JPWO2019167310A1 - 対物光学系、及び内視鏡 - Google Patents

対物光学系、及び内視鏡 Download PDF

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Abstract

十分なバックフォーカスを有しながらも光学系の全長が短く、諸収差が良好に補正された内視鏡用対物光学系を提供する。内視鏡用対物光学系は、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、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、を備え、合焦時、第２レンズ群Ｇ２は光軸方向に移動し、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像側へ、前群と、後群と、を有し、前群は、正の屈折力の接合レンズからなるか、又は、正の屈折力の単レンズからなり、後群は、正の屈折力の接合レンズからなり、以下の条件式（１）を満足する。０．４５＜ｄ3t／ｆ32＜０．８ （１）ここで、ｄ3tは、前群の最も物体側に位置するレンズ面から後群の最も物体側に位置するレンズ面までの距離、ｆ32は、後群の焦点距離、である。

Description

本発明は、内視鏡用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、３ｍｍ程度である。一方、通常観察では、物体距離は、３ｍｍ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と特許文献２に開示されている。対物光学系は、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、を有する。合焦時、第２レンズ群のみが移動する。
特許第４８１９９６９号公報 国際公開第２０１５／０２５８４３号（実施例７）
通常観察や拡大観察では、より詳細に病変部を観察できることが好ましい。そのためには、例えば、対物光学系のＦナンバーを小さくすれば良い。しかしながら、対物光学系のＦナンバーを小さくすると、被写界深度が狭くなる。そのため、通常観察や拡大観察のいずれにおいても、光軸方向における合焦範囲は狭くなる。
光軸方向における合焦範囲を広げる方法としては、例えば、ピント位置が異なる２つの画像を合成して、被写界深度が深い画像を生成する方法がある。ピント位置が異なる２つの画像を取得するためには、ピント位置が異なる２つの光学像を形成する必要がある。
例えば、対物光学系の光路中に、２つの光路を形成するプリズムを配置することで、２つの光学像を形成できる。一方の光路の長さと、他方の光路の長さを異ならせることで、ピント位置が異なる２つの光学像を形成できる。プリズムは、最も像側に位置するレンズと撮像素子との間に配置される。そのため、対物光学系は、十分なバックフォーカスを有していることが望ましい。
しかしながら、特許文献１に開示されている対物光学系や、特許文献２に開示されている対物光学系では、十分なバックフォーカスが確保されていない。
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、十分なバックフォーカスを有しながらも光学系の全長が短く、諸収差が良好に補正された内視鏡用対物光学系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用対物光学系は、
物体側から像側へ順に、
負の屈折力を有する第１レンズ群と、
第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、を備え、
合焦時、第２レンズ群は光軸方向に移動し、
第３レンズ群は、物体側から像側へ、前群と、後群と、を有し、
前群は、正の屈折力の接合レンズからなるか、又は、正の屈折力の単レンズからなり、
後群は、正の屈折力の接合レンズからなり、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
０．４５＜ｄ3t／ｆ32＜０．８ （１）
ここで、
ｄ3tは、前群の最も物体側に位置するレンズ面から後群の最も物体側に位置するレンズ面までの距離、
ｆ32は、後群の焦点距離、
である。
本発明によれば、十分なバックフォーカスを有しながらも光学系の全長が短く、諸収差が良好に補正された内視鏡用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用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の内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例１の内視鏡用対物光学系の収差図である。 実施例２の内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例２の内視鏡用対物光学系の収差図である。 実施例３の内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例３の内視鏡用対物光学系の収差図である。 実施例４の内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例４の内視鏡用対物光学系の収差図である。 実施例５の内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例５の内視鏡用対物光学系の収差図である。 実施例６の内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例６の内視鏡用対物光学系の収差図である。 実施例７の内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例７の内視鏡用対物光学系の収差図である。 実施例８の内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例８の内視鏡用対物光学系の収差図である。
以下、本実施形態に係る内視鏡用対物光学系について、図面を用いて、このような構成をとった理由と作用を説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
本実施形態に係る内視鏡用対物光学系は、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用対物光学系では、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。
これにより、遠距離物体に合焦した場合に通常観察ができ、近距離物体に合焦した場合に拡大観察ができる。遠距離物体における物体距離は、近距離物体における物体距離よりも長い。拡大観察では、通常観察より高い倍率での観察ができる。
本実施形態に係る内視鏡用対物光学系の基本構成について説明する。基本構成では、内視鏡用対物光学系は、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、を備え、合焦時、第２レンズ群は光軸方向に移動し、第３レンズ群は、物体側から像側へ、前群と、後群と、を有し、前群は、正の屈折力の接合レンズからなるか、又は、正の屈折力の単レンズからなり、後群は、正の屈折力の接合レンズからなる。
基本構成では、内視鏡用対物光学系は、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、で構成されている。このようにすることで、広い画角の確保と、光学系の全長の短縮ができる。
通常観察と拡大観察時とでは、物体距離が異なる。物体の観察では、物体距離が変化しても、鮮明な像が形成されること好ましい。そのためには、レンズ群を少なくとも１つ移動させる必要がある。
移動させるレンズ群の数は、少ないほうが好ましい。移動させるレンズ群の数を１つにすると、駆動機構を簡略化できる。上述のように、基本構成では、合焦時、第２レンズ群が移動する。移動するレンズ群の数が１つなので、合焦機構を簡略化できる。第１レンズ群と第３レンズ群は、常に固定されていると良い。
物体距離が変化すると、第１レンズ群で非点隔差が変動する。鮮明な像が形成されるためには、この非点隔差の変動を抑制しなくてはならない。上述のように、物体距離が変化すると、第２レンズ群が移動する。第２レンズ群が移動することで、第２レンズ群でも非点隔差が変動する。
基本構成では、第２レンズ群における非点隔差は、第１レンズ群における非点隔差の変動方向と逆向きに発生する。第２レンズ群における非点隔差の変動量は、第１レンズ群における非点隔差の変動量とほぼ同じである。よって、第１レンズ群における非点隔差の変動を、第２レンズ群における非点隔差で相殺できる。
このように、非点隔差の変動は、第１レンズ群と第２レンズ群とで抑制できる。ただし、鮮明な像が形成されるためには、非点隔差以外の収差の変動、例えば、球面収差の変動、コマ収差の変動、及び色収差の変動も抑制されていることが好ましい。
また、球面収差の変動、コマ収差の変動、及び色収差の変動は、第１レンズ群と第２レンズ群とで発生し易い。基本構成では、これらの収差の変動を、各々小さくできる。その結果、光学系全体として、各々の収差の変動を抑制できる。
鮮明な像が形成されるためには、収差の変動を抑制するだけでなく、収差量を小さくすることが重要である。収差量を小さくするには、収差の発生量を抑制するか、光学系全体で収差を良好に補正すれば良い。
第１レンズ群と第２レンズ群だけでは、球面収差、コマ収差、及び色収差を良好に補正できない。これらの収差は、第３レンズ群で良好に補正できる。
第３レンズ群は、物体側から像側へ、前群と、後群と、を有する。前群は、正の屈折力の接合レンズからなるか、又は、正の屈折力の単レンズからなり、後群は、正の屈折力の接合レンズからなる。
前群の位置では、軸上光線の高さが高い。よって、前群で、球面収差を良好に補正できる。後群の位置では、軸外光線の高さが高い。よって、後群で、コマ収差と非点収差を良好に補正できる。また、後群は接合レンズを有するので、接合レンズによって、倍率の色収差を良好に補正できる。
前群は、接合レンズからなるか、又は、単レンズからなる。接合レンズと単レンズのどちらを用いても、球面収差を良好に補正できる。前群に接合レンズを用いると、球面収差に加えて、軸上色収差を良好に補正できる。
このように、第３レンズ群では、前群で、主に軸上収差を良好に補正でき、後群で、主に軸外収差を良好に補正できる。また、広い合焦範囲の確保、十分なバックフォーカスの確保、及び光学系の全長の短縮ができる。
前群には、１枚の接合レンズを配置するか、又は、１枚の単レンズを配置する。後群には、１枚の接合レンズを配置する。このようにすることで、第３レンズ群を構成するレンズの枚数を少なくできる。
通常観察時の光学系では、第２レンズ群でコマ収差が大きく発生する。一方、第３レンズ群でも、コマ収差が発生する。第３レンズ群におけるコマ収差は、第２レンズ群におけるコマ収差の発生方向と逆向きに発生する。
第２レンズ群におけるコマ収差の発生量は、第３レンズ群におけるコマ収差の発生量よりも多い。そのため、第３レンズ群だけでは、第２レンズ群で発生したコマ収差を補正できない。
コマ収差は、第１レンズ群でも発生する。第１レンズ群におけるコマ収差は、第２レンズ群におけるコマ収差の発生方向と逆向きの方向に発生する。すなわち、第１レンズ群におけるコマ収差は、第３レンズ群におけるコマ収差の発生方向と同じ方向に発生する。よって、第２レンズ群におけるコマ収差を、第１レンズ群と第３レンズ群とで補正できる。
基本構成の具体的な構成例を説明する。図１は、本実施形態に係る内視鏡用対物光学系の具体的な構成を示す断面図であって、（ａ）は構成例１の断面図、（ｂ）は構成例２の断面図、（ｃ）は、プリズムの断面図である。
構成例１では、内視鏡用対物光学系は、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、で構成されている。第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に、開口絞りＳが配置されている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ順に、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、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２レンズ群Ｇ２は、正の第４レンズＬ４を有している。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像側へ順に、正の第５レンズＬ５と、負の第６レンズＬ６と、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５レンズＬ５と第６レンズＬ６は接合され、接合レンズＣＬ２を構成している。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。
構成例１では、第２レンズ群Ｇ２を移動することで、合焦を行っている。図１（ａ）は、遠距離物体に合焦した状態を示している。近距離物体への合焦では、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動する。
第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に、第１の平行平板Ｆ１が配置されている。第１の平行平板Ｆ１は、光学系中の任意の位置に配置することができる。第８レンズＬ８の像側に、第２の平行平板Ｆ２と第３の平行平板Ｆ３が配置されている。第２の平行平板Ｆ２と第３の平行平板Ｆ３は接合されている。
第３の平行平板Ｆ３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、平行平板ＣＧが配置されている。平行平板ＣＧは、撮像素子のカバーガラスである。平行平板ＣＧの像側には、撮像素子（不図示）が配置されている。平行平板ＣＧの像側面は、像面Ｉになっている。撮像素子の撮像面は、平行平板ＣＧの像側面と一致している。
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。
第１のプリズムＰ１と第２のプリズムＰ２との接合で、接合面が形成される。接合面は、偏光ビームスプリッタ面である。偏光ビームスプリッタ面では、例えば、Ｐ偏光の光が反射され、Ｓ偏光の光が透過される。Ｐ偏光の光の偏光方向は、Ｓ偏光の偏光方向と直交している。
内視鏡用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、Ｐ偏光の光は接合面で反射され、光路Ａに沿って進む。Ｓ偏光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。
構成例２では、内視鏡用対物光学系は、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、で構成されている。第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に、開口絞りＳが配置されている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ順に、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、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２レンズ群Ｇ２は、正の第４レンズＬ４を有している。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像側へ順に、正の第５レンズＬ５と、正の第６レンズＬ６と、負の第７レンズＬ７と、を有している。第６レンズＬ６と第７レンズＬ７は接合され、接合レンズＣＬ２を構成している。
構成例２では、第２レンズ群Ｇ２を移動することで、合焦を行っている。図１（ｂ）は、遠距離物体に合焦した状態を示している。近距離物体への合焦では、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動する。
構成例１と構成例２では、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に、開口絞りＳが配置されている。この位置に開口絞りＳを配置することで、第２レンズ群Ｇ２を通過する光線の高さを低くすることができる。その結果、第２レンズ群Ｇ２の外径を小型化することができる。
第２レンズ群Ｇ２は合焦時に移動する。第２レンズ群Ｇ２が移動することで、遠距離から近距離までの間のどこに物体が位置していても、合焦することができる。遠距離物体に合焦した場合に通常観察ができ、近距離物体に合焦した場合に拡大観察ができる。
第２レンズ群Ｇ２を光軸方向に動かすためには、移動機構が必要になる。上述のように、第２レンズ群Ｇ２は小型化できるので、移動機構を第２レンズ群Ｇ２の周囲に容易に配置できる。
また、移動するレンズ群の数が１つなので、移動するレンズ群の重量も小さくできる。よって、移動機構にかかる負荷を低減できる。更に、移動機構を簡素にできる。
移動機構としては、例えば、アクチュエーターがある。アクチュエーターは第２レンズ群Ｇ２を保持するレンズ枠に接続され、これによりレンズ枠に駆動力が与えられる。
構成例１と構成例２では、第１レンズ群Ｇ１中に第１の平行平板Ｆ１が配置されている。第１の平行平板Ｆ１は特定の波長、例えば、ＹＡＧレーザのレーザ光（波長１０６０ｎｍの光）、半導体レーザのレーザ光（波長８１０ｎｍの光）、あるいは近赤外領域の波長の光をカットするための光学フィルタである。
構成例１と構成例２は、例えば、以下のような仕様を持つ内視鏡用対物光学系である。
画角：１４０°〜１６５°。
バックフォーカス：焦点距離の４倍弱。
全長：焦点距離の１２倍弱。
Ｆナンバー：４．２。
構成例１では、８枚の単レンズで、内視鏡用対物光学系が構成されている。構成例２では、７枚の単レンズで、内視鏡用対物光学系が構成されている。このように、構成例１と構成例２では、少ない枚数のレンズで光学系が構成されているので、コンパクトな内視鏡用対物光学系を実現できる。
本実施形態に係る内視鏡用対物光学系は、上述の基本構成を備えると共に、以下の条件式（１）を満足する。
０．４５＜ｄ3t／ｆ32＜０．８ （１）
ここで、
ｄ3tは、前群の最も物体側に位置するレンズ面から後群の最も物体側に位置するレンズ面までの距離、
ｆ32は、後群の焦点距離、
である。
条件式（１）を満足することで、前群に対して、後群を適度に離すことができる。この場合、後群の位置で、軸上光束と軸外光束とを分離できる。そのため、前群で、主に軸上収差を良好に補正でき、後群で、主に軸外収差を良好に補正できる。その結果、少ない枚数のレンズで、良好な結像性能を維持できる。
値が条件式（１）の下限値を下回る場合、前群に対して、後群を十分に離すことができない。そのため、後群で、軸外収差を良好に補正できない。値が条件式（１）の上限値を上回る場合、前群に対して、後群が離れすぎてしまう。そのため、第３レンズ群の全長が長くなると共に、第３レンズ群におけるレンズ径が大きくなる。
本実施形態に係る内視鏡用対物光学系は、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
１．２＜ｆ31／ｆ32＜５．０ （２）
ここで、
ｆ31は、前群の焦点距離、
ｆ32は、後群の焦点距離、
である。
条件式（２）を満足することで、後群の屈折力を、前群の屈折力よりも大きくできる。後群の屈折力が大きくなると、第３レンズ群の主点位置が、像側に位置する。その結果、バックフォーカスを長くできる。
値が条件式（２）の下限値を下回る場合、前群の屈折力が大きくなる。そのため、軸上収差を補正しきれない。また、前群の屈折力が大きくなると、第３レンズ群の主点位置が、物体側に位置する。そのため、十分な長さのバックフォーカスを確保できない。
値が条件式（２）の上限値を上回る場合、後群の屈折力が大きくなる。そのため、軸外収差を補正しきれなくなる。特に、第３レンズ群で発生するコマ収差が少なくなる。そのため、第１レンズ群で発生するコマ収差と合わせても、第２レンズ群で発生するコマ収差を相殺できない。また、第３レンズ群の全長が長くなる。
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。
１．２３＜ｆ31／ｆ32＜５．０ （２’）
本実施形態に係る内視鏡用対物光学系は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
０．２８＜ｄ3p／ｆ32＜０．５ （３）
ここで、
ｄ3pは、前群の最も像側に位置するレンズ面から後群の最も物体側に位置するレンズ面までの距離、
ｆ32は、後群の焦点距離、
である。
条件式（３）を満足することで、前群に対して、後群を適度に離すことができる。この場合、後群の位置で、軸上光束と軸外光束とを分離できる。そのため、前群で、主に軸上収差を良好に補正でき、後群で、主に軸外収差を良好に補正できる。その結果、少ない枚数のレンズで、良好な結像性能を維持できる。
値が条件式（３）の下限値を下回る場合、前群に対して、後群を十分に離すことができない。そのため、後群で、軸外収差を良好に補正できない。値が条件式（３）の上限値を上回る場合、前群に対して、後群が離れすぎてしまう。そのため、第３レンズ群の全長が長くなると共に、第３レンズ群におけるレンズ径が大きくなる。
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。
０．２８２＜ｄ3p／ｆ32＜０．５ （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。
０．２９５＜ｄ3p／ｆ32＜０．５ （３”）
本実施形態に係る内視鏡用対物光学系は、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
２．３＜ｆ3／ｆ＜３．２ （４）
ここで、
ｆ3は、第３レンズ群の焦点距離、
ｆは、通常観察時の内視鏡用対物光学系の焦点距離、
である。
十分に長いバックフォーカスを確保するためには、第３レンズ群の屈折力を小さくするか、又は、第３レンズ群の倍率を大きくすれば良い。
値が条件式（４）の下限値を下回ると、第３レンズ群の屈折力が大きくなる。そのため、十分なバックフォーカスを確保できず、また、収差を良好に補正できない。
値が条件式（４）の上限値を上回ると、光学系の全長が長くなると共に、光学系の外径が大きくなる。そのため、内視鏡用対物光学系を内視鏡に搭載すると、挿入部の径が大きくなる。その結果、内視鏡の操作性が悪くなる。また、体腔内へ挿入する時の抵抗が大きくなる。
本実施形態に係る内視鏡用対物光学系は、第１レンズ群は、物体側から、負レンズと、接合レンズと、からなり、負レンズの像側面は、像側に凹の面であり、接合レンズの物体側面は、物体側に凹の面であり、第２レンズ群は正レンズからなり、正レンズの像側の面は、像側に凹の面であり、遠距離物体から近距離物体への合焦に際して、第２レンズ群は物体側から像側に移動することが好ましい。
第１レンズ群では、最も物体側に物体側負レンズが配置されている。物体側負レンズの像側面は、像側に凹の面にすることが好ましい。このようにすることで、第２レンズ群で発生するコマ収差を、第１レンズ群と第３レンズ群とで良好に補正できる。
また、第１レンズ群では、物体側負レンズの像側に、像側接合レンズが配置されている。像側接合レンズの物体側面は、物体側に凹の面にすることが好ましい。このようにすることで、面の向きを、開口絞りに対して同心になっている面の向きと反対の向きにできる。その結果、第１レンズ群内で発生する非点隔差を補正できる。更に、物体側負レンズの物体側面の外径を大きくすることなく、倍率色収差を良好に補正できる。
また、第２レンズ群は、正レンズからなる。正レンズの像側面は、像側に凹の面にすることが好ましい。そして、遠距離物体から近距離物体への合焦に際して、第２レンズ群を、物体側から像側に移動させる。
このようにすると、物体距離が光学系に近い場合であっても、第１レンズ群で発生する非点隔差を第２レンズ群で補正しながら、第１レンズ群でのコマ収差の変動量と、第２レンズ群でのコマ収差の変動量を、各々小さくできる。
更に、各々のコマ収差の変動量を小さくできるだけでなく、互いに打消し合うようにできる。その結果、光学系全体として、コマ収差を小さく抑えることが可能となる。また、第２レンズ群に用いるレンズの枚数を少なくすることができる。
開口絞りは、第２レンズ群と第３レンズ群との間に配置されていると良い。第３レンズ群の最も物体側に位置するレンズの近傍に、開口絞りを配置するとより良い。
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）は通常観察状態における断面図、（ｂ）は拡大観察状態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、開口絞りはＳ、プリズムはＰ、像面（撮像面）はＩで示してある。平行平板は、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、ＣＧで示してある。平行平板ＣＧはカバーガラスで、プリズムＰと像面Ｉとの間に配置されている。
平行平板Ｆ１は特定の波長、例えば、ＹＡＧレーザのレーザ光（波長１０６０ｎｍの光）、半導体レーザのレーザ光（波長８１０ｎｍの光）、あるいは近赤外領域の波長の光をカットするためのフィルタである。平行平板Ｆ２と平行平板Ｆ３は、偏光解消作用を有するフィルタである。
各実施例の収差図について説明する。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、及び（ｅ）は、それぞれ、通常観察状態における収差図である。（ａ）は球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は倍率色収差（ＣＣ）、（ｄ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｅ）はコマ収差（ＣＭ）を示している。
（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）、及び（ｊ）は、それぞれ、拡大観察状態における収差図である。（ｆ）は球面収差（ＳＡ）、（ｇ）は非点収差（ＡＳ）、（ｈ）は倍率色収差（ＣＣ）、（ｉ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｊ）はコマ収差（ＣＭ）を示している。
コマ収差は、横収差で表示されている。像高位置は、最大像高に対して０．８倍の位置である。例えば、最大像高が１．１４１ｍｍの場合、像高位置は０．９１３ｍｍになる。
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、倍率収差、及びコマ収差については、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に係る内視鏡用対物光学系について説明する。実施例１の内視鏡用対物光学系は、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、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ＣＬ１を形成している。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４を有する。
第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズＬ５と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ５と負メニスカスレンズＬ６とで、接合レンズＣＬ２を形成している。両凸正レンズＬ７と負メニスカスレンズＬ８とで、接合レンズＣＬ３を形成している。
開口絞り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。
合焦時、第２レンズ群Ｇ２が移動する。遠距離物体に合焦した状態から近距離物体に合焦するとき、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動する。
平凹負レンズＬ１の像側には、平行平板Ｆ１が配置されている。第３レンズ群Ｇ３の像側には、平行平板Ｆ２、平行平板Ｆ３、プリズムＰ、及びカバーガラスＣＧが配置されている。
非球面は、両凸正レンズＬ７の物体側面に設けられている。
（実施例２）
実施例２に係る内視鏡用対物光学系について説明する。実施例２の内視鏡用対物光学系は、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、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ＣＬ１を形成している。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４を有する。
第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズＬ５と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ５と負メニスカスレンズＬ６とで、接合レンズＣＬ２を形成している。両凸正レンズＬ７と負メニスカスレンズＬ８とで、接合レンズＣＬ３を形成している。
開口絞り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。
合焦時、第２レンズ群Ｇ２が移動する。遠距離物体に合焦した状態から近距離物体に合焦するとき、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動する。
平凹負レンズＬ１の像側には、平行平板Ｆ１が配置されている。第３レンズ群Ｇ３の像側には、平行平板Ｆ２、平行平板Ｆ３、プリズムＰ、及びカバーガラスＣＧが配置されている。
非球面は、両凸正レンズＬ７の物体側面に設けられている。
（実施例３）
実施例３に係る内視鏡用対物光学系について説明する。実施例３の内視鏡用対物光学系は、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、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ＣＬ１を形成している。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４を有する。
第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズＬ５と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ５と負メニスカスレンズＬ６とで、接合レンズＣＬ２を形成している。正メニスカスレンズＬ７と負メニスカスレンズＬ８とで、接合レンズＣＬ３を形成している。
開口絞り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。
合焦時、第２レンズ群Ｇ２が移動する。遠距離物体に合焦した状態から近距離物体に合焦するとき、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動する。
平凹負レンズＬ１の像側には、平行平板Ｆ１が配置されている。第３レンズ群Ｇ３の像側には、平行平板Ｆ２、平行平板Ｆ３、プリズムＰ、及びカバーガラスＣＧが配置されている。
非球面は、正メニスカスレンズＬ７の物体側面に設けられている。
（実施例４）
実施例４に係る内視鏡用対物光学系について説明する。実施例４の内視鏡用対物光学系は、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、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ＣＬ１を形成している。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４を有する。
第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズＬ５と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ５と負メニスカスレンズＬ６とで、接合レンズＣＬ２を形成している。正メニスカスレンズＬ７と負メニスカスレンズＬ８とで、接合レンズＣＬ３を形成している。
開口絞り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。
合焦時、第２レンズ群Ｇ２が移動する。遠距離物体に合焦した状態から近距離物体に合焦するとき、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動する。
平凹負レンズＬ１の像側には、平行平板Ｆ１が配置されている。第３レンズ群Ｇ３の像側には、平行平板Ｆ２、平行平板Ｆ３、プリズムＰ、及びカバーガラスＣＧが配置されている。
非球面は、正メニスカスレンズＬ７の物体側面に設けられている。
（実施例５）
実施例５に係る内視鏡用対物光学系について説明する。実施例５の内視鏡用対物光学系は、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、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ＣＬ１を形成している。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４を有する。
第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズＬ５と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ５と負メニスカスレンズＬ６とで、接合レンズＣＬ２を形成している。正メニスカスレンズＬ７と負メニスカスレンズＬ８とで、接合レンズＣＬ３を形成している。
開口絞り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。
合焦時、第２レンズ群Ｇ２が移動する。遠距離物体に合焦した状態から近距離物体に合焦するとき、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動する。
平凹負レンズＬ１の像側には、平行平板Ｆ１が配置されている。第３レンズ群Ｇ３の像側には、平行平板Ｆ２、平行平板Ｆ３、プリズムＰ、及びカバーガラスＣＧが配置されている。
非球面は、正メニスカスレンズＬ７の物体側面に設けられている。
（実施例６）
実施例６に係る内視鏡用対物光学系について説明する。実施例６の内視鏡用対物光学系は、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、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ＣＬ１を形成している。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４を有する。
第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズＬ５と、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ＣＬ２を形成している。
開口絞り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。
合焦時、第２レンズ群Ｇ２が移動する。遠距離物体に合焦した状態から近距離物体に合焦するとき、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動する。
平凹負レンズＬ１の像側には、平行平板Ｆ１が配置されている。第３レンズ群Ｇ３の像側には、平行平板Ｆ２、平行平板Ｆ３、プリズムＰ、及びカバーガラスＣＧが配置されている。
非球面は、両凸正レンズＬ５の物体側面と、両凸正レンズＬ６の物体側面に設けられている。
（実施例７）
実施例７に係る内視鏡用対物光学系について説明する。実施例７の内視鏡用対物光学系は、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、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ＣＬ１を形成している。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４を有する。
第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズＬ５と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ５と負メニスカスレンズＬ６とで、接合レンズＣＬ２を形成している。正メニスカスレンズＬ７と負メニスカスレンズＬ８とで、接合レンズＣＬ３を形成している。
開口絞り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。
合焦時、第２レンズ群Ｇ２が移動する。遠距離物体に合焦した状態から近距離物体に合焦するとき、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動する。
平凹負レンズＬ１の像側には、平行平板Ｆ１が配置されている。第３レンズ群Ｇ３の像側には、平行平板Ｆ２、平行平板Ｆ３、プリズムＰ、及びカバーガラスＣＧが配置されている。
非球面は、正メニスカスレンズＬ７の物体側面に設けられている。
（実施例８）
実施例８に係る内視鏡用対物光学系について説明する。実施例８の内視鏡用対物光学系は、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、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ＣＬ１を形成している。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４を有する。
第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズＬ５と、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ＣＬ２を形成している。
開口絞り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。
合焦時、第２レンズ群Ｇ２が移動する。遠距離物体に合焦した状態から近距離物体に合焦するとき、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動する。
平凹負レンズＬ１の像側には、平行平板Ｆ１が配置されている。第３レンズ群Ｇ３の像側には、平行平板Ｆ２、平行平板Ｆ３、プリズムＰ、及びカバーガラスＣＧが配置されている。
非球面は、両凸正レンズＬ５の物体側面と、両凸正レンズＬ６の物体側面に設けられている。
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、ｎｅは各レンズのｅ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数、＊印は非球面である。絞りは開口絞りである。
各種データにおいて、ＯＢＪは物体距離、ｆはｅ線における焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角、ＩＨは像高である。焦点距離とＦナンバーは、各々、通常観察の焦点距離と通常観察のＦナンバーである。近接観察状態では、拡大観察ができる。
また、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２…としたとき、次の式で表される。
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／ｒ）2｝1/2］
＋Ａ４ｙ4＋Ａ６ｙ6＋Ａ８ｙ8＋Ａ１０ｙ10＋Ａ１２ｙ12＋…
また、非球面係数において、「e−ｎ」（ｎは整数）は、「１０−ｎ」を示している。
数値実施例１
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.4000 1.88815 40.76
2 1.6173 0.6234 1.
3 ∞ 0.3000 1.52300 65.12
4 ∞ 0.2296 1.
5 -3.8077 0.3200 1.88815 40.76
6 1.6097 0.8710 1.85504 23.78
7 -8.9002 d7 1.
8 1.6874 0.5682 1.48915 70.23
9 2.0105 d9 1.
10(絞り) ∞ 0.0300 1.
11 3.5510 0.4500 1.68084 54.89
12 -1.3567 0.3000 1.82017 46.62
13 -12.9458 1.2362 1.
14* 92.3170 0.9000 1.68084 54.89
15 -1.4523 0.3500 1.85504 23.78
16 -2.3536 0.2964 1.
17 ∞ 0.2000 1.54617 69.87
18 ∞ 0.1600 1.37860 106.18
19 ∞ 0.2200 1.
20 ∞ 5.5410 1.64129 55.38
21 ∞ 0.3199 1.50700 63.26
22 ∞ 0. 1.
像面 ∞

非球面データ
第１４面
k=-34.9348
A4=-1.6411e-02,A6=1.8958e-03,A8=-5.5499e-04

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
ＯＢＪ 18.00000 3.55000
ｆ 1.107
Ｆｎｏ 4.19
ω 79.6
ＩＨ 1.141
d7 0.34590 1.19161
d9 1.81407 0.96836
数値実施例２
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.4000 1.88815 40.76
2 1.4893 0.5300 1.
3 ∞ 0.3000 1.52300 65.12
4 ∞ 0.1992 1.
5 -3.3750 0.3200 1.88815 40.76
6 1.4969 0.8016 1.85504 23.78
7 -9.6452 d7 1.
8 1.6129 0.5058 1.48915 70.23
9 1.8991 d9 1.
10(絞り) ∞ 0.0192 1.
11 2.8602 0.4500 1.65141 53.02
12 -1.4550 0.3000 1.82017 46.62
13 -9.6340 1.1665 1.
14* 686.1721 0.9000 1.68084 54.89
15 -1.3926 0.3500 1.85504 23.78
16 -2.3789 0.2646 1.
17 ∞ 0.2000 1.54617 69.87
18 ∞ 0.1600 1.37860 106.18
19 ∞ 0.2200 1.
20 ∞ 5.5410 1.64129 55.38
21 ∞ 0.3179 1.50700 63.26
22 ∞ 0. 1.
像面 ∞

非球面データ
第１４面
k=363.9601
A4=-1.7143e-02,A6=-2.7983e-04,A8=6.2807e-04

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
ＯＢＪ 18.00000 3.55000
ｆ 1.101
Ｆｎｏ 4.25
ω 80.5
ＩＨ 1.141
d7 0.27139 1.07873
d9 1.68431 0.87697
数値実施例３
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.4000 1.88815 40.76
2 1.6216 0.5194 1.
3 ∞ 0.3000 1.52300 65.12
4 ∞ 0.2296 1.
5 -3.8454 0.3200 1.88815 40.76
6 1.7180 0.8710 1.85504 23.78
7 -8.8093 d7 1.
8 1.8043 0.6868 1.48915 70.23
9 2.2380 d9 1.
10(絞り) ∞ 0.0300 1.
11 4.1205 0.5200 1.68084 54.89
12 -1.2815 0.3000 1.79196 47.37
13 -7.8787 1.6625 1.
14* -306.9738 1.1000 1.68084 54.89
15 -1.4965 0.3500 1.85504 23.78
16 -2.4287 0.1692 1.
17 ∞ 0.2000 1.54617 69.87
18 ∞ 0.1600 1.37860 106.18
19 ∞ 0.2200 1.
20 ∞ 5.5410 1.64129 55.38
21 ∞ 0.3199 1.50700 63.26
22 ∞ 0. 1.
像面 ∞

非球面データ
第１４面
k=129.6954
A4=-1.3827e-02,A6=3.0751e-04,A8=1.4007e-04

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
ＯＢＪ 18.00000 3.55000
ｆ 1.151
Ｆｎｏ 4.21
ω 70.5
ＩＨ 1.141
d7 0.26875 1.12824
d9 1.84054 0.98105
数値実施例４
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.4000 1.88815 40.76
2 1.7670 0.6201 1.
3 ∞ 0.3000 1.52300 65.12
4 ∞ 0.2296 1.
5 -3.8611 0.3200 1.88815 40.76
6 1.5941 0.8710 1.85504 23.78
7 -9.6188 d7 1.
8 2.0496 1.0018 1.48915 70.23
9 2.6514 d9 1.
10(絞り) ∞ 0.0300 1.
11 4.5635 0.5200 1.68084 54.89
12 -1.2808 0.3000 1.79196 47.37
13 -11.8873 1.2686 1.
14* -69.4642 0.9000 1.68084 54.89
15 -1.4727 0.3500 1.85504 23.78
16 -2.3227 0.1100 1.
17 ∞ 0.2000 1.54617 69.87
18 ∞ 0.1600 1.37860 106.18
19 ∞ 0.2200 1.
20 ∞ 6.5410 1.64129 55.38
21 ∞ 0.3198 1.50700 63.26
22 ∞ 0. 1.
像面 ∞

非球面データ
第１４面
k=303.7869
A4=-1.3218e-02,A6=2.5417e-05,A8=2.5201e-04

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
ＯＢＪ 18.00000 3.55000
ｆ 1.173
Ｆｎｏ 4.37
ω 69.6
ＩＨ 1.141
d7 0.43375 1.29224
d9 1.80847 0.94998
数値実施例５
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.4000 1.88815 40.76
2 1.8017 0.7306 1.
3 ∞ 0.3000 1.52300 65.12
4 ∞ 0.2296 1.
5 -4.0155 0.3200 1.88815 40.76
6 1.4687 0.8710 1.85504 23.78
7 -10.0338 d7 1.
8 2.0337 0.9780 1.48915 70.23
9 2.6032 d9 1.
10(絞り) ∞ 0.0300 1.
11 5.7412 0.5200 1.68084 54.89
12 -1.1934 0.3000 1.79196 47.37
13 -11.9828 0.9523 1.
14* -61.4190 0.9000 1.68084 54.89
15 -1.4242 0.3500 1.85504 23.78
16 -2.1999 0.1100 1.
17 ∞ 0.2000 1.54617 69.87
18 ∞ 0.1600 1.37860 106.18
19 ∞ 0.2200 1.
20 ∞ 7.0410 1.64129 55.38
21 ∞ 0.3199 1.50700 63.26
22 ∞ 0. 1.
像面 ∞

非球面データ
第１４面
k=237.0071
A4=-1.5143e-02,A6=1.2981e-03,A8=-3.8382e-04

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
ＯＢＪ 18.00000 3.55000
ｆ 1.182
Ｆｎｏ 4.38
ω 69.5
ＩＨ 1.141
d7 0.40910 1.27441
d9 1.77117 0.90586
数値実施例６
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.4000 1.88815 40.76
2 1.5105 0.5300 1.
3 ∞ 0.3000 1.52300 65.12
4 ∞ 0.1992 1.
5 -3.7804 0.3200 1.88815 40.76
6 1.5243 0.7221 1.85504 23.78
7 -8.7864 d7 1.
8 1.6660 0.5194 1.48915 70.23
9 1.9734 d9 1.
10(絞り) ∞ 0.0283 1.
11* 3.8348 0.6882 1.59732 67.74
12 -52.3813 1.3034 1.
13* 47.4038 0.9000 1.68084 54.89
14 -1.3706 0.3500 1.86784 22.73
15 -2.2661 0.2402 1.
16 ∞ 0.2000 1.54617 69.87
17 ∞ 0.1600 1.37860 106.18
18 ∞ 0.2200 1.
19 ∞ 5.5410 1.64129 55.38
20 ∞ 0.3171 1.50700 63.26
21 ∞ 0. 1.
像面 ∞

非球面データ
第１１面
k=-5.9414
第１３面
k=341.6896
A4=-1.4297e-02,A6=7.3030e-04,A8=7.3026e-04

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
ＯＢＪ 18.00000 3.55000
ｆ 1.105
Ｆｎｏ 4.00
ω 79.9
ＩＨ 1.141
d7 0.24059 1.14374
d9 1.67063 0.76748
数値実施例７
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.4000 1.88815 40.76
2 1.8159 0.7286 1.
3 ∞ 0.3000 1.52300 65.12
4 ∞ 0.2296 1.
5 -4.0271 0.3200 1.88815 40.76
6 1.4650 0.8710 1.85504 23.78
7 -10.1555 d7 1.
8 2.0287 0.9794 1.48915 70.23
9 2.6203 d9 1.
10(絞り) ∞ 0.0300 1.
11 5.4027 0.5200 1.68084 54.89
12 -1.1831 1.0000 1.79196 47.37
13 -13.0433 0.5564 1.
14* -43.7129 0.9000 1.68084 54.89
15 -1.4349 0.3500 1.85504 23.78
16 -2.2096 0.1100 1.
17 ∞ 0.2000 1.54617 69.87
18 ∞ 0.1600 1.37860 106.18
19 ∞ 0.2200 1.
20 ∞ 7.0410 1.64129 55.38
21 ∞ 0.3194 1.50700 63.26
22 ∞ 0. 1.
像面 ∞

非球面データ
第１４面
k=237.0218
A4=-1.4900e-02,A6=1.4311e-03,A8=-6.0966e-04

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
ＯＢＪ 18.00000 3.55000
ｆ 1.174
Ｆｎｏ 4.32
ω 70.5
ＩＨ 1.141
d7 0.40945 1.25505
d9 1.76814 0.92254
数値実施例８
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.4000 1.88815 40.76
2 1.5115 0.5300 1.
3 ∞ 0.3000 1.52300 65.12
4 ∞ 0.1992 1.
5 -3.7868 0.3200 1.88815 40.76
6 1.5255 0.7215 1.85504 23.78
7 -8.7499 d7 1.
8 1.6645 0.5189 1.48915 70.23
9 1.9756 d9 1.
10(絞り) ∞ 0.0278 1.
11* 3.8113 1.6993 1.59732 67.74
12 -54.3575 0.7091 1.
13* 48.7589 0.9000 1.68084 54.89
14 -1.3696 0.3500 1.86784 22.73
15 -2.2689 0.2402 1.
16 ∞ 0.2000 1.54617 69.87
17 ∞ 0.1600 1.37860 106.18
18 ∞ 0.2200 1.
19 ∞ 5.5410 1.64129 55.38
20 ∞ 0.3099 1.50700 63.26
21 ∞ 0. 1.
像面 ∞

非球面データ
第１１面
k=-5.8413
第１３面
k=341.6894
A4=-1.4541e-02,A6=8.1408e-04,A8=9.0620e-04

各種データ
通常観察状態 近接観察状態
ＯＢＪ 18.00000 3.55000
ｆ 1.101
Ｆｎｏ 3.97
ω 80.7
ＩＨ 1.141
d7 0.24009 1.13672
d9 1.66916 0.77253
次に、各実施例における条件式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
(1)d3t/f32 0.511 0.467 0.600 0.523
(2)f31/f32 1.678 1.236 1.366 1.937
(3)d3p/f32 0.318 0.284 0.402 0.318
(4)f3/f 2.879 2.786 2.977 2.867

実施例５ 実施例６ 実施例７ 実施例８
(1)d3t/f32 0.473 0.533 0.545 0.643
(2)f31/f32 2.891 1.609 2.823 1.608
(3)d3p/f32 0.254 0.349 0.146 0.189
(4)f3/f 2.782 2.799 2.785 2.818
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。
（付記）
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）
第１レンズ群は、物体側から、負レンズと、接合レンズと、からなり、
負レンズの像側面は、像側に凹の面であり、
接合レンズの物体側面は、物体側に凹の面であり、
第２レンズ群は正レンズからなり、
正レンズの像側の面は、像側に凹の面であり、
遠距離物体から近距離物体への合焦に際して、第２レンズ群は物体側から像側に移動する。
本発明は、十分なバックフォーカスを有しながらも光学系の全長が短く、諸収差が良好に補正された内視鏡用対物光学系に有用である。
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｌ１〜Ｌ８ レンズ
ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３ 接合レンズ
Ｓ 開口絞り
Ｉ 像面
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、ＣＧ 平行平板
ＡＸ 光軸
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２ プリズム
Ａ、Ｂ 光路
ＷＬ １／４波長板
ＲＥＦ 反射素子
Ｒｓ１、Ｒｓ２ 反射面
ＩＭ 撮像素子
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、十分なバックフォーカスを有しながらも光学系の全長が短く、諸収差が良好に補正された対物光学系、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レンズ群と、
第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、を備え、
合焦時、第２レンズ群は光軸方向に移動し、
第３レンズ群は、物体側から像側へ、前群と、後群と、を有し、
前群は、正の屈折力の接合レンズからなるか、又は、正の屈折力の単レンズからなり、
後群は、正の屈折力の接合レンズからなり、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
０．４５＜ｄ3t／ｆ32＜０．８ （１）
ここで、
ｄ3tは、前群の最も物体側に位置するレンズ面から後群の最も物体側に位置するレンズ面までの光軸上の距離、
ｆ32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、上述の対物光学系を備えることを特徴とする。
本発明によれば、十分なバックフォーカスを有しながらも光学系の全長が短く、諸収差が良好に補正された対物光学系、及び内視鏡を提供することができる。
本実施形態の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の対物光学系の断面図である。 実施例１の対物光学系の収差図である。 実施例２の対物光学系の断面図である。 実施例２の対物光学系の収差図である。 実施例３の対物光学系の断面図である。 実施例３の対物光学系の収差図である。 実施例４の対物光学系の断面図である。 実施例４の対物光学系の収差図である。 実施例５の対物光学系の断面図である。 実施例５の対物光学系の収差図である。 実施例６の対物光学系の断面図である。 実施例６の対物光学系の収差図である。 実施例７の対物光学系の断面図である。 実施例７の対物光学系の収差図である。 実施例８の対物光学系の断面図である。 実施例８の対物光学系の収差図である。
以下、本実施形態に係る対物光学系について、図面を用いて、このような構成をとった理由と作用を説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
本実施形態に係る対物光学系は、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。
本実施形態に係る対物光学系の基本構成について説明する。基本構成では、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レンズ群と、第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、を備え、合焦時、第２レンズ群は光軸方向に移動し、第３レンズ群は、物体側から像側へ、前群と、後群と、を有し、前群は、正の屈折力の接合レンズからなるか、又は、正の屈折力の単レンズからなり、後群は、正の屈折力の接合レンズからなる。
基本構成では、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レンズ群と、第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、で構成されている。このようにすることで、広い画角の確保と、光学系の全長の短縮ができる。
基本構成の具体的な構成例を説明する。図１は、本実施形態に係る対物光学系の具体的な構成を示す断面図であって、（ａ）は構成例１の断面図、（ｂ）は構成例２の断面図、（ｃ）は、プリズムの断面図である。
構成例１では、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、で構成されている。第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に、開口絞りＳが配置されている。
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、Ｐ偏光の光は接合面で反射され、光路Ａに沿って進む。Ｓ偏光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。
構成例２では、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、で構成されている。第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に、開口絞りＳが配置されている。
構成例１と構成例２は、例えば、以下のような仕様を持つ対物光学系である。
画角：１４０°〜１６５°。
バックフォーカス：焦点距離の４倍弱。
全長：焦点距離の１２倍弱。
Ｆナンバー：４．２。
構成例１では、８枚の単レンズで、対物光学系が構成されている。構成例２では、７枚の単レンズで、対物光学系が構成されている。このように、構成例１と構成例２では、少ない枚数のレンズで光学系が構成されているので、コンパクトな対物光学系を実現できる。
本実施形態に係る対物光学系は、上述の基本構成を備えると共に、以下の条件式（１）を満足する。
０．４５＜ｄ3t／ｆ32＜０．８ （１）
ここで、
ｄ3tは、前群の最も物体側に位置するレンズ面から後群の最も物体側に位置するレンズ面までの光軸上の距離、
ｆ32は、後群の焦点距離、
である。
本実施形態に係る対物光学系は、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
１．２＜ｆ31／ｆ32＜５．０ （２）
ここで、
ｆ31は、前群の焦点距離、
ｆ32は、後群の焦点距離、
である。
本実施形態に係る対物光学系は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
０．２８＜ｄ3p／ｆ32＜０．５ （３）
ここで、
ｄ3pは、前群の最も像側に位置するレンズ面から後群の最も物体側に位置するレンズ面までの光軸上の距離、
ｆ32は、後群の焦点距離、
である。
本実施形態に係る対物光学系は、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
２．３＜ｆ3／ｆ＜３．２ （４）
ここで、
ｆ3は、第３レンズ群の焦点距離、
ｆは、通常観察時の対物光学系の焦点距離、
である。
値が条件式（４）の上限値を上回ると、光学系の全長が長くなると共に、光学系の外径が大きくなる。そのため、対物光学系を内視鏡に搭載すると、挿入部の径が大きくなる。その結果、内視鏡の操作性が悪くなる。また、体腔内へ挿入する時の抵抗が大きくなる。
本実施形態に係る対物光学系は、第１レンズ群は、物体側から、負レンズと、接合レンズと、からなり、負レンズの像側面は、像側に凹の面であり、接合レンズの物体側面は、物体側に凹の面であり、第２レンズ群は正レンズからなり、正レンズの像側の面は、像側に凹の面であり、遠距離物体から近距離物体への合焦に際して、第２レンズ群は物体側から像側に移動することが好ましい。
（実施例１）
実施例１に係る対物光学系について説明する。実施例１の対物光学系は、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。
（実施例２）
実施例２に係る対物光学系について説明する。実施例２の対物光学系は、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。
（実施例３）
実施例３に係る対物光学系について説明する。実施例３の対物光学系は、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。
（実施例４）
実施例４に係る対物光学系について説明する。実施例４の対物光学系は、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。
（実施例５）
実施例５に係る対物光学系について説明する。実施例５の対物光学系は、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。
（実施例６）
実施例６に係る対物光学系について説明する。実施例６の対物光学系は、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。
（実施例７）
実施例７に係る対物光学系について説明する。実施例７の対物光学系は、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。
（実施例８）
実施例８に係る対物光学系について説明する。実施例８の対物光学系は、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。
本発明は、十分なバックフォーカスを有しながらも光学系の全長が短く、諸収差が良好に補正された対物光学系、及び内視鏡に有用である。

Claims (4)

  1. 物体側から像側へ順に、
    負の屈折力を有する第１レンズ群と、
    第２レンズ群と、
    正の屈折力を有する第３レンズ群と、を備え、
    合焦時、前記第２レンズ群は光軸方向に移動し、
    前記第３レンズ群は、物体側から像側へ、前群と、後群と、を有し、
    前記前群は、正の屈折力の接合レンズからなるか、又は、正の屈折力の単レンズからなり、
    前記後群は、正の屈折力の接合レンズからなり、
    以下の条件式（１）を満足することを特徴とする内視鏡用対物光学系。
    ０．４５＜ｄ3t／ｆ32＜０．８ （１）
    ここで、
    ｄ3tは、前記前群の最も物体側に位置するレンズ面から前記後群の最も物体側に位置するレンズ面までの距離、
    ｆ32は、前記後群の焦点距離、
    である。
  2. 以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用対物光学系。
    １．２＜ｆ31／ｆ32＜５．０ （２）
    ここで、
    ｆ31は、前記前群の焦点距離、
    ｆ32は、前記後群の焦点距離、
    である。
  3. 以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の内視鏡用対物光学系。
    ０．２８＜ｄ3p／ｆ32＜０．５ （３）
    ここで、
    ｄ3pは、前記前群の最も像側に位置するレンズ面から前記後群の最も物体側に位置するレンズ面までの距離、
    ｆ32は、前記後群の焦点距離、
    である。
  4. 以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項２又は３に記載の内視鏡用対物光学系。
    ２．３＜ｆ3／ｆ＜３．２ （４）
    ここで、
    ｆ3は、前記第３レンズ群の焦点距離、
    ｆは、通常観察時の前記内視鏡用対物光学系の焦点距離、
    である。
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