年では撮像素子サイズそのものが小型化している。画素数を維持したまま、画素ピッチを小さくして撮像素子サイズを小さくしていくと、レンズが光軸と垂直方向に偏心した際、画角の非対称性が発生しやすくなる。

画角の非対称性が発生すると、先端レンズ面の入射角が大きくなり、レンズ面における光線の全反射によって画像周辺部にケラレが生じてしまう。そこで、画角の非対称性を抑制するため、内視鏡対物光学系の組立時に、光軸と撮像素子中心の位置合わせを行うことが多い。特に、１６０°程度の広角な内視鏡対物光学系では、光軸と撮像素子中心の位置合わせを高精度で行わなければならない。

また、内視鏡対物光学系では、樽型のディストーションを発生させることで、画像中心部の光学倍率を上げて画像周辺部の像を歪ませている。そのため、製造誤差でレンズ位置が光軸方向にばらつくと、光学倍率が変動して画角のばらつきが発生してしまう。

これを回避するため、光学系組立時に、レンズまたは鏡枠を光軸方向に移動することで、画角調整を行うことがある。特に、１６０°程度の広角な内視鏡対物光学系では、画角の製造誤差感度が高いため、画角調整を高精度で行わなければならない。「製造誤差感度」とは、光学系を組み立てる時、部材の位置ずれによる画角のばらつき、ピント位置のばらつき等の光学性能に寄与する度合いをいう。例えば画角の製造誤差感度が高いとは、光学系を組み立てる時、レンズ等の位置決め精度が画角に与える影響が大きいことをいう。

さらに、光学性能が良好になることを目的として、光学系組立時に高精度に光学調整を行った場合でも、光学調整後の製造誤差、例えば、鏡枠を接着固定した際の接着剤の硬化収縮等によって光学性能が劣化してしまう問題がある。

以上、述べたように、小型で高画質かつ広角な内視鏡対物光学系では、製造誤差による光学性能の劣化の低減が必要となる。

特許文献１に記載の内視鏡対物光学系は、負の第１レンズと、開口絞りと、正の後群と、から構成される。後群の接合レンズ厚を小さくし、レンズ全長を短縮化した構成が提案されている。しかし、開口絞り前後の屈折力配置が非対称であるため、収差補正が困難な構成である。また、画角が１２０°程度と狭く、観察部位の診断には不向きである。

特許文献２から４に記載の内視鏡対物光学系は、開口絞りを挟んで、前群と後群の屈折力の配置が対称であるため、諸収差の補正は良好である。しかし、特許文献２に記載の内視鏡対物光学系は、画角が１００°程度と狭く、観察部位の診断には十分とはいえない。また、特許文献３、４に記載の内視鏡対物光学系は、製造誤差の影響低減については考慮されていない。

特許文献５に記載の内視鏡対物光学系は、画角が１３０～１４０°程度である。また、特許文献６に記載の内視鏡対物光学系は、画角が１６０°程度である。各々の光学系は、開口絞りを挟んで、前群と後群の屈折力配置が対称であり、諸収差の補正は良好である。しかし、小型化のために、負の第１レンズの屈折力を相対的に大きくした構成としている。そのため、製造誤差による性能劣化の影響を受けやすい。しかしながら、製造誤差の影響低減については、十分に考慮されていない。

特許文献７に記載の内視鏡対物光学系は、撮像素子にフィールドレンズを接合して光学倍率を下げる構成を有する。この構成で、光学系組立時のピント位置のばらつきを抑制している。しかし、特許文献７には、広角で小型な内視鏡対物光学系において問題となる画角ばらつきの製造誤差感度の低減、画角の非対称性の製造誤差感度の低減に対する工夫は開示されていない。従って、特許文献７に記載の内視鏡対物光学系は、広角で小型な内視鏡対物光学系にはそのままでは適用できない。

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、光学系組立時の製造誤差による性能劣化を抑制しながら、広角かつ小型の構成で、高画素の撮像素子にも対応可能な内視鏡対物光学系及び内視鏡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内視鏡対物光学系は、物体側から順に、正の前群と、開口絞りと、正の後群と、のみから構成され、前群は、最も物体側に負のレンズを有し、後群は、１組の接合レンズと、接合レンズの像側に配置された正のレンズとからなり、負のレンズは物体側に平面を向けた平凹形状であり、正のレンズは、カバーガラスと接合されており、以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足する。
－１５．０＜ｆｆ／ｆ１＜－４．２ …（１）
－１．７０＜ｆ１／ｆ＜－０．９５ …（２）
０．６＜ｇ１／ｇ２＜１．２０ …（３）
ただし、
ｆｆは、正のレンズの焦点距離、
ｆ１は、負のレンズの焦点距離、
ｆは、内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
ｇ１は、前群の焦点距離、
ｇ２は、後群の焦点距離、
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内視鏡は、上述の内視鏡対物光学系を有する。

本発明によれば、光学系組立時の製造誤差による性能劣化を抑制しながら、広角かつ小型の構成で、高画素の撮像素子にも対応可能な内視鏡対物光学系及び内視鏡を提供できる。

本発明の一実施形態に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示すレンズ断面構成を示す図である。（ａ）は、本発明の実施例１に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例１の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ）を示す収差図である。（ａ）は、本発明の実施例２に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例２の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ）を示す収差図である。（ａ）は、本発明の実施例３に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例３の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ）を示す収差図である。（ａ）は、本発明の実施例４に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例４の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ）を示す収差図である。（ａ）は、本発明の実施例５に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例５の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ）を示す収差図である。（ａ）は、本発明の実施例６に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例６の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ）を示す収差図である。

実施例の説明に先立ち、本発明のある態様に係る実施形態の作用効果を説明する。なお、本実施形態の作用効果を具体的に説明するに際しては、具体的な例を示して説明することになる。しかし、後述する実施例の場合と同様に、それらの例示される態様はあくまでも本発明に含まれる態様のうちの一部に過ぎず、その態様には数多くのバリエーションが存在する。したがって、本発明は例示される態様に限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。

内視鏡は、一般的に広範囲の領域を観察する必要がある。同時に、最も物体側のレンズ外径を小さくしなければならない。そのため、本実施形態では、レトロフォーカス構成を採用している。

本発明の実施形態に係る内視鏡対物光学系は、物体側から順に、正の前群ＧＦと、開口絞りＳと、正の後群ＧＲと、のみから構成され、前群ＧＦは、最も物体側に負のレンズＬ１を有し、後群ＧＲは、最も像側に正のレンズＬ５を有し、以下の条件式（１）、（２）を満足する。
－１５．０＜ｆｆ／ｆ１＜－３．８ …（１）
－１．７０＜ｆ１／ｆ＜－０．９５ …（２）
ただし、
ｆｆは、正のレンズＬ５の焦点距離、
ｆ１は、負のレンズＬ１の焦点距離、
ｆは、内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
である。

前群ＧＦの最も物体側に、負のレンズＬ１を配置して、レトロフォーカス構成に必要な負の屈折力を確保する。また、収差補正を考慮すると、開口絞りＳ前後の屈折力配置は対称であることが望ましい。そのため、本実施形態では、前群ＧＦ、後群ＧＲともに正の屈折力から構成されている。

また、高画質化のため、撮像素子ＩＭＧの画素ピッチを小さくすると許容錯乱円も小さくなる。従って、観察に適した被写界深度を確保するためにピント位置合わせを高精度で行う必要がある。

また、小型な撮像素子ＩＭＧを搭載した広角な内視鏡対物光学系では、画角の非対称性を抑制するため、光軸と撮像素子ＩＭＧの中心の位置合わせを高精度で行わなければならない。さらに、これらの調整を高精度に行っても、接着剤の硬化収縮等に伴ってピント位置のばらつきや画角の非対称性が発生してしまう。

そこで、本実施形態では、後群ＧＲの最も像側に正の屈折力を有するレンズＬ５を配置する。これにより、正のレンズＬ５と撮像素子ＩＭＧが一緒に移動したときに光学倍率を小さくする。このようにして、ピント位置のばらつき、及び画角の非対称性の製造誤差感度を低減できる構成としている。正のレンズＬ５は、フィールドレンズの機能を有する。

このとき、後群ＧＲの正のレンズＬ５は、ピント位置のばらつき及び画角の非対称性の製造誤差感度を考慮しつつ、負のレンズＬ１で発生する諸収差、特に像面湾曲を補正する必要がある。

さらに、レトロフォーカスの負の屈折力を形成する負のレンズＬ１は、画角の誤差感度に影響を与える。そのため、以下の条件式（１）を満たすことが望ましい。

－１５．０＜ｆｆ／ｆ１＜－３．８ …（１）
ただし、
ｆｆは、正のレンズＬ５の焦点距離、
ｆ１は、負のレンズＬ１の焦点距離、
である。

条件式（１）は、負のレンズＬ１の焦点距離と正のレンズＬ５の焦点距離の比に関する。条件式（１）の上限値を上回ると、正のレンズＬ５の収差発生量が大きくなり、像面湾曲が悪化してしまう。

条件式（１）の下限値を下回ると、正のレンズＬ５の屈折力が小さくなり、ピント位置のばらつき、及び画角の非対称性の製造誤差感度が高くなってしまう。さらに、負のレンズＬ１の収差発生量が大きくなり、像面湾曲が悪化するか、画角に関する製造誤差感度が高くなってしまう。

また、像面湾曲、及び画角の製造誤差感度を低減しつつ、負のレンズＬ１の外径の小型化と光学系全長の短縮化のため、負のレンズＬ１の屈折力を適切に設定しておく必要がある。そのため、以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。

－１．７０＜ｆ１／ｆ＜－０．９５ …（２）
ただし、
ｆ１は、負のレンズＬ１の焦点距離、
ｆは、内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
である。

条件式（２）は、内視鏡対物光学系全体の焦点距離と負のレンズＬ１の焦点距離の比に関する。条件式（２）の上限値を上回ると、負のレンズＬ１の収差発生量が大きくなり、像面湾曲とコマ収差が悪化してしまう。

条件式（２）の下限値を下回ると、負のレンズＬ１の屈折力が小さくなり、負のレンズＬ１の光線高が高くなるため、負のレンズＬ１の外径の小型化と光学系全長の短縮化が困難となる。

なお、条件式（１）に代えて、以下の条件式（１’）を満たすことが望ましい。
－１０．０＜ｆｆ／ｆ１＜－４．２ …（１’）
さらに、条件式（１）に代えて、以下の条件式（１”）を満たすことが望ましい。
－８．０＜ｆｆ／ｆ１＜－４．７ …（１”）

なお、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２’）を満たすことが望ましい。
－１．６＜ｆ１／ｆ＜－１．０ …（２’）
さらに、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２”）を満たすことが望ましい。
－１．５＜ｆ１／ｆ＜－１．１ …（２”）

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）を満たすことが望ましい。
０．３５＜ｇ１／ｇ２＜１．２０ …（３）
ただし、
ｇ１は、前群ＧＦの焦点距離、
ｇ２は、後群ＧＲの焦点距離、
である。

条件式（３）は、前群ＧＦと後群ＧＲの焦点距離の比に関する。レトロフォーカス構成を採用する内視鏡対物光学系では、前群ＧＦに強い負の屈折力を有するレンズを配置する。光学系全体の収差補正を考慮すると、開口絞りＳ前後の屈折力配置を制御する必要がある。

条件式（３）の上限値を上回ると、像面がオーバー側に傾くとともに非点収差が悪化する。

条件式（３）の下限値を下回ると、開口絞りＳ前後の対称性が崩れ、倍率色収差と像面湾曲を十分に補正できない。

なお、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３’）を満たすことが望ましい。
０．５＜ｇｌ／ｇ２＜１．０ …（３’）
さらに、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３”）を満たすことが望ましい。
０．６＜ｇｌ／ｇ２＜０．８ …（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）を満たすことが望ましい。
１．２＜ｇ１／ｆ＜５．０ …（４）
ただし、
ｇ１は、前群ＧＦの焦点距離、
ｆは、内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
である。

条件式（４）は、光学系全体の焦点距離と前群ＧＦの焦点距離の比に関する。本実施形態では、前群ＧＦにおいてレトロフォーカスの負の屈折力を形成している。さらに、開口絞りＳを挟んで前群ＧＦ、後群ＧＲともに正の屈折力を持つ構成としている。このため、前群ＧＦは、負のレンズＬ１と、少なくとも１枚以上の正レンズを有することになる。これら前群ＧＦ内のレンズの製造誤差の感度低減、及びレンズの外径の小型化のため、前群ＧＦの屈折力を適切に設定する必要がある。

条件式（４）の上限値を上回ると、前群ＧＦの屈折力が小さくなるため、光学系の全長が大きくなってしまう。さらに、前群ＧＦ内のレンズの小型化が困難となる。

条件式（４）の下限値を下回ると、前群ＧＦ内のレンズの製造誤差感度が高まり、レンズが光軸方向、または、光軸ＡＸと垂直方向にずれた際に画角ばらつきや像面湾曲の抑制が困難となる。

なお、条件式（４）に代えて、以下の条件式（４’）を満たすことが望ましい。
１．５＜ｇ１／ｆ＜４．０ …（４’）
さらに、条件式（４）に代えて、以下の条件式（４”）を満たすことが望ましい。
１．８＜ｇ１／ｆ＜３．０ …（４”）

また、本実施形態の好ましい態様によれば、後群ＧＲの焦点距離は以下の条件式（５）を満たすことが望ましい。
２．５＜ｇ２／ｆ＜６．０ …（５）
ただし、
ｇ２は、後群ＧＲの焦点距離、
ｆは、内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
である。

一般的に、光学系にレトロフォーカス構成を採用すると、バックフォーカスが長くなり、光学系の全長が大きくなってしまう傾向がある。このため、後群ＧＲの屈折力を適切に設定する必要がある。

条件式（５）は、内視鏡対物光学系全体の焦点距離と後群ＧＲの焦点距離の比に関する。条件式（５）の上限値を上回ると、バックフォーカスが長くなり、光学系全長の短縮化が困難となる。

条件式（５）の下限値を上回ると、バックフォーカスが短くなり過ぎて、ピント位置調整時の調整量が十分に確保できなくなる。

なお、条件式（５）に代えて、以下の条件式（５’）を満たすことが望ましい。
２．８＜ｇ２／ｆ＜５．０ …（５’）
さらに、条件式（５）に代えて、以下の条件式（５”）を満たすことが望ましい。
３．０＜ｇ２／ｆ＜４．０ …（５”）

また、本実施形態の好ましい態様によれば、正のレンズＬ５の焦点距離は以下の条件式（６）を満たすことが望ましい。
４．０＜ｆｆ／ｆ＜２０．０ …（６）
ただし、
ｆｆは、正のレンズＬ５の焦点距離、
ｆは、内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
である。

条件式（６）は、内視鏡対物光学系全体の焦点距離と正のレンズＬ５の焦点距離の比に関する。後群ＧＲの正のレンズＬ５の屈折力は、ピント位置、及び画角の非対称性の光学調整に必要な調整量に影響する。本実施形態によれば、例えば、正のレンズＬ５と撮像素子ＩＭＧを含んだ鏡枠を光軸ＡＸ方向、または、光軸ＡＸと垂直方向に移動することで光学調整を行うことが可能である。また、ピント位置、及び画角の非対称性の調整量が大きくなると、接着固定する鏡枠間のクリアランスを十分に確保する必要がある。このため、クリアランスの分だけ、接着剤の硬化収縮時の変位が発生しやすくなる。

条件式（６）の上限値を上回ると、ピント位置のばらつき、及び画角の非対称性の製造誤差感度が高くなり、光学性能劣化の抑制が困難となる。

条件式（６）の下限値を下回ると、ピント位置のばらつき、及び画角の非対称性の調整量が大きくなり過ぎてしまう。さらに、正のレンズＬ５の収差発生量が大きくなり、像面湾曲が悪化してしまう。

なお、条件式（６）に代えて、以下の条件式（６’）を満たすことが望ましい。
４．５＜ｆｆ／ｆ＜１５．０ …（６’）
さらに、条件式（６）に代えて、以下の条件式（６”）を満たすことが望ましい。
５．０＜ｆｆ／ｆ＜１０．０ …（６”）

また、本実施形態の好ましい態様によれば、正のレンズＬ５は、カバーガラスＣＧと接合されている、または、カバーガラスＣＧから一定の間隔を置いて配置されていることが望ましい。

これにより、正のレンズＬ５と撮像素子ＩＭＧが一緒に移動したときに光学倍率を小さくする。このようにして、ピント位置のばらつき、及び画角の非対称性の製造誤差感度を低減できる構成としている。正のレンズＬ５は、フィールドレンズの機能を有する。

また、本実施形態の好ましい態様によれば、開口絞りＳと正のレンズＬ５の間隔を変えて、ピント位置調整を行うことが望ましい。

光学系の組立時には、レンズや鏡枠の部品公差の範囲内で生じる製造誤差のため、ピント位置がばらついてしまう。そこで、レンズを移動してピント位置調整を行う。本実施形態では、ピント位置調整は、開口絞りＳと正のレンズＬ５の間隔を変えて行うことが望ましい。これにより、移動量に対してピント位置の変化量が減り、組立時にピント位置が調整しやすくなる。さらに、接着剤の硬化収縮等による光学性能の劣化量を小さく抑えることが可能である。

さらに、正のレンズＬ５を光軸ＡＸと垂直方向に移動することで、画角の非対称性を調整しても良い。また、画角の非対称性の調整は、撮像素子ＩＭＧの使用領域を任意に変えて切り出すことでも可能である。これら両方を組み合わせて調整する構成としても良い。

また、負のレンズＬ１については、以下に述べる構成にすることが望ましい。内視鏡では、レンズ面に汚れや血液等が付着して観察に支障をきたす場合、内視鏡先端に設けられたノズルから水を射出することでレンズ面の洗浄を行う。その際、レンズ面が凸形状の場合、汚れが落ちにくくなったり、凹形状の場合、レンズ面に水が溜まったりしてしまう。特に、凸形状の場合、衝撃による傷や割れが発生しやすくなる。従って、負のレンズＬ１は、物体側に平面を向けた平凹形状であることが望ましい。

また、本実施形態の好ましい態様によれば、正のレンズＬ３と負のレンズＬ４の接合レンズＣＬを有する構成が望ましい。接合レンズＣＬを配置することで、軸上色収差及び倍率色収差の補正がさらに容易となる。

また、内視鏡対物光学系の像面近傍には撮像素子ＩＭＧが配置されている。撮像素子ＩＭＧの撮像面Ｉにおいては、撮像素子ＩＭＧにキズ等が入ることを防止するためのカバーガラスＣＧを設けている。上述したように、後群ＧＲの正のレンズＬ５は、撮像素子ＩＭＧのカバーガラスＣＧと接合するか、スペーサ等を設けてカバーガラスから一定の間隔を置いて配置する構成が望ましい。

なお、上述の内視鏡対物光学系は、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、性能上または製造上から一層好ましい構成が得られる。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。

以下、各実施例について説明する。なお、実施例６は、参考例である。

（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。図２（ａ）は、本実施例に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。

本実施例に係る内視鏡対物光学系は、物体側から順に、正の前群ＧＦと、開口絞りＳと、正の後群ＧＲと、のみから構成される。

前群ＧＦは、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹で負の第１レンズＬ１と、赤外吸収フィルタＦと、両凸で正の第２レンズＬ２と、を有する。前群ＧＦと後群ＧＲとの間に、開口絞りＳが配置されている。後群ＧＲは、物体側から順に、両凸で正の第３レンズＬ３と、像側に凸面を向けた負の第４メニスカスレンズＬ４と、像側に平面を向けた平凸で正の第５レンズＬ５と、を有する。後群ＧＦの像側には、カバーガラスＣＧが配置されている。第５レンズＬ５は、フィールドレンズである。

また、赤外吸収フィルタＦの物体側に、ＹＡＧレーザーカットのコーティング、像側に半導体レーザーカットのコーティングを施している。

ここで、正の第３レンズＬ３と負の第４メニスカスレンズＬ４は接合されて、接合レンズＣＬを構成している。また、平凸で正の第５レンズＬ５の平面は、撮像面Ｉに形成されたカバーガラスＣＧに接合されている。

図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例１の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ）を示す収差図である。

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。以下、収差図に関しては、同じ波長について示す。

（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。図３（ａ）は、本実施例に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。

前群ＧＦは、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹で負の第１レンズＬ１と、両凸で正の第２レンズＬ２と、を有する。前群ＧＦと後群ＧＲとの間に、開口絞りＳが配置されている。後群ＧＦは、物体側から順に、赤外吸収フィルタＦと、両凸で正の第３レンズＬ３と、像側に凸面を向けた負の第４メニスカスレンズＬ４と、像側に平面を向けた平凸で正の第５レンズＬ５と、を有する。後群ＧＦの像側には、カバーガラスＣＧが配置されている。第５レンズＬ５は、フィールドレンズである。

図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例２の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ）を示す収差図である。

（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。図４（ａ）は、本実施例に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。

前群ＧＦは、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹で負の第１レンズＬ１と、赤外吸収フィルタＦと、物体側に平面を向けた平凸で正の第２レンズＬ２と、を有する。前群ＧＦと後群ＧＲとの間に、開口絞りＳが配置されている。後群ＧＲは、物体側から順に、両凸で正の第３レンズＬ３と、像側に平面を向けた平凹で負の第４レンズＬ４と、像側に平面を向けた平凸で正の第５レンズＬ５と、を有する。後群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧが配置されている。第５レンズＬ５は、フィールドレンズである。

ここで、正の第３レンズＬ３と負の第４レンズＬ４は接合されて、接合レンズＣＬを構成している。また、平凸で正の第５レンズＬ５の平面は、撮像面Ｉに形成されたカバーガラスＣＧと接合されている。

図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例３の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ）を示す収差図である。

（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。図５（ａ）は、本実施例に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。

前群ＧＲは、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹で負の第１レンズＬ１と、赤外吸収フィルタＦと、両凸で正の第２レンズＬ２と、を有する。前群ＧＦと後群ＧＲとの間に、開口絞りＳが配置されている。後群ＧＲは、両凸で正の第３レンズＬ３と、像側に平面を向けた平凹で負の第４レンズＬ４と、像側に平面を向けた平凸で正の第５レンズＬ５と、を有する。後群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧ配置されている。第５レンズＬ５は、フィールドレンズである。

ここで、正の第３レンズＬ３と負の第４レンズＬ４は接合されて、接合レンズＣＬを構成している。また、平凸で正の第５レンズＬ５の平面は、撮像面に形成されたカバーガラスＣＧと接合されている。

図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例４の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ）を示す収差図である。

（実施例５）
実施例５に係る内視鏡対物光学系について説明する。図６（ａ）は、本実施例に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。

前群ＧＦは、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹で負の第１レンズＬ１と、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２と、物体側に平面を向けた平凸で正の第３レンズＬ３と、を有する。前群ＧＦと後群ＧＲとの間に、開口絞りＳが配置されている。後群ＧＲは、赤外吸収フィルタＦと、両凸で正の第４レンズＬ４と、像側に凸面を向けた負の第５メニスカスレンズＬ５と、像側に平面を向けた平凸で正の第６レンズＬ６と、を有する。後群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧが配置されている。第６レンズＬ６は、フィールドレンズである。

ここで、正の第４レンズＬ４と負の第５メニスカスレンズＬ５は接合されて、接合レンズＣＬを構成している。また、第６レンズＬ６は、撮像面に形成されたカバーガラスＣＧとの間にスペーサを設けて一定の間隔を置いて配置されている。

図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例５の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ）を示す収差図である。

（実施例６）
実施例６に係る内視鏡対物光学系について説明する。図７（ａ）は、本実施例に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。

内視鏡対物光学系は、物体側から順に、正の前群ＧＦと、開口絞りＳと、正の後群ＧＲと、のみから構成される。

前群ＧＦは、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹で負の第１レンズＬ１と、像側に平面を向けた平凸で正の第２レンズＬ２と、赤外吸収フィルタＦ１と、物体側に平面を向けた平凸で正の第３レンズＬ３と、を有する。前群ＧＦと後群ＧＲとの間に、開口絞りＳが配置されている。後群ＧＲは、両凸で正の第４レンズＬ４と、像側に平面を向けた平凹で負の第５レンズＬ５と、物体側に平面を向けた平凸で正の第６レンズＬ６と、を有する。後群ＧＲの像側には、平行平板Ｆ２と、カバーガラスＣＧと、が配置されている。第６レンズＬ６は、フィールドレンズである。

また、赤外吸収フィルタＦ１の物体側に、ＹＡＧレーザーカットのコーティング、像側に半導体レーザーカットのコーティングを施している。

ここで、正の第４レンズＬ４と負の第５レンズＬ５は接合されて、接合レンズＣＬを構成している。また、平行平板Ｆ２は、撮像面Ｉに形成されたカバーガラスＣＧと接合されている。

図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例６の球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ）を示す収差図である。

以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は、ｒは曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは各レンズ面の間隔（単位：ｍｍ）、ｎｅは各レンズのｅ線の屈折率、νｄは各レンズのｄ線のアッベ数、ＦｎｏはＦナンバー、絞りは開口絞りである。像面は撮像面に対応する。

数値実施例１
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.3186 1.88815 40.76
2 1.2075 1.1470
3 ∞ 1.2744 1.52300 65.13
4 ∞ 0.2549
5 12.8638 1.5293 1.88815 40.76
6 -2.6142 0.0478
7(絞り) ∞ 0.0478
8 ∞ 1.1948
9 7.5590 1.4815 1.88815 40.76
10 -1.5309 0.4779 1.97189 17.47
11 -8.0528 0.5066
12 5.6075 1.1789 1.51825 64.14
13 ∞ 0.0159 1.51500 64.00
14 ∞ 0.7965 1.61350 50.49
15(像面) ∞

各種データ
焦点距離 1.00ｍｍ
Ｆｎｏ 5.562
半画角 80.4°
物点距離 12.7ｍｍ
像高 1.039ｍｍ

数値実施例２
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.3580 1.88815 40.76
2 0.8418 1.0696
3 4.3245 1.3426 1.88815 40.76
4 -2.4723 0.0448
5(絞り) ∞ 0.0448
6 ∞ 0.5967 1.52300 65.13
7 ∞ 0.7107
8 5.0719 1.2680 1.88815 40.76
9 -1.3779 0.4475 1.97189 17.47
10 -4.9503 0.6742
11 5.2211 0.8950 1.51825 64.14
12 ∞ 0.0149 1.51500 64.00
13 ∞ 0.7459 1.61350 50.49
14(像面) ∞

各種データ
焦点距離 1.00ｍｍ
Ｆｎｏ 4.583
半画角 68.3°
物点距離 11.9ｍｍ
像高 0.973ｍｍ

数値実施例３
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.3765 1.88815 40.76
2 1.1332 0.8964
3 ∞ 1.2549 1.52300 65.13
4 ∞ 0.3137
5 ∞ 1.5686 1.88815 40.76
6 -2.3611 0.0471
7(絞り) ∞ 0.0471
8 ∞ 1.2489
9 5.8209 1.4588 1.88815 40.76
10 -1.9255 0.5490 1.97189 17.47
11 ∞ 0.7792
12 2.5596 1.1765 1.51825 64.14
13 ∞ 0.0157 1.51500 64.00
14 ∞ 0.7843 1.61350 50.49
15(像面) ∞

各種データ
焦点距離 1.00ｍｍ
Ｆｎｏ 4.701
半画角 80.4°
物点距離 12.5ｍｍ
像高 1.023ｍｍ

数値実施例４
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.3819 1.88815 40.76
2 1.0411 0.9072
3 ∞ 0.9547 1.52300 65.13
4 ∞ 0.3182
5 7.1604 1.5912 1.88815 40.76
6 -2.5519 0.0477
7(絞り) ∞ 0.0477
8 ∞ 0.8548
9 4.3737 1.4798 1.88815 40.76
10 -1.5573 0.5569 1.97189 17.47
11 ∞ 0.5137
12 8.8633 0.7956 1.51825 64.14
13 ∞ 0.0159 1.51500 64.00
14 ∞ 0.7956 1.61350 50.49
15(像面) ∞

各種データ
焦点距離 1.00ｍｍ
Ｆｎｏ 4.591
半画角 80.4°
物点距離 12.7ｍｍ
像高 1.037ｍｍ

数値実施例５
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.3816 1.88815 40.76
2 1.2607 1.3172
3 -8.3502 0.8333 1.83932 37.16
4 -3.7874 0.7949
5 ∞ 1.1423 1.88815 40.76
6 -3.2268 0.0795
7(絞り) ∞ 0.0477
8 ∞ 0.6359 1.49557 75.00
9 ∞ 0.5873
10 5.4054 1.3514 1.88815 40.76
11 -1.5808 0.4769 1.97189 17.47
12 -8.5141 0.5984
13 5.5644 0.9539 1.51825 64.14
14 ∞ 0.0318
15 ∞ 0.7949 1.61350 50.49
16(像面) ∞

各種データ
焦点距離 1.00ｍｍ
Ｆｎｏ 3.060
半画角 80.1°
物点距離 19.1ｍｍ
像高 1.037ｍｍ

数値実施例６
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.3946 1.88815 40.76
2 1.0615 1.1566
3 4.7357 0.8344 1.85504 23.78
4 ∞ 0.0395
5 ∞ 0.4736 1.49557 75.00
6 ∞ 0.0395
7 ∞ 0.7893 1.88815 40.76
8 -2.5233 0.0474
9(絞り) ∞ 0.0474
10 ∞ 0.5525
11 3.9748 1.0261 1.88815 40.76
12 -1.7531 0.4736 1.97189 17.47
13 ∞ 0.0789
14 ∞ 0.7104 1.75844 52.32
15 -6.0860 0.3092
16 ∞ 0.7893 1.51825 64.14
17 ∞ 0.0158 1.51500 64.00
18 ∞ 0.5525 1.50700 63.26
19(像面) ∞

各種データ
焦点距離 1.00ｍｍ
Ｆｎｏ 3.662
半画角 80.1°
物点距離 18.9ｍｍ
像高 1.029ｍｍ

以下に各実施例の条件式対応値を示す。

条件式実施例1 実施例2 実施例3
（1）ff/f1 -7.94 -10.61 -3.86
（2）f1/f -1.36 -0.95 -1.28
（3）g1/g2 0.51 1.19 0.63
（4）g1/f 2.03 3.34 2.32
（5）g2/f 3.97 2.80 3.70
（6）ff/f 10.84 10.09 4.95

条件式実施例4 実施例5 実施例6
（1）ff/f1 -14.55 -7.56 -6.71
（2）f1/f -1.18 -1.42 -1.20
（3）g1/g2 0.39 0.69 0.65
（4）g1/f 1.94 2.45 2.35
（5）g2/f 4.96 3.54 3.64
（6）ff/f 17.12 10.74 8.02

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。

なお、上述の内視鏡対物光学系は、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。

以上のように、本発明は、光学系組立時の製造誤差による性能劣化を抑制しながら、広角かつ小型の構成で、高画素の撮像素子にも対応可能な内視鏡対物光学系及び内視鏡に有用である。

ＧＦ前群
ＧＲ後群
Ｓ開口絞り
Ｉ撮像面
ＩＭＧ撮像素子
Ｌ１～Ｌ６レンズ
Ｆ、Ｆ１赤外吸収フィルタ
Ｆ２平行平板
ＣＬ接合レンズ
ＣＧカバーガラス

Claims

物体側から順に、正の前群と、開口絞りと、正の後群と、のみから構成され、
前記前群は、最も物体側に負のレンズを有し、
前記後群は、１組の接合レンズと、前記接合レンズの像側に配置された正のレンズとからなり、
前記負のレンズは物体側に平面を向けた平凹形状であり、
前記正のレンズは、カバーガラスと接合されており、
以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足する内視鏡対物光学系。
－１５．０＜ｆｆ／ｆ１＜－４．２ …（１）
－１．７０＜ｆ１／ｆ＜－０．９５ …（２）
０．６＜ｇ１／ｇ２＜１．２０ …（３）
ただし、
ｆｆは、前記正のレンズの焦点距離、
ｆ１は、前記負のレンズの焦点距離、
ｆは、前記内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
ｇ１は、前記前群の焦点距離、
ｇ２は、前記後群の焦点距離、
である。
以下の条件式（４）を満足する請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
１．２＜ｇ１／ｆ＜５．０ …（４）
以下の条件式（５）を満足する請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
２．５＜ｇ２／ｆ＜６．０ …（５）
以下の条件式（６）を満足する請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
４．０＜ｆｆ／ｆ＜２０．０ …（６）
請求項１に記載の内視鏡対物光学系を有する内視鏡。