WO2013002019A1 - 内視鏡対物光学系 - Google Patents

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WO2013002019A1
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meniscus lens
lens
optical system
objective optical
endoscope objective
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森田　和雄
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オリンパスメディカルシステムズ株式会社
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    • G02B15/02—Optical objectives with means for varying the magnification by changing, adding, or subtracting a part of the objective, e.g. convertible objective
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
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    • A61B1/00071—Insertion part of the endoscope body
    • A61B1/0008—Insertion part of the endoscope body characterised by distal tip features
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    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
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    • G02B23/243—Objectives for endoscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/005—Diaphragms

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope objective optical system.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an endoscope objective optical system capable of performing close-up observation while ensuring sufficient brightness of an image.
  • the present invention provides the following means.
  • the present invention has a front group, an aperture stop and a rear group arranged in order from the object side, and a convex surface directed toward the brightness stop side in an optical path between the brightness stop and the front group or the rear group.
  • An endoscope objective optical system including a meniscus lens that can be inserted and removed is provided.
  • the focus position is closer to the near point side than when the meniscus lens is retracted from the optical path. That is, by simply inserting and removing the meniscus lens in the optical path, it is possible to switch between normal observation in which the focus is at the far point and proximity observation in which the focus is at the near point. Further, by inserting a meniscus lens in the vicinity of an aperture stop having a small light beam diameter, the lens diameter of the meniscus lens can be made small. Thereby, the space secured for retracting the meniscus lens can be small, and the overall diameter can be reduced.
  • the front group is a diverging lens system
  • the rear group is a converging lens system
  • the meniscus lens can be inserted into and removed from an optical path between the brightness stop and the front group.
  • the following conditional expression (1) may be satisfied.
  • Fin is the focal length of the entire system when the meniscus lens is inserted in the optical path
  • Fout is the focal length of the entire system when the meniscus lens is retracted from the optical path.
  • Conditional expression (1) defines the amount of change in focal length when the meniscus lens is inserted into and removed from the optical path. That is, by satisfying conditional expression (1), the change in the visual field range of the image displayed on the monitor can be suppressed when switching between normal observation and proximity observation, so that the focus position is not given to the observer. Can be changed.
  • the rear group is a converging lens system
  • the meniscus lens can be inserted and removed between the aperture stop and the rear group, and satisfies the following conditional expression (2): Also good.
  • FOVout is a full angle of view when the meniscus lens is inserted in the optical path
  • FOVin is a full angle of view when the meniscus lens is retracted from the optical path.
  • Conditional expression (2) defines the amount of change in the total angle of view when the meniscus lens is inserted into and removed from the optical path. That is, by satisfying conditional expression (2), when the meniscus lens is inserted into the optical path, the total field angle is reduced, and the field of view displayed on the monitor is narrowed, that is, the near-point image is enlarged. Can be displayed. As a result, the near-point region can be observed in more detail.
  • conditional expression (3) 1.5 ⁇ D / A ⁇ 3
  • A is the inner diameter of the aperture stop
  • D is the outer diameter of the meniscus lens.
  • Conditional expression (3) defines the outer diameter of the meniscus lens with respect to the inner diameter of the aperture stop. That is, by satisfying conditional expression (3), it is possible to keep the lens diameter of the meniscus lens small while allowing the entire light beam that can pass through the aperture stop to pass through the meniscus lens.
  • the meniscus lens may satisfy the following conditional expression (4). (4) -0.1 ⁇ P ⁇ 0.1
  • P is the power of the meniscus lens.
  • Conditional Expression (4) it is possible to prevent the center of the field of view or aberration from being generated even when the center position of the meniscus lens is slightly deviated from the optical axis when the meniscus lens is inserted into the optical path. It is done. This can prevent the viewer from feeling uncomfortable when the meniscus lens is inserted and removed.
  • the drive mechanism since a precise positional accuracy is not required for the drive mechanism that drives the meniscus lens, the drive mechanism can be manufactured at low cost.
  • conditional expression (5) 0.7 ⁇ L / Fout ⁇ 1.4
  • L is the distance between the front and rear lenses sandwiching the aperture stop
  • Fout is the focal length of the entire system when the meniscus lens is retracted from the optical path.
  • Conditional expression (5) defines the size of the space before and after the aperture stop in which the meniscus lens and the driving mechanism for driving the meniscus lens are arranged. That is, by satisfying conditional expression (5), it is possible to secure a sufficient space for the meniscus lens and the driving mechanism while keeping the overall dimensions small.
  • the meniscus lens may be a molded lens. By doing in this way, a meniscus lens can be manufactured easily and cheaply compared with the meniscus lens manufactured by grinding
  • an arm member that holds the meniscus lens and moves the meniscus lens between an insertion position where the meniscus lens is inserted into the optical path and a retreat position where the meniscus lens is retracted from the optical path, and the arm member includes the meniscus lens. It is good also as being integrally formed with. By doing in this way, the frame member for an arm member to hold
  • the effective F number when the meniscus lens is retracted from the optical path may be 5 or more.
  • the lens diameter of the meniscus lens can be kept small by keeping the diameter of the light beam passing through the aperture stop small while ensuring a sufficient amount of light.
  • the meniscus lens may be composed of a plurality of lenses.
  • the meniscus lens which has an optical performance equivalent to an integrally molded meniscus lens can be comprised from the concave lens and convex lens which are easy to process.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an endoscope objective optical system according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows an example of a drive mechanism provided with the arm member integrally molded with the meniscus lens. It is a figure which shows the modification of the meniscus lens comprised from the some lens. It is a lens sectional view of the endoscope objective optical system concerning Example 1 of the present invention. It is a lens sectional view of the endoscope objective optical system concerning Example 2 of the present invention. It is lens sectional drawing of the endoscope objective optical system which concerns on Example 3 of this invention. It is lens sectional drawing of the endoscope objective optical system which concerns on Example 4 of this invention. FIG.
  • 8 is a diagram showing (a) spherical aberration / axial chromatic aberration, (b) astigmatism and distortion, and (c) lateral chromatic aberration in the normal observation state of the endoscope objective optical system in FIG. 7.
  • 8A is a diagram illustrating (a) spherical aberration / axial chromatic aberration, (b) astigmatism and distortion, and (c) lateral chromatic aberration in the close-up observation state of the endoscope objective optical system in FIG. 7.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the drive mechanism provided in the endoscope objective optical system of FIG. It is a lens sectional view of the endoscope objective optical system concerning Example 5 of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating (a) spherical aberration / axial chromatic aberration, (b) astigmatism and distortion, and (c) lateral chromatic aberration in the normal observation state of the endoscope objective optical system in FIG. 11.
  • FIG. 12 is a diagram showing (a) spherical aberration / axial chromatic aberration, (b) astigmatism and distortion, and (c) lateral chromatic aberration in the close-up observation state of the endoscope objective optical system in FIG. 11. It is a figure which shows an example of the drive mechanism provided in the endoscope objective optical system of FIG.
  • the endoscope objective optical system 1 includes a front group FG, an aperture stop S, a rear group BG, a front group FG, and an aperture stop arranged in order from the object side. And a meniscus lens Lm that is detachably provided in the optical path between the S and the S.
  • the front group FG includes a parallel plate L1.
  • the rear group BG includes, in order from the object side, a plano-convex lens L2 having a convex surface facing the image side and a plano-convex lens L3 having a convex surface facing the object side.
  • the meniscus lens Lm is provided so as to be movable between an insertion position where it is inserted into the optical path near the aperture stop S with its convex surface facing the aperture stop S side and a retracted position outside the optical path.
  • 1A shows a normal observation state in which the meniscus lens Lm is arranged at the retracted position
  • FIG. 1B shows a close-up observation state in which the meniscus lens Lm is arranged at the insertion position.
  • arrows Xout and Xin indicate the object plane in the normal observation state or the proximity observation state
  • arrow Y indicates the imaging plane
  • dout and din indicate the depth of field in the normal observation state or the proximity observation state, respectively. ing.
  • the present embodiment it is possible to perform close-up observation by moving the focus position to the near point side simply by inserting / removing the meniscus lens Lm into / from the optical path. At this time, since it is not necessary to stop the light flux by the brightness stop S, it is possible to perform close-up observation while securing a sufficient amount of light and acquire a bright close-up image.
  • FIG. 2 is an example of a drive mechanism that moves the meniscus lens Lm between an insertion position indicated by a solid line and a retracted position indicated by a broken line.
  • the drive mechanism includes an arm member 2 that holds the meniscus lens Lm on one end side, and a motor (not shown) that swings the meniscus lens Lm by rotating the other end of the arm member 2.
  • Reference numeral 3 denotes a lens barrel that houses the endoscope objective optical system 1.
  • the arm member 2 is formed integrally with the meniscus lens Lm. Thereby, the frame member for holding the meniscus lens Lm on the outer periphery of the meniscus lens Lm is not required, and the diameter can be kept small.
  • the meniscus lens Lm is inserted / removed in the vicinity of the object side of the aperture stop S.
  • the meniscus lens Lm may be inserted / removed in the vicinity of the image side of the aperture stop S.
  • the meniscus lens Lm is inserted on the optical path with the convex surface facing the aperture stop S. Even in this way, it is possible to perform close-up observation by moving the focus position to the near point side only by inserting the meniscus lens Lm into the optical path, and a bright close-up image can be acquired.
  • a meniscus lens Lm ′ composed of a plurality of lenses may be used as shown in FIG.
  • a meniscus lens Lm ′ is constituted by a plano-concave lens L4 and a plano-convex lens L5 which are cemented with each other in a plane.
  • r is the radius of curvature (mm)
  • d is the surface separation (mm)
  • nd is the refractive index at the d line
  • ⁇ d is the Abbe number at the d line
  • ⁇ is the lens radius.
  • the inner diameter (aperture diameter) (mm) is shown instead of the lens radius (mm).
  • OBJ described in the surface number indicates an object plane
  • IMG indicates an image plane.
  • the lens data and attached lens cross-section include a meniscus lens inserted in the optical path.
  • the endoscope objective optical system according to Example 1 of the present invention includes a plano-convex lens and an object in which the front group is a parallel plate and the rear group has a convex surface facing the image side in order from the object side. It consists of a plano-convex lens with a convex surface facing the side. The meniscus lens is detachably provided between the front group and the aperture stop.
  • the lens data and various data of the endoscope objective optical system according to Example 1 configured as described above are as follows.
  • the front group includes, in order from the object side, a plano-concave lens having a concave surface facing the image side, and a convex surface facing the object side.
  • This is a diverging lens system comprising a meniscus lens.
  • the rear group is, in order from the object side, a converging lens system including a plano-convex lens having a convex surface facing the image side, two parallel flat plates, a plano-convex lens having a convex surface facing the object side, and a parallel plate.
  • the meniscus lens is detachably provided between the front group and the aperture stop.
  • the front group includes, in order from the object side, a plano-concave lens having a concave surface facing the image side, a parallel plate, and a biconvex lens. It consists of.
  • the rear group is a converging lens system composed of a plano-convex lens having a convex surface directed toward the image side and two parallel plates in order from the object side.
  • the meniscus lens is detachably provided between the aperture stop and the rear group.
  • the endoscope objective optical system according to Example 4 of the present invention is a diverging lens system in which the front group is a plano-concave lens with a concave surface facing the image side, as shown in FIG.
  • the rear group is a converging lens system composed of a plano-convex lens having a convex surface facing the image side, a cemented lens of a biconvex lens and a meniscus lens, and four parallel plates in order from the object side.
  • the meniscus lens is detachably provided between the front group and the aperture stop.
  • FIG. 10 shows an example of a configuration in which a drive mechanism for driving a meniscus lens is provided in the objective optical system according to the present embodiment.
  • Reference numeral 4 denotes a frame member that holds the lens
  • reference numeral 5 denotes a motor that drives the arm member 2
  • reference numeral 6 denotes a holding member that supports the arm member 2 and is fixed to the lens barrel 2.
  • the front group includes a planoconvex lens having a concave surface facing the image side and a biconvex lens in order from the object side.
  • the rear group is a converging lens system including a cemented lens of a biconvex lens and a meniscus lens and three parallel piece plates in order from the object side.
  • the meniscus lens is detachably provided between the aperture stop and the rear group.
  • Lens data and various data of the endoscope objective optical system according to Example 5 configured as described above are as follows.
  • FIGS. 12 and 13 show an example of a configuration in which a driving mechanism for driving a meniscus lens is provided in the objective optical system according to the present embodiment.
  • Example 6 An objective optical system for an endoscope according to Example 6 of the present invention is obtained by replacing the meniscus lens with a molded lens whose surface on the object side (third surface) is aspheric in the lens configuration of Example 4. There are other configurations, which are the same as those in the fourth embodiment. Lens data and various data of the endoscope objective optical system according to Example 6 configured as described above are as follows.
  • Table 1 shows values of conditional expressions (1) to (5) of the endoscope objective optical system according to Examples 1 to 6 of the present invention described above.

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Abstract

　画像の十分な明るさを確保しながら近接観察することができる内視鏡対物光学系を提供する。物体側から順に配置された前群（ＦＧ）、明るさ絞り（Ｓ）および後群（ＢＧ）と、明るさ絞り（Ｓ）と前群（ＦＧ）または後群（ＢＧ）との間の光路に明るさ絞り（Ｓ）側に凸面を向けて挿脱可能なメニスカスレンズ（Ｌｍ）とを備える内視鏡対物光学系（１）を提供する。

Description

内視鏡対物光学系
　本発明は、内視鏡対物光学系に関するものである。
　従来、明るさ絞りの絞り径を可変にし、絞り径をより小さくすることにより被写界深度を拡大して近接観察を可能とした内視鏡用の光学系が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７－２８９２７８号公報
　しかしながら、明るさ絞りを絞ることによって得られる被写界深度と光量とは相反する関係にある。すなわち、特許文献１の光学系の場合、近接観察時には光量を十分に確保できずに画像が暗くなるという問題がある。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、画像の十分な明るさを確保しながら近接観察することができる内視鏡対物光学系を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
　本発明は、物体側から順に配置された前群、明るさ絞りおよび後群と、前記明るさ絞りと前記前群または前記後群との間の光路に前記明るさ絞り側に凸面を向けて挿脱可能なメニスカスレンズとを備える内視鏡対物光学系を提供する。
　本発明によれば、メニスカスレンズが凸面を明るさ絞り側に向けて光路に挿入されているとき、該光路から退避しているときと比べて、ピント位置が近点側に寄る。すなわち、メニスカスレンズを光路に挿脱するだけで、ピントが遠点に合った通常観察とピントが近点に合った近接観察とを切り替えることができる。また、光束径が小さい明るさ絞り近傍にメニスカスレンズが挿入されることにより、メニスカスレンズのレンズ径が小さくて済む。これにより、メニスカスレンズの退避のために確保される空間が小さくて済み、全体の小径化を図ることができる。
　上記発明においては、前記前群が、発散レンズ系であり、前記後群が、収束レンズ系であり、前記メニスカスレンズが、前記明るさ絞りと前記前群との間の光路に挿脱可能であり、以下の条件式（１）を満たすこととしてもよい。
（１）　　　　０．９　≦　Ｆｉｎ／Ｆｏｕｔ　≦　１．１
　ただし、Ｆｉｎは前記メニスカスレンズが前記光路に挿入されているときの全系の焦点距離、Ｆｏｕｔは前記メニスカスレンズが前記光路から退避しているときの全系の焦点距離である。
　条件式（１）は、メニスカスレンズを光路に挿脱したときの焦点距離の変化量を規定している。すなわち、条件式（１）を満たすことにより、通常観察と近接観察とを切り替えたときに、モニタに表示される画像の視野範囲の変化が抑えられるので、観察者に違和感を与えることなくピント位置を変化させることができる。
　上記発明においては、前記後群が、収束レンズ系であり、前記メニスカスレンズが、前記明るさ絞りと前記後群との間に挿脱可能であり、以下の条件式（２）を満たすこととしてもよい。
（２）　　　　１．１　＜　ＦＯＶｏｕｔ／ＦＯＶｉｎ　＜　１．５
　ただし、ＦＯＶｏｕｔは前記メニスカスレンズが前記光路に挿入されているときの全画角、ＦＯＶｉｎは前記メニスカスレンズが前記光路から退避しているときの全画角である。
　条件式（２）は、メニスカスレンズを光路に挿脱したときの全画角の変化量を規定している。すなわち、条件式（２）を満たすことにより、メニスカスレンズを光路に挿入したときに全画角が小さくなり、モニタにおいて表示される視野範囲が狭くなる、つまり、近点側の像を拡大して表示することができる。これにより、近点側の領域をより詳細に観察することができる。
　上記発明においては、以下の条件式（３）を満たすこととしてもよい。
（３）　　　　１．５　≦　Ｄ／Ａ　≦３
　ただし、Ａは前記明るさ絞りの内径、Ｄは前記メニスカスレンズの外径である。
　条件式（３）は、明るさ絞りの内径に対するメニスカスレンズの外径を規定している。すなわち、条件式（３）を満たすことにより、明るさ絞りを通過させられる光束全体をメニスカスレンズに通過させつつ、メニスカスレンズのレンズ径を小さく抑えることができる。
　上記発明においては、前記メニスカスレンズが、以下の条件式（４）を満たすこととしてもよい。
（４）　　　　－０．１　≦　Ｐ　≦０．１
　ただし、Ｐは前記メニスカスレンズのパワーである。
　条件式（４）を満たすことにより、メニスカスレンズを光路に挿入したときに、光軸に対してメニスカスレンズの中心位置が多少ずれても、視野中心がずれたり収差が発生したりすることが抑えられる。これにより、メニスカスレンズを挿脱したときに観察者に違和感を与えることを防ぐことができる。また、メニスカスレンズを駆動する駆動機構に精密な位置精度が要求されないので、駆動機構を安価に製造することができる。
　上記発明においては、以下の条件式（５）を満たすこととしてもよい。
（５）　　　　０．７　≦　Ｌ／Ｆｏｕｔ　≦　１．４
　ただし、Ｌは前記明るさ絞りを挟む前後のレンズの面間隔、Ｆｏｕｔは前記メニスカスレンズが前記光路から退避しているときの全系の焦点距離である。
　条件式（５）は、メニスカスレンズおよび該メニスカスレンズを駆動する駆動機構が配置される明るさ絞りの前後の空間の寸法を規定している。すなわち、条件式（５）を満たすことにより、全体の寸法を小さく抑えつつメニスカスレンズおよび駆動機構のための十分な空間を確保することができる。
　上記発明においては、前記メニスカスレンズが、成形レンズである構成としてもよい。
　このようにすることで、研磨加工によって製造されるメニスカスレンズと比べて、メニスカスレンズを容易にかつ安価に製造することができる。
　この構成においては、前記メニスカスレンズを保持し該メニスカスレンズを前記光路に挿入される挿入位置と前記光路から退避する退避位置との間で移動させるアーム部材を備え、該アーム部材が、前記メニスカスレンズと一体成形されていることとしてもよい。
　このようにすることで、アーム部材がメニスカスレンズを保持するための枠部材が不要となり、メニスカスレンズの退避用の空間を小さくすることができる。
　上記発明においては、前記メニスカスレンズが前記光路から退避しているときの有効Ｆナンバーが、５以上であることとしてもよい。
　このようにすることで、十分な光量を十分に確保しつつ、明るさ絞りを通過する光束径を小さく抑えることによりメニスカスレンズのレンズ径を小さく抑えることができる。
　上記発明においては、前記メニスカスレンズが、複数のレンズからなることとしてもよい。
　このようにすることで、一体成形のメニスカスレンズと同等の光学性能を有するメニスカスレンズを、加工が容易な凹レンズや凸レンズから構成することができる。
　本発明によれば、画像の十分な明るさを確保しながら近接観察することができるという効果を奏する。
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図である。 メニスカスレンズと一体成形されたアーム部材を備える駆動機構の一例を示す図である。 複数のレンズから構成されたメニスカスレンズの変形例を示す図である。 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図である。 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図である。 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図である。 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図である。 図７の内視鏡対物光学系の通常観察状態における（ａ）球面収差／軸上色収差、（ｂ）非点収差およびディストーション、（ｃ）倍率色収差を示す図である。 図７の内視鏡対物光学系の近接観察状態における（ａ）球面収差／軸上色収差、（ｂ）非点収差およびディストーション、（ｃ）倍率色収差を示す図である。 図７の内視鏡対物光学系に設けられる駆動機構の一例を示す図である。 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図である。 図１１の内視鏡対物光学系の通常観察状態における（ａ）球面収差／軸上色収差、（ｂ）非点収差およびディストーション、（ｃ）倍率色収差を示す図である。 図１１の内視鏡対物光学系の近接観察状態における（ａ）球面収差／軸上色収差、（ｂ）非点収差およびディストーション、（ｃ）倍率色収差を示す図である。 図１１の内視鏡対物光学系に設けられる駆動機構の一例を示す図である。
　以下に、本発明の一実施形態に係る内視鏡対物光学系１について図１から図３を参照して説明する。
　本実施形態に係る内視鏡対物光学系１は、図１に示されるように、物体側から順に配置された前群ＦＧ、明るさ絞りＳおよび後群ＢＧと、前群ＦＧと明るさ絞りＳとの間の光路に挿脱可能に設けられたメニスカスレンズＬｍとを備えている。
　前群ＦＧは、平行平板Ｌ１を備えている。
　後群ＢＧは、物体側から順に、像側に凸面を向けた平凸レンズＬ２と、物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ３とを備えている。
　メニスカスレンズＬｍは、明るさ絞りＳ側に凸面を向けて明るさ絞りＳ近傍の光路に挿入される挿入位置と、光路から外れた退避位置との間で移動可能に設けられている。図１中の（ａ）は、メニスカスレンズＬｍが退避位置に配された通常観察状態を示し、図１中の（ｂ）は、メニスカスレンズＬｍが挿入位置に配された近接観察状態を示している。図中、矢印Ｘｏｕｔ，Ｘｉｎはそれぞれ通常観察状態または近接観察状態における物体面を示し、矢印Ｙは結像面を示し、ｄｏｕｔおよびｄｉｎはそれぞれ通常観察状態または近接観察状態における被写界深度を示している。
　このように、本実施形態によれば、メニスカスレンズＬｍを光路に挿脱するだけで、ピント位置を近点側に移動させ、近接観察を行うことができる。このときに、明るさ絞りＳによって光束を絞る必要がないので、十分な光量を確保しながら近接観察を行い、明るい近接画像を取得することができる。
　図２は、実線で示される挿入位置と破線で示される退避位置との間でメニスカスレンズＬｍを移動させる駆動機構の一例である。駆動機構は、一端側にメニスカスレンズＬｍを保持するアーム部材２と、該アーム部材２の他端を回転させることによりメニスカスレンズＬｍを揺動させる図示しないモータとを備えている。符号３は、内視鏡対物光学系１を収容する鏡筒を示している。アーム部材２はメニスカスレンズＬｍと一体で成形されている。これにより、メニスカスレンズＬｍの外周に該メニスカスレンズＬｍを保持するための枠部材を不要とし、径を小さく抑えることができる。
　本実施形態においては、メニスカスレンズＬｍを明るさ絞りＳの物体側近傍に挿脱することとしたが、これに代えて、明るさ絞りＳの像側近傍に挿脱することとしてもよい。この場合も、メニスカスレンズＬｍは、凸面を明るさ絞りＳに向けて光路上に挿入される。このようにしても、メニスカスレンズＬｍの光路への挿入のみによってピント位置を近点側に移動させて近接観察を行うことができ、明るい近接画像を取得することができる。
　本実施形態においては、一体のメニスカスレンズＬｍに代えて、図３に示されるように、複数のレンズからなるメニスカスレンズＬｍ’を使用してもよい。図示する例では、互いに平面において接合された平凹レンズＬ４と平凸レンズＬ５とからメニスカスレンズＬｍ’が構成されている。
　このようにすることで、一体のメニスカスレンズＬｍと同様の光学作用を有するメニスカスレンズＬｍ’を安価に製造することができる。
　次に、上述した実施形態の実施例１から６について、図４から図１４を参照して以下に説明する。
　実施例中に示すレンズデータにおいて、ｒは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、ｎｄはｄ線における屈折率、νｄはｄ線におけるアッべ数、φはレンズ半径を示している。明るさ絞り（Ｓ）については、レンズ半径（ｍｍ）に代えて内径（絞り径）（ｍｍ）を示している。また、面番号に記載のＯＢＪは物体面を示し、ＩＭＧは像面を示している。レンズデータおよび添付のレンズ断面図は、光路に挿入されたメニスカスレンズを含んでいる。
〔実施例１〕
　本発明の実施例１に係る内視鏡対物光学系は、図４に示されるように、前群が平行平板からなり、後群が物体側から順に像側に凸面を向けた平凸レンズと物体側に凸面を向けた平凸レンズとからなる。メニスカスレンズは、前群と明るさ絞りとの間に挿脱可能に設けられている。このように構成された実施例１に係る内視鏡対物光学系のレンズデータおよび各種データは以下に示す通りである。
レンズデータ
面番号　　　　　　ｒ　　　　　ｄ　　　　ｎｄ　　　νｄ　　　　　φ
ＯＢＪ　　　　　　∞　ｄ０（可変）　　　　　　　　　　１０．７２７
　　１　　　　　　∞　０．５２７　１．８８３　４０．８　１．０５５
　　２　　　　　　∞　０．１４８　　　　　　　　　　　　１．０５５
　　３　－１．４５５　０．４２２　１．８８３　４０．８　０．４２２
　　４　－１．５６９　０．０６３　　　　　　　　　　　　０．４２２
　　５（Ｓ）　　　∞　０．０６３　　　　　　　　　　　　０．１４８
　　６　　　　　　∞　０．９０４　１．８８３　４０．８　１．０５５
　　７　－１．６４３　０．３５４　　　　　　　　　　　　１．０５５
　　８　　１．５６４　１．６３５　１．８８３　４０．８　１．０５５
　　９　　　　　　∞　０．０００　　　　　　　　　　　　１．０５５
ＩＭＧ　　　　　　∞　０．０００　　　　　　　　　　　　０．６５３
各種データ
　　　　　　　　通常観察　　　　　近接観察
ｄ０　　　　１６．８７８　　　　８．４３９
〔実施例２〕
　本発明の実施例２に係る内視鏡対物光学系は、図５に示されるように、前群が、物体側から順に、像側に凹面を向けた平凹レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとからなる発散レンズ系である。後群が、物体側から順に、像側に凸面を向けた平凸レンズと、２つの平行平板と、物体側に凸面を向けた平凸レンズと、平行平板とからなる収束レンズ系である。メニスカスレンズは、前群と明るさ絞りとの間に挿脱可能に設けられている。このように構成された実施例２に係る内視鏡対物光学系のレンズデータおよび各種データは以下に示す通りである。
レンズデータ
面番号　　　　　　ｒ　　　　　ｄ　　　　ｎｄ　　　νｄ　　　　　φ
ＯＢＪ　　　　　　∞　ｄ０（可変）　　　　　　　　　　　９．９４４
　　１　　　　　　∞　０．２０４　１．７６８　７２．２　０．９１７
　　２　　０．７７１　０．４００　　　　　　　　　　　　０．６１２
　　３　　１．６５８　０．４６８　１．９２３　１８．９　０．６６３
　　４　　６．３８５　０．２９７　　　　　　　　　　　　０．３７６
　　５　－２．１４４　０．２０４　１．８８３　４０．８　０．２５５
　　６　－２．１８１　０．０９９　　　　　　　　　　　　０．２５５
　　７（Ｓ）　　　∞　０．０３１　　　　　　　　　　　　０．１２２
　　８　　　　　　∞　０．４１２　１．７７２　４９．６　０．６６３
　　９　－１．０５８　０．０５１　　　　　　　　　　　　０．６６３
　１０　　　　　　∞　０．４０８　１．５２３　５８．５　０．７６５
　１１　　　　　　∞　０．０３１　　　　　　　　　　　　０．７６５
　１２　　　　　　∞　０．６１２　１．５２３　７５．０　０．７６５
　１３　　　　　　∞　０．４２４　　　　　　　　　　　　０．７６５
　１４　　４．２７９　０．８７７　１．５２３　６４．１　１．０１９
　１５　　　　　　∞　０．０２０　１．５１　　６３．８　１．０１９
　１６　　　　　　∞　０．４０８　１．６１１　５０．２　１．０１９
ＩＭＧ　　　　　　∞　０．０００　　　　　　　　　　　　０．９３０
各種データ
　　　　　　　　　通常観察状態　　　　近接観察状態
ｄ０　　　　　　　１０．１４９　　　　　５．２０７
全系の焦点距離　　　１．０００　　　　　０．９５９
〔実施例３〕
　本発明の実施例３に係る内視鏡対物光学系は、図６に示されるように、前群が、物体側から順に、像側に凹面を向けた平凹レンズと、平行平板と、両凸レンズとからなる。後群が、物体側から順に、像側に凸面を向けた平凸レンズと、２つの平行平板とからなる収束レンズ系である。メニスカスレンズは、明るさ絞りと後群との間に挿脱可能に設けられている。このように構成された実施例３に係る内視鏡対物光学系のレンズデータおよび各種データは以下に示す通りである。本実施例の内視鏡対物光学系は、ＦＯＶｏｕｔ／ＦＯＶｉｎ＝１．１４となり、条件式（２）を満たしている。
レンズデータ
面番号　　　　　　ｒ　　　　　ｄ　　　　ｎｄ　　　νｄ　　　　　φ
ＯＢＪ　　　　　　∞　ｄ０（可変）　　　　　　　　　　　６．１７０
　　１　　　　　　∞　０．３５９　１．８８３　４０．８　１．０３２
　　２　　０．９１９　０．４７０　　　　　　　　　　　　０．６８８
　　３　　　　　　∞　０．５５７　１．５１６　７５．０　０．９６３
　　４　　　　　　∞　０．１２６　　　　　　　　　　　　０．９６３
　　５　　２．１１６　１．５４４　２．００　　２８．３　０．９６３
　　６　－２．７２２　０．０７２　　　　　　　　　　　　０．９６３
　　７（Ｓ）　　　∞　０．０５５　　　　　　　　　　　　０．１６５
　　８　　１．０９２　０．２７５　１．８８３　４０．８　０．３１０
　　９　　０．９１９　０．１３８　　　　　　　　　　　　０．３１０
　１０　　　　　　∞　０．６８２　１．５１６　６４．１　０．９６３
　１１　－２．１２４　０．３７３　　　　　　　　　　　　０．９６３
　１２　　　　　　∞　０．７１８　１．５１６　６４．１　１．１２２
　１３　　　　　　∞　０．０１８　１．５１　　６４．１　１．１２２
　１４　　　　　　∞　０．７１８　１．５２　　６４．１　１．１２２
ＩＭＧ　　　　　　∞　０．０００　　　　　　　　　　　　１．１２２
各種データ
　　　　　　　通常観察状態　　　　近接観察状態
ｄ０　　　　　１１．０１１　　　　　４．１２９
全画角　　　　　　　１２０°　　１０４．９１３°
〔実施例４〕
　本発明の実施例４に係る内視鏡用対物光学系は、図７に示されるように、前群が、像側に凹面を向けた平凹レンズからなる発散レンズ系である。後群が、物体側から順に、像側に凸面を向けた平凸レンズと、両凸レンズとメニスカスレンズとの接合レンズと、４枚の平行平板とからなる収束レンズ系である。メニスカスレンズは、前群と明るさ絞りとの間に挿脱可能に設けられている。このように構成された実施例４に係る内視鏡対物光学系のレンズデータおよび各種データは以下に示す通りである。
　本実施例の内視鏡用対物光学系は、条件式（１）を満たしている。また、メニスカスレンズのパワーＰが０．０３８７であり、条件式（４）を満たしている。また、明るさ絞りを挟む前後の面間隔Ｌが１．０６であり、条件式（５）を満たしている。また、通常観察状態における有効Ｆｎｏ．は７．９である。本実施例に係る内視鏡対物光学系の通常観察状態および近接観察状態における各種収差図を図８および図９にそれぞれ示す。本実施例に係る対物光学系にメニスカスレンズを駆動する駆動機構を設けた構成の一例を図１０に示す。符号４はレンズを保持する枠部材、符号５はアーム部材２を駆動するモータ、符号６はアーム部材２を支持し鏡筒２に対して固定される保持部材である。
レンズデータ
面番号　　　　　　ｒ　　　　　ｄ　　　　ｎｄ　　　νｄ　　　　　φ
ＯＢＪ　　　　　　∞　ｄ０（可変）　　　　　　　　　　　５．６４６
　　１　　　　　　∞　０．２２３　１．７６８　７１．７　０．８４７
　　２　　０．８３１　０．４０４　　　　　　　　　　　　０．５６２
　　３　　１．８７３　０．２６４　１．８８３　４０．８　０．２３９
　　４　　１．８４５　０．０３９　　　　　　　　　　　　０．２３９
　　５（Ｓ）　　　∞　０．０２３　　　　　　　　　　　　０．１０８
　　６　　　　　　∞　０．３３０　　　　　　　　　　　　０．１０８
　　７　　　　　　∞　０．７０１　１．８８３　４０．８　０．７３２
　　８　　１．１２５　０．０４６　　　　　　　　　　　　０．７３２
　　９　　３．０６６　０．７５２　１．５１８　５８．９　０．７３２
　１０　　０．８９４　０．２３１　１．９２３　１８．９　０．７３２
　１１　　３．１８５　０．７３９　　　　　　　　　　　　０．８０９
　１２　　　　　　∞　０．２３９　１．５２３　５８．６　０．９６３
　１３　　　　　　∞　０．０２３　　　　　　　　　　　　０．９６３
　１４　　　　　　∞　０．２３９　１．５１　　７５．０　０．９６３
　１５　　　　　　∞　０．０３９　　　　　　　　　　　　０．９６３
　１６　　　　　　∞　０．３８５　１．５１６　６４．１　１．０４６
　１７　　　　　　∞　０．０１５　１．５１　　６４．１　１．０４６
　１８　　　　　　∞　０．５０１　１．５０６　５０．２　１．０４６
　１９　　　　　　∞　０．０００　　　　　　　　　　　　１．０４６
ＩＭＧ　　　　　　∞　０．０００　　　　　　　　　　　　０．９３０
各種データ
　　　　　　　　　通常観察状態　　　　近接観察状態
ｄ０　　　　　　　　６．９３３　　　　　２．９２７
全系の焦点距離　　　１．０００　　　　　０．９７５
〔実施例５〕
　本発明の実施例５に係る内視鏡用対物光学系は、図１１に示されるように、前群が、物体側から順に、像側に凹面を向けた平凸レンズと、両凸レンズとからなる。後群が、物体側から順に、両凸レンズとメニスカスレンズとの接合レンズと、３つの平行片板とからなる収束レンズ系である。メニスカスレンズは、明るさ絞りと後群との間に挿脱可能に設けられている。このように構成された実施例５に係る内視鏡対物光学系のレンズデータおよび各種データは以下に示す通りである。
　本実施例に係る内視鏡用対物光学系は、ＦＯＶｏｕｔ／ＦＯＶｉｎ＝１．２３となり、条件式（２）を満たしている。また、明るさ絞りを挟む前後の面間隔Ｌが１．０１５であり、条件式（５）を満たしている。本実施例に係る内視鏡対物光学系の通常観察状態および近接観察状態における各種収差図を図１２および図１３にそれぞれ示す。本実施例に係る対物光学系にメニスカスレンズを駆動する駆動機構を設けた構成の一例を図１４に示す。
レンズデータ
面番号　　　　　　ｒ　　　　　ｄ　　　　ｎｄ　　　νｄ　　　　　φ
ＯＢＪ　　　　　　∞　ｄ０（可変）　　　　　　　　　　　４．９９３
　　１　　　　　　∞　０．３３０　１．８８３　４０．８　０．９５０
　　２　　０．６４４　０．３７６　　　　　　　　　　　　０．５４５
　　３　　３．０３８　１．４７４　１．６７　　４７．２　０．６６１
　　４　－１．１７２　０．０２５　　　　　　　　　　　　０．６６１
　　５（Ｓ）　　　∞　０．０２５　　　　　　　　　　　　０．１８２
　　６　　　　　　∞　０．１２４　　　　　　　　　　　　０．１９０
　　７　　０．８８５　０．２４８　１．８８３　４０．８　０．３１４
　　８　　０．７６６　０．６２８　　　　　　　　　　　　０．３１４
　　９　　３．３３２　１．１０５　１．７２９　５４．７　０．９２５
　１０　－１．１９４　０．３３０　１．９２３　１８．９　０．９２５
　１１　－３．２４４　０．０８３　　　　　　　　　　　　１．００８
　１２　　　　　　∞　０．２５６　１．４９４　７５．０　１．００８
　１３　　　　　　∞　０．５５６　　　　　　　　　　　　１．００８
　１４　　　　　　∞　０．６２０　１．５１６　６４．１　１．１１５
　１５　　　　　　∞　０．００８　１．５１　　６４．１　１．１１５
　１６　　　　　　∞　０．５３７　１．５０４　６０．０　１．１１５
　１７　　　　　　∞　０．０００　　　　　　　　　　　　１．１１５
ＩＭＧ　　　　　　∞　０．０００　　　　　　　　　　　　０．９９７
各種データ
　　　　　　　　　通常観察状態　　　　近接観察状態
ｄ０　　　　　　　１０．７４０　　　　　３．３０５
全画角　　　　　　　　１３０°　　　　１０５．８°
全系の焦点距離　　　１．０００　　　　　１．０１５
〔実施例６〕
　本発明の実施例６に係る内視鏡用対物光学系は、実施例４のレンズ構成において、メニスカスレンズを、物体側の面（第３面）が非球面である成形レンズに代えたものであり、それ以外の構成は実施例４と同一である。このように構成された実施例６に係る内視鏡対物光学系のレンズデータおよび各種データは以下に示す通りである。
　なお、非球面は下式によって定義される。
　　ｙ＝Ｃｘ２／［１＋｛１－（１＋Ｋ）｝１／２Ｃ２ｘ２］＋Ａ１ｘ４＋Ａ２ｘ６＋Ａ３ｘ８
レンズデータ
面番号　　　　　　ｒ　　　　　ｄ　　　　ｎｄ　　　νｄ　　　　　φ
ＯＢＪ　　　　　　∞　ｄ０（可変）　　　　　　　　　　　５．７２１
　　１　　　　　　∞　０．２２３　１．７６８　７１．７　０．８４７
　　２　　０．８３０　０．４０４　　　　　　　　　　　　０．５６２
　　３＊－１．８７３　０．２６３　１．８８３　４０．８　０．２３９
　　４　－１．８４５　０．０６２　　　　　　　　　　　　０．２３９
　　５（Ｓ）　　　∞　０．０２３　　　　　　　　　　　　０．１０８
　　６　　　　　　∞　０．３０６　　　　　　　　　　　　０．１０８
　　７　　　　　　∞　０．７０１　１．８８３　４０．８　０．７３１
　　８　－１．１２４　０．０４６　　　　　　　　　　　　０．７３１
　　９　　３．０６４　０．７５１　１．５１８　５８．９　０．７３１
　１０　－０．８９４　０．２３１　１．９２３　１８．９　０．７３１
　１１　－３．１８３　０．７３８　　　　　　　　　　　　０．８０８
　１２　　　　　　∞　０．２３９　１．５２３　５８．６　０．９６２
　１３　　　　　　∞　０．０２３　　　　　　　　　　　　０．９６２
　１４　　　　　　∞　０．２３９　１．５１　　７５．０　０．９６２
　１５　　　　　　∞　０．０３８　　　　　　　　　　　　０．９６２
　１６　　　　　　∞　０．３８５　１．５１６　６４．１　０．９６２
　１７　　　　　　∞　０．０１５　１．５１　　６４．１　０．９６２
　１８　　　　　　∞　０．５００　１．５０６　５０．２　１．０４６
　１９　　　　　　∞　０．０００　　　　　　　　　　　　１．０４６
ＩＭＧ　　　　　　∞　０．０００　　　　　　　　　　　　０．９３３
非球面データ
第３面
Ｃ＝－１．８７３，　Ｋ＝２４．８５８
Ａ１＝－０．７０１，　Ａ２＝１８．２１９，　Ａ３＝－８５．８３７
各種データ
　　　　　　　通常観察状態　　　　近接観察状態
ｄ０　　　　　　６．９３３　　　　　２．９２７
　上述した本発明の実施例１から６に係る内視鏡対物光学系の条件式（１）から（５）の値を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
１　内視鏡対物光学系
ＦＧ　前群
ＢＧ　後群
Ｓ　明るさ絞り
Ｌｍ，Ｌｍ’　メニスカスレンズ

Claims (10)

  1. 　物体側から順に配置された前群、明るさ絞りおよび後群と、
    　前記明るさ絞りと前記前群または前記後群との間の光路に前記明るさ絞り側に凸面を向けて挿脱可能なメニスカスレンズとを備える内視鏡対物光学系。
  2. 　前記前群が、発散レンズ系であり、
    　前記後群が、収束レンズ系であり、
    　前記メニスカスレンズが、前記明るさ絞りと前記前群との間の光路に挿脱可能であり、
    　以下の条件式（１）を満たす請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
    （１）　　　　０．９　≦　Ｆｉｎ／Ｆｏｕｔ　≦　１．１
    　ただし、
    　Ｆｉｎ：前記メニスカスレンズが前記光路に挿入されているときの全系の焦点距離、
    　Ｆｏｕｔ：前記メニスカスレンズが前記光路から退避しているときの全系の焦点距離
    である。
  3. 　前記後群が、収束レンズ系であり、
    　前記メニスカスレンズが、前記明るさ絞りと前記後群との間に挿脱可能であり、
    　以下の条件式（２）を満たす請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
    （２）　　　　１．１　＜　ＦＯＶｏｕｔ／ＦＯＶｉｎ　＜　１．５
    　ただし、
    　ＦＯＶｏｕｔ：前記メニスカスレンズが前記光路に挿入されているときの全画角、
    　ＦＯＶｉｎ：前記メニスカスレンズが前記光路から退避しているときの全画角
    である。
  4. 　以下の条件式（３）を満たす請求項１から請求項３のいずれかに記載の内視鏡対物光学系。
    （３）　　　　１．５　≦　Ｄ／Ａ　≦３
    　ただし、
    　Ａ：前記明るさ絞りの内径、
    　Ｄ：前記メニスカスレンズの外径
    である。
  5. 　前記メニスカスレンズが、以下の条件式（４）を満たす請求項１から請求項３のいずれかに記載の内視鏡対物光学系。
    （４）　　　　－０．１　≦　Ｐ　≦０．１
    　ただし、
    　Ｐ：前記メニスカスレンズのパワー
    である。
  6. 　以下の条件式（５）を満たす請求項１から請求項３のいずれかに記載の内視鏡対物光学系。
    （５）　　　　０．７　≦　Ｌ／Ｆｏｕｔ　≦　１．４
    　ただし、
    　Ｌ：前記明るさ絞りを挟む前後のレンズの面間隔、
    　Ｆｏｕｔ：前記メニスカスレンズが前記光路から退避しているときの全系の焦点距離
    である。
  7. 　前記メニスカスレンズが、成形レンズである請求項１から請求項３のいずれかに記載の内視鏡対物光学系。
  8. 　前記メニスカスレンズを保持し該メニスカスレンズを前記光路に挿入される挿入位置と前記光路から退避する退避位置との間で移動させるアーム部材を備え、
    　該アーム部材が、前記メニスカスレンズと一体成形されている請求項７に記載の内視鏡対物光学系。
  9. 　前記メニスカスレンズが前記光路から退避しているときの有効Ｆナンバーが、５以上である請求項１から請求項３のいずれかに記載の内視鏡対物光学系。
  10. 　前記メニスカスレンズが、複数のレンズからなる請求項１から請求項３のいずれかに記載の内視鏡対物光学系。
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