JPWO2011070930A1 - 対物光学系 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1の態様は、物体側から順に、第1群、第2群および第3群からなり、前記第1群が、物体側から順に、平凹レンズと、像側に凸面を向けたメニスカスレンズとからなり、前記第2群が、正のパワーを有し、光軸方向の移動によってフォーカシングを行う対物光学系である。
フォーカシングの際の像面変動を抑えるためには、第1群が負群、第3群が正群であることが最適となりうる。
可動群である第2群は、フォーカシング時の画角の変動をなくすために、正群であることが好ましい。可動群が負群である場合、入射瞳位置の変動が大きく、それに伴う画角変化が大きくなるため好ましくない。さらに、可動レンズは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであることが好ましい。この形状にすることで、フォーカシング時の像面の変動を小さくすることができる。
(1) |f/f2|<0.12
(2) 0.92<f/IH<1.08
ただし、fは遠点観察時の全系の焦点距離、f2はメニスカスレンズの焦点距離、IHは像高である。
(3) 0.08<d/f<0.32
ただし、dはメニスカスレンズと第1の正レンズとの空気間隔である。
本実施形態に係る対物光学系1は、図1および図2に示されるように、物体側から順に、負の屈折力の第1群G1、正の屈折力の第2群G2および正の屈折力の第3群G3から構成されている。
(1) | f/f2 | < 0.12
(2) 0.92 < f/IH < 1.08
ただし、fは遠点観察時の全系の焦点距離、f2は第2レンズL2の焦点距離、IHは像高である。
(3) 0.08<d/f<0.32
ただし、dは第2レンズL2と第3レンズL3の空気間隔である。
さらに、対物光学系1は、以下の条件式(3)’を満足していることがより好ましい。
(3)’ 0.12 < d/f < 0.24
(4) −0.94 < f1/f < −0.72
ただし、f1は第1レンズ2の焦点距離である。
条件式(4)は画角に関するものである。条件式(4)の下限を下回ると、画角が狭くなるため観察視野範囲が狭くなり病変部の見逃しが多くなり好ましくない。一方、条件式(4)の上限を上回ると、視野範囲は確保できるものの第1レンズL1の像側の面の画角に対する誤差感度が大きくなり、製造誤差によって視野範囲にケラレが発生しやすくなるため、好ましくない。
(5) 5.1 < f3/f < 8.4
ただし、f3は第3レンズL3の焦点距離である。
条件式(5)は可動レンズである第3レンズL3の移動量に関するものである。条件式(5)の下限を下回ると、第3レンズL3のパワーが強くなるため、レンズ形状を物体側の凸面を向けた正メニスカスレンズとしてもフォーカシングの際の像面湾曲の変動が大きくなる。一方、条件式(5)の上限を上回ると、第3レンズL3のパワーが弱くなるためレンズ移動量が大きくなり、メカ駆動機構の大型化を招き好ましくない。
(6) 1.2 < f4/f < 2.6
ただし、f4は第4レンズL4の焦点距離である。
第4レンズL4は、撮像面に結像させるための作用を担っている。条件式(6)の下限を下回ると、バックフォーカスを十分に確保ができなくなる。そのため、最終レンズL6の後方で行う対物光学系1の製造誤差による撮像位置の調整量を十分確保できなくなり、好ましくない。一方、条件式(6)の上限を上回ると、近接観察時の球面収差がアンダーになり十分な解像度を得られなくなる。
(7) 0.55 < | f5/f6 | < 0.94
ただし、f5は正レンズL5の焦点距離、f6は負レンズL6の焦点距離である。
条件式(7)は、主に軸上色収差補正に関するものである。条件式(7)の下限を下回ると、C−ラインがオーバーに、F−ラインがアンダーにそれぞれ大きくなるため好ましくない。一方、条件式(7)の上限を上回ると、反対にC−ラインがアンダーに、F−ラインがオーバーにそれぞれ大きくなるため好ましくない。
(8) 0.95 < | r/f | < 1.3
ただし、rは正レンズL5と負レンズL6との接合面の曲率半径である。
条件式(8)は、主に倍率色収差に関するものである。条件式(8)の下限を下回ると、C−ラインがオーバーに、F−ラインがアンダーにそれぞれ大きくなるため好ましくない。一方、条件式(8)の上限を上回ると、反対にC−ラインがアンダーに、F−ラインがオーバーにそれぞれ大きくなり、色にじみの原因となり周辺解像力の劣化を招く。
(9) 6 < LTL/f < 8
ただし、LTLはレンズ系全長である。
条件式(9)の下限を下回ると、レンズ全長が短くなり過ぎるため、所望のレンズ枚数の確保が困難となる。一方、条件式(9)の上限を上回ると、レンズを保持する鏡筒部分を含めたレンズ系の大型化を招き内視鏡先端部へのレイアウトが困難となる。
(10) 0.8 < ωn / ωf < 1.2
ただし、ωfは遠距離観察時の最大半画角、ωnは近接観察時の最大半画角である。
条件式(10)は、フォーカシングした際の観察画角に関するものである。フォーカシングの際には出来るだけ画角が変化しないことが望ましい。画角変化量が大きくなると、ピント合わせの際に視野範囲の変化が顕著になる。その結果、電子拡大を行っているような見え方になるため好ましくない。画角変化が条件式(10)の範囲内であれば、観察範囲が大きく変わったと操作者に認識させることなく、違和感のないフォーカシングができる。
(10)’ 0.9 < ωn / ωf < 1.1
条件式(10)’の範囲では、画角変化量がさらに小さくなるため、条件式(10)における効果をより一層大きくすることができる。
(11) ωf > 60
条件式(11)は、視野範囲である半画角を制限する式である。生体内のスクリーニングの際に病変部を見落とすリスクを低減するために、出来るだけ広角であることが望ましく、最低でも全物点域で視野角は120°以上が必要である。さらに望ましくは、以下の条件式(11)’を満足し、視野範囲を140°以上とするとよい。
(11)’ ωf > 70
なお、参照する図面において、rはレンズの面の曲率半径、dはレンズの面間隔を表し、rまたはdの後ろに付された番号は面番号を表す。また、本明細書に記載されているレンズデータにおいて、曲率半径と面間隔の単位はmmである。収差図内において、(a)は球面収差、(b)は非点収差、(c)は歪曲収差、(d)は倍率色収差を示している。
実施例1に係る対物光学系の構成を図3および図4に、そのレンズデータを下に示す。図3は通常観察状態(遠距離物点)を、図4は近接観察状態(近距離物点)を示している。本実施例に係る対物光学系は、第1群が物体側より順に、負レンズおよびパワーの弱い正レンズにより構成され、第2群が正レンズにて構成され、第3群が物体側より順に、正レンズ、平行平面板、および、正レンズと負レンズとを貼り合せた正の接合レンズにより構成されている。第3群の後方には、平行平面板が配置されている。
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率Ne アッベ数νd
1 ∞ 0.38 1.88815 40.76
2 1.182 0.85
3 −2.465 0.66 1.88815 40.76
4 −2.451 D4
5 1.329 0.48 1.59143 61.14
6 1.442 D6
7 明るさ絞り 0.20
8 5.474 0.91 1.77621 49.60
9 −5.474 0.53
10 ∞ 0.31 1.51564 75.00
11 ∞ 0.53
12 4.013 1.50 1.48915 70.23
13 −1.951 0.39 1.93430 18.90
14 −4.380 1.37
15 ∞ 0.40 1.52498 59.89
16 ∞ 0.30
17 ∞ 1.00 1.51825 64.14
18 ∞ 0.65 1.50801 60.00
19 撮像面
実施例2に係る対物光学系の構成を図7および図8に、そのレンズデータを下に示す。図7は通常観察状態(遠距離物点)を、図8は近接観察状態(近距離物点)を示している。本実施例の対物光学系は、第1群が物体側より順に、負レンズ、平行平面板およびパワーの弱い負レンズにより構成され、第2群が正レンズにて構成され、第3群が物体側より順に、正レンズ、および、正レンズと負レンズとを貼り合せた正の接合レンズにより構成されている。
このように構成された対物光学系の通常観察状態と近接観察状態の2状態における変動パラメータの値を表2に示し、各状態における収差図を図9および図10示す。
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率Ne アッベ数νd
1 ∞ 0.38 1.88815 40.76
2 1.305 0.53
3 ∞ 0.31 1.51564 75.00
4 ∞ 0.19
5 −5.306 0.56 1.77621 49.60
6 −5.895 D6
7 1.560 0.48 1.59143 61.14
8 1.724 D8
9 明るさ絞り 0.20
10 3.903 0.60 1.77621 49.60
11 −6.293 1.64
12 3.748 1.67 1.48915 70.23
13 −1.860 0.39 1.93430
14 −4.120 1.37
15 ∞ 1.37 1.52498 59.89
16 ∞ 0.64 1.50801 60.00
17 撮像面
実施例3に係る対物光学系の構成を図11および図12に、そのレンズデータを下に示す。図11は通常観察状態(遠距離物点)を、図12は近接観察状態(近距離物点)を示している。本実施例の対物光学系は、第1群が、物体側より順に、負レンズおよびパワーの弱い負レンズにより構成され、第2群が、正レンズにて構成され、第3群が物体側より順に、正レンズ、平行平面板、および、正レンズと負レンズとを貼り合せた正の接合レンズにより構成されている。第3群の後方には、平行平面板が配置されている。
このように構成された対物光学系の通常観察状態と近接観察状態の2状態における変動パラメータの値を表3に示し、各状態における収差図を図13および図14示す。
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率Ne アッベ数νd
1 ∞ 0.38 1.88815 40.76
2 1.217 0.68
3 −10.344 0.67 1.88815 40.76
4 −18.708 D4
5 1.465 0.49 1.59143 61.14
6 1.748 D6
7 明るさ絞り 0.20
8 4.217 1.11 1.77621 49.60
9 −4.217 0.62
10 ∞ 0.31 1.51564 75.00
11 ∞ 0.62
12 4.197 1.58 1.48915 70.23
13 −1.902 0.40 1.93430 18.90
14 −4.776 1.22
15 ∞ 0.40 1.52498 59.89
16 ∞ 0.30
17 ∞ 0.40 1.51825 64.14
18 ∞ 1.00 1.50801 60.00
19 撮像面
なお、これらの実施例から以下の構成の発明が導かれる。
(付記項1)
物体側から順に、第1群、第2群および第3群からなり、第1群が、物体側から順に、平凹レンズと、像側に凸面を向けたメニスカスレンズとからなり、第2群が、正のパワーを有し、光軸方向の移動によってフォーカシングを行う対物光学系。
第1群が、負のパワーを有し、第3群が、正のパワーを有する付記項1に記載の対物光学系。
(付記項3)
第2群が、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなり、第3群が、第1の正レンズ、および、第2の正レンズと負レンズとの接合レンズからなる付記項1に記載の対物光学系。
以下の条件式(1)および(2)を満足する付記項1に記載の対物光学系。
(1) |f/f2| < 0.12
(2) 0.92 < f/IH < 1.08
ただし、fは遠点観察時の全系の焦点距離、f2はメニスカスレンズの焦点距離、IHは像高である。
物体側から順に平凹レンズ、像側に凸面を向けたメニスカスレンズ、絞り、両面が凸面である第1の正レンズ、および、第2の正レンズと負レンズとの接合レンズからなり、以下の条件式(3)を満足する対物光学系。
(3) 0.08 < d/f < 0.32
ただし、dはメニスカスレンズと第1の正レンズとの空気間隔である。
第1群のメニスカスレンズが、パワーの弱い正または負レンズである付記項1に記載の対物光学系。
(付記項7)
以下の条件式(4)を満足する付記項1から付記項5のいずれかに記載の対物光学系。
(4) −0.94 < f1/f < −0.72
ただし、f1は平凹レンズの焦点距離である。
以下の条件式(5)を満足する付記項1から付記項5のいずれかに記載の対物光学系。
(5) 5.1 < f3/f < 8.4
ただし、f3は第3レンズの焦点距離である。
(付記項9)
以下の条件式(6)を満足する付記項3または付記項5に記載の対物光学系。
(6) 1.2 < f4/f < 2.6
ただし、f4は第1の正レンズの焦点距離である。
以下の条件式(7)を満足する付記項3から付記項5のいずれかに記載の対物光学系。
(7) 0.55 < |f5/f6| < 0.94
ただし、f5は第2の正レンズの焦点距離、f6は負レンズの焦点距離である。
(付記項11)
以下の条件式(8)を満足する付記項3または付記項5に記載の対物光学系。
(8) 0.95 < |r/f| < 1.3
ただし、rは第2の正レンズと負レンズとの接合面曲率半径である。
以下の条件式(9)を満足する付記項1から付記項5のいずれかに記載の対物光学系。
(9) 6 < LTL/f < 8
ただし、LTLはレンズ系全長である。
(付記項13)
以下の条件式(10)を満足する付記項1から付記項5のいずれかに記載の対物光学系。
(10) 0.8 < ωn / ωf < 1.2
ただし、ωfは遠距離観察時の最大半画角、ωnは近接観察時の最大半画角である。
以下の条件式(11)を満足する付記項1から付記項5のいずれかに記載の対物光学系。
(11) ωf > 60
2 封止チップガラス
3 光学部材
F1,F2 平行平面板
G1 第1群
G2 第2群
G3 第3群
L1 第1レンズ(平凹レンズ)
L2 第2レンズ(メニスカスレンズ)
L3 第3レンズ(正メニスカスレンズ)
L4 第4レンズ(第1の正レンズ)
L5 正レンズ(第2の正レンズ)
L6 負レンズ(負レンズ)
L56 第5レンズ(接合レンズ)
S 明るさ絞り
本発明の第1の態様は、物体側から順に、第1群、第2群および第3群からなり、前記第1群が、物体側から順に、平凹レンズと、像側に凸面を向けたメニスカスレンズとからなり、前記第2群が、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなり、光軸方向の移動によってフォーカシングを行う対物光学系である。
可動群である第2群は、フォーカシング時の画角の変動をなくすために、正群であることが好ましい。可動群が負群である場合、入射瞳位置の変動が大きく、それに伴う画角変化が大きくなるため好ましくない。さらに、可動レンズは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであることが好ましい。この形状にすることで、フォーカシング時の像面の変動を小さくすることができる。
(3) 0.08<d/f<0.32
ただし、dはメニスカスレンズと第1の正レンズとの空気間隔である。
(1) |f/f2|<0.12
(2) 0.92<f/IH<1.08
ただし、fは遠点観察時の全系の焦点距離、f2は像側に凸面を向けたメニスカスレンズの焦点距離、IHは像高である。
(3) 0.08<d/f<0.32
ただし、dは像側に凸面を向けたメニスカスレンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの空気間隔である。
Claims (5)
- 物体側から順に、第1群、第2群および第3群からなり、
前記第1群が、物体側から順に、平凹レンズと、像側に凸面を向けたメニスカスレンズとからなり、
前記第2群が、正のパワーを有し、光軸方向の移動によってフォーカシングを行う対物光学系。 - 前記第1群が、負のパワーを有し、
前記第3群が、正のパワーを有する請求項1に記載の対物光学系。 - 前記第2群が、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなり、
前記第3群が、第1の正レンズ、および、第2の正レンズと負レンズとの接合レンズからなる請求項1に記載の対物光学系。 - 以下の条件式(1)および(2)を満足する請求項1に記載の対物光学系。
(1) |f/f2| < 0.12
(2) 0.92 < f/IH < 1.08
ただし、
f:遠点観察時の全系の焦点距離、
f2:メニスカスレンズの焦点距離、
IH:像高
である。 - 物体側から順に、平凹レンズ、像側に凸面を向けたメニスカスレンズ、絞り、両面が凸面である第1の正レンズ、および、第2の正レンズと負レンズとの接合レンズからなり、以下の条件式(3)を満足する対物光学系。
(3) 0.08 < d/f < 0.32
ただし、
d:メニスカスレンズと第1の正レンズの空気間隔
である。
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