JPWO2013051366A1 - 内視鏡用光学系 - Google Patents

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Abstract

物体側から順に、負のレンズ群Ｇ１、明るさ絞りＳ、正のレンズ群Ｇ２から構成され、負のレンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の第１レンズＬ１、負の第２レンズＬ２から構成され、以下の条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする内視鏡用光学系、
０．０５＜Ｈ（１００）×（ｎｄ０１−１）／Ｒｆ０１＜０．３８ …（１）
０．５＜ｅｎｐ／ＦＬ＜２．５ …（２）
ただし、Ｈ（１００）は第１レンズ面に入射する入射角１００度となる主光線が第１レンズ面に入射する高さ、Ｒｆ０１は第１レンズＬ１のＬ面の曲率半径、ｎｄ０１は第１レンズＬ１の屈折率、ＦＬは全系の焦点距離、ｅｎｐは入射瞳位置である。

Description

本発明は、２００度以上の画角を有する内視鏡用光学系に関する。
内視鏡は、例えば体腔内を観察するものであるために、内視鏡用光学系は小型で広角のものが求められており、特に泌尿器内視鏡においては径方向に小型であることが必要である。
内視鏡に適用可能な画角２００度以上の光学系としては、例えば、特開２００７−２７９６３２号公報（特許文献１）、特開２００８−０５８３８７号公報（特許文献２）、特開２００５−２２７４２６号公報（特許文献３）、特開２００９−２７６３７１号公報（特許文献４）に記載のものが知られている。
これらの内の、特許文献１〜３に開示されている光学系は、物体側から順に負の第１レンズ、負の第２レンズ、正の第３レンズ、明るさ絞り、正のレンズ群を有し、画角２００度を有する点で優れている。
また、特許文献４に開示されている光学系は、物体側から順に負の第１レンズ、負の第２レンズ、フィルタ、明るさ絞り、正のレンズ群を有し、画角２００度を有する点で優れている。
しかしながら、特許文献１〜３に開示されている光学系は、負の第２レンズと明るさ絞りの間に正の第３レンズが配置されていて、第１レンズから明るさ絞りまでの距離が長いために、入射瞳の位置が像側に移動してしまっている。このために、負の第１レンズが径方向に肥大化して内視鏡には好ましくなく、特に泌尿器内視鏡には適用できないほどである。
また、特許文献４に開示されている光学系は、負の第２レンズと明るさ絞りの間にフィルタが配置されていること、およびフィルタと明るさ絞りの空気間隔が長いことから、入射瞳の位置が像側に移動してしまっている。このために、負の第１レンズが径方向に肥大化して内視鏡には好ましくなく、特に泌尿器内視鏡には適用できないほどである。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、２００度以上の画角を有する小径な内視鏡用光学系を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために、本発明の一態様による内視鏡用光学系は、物体側から順に、負のレンズ群、明るさ絞り、正のレンズ群から構成され、前記負のレンズ群は、物体側から順に、負の第１レンズ、負の第２レンズから構成され、以下の条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする、
０．０５＜Ｈ（１００）×（ｎｄ０１−１）／Ｒｆ０１＜０．３８ …（１）
０．５＜ｅｎｐ／ＦＬ＜２．５ …（２）
ただし、Ｈ（１００）は前記第１レンズ面に入射する入射角１００度となる主光線が該第１レンズ面に入射する高さ、Ｒｆ０１は第１レンズのＬ面の曲率半径、ｎｄ０１は第１レンズの屈折率、ＦＬは全系の焦点距離、ｅｎｐは入射瞳位置である。
本発明の実施形態における第１実施例の内視鏡用光学系の光路に沿った構成を示す図である。 上記実施形態における第１実施例の内視鏡用光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図である。 上記実施形態における第２実施例の内視鏡用光学系の光路に沿った構成を示す図である。 上記実施形態における第２実施例の内視鏡用光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図である。 上記実施形態における第３実施例の内視鏡用光学系の光路に沿った構成を示す図である。 上記実施形態における第３実施例の内視鏡用光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図である。 上記実施形態における第４実施例の内視鏡用光学系の光路に沿った構成を示す図である。 上記実施形態における第４実施例の内視鏡用光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図である。 上記実施形態における第５実施例の内視鏡用光学系の光路に沿った構成を示す図である。 上記実施形態における第５実施例の内視鏡用光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図である。 上記実施形態における第６実施例の内視鏡用光学系の光路に沿った構成を示す図である。 上記実施形態における第６実施例の内視鏡用光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
［実施形態］
本実施形態の内視鏡用光学系は、物体側から順に、負のレンズ群、明るさ絞り、正のレンズ群から構成されている。さらに、負のレンズ群は、物体側から順に、負の第１レンズ、負の第２レンズから構成されている。これにより、入射瞳の位置を物体側に移動して、負の第１レンズの小径化を図ることが可能となる。そして、内視鏡用光学系を構成する各群のレンズ枚数を削減することが可能であり、全長の短縮やコストの削減を図ることができる。
ここに、内視鏡用光学系は、以下の条件式（１）および（２）を満足する。
０．０５＜Ｈ（１００）×（ｎｄ０１−１）／Ｒｆ０１＜０．３８ …（１）
０．５＜ｅｎｐ／ＦＬ＜２．５ …（２）
ただし、Ｈ（１００）は前記第１レンズ面に入射する入射角１００度となる主光線が該第１レンズ面に入射する高さ、Ｒｆ０１は第１レンズのＬ面の曲率半径、ｎｄ０１は第１レンズの屈折率、ＦＬは全系の焦点距離、ｅｎｐは入射瞳位置である。
まず、条件式（１）は、第１レンズ面に入射する入射角１００度となる主光線が該第１レンズ面に入射する高さ、および第１レンズの屈折率、曲率に関する条件式である。この条件式（１）はアッベ（Abbe）の不変量の１部であり、第１面での屈折前後の光線の角度変化分、すなわち屈折量を規定する数式である。Ｈ（１００）×（ｎｄ０１−１）／Ｒｆ０１が条件式（１）の上限を超えてしまうと、屈折量が大き過ぎて軸外の収差が発生し易くなるために好ましくない。また、Ｈ（１００）×（ｎｄ０１−１）／Ｒｆ０１が条件式（１）の下限を超えてしまうと、屈折量が小さ過ぎてレンズの径が肥大化してしまうために好ましくない。
次に、条件式（２）は、入射瞳に関する条件式である。ｅｎｐ／ＦＬが条件式（２）の範囲を満足していれば適切な入射瞳位置であるために、諸収差を大きく発生させることなく小型化を成し遂げることができる。これに対して、ｅｎｐ／ＦＬが条件式（２）の上限を超えると、レンズが径方向に肥大化してしまうために好ましくない。また、ｅｎｐ／ＦＬが条件式（２）の下限を超えると、負の第１レンズおよび負の第２レンズのパワーを著しく強くする必要があり、諸収差を大きく発生させ易くなるために好ましくない。
なお、上述した条件式（１）、（２）は、
０．１＜Ｈ（１００）×（ｎｄ０１−１）／Ｒｆ０１＜０．３７ …（１）’
１．０＜ｅｎｐ／ＦＬ＜２．０ …（２）’
であることが好ましく、さらには、
０．１５＜Ｈ（１００）×（ｎｄ０１−１）／Ｒｆ０１＜０．３６ …（１）”
１．４＜ｅｎｐ／ＦＬ＜１．６ …（２）”
となることがより一層好ましい。
内視鏡用光学系は、以下の条件式（３）および（４）をさらに満足すると良い。
０．５＜Ｈ（１００）／ＦＬ＜３．５ …（３）
１．１＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜１．９ …（４）
ただし、ｒ１は第１レンズのＬ面の曲率半径、ｒ２は第１レンズのＲ面の曲率半径である。
条件式（３）は、第１レンズ面に入射する入射角１００度となる主光線が該第１レンズ面に入射する高さに関する条件式である。Ｈ（１００）／ＦＬが条件式（３）の下限を超えてしまうと、レンズが径方向に極端に小さくなり過ぎて、負の第１レンズのパワーを強くする必要が生じ、軸上および軸外の収差を発生させてしまうために好ましくない。また、Ｈ（１００）／ＦＬが条件式（３）の上限を超えてしまうと、レンズが径方向に肥大化してしまうために好ましくない。
条件式（４）は、前記負のレンズ群の第１レンズのシェープファクター（shape factor）に関する条件式である。（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）が条件式（４）の範囲内にあれば、広画角を有しながらも必要な負のパワーを得ることができる。（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）が条件式（４）の下限を超えてしまうと、負の第１レンズの屈折力が低下してしまうために好ましくない。また、（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）が条件式（４）の上限を超えてしまうと、レンズの生産性が著しく低下するために好ましくない。
なお、上述した条件式（３）、（４）は、
１．０＜Ｈ（１００）／ＦＬ＜２．０ …（３）’
１．２＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜１．８ …（４）’
であることが好ましく、さらには、
１．８＜Ｈ（１００）／ＦＬ＜２．１ …（３）”
１．３＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜１．７ …（４）”
となることがより一層好ましい。
内視鏡用光学系は、レンズ系の入射角度ω=１００である場合に、以下の条件式（５）をさらに満足すると良い。
０．００＜｜ＥＸ（ω）｜／ω ＜０．０３ …（５）
ただし、ＥＸ（ω）は、入射角度ωで入射した主光線が光学系から射出する角度である。
条件式（５）は、入射角に対する射出角光学系の関係式であり、入射角１００度での光学系のテレセン性（像側テレセントリック性）を表している。テレセン性が崩れてしまうと、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳ等の撮像素子における斜入射特性により、周辺の明るさが低下したり、混色が発生したりするなどの影響が発生する。条件式（５）は、このような画質低下を発生させないための条件式である。
内視鏡用光学系は、以下の条件式（６）をさらに満足すると良い。
−８．０＜Ｆ_front／Ｆ_rear＜−０．１ …（６）
ただし、Ｆ_frontは負のレンズ群の焦点距離、Ｆ_rearは正のレンズ群の焦点距離である。
条件式（６）は、負のレンズ群と正のレンズ群のパワー配置に関する条件式である。Ｆ_front／Ｆ_rearが条件式（６）の範囲内にあれば、正のパワーを良好に分担できるために、色収差や球面収差、コマ収差を良好に補正できる。一方、Ｆ_front／Ｆ_rearが条件式（６）の上限または下限を超えてしまうと、どちらかのレンズ群にパワーが強くつき過ぎてしまうために、諸収差が発生し易くなってしまい、好ましくない。
なお、上述した条件式は（６）は、
−６．０＜Ｆ_front／Ｆ_rear＜−１．０ …（６）’
であることが好ましく、さらには、
−４．０＜Ｆ_front／Ｆ_rear＜−３．０ …（６）”
となることがより一層好ましい。
内視鏡用光学系は、以下の条件式（７）および（８）をさらに満足すると良い。
１．７７＜ｎｄ１＜２．４２ …（７）
１．９＜ｎｄ２＜２．４２ …（８）
ただし、ｎｄ１は負の第１レンズの屈折率、ｎｄ２は負の第２レンズの屈折率である。
条件式（７）は負の第１レンズの屈折率に関する条件式、条件式（８）は負の第２レンズの屈折率に関する条件式である。ｎｄ１が条件式（７）の範囲内にあり、かつｎｄ２が条件式（８）の範囲内にあれば、何れも適度な屈折率であるために、負の第１レンズ、負の第２レンズの物体側の曲率を極端に強くしなくても、適切な負のパワーを得ることができる。一方、ｎｄ１が条件式（７）の下限を超えるか、またはｎｄ２が条件式（８）の下限を超えてしまうと、負の第１レンズ、負の第２レンズに極端に強い曲率をつけなければならず、軸外の収差を発生させ易くなるために好ましくない。また、ｎｄ１が条件式（７）の上限を超えるか、またはｎｄ２が条件式（８）の上限を超えてしまうと、レンズ自体の入手（あるいは、硝材の入手）が著しく困難になり、また高いコストを要するために好ましくない。
また、内視鏡用光学系の正のレンズ群は、物体側から順に、少なくとも１枚の正レンズと、正レンズと負レンズとの接合レンズと、を含んで構成されていると良い。
内視鏡用光学系は、以下の条件式（９）をさらに満足すると良い。
０．１＜ＰＷ_1／ＰＷ_2＜０．２６ …（９）
ただし、ＰＷ_1は前記負の第１レンズのパワー、ＰＷ_2は前記負の第２レンズのパワーである。
条件式（９）は前記負のレンズ群のパワー配置に関する条件式である。ＰＷ_1／ＰＷ_2が条件式（９）の範囲内にあれば、適切なパワー配置であるために、広い画角を保ちながらもレンズ径を小さく保つことが可能となる。一方、ＰＷ_1／ＰＷ_2が条件式（９）の上限を超えてしまうと第１レンズのパワーが強くなり過ぎ、広画角を保てなくなるだけでなく、特に軸外の収差を発生させ易くなるために好ましくない。また、ＰＷ_1／ＰＷ_2が条件式（９）の下限を超えてしまうと、第２レンズのパワーが強くなり過ぎて、軸外の収差を発生させ易くなるために好ましくない。さらに第１レンズの肥大化にもつながるために好ましくない。
なお、上述した条件式は（９）は、
０．１２＜ＰＷ_1／ＰＷ_2＜０．２５５ …（９）’
であることが好ましく、さらには、
０．１５＜ＰＷ_1／ＰＷ_2＜０．２５ …（９）”
となることがより一層好ましい。
内視鏡用光学系におけるパワーを有する光学要素は、全て球面レンズであると良い。
パワーを有する光学要素として非球面レンズや回折光学素子を使用すると、コストが高くなってしまう。従って、内視鏡用光学系におけるパワーを有する光学要素（明るさ絞りや光学フィルタ等を除いた光学要素）を全て球面レンズで構成することにより、コストを安価に抑制することができる。
次に、表１および図１Ａから図６Ｂを参照して、本実施形態の内視鏡用光学系の第１〜６実施例を説明する。
表１は、第１〜６実施例の内視鏡用光学系の上述した条件式の値を示す表である。この表を見れば分かるように、第１〜６実施例の内視鏡用光学系の全てが、上述した条件式（１）〜（９）（さらには、各条件式（１）’、（１）”、（２）’、（２）”、（３）’、（３）”、（４）’、（４）”、（６）’、（６）”、（９）’、（９）”）を満たしている。
Figure 2013051366
そして、第１〜６実施例の内視鏡用光学系の光路に沿った構成を図１Ａ、図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａにそれぞれ示す。また、第１〜６実施例の内視鏡用光学系の収差図を図１Ｂ、図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂにそれぞれ示す。
ここに、光路に沿った内視鏡用光学系の構成図中、符号Ｌ１は第１レンズ、符号Ｌ２は第２レンズ、符号Ｓは明るさ絞り、符号Ｌ３は第３レンズ、符号Ｌ４は第４レンズ、符号ＯＦはレーザーカットフィルタ、赤外カットフィルタ、光学的ローパスフィルタ等の光学フィルタを想定した光学部材、符号Ｌ５は第５レンズ、符号Ｌ６は第６レンズ、符号Ｌ７は第７レンズ、符号ＣＧは撮像素子カバーガラス、符号ＡＬは接着層、符号ＳＧは撮像素子チップ封止ガラスをそれぞれ示している。
また、第１〜６実施例における光学面は、第１レンズＬ１の物体側がｒ１、第１レンズＬ１の像側がｒ２、第２レンズＬ２の物体側がｒ３、第２レンズＬ２の像側がｒ４、明るさ絞りＳがｒ５、第３レンズＬ３の物体側がｒ６、第３レンズＬ３の像側がｒ７、第４レンズＬ４の物体側がｒ８、第４レンズＬ４の像側がｒ９、光学部材ＯＦの物体側がｒ１０、光学部材ＯＦの像側がｒ１１、第５レンズＬ５の物体側がｒ１２、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６との接合面がｒ１３、第６レンズＬ６と第７レンズＬ７との接合面がｒ１４、第７レンズＬ７の像側がｒ１５、撮像素子カバーガラスＣＧの物体側がｒ１６、撮像素子カバーガラスＣＧの像側（接着層ＡＬの物体側）がｒ１７、撮像素子チップ封止ガラスＳＧの物体側（接着層ＡＬの像側）がｒ１８、撮像素子チップ封止ガラスＳＧの像側である像面ＩＭがｒ１９となっていて、各光学面に付した数字が面番号を示している。同様に、図１Ａ〜図６Ａにおける面間隔ｄに付した数字が、面間隔ｄの物体側の面の面番号を示している。
本実施形態の第１〜６実施例の内視鏡用光学系は、物体側から順に、負のレンズ群である第１レンズ群Ｇ１、明るさ絞りＳ、正のレンズ群である第２レンズ群Ｇ２から構成されている。さらに、負のレンズ群である第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズの第１レンズＬ１、負レンズの第２レンズＬ２から構成されている。ここに、第２レンズＬ２は、第１〜第４実施例においては両凹レンズ、第５、第６実施例においては物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとなっている。
また、正のレンズ群である第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズの第３レンズＬ３、像側に凸面を向けた平凸レンズ（正レンズ）の第４レンズＬ４、両凸レンズ（正レンズ）の第５レンズＬ５、両凹レンズ（負レンズ）の第６レンズＬ６、両凸レンズ（正レンズ）の第７レンズＬ７を含んでおり、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５との間には光学部材ＯＦが配設されている。
ここに、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６は光学面ｒ１３により、また、第６レンズＬ６と第７レンズＬ７は光学面ｒ１４により、互いに接合されていて、その結果、３枚の第５〜第７レンズＬ５〜Ｌ７は接合レンズとなっている。これにより、正のレンズ群である第２レンズ群Ｇ２は、少なくとも１枚の正レンズと、正レンズと負レンズとの接合レンズと、を含んで構成されているということができる。
そして、第１〜第７レンズＬ１〜Ｌ７は、何れも球面レンズである。
 第１実施例
図１Ａは第１実施例の内視鏡用光学系の光路に沿った構成を示す図、図１Ｂは第１実施例の内視鏡用光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図である。
ここに、収差図中の球面収差図および倍率色収差図には、１点鎖線でｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）を、実線でｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、点線でＣ線（波長６５６．２７ｎｍ）を、それぞれ示している。また、収差図中の非点収差図には、点線でメリジオナル線Ｍを、実線でサジタル線Ｓを、それぞれ示している。なお、収差図中のＦＩＹは半画角を表し、収差図および下記数値データのＦＮＯ．はＦナンバーを表す。
この第１実施例の光学系の数値データは、以下に示す通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数νd
1 4.142 0.30 1.77000 73.00
2 0.625 0.29
3 -2.011 0.25 2.00330 28.27
4 1.378 0.50
5 (絞り) 0.40
6 -2.094 0.50 1.88300 40.76
7 -1.186 0.05
8 ∞ 0.65 1.64769 33.79
9 -1.721 0.05
10 ∞ 0.60 1.51965 75.01
11 ∞ 0.05
12 2.478 0.88 1.72916 54.68
13 -1.148 0.30 1.92286 18.90
14 1.812 0.60 1.88300 40.76
15 -7.685 0.25
16 ∞ 0.50 1.51633 64.14
17 ∞ 0.01 1.51000 63.01
18 ∞ 0.50 1.51633 64.14
19 ∞ 像面

焦点距離 0.41
ＦＮＯ． 5.49
画角２ω 200.00

フランジバック (空気中) 0.90
全長 (空気中) 6.32
第２実施例
図２Ａは第２実施例の内視鏡用光学系の光路に沿った構成を示す図、図２Ｂは第２実施例の内視鏡用光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図である。
ここに、収差図中の球面収差図および倍率色収差図には、１点鎖線でｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）を、実線でｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、点線でＣ線（波長６５６．２７ｎｍ）を、それぞれ示している。また、収差図中の非点収差図には、点線でメリジオナル線Ｍを、実線でサジタル線Ｓを、それぞれ示している。なお、収差図中のＦＩＹは半画角を表し、収差図および下記数値データのＦＮＯ．はＦナンバーを表す。
この第２実施例の光学系の数値データは、以下に示す通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数νd
1 3.579 0.30 1.88300 40.76
2 0.625 0.29
3 -2.546 0.25 2.00330 28.27
4 1.228 0.50
5 (絞り) 0.40
6 -1.960 0.50 1.88300 40.76
7 -1.165 0.05
8 ∞ 0.65 1.64769 33.79
9 -1.706 0.05
10 ∞ 0.60 1.51965 75.01
11 ∞ 0.05
12 2.391 0.88 1.72916 54.68
13 -1.130 0.30 1.92286 18.90
14 1.525 0.60 1.88300 40.76
15 -8.156 0.25
16 ∞ 0.50 1.51633 64.14
17 ∞ 0.01 1.51000 63.01
18 ∞ 0.50 1.51633 64.14
19 ∞ 像面

焦点距離 0.40
ＦＮＯ． 5.49
画角２ω 202.00

フランジバック (空気中) 0.89
全長 (空気中) 6.31
第３実施例
図３Ａは第３実施例の内視鏡用光学系の光路に沿った構成を示す図、図３Ｂは第３実施例の内視鏡用光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図である。
ここに、収差図中の球面収差図および倍率色収差図には、１点鎖線でｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）を、実線でｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、点線でＣ線（波長６５６．２７ｎｍ）を、それぞれ示している。また、収差図中の非点収差図には、点線でメリジオナル線Ｍを、実線でサジタル線Ｓを、それぞれ示している。なお、収差図中のＦＩＹは半画角を表し、収差図および下記数値データのＦＮＯ．はＦナンバーを表す。
この第３実施例の光学系の数値データは、以下に示す通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数νd
1 2.891 0.30 2.17000 33.00
2 0.625 0.29
3 -84.848 0.25 2.00330 28.27
4 0.860 0.50
5 (絞り) 0.40
6 -2.264 0.50 1.88300 40.76
7 -1.347 0.05
8 ∞ 0.65 1.64769 33.79
9 -1.484 0.05
10 ∞ 0.60 1.51965 75.01
11 ∞ 0.05
12 2.157 0.88 1.72916 54.68
13 -0.948 0.30 1.92286 18.90
14 1.702 0.60 1.88300 40.76
15 -9.072 0.25
16 ∞ 0.50 1.51633 64.14
17 ∞ 0.01 1.51000 63.01
18 ∞ 0.50 1.51633 64.14
19 ∞ 像面

焦点距離 0.36
ＦＮＯ． 5.49
画角２ω 206.00

フランジバック (空気中) 0.89
全長 (空気中) 6.31
第４実施例
図４Ａは第４実施例の内視鏡用光学系の光路に沿った構成を示す図、図４Ｂは第４実施例の内視鏡用光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図である。
ここに、収差図中の球面収差図および倍率色収差図には、１点鎖線でｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）を、実線でｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、点線でＣ線（波長６５６．２７ｎｍ）を、それぞれ示している。また、収差図中の非点収差図には、点線でメリジオナル線Ｍを、実線でサジタル線Ｓを、それぞれ示している。なお、収差図中のＦＩＹは半画角を表し、収差図および下記数値データのＦＮＯ．はＦナンバーを表す。
この第４実施例の光学系の数値データは、以下に示す通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数νd
1 3.149 0.30 2.00178 19.32
2 0.625 0.29
3 -3.207 0.25 2.00330 28.27
4 1.159 0.50
5 (絞り) 0.40
6 -2.190 0.50 1.88300 40.76
7 -1.346 0.05
8 ∞ 0.65 1.64769 33.79
9 -1.484 0.05
10 ∞ 0.60 1.51965 75.01
11 ∞ 0.05
12 2.179 0.88 1.72916 54.68
13 -0.966 0.30 1.92286 18.90
14 1.182 0.60 1.88300 40.76
15 -7.929 0.25
16 ∞ 0.50 1.51633 64.14
17 ∞ 0.01 1.51000 63.01
18 ∞ 0.50 1.51633 64.14
19 ∞ 像面

焦点距離 0.38
ＦＮＯ． 5.47
画角２ω 200.00

フランジバック (空気中) 0.89
全長 (空気中) 6.31
第５実施例
図５Ａは第５実施例の内視鏡用光学系の光路に沿った構成を示す図、図５Ｂは第５実施例の内視鏡用光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図である。
ここに、収差図中の球面収差図および倍率色収差図には、１点鎖線でＦ線（波長４８６．１３ｎｍ）を、点線でｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、実線でＣ線（波長６５６．２７ｎｍ）を、それぞれ示している。また、収差図中の非点収差図には、点線でメリジオナル線Ｍを、実線でサジタル線Ｓを、それぞれ示している。なお、収差図中のＦＩＹは半画角を表し、収差図および下記数値データのＦＮＯ．はＦナンバーを表す。
この第５実施例の光学系の数値データは、以下に示す通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数νd
1 2.637 0.30 2.42000 58.00
2 0.625 0.29
3 2.034 0.25 2.00330 28.27
4 0.613 0.50
5 (絞り) 0.40
6 -2.877 0.50 1.88300 40.76
7 -1.438 0.05
8 ∞ 0.65 1.64769 33.79
9 -1.547 0.05
10 ∞ 0.60 1.51965 75.01
11 ∞ 0.05
12 1.994 0.88 1.72916 54.68
13 -0.973 0.30 1.92286 18.90
14 2.346 0.60 1.88300 40.76
15 -14.176 0.25
16 ∞ 0.50 1.51633 64.14
17 ∞ 0.01 1.51000 63.01
18 ∞ 0.50 1.51633 64.14
19 ∞ 像面

焦点距離 0.35
ＦＮＯ． 5.50
画角２ω 202.00

フランジバック (空気中) 0.89
全長 (空気中) 6.31
第６実施例
図６Ａは第６実施例の内視鏡用光学系の光路に沿った構成を示す図、図６Ｂは第６実施例の内視鏡用光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図である。
ここに、収差図中の球面収差図および倍率色収差図には、１点鎖線でＦ線（波長４８６．１３ｎｍ）を、点線でｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、実線でＣ線（波長６５６．２７ｎｍ）を、それぞれ示している。また、収差図中の非点収差図には、点線でメリジオナル線Ｍを、実線でサジタル線Ｓを、それぞれ示している。なお、収差図中のＦＩＹは半画角を表し、収差図および下記数値データのＦＮＯ．はＦナンバーを表す。
この第６実施例の光学系の数値データは、以下に示す通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数νd
1 2.811 0.30 2.42000 58.00
2 0.700 0.29
3 1.415 0.25 2.42000 58.00
4 0.544 0.50
5 (絞り) 0.40
6 -3.332 0.50 1.88300 40.76
7 -1.329 0.05
8 ∞ 0.65 1.64769 33.79
9 -1.698 0.05
10 ∞ 0.60 1.51965 75.01
11 ∞ 0.05
12 2.059 0.88 1.72916 54.68
13 -0.948 0.30 1.92286 18.90
14 3.307 0.60 1.88300 40.76
15 -10.876 0.25
16 ∞ 0.50 1.51633 64.14
17 ∞ 0.01 1.51000 63.01
18 ∞ 0.50 1.51633 64.14
19 ∞ 像面

焦点距離 0.36
ＦＮＯ． 5.50
画角２ω 206.00

フランジバック (空気中) 0.89
全長 (空気中) 6.31
このような実施形態によれば、２００度以上の画角を有する内視鏡用光学系において、負の第１レンズから明るさ絞りまでの距離を短くして入射瞳位置を物体側へ移動することにより、負の第１レンズの小径化を図ることができる。さらに、負の第１レンズのＬ面の屈折量を半画角１００度の入射角において適切に定めることによって、諸収差の発生を良好に抑制することが可能となる。
こうして、内視鏡（例えば泌尿器内視鏡やその他の内視鏡）に好適な、小径の内視鏡用光学系を構成することができる。
なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明の態様を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
本出願は、２０１１年１０月６日に日本国に出願された特願２０１１−２２１６６７号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
上記の目的を達成するために、本発明の一態様による内視鏡用光学系は、物体側から順に、負のレンズ群、明るさ絞り、正のレンズ群から構成され、前記負のレンズ群は、物体側から順に、負の第１レンズ、負の第２レンズから構成され、以下の条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする、
０．０５＜Ｈ（１００）×（ｎｄ０１−１）／Ｒｆ０１＜０．３８ …（１）
０．５＜ｅｎｐ／ＦＬ＜２．５ …（２）
ただし、Ｈ（１００）は、入射画角１００度の主光線が前記第１レンズの物体側の面に入射する高さ、Ｒｆ０１は前記第１レンズの物体側の面の曲率半径、ｎｄ０１は前記第１レンズの屈折率、ＦＬは全系の焦点距離、ｅｎｐは入射瞳と前記第１レンズの物体側の面との距離である。
０．０５＜Ｈ（１００）×（ｎｄ０１−１）／Ｒｆ０１＜０．３８ …（１）
０．５＜ｅｎｐ／ＦＬ＜２．５ …（２）
ただし、Ｈ（１００）は、入射画角１００度の主光線が第１レンズの物体側の面に入射する高さ、Ｒｆ０１は第１レンズの物体側の面の曲率半径、ｎｄ０１は第１レンズの屈折率、ＦＬは全系の焦点距離、ｅｎｐは入射瞳と第１レンズの物体側の面との距離である。
まず、条件式（１）は、入射画角１００度の主光線が第１レンズの物体側の面に入射する高さ、および第１レンズの屈折率、曲率に関する条件式である。この条件式（１）はアッベ（Abbe）の不変量の１部であり、第１面での屈折前後の光線の角度変化分、すなわち屈折量を規定する数式である。Ｈ（１００）×（ｎｄ０１−１）／Ｒｆ０１が条件式（１）の上限を超えてしまうと、屈折量が大き過ぎて軸外の収差が発生し易くなるために好ましくない。また、Ｈ（１００）×（ｎｄ０１−１）／Ｒｆ０１が条件式（１）の下限を超えてしまうと、屈折量が小さ過ぎてレンズの径が肥大化してしまうために好ましくない。
０．５＜Ｈ（１００）／ＦＬ＜３．５ …（３）
１．１＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜１．９ …（４）
ただし、ｒ１は第１レンズの物体側の面の曲率半径、ｒ２は第１レンズの像側の面の曲率半径である。
条件式（３）は、入射画角１００度の主光線が第１レンズの物体側の面に入射する高さに関する条件式である。Ｈ（１００）／ＦＬが条件式（３）の下限を超えてしまうと、レンズが径方向に極端に小さくなり過ぎて、負の第１レンズのパワーを強くする必要が生じ、軸上および軸外の収差を発生させてしまうために好ましくない。また、Ｈ（１００）／ＦＬが条件式（３）の上限を超えてしまうと、レンズが径方向に肥大化してしまうために好ましくない。
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数νd
1 2.811 0.30 2.42000 58.00
2 0.700 0.29
3 1.415 0.25 2.42000 58.00
4 0.544 0.50
5 (絞り) 0.40
6 -3.332 0.50 1.88300 40.76
7 -1.329 0.05
8 ∞ 0.65 1.64769 33.79
9 -1.698 0.05
10 ∞ 0.60 1.51965 75.01
11 ∞ 0.05
12 2.059 0.88 1.72916 54.68
13 -0.948 0.30 1.92286 18.90
14 3.307 0.60 1.88300 40.76
15 -10.876 0.25
16 ∞ 0.50 1.51633 64.14
17 ∞ 0.01 1.51000 63.01
18 ∞ 0.50 1.51633 64.14
19 ∞ 像面

焦点距離 0.36
ＦＮＯ． 5.50
画角２ω 206.00

フランジバック (空気中) 0.89
全長 (空気中) 6.31
このような実施形態によれば、２００度以上の画角を有する内視鏡用光学系において、負の第１レンズから明るさ絞りまでの距離を短くして入射瞳位置を物体側へ移動することにより、負の第１レンズの小径化を図ることができる。さらに、負の第１レンズの物体側の面の屈折量を半画角１００度の入射角において適切に定めることによって、諸収差の発生を良好に抑制することが可能となる。

Claims (8)

  1. 物体側から順に、負のレンズ群、明るさ絞り、正のレンズ群から構成され、
    前記負のレンズ群は、物体側から順に、負の第１レンズ、負の第２レンズから構成され、
    以下の条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする内視鏡用光学系、
    ０．０５＜Ｈ（１００）×（ｎｄ０１−１）／Ｒｆ０１＜０．３８ …（１）
    ０．５＜ｅｎｐ／ＦＬ＜２．５ …（２）
    ただし、Ｈ（１００）は前記第１レンズ面に入射する入射角１００度となる主光線が該第１レンズ面に入射する高さ、Ｒｆ０１は第１レンズのＬ面の曲率半径、ｎｄ０１は第１レンズの屈折率、ＦＬは全系の焦点距離、ｅｎｐは入射瞳位置である。
  2. 以下の条件式（３）および（４）をさらに満足することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光学系、
    ０．５＜Ｈ（１００）／ＦＬ＜３．５ …（３）
    １．１＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜１．９ …（４）
    ただし、ｒ１は第１レンズのＬ面の曲率半径、ｒ２は第１レンズのＲ面の曲率半径である。
  3. レンズ系の入射角度ω=１００である場合に、以下の条件式（５）をさらに満足することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光学系、
    ０．００＜｜ＥＸ（ω）｜／ω ＜０．０３ …（５）
    ただし、ＥＸ（ω）は、入射角度ωで入射した主光線が光学系から射出する角度である。
  4. 以下の条件式（６）をさらに満足することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光学系、
    −８．０＜Ｆ_front／Ｆ_rear＜−０．１ …（６）
    ただし、Ｆ_frontは負のレンズ群の焦点距離、Ｆ_rearは正のレンズ群の焦点距離である。
  5. 以下の条件式（７）および（８）をさらに満足することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の内視鏡用光学系、
    １．７７＜ｎｄ１＜２．４２ …（７）
    １．９＜ｎｄ２＜２．４２ …（８）
    ただし、ｎｄ１は負の第１レンズの屈折率、ｎｄ２は負の第２レンズの屈折率である。
  6. 前記正のレンズ群は、物体側から順に、少なくとも１枚の正レンズと、正レンズと負レンズとの接合レンズと、を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光学系。
  7. 以下の条件式（９）をさらに満足することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の内視鏡用光学系、
    ０．１＜ＰＷ_1／ＰＷ_2＜０．２６ …（９）
    ただし、ＰＷ_1は前記負の第１レンズのパワー、ＰＷ_2は前記負の第２レンズのパワーである。
  8. 当該内視鏡用光学系におけるパワーを有する光学要素は、全て球面レンズであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光学系。
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