TW202036083A - 內視鏡用攝像光學系統 - Google Patents

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TW202036083A
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坂上典久
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日商納盧克斯股份有限公司
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    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本發明提供一種用於實現足夠小型、足夠廣角且足夠高解析度的內視鏡的不使用膠合透鏡的五片透鏡的攝像光學系統。攝像光學系統是各透鏡不為膠合透鏡的五片透鏡的攝像光學系統，包括自物體側向像側依序配置的第一透鏡、第二透鏡、光圈、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡，所述第一透鏡具有負折射力且物體側的面為平面或凸面，所述第二透鏡具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第三透鏡具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第四透鏡具有負折射力且為雙凹透鏡，所述第五透鏡具有正折射力，將該第五透鏡的焦距以f5表示，將整體的焦距以f表示，滿足 2.6＜f5/f＜7。

Description

內視鏡用攝像光學系統
本發明是有關於一種攝像光學系統，尤其是有關於一種內視鏡用攝像光學系統。
醫療領域中使用的內視鏡中，有插入型內視鏡與膠囊（capsule）型內視鏡。通常的插入型內視鏡與前端部分的攝像光學系統、即位於遠離物鏡（objective lens）的位置的攝像元件是利用纖維（fiber）或中繼透鏡（relay lens）而連接。對於此種通常的插入型內視鏡的攝像光學系統，要求遠心性（telecentric）以減小光量損失（loss）。另外，插入型內視鏡中亦有電子內視鏡，該電子內視鏡是在前端部分包括攝像光學系統與攝像元件，且在位於遠離位置的顯示裝置顯示圖像。膠囊型內視鏡在膠囊內包括攝像光學系統與攝像元件。因此，對於膠囊型內視鏡以及電子內視鏡的攝像光學系統，不要求遠心性。另一方面，對於任一類型的內視鏡，均要求小型、廣角且高解析度。為了高解析度，需要減小攝像光學系統的像差。另外，就成本（cost）的觀點而言，理想的是不使用膠合透鏡。
專利文獻1揭示有不使用膠合透鏡的五片透鏡的內視鏡用攝像光學系統。但，所述攝像光學系統的像散相對較大，從而所述攝像光學系統的解析度無法充分滿足。
如此，尚未開發出一種用於實現足夠小型、足夠廣角且足夠高解析度的內視鏡的不使用膠合透鏡的五片透鏡的攝像光學系統。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2006-276779號公報
[發明所欲解決之課題] 因此，需求一種用於實現足夠小型、足夠廣角且足夠高解析度的內視鏡的不使用膠合透鏡的五片透鏡的攝像光學系統。本發明的課題在於提供一種用於實現足夠小型、足夠廣角且足夠高解析度的內視鏡的不使用膠合透鏡的五片透鏡的攝像光學系統。 [解決課題之手段]
本發明的攝像光學系統是各透鏡不為膠合透鏡的五片透鏡的攝像光學系統，包括自物體側向像側依序配置的第一透鏡、第二透鏡、光圈、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡，所述第一透鏡具有負折射力且物體側的面為平面或凸面，所述第二透鏡具有正折射力且為雙凸透鏡（double-convex lens），所述第三透鏡具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第四透鏡具有負折射力且為雙凹透鏡（double-concave lens），所述第五透鏡具有正折射力，將該第五透鏡的焦距以f5表示，將整體的焦距以f表示，滿足 2.6＜f5/f＜7。
本發明的攝像光學系統是各透鏡不為膠合透鏡的五片透鏡的光學系統。藉由不使用膠合透鏡，可提供小型且低成本的攝像光學系統。
本發明的攝像光學系統包括自物體側向像側配置的第一透鏡、第二透鏡、光圈及第三透鏡，所述第一透鏡具有負折射力且物體側的面為平面或凸面，所述第二透鏡具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第三透鏡具有正折射力且為雙凸透鏡。包括自物體側向像側配置的具有負折射力的第一透鏡、具有正折射力的第二透鏡以及具有正折射力的第三透鏡的結構容易修正廣角的各種像差。
因第一透鏡的物體側的面為平面或凸面，故而防止在透鏡表面滯留液滴以及由此導致的解析度下降。
光圈之前的具有正折射力的第二透鏡的橫向色像差（lateral chromatic aberration）與光圈之後的具有正折射力的第三透鏡的橫向色像差相抵消，而減小橫向色像差。
本發明的攝像光學系統包括具有負折射力且為雙凹透鏡的第四透鏡以及具有正折射力的第五透鏡，將該第五透鏡的焦距以f5表示，將整體的焦距以f表示，滿足 2.6＜f5/f＜7。
藉由使f5/f小於所述式的上限值，維持第五透鏡的折射力相對較大，可抑制像場彎曲的增加以及周邊光量比的下降。藉由使f5/f大於所述式的下限值，第五透鏡的折射力不會過大，可抑制像散的增加。
本發明的第一實施方式的攝像光學系統中，該第一透鏡的物體側的面以外的所有面為非球面。
藉由將該第一透鏡的物體側的面以外的所有面設為非球面，可減小像差，獲得良好的解析度。
本發明的第二實施方式的攝像光學系統中，該第五透鏡為雙凸透鏡。
藉由將第五透鏡設為雙凸透鏡，抑制周邊光量比的下降且使像場彎曲降低，而獲得良好的解析度。
本發明的第三的實施方式的攝像光學系統進一步滿足 4＜f5/f＜7。
藉由使f5/f大於式 4＜f5/f＜7 的下限值，容易對應於周緣部的光線入射角度大的小型且高解析度的感測器（sensor），將光學系統的自出射光瞳位置至像平面為止的距離設定為1.5 mm左右。
本發明的第四實施方式的攝像光學系統中，將該第二透鏡的阿貝數（Abbe number）設為ν2，將該第三透鏡的阿貝數設為ν3，將該第四透鏡的阿貝數設為ν4，滿足 |ν2－ν3|＜10 ν4＜ν2 ν4＜ν3。
在滿足所述條件時，藉由僅將第四透鏡的材料設為阿貝數小的高分散樹脂，可減小色像差。因此，減少高分散樹脂的透鏡的個數且就成本方面而言有利。
本發明的第五實施方式的攝像光學系統中，將自該第一透鏡的物體側的面的頂點至像平面為止的距離設為TTL，滿足 5.5＜TTL/f＜6.5。
藉由使TTL/f大於所述式的下限值，容易使周邊光量比為規定值以上，藉由使TTL/f小於所述式的上限值，光學系統易於小型化（compact）。
本發明的第五實施方式的攝像光學系統中，將光圈值（F-number）設為Fno，滿足 4.0＜Fno＜6.5。
藉由使Fno大於所述式的下限值，光學系統的景深變深，可應對廣範圍的攝影。藉由使Fno小於所述式的上限值，可維持能與小像素尺寸（pixel size）的感測器對應的解析度，亦可對應於感測器的小型化。
圖1是表示本發明的一實施方式（以下說明的實施例1）的攝像光學系統的結構的圖。攝像光學系統包括自物體側向像側配置的第一透鏡101、第二透鏡102、光圈103、第三透鏡104、第四透鏡105以及第五透鏡106，所述第一透鏡101具有負折射力且物體側的面為平面或凸面，所述第二透鏡102具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第三透鏡104具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第四透鏡105具有負折射力且為雙凹透鏡，所述第五透鏡106具有正折射力。攝像光學系統是各透鏡不為膠合透鏡的五片透鏡的光學系統。穿過所述透鏡的光束在穿過光學構件107之後，聚光於像平面108上。光學構件107為感測器的蓋玻璃（cover glass）等。本說明書以及申請專利範圍中，所謂具有負折射力的透鏡是指對於在視角範圍內入射至光學系統且穿過光瞳的光束具有負折射力的透鏡，所謂具有正折射力的透鏡是指對於所述光束具有正折射力的透鏡。
以下，對本發明的實施方式的攝像光學系統的特徵進行說明。
本發明的實施方式的攝像光學系統是各透鏡不為膠合透鏡的五片透鏡的光學系統。藉由不使用膠合透鏡，可提供小型且低成本的攝像光學系統。
本發明的實施方式的攝像光學系統包括自物體側向像側配置的第一透鏡、第二透鏡、光圈以及第三透鏡，所述第一透鏡具有負折射力且物體側的面為平面或凸面，所述第二透鏡具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第三透鏡具有正折射力且為雙凸透鏡。包括自物體側向像側配置的具有負折射力的第一透鏡、具有正折射力的第二透鏡以及具有正折射力的第三透鏡的結構容易修正廣角的各種像差。就遠心性的觀點而言，有利的是將光圈配置於第一透鏡與第二透鏡之間。就小型化、廣角化以及高解析度化的觀點而言，有利的是將光圈配置於第二透鏡與第三透鏡之間。本發明中，因相較於遠心性而言，更重視小型化、廣角化以及高解析度化，故而將光圈配置於第二透鏡與第三透鏡之間。
因第一透鏡的物體側的面為平面或凸面，故而防止透鏡表面滯留液滴以及由此導致的解析度下降。
本發明的實施方式的攝像光學系統包括具有負折射力且為雙凹透鏡的第四透鏡以及具有正折射力的第五透鏡，將該第五透鏡的焦距以f5表示，將整體的焦距以f表示，滿足 2.6＜f5/f＜7           （1）。
藉由使f5/f小於式（1）的上限值，可維持第五透鏡的折射力較大，並可抑制像場彎曲的增加以及周邊光量比的下降。藉由使f5/f大於式（1）的下限值，第五透鏡的折射力不會過大，可抑制像散的增加。
此外，藉由使f5/f大於式 4＜f5/f＜7        （2） 的下限值，容易對應於周緣部的光線入射角度大的小型且高解析度的感測器，將光學系統的自出射光瞳位置至像平面為止的距離設定為1.5 mm左右。
藉由如下結構，即配置有具有正折射力且為雙凸透鏡的第二透鏡、光圈、具有正折射力且為雙凸透鏡的第三透鏡以及具有負折射力且為雙凹透鏡的第四透鏡，可減少色像差。
光圈之前的具有正折射力的第二透鏡的橫向色像差與光圈之後的具有正折射力的第三透鏡的橫向色像差相互抵消，而減小橫向色像差。
在將第二透鏡的阿貝數設為ν2，將第三透鏡的阿貝數設為ν3，將第四透鏡的阿貝數設為ν4，滿足式 |ν2－ν3|＜10          （3） ν4＜ν2                   （4） ν4＜ν3                   （5） 時，藉由僅將第四透鏡的材料設為阿貝數小的高分散樹脂，可減小色像差。
將自第一透鏡的物體側的面的頂點至像平面為止的距離設為TTL，藉由使TTL/f大於式 5.5＜TTL/f＜6.5          （6） 的下限值，容易使周邊光量比為規定值以上，藉由使TTL/f小於式（6）的上限值，光學系統易於小型化。
將光圈值設為Fno，藉由使Fno大於 4.0＜Fno＜6.5       （7） 的下限值，光學系統的景深變深，可應對廣範圍的攝影。藉由使Fno小於式（7）的上限值，可維持能與小像素尺寸的感測器對應的解析度，亦可對應於感測器的小型化。
以下，對本發明的實施例進行說明。
各實施例的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡以及第五透鏡的材料為環烯烴聚合物（品級：E48R）。各實施例的第四透鏡的材料為聚碳酸酯（品級：EP5000）。感測器蓋（sensor cover）（光學構件107）的材料為N-BK7。
各透鏡的各面由以下的式表示。 [數1]
Figure 02_image001
[數2]
Figure 02_image003
[數3]
Figure 02_image005
將連結各透鏡的兩面的曲率中心的線設為z軸。z是表示以各透鏡面與z軸的交點為基準且將像側設為正的透鏡面上的點的z軸方向的位置的座標。h表示自z軸至透鏡面上的點為止的距離。R是透鏡面的頂點的帶符號的曲率半徑、即帶符號的中心曲率半徑。c是透鏡面的頂點的帶符號的曲率、即帶符號的中心曲率。c的絕對值是透鏡面的頂點的曲率、即中心曲率，符號在透鏡面向物體側凸出時為正，在透鏡面向像側凸出時為負。k為二次曲線常數（Conic Constant）。Ai為非球面係數。i及m為整數。
將各透鏡一致的主軸設為光軸。
關於F線（波長為486.1 nm）、d線（波長為587.56 nm）以及C線（波長為656.27 nm），示出各實施例的攝像光學系統的像差。
以下的表中的「曲率半徑」以及「間隔」的長度單位為毫米（millimeter）。
實施例1 圖1是表示實施例1的攝像光學系統的結構的圖。攝像光學系統包括自物體側向像側配置的第一透鏡101、第二透鏡102、光圈103、第三透鏡104、第四透鏡105以及第五透鏡106，所述第一透鏡101具有負折射力且物體側的面為平面或凸面，所述第二透鏡102具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第三透鏡104具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第四透鏡105具有負折射力且為雙凹透鏡，所述第五透鏡106具有正折射力。攝像光學系統是各透鏡不為膠合透鏡的五片透鏡的光學系統。穿過所述透鏡的光束在穿過光學構件107之後，聚光於像平面108上。
表1是表示光學元件的面間隔、光學元件的材料的性質、光學元件的面的形狀的表。面1～面4分別表示第一透鏡101的物體側面、第一透鏡101的像側面、第二透鏡102的物體側面以及第二透鏡102的像側面。對應於面1的面間隔表示第一透鏡101的像側面與第二透鏡102的物體側面的間隔。對應於面1的折射率以及阿貝數表示第一透鏡101的折射率以及阿貝數。 [表1]
面編號 註釋 面間隔（mm） 折射率 阿貝數 面形狀
1 第一透鏡 0.350 1.531 55.75 平面
2 第一透鏡 0.527 - - 非球面
3 第二透鏡 0.909 1.531 55.75 非球面
4 第二透鏡 0.359 - - 非球面
5 光圈 0.050 - - 平面
6 第三透鏡 0.370 1.531 55.75 非球面
7 第三透鏡 0.065 - - 非球面
8 第四透鏡 0.380 1.636 23.97 非球面
9 第四透鏡 0.070 - - 非球面
10 第五透鏡 0.350 1.531 55.75 非球面
11 第五透鏡 0.455 - - 非球面
12 蓋玻璃 0.150 1.520 62.00 非球面
13 蓋玻璃 0.045 - - 非球面
像平面 - 0.000 - - 平面
表2是表示面2～面4以及面6～面11的式（8）的中心曲率半徑、二次曲線常數、非球面係數的表。 [表2]
  R k A4 A6
2面 0.424604 -0.53477 -3.415E-01 8.528E-04
3面 3.107207 0 -4.931E-01 1.120E-01
4面 -0.84564 0 2.790E-01 -7.810E-02
6面 1.144051 0 4.112E-01 0.000E+00
7面 -0.60091 -2.00778 -6.572E-01 0.000E+00
8面 -0.67064 -0.96092 -1.085E+00 0.000E+00
9面 2.296324 0 2.012E-01 -1.444E-01
10面 2.056713 0 3.610E-01 -1.583E+00
11面 -15.2077 0 3.459E-01 -7.598E-01
圖2是表示實施例1的攝像光學系統的球面像差的圖。橫軸表示成像位置的光軸方向的座標。橫軸的0表示像平面的位置。縱軸表示平行於光軸的光線距光軸的距離的相對值。0表示與光軸一致的光線，1表示穿過光圈的開口緣部的光線。
圖3是表示實施例1的攝像光學系統的失真像差的圖。橫軸表示失真像差。縱軸表示主光線與光軸所成的角度。
圖4是表示實施例1的攝像光學系統的像散的圖。橫軸表示F線、d線以及C線的切線像面（tangential image surface）以及矢狀像面（sagittal image surface）的光軸方向的位置。圖中，Tan表示切線像面，Sag表示矢狀像面。縱軸表示入射至攝像光學系統的光束的主光線相對於光軸的角度。縱軸的角度的最大值相當於半視角。
圖5是表示實施例1的攝像光學系統的橫向色像差的圖。橫軸表示以d線為基準的F線以及C線的橫向色像差。縱軸表示入射至攝像光學系統的光束的主光線相對於光軸的角度。縱軸的角度的最大值相當於半視角。
實施例1的攝像光學系統的焦距、光圈值（Fno.）、半視角、自第一透鏡的物體側的面的頂點至像平面為止的距離（TTL），自像平面向物體側方向至出射光瞳為止的距離（出射光瞳位置），像平面的周緣的照度相對於光軸上的照度的比率（周邊光量比）如下所述。
焦距         0.693 mm Fno.                 5 半視角              60度 TTL                  4.081 mm 出射光瞳位置   1.491 mm 周邊光量比       55%
實施例2 圖6是表示實施例2的攝像光學系統的結構的圖。攝像光學系統包括自物體側向像側配置的第一透鏡201、第二透鏡202、光圈203、第三透鏡204、第四透鏡205以及第五透鏡206，所述第一透鏡201具有負折射力且物體側的面為平面或凸面，所述第二透鏡202具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第三透鏡204具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第四透鏡205具有負折射力且為雙凹透鏡，所述第五透鏡206具有正折射力。攝像光學系統是各透鏡不為膠合透鏡的五片透鏡的光學系統。穿過所述透鏡的光束在穿過光學構件207之後，聚光於像平面208上。
表3是表示光學元件的面間隔、光學元件的材料的性質、光學元件的面的形狀的表。面1～面4分別表示第一透鏡201的物體側面、第一透鏡201的像側面、第二透鏡202的物體側面以及第二透鏡202的像側面。對應於面1的面間隔表示第一透鏡201的像側面與第二透鏡202的物體側面的間隔。對應於面1的折射率以及阿貝數表示第一透鏡201的折射率以及阿貝數。 [表3]
面編號 註釋 面間隔（mm） 折射率 阿貝數 面形狀
1 第一透鏡 0.350 1.531 55.75 平面
2 第一透鏡 0.532 - - 非球面
3 第二透鏡 0.915 1.531 55.75 非球面
4 第二透鏡 0.366 - - 非球面
5 光圈 0.050 - - 平面
6 第三透鏡 0.370 1.531 55.75 非球面
7 第三透鏡 0.065 - - 非球面
8 第四透鏡 0.380 1.636 23.97 非球面
9 第四透鏡 0.070 - - 非球面
10 第五透鏡 0.350 1.531 55.75 非球面
11 第五透鏡 0.452 - - 非球面
12 蓋玻璃 0.150 1.520 62.00 非球面
13 蓋玻璃 0.045 - - 非球面
像平面 -   - - 平面
表4是表示面2～面4以及面6～面11的式（8）的中心曲率半徑、二次曲線常數、非球面係數的表。 [表4]
  R k A4 A6
2面 0.43162 -0.51854 -3.102E-01 -1.406E-02
3面 3.619173 0 -4.925E-01 1.248E-01
4面 -0.82999 0 2.841E-01 -4.282E-02
6面 1.192507 0 2.259E-01 0.000E+00
7面 -0.564 -1.86908 -4.386E-01 0.000E+00
8面 -0.63605 -0.97182 -3.184E-01 0.000E+00
9面 3.130172 0 8.280E-01 -1.159E+00
10面 2.798171 0 5.771E-01 -1.922E+00
11面 -28.0742 0 1.907E-01 -5.843E-01
圖7是表示實施例2的攝像光學系統的球面像差的圖。橫軸表示成像位置的光軸方向的座標。橫軸的0表示像平面的位置。縱軸表示平行於光軸的光線距光軸的距離的相對值。0表示與光軸一致的光線，1表示穿過光圈的開口緣部的光線。
圖8是表示實施例2的攝像光學系統的失真像差的圖。橫軸表示失真像差。縱軸表示主光線與光軸所成的角度。
圖9是表示實施例2的攝像光學系統的像散的圖。橫軸表示F線、d線以及C線的切線像面以及矢狀像面的光軸方向的位置。圖中，Tan表示切線像面，Sag表示矢狀像面。縱軸表示入射至攝像光學系統的光束的主光線相對於光軸的角度。縱軸的角度的最大值相當於半視角。
圖10是表示實施例2的攝像光學系統的橫向色像差的圖。橫軸表示以d線為基準的F線以及C線的橫向色像差。縱軸表示入射至攝像光學系統的光束的主光線相對於光軸的角度。縱軸的角度的最大值相當於半視角。
實施例2的攝像光學系統的焦距、光圈值（Fno.）、半視角、自第一透鏡的物體側的面的頂點至像平面為止的距離（TTL）、自像平面向物體側方向至出射光瞳為止的距離（出射光瞳位置）、像平面的周緣的照度相對於光軸上的照度的比率（周邊光量比）如下所述。
焦距         0.693 mm Fno.                 5 半視角              60度 TTL                  4.096 mm 出射光瞳位置   1.469 mm 周邊光量比       53%
實施例3 圖11是表示實施例3的攝像光學系統的結構的圖。攝像光學系統包括自物體側向像側配置的第一透鏡301、第二透鏡302、光圈303、第三透鏡304、第四透鏡305以及第五透鏡306，所述第一透鏡301具有負折射力且物體側的面為平面或凸面，所述第二透鏡302具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第三透鏡304具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第四透鏡305具有負折射力且為雙凹透鏡，所述第五透鏡306具有正折射力。攝像光學系統是各透鏡不為膠合透鏡的五片透鏡的光學系統。穿過所述透鏡的光束在穿過光學構件307之後，聚光於像平面308上。
表5是表示光學元件的面間隔、光學元件的材料的性質、光學元件的面的形狀的表。面1～面4分別表示第一透鏡301的物體側面、第一透鏡301的像側面、第二透鏡302的物體側面以及第二透鏡302的像側面。對應於面1的面間隔表示第一透鏡301的像側面與第二透鏡302的物體側面的間隔。對應於面1的折射率以及阿貝數表示第一透鏡301的折射率以及阿貝數。 [表5]
面編號 註釋 面間隔（mm） 折射率 阿貝數 面形狀
1 第一透鏡 0.350 1.531 55.75 平面
2 第一透鏡 0.524 - - 非球面
3 第二透鏡 0.913 1.531 55.75 非球面
4 第二透鏡 0.352 - - 非球面
5 光圈 0.050 - - 平面
6 第三透鏡 0.370 1.531 55.75 非球面
7 第三透鏡 0.065 - - 非球面
8 第四透鏡 0.380 1.636 23.97 非球面
9 第四透鏡 0.070 - - 非球面
10 第五透鏡 0.350 1.531 55.75 非球面
11 第五透鏡 0.458 - - 非球面
12 蓋玻璃 0.150 1.520 62.00 非球面
13 蓋玻璃 0.045 - - 非球面
像平面 - 0 - - 平面
表6是表示面2～面4以及面6～面11的式（8）的中心曲率半徑、二次曲線常數、非球面係數的表。 [表6]
  R k A4 A6
2面 0.421049 -0.54549 -3.765E-01 2.330E-02
3面 2.865818 0 -4.995E-01 1.253E-01
4面 -0.85874 0 2.784E-01 -9.741E-02
6面 1.093651 0 5.674E-01 0.000E+00
7面 -0.63873 -0.56845 -4.489E-02 0.000E+00
8面 -0.69685 -0.99616 -1.625E+00 0.000E+00
9面 1.940593 0 -1.966E-01 4.663E-01
10面 1.718504 0 2.084E-01 -1.316E+00
11面 -11.978 0 4.411E-01 -8.416E-01
圖12是表示實施例3的攝像光學系統的球面像差的圖。橫軸表示成像位置的光軸方向的座標。橫軸的0表示像平面的位置。縱軸表示平行於光軸的光線距光軸的距離的相對值。0表示與光軸一致的光線，1表示穿過光圈的開口緣部的光線。
圖13是表示實施例3的攝像光學系統的失真像差的圖。橫軸表示失真像差。縱軸表示主光線與光軸所成的角度。
圖14是表示實施例3的攝像光學系統的像散的圖。橫軸表示F線、d線以及C線的切線像面以及矢狀像面的光軸方向的位置。圖中，Tan表示切線像面，Sag表示矢狀像面。縱軸表示入射至攝像光學系統的光束的主光線相對於光軸的角度。縱軸的角度的最大值相當於半視角。
圖15是表示實施例3的攝像光學系統的橫向色像差的圖。橫軸表示以d線為基準的F線以及C線的橫向色像差。縱軸表示入射至攝像光學系統的光束的主光線相對於光軸的角度。縱軸的角度的最大值相當於半視角。
實施例3的攝像光學系統的焦距、光圈值（Fno.）、半視角、自第一透鏡的物體側的面的頂點至像平面為止的距離（TTL）、自像平面向物體側方向至出射光瞳為止的距離（出射光瞳位置）、像平面的周緣的照度相對於光軸上的照度的比率（周邊光量比）如下所述。
焦距         0.692 mm Fno.                 5 半視角              60度 TTL                  4.077 mm 出射光瞳位置   1.506 mm 周邊光量比       56%
實施例4 圖16是表示實施例4的攝像光學系統的結構的圖。攝像光學系統包括自物體側向像側配置的第一透鏡401、第二透鏡402、光圈403、第三透鏡404、第四透鏡405以及第五透鏡406，所述第一透鏡401具有負折射力且物體側的面為平面或凸面，所述第二透鏡402具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第三透鏡404具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第四透鏡405具有負折射力且為雙凹透鏡，所述第五透鏡406具有正折射力。攝像光學系統是各透鏡不為膠合透鏡的五片透鏡的光學系統。穿過所述透鏡的光束在穿過光學構件407之後，聚光於像平面408上。
表7是表示光學元件的面間隔、光學元件的材料的性質、光學元件的面的形狀的表。面1～面4分別表示第一透鏡401的物體側面、第一透鏡401的像側面、第二透鏡402的物體側面以及第二透鏡402的像側面。對應於面1的面間隔表示第一透鏡401的像側面與第二透鏡402的物體側面的間隔。對應於面1的折射率以及阿貝數表示第一透鏡401的折射率以及阿貝數。 [表7]
面編號 註釋 面間隔（mm） 折射率 阿貝數 面形狀
1 第一透鏡 0.350 1.531 55.75 球面
2 第一透鏡 0.532 - - 非球面
3 第二透鏡 0.900 1.531 55.75 非球面
4 第二透鏡 0.334 - - 非球面
5 光圈 0.050 - - 平面
6 第三透鏡 0.370 1.531 55.75 非球面
7 第三透鏡 0.065 - - 非球面
8 第四透鏡 0.380 1.636 23.97 非球面
9 第四透鏡 0.070 - - 非球面
10 第五透鏡 0.350 1.531 55.75 非球面
11 第五透鏡 0.455 - - 非球面
12 蓋玻璃 0.150 1.520 62.00 非球面
13 蓋玻璃 0.045 - - 非球面
像平面 - 0 - - 平面
表8是表示面1～面4以及面6～面11的式（8）的中心曲率半徑、二次曲線常數、非球面係數的表。 [表8]
  R k A4 A6
1面 25 0 - -
2面 0.426301 -0.49165 -2.997E-01 -5.887E-02
3面 4.010181 0 -5.135E-01 1.198E-01
4面 -0.82682 0 3.097E-01 -9.007E-02
6面 1.130368 0 4.315E-01 0.000E+00
7面 -0.5989 -1.77407 -5.313E-01 0.000E+00
8面 -0.66806 -1.12215 -1.121E+00 0.000E+00
9面 2.257062 0 2.620E-01 -2.704E-01
10面 2.051253 0 3.552E-01 -1.584E+00
11面 -22.1343 0 2.858E-01 -6.924E-01
圖17是表示實施例4的攝像光學系統的球面像差的圖。橫軸表示成像位置的光軸方向的座標。橫軸的0表示像平面的位置。縱軸表示平行於光軸的光線距光軸的距離的相對值。0表示與光軸一致的光線，1表示穿過光圈的開口緣部的光線。
圖18是表示實施例4的攝像光學系統的失真像差的圖。橫軸表示失真像差。縱軸表示主光線與光軸所成的角度。
圖19是表示實施例4的攝像光學系統的像散的圖。橫軸表示F線、d線以及C線的切線像面以及矢狀像面的光軸方向的位置。圖中，Tan表示切線像面，Sag表示矢狀像面。縱軸表示入射至攝像光學系統的光束的主光線相對於光軸的角度。縱軸的角度的最大值相當於半視角。
圖20是表示實施例4的攝像光學系統的橫向色像差的圖。橫軸表示以d線為基準的F線以及C線的橫向色像差。縱軸表示入射至攝像光學系統的光束的主光線相對於光軸的角度。縱軸的角度的最大值相當於半視角。
實施例4的攝像光學系統的焦距、光圈值（Fno.）、半視角、自第一透鏡的物體側的面的頂點至像平面為止的距離（TTL）、自像平面向物體側方向至出射光瞳為止的距離（出射光瞳位置）、像平面的周緣的照度相對於光軸上的照度的比率（周邊光量比）如下所述。
焦距         0.693 mm Fno.                 5 半視角              60度 TTL                  4.051 mm 出射光瞳位置   1.48 mm 周邊光量比       56%
實施例5 圖21是表示實施例5的攝像光學系統的結構的圖。攝像光學系統包括自物體側向像側配置的第一透鏡501、第二透鏡502、光圈503、第三透鏡504、第四透鏡505以及第五透鏡506，所述第一透鏡501具有負折射力且物體側的面為平面或凸面，所述第二透鏡502具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第三透鏡504具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第四透鏡505具有負折射力且為雙凹透鏡，所述第五透鏡506具有正折射力。攝像光學系統是各透鏡不為膠合透鏡的五片透鏡的光學系統。穿過所述透鏡的光束在穿過光學構件507之後，聚光於像平面508上。
表9是表示光學元件的面間隔、光學元件的材料的性質、光學元件的面的形狀的表。面1～面4分別表示第一透鏡501的物體側面、第一透鏡501的像側面、第二透鏡502的物體側面以及第二透鏡502的像側面。對應於面1的面間隔表示第一透鏡501的像側面與第二透鏡502的物體側面的間隔。對應於面1的折射率以及阿貝數表示第一透鏡501的折射率以及阿貝數。 [表9]
面編號 註釋 面間隔（mm） 折射率 阿貝數 面形狀
1 第一透鏡 0.350 1.531 55.75 平面
2 第一透鏡 0.968 - - 非球面
3 第二透鏡 0.497 1.531 55.75 非球面
4 第二透鏡 0.214 - - 非球面
5 光圈 0.112 - - 平面
6 第三透鏡 0.397 1.531 55.75 非球面
7 第三透鏡 0.061 - - 非球面
8 第四透鏡 0.380 1.636 23.97 非球面
9 第四透鏡 0.068 - - 非球面
10 第五透鏡 0.405 1.531 55.75 非球面
11 第五透鏡 0.454 - - 非球面
12 蓋玻璃 0.150 1.520 62.00 非球面
13 蓋玻璃 0.045 - - 非球面
像平面 - 0 - - 平面
表10是表示面2～面4以及面6～面11的式（8）的中心曲率半徑、二次曲線常數、非球面係數的表。 [表10]
  R k A4 A6
2面 0.418117 -0.52668 -2.491E-01 2.784E-02
3面 0.885091 0 -2.310E-01 -9.553E-03
4面 -1.87067 0 -1.779E-01 9.756E-02
6面 1.383282 0 -7.045E-01 0.000E+00
7面 -0.57818 -0.01235 -2.628E-01 0.000E+00
8面 -0.47721 -0.51236 -6.654E-02 0.000E+00
9面 5.011886 0 1.297E-01 -4.476E-01
10面 1.501162 0 8.030E-02 -3.219E-01
11面 -2.56615 0 7.080E-01 -5.641E-01
圖22是表示實施例5的攝像光學系統的球面像差的圖。橫軸表示成像位置的光軸方向的座標。橫軸的0表示像平面的位置。縱軸表示平行於光軸的光線距光軸的距離的相對值。0表示與光軸一致的光線，1表示穿過光圈的開口緣部的光線。
圖23是表示實施例5的攝像光學系統的失真像差的圖。橫軸表示失真像差。縱軸表示主光線與光軸所成的角度。
圖24是表示實施例5的攝像光學系統的像散的圖。橫軸表示F線、d線以及C線的切線像面以及矢狀像面的光軸方向的位置。圖中，Tan表示切線像面，Sag表示矢狀像面。縱軸表示入射至攝像光學系統的光束的主光線相對於光軸的角度。縱軸的角度的最大值相當於半視角。
圖25是表示實施例5的攝像光學系統的橫向色像差的圖。橫軸表示以d線為基準的F線以及C線的橫向色像差。縱軸表示入射至攝像光學系統的光束的主光線相對於光軸的角度。縱軸的角度的最大值相當於半視角。
實施例5的攝像光學系統的焦距、光圈值（Fno.）、半視角、自第一透鏡的物體側的面的頂點至像平面為止的距離（TTL）、自像平面向物體側方向至出射光瞳為止的距離（出射光瞳位置）、像平面的周緣的照度相對於光軸上的照度的比率（周邊光量比）如下所述。
焦距         0.694 mm Fno.                 5 半視角              60度 TTL                  4.1 mm 出射光瞳位置   1.907 mm 周邊光量比       58%
實施例的特徵 表11是表示實施例的特徵的表。 [表11]
  實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5
f5/f 4.93 6.90 4.10 5.10 2.65
|ν2－ν3| 0 0 0 0 0
TTL/f 5.89 5.91 5.89 5.85 5.91
Fno. 5 5 5 5 5
半視角（度） 60 60 60 60 60
出射光瞳位置 （mm） 1.491 1.469 1.506 1.48 1.907
周邊光量比 （%） 55 53 56 56 58
根據表11，實施例1～實施例5滿足式（1）以及式（6）～式（7），實施例1～實施例4滿足式（2）。另外，根據表1、表3、表5、表7以及表9，實施例1～實施例5滿足式（3）～式（5）。實施例1～實施例5的出射光瞳位置（自像平面向物體側方向至出射光瞳為止的距離）小於2毫米，周邊光量比為53%以上。
另外，根據各實施例的像差圖，各像差的大小如下所述。關於球面像差，光軸上的成像位置處於距像平面為±5微米（micrometer）的範圍。關於像散，三波長的切線像面以及矢狀像面的光軸方向的位置在所有實施例中處於距像平面為±20微米的範圍，在實施例1、實施例3以及實施例4中處於距像平面為±10微米的範圍。失真像差為±50%以下。以d線為基準的F線以及C線的橫向色像差在所有實施例中為±1微米以內，在實施例1～實施例4中為±0.5微米以內。
如此，實施例1～實施例5的像差足夠小，實現了高解析度的攝像光學系統。
101、201、301、401、501:第一透鏡 102、202、302、402、502:第二透鏡 103、203、303、403、503:光圈 104、204、304、404、504:第三透鏡 105、205、305、405、505:第四透鏡 106、206、306、406、506:第五透鏡 107、207、307、407、507:光學構件 108、208、308、408、508:像平面
圖1是表示實施例1的攝像光學系統的結構的圖。 圖2是表示實施例1的攝像光學系統的球面像差的圖。 圖3是表示實施例1的攝像光學系統的失真像差的圖。 圖4是表示實施例1的攝像光學系統的像散的圖。 圖5是表示實施例1的攝像光學系統的橫向色像差的圖。 圖6是表示實施例2的攝像光學系統的結構的圖。 圖7是表示實施例2的攝像光學系統的球面像差的圖。 圖8是表示實施例2的攝像光學系統的失真像差的圖。 圖9是表示實施例2的攝像光學系統的像散的圖。 圖10是表示實施例2的攝像光學系統的橫向色像差的圖。 圖11是表示實施例3的攝像光學系統的結構的圖。 圖12是表示實施例3的攝像光學系統的球面像差的圖。 圖13是表示實施例3的攝像光學系統的失真像差的圖。 圖14是表示實施例3的攝像光學系統的像散的圖。 圖15是表示實施例3的攝像光學系統的橫向色像差的圖。 圖16是表示實施例4的攝像光學系統的結構的圖。 圖17是表示實施例4的攝像光學系統的球面像差的圖。 圖18是表示實施例4的攝像光學系統的失真像差的圖。 圖19是表示實施例4的攝像光學系統的像散的圖。 圖20是表示實施例4的攝像光學系統的橫向色像差的圖。 圖21是表示實施例5的攝像光學系統的結構的圖。 圖22是表示實施例5的攝像光學系統的球面像差的圖。 圖23是表示實施例5的攝像光學系統的失真像差的圖。 圖24是表示實施例5的攝像光學系統的像散的圖。 圖25是表示實施例5的攝像光學系統的橫向色像差的圖。
101:第一透鏡
102:第二透鏡
103:光圈
104:第三透鏡
105:第四透鏡
106:第五透鏡
107:光學構件
108:像平面

Claims (5)

  1. 一種內視鏡用攝像光學系統，是各透鏡不為膠合透鏡的五片透鏡的內視鏡用攝像光學系統，包括自物體側向像側依序配置的第一透鏡、第二透鏡、光圈、第三透鏡、第四透鏡以及第五透鏡，所述第一透鏡具有負折射力且物體側的面為平面或凸面，所述第二透鏡具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第三透鏡具有正折射力且為雙凸透鏡，所述第四透鏡具有負折射力且為雙凹透鏡，所述第五透鏡具有正折射力且為雙凸透鏡， 將所述第五透鏡的焦距以f5表示，將整體的焦距以f表示，將自所述第一透鏡的物體側的面的頂點至像平面為止的距離設為TTL，滿足 4＜f5/f＜7 5.5＜TTL/f＜6.5。
  2. 如請求項1所述的內視鏡用攝像光學系統，其中所述第一透鏡的物體側的面以外的所有面為非球面。
  3. 如請求項1或請求項2所述的內視鏡用攝像光學系統，其中將所述第二透鏡的阿貝數設為ν2，將所述第三透鏡的阿貝數設為ν3，將所述第四透鏡的阿貝數設為ν4，滿足 |ν2－ν3|＜10 ν4＜ν2 ν4＜ν3。
  4. 如請求項1或請求項2所述的內視鏡用攝像光學系統，其中將光圈值設為Fno，滿足 4.0＜Fno＜6.5。
  5. 如請求項3所述的內視鏡用攝像光學系統，其中將光圈值設為Fno，滿足 4.0＜Fno＜6.5。
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