WO2016208367A1 - 内視鏡用対物光学系 - Google Patents

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江口陽亮
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オリンパス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an endoscope objective optical system.
  • An endoscope is an optical device that is used in the medical field and the industrial field. Particularly in the medical field, an endoscope is inserted into a body cavity, thereby observing the body cavity and acquiring an image. Then, diagnosis is performed based on the observation image and the acquired image. Thus, the endoscope is used for observation and diagnosis in a body cavity.
  • a retrofocus type optical system has been adopted as an objective optical system for endoscopes.
  • it has been required to improve the image quality of endoscope images.
  • Conventional endoscope objective optical systems have been improved in image quality such as a wide angle while maintaining a retrofocus type lens arrangement.
  • Such an objective optical system for an endoscope is disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2.
  • the endoscope objective optical system disclosed in Patent Document 1 includes, in order from the object side, a negative lens, a positive lens, and a cemented lens.
  • the cemented lens includes a positive lens and a negative lens.
  • the curvature of field which has been insufficient in the past, is corrected satisfactorily, and measures to increase the number of pixels of the image sensor are being promoted.
  • the endoscope objective optical system disclosed in Patent Document 2 includes, in order from the object side, a negative lens, a positive lens, and a cemented lens.
  • the cemented lens includes a positive lens and a negative lens.
  • a retrofocus type objective lens configuration for endoscope is employed.
  • the size of the point image formed by the optical system is the same as the size of the pixel. From this state, when the pixel pitch of the image sensor is reduced and the size of the imaging surface is reduced, the area of the pixel is reduced. In this case, since the size of the point image does not change, the pixel size is smaller than the size of the point image. This means that the resolution of the optical system has deteriorated as a result. As described above, when the number of pixels of the image sensor increases, the resolution of the optical system deteriorates due to the influence of diffraction.
  • peripheral resolution the resolution at the periphery of the image
  • the present invention has been made in view of such problems, and is compatible with downsizing of an optical system and an increase in the number of pixels of an image sensor, being resistant to variations in performance within a manufacturing error range, and deteriorating peripheral resolution.
  • An object of the present invention is to provide an endoscope objective optical system that is difficult to perform.
  • the endoscope objective optical system includes: In order from the object side, the first group having a positive refractive power, an aperture stop, and a second group having a positive refractive power,
  • the first group is composed of a first lens having a negative refractive power that is flat on the object side, and a second lens having a positive refractive power
  • the second group consists of cemented lenses,
  • the cemented lens includes a third lens having a positive refractive power and a fourth lens having a negative refractive power, The following conditional expressions (1), (2), (3), and (4) are satisfied.
  • La is the sum of the air intervals along the optical axis of the endoscope objective optical system
  • Lb is the total length of the endoscope objective optical system
  • f4 is the focal length of the fourth lens
  • f is the focal length of the endoscope objective optical system
  • f2 is the focal length of the second lens
  • ne2 is the refractive index at the e-line of the second lens
  • ne4 is the refractive index at the e-line of the fourth lens
  • ⁇ d3 is the Abbe number based on the d-line of the third lens
  • ⁇ d4 is the Abbe number based on the d-line of the fourth lens
  • an objective optical system for an endoscope that can cope with downsizing of an optical system and increase in the number of pixels of an image sensor, is resistant to variations in performance within a manufacturing error range, and hardly deteriorates peripheral resolution. be able to.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of an endoscope objective optical system according to Example 1, and aberration diagrams illustrating spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and lateral chromatic aberration (CC). is there.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of an endoscope objective optical system according to Example 2, and aberration diagrams illustrating spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and lateral chromatic aberration (CC). is there.
  • SA spherical aberration
  • AS astigmatism
  • DT distortion
  • CC lateral chromatic aberration
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of an endoscope objective optical system according to Example 3, and aberration diagrams illustrating spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and lateral chromatic aberration (CC). is there.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of an endoscope objective optical system according to Example 4, and aberration diagrams illustrating spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and lateral chromatic aberration (CC). is there.
  • the endoscope objective optical system includes, in order from the object side, a first group having a positive refractive power, an aperture stop, and a second group having a positive refractive power.
  • the group includes a first lens having a negative refractive power that is flat on the object side, and a second lens having a positive refractive power.
  • the second group includes a cemented lens, and the cemented lens has a positive refractive power.
  • La is the sum of the air intervals along the optical axis of the endoscope objective optical system
  • Lb is the total length of the endoscope objective optical system
  • f4 is the focal length of the fourth lens
  • f is the focal length of the endoscope objective optical system
  • f2 is the focal length of the second lens
  • ne2 is the refractive index at the e-line of the second lens
  • ne4 is the refractive index at the e-line of the fourth lens
  • ⁇ d3 is the Abbe number based on the d-line of the third lens
  • ⁇ d4 is the Abbe number based on the d-line of the fourth lens
  • FIG. 1 is a diagram showing an endoscope objective optical system according to the present embodiment.
  • the optical system is configured by four lenses, and four lenses are disposed so as to be a retrofocus type lens arrangement.
  • the endoscope objective optical system includes, in order from the object side, a first group G1 having a positive refractive power, an aperture stop S, and a second group G2 having a positive refractive power. Become.
  • An optical filter F is disposed between the first group G1 and the second group G2.
  • a cover glass C1 and a cover glass C2 are disposed on the image side of the second group G2.
  • the optical filter F is, for example, an infrared absorption filter.
  • the image side surface of the optical filter F may be provided with a coating for cutting the laser beam of the semiconductor laser.
  • the cover glass C2 is, for example, a cover glass for an image sensor.
  • the cover glass C1 and the cover glass C2 may be joined.
  • I is an image plane (imaging plane).
  • the first group G1 includes a first lens L1 having a negative refractive power and a second lens L2 having a positive refractive power.
  • the second group G2 includes a cemented lens CL.
  • the first lens L1 has a flat object side surface.
  • the cemented lens CL includes a third lens L3 having a positive refractive power and a fourth lens L4 having a negative refractive power.
  • the refractive power of the first lens L1 is negative.
  • the combined refractive power of the second lens L2 and the cemented lens CL becomes a positive refractive power.
  • the endoscope objective optical system according to the present embodiment satisfies the conditional expressions (1), (2), (3), and (4).
  • Conditional expression (1) is a conditional expression related to miniaturization of the optical system, and is a conditional expression related to the sum of the air intervals along the optical axis (hereinafter referred to as “air length”) in the endoscope objective optical system. .
  • the optical system can be reduced in size by satisfying conditional expression (1).
  • conditional expression (1) If the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the air length will be shortened, making it difficult to design a holding frame for holding the lens. Also, the focus cannot be adjusted. Thus, when the lower limit of conditional expression (1) is not reached, assembly of the optical system becomes difficult. If the upper limit value of conditional expression (1) is exceeded, the air length becomes long, so the total length of the optical system becomes long. Therefore, the optical system cannot be reduced in size.
  • the air length is the sum of air distances from the lens surface closest to the object side to the image plane.
  • the total length of the endoscope objective optical system is a length obtained by adding back focus to the distance from the most object side lens surface to the most image side lens surface.
  • the back focus is the length from the lens surface closest to the image side to the image surface, and is the length when not converted to air.
  • conditional expression (1 ′) 0.15 ⁇ La / Lb ⁇ 0.17 (1 ′)
  • Conditional expression (2) is a conditional expression related to the miniaturization of the optical system, and takes the ratio between the focal length of the fourth lens and the focal length of the entire endoscope objective optical system.
  • the focal length is a focal length at the e line.
  • the optical system can be reduced in size by satisfying conditional expression (2).
  • conditional expression (2) If the lower limit value of conditional expression (2) is not reached, the focal length of the fourth lens becomes small, so the negative refractive power of the fourth lens becomes small. Therefore, correction of chromatic aberration becomes excessive.
  • the focal length of the first lens may be shortened. However, if the focal length of the first lens is shortened to such an extent that the correction of chromatic aberration is sufficient, the negative refractive power increases in the entire optical system. In this case, since spherical aberration, coma aberration, and the like are deteriorated, the imaging performance of the optical system is deteriorated.
  • conditional expression (2) If the upper limit value of conditional expression (2) is exceeded, the focal length of the fourth lens becomes large, so the negative refractive power of the fourth lens becomes large. Therefore, correction of chromatic aberration is insufficient. If an attempt is made to correct chromatic aberration that is undercorrected, the positive refractive power will increase in the entire optical system. In this case, the total length of the optical system is increased or the lens diameter is increased. Therefore, it becomes difficult to reduce the size of the optical system.
  • the Petzval sum is the sum of the reciprocal of the product of the refractive index of the lens and the focal length for each lens.
  • Conditional expression (3) is a ratio of the product of the refractive index and the focal length of the second lens and the product of the refractive index and the focal length of the fourth lens.
  • conditional expression (3) ⁇ 0.7 ⁇ (ne2 ⁇ f2) / (ne4 ⁇ f4) ⁇ ⁇ 0.3 (3 ′)
  • Conditional expression (4) is a conditional expression regarding the entire length of the optical system.
  • the Abbe number (dispersion) of each lens In order to correct lateral chromatic aberration well, it is necessary to consider the Abbe number (dispersion) of each lens.
  • the endoscope objective optical system there are few optical glasses that can be selected for the first lens from the viewpoint of biocompatibility.
  • the lateral chromatic aberration can be corrected well by increasing the number of lenses, but increasing the number of lenses is not preferable from the viewpoint of downsizing the optical system. For this reason, in order to satisfactorily correct the lateral chromatic aberration generated in the first lens without increasing the total length of the optical system, it is necessary to appropriately set the Abbe number of the cemented lens.
  • conditional expression (4) If the lower limit value of conditional expression (4) is not reached, the Abbe number of the fourth lens becomes too large, and the lateral chromatic aberration cannot be corrected sufficiently. If the upper limit of conditional expression (4) is exceeded, the Abbe number of the third lens becomes too large. In this case, if an optical glass used for the third lens is selected from existing optical glasses, the optical glass that can be selected automatically becomes an optical glass having a small refractive index. Therefore, coma and astigmatism cannot be corrected sufficiently.
  • the optical system can be downsized and the number of pixels of the image sensor can be increased.
  • An endoscope objective optical system that is strong and hardly deteriorates in peripheral resolution can be realized, and further, cost reduction can be realized.
  • the endoscope objective optical system of the present embodiment satisfies the following conditional expression (5).
  • IH is the maximum image height
  • f is the focal length of the endoscope objective optical system, It is.
  • Conditional expression (5) is a conditional expression for widening the optical system.
  • conditional expression (5) If the upper limit of conditional expression (5) is exceeded, the angle of view becomes too large. For this reason, the deterioration of the imaging performance at the peripheral portion of the image becomes too great. Alternatively, since the entire length of the optical system becomes too short, it is difficult to ensure a sufficient back focus. As a result, the assemblability of the optical system is deteriorated.
  • the endoscope objective optical system of the present embodiment satisfies the following conditional expression (6).
  • BF back focus
  • f the focal length of the endoscope objective optical system
  • the endoscope objective optical system of the present embodiment employs a retrofocus type optical system. Therefore, the back focus tends to be long. Therefore, it is preferable to satisfy conditional expression (6). Thereby, a back focus with an appropriate length can be ensured.
  • conditional expression (6) When the lower limit value of conditional expression (6) is not reached, the back focus becomes too short. In this case, it becomes difficult to secure a space necessary for adjusting the focus, so that the assemblability of the optical system is deteriorated. If the upper limit of conditional expression (6) is exceeded, the back focus becomes too long, and it becomes difficult to reduce the size of the optical system.
  • the endoscope objective optical system of the present embodiment satisfies the following conditional expression (7). -2.6 ⁇ r2o / rcc ⁇ -2 (7) here, r2o is the radius of curvature at the object side of the second lens, rcc is the radius of curvature at the cemented surface of the cemented lens, It is.
  • Conditional expression (7) is a ratio of the radius of curvature at the object side surface of the second lens and the radius of curvature at the cemented surface of the cemented lens.
  • conditional expression (7 ′) instead of conditional expression (7).
  • the endoscope objective optical system of the present embodiment satisfies the following conditional expression (8). -1.0 ⁇ (r2o ⁇ r2i) / (rcc ⁇ rci) ⁇ ⁇ 0.7 (8) here, r2o is the radius of curvature at the object side of the second lens, r2i is the radius of curvature at the image side of the second lens, rcc is the radius of curvature at the cemented surface of the cemented lens, rci is the radius of curvature at the image side of the cemented lens, It is.
  • Conditional expression (8) is the ratio of the product of the curvature radius of the two surfaces of the second lens and the product of the curvature radius of the two surfaces of the fourth lens.
  • conditional expression (8) If the upper limit value of conditional expression (8) is exceeded, the absolute value of the radius of curvature of the fourth lens becomes relatively large, so that correction of field curvature is insufficient. In addition, since the absolute value of the radius of curvature of the second lens is small, lens processing becomes difficult.
  • the optical system can be further reduced in size, and an endoscope objective optical system having high imaging performance can be realized.
  • the endoscope objective optical system of the present embodiment satisfies the following conditional expression (9). -1.2 ⁇ r2i / f2 ⁇ -0.9 (9) here, r2i is the radius of curvature at the image side of the second lens, f2 is the focal length of the second lens, It is.
  • conditional expression (9) If the lower limit value of conditional expression (9) is not reached, the focal length of the second lens becomes too small, and both the radii of curvature on both sides of the second lens become small. As a result, the amount of spherical aberration increases, and the amount of coma and astigmatism increases. Alternatively, when the value of the radius of curvature on the image side surface of the second lens is increased, the entire length of the optical system is increased.
  • conditional expression (9) If the upper limit value of conditional expression (9) is exceeded, if the value of the focal length of the second lens increases, the total length of the optical system becomes longer. Alternatively, when the value of the radius of curvature at the image side surface of the second lens is reduced, the amount of spherical aberration generated becomes too large, and the imaging performance deteriorates.
  • the endoscope objective optical system of the present embodiment satisfies the following conditional expression (10). 2 ⁇ r2o / f2 ⁇ 2.6 (10) here, r2o is the radius of curvature at the object side of the second lens, f2 is the focal length of the second lens, It is.
  • conditional expression (10) it is possible to realize an optical system that further balances the central imaging performance and the peripheral imaging performance.
  • conditional expression (10) If the lower limit value of conditional expression (10) is not reached, the focal length of the second lens becomes large. In this case, the total length becomes long. Alternatively, the radius of curvature on the object side surface of the second lens is reduced. In this case, the refractive power of the second lens becomes too large. Therefore, the correction of the field curvature becomes excessive.
  • conditional expression (10) If the upper limit of conditional expression (10) is exceeded, the radius of curvature on the object side surface of the second lens will increase. In this case, correction of astigmatism is insufficient. Alternatively, the focal length of the second lens is reduced. In this case, the amount of spherical aberration increases, and the amount of coma and astigmatism increases. Therefore, the aberration cannot be corrected satisfactorily as a whole.
  • conditional expression (10 ′) is satisfied instead of conditional expression (10).
  • the endoscope objective optical system of the present embodiment satisfies the following conditional expression (11). -1.45 ⁇ fc / f4 ⁇ -0.80 (11) here, fc is the focal length of the cemented lens, f4 is the focal length of the fourth lens, It is.
  • Conditional expression (11) is a ratio of the focal length of the cemented lens and the focal length of the fourth lens.
  • the focal length of the fourth lens needs to be a negative value.
  • conditional expression (11) it is possible to satisfactorily correct lateral chromatic aberration. As a result, deterioration of the peripheral resolution can be prevented.
  • conditional expression (11) If the lower limit of conditional expression (11) is not reached, the focal length of the cemented lens will increase. In this case, the total length of the optical system becomes long. For this reason, it is not preferable to fall below the lower limit value of conditional expression (11) from the viewpoint of miniaturization of the optical system. If the upper limit of conditional expression (11) is exceeded, lateral chromatic aberration will increase. Therefore, it is not preferable to exceed the upper limit value of conditional expression (11).
  • the horizontal axis represents the amount of aberration.
  • the unit of aberration is mm.
  • the unit of aberration is%.
  • FIY is the image height, the unit is mm, and FNO is the F number.
  • the unit of the wavelength of the aberration curve is nm.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration and aberration of the endoscope objective optical system according to the first embodiment, where (a) is a cross-sectional configuration, (b) is a spherical aberration (SA), and (c) is a non-sectional view.
  • Point aberration (AS) shows distortion aberration (DT)
  • CC lateral chromatic aberration
  • the endoscope objective optical system includes, in order from the object side, a first group G1 having a positive refractive power, an aperture stop S, and a positive refractive power. And a second group G2.
  • the first group G1 includes a planoconcave negative lens L1 having a plane facing the object side and a biconvex positive lens L2.
  • the second group G2 includes a biconvex positive lens L3 and a negative meniscus lens L4 having a convex surface facing the image side.
  • the biconvex positive lens L3 and the negative meniscus lens L4 are cemented.
  • An optical filter F is disposed between the first group G1 and the second group G2.
  • the optical filter F is an infrared absorption filter.
  • a coating for cutting the laser beam of the semiconductor laser is applied.
  • a cover glass C1 and a cover glass C2 are disposed on the image side of the second group G2.
  • the cover glass C2 is a CCD cover glass.
  • the cover glass C1 and the cover glass C2 are joined.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration and aberrations of the endoscope objective optical system according to Example 2, in which (a) is a cross-sectional configuration, (b) is spherical aberration (SA), and (c) is non-sectional. Point aberration (AS), (d) shows distortion aberration (DT), and (e) shows lateral chromatic aberration (CC).
  • SA spherical aberration
  • CC lateral chromatic aberration
  • the endoscope objective optical system includes, in order from the object side, a first group G1 having a positive refractive power, an aperture stop S, and a positive refractive power. And a second group G2.
  • the first group G1 includes a planoconcave negative lens L1 having a plane facing the object side and a biconvex positive lens L2.
  • the second group G2 includes a biconvex positive lens L3 and a negative meniscus lens L4 having a convex surface facing the image side.
  • the biconvex positive lens L3 and the negative meniscus lens L4 are cemented.
  • An optical filter F is disposed between the first group G1 and the second group G2.
  • the optical filter F is an infrared absorption filter.
  • a coating for cutting the laser beam of the semiconductor laser is applied.
  • a cover glass C1 and a cover glass C2 are disposed on the image side of the second group G2.
  • the cover glass C2 is a CCD cover glass.
  • the cover glass C1 and the cover glass C2 are joined.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration and aberrations of the endoscope objective optical system according to Example 3, where (a) is a cross-sectional configuration, (b) is a spherical aberration (SA), and (c) is a non-sectional view.
  • Point aberration (AS) shows distortion aberration (DT)
  • e) shows lateral chromatic aberration (CC).
  • the endoscope objective optical system according to Example 3 includes, in order from the object side, a first group G1 having a positive refractive power, an aperture stop S, and a positive refractive power. And a second group G2.
  • the first group G1 includes a planoconcave negative lens L1 having a plane facing the object side and a biconvex positive lens L2.
  • the second group G2 includes a biconvex positive lens L3 and a negative meniscus lens L4 having a convex surface facing the image side.
  • the biconvex positive lens L3 and the negative meniscus lens L4 are cemented.
  • An optical filter F is disposed between the first group G1 and the second group G2.
  • the optical filter F is an infrared absorption filter.
  • a coating for cutting the laser beam of the semiconductor laser is applied.
  • a cover glass C1 and a cover glass C2 are disposed on the image side of the second group G2.
  • the cover glass C2 is a CCD cover glass.
  • the cover glass C1 and the cover glass C2 are joined.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration and aberration of an endoscope objective optical system according to Example 4, where (a) is a cross-sectional configuration, (b) is a spherical aberration (SA), and (c) is a non-sectional view.
  • Point aberration (AS) shows distortion aberration (DT)
  • CC lateral chromatic aberration
  • the endoscope objective optical system includes, in order from the object side, a first group G1 having a positive refractive power, an aperture stop S, and a positive refractive power. And a second group G2.
  • the first group G1 includes a planoconcave negative lens L1 having a plane facing the object side and a biconvex positive lens L2.
  • the second group G2 includes a biconvex positive lens L3 and a negative meniscus lens L4 having a convex surface facing the image side.
  • the biconvex positive lens L3 and the negative meniscus lens L4 are cemented.
  • An optical filter F is disposed between the first group G1 and the second group G2.
  • the optical filter F is an infrared absorption filter.
  • a coating for cutting the laser beam of the semiconductor laser is applied.
  • a cover glass C1 and a cover glass C2 are disposed on the image side of the second group G2.
  • the cover glass C2 is a CCD cover glass.
  • the cover glass C1 and the cover glass C2 are joined.
  • r are radii of curvature of each surface
  • d is the thickness or air spacing of each optical member
  • ne is the refractive index of each optical member with respect to e-line
  • ⁇ d is the Abbe number of each optical member with respect to d-line
  • FL is internal
  • represents a half angle of view
  • IH represents a maximum image height.
  • the unit of focal length and maximum image height is mm, and the unit of half angle of view is °.
  • the present invention corresponds to the downsizing of the optical system and the increase in the number of pixels of the imaging device, is resistant to variations in performance within the manufacturing error range, and is difficult to deteriorate the peripheral resolution. Useful for.

Abstract

光学系の小型化と撮像素子の高画素化に対応し、製造誤差範囲内での性能に対するばらつきに強く、周辺解像度が劣化しにくい内視鏡用対物光学系を提供する。 内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第1群G1と、明るさ絞りSと、正の屈折力を有する第2群G2と、からなり、第1群G1は、物体側が平面の負の屈折力を有する第1レンズL1と、正の屈折力を有する第2レンズL2と、から構成され、第2群G2は接合レンズCLから構成され、接合レンズCLは、正の屈折力を有する第3レンズL3と、負の屈折力を有する第4レンズL4と、から構成され、以下の条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足する。 0.13≦La/Lb≦0.17 (1) -2.7≦f4/f≦-2.2 (2) -0.7≦(ne2×f2)/(ne4×f4)≦0 (3) 2.5≦νd3/νd4≦3.5 (4)

Description

内視鏡用対物光学系
 本発明は、内視鏡用対物光学系に関する。
 内視鏡は、医療分野や工業分野で利用されている光学装置である。特に医療分野では、内視鏡は体腔内に挿入され、これにより体腔内の観察や画像の取得が行われる。そして、観察像や取得した画像に基づいて診断が行われる。このように、内視鏡は体腔内の観察や診断に利用されている。
 内視鏡用対物光学系には、レトロフォーカスタイプの光学系が採用されてきた。近年、診断の精度向上のために、内視鏡の画像には高画質化が求められている。これまでの内視鏡用対物光学系では、レトロフォーカスタイプのレンズ配置を維持したまま、広角化など高画質化が進められてきた。このような内視鏡用対物光学系が、特許文献1や特許文献2に開示されている。
 特許文献1に開示された内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、接合レンズと、で構成されている。接合レンズは、正レンズと負レンズとからなる。特許文献1の内視鏡用対物光学系では、従来不十分であった像面湾曲が良好に補正されると共に、撮像素子の高画素化への対応が進められている。
 特許文献2に開示された内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、接合レンズと、で構成されている。接合レンズは、正レンズと負レンズとからなる。特許文献2の内視鏡用対物光学系では、レトロフォーカスタイプの内視鏡用途対物レンズ構成が採用されている。
特開平4-275514号公報 特許第5374667号公報
 上述のように、内視鏡では、画像の更なる高画質化が進められている。一方で、患者への負担軽減のためには、挿入部の小型化を進める必要がある。挿入部を小型化した場合、デメリットとして、光学系の解像度の劣化がある。
 例えば、光学系で形成される点像の大きさと画素の大きさが、共に等しいとする。この状態から、撮像素子の画素ピッチを小さくして、撮像面のサイズを小さくすると、画素の面積が小さくなる。この場合、点像の大きさは変らないので、点像の大きさよりも画素の大きさが小さくなる。これは、結果的に、光学系の解像度が劣化したことを意味している。このように、撮像素子の高画素化が進むと、回折の影響で光学系の解像度が劣化する。
 このようなことから、画像の更なる高画質化が進めるためには、光学系のFナンバーの値を今まで以上に小さくする必要がある。ただし、Fナンバーの値が小さくなることで、像面湾曲や非点収差が悪化し易くなる。特に、像の周辺における解像度(以下、「周辺解像度」という)は、Fナンバーの値が小さくなることで劣化し易くなる。また、これまでの製造誤差の範囲では像面湾曲の発生量や非点収差の発生量がばらついてしまうことから、周辺解像度が劣化し易くなってしまう。
 特許文献1の内視鏡用対物光学系では、像面湾曲は従来に比べると良好に補正されているが、補正がまだ不十分である。そのため、内視鏡における画像の高画質化には対応することが難しい。
 特許文献2の内視鏡用対物光学系では、更なる光学系の小型化や、撮像素子の高画素化への対応を進めるためには、Fナンバーの値を小さくする必要がある。ただし、Fナンバーの値を小さくすると、像面湾曲を十分に補正できないので、製造誤差による周辺解像度の劣化というリスクを持った光学系となってしまう。
 本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、光学系の小型化と撮像素子の高画素化に対応し、製造誤差範囲内での性能に対するばらつきに強く、周辺解像度が劣化しにくい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、本発明の内視鏡用対物光学系は、
 物体側から順に、正の屈折力を有する第1群と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する第2群と、からなり、
 第1群は、物体側が平面の負の屈折力を有する第1レンズと、正の屈折力を有する第2レンズと、から構成され、
 第2群は接合レンズから構成され、
 接合レンズは、正の屈折力を有する第3レンズと、負の屈折力を有する第4レンズと、から構成され、
 以下の条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足することを特徴とする。
 0.13≦La/Lb≦0.17   (1)
 -2.7≦f4/f≦-2.2   (2)
 -0.7≦(ne2×f2)/(ne4×f4)≦0   (3)
 2.5≦νd3/νd4≦3.5   (4)
 ここで、
 Laは、内視鏡用対物光学系の光軸に沿った空気間隔の総和、
 Lbは、内視鏡用対物光学系の全長、
 f4は、第4レンズの焦点距離、
 fは、内視鏡用対物光学系の焦点距離、
 f2は、第2レンズの焦点距離、
 ne2は、第2レンズのe線における屈折率、
 ne4は、第4レンズのe線における屈折率、
 νd3は、第3レンズのd線基準のアッベ数、
 νd4は、第4レンズのd線基準のアッベ数、
である。
 本発明によれば、光学系の小型化と撮像素子の高画素化に対応し、製造誤差範囲内での性能に対するばらつきに強く、周辺解像度が劣化しにくい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を示す図である。 実施例1に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図と、球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)及び倍率色収差(CC)をそれぞれ示す収差図である。 実施例2に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図と、球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)及び倍率色収差(CC)をそれぞれ示す収差図である。 実施例3に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図と、球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)及び倍率色収差(CC)をそれぞれ示す収差図である。 実施例4に係る内視鏡用対物光学系の断面構成を示す図と、球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)及び倍率色収差(CC)をそれぞれ示す収差図である。
 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、以下の実施形態に係る内視鏡用対物光学系により、この発明が限定されるものではない。
 本実施形態の内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第1群と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する第2群と、からなり、第1群は、物体側が平面の負の屈折力を有する第1レンズと、正の屈折力を有する第2レンズと、から構成され、第2群は接合レンズから構成され、接合レンズは、正の屈折力を有する第3レンズと、負の屈折力を有する第4レンズと、から構成され、以下の条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足することを特徴とする。
 0.13≦La/Lb≦0.17   (1)
 -2.7≦f4/f≦-2.2   (2)
 -0.7≦(ne2×f2)/(ne4×f4)≦0   (3)
 2.5≦νd3/νd4≦3.5   (4)
 ここで、
 Laは、内視鏡用対物光学系の光軸に沿った空気間隔の総和、
 Lbは、内視鏡用対物光学系の全長、
 f4は、第4レンズの焦点距離、
 fは、内視鏡用対物光学系の焦点距離、
 f2は、第2レンズの焦点距離、
 ne2は、第2レンズのe線における屈折率、
 ne4は、第4レンズのe線における屈折率、
 νd3は、第3レンズのd線基準のアッベ数、
 νd4は、第4レンズのd線基準のアッベ数、
である。
 本実施形態の内視鏡用対物光学系について説明する。図1は、本実施形態の内視鏡用対物光学系を示す図である。
 光学系の小型化に対応するためには、光学系を構成するレンズ枚数を少なくする必要がある。その一方で、内視鏡用対物光学系としては、広い画角を維持する必要がある。そこで、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、光学系を4枚のレンズで構成すると共に、レトロフォーカスタイプのレンズ配置となるように、4枚のレンズを配置している。
 具体的には、内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第1群G1と、明るさ絞りSと、正の屈折力を有する第2群G2と、からなる。第1群G1と第2群G2との間には、光学フィルタFが配置されている。第2群G2の像側には、カバーガラスC1とカバーガラスC2が配置されている。
 光学フィルタFは、例えば、赤外線吸収フィルタである。光学フィルタFの像側面には、半導体レーザのレーザ光をカットするコーティングが施されていても良い。カバーガラスC2は、例えば、撮像素子のカバーガラスである。カバーガラスC1とカバーガラスC2は、接合されていても良い。Iは像面(撮像面)である。
 内視鏡用対物光学系を、正の屈折力を有する第1群G1、明るさ絞りS及び正の屈折力を有する第2群G2で構成することで、バランスの取れた収差補正が可能になる。
 また、第1群G1は、負の屈折力を有する第1レンズL1と、正の屈折力を有する第2レンズL2と、で構成されている。第2群G2は接合レンズCLで構成されている。第1レンズL1は、物体側面が平面になっている。接合レンズCLは、正の屈折力を有する第3レンズL3と、負の屈折力を有する第4レンズL4と、で構成されている。
 ここで、第1レンズL1の屈折力は負の屈折力である。一方、第2レンズL2と接合レンズCLとの合成屈折力は、正の屈折力になる。このように、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、4枚のレンズで、レトロフォーカスタイプの光学系が実現できている。よって、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、光学系の小型化と広い画角の確保とが両立できている。
 そして、本実施形態の内視鏡用対物光学系は、条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足する。
 条件式(1)は、光学系の小型化に関する条件式であって、内視鏡用対物光学系における光軸に沿った空気間隔の総和(以下、「空気長」という)に関する条件式である。条件式(1)を満足することで、光学系を小型化することができる。
 条件式(1)の下限値を下回ると、空気長が短くなってしまうので、レンズを保持する保持枠の設計が困難になる。また、ピントの調整ができなくなる。このように、条件式(1)の下限値を下回ると、光学系の組み立てが困難になる。条件式(1)の上限値を上回ると、空気長が長くなってしまうので、光学系の全長が長くなってしまう。そのため、光学系を小型化することができない。
 空気長は、最も物体側のレンズ面から像面までの間の空気間隔の総和である。内視鏡用対物光学系の全長は、最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離に、バックフォーカスを加えた長さである。バックフォーカスは、最も像側のレンズ面から像面までの長さであって、空気換算しないときの長さである。
 ここで、条件式(1)に代えて、以下の条件式(1’)を満足することが好ましい。
 0.15≦La/Lb≦0.17   (1’)
 条件式(2)は光学系の小型化に関する条件式であって、第4レンズの焦点距離と内視鏡用対物光学系全体の焦点距離との比をとったものである。焦点距離は、e線における焦点距離である。条件式(2)を満足することで、光学系を小型化することができる。
 条件式(2)の下限値を下回ると、第4レンズの焦点距離が小さくなってしまうので、第4レンズの負の屈折力が小さくなる。そのため、色収差の補正が過剰になってしまう。補正過剰になっている色収差を補正するためには、第1レンズの焦点距離を短くすれば良い。しかしながら、色収差の補正が十分となる程度まで第1レンズの焦点距離を短くすると、光学系全体で負の屈折力が大きくなってしまう。この場合、球面収差やコマ収差などが悪化してしまうので、光学系の結像性能が劣化する。
 条件式(2)の上限値を上回ると、第4レンズの焦点距離が大きくなってしまうので、第4レンズの負の屈折力が大きくなる。そのため、色収差の補正が不足してしまう。補正不足になっている色収差を補正しようとすると、光学系全体で正の屈折力が大きくなってしまう。この場合、光学系の全長が長くなるか、又は、レンズ径が大きくなる。よって、光学系を小型化することが困難になる。
 製造誤差による周辺解像度の劣化を起こさないためには、像面湾曲を十分に補正する必要がある。そのためには、ペッツバール和を小さくする必要がある。ペッツバール和は、レンズの屈折率と焦点距離の積の逆数を、各レンズについて足し合わせたものである。
 条件式(3)は、第2レンズの屈折率と焦点距離の積と、第4レンズの屈折率と焦点距離の積との比をとったものである。条件式(3)を満足することで、製造誤差による周辺解像度劣化を防止することができる。
 条件式(3)の下限値を下回ると、ペッツバール和を十分に小さくすることができない。この場合、像面湾曲を良好に補正できないので、周辺解像度の劣化を防止することが困難になる。条件式(3)の上限値を上回ると、色収差が十分に補正できない。
 ここで、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。
 -0.7≦(ne2×f2)/(ne4×f4)≦-0.3   (3’)
 条件式(4)は、光学系の全長に関する条件式である。条件式(4)を満足することで、倍率色収差を補正できるので、周辺解像度の劣化を防止することができる。
 倍率色収差を良好に補正するためには、各レンズのアッベ数(分散)を考慮する必要がある。しかしながら、内視鏡用対物光学系では、生体適合性の観点から、第1レンズ用として選択できる光学ガラスが少ない。倍率色収差は、レンズを増やすことで良好に補正できるが、レンズを増やすことは光学系の小型化の観点から好ましくない。このようなことから、光学系の全長を長くすること無く、第1レンズで発生した倍率色収差を良好に補正するためには、接合レンズのアッベ数を適切に設定する必要がある。
 条件式(4)の下限値を下回ると、第4レンズのアッベ数が大きくなりすぎるので、倍率色収差を十分に補正できない。条件式(4)の上限値を上回ると、第3レンズのアッベ数が大きくなりすぎる。この場合、第3レンズに用いる光学ガラスを現存の光学ガラスの中から選択しようとすると、選択できる光学ガラスは、自動的に、屈折率が小さい光学ガラスになってしまう。そのため、コマ収差や非点収差などを十分に補正することができない。
 条件式(1)、(2)、(3)、(4)を同時に満足することで、光学系の小型化と撮像素子の高画素化に対応し、製造誤差範囲内での性能に対するばらつきに強く、周辺解像度が劣化しにくい内視鏡用対物光学系を実現でき、更に、低コスト化も実現できる。
 また、本実施形態の内視鏡用対物光学系は、以下の条件式(5)を満足することが好ましい。
 0.8≦IH/f≦1   (5)
 ここで、
 IHは、最大像高、
 fは、内視鏡用対物光学系の焦点距離、
である。
 条件式(5)は光学系の広角化に関する条件式である。
 条件式(5)の下限値を下回ると、画角が小さくなりすぎる。そのため、内視鏡の用途では、観察性が悪くなってしまう。あるいは、光学系の全長が長くなってしまうため、光学系の小型化を実現できない。
 条件式(5)の上限値を上回ると、画角が大きくなりすぎる。そのため、画像の周辺部での結像性能の劣化が大きくなりすぎてしまう。あるいは、光学系の全長が短くなりすぎてしまうので、十分なバックフォーカスを確保することが難しくなる。その結果、光学系の組み立て性が悪化する。
 また、本実施形態の内視鏡用対物光学系は、以下の条件式(6)を満足することが好ましい。
 1.8≦BF/f≦2.4   (6)
 ここで、
 BFは、バックフォーカス、
 fは、内視鏡用対物光学系の焦点距離、
である。
 上述のように、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、レトロフォーカスタイプの光学系を採用している。そのため、バックフォーカスが長くなりがちである。そこで、条件式(6)を満足することが良い。これにより、適切な長さのバックフォーカスを確保することができる。
 条件式(6)の下限値を下回ると、バックフォーカスが短くなりすぎる。この場合、ピントの調整に必要な間隔を確保することが困難になるので、光学系の組み立て性が悪化する。条件式(6)の上限値を上回ると、バックフォーカスが長くなりすぎるので、光学系の小型化が困難になる。
 また、本実施形態の内視鏡用対物光学系は、以下の条件式(7)を満足することが好ましい。
 -2.6≦r2o/rcc≦-2   (7)
 ここで、
 r2oは、第2レンズの物体側面における曲率半径、
 rccは、接合レンズの接合面における曲率半径、
である。
 高い結像性能を持つ光学系を実現するためには、更にコマ収差と倍率色収差をバランス良く補正すると共に、製造誤差に強い光学系にする必要がある。そのためには、条件式(7)を満足することが良い。
 条件式(7)は、第2レンズの物体側面における曲率半径と接合レンズの接合面における曲率半径との比をとったものである。
 条件式(7)の下限値を下回ると、接合レンズの接合面における曲率半径に対して第2レンズの物体側面における曲率半径が大きくなりすぎる。この場合、コマ収差が十分に補正されないため、製造誤差による周辺解像度の劣化が増加する。あるいは、接合レンズの接合面における曲率半径が小さくなりすぎるので、レンズの加工性が悪くなってしまう。
 条件式(7)の上限値を上回ると、接合レンズの接合面における曲率半径に対して第2レンズの物体側面における曲率半径が小さくなりすぎる。この場合、倍率色収差の補正が過剰になってしまう。あるいは、第2レンズの物体側面における曲率半径に対して接合レンズの接合面における曲率半径が大きくなりすぎる。この場合、倍率色収差の補正が不足してしまう。
 ここで、条件式(7)に代えて、以下の条件式(7’)を満足することが好ましい。
 -2.6≦r2o/rcc≦-2.2   (7’)
 また、本実施形態の内視鏡用対物光学系は、以下の条件式(8)を満足することが好ましい。
 -1.0≦(r2o×r2i)/(rcc×rci)≦-0.7   (8)
 ここで、
 r2oは、第2レンズの物体側面における曲率半径、
 r2iは、第2レンズの像側面における曲率半径、
 rccは、接合レンズの接合面における曲率半径、
 rciは、接合レンズの像側面における曲率半径、
である。
 コマ収差や倍率色収差を良好に補正するだけでなく、像面湾曲も良好に補正することで、光学系の結像性能を高めることができる。そのためには、条件式(8)を満足することが好ましい。条件式(8)は第2レンズにおける2つの面の曲率半径との積と、第4レンズにおける2つの面の曲率半径との積との比をとったものである。
 条件式(8)の下限値を下回ると、相対的に第4レンズにおける曲率半径の絶対値が小さくなるので、像面湾曲の補正が過剰になってしまうか、又は、レンズ加工が困難になる。また、第2レンズにおける曲率半径の絶対値が大きくなるので、光学系の全長が長くなってしまう。そのため、光学系の小型化が困難になる。
 条件式(8)の上限値を上回ると、相対的に第4レンズにおける曲率半径の絶対値が大きくなるので、像面湾曲の補正が不足してしまう。また、第2レンズにおける曲率半径の絶対値が小さくなるので、レンズ加工が困難になる。
 条件式(6)、(7)、(8)を同時に満足すると、更に光学系を小型にでき、しかも、高い結像性能を有する内視鏡用対物光学系を実現できる。
 また、本実施形態の内視鏡用対物光学系は、以下の条件式(9)を満足することが好ましい。
 -1.2≦r2i/f2≦-0.9   (9)
 ここで、
 r2iは、第2レンズの像側面における曲率半径、
 f2は、第2レンズの焦点距離、
である。
 コマ収差、倍率色収差及び像面湾曲を良好に補正するだけでなく、更に球面収差を良好に補正することで、光学系の結像性能を更に高めることができる。そのためには、条件式(9)を満足することが好ましい。
 条件式(9)の下限値を下回った場合第2レンズの焦点距離が小さくなりすぎてしまい、第2レンズの両面における曲率半径が共に小さくなってしまう。そのため、球面収差の発生量が大きくなる他、コマ収差の発生量や非点収差の発生量が大きくなる。又は、第2レンズの像側面における曲率半径の値が大きくなると、光学系の全長が長くなってしまう。
 条件式(9)の上限値を上回った場合第2レンズの焦点距離の値が大きくなると、光学系の全長が長くなってしまう。又は、第2レンズの像側面における曲率半径の値が小さくなると、球面収差の発生量が大きくなりすぎるので、結像性能が劣化する。
 また、本実施形態の内視鏡用対物光学系は、以下の条件式(10)を満足することが好ましい。
 2≦r2o/f2≦2.6   (10)
 ここで、
 r2oは、第2レンズの物体側面における曲率半径、
 f2は、第2レンズの焦点距離、
である。
 条件式(10)を満足することで、更に中心の結像性能と周辺の結像性能のバランスが取れた光学系を実現できる。
 条件式(10)の下限値を下回ると、第2レンズの焦点距離が大きくなる。この場合、全長が長くなってしまう。又は、第2レンズの物体側面における曲率半径が小さくなる。この場合、第2レンズの屈折力が大きくなりすぎる。そのため、像面湾曲の補正が過剰になってしまう。
 条件式(10)の上限値を上回ると、第2レンズの物体側面における曲率半径が大きくなる。この場合、非点収差の補正が不足する。又は、第2レンズの焦点距離が小さくなる。この場合、球面収差の発生量が大きくなる他、コマ収差の発生量や非点収差の発生量が大きくなる。そのため、全体的に収差を良好に補正できない。
 ここで、条件式(10)に代えて、以下の条件式(10’)を満足することが好ましい。
 2≦r2o/f2≦2.5   (10’)
 また、本実施形態の内視鏡用対物光学系は、以下の条件式(11)を満足することが好ましい。
 -1.45≦fc/f4≦-0.80   (11)
 ここで、
 fcは、接合レンズの焦点距離、
 f4は、第4レンズの焦点距離、
である。
 条件式(11)は、接合レンズの焦点距離と第4レンズの焦点距離との比をとったものである。像面湾曲を補正するためには、第4レンズの焦点距離はマイナスの値であることが必要である。条件式(11)を満足することで、倍率色収差を良好に補正できる。その結果、周辺解像度の劣化を防ぐことができる。
 条件式(11)の下限値を下回ると、接合レンズの焦点距離が大きくなってしまう。この場合、光学系の全長が長くなってしまう。そのため、光学系の小型化の観点では、条件式(11)の下限値を下回ることは好ましくない。条件式(11)の上限値を上回ると、倍率色収差が大きくなってしまう。よって、条件式(11)の上限値を上回ることは好ましくない。
 条件式(9)、(10)、(11)を同時に満足することで、像の周辺における解像度を更に良くすることができる。
 以下、実施例について説明する。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、コマ収差及び倍率収差については、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。FIYは像高で単位はmm、FNOはFナンバーである。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。図2は、実施例1に係る内視鏡用対物光学系の断面構成と収差を示す図であって、(a)は断面構成、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)及び(e)は倍率色収差(CC)を示している。
 実施例1の内視鏡用対物光学系は、図2(a)に示すように、物体側から順に、正の屈折力を有する第1群G1と、明るさ絞りSと、正の屈折力を有する第2群G2と、からなる。
 第1群G1は、物体側に平面を向けた平凹負レンズL1と、両凸正レンズL2と、からなる。
 第2群G2は、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とが接合されている。
 第1群G1と第2群G2との間には、光学フィルタFが配置されている。光学フィルタFは赤外吸収フィルタである。光学フィルタFの像側面には、半導体レーザのレーザ光をカットするコーティングが施されている。
 また、第2群G2の像側には、カバーガラスC1とカバーガラスC2が配置されている。カバーガラスC2はCCDのカバーガラスである。カバーガラスC1とカバーガラスC2は、接合されている。
(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。図3は、実施例2に係る内視鏡用対物光学系の断面構成と収差を示す図であって、(a)は断面構成、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)及び(e)は倍率色収差(CC)を示している。
 実施例2の内視鏡用対物光学系は、図3(a)に示すように、物体側から順に、正の屈折力を有する第1群G1と、明るさ絞りSと、正の屈折力を有する第2群G2と、からなる。
 第1群G1は、物体側に平面を向けた平凹負レンズL1と、両凸正レンズL2と、からなる。
 第2群G2は、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とが接合されている。
 第1群G1と第2群G2との間には、光学フィルタFが配置されている。光学フィルタFは赤外吸収フィルタである。光学フィルタFの像側面には、半導体レーザのレーザ光をカットするコーティングが施されている。
 また、第2群G2の像側には、カバーガラスC1とカバーガラスC2が配置されている。カバーガラスC2はCCDのカバーガラスである。カバーガラスC1とカバーガラスC2は、接合されている。
(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。図4は、実施例3に係る内視鏡用対物光学系の断面構成と収差を示す図であって、(a)は断面構成、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)及び(e)は倍率色収差(CC)を示している。
 実施例3の内視鏡用対物光学系は、図4(a)に示すように、物体側から順に、正の屈折力を有する第1群G1と、明るさ絞りSと、正の屈折力を有する第2群G2と、からなる。
 第1群G1は、物体側に平面を向けた平凹負レンズL1と、両凸正レンズL2と、からなる。
 第2群G2は、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とが接合されている。
 第1群G1と第2群G2との間には、光学フィルタFが配置されている。光学フィルタFは赤外吸収フィルタである。光学フィルタFの像側面には、半導体レーザのレーザ光をカットするコーティングが施されている。
 また、第2群G2の像側には、カバーガラスC1とカバーガラスC2が配置されている。カバーガラスC2はCCDのカバーガラスである。カバーガラスC1とカバーガラスC2は、接合されている。
(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。図5は、実施例4に係る内視鏡用対物光学系の断面構成と収差を示す図であって、(a)は断面構成、(b)は球面収差(SA)、(c)は非点収差(AS)、(d)は歪曲収差(DT)及び(e)は倍率色収差(CC)を示している。
 実施例4の内視鏡用対物光学系は、図5(a)に示すように、物体側から順に、正の屈折力を有する第1群G1と、明るさ絞りSと、正の屈折力を有する第2群G2と、からなる。
 第1群G1は、物体側に平面を向けた平凹負レンズL1と、両凸正レンズL2と、からなる。
 第2群G2は、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、からなる。ここで、両凸正レンズL3と負メニスカスレンズL4とが接合されている。
 第1群G1と第2群G2との間には、光学フィルタFが配置されている。光学フィルタFは赤外吸収フィルタである。光学フィルタFの像側面には、半導体レーザのレーザ光をカットするコーティングが施されている。
 また、第2群G2の像側には、カバーガラスC1とカバーガラスC2が配置されている。カバーガラスC2はCCDのカバーガラスである。カバーガラスC1とカバーガラスC2は、接合されている。
 以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は、rは各面の曲率半径、dは各光学部材の肉厚または空気間隔、neは各光学部材のe線に対する屈折率、νdは各光学部材のd線に対するアッベ数、FLは内視鏡用対物光学系の全系の焦点距離、FNO.はFナンバー、ωは半画角、IHは最大像高を表している。焦点距離、最大像高の単位はmm、半画角の単位は°である。
数値実施例1
単位  mm
 
面データ
  面番号      r            d           ne        νd
     1        ∞         0.3072      1.88815     40.76
     2       0.7097      0.5222
     3       3.8402      1.6897      1.83945     42.73
     4      -1.7020      0.0461
     5(絞り)  ∞         0.0461
     6        ∞         1.2289      1.52300     65.13
     7        ∞         0.0768
     8       2.9754      1.1060      1.75844     52.32
     9      -1.5499      0.4608      1.97189     17.47
    10      -4.7174      0.6006
    11        ∞         0.7680      1.51825     64.14
    12        ∞         0.0154      1.51500     64.00
    13        ∞         0.7680      1.61350     50.49
    14(像面)  ∞
 
各種データ
FL        1.04766
FNO.    5.530
ω         66.1
IH        1
数値実施例2
単位  mm
 
面データ
  面番号      r            d           ne        νd
     1        ∞         0.3072      1.88815     40.76
     2       0.7379      0.5222
     3       3.2645      1.6897      1.83945     42.73
     4      -1.7569      0.0461
     5(絞り)  ∞         0.0461
     6        ∞         1.2289      1.52300     65.13
     7        ∞         0.0768
     8       3.0274      1.1060      1.75844     52.32
     9      -1.4905      0.4608      1.97189     17.47
    10      -3.8354      0.4565
    11        ∞         0.7680      1.51825     64.14
    12        ∞         0.0154      1.51500     64.00
    13        ∞         0.7680      1.61350     50.49
    14(像面)  ∞
各種データ
FL        1.03029
FNO.    5.161
ω         68.9
IH        1
数値実施例3
単位  mm
 
面データ
  面番号      r            d           ne        νd
     1        ∞         0.3072      1.88815     40.76
     2       0.7179      0.5222
     3       4.1175      1.6897      1.83945     42.73
     4      -1.6679      0.0461
     5(絞り)  ∞         0.0461
     6        ∞         1.2289      1.52300     65.13
     7        ∞         0.0768
     8       2.9343      1.1060      1.75844     52.32
     9      -1.4597      0.4608      1.97189     17.47
    10      -4.7856      0.5709
    11        ∞         0.7680      1.51825     64.14
    12        ∞         0.0154      1.51500     64.00
    13        ∞         0.7680      1.61350     50.49
    14(像面)  ∞
各種データ
FL        1.04767
FNO.    4.774
ω         65.7
IH        1
数値実施例4
単位  mm
 
面データ
  面番号      r            d           ne        νd
     1        ∞         0.3072      1.88815     40.76
     2       0.7110      0.5222
     3       3.8392      1.6897      1.83945     42.73
     4      -1.6442      0.0461
     5(絞り)  ∞         0.0461
     6        ∞         1.2289      1.52300     65.13
     7        ∞         0.0768
     8       2.9076      1.1060      1.75844     52.32
     9      -1.5669      0.4608      1.97189     17.47
    10      -5.4770      0.3072
    11        ∞         1.0753      1.51825     64.14
    12        ∞         0.0150      1.51500     64.00
    13        ∞         0.7680      1.61350     50.49
    14(像面)  ∞
各種データ
FL        1.04766
FNO.    5.899
ω         65.9
IH        1
 次に、各実施例における条件式(1)~(11)の値を掲げる。
    条件式                 実施例1   実施例2   実施例3   実施例4
(1)La/Lb                    0.169      0.153      0.166      0.13
(2)f4/f                    -2.44      -2.69      -2.21      -2.28
(3)(ne2×f2)/(ne4×f4)     -0.595     -0.539     -0.656     -0.62
(4)νd3/νd4                2.99       2.99       2.99       2.99
(5)IH/f                     0.955      0.97       0.954      0.954
(6)BF/f                     2.05       1.94       2.02       2.06
(7)r2o/rcc                 -2.48      -2.19      -2.82      -2.45
(8)(r2o×r2i)/(rcc×rci)   -0.894     -1         -0.983     -0.735
(9)r2i/f2                  -1.04      -1.09      -1.022     -1.03
(10)r2o/f2                  2.35       2.03       2.523      2.4
(11)fc/f4                  -1.27      -1.073     -1.43      -1.44
 以上のように、本発明は、光学系の小型化と撮像素子の高画素化に対応し、製造誤差範囲内での性能に対するばらつきに強く、周辺解像度が劣化しにくい内視鏡用対物光学系に有用である。
 G1 第1群
 G2 第2群
 L1、L2、L3、L4、 レンズ
 CL 接合レンズ
 S 明るさ絞り
 F 光学フィルタ
 C1、C2 カバーガラス
 I 像面

Claims (8)

  1.  物体側から順に、正の屈折力を有する第1群と、明るさ絞りと、正の屈折力を有する第2群と、からなり、
     前記第1群は、物体側が平面の負の屈折力を有する第1レンズと、正の屈折力を有する第2レンズと、から構成され、
     前記第2群は接合レンズから構成され、
     前記接合レンズは、正の屈折力を有する第3レンズと、負の屈折力を有する第4レンズと、から構成され、
     以下の条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足することを特徴とする内視鏡用対物光学系。
     0.13≦La/Lb≦0.17   (1)
     -2.7≦f4/f≦-2.2   (2)
     -0.7≦(ne2×f2)/(ne4×f4)≦0   (3)
     2.5≦νd3/νd4≦3.5   (4)
     ここで、
     Laは、前記内視鏡用対物光学系の光軸に沿った空気間隔の総和、
     Lbは、前記内視鏡用対物光学系の全長、
     f4は、前記第4レンズの焦点距離、
     fは、前記内視鏡用対物光学系の焦点距離、
     f2は、前記第2レンズの焦点距離、
     ne2は、前記第2レンズのe線における屈折率、
     ne4は、前記第4レンズのe線における屈折率、
     νd3は、前記第3レンズのd線基準のアッベ数、
     νd4は、前記第4レンズのd線基準のアッベ数、
    である。
  2.  以下の条件式(5)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。
     0.8≦IH/f≦1   (5)
     ここで、
     IHは、最大像高、
     fは、前記内視鏡用対物光学系の焦点距離、
    である。
  3.  以下の条件式(6)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。
     1.8≦BF/f≦2.4   (6)
     ここで、
     BFは、バックフォーカス、
     fは、前記内視鏡用対物光学系の焦点距離、
    である。
  4.  以下の条件式(7)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。
     -2.6≦r2o/rcc≦-2   (7)
     ここで、
     r2oは、前記第2レンズの物体側面における曲率半径、
     rccは、前記接合レンズの接合面における曲率半径、
    である。
  5.  以下の条件式(8)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。
     -1.0≦(r2o×r2i)/(rcc×rci)≦-0.7   (8)
     ここで、
     r2oは、前記第2レンズの物体側面における曲率半径、
     r2iは、前記第2レンズの像側面における曲率半径、
     rccは、前記接合レンズの接合面における曲率半径、
     rciは、前記接合レンズの像側面における曲率半径、
    である。
  6.  以下の条件式(9)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≦r2i/f2≦-0.9   (9)
     ここで、
     r2iは、前記第2レンズの像側面における曲率半径、
     f2は、前記第2レンズの焦点距離、
    である。
  7.  以下の条件式(10)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。
     2≦r2o/f2≦2.6   (10)
     ここで、
     r2oは、前記第2レンズの物体側面における曲率半径、
     f2は、前記第2レンズの焦点距離、
    である。
  8.  以下の条件式(11)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。
     -1.45≦fc/f4≦-0.80   (11)
     ここで、
     fcは、前記接合レンズの焦点距離、
     f4は、前記第4レンズの焦点距離、
    である。
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