WO2017217146A1 - 内視鏡用対物光学系 - Google Patents

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WO2017217146A1
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lens
optical system
curvature
radius
conditional expression
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加茂裕二
辻善文
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オリンパス株式会社
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    • A61B1/00163—Optical arrangements
    • A61B1/00186—Optical arrangements with imaging filters

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope objective optical system.
  • the present invention relates to an endoscope objective optical system used in the medical field, the industrial field, and the like.
  • the endoscope is a device that is widely used in the medical field and the industrial field.
  • an image obtained by an endoscope inserted into a body cavity is used for diagnosis and treatment of an observation site.
  • an endoscope optical system by setting an appropriate Fno and focus position, an in-focus image from a near point object to a far point object is provided. In addition, the lens diameter and the optical total length are reduced. Thus, the endoscope is thin and does not suffer from the subject when inserted into the body cavity, and further, an endoscope having a small turning effect is configured in the body. In recent years, a smaller-sized endoscope with higher image quality has been demanded.
  • image quality can be improved by increasing the number of pixels of the image sensor.
  • the number of pixels is increased, if the image height on the image pickup surface of the image pickup device increases, the optical system also increases. Therefore, it is difficult to reduce the size. Therefore, in many endoscopes, a method of improving the image quality while maintaining a reduction in size is often performed by reducing the pixel pitch while keeping the size of the imaging device the same.
  • the pixel pitch is reduced while keeping the same size of the image sensor, it is not possible to simply achieve miniaturization and high performance. Furthermore, when the Fno of the optical system becomes bright, it becomes weak against manufacturing error variations. In other words, the optical performance is likely to deteriorate due to the curvature radius of the lens parts, the error of the wall thickness, the shift error between the mechanical frame and the lens at the time of assembling the optical system, the tilt error, and the like.
  • the allowable error is determined by the size of the allowable circle of confusion almost determined by the pixel pitch and Fno. For this reason, it is very difficult to take measures by optical design. Specifically, the focus error is a very small value of 3 to 5 ⁇ m, and a very small amount is required even for the curing deviation of the adhesive used for assembling the optical system.
  • Patent Document 1 Although some endoscope objective lens units proposed in Patent Document 1 have a relatively bright Fno of about 4, for example, axial chromatic aberration and astigmatism are insufficient optical performance for high pixels. There is a limit to satisfying high performance.
  • the objective optical system proposed in Patent Document 2 has an Fno of about 5.5, and is not an optical system corresponding to a small pixel pitch.
  • the imaging lens proposed in Patent Document 3 has a Fno of about 2 and is a bright optical system. However, this is for improving the brightness of Fno, and the problem of manufacturing error for a small pixel pitch is not considered. Moreover, this imaging lens is for vehicle use, and miniaturization like an endoscope has not been achieved.
  • the endoscope objective lens proposed in Patent Document 4 is small in size, and Fno is a relatively bright optical system.
  • the disclosed embodiment is for fiber and the effect of manufacturing error due to small pixel pitch is not considered in the design.
  • the endoscope objective optical system proposed in Patent Document 5 is a bright optical system of Fno corresponding to a small pixel pitch, and takes into consideration focus manufacturing errors.
  • the lens is composed of a field lens having a flat surface on one side, the effect on manufacturing error reduction is somewhat limited.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an endoscope objective optical system having a bright Fno, a small size, and high performance against manufacturing errors. .
  • the objective optical system of at least some embodiments of the present invention includes, in order from the object side, a negative first lens and a positive surface with a convex surface facing the image side.
  • f1 is the focal length of the first lens
  • f45 is the combined focal length of the fourth lens
  • r3f is the radius of curvature of the third lens on the object side
  • r3r is the radius of curvature of the third lens on the image side
  • d34 is the distance along the optical axis of the third lens and the fourth lens
  • d4 is the thickness of the fourth lens
  • the present invention has an effect that it is possible to provide an objective optical system for an endoscope that has a bright Fno, is small, and has high performance against manufacturing errors.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the lens cross-section structure of the objective optical system for endoscopes which concerns on one Embodiment of this invention.
  • (A) is a figure which shows the lens cross-sectional structure of the objective optical system for endoscopes which concerns on Example 1 of this invention.
  • (B), (c), (d), and (e) are aberration diagrams showing the spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and lateral chromatic aberration (CC) of Example 1, respectively.
  • SA spherical aberration
  • AS astigmatism
  • DT distortion
  • CC lateral chromatic aberration
  • (B), (c), (d), and (e) are aberration diagrams showing the spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and lateral chromatic aberration (CC) of Example 2, respectively.
  • (A) is a figure which shows the lens cross-sectional structure of the objective optical system for endoscopes which concerns on Example 3 of this invention.
  • (B), (c), (d), and (e) are aberration diagrams showing the spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and lateral chromatic aberration (CC) of Example 3, respectively. It is.
  • FIG. 1 is a diagram showing a lens cross-sectional configuration of an endoscope objective optical system according to an embodiment.
  • the endoscope objective optical system includes, in order from the object side, a negative first lens L1, a positive second meniscus lens L2 having a convex surface facing the image side, an infrared absorption filter F1, It has an aperture stop S, a positive third lens L3, a cemented lens CL1 of a positive fourth lens L4 and a negative fifth lens L5, and the following conditional expressions (1-1) and (1- 2) and (1-3) are satisfied.
  • f1 is the focal length of the first lens L1
  • f45 is a combined focal length of the fourth lens L4 and the fifth lens L5
  • r3f is a radius of curvature of the third lens L3 on the object side
  • r3r is the radius of curvature of the third lens L3 on the image side
  • d34 is the distance along the optical axis AX of the third lens L3 and the fourth lens L4
  • d4 is the thickness of the fourth lens L4, It is.
  • the negative first lens L1 is arranged on the most object side to ensure the negative refractive power necessary for the retrofocus configuration. Then, a positive second meniscus lens L2 having a convex surface facing the image side is arranged on the image side of the first lens L1 so as to correct the aberration generated by the first lens L1 having a negative refractive power.
  • a positive biconvex third lens L3 having a positive refractive power mainly contributing to image formation, and the periphery
  • the chromatic aberration is corrected by disposing a cemented lens CL1 in which a biconvex positive fourth lens L4 and a negative fifth lens are cemented at a position where the height of the light beam increases.
  • the cemented lens CL1 is configured with a positive refractive power as a whole so as to contribute to image formation together with the positive third lens L3.
  • the positive refractive power of the cemented lens CL1 of the fourth lens L4 and the fifth lens L5 close to the image plane is relatively increased.
  • the optical vertical magnification is reduced when moving together with the image sensor, and the focus error sensitivity can be reduced.
  • the first lens L1 needs a relatively large negative refractive power in order to shorten the overall length while constituting a retrofocus type. For this reason, it is necessary to correct the aberration generated there by the fourth lens L4 and the fifth lens L5 while considering the focus error sensitivity. Therefore, it is desirable to satisfy the following conditional expression.
  • f1 is the focal length of the first lens L1
  • f45 is a combined focal length of the fourth lens L4 and the fifth lens L5, It is.
  • Conditional expression (1-1) relates to an appropriate ratio between f1 and f45. If the upper limit of conditional expression (1-1) is exceeded, the amount of aberration generated by the first lens L1 will increase, and coma will deteriorate, or focus error sensitivity will increase.
  • conditional expression (1-1) If the lower limit value of conditional expression (1-1) is not reached, the total length of the optical system becomes large, or the amount of aberration generated by the fourth lens L4 and the fifth lens L5 increases, and astigmatism, coma aberration, magnification Chromatic aberration is worsened.
  • the third lens L3 satisfies the following conditional expression (1-2).
  • r3f is a radius of curvature of the third lens L3 on the object side
  • r3r is the radius of curvature of the third lens L3 on the image side
  • Conditional expression (1-2) relates to an appropriate ratio of (r3f + r3r) and (r3f ⁇ r3r). If the upper limit of conditional expression (1-2) is exceeded, the third lens L3 will have a meniscus shape. As a result, it becomes difficult to suppress the aberration generated in the fourth lens L4, and the spherical aberration and the coma aberration are deteriorated.
  • conditional expression (1-2) If the lower limit value of conditional expression (1-2) is not reached, the principal point moves toward the object side and the total length increases, or the amount of spherical aberration at the third lens L3 increases and the performance deteriorates. End up.
  • the manufacturing error of the cemented lens of the fourth lens L4 and the fifth lens L5, particularly performance deterioration due to lens eccentricity such as shift and tilt increases.
  • the angle of incidence with respect to the image sensor becomes gentle so as to be close to the telecentricity, that is, it is configured so as to enter the image pickup surface of the image sensor substantially perpendicularly. Therefore, it is desirable to satisfy the following conditional expression (1-3) so that the distance from the aperture stop S is as far as possible with respect to the fourth lens L4.
  • d34 is the distance along the optical axis AX of the third lens L3 and the fourth lens L4, d4 is the thickness of the fourth lens L4, It is.
  • Conditional expression (1-3) relates to an appropriate ratio of d34 / d4. If the upper limit value of conditional expression (1-3) is exceeded, the total length of the optical system will increase, or the light beam height of the fourth lens L4 will increase and the lens diameter will increase.
  • conditional expression (1-3) If the lower limit value of conditional expression (1-3) is not reached, the distance between the fourth lens L4 and the aperture stop S becomes too small and the incident angle becomes tight, that is, the incident angle on the lens surface becomes large. For this reason, the performance is likely to deteriorate with respect to the manufacturing error of the fourth lens L4.
  • conditional expression (1-1) ′ is satisfied instead of conditional expression (1-1). ⁇ 0.5 ⁇ f1 / f45 ⁇ ⁇ 0.22 (1-1) ′ Furthermore, it is desirable to satisfy the following conditional expression (1-1) ′′ instead of conditional expression (1-1). ⁇ 0.4 ⁇ f1 / f45 ⁇ ⁇ 0.24 (1-1) ”
  • conditional expression (1-2) ′ is satisfied instead of conditional expression (1-2).
  • conditional expression (1-2) ′ is satisfied instead of conditional expression (1-2).
  • conditional expression (1-2) ′′ instead of conditional expression (1-2).
  • conditional expression (1-3) ′ is satisfied instead of conditional expression (1-3). 0.18 ⁇ d34 / d4 ⁇ 0.6 (1-3) ′ Further, it is desirable to satisfy the following conditional expression (1-3) ′′ instead of conditional expression (1-3). 0.2 ⁇ d34 / d4 ⁇ 0.5 (1-3) ”
  • the image-side radius of curvature of the third lens L3 and the image-side radius of curvature of the fourth lens L4 satisfy the following conditional expression (2).
  • r4r is the radius of curvature of the fourth lens L4 on the image side
  • r3r is the radius of curvature of the third lens L3 on the image side
  • Conditional expression (2) relates to an appropriate ratio of r4r and r3r. If the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, the radius of curvature on the image side of the third lens L3 increases and the overall length increases, or the radius of curvature on the image side of the fourth lens L4 decreases, resulting in coma and magnification. Chromatic aberration will be overcorrected.
  • conditional expression (2) If the lower limit value of conditional expression (2) is not reached, the radius of curvature of the third lens L3 on the image side decreases and spherical aberration worsens, or the radius of curvature of the fourth lens L4 on the image side increases and coma aberration occurs. The chromatic aberration of magnification becomes insufficiently corrected.
  • conditional expression (2) ′ instead of conditional expression (2). 0.73 ⁇ r4r / r3r ⁇ 1.1 (2) ′
  • conditional expression (2) ′′ instead of conditional expression (2). 0.75 ⁇ r4r / r3r ⁇ 1 (2) ”
  • the fourth lens L4 and the fifth lens L5 of the cemented lens CL1 must keep a relatively large positive refractive power and suppress aberrations around the screen that are generated in the first lens L1.
  • the object-side radius of curvature of the fourth lens L4 and the image-side radius of curvature of the fifth lens L5 satisfy the following conditional expression (3).
  • r4f is the radius of curvature of the fourth lens L4 on the object side
  • r5r is a radius of curvature of the fifth lens L5 on the image side
  • Conditional expression (3) relates to an appropriate ratio of r4f and r5r. If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the radius of curvature on the object side of the fourth lens L4 will be too small and spherical aberration and coma will deteriorate, or the radius of curvature on the image side of the fifth lens L5 will become worse. It becomes too large and the coma and astigmatism are undercorrected.
  • the radius of curvature of the fourth lens L4 on the object side becomes too large to maintain the refractive power, and the total length becomes large.
  • the radius of curvature of the fifth lens L5 on the image side becomes too small, and coma and astigmatism are overcorrected.
  • the curvature radius of a joint surface becomes small, and the process of a lens will become difficult.
  • conditional expression (3) ′ instead of conditional expression (3).
  • conditional expression (3) ′ instead of conditional expression (3).
  • conditional expression (3) ′ instead of conditional expression (3).
  • conditional expression (3) instead of conditional expression (3).
  • the retrofocus type is adopted, the total length of the optical system tends to be large. For this reason, the configuration of the third lens L3 and the fourth lens L4 having positive refractive power is important.
  • the object-side radius of curvature of the third lens L3 and the object-side radius of curvature of the fourth lens L4 satisfy the following conditional expression (4).
  • r3f is a radius of curvature of the third lens L3 on the object side
  • f4f is a radius of curvature of the fourth lens L4 on the object side
  • Conditional expression (4) relates to an appropriate ratio of r4f and r3f. If the upper limit value of the conditional expression (4) is exceeded, the radius of curvature of the third lens L3 on the object side becomes too small and the principal point moves to the object side and the total length increases, or the fourth The curvature radius on the object side of the lens L4 becomes too large, and correction of astigmatism and coma is insufficient.
  • the object side of the third lens L3 becomes concave, resulting in a decrease in the radius of curvature on the image side, resulting in deterioration of spherical aberration and coma aberration, or the fourth lens.
  • the object side of L4 becomes a concave surface, and as a result, the radius of curvature on the image side becomes small, and the lateral chromatic aberration is deteriorated on the axis, or the positive refractive power is reduced and the total length of the optical system is increased.
  • conditional expression (4) ′ 0 ⁇ r4f / r3f ⁇ 0.23 (4) ′
  • Ih is the maximum image height of the endoscope objective optical system
  • f3 is the focal length of the third lens L3, It is.
  • Conditional expression (5) relates to an appropriate ratio of Ih and f3. If the upper limit value of conditional expression (5) is exceeded, the refractive power of the third lens L3 becomes too large, and the effect of reducing the focus error sensitivity of the fourth lens L4 and the fifth lens L5 is weakened, or the third The generation of spherical aberration and coma aberration in the lens L3 increases and performance deteriorates.
  • conditional expression (5) If the lower limit value of conditional expression (5) is not reached, the refractive power of the third lens L3 becomes too small, and coma and astigmatism occur in the fourth lens L4 and the fifth lens L5, resulting in performance. It will get worse.
  • conditional expression (5) ′ 0.25 ⁇ Ih / f3 ⁇ 0.32 (5) ′
  • the image side of the aperture stop S is composed of, in order from the object side, only the positive third lens L3 and the cemented lens CL1 of the positive fourth lens L4 and the negative fifth lens L5, If the position of the aperture stop S is not set appropriately, miniaturization and focus error sensitivity cannot be satisfied at the same time. Therefore, it is desirable to satisfy the following conditional expression (6).
  • the image side of the aperture stop S is joined in order from the object side to the positive third lens L3, the positive fourth lens L4, and the negative fifth lens L5. It is desirable that the following conditional expression (6) is satisfied.
  • 0.5 ⁇ d1s / dsi ⁇ 0.8 (6) d1s is the distance along the optical axis AX from the first lens L1 to the aperture stop S, dsi is the distance along the optical axis AX from the aperture stop S to the image plane, It is.
  • Conditional expression (6) relates to an appropriate ratio between d1s and dsi. If the upper limit value of conditional expression (6) is exceeded, the outer diameter of the first lens L1 becomes large and the miniaturization cannot be satisfied, or the incident angle to the image sensor becomes tight, and the fourth lens L4 and the fifth lens L5. Deterioration of the performance when the lens is shifted or tilted with respect to the optical axis AX becomes large.
  • conditional expression (6) If the lower limit value of conditional expression (6) is not reached, the total length of the optical system becomes large, or the refractive power of the first lens L1 becomes too large, resulting in an increased amount of aberration and performance degradation.
  • conditional expression (6) ′ 0.55 ⁇ d1s / dsi ⁇ 0.7 (6) ′
  • conditional expressions (7-1) and (7-2) are simultaneously satisfied.
  • f23 is a combined focal length of the second meniscus lens L2 and the third lens L3, f is the focal length of the entire objective optical system for endoscope, r1r is a radius of curvature on the image side of the first lens L1, r2f is a radius of curvature on the object side of the second meniscus lens L2, It is.
  • Conditional expression (7-1) relates to an appropriate ratio between f23 and f.
  • Conditional expression (7-2) relates to an appropriate ratio of r1r and r2f.
  • conditional expression (7-1) If the upper limit of conditional expression (7-1) is exceeded, the positive refractive powers of the second meniscus lens L2 and the third lens L3 become too small to correct coma and astigmatism generated in the first lens L1. It becomes impossible.
  • conditional expression (7-1) If the lower limit of conditional expression (7-1) is not reached, the positive refractive powers of the second meniscus lens L2 and the third lens L3 become too large, and the spherical aberration is deteriorated.
  • conditional expression (7-1) ′ is satisfied instead of conditional expression (7-1).
  • conditional expression (7-2) ′ is satisfied instead of conditional expression (7-2).
  • conditional expression (7-2) ′ is satisfied instead of conditional expression (7-2).
  • f3 is the focal length of the third lens L3
  • f45 is a combined focal length of the fourth lens L4 and the fifth lens L5
  • f4 is the focal length of the fourth lens L4
  • f5 is the focal length of the fifth lens L5, It is.
  • Conditional expression (8-1) relates to an appropriate ratio between f3 and f45.
  • Conditional expression (8-2) relates to an appropriate ratio between f4 and f5.
  • conditional expression (8-1) If the upper limit value of conditional expression (8-1) is exceeded, the refractive power of the third lens L3 becomes too small and the total length of the optical system becomes large, or spherical aberration becomes insufficiently corrected, or the fourth The refractive power of the lens L4 and the fifth lens L5 becomes too large, and performance degradation due to lens eccentricity occurs.
  • conditional expression (8-1) If the lower limit value of conditional expression (8-1) is not reached, the refractive power of the third lens L3 becomes too large and the spherical aberration and coma aberration deteriorate, or the fourth lens L4 and the fifth lens L5 Since the refractive power becomes too small, the effect of reducing the focus sensitivity is reduced.
  • conditional expression (8-2) If the upper limit of conditional expression (8-2) is exceeded, the refractive power of the fourth lens L4 becomes too large and coma and astigmatism deteriorate, or the refractive power of the fifth lens L5 decreases. Thus, the lateral chromatic aberration is insufficiently corrected.
  • conditional expression (8-2) If the lower limit value of conditional expression (8-2) is not reached, the refractive power of the fourth lens L4 becomes too small and the effect of reducing the focus sensitivity is diminished, or the refractive power of the fifth lens L5 becomes too large. The lateral chromatic aberration is overcorrected or coma is deteriorated.
  • conditional expression (8-1) ′ is satisfied instead of conditional expression (8-1).
  • conditional expression (8-2) ′ is satisfied instead of conditional expression (8-2).
  • conditional expression (8-2) ′ is satisfied instead of conditional expression (8-2).
  • f2 is the focal length of the second meniscus lens L2
  • r4r is the radius of curvature of the fourth lens L4 on the image side
  • r2f is a radius of curvature on the object side of the second meniscus lens L2
  • r2r is a radius of curvature on the image side of the second meniscus lens L2, It is.
  • Conditional expression (9-1) relates to an appropriate ratio between f2 and r4r.
  • Conditional expression (9-2) relates to an appropriate ratio of (r2f + r2r) and (r2f ⁇ r2r).
  • the refractive power of the second meniscus lens L2 becomes too large, and coma and astigmatism deteriorate, or the curvature of the fourth lens L4.
  • the radius becomes too large and the coma and astigmatism are not well balanced and deteriorated.
  • the refractive power of the second meniscus lens L2 becomes too small and the coma and astigmatism are not balanced and deteriorated, or the fourth lens L4.
  • the curvature radius of the lens becomes too small, and the spherical aberration and coma aberration deteriorate.
  • conditional expression (9-2) If the lower limit value of conditional expression (9-2) is not reached, the radius of curvature of the second meniscus lens L2 becomes too large, and the spherical aberration and coma aberration are insufficiently corrected.
  • the focus position When the endoscope is assembled, the focus position will deviate from the design due to the Newton error and thickness error of each lens. Therefore, positioning is performed by adjusting the focus.
  • This focus adjustment is preferably performed between the third lens L3 and the fourth lens L4.
  • the fourth lens L4 and the fifth lens L5 in the direction perpendicular to the optical axis AX, the left / right difference in the angle of view, the shift of the focus position around the screen, and asymmetric astigmatism may be corrected.
  • the lens configuration includes a negative first lens L1, a positive second meniscus lens L2 having a convex surface facing the image side, an aperture stop S, a positive third lens L3, and a positive fourth lens. If the lens is composed of the five lenses L1 and the cemented lens CL1 of the negative fifth lens L5, the overall length can be shortened and the lens cost can be reduced.
  • the first lens L1 is preferably configured as described below.
  • the endoscope when dirt or blood adheres during observation, the endoscope is washed with water ejected from a nozzle provided at the distal end of the endoscope. At that time, when the lens surface is convex, dirt is difficult to remove, and when it is concave, water accumulates.
  • the shape of the first lens L1 is preferably a plano-concave shape with the plane facing the object side.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating a lens cross-sectional configuration of the endoscope objective optical system according to the present embodiment.
  • a plano-concave negative first lens L1 having a plane facing the object side
  • a positive second meniscus lens L2 having a convex surface facing the image side
  • an infrared absorption filter F1 The aperture stop S, the plano-convex positive third lens L3 with the plane facing the object side, the biconvex positive fourth lens L4, and the negative fifth meniscus lens L5 with the convex surface facing the image side
  • the YAG laser cut coating is applied to the object side of the infrared absorption filter F1
  • the LD laser cut coating is applied to the image side.
  • the positive fourth lens L4 and the negative fifth meniscus lens L5 are cemented.
  • the cover glass CG1 and the CCD cover glass CG2 are joined.
  • F2 is a bonding layer.
  • FIGS. 2B, 2C, 2D, and 2E show the spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion aberration (DT), and lateral chromatic aberration (CC) of Example 1, respectively. It is an aberration diagram.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating a lens cross-sectional configuration of the endoscope objective optical system according to the present embodiment.
  • a plano-concave negative first lens L1 having a plane facing the object side
  • a positive second meniscus lens L2 having a convex surface facing the image side
  • an infrared absorption filter F1 An aperture stop S
  • a biconvex positive third lens L3, a biconvex positive fourth lens L4 having a convex surface facing the image side
  • I is the image plane.
  • the YAG laser cut coating is applied to the object side of the infrared absorption filter F1
  • the LD laser cut coating is applied to the image side.
  • the positive fourth lens L4 and the negative fifth meniscus lens L5 are cemented.
  • the cover glass CG1 and the CCD cover glass CG2 are joined.
  • F2 is a bonding layer.
  • FIGS. 3B, 3C, 3D, and 3E show the spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and lateral chromatic aberration (CC), respectively, of Example 2. It is an aberration diagram. (Example 3) An endoscope objective optical system according to Example 3 will be described.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a lens cross-sectional configuration of the endoscope objective optical system according to the present example.
  • a plano-concave negative first lens L1 having a plane facing the object side
  • a positive second meniscus lens L2 having a convex surface facing the image side
  • an infrared absorption filter F1 An aperture stop S
  • a biconvex positive third lens L3, a biconvex positive fourth lens L4 having a convex surface facing the image side
  • I is the image plane.
  • the YAG laser cut coating is applied to the object side of the infrared absorption filter F1
  • the LD laser cut coating is applied to the image side.
  • the positive fourth lens L4 and the negative fifth meniscus lens L5 are cemented.
  • the cover glass CG1 and the CCD cover glass CG2 are joined.
  • F2 is a bonding layer.
  • FIGS. 4B, 4C, 4D, and 4E show the spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion aberration (DT), and lateral chromatic aberration (CC) of Example 3, respectively. It is an aberration diagram.
  • r are the radius of curvature of each lens surface
  • d is the distance between the lens surfaces
  • ne is the refractive index of the e-line of each lens
  • ⁇ d is the Abbe number of each lens
  • Fno is the F number
  • the aperture is the aperture stop It is.
  • the above-described endoscope objective optical system may satisfy a plurality of configurations at the same time. This is preferable in obtaining a good endoscope objective optical system.
  • the combination of a preferable structure is arbitrary. For each conditional expression, only the upper limit value or lower limit value of the numerical range of the more limited conditional expression may be limited.
  • the present invention is useful for an endoscope objective optical system having a bright Fno, a small size, and high resistance to manufacturing errors.

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Abstract

Ｆｎｏが明るく、小型で、かつ高性能の製造誤差に強い内視鏡用対物光学系を提供すること。　物体側から順に、負の第１レンズＬ１と、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２と、明るさ絞りＳと、正の第３レンズＬ３と、正の第４レンズＬ４と負の第５レンズＬ５の接合レンズＣＬ１と、を有し、以下の条件式を満たすことを特徴とする。　－０．６≦ｆ１／ｆ４５≦－０．１８　（１－１）　０．２≦（ｒ３ｆ＋ｒ３ｒ）／（ｒ３ｆ－ｒ３ｒ）≦１　（１－２）　０．１５≦ｄ３４／ｄ４≦０．７　（１－３）　ここで、　ｆ１は、第１レンズＬ１の焦点距離、　ｆ４５は、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の合成焦点距離、　ｒ３ｆは、第３レンズＬ３の物体側の曲率半径、　ｒ３ｒは、第３レンズＬ３の像側の曲率半径、　ｄ３４は、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の光軸に沿った距離、　ｄ４は、第４レンズＬ４の肉厚、 である。

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ものである。例えば、医療分野や工業分野などで用いられる内視鏡用対物光学系に関する。
　内視鏡は、医療用分野及び工業用分野で広く使用されている装置である。特に、医療用分野においては、体腔内に挿入された内視鏡により得られる画像によって、観察部位の診断や治療に利用されている。
　内視鏡の光学系としては、適切なＦｎｏとピント位置を設定することにより、近点物体から遠点物体までピントの合った画像を提供している。また、レンズ径や光学全長を小さくしている。これにより、細くて、体腔内への挿入時に被験者が苦しいことが無く、さらに、体内で、小回りの効く内視鏡を構成している。そして、近年では、さらに高画質で小型な内視鏡が求められるようになってきている。
　小型な内視鏡用対物光学系は、例えば以下の特許文献１から８に提案されている。
特許第４９９７３４８号公報 国際公開第２０１２／００８３１２号 特開２００９－７５１４１号公報 特開昭５１－６２０５３号公報 特許第５９２７３６８号公報 特開２０１２－２３０４３４号公報 特開平７－１８１３７７号公報 特開２０１２－１０３３１９号公報
　一般的に撮像素子の画素数を増やすことで高画質化が可能となる。しかしながら、画素数を増やしたとき、撮像素子の撮像面における像高が大きくなってしまうと、光学系も大きくなる、このため、小型化することが難しくなる。そのため、内視鏡では、撮像素子のサイズを同じ状態にしたまま、画素ピッチを小さくすることで、小型化を保ちつつ高画質化する方法が行われることが多い。
　ここで、画素ピッチを小さくしたとき、光学系に求められる許容錯乱円の大きさも小さくなる。これにより、高い光学性能を有する光学系が必要となる。許容錯乱円の大きさは、回折の影響を強く受ける。このため、Ｆｎｏが明るい光学系にする必要がある。
　一般的に、Ｆｎｏが明るくなると、光学系の収差補正が難しくなる。従って、レンズ枚数を増やして光学系を構成することや、光学系の全長を大きくすること等により、光学系が大型化してしまう傾向にある。
　このように、撮像素子のサイズを同じ状態にしたままで、画素ピッチを小さくすると、単純に小型化と高性能化を達成することができない。さらに、光学系のＦｎｏが明るくなると、製造誤差ばらつきに対して弱くなってしまう。即ち、レンズ部品の曲率半径、肉厚の誤差、光学系組立時の機械枠とレンズとのシフト誤差、チルト誤差等で光学性能が劣化しやすくなる。
　特に、ピントに関しては、画素ピッチとＦｎｏとでほぼ決まる許容錯乱円の大きさで、許容される誤差が決まってしまう。このため、光学設計による対策が非常に困難であった。具体的には、ピント誤差は３～５μｍとかなり小さい値であり、光学系組立に使用する接着剤の硬化ずれに対してでさえ、かなり小さい量が求められる。
　特許文献１に提案されている内視鏡対物レンズユニットは、Ｆｎｏは４程度の比較的明るいものもあるが、例えば、軸上色収差や非点収差は高画素向けには不十分な光学性能であって、高性能を満たすには限界がある。
　また、特許文献２に提案されている対物光学系は、Ｆｎｏは５．５程度であり、小さい画素ピッチに対応した光学系にはなっていない。
　また、特許文献３に提案されている撮像レンズは、Ｆｎｏは２程度であり、明るい光学系になっている。しかしながら、Ｆｎｏの明るさ改善のためであり、小さい画素ピッチに対する製造誤差の問題は考慮されていない。また、この撮像レンズは、車載用であり、内視鏡のような小型化は達成されていない。
　また、特許文献４に提案されている内視鏡対物レンズは、小型で、Ｆｎｏは比較的明るい光学系である。しかしながら、開示されている実施例はファイバ用であり、小さい画素ピッチによる製造誤差の影響は設計では考慮されていない。
　また、特許文献５に提案されている内視鏡対物光学系は、小さい画素ピッチに対応したＦｎｏの明るい光学系であり、ピントの製造誤差に対する考慮もしている。ただし、片面が平面のフィールドレンズで構成しているため、製造誤差緩和に対する効果にはやや限界がある。
　また、特許文献６、７、８に提案された光学系は、小型化の点、ピントの誤差感度に関する点が考慮されていない。
　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、その目的は、Ｆｎｏが明るく、小型で、かつ高性能の製造誤差に強い内視鏡用対物光学系を提供することである。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態の対物光学系は、物体側から順に、負の第１レンズと、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズと、明るさ絞りと、正の第３レンズと、正の第４レンズと負の第５レンズの接合レンズと、を有し、以下の条件式（１－１）、（１－２）、（１－３）を満たすことを特徴とする。
　－０．６≦ｆ１／ｆ４５≦－０．１８　　　（１－１）
　０．２≦（ｒ３ｆ＋ｒ３ｒ）／（ｒ３ｆ－ｒ３ｒ）≦１　　　（１－２）
　０．１５≦ｄ３４／ｄ４≦０．７　　　（１－３）
　ここで、
　ｆ１は、第１レンズの焦点距離、
　ｆ４５は、第４レンズと第５レンズの合成焦点距離
　ｒ３ｆは、第３レンズの物体側の曲率半径、
　ｒ３ｒは、第３レンズの像側の曲率半径、
　ｄ３４は、第３レンズと第４レンズの光軸に沿った距離、
　ｄ４は、第４レンズの肉厚、
である。
　本発明は、Ｆｎｏが明るく、小型で、かつ高性能の製造誤差に強い内視鏡用対物光学系を提供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用対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施例１に係る内視鏡用対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例１の球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)を示す収差図である。 （ａ）は、本発明の実施例２に係る内視鏡用対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例２の球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)を示す収差図である。 （ａ）は、本発明の実施例３に係る内視鏡用対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例３の球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)を示す収差図である。
　以下に、実施形態に係る内視鏡用対物光学系を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により、この発明が限定されるものではない。
　図１は、実施形態に係る内視鏡用対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。
　本実施形態に係る内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、負の第１レンズＬ１と、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２と、赤外吸収フィルタＦ１と、明るさ絞りＳと、正の第３レンズＬ３と、正の第４レンズＬ４と負の第５レンズＬ５の接合レンズＣＬ１と、を有し、以下の条件式（１－１）、（１－２）、（１－３）を満たすことを特徴とする。
　－０．６≦ｆ１／ｆ４５≦－０．１８　　　（１－１）
　０．２≦（ｒ３ｆ＋ｒ３ｒ）／（ｒ３ｆ－ｒ３ｒ）≦１　　　（１－２）
　０．１５≦ｄ３４／ｄ４≦０．７　　　（１－３）
　ここで、
　ｆ１は、第１レンズＬ１の焦点距離、
　ｆ４５は、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の合成焦点距離、
　ｒ３ｆは、第３レンズＬ３の物体側の曲率半径、
　ｒ３ｒは、第３レンズＬ３の像側の曲率半径、
　ｄ３４は、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の光軸ＡＸに沿った距離、
　ｄ４は、第４レンズＬ４の肉厚、
である。
　以下、本実施形態において、このような構成をとった理由と作用を説明する。内視鏡は、一般的に広範囲の領域を観察する必要があり、かつレンズ前玉径を小さくしなければならない。このため、本実施形態では、レトロフォーカス構成を採用している。
　そこで、最も物体側に、負の第１レンズＬ１を配置して、レトロフォーカス構成に必要な負の屈折力を確保する。そして、第１レンズＬ１の像側に、負屈折力の第１レンズＬ１で発生する収差を補正するように、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２を配置している。
　さらに、正の第２メニスカスレンズＬ２の像側に、物体側から順に、明るさ絞りＳと、主に結像に寄与する正屈折力を有する両凸形状の正の第３レンズＬ３と、周辺の光線高が高くなる位置に両凸形状の正の第４レンズＬ４と負の第５レンズが接合された接合レンズＣＬ１を配置して色収差を補正している。接合レンズＣＬ１は、正の第３レンズＬ３と共に結像に寄与するように全体として正の屈折力で構成している。
　また、高画素化に伴い画素ピッチが小さくなると許容錯乱円も小さくなる。これにより、高い精度、特にピントの位置精度が求められる。そこで、本実施形態は、像面に近い第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の接合レンズＣＬ１の正の屈折力を比較的大きくする。この結果、撮像素子と一緒に移動したときに光学縦倍率が小さくなるようにして、ピントの誤差感度が低減できる構成としている。
　このとき、第１レンズＬ１は、レトロフォーカスタイプを構成しつつ全長を短縮化するために、比較的大きい負屈折力が必要となる。そのため、ピント誤差感度を考慮しつつ、そこで発生する収差を第４レンズＬ４と第５レンズＬ５で補正する必要がある。そのため、以下の条件式を満たすことが望ましい。
　－０．６≦ｆ１／ｆ４５≦－０．１８　　　（１－１）
　ここで、
　ｆ１は、第１レンズＬ１の焦点距離、
　ｆ４５は、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の合成焦点距離、
である。
　条件式（１－１）は、ｆ１とｆ４５の適切な比に関する。条件式（１－１）の上限値を上回ると、第１レンズＬ１の収差発生量が大きくなり、コマ収差が悪化するか、ピントの誤差感度が強くなってしまう。
　条件式（１－１）の下限値を下回ると、光学系の全長が大きくなってしまうか、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の収差発生量が大きくなり、非点収差、コマ収差、倍率色収差が悪化してしまう。
　また、このとき、第４レンズＬ４の正屈折力を大きくするので、同じく結像に関わる正の屈折力を持つ第３レンズＬ３の収差発生量をコントロールしておく必要がある。そのため、第３レンズＬ３は以下の条件式（１－２）を満たすことが望ましい。
　０．２≦（ｒ３ｆ＋ｒ３ｒ）／（ｒ３ｆ－ｒ３ｒ）≦１　　　（１－２）
　ここで、
　ｒ３ｆは、第３レンズＬ３の物体側の曲率半径、
　ｒ３ｒは、第３レンズＬ３の像側の曲率半径、
である。
　条件式（１－２）は、（ｒ３ｆ＋ｒ３ｒ）と（ｒ３ｆ－ｒ３ｒ）の適切な比に関する。条件式（１－２）の上限値を上回ると、第３レンズＬ３がメニスカス形状になってしまう。この結果、第４レンズＬ４で発生する収差を抑えにくくなって、球面収差、コマ収差が悪化してしまう。
　条件式（１－２）の下限値を下回ると、主点が物体側に移動して全長が大きくなってしまうか、第３レンズＬ３での球面収差量が大きくなってしまい性能が劣化してしまう。
　また、このとき、第４レンズＬ４の正の屈折力が大きくなるため、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の接合レンズの製造誤差、特に、シフトやチルトなどのレンズ偏心による性能劣化が大きくなる。そのため、撮像素子に対する入射角がテレセントリックに近くなるように緩くなる、即ち撮像素子の撮像面に略垂直に入射するようにして構成することが、性能劣化が少なくなり望ましい。そのため、第４レンズＬ４に関して明るさ絞りＳからの距離をなるべく離すように以下の条件式（１－３）を満たすことが望ましい。
　０．１５≦ｄ３４／ｄ４≦０．７　　　（１－３）
　ここで、
　ｄ３４は、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の光軸ＡＸに沿った距離、
　ｄ４は、第４レンズＬ４の肉厚、
である。
　条件式（１－３）は、ｄ３４／ｄ４の適切な比に関する。条件式（１－３）の上限値を上回ると、光学系の全長が大きくなるか、第４レンズＬ４の光線高が大きくなってレンズ径が大きくなってしまう。
　条件式（１－３）の下限値を下回ると、第４レンズＬ４と明るさ絞りＳとの距離が小さくなりすぎて、入射角がきつくなり、即ちレンズ面への入射角が大きくなる。このため、第４レンズＬ４の製造誤差に対して性能が劣化しやすくなる。
　なお、条件式（１－１）に代えて、以下の条件式（１－１）’を満たすことが望ましい。
　－０．５≦ｆ１／ｆ４５≦－０．２２　　　（１－１）’
　さらに、条件式（１－１）に代えて、以下の条件式（１－１）”を満たすことが望ましい。
　－０．４≦ｆ１／ｆ４５≦－０．２４　　　（１－１）”
　なお、条件式（１－２）に代えて、以下の条件式（１－２）’を満たすことが望ましい。
　０．４≦（ｒ３ｆ＋ｒ３ｒ）／（ｒ３ｆ－ｒ３ｒ）≦１　　　（１－２）’
　さらに、条件式（１－２）に代えて、以下の条件式（１－２）”を満たすことが望ましい。
　０．６≦（ｒ３ｆ＋ｒ３ｒ）／（ｒ３ｆ－ｒ３ｒ）≦１　　　（１－２）”
　なお、条件式（１－３）に代えて、以下の条件式（１－３）’を満たすことが望ましい。
　０．１８≦ｄ３４／ｄ４≦０．６　　　（１－３）’
　さらに、条件式（１－３）に代えて、以下の条件式（１－３）”を満たすことが望ましい。
　０．２≦ｄ３４／ｄ４≦０．５　　　（１－３）”
　また、全体の正の屈折力を保ちつつ、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４のバランスを変えると収差が崩れやすくなってしまう。そのため、それぞれの曲率半径を適切に設定するのが好ましい。
　すなわち、本実施形態の好ましい態様によれば、第３レンズＬ３の像側の曲率半径と第４レンズＬ４の像側の曲率半径は、以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。
　０．７≦ｒ４ｒ／ｒ３ｒ≦１．２　　　（２）
　ここで、
　ｒ４ｒは、第４レンズＬ４の像側の曲率半径、
　ｒ３ｒは、第３レンズＬ３の像側の曲率半径、
である。
　条件式（２）は、ｒ４ｒとｒ３ｒの適切な比に関する。条件式（２）の上限値を上回ると、第３レンズＬ３の像側の曲率半径が大きくなって全長が大きくなるか、第４レンズＬ４の像側の曲率半径が小さくなってコマ収差、倍率色収差が補正過剰になってしまう。
　条件式（２）の下限値を下回ると、第３レンズＬ３の像側の曲率半径が小さくなって球面収差が悪化するか、第４レンズＬ４の像側の曲率半径が大きくなって、コマ収差、倍率色収差が補正不足になってしまう。
　なお、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２）’を満たすことが望ましい。
　０．７３≦ｒ４ｒ／ｒ３ｒ≦１．１　　　（２）’
　さらに、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２）”を満たすことが望ましい。
　０．７５≦ｒ４ｒ／ｒ３ｒ≦１　　　（２）”
　また、接合レンズＣＬ１の第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は、比較的大きい正屈折力を保持しつつ、第１レンズＬ１で発生する画面周辺の収差も抑えなければならない。
　そのため、本実施形態の好ましい態様によれば、第４レンズＬ４の物体側曲率半径と第５レンズＬ５の像側の曲率半径は以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。
　－０．５≦ｒ４ｆ／ｒ５ｒ≦－０．０５　　　（３）
　ｒ４ｆは、第４レンズＬ４の物体側の曲率半径、　
　ｒ５ｒは、第５レンズＬ５の像側の曲率半径、
である。
　条件式（３）は、ｒ４ｆとｒ５ｒの適切な比に関する。条件式（３）の上限値を上回ると、第４レンズＬ４の物体側の曲率半径が小さくなりすぎて球面収差、コマ収差が悪化してしまうか、第５レンズＬ５の像側の曲率半径が大きくなりすぎてコマ収差、非点収差が補正不足になってしまう。
　条件式（３）の下限値を下回ると、第４レンズＬ４の物体側の曲率半径が大きくなりすぎて屈折力が保てなくなって全長が大きくなってしまう。または、第５レンズＬ５の像側の曲率半径が小さくなりすぎてコマ収差、非点収差が補正過剰になってしまう。または、接合面の曲率半径が小さくなってレンズの加工が困難になってしまう。
　なお、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３）’を満たすことが望ましい。
　－０．４５≦ｒ４ｆ／ｒ５ｒ≦－０．１　　　（３）’
　さらに、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。
　－０.４≦ｒ４ｆ／ｒ５ｒ≦－０．１５　　　（３）”
　また、レトロフォーカスタイプを採用すると光学系の全長が大きくなってしまう傾向がある。このため、正屈折力の第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の構成が重要になる。
　そのため、本実施形態の好ましい態様によれば、第３レンズＬ３の物体側曲率半径と第４レンズＬ４の物体側曲率半径は、以下の条件式（４）を満たすことが望ましい。
　０≦ｒ４ｆ／ｒ３ｆ≦０．２５　　　（４）
　ｒ３ｆは、第３レンズＬ３の物体側の曲率半径、
　ｆ４ｆは、第４レンズＬ４の物体側の曲率半径、
である。
　条件式（４）は、ｒ４ｆとｒ３ｆの適切な比に関する。条件式（４）の条件式の上限値を上回ると、第３レンズＬ３の物体側の曲率半径が小さくなりすぎて主点が物体側に移動して全長が大きくなってしまうか、または第４レンズＬ４の物体側の曲率半径が大きくなりすぎて非点収差、コマ収差の補正が不足してしまう。
　条件式（４）の下限値を下回ると、第３レンズＬ３の物体側が凹面になり結果的に像側の曲率半径が小さくなって球面収差、コマ収差が悪化してしまうか、または第４レンズＬ４の物体側が凹面になり結果的に像側の曲率半径が小さくなり、軸上、倍率色収差が悪化してしまったり、正の屈折力が小さくなって光学系の全長が大きくなってしまう。
　なお、条件式（４）に代えて、以下の条件式（４）’を満たすことが望ましい。
　０≦ｒ４ｆ／ｒ３ｆ≦０．２３　　　（４）’
　また、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５によるピント誤差感度の緩和効果と小型化を満たすには、第３レンズＬ３の正の屈折力を適切に設定する必要がある。
　そのため、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（５）を満たすことが望ましい。
　０．２４≦Ｉｈ／ｆ３≦０．３５　　　（５）
　Ｉｈは、内視鏡用対物光学系の最大像高、
　ｆ３は、第３レンズＬ３の焦点距離、
である。
　条件式（５）は、Ｉｈとｆ３の適切な比に関する。条件式（５）の上限値を上回ると、第３レンズＬ３の屈折力が大きくなりすぎて、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５のピント誤差感度の緩和効果が弱まってしまうか、または第３レンズＬ３での球面収差、コマ収差の発生が多くなって性能が悪化してしまう。
　条件式（５）の下限値を下回ると、第３レンズＬ３の屈折力が小さくなりすぎて、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５でのコマ収差、非点収差の発生が多くなって性能が悪化してしまう。
　なお、条件式（５）に代えて、以下の条件式（５）’を満たすことが望ましい。
　０．２５≦Ｉｈ／ｆ３≦０．３２　　　（５）’
　また、明るさ絞りＳの像側を、物体側から順に、正の第３レンズＬ３と、正の第４レンズＬ４と負の第５レンズＬ５の接合レンズＣＬ１と、のみで構成した場合、明るさ絞りＳの位置を適切に設定しないと、小型化とピント誤差感度を同時に満たせなくなる。そのため、以下の条件式（６）を満たすことが望ましい。
　このため、本実施形態の好ましい態様によれば、明るさ絞りＳの像側は、物体側から順に、正の第３レンズＬ３と、正の第４レンズＬ４と負の第５レンズＬ５の接合レンズＣＬ１と、からなり、以下の条件式（６）を満たすことが望ましい。
　０．５≦ｄ１ｓ／ｄｓｉ≦０．８　　　（６）
　ｄ１ｓは、第１レンズＬ１から明るさ絞りＳまでの光軸ＡＸに沿った距離、
　ｄｓｉは、明るさ絞りＳから像面までの光軸ＡＸに沿った距離、
である。
　条件式（６）は、ｄ１ｓとｄｓｉの適切な比に関する。条件式（６）の上限値を上回ると、第１レンズＬ１の外径が大きくなって小型化を満たせなくなったり、または撮像素子への入射角がきつくなり、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の光軸ＡＸに対するシフト、チルトのレンズ偏心時の性能劣化が大きくなってしまう。
　条件式（６）の下限値を下回ると、光学系の全長が大きくなったり、第１レンズＬ１の屈折力が大きくなりすぎて収差発生量が多くなり性能が劣化してしまう。
　なお、条件式（６）に代えて、以下の条件式（６）’を満たすことが望ましい。
　０．５５≦ｄ１ｓ／ｄｓｉ≦０．７　　　（６）’
　また、第１レンズＬ１で発生する大きな収差を、第２メニスカスレンズＬ２、第３レンズＬ３で良好に補正する必要がある。
　そのため、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（７－１）、（７－２）を同時に満たすことが望ましい。
　２．３≦ｆ２３／ｆ≦４　　　（７－１）
　－０．４≦ｒ１ｒ／ｒ２ｆ≦－０．１　　　（７－２）
　ｆ２３は、第２メニスカスレンズＬ２と第３レンズＬ３の合成焦点距離、
　ｆは、内視鏡用対物光学系の全系の焦点距離、
　ｒ１ｒは、第１レンズＬ１の像側の曲率半径、
　ｒ２ｆは、第２メニスカスレンズＬ２の物体側の曲率半径、
である。
　条件式（７－１）は、ｆ２３とｆの適切な比に関する。条件式（７－２）は、ｒ１ｒとｒ２ｆの適切な比に関する。
　条件式（７－１）の上限値を上回ると、第２メニスカスレンズＬ２、第３レンズＬ３の正の屈折力が小さくなりすぎて、第１レンズＬ１で発生するコマ収差、非点収差を補正できなくなってしまう。
　条件式（７－１）の下限値を下回ると、第２メニスカスレンズＬ２、第３レンズＬ３の正の屈折力が大きくなりすぎて、球面収差が悪化してしまう。
　条件式（７－２）の上限値を上回ると、第１レンズＬ１の曲率半径が小さくなりすぎるか、または第２メニスカスレンズＬ２の曲率半径が大きくなりすぎて、コマ収差、非点収差が悪化してしまう。
　条件式（７－２）の下限値を下回ると、第１レンズＬ１の曲率半径が大きくなりすぎて全長が大きくなってしまうか、または第２メニスカスレンズＬ２の曲率半径が小さくなりすぎて、コマ収差が補正過剰になったり、レンズの加工性が悪くなってしまう。
　なお、条件式（７－１）に代えて、以下の条件式（７－１）’を満たすことが望ましい。
　２．５≦ｆ２３／ｆ≦３．５　　　（７－１）’
　なお、条件式（７－２）に代えて、以下の条件式（７－２）’を満たすことが望ましい。
　－０．３５≦ｒ１ｒ／ｒ２ｆ≦－０．１２　　　（７－２）’
　また、ピント誤差感度、画面周辺の収差、全長を良好に満たすためには、明るさ絞りＳから像側に配置するレンズの屈折力のバランスを取る必要がある。
　そのため、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（８－１）、（８－２）を満たすことが望ましい。
　０．３２≦ｆ３／ｆ４５≦１　　　（８－１）
　－１≦ｆ４／ｆ５≦－０．６６　　　（８－２）
　ｆ３は、第３レンズＬ３の焦点距離、
　ｆ４５は、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の合成焦点距離、
　ｆ４は、第４レンズＬ４の焦点距離、
　ｆ５は、第５レンズＬ５の焦点距離、
である。
　条件式（８－１）は、ｆ３とｆ４５の適切な比に関する。条件式（８－２）は、ｆ４とｆ５の適切な比に関する。
　条件式（８－１）の上限値を上回ると、第３レンズＬ３の屈折力が小さくなりすぎて、光学系の全長が大きくなったり、球面収差が補正不足になってしまうか、または第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の屈折力が大きくなりすぎて、レンズ偏心による性能劣化が発生してしまう。
　条件式（８－１）の下限値を下回ると、第３レンズＬ３の屈折力が大きくなりすぎて、球面収差、コマ収差が悪化してしまうか、または第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の屈折力が小さくなりすぎて、ピント感度緩和の効果が薄れてしまう。
　条件式（８－２）の上限値を上回ると、第４レンズＬ４の屈折力が大きくなりすぎてコマ収差、非点収差が悪化してしまうか、または第５レンズＬ５の屈折力が小さくなりすぎて、倍率色収差が補正不足になってしまう。
　条件式（８－２）の下限値を下回ると、第４レンズＬ４の屈折力が小さくなりすぎてピント感度緩和の効果が薄れてしまうか、または第５レンズＬ５の屈折力が大きくなりすぎて倍率色収差が補正過剰になったり、コマ収差が悪化してしまう。
　なお、条件式（８－１）に代えて、以下の条件式（８－１）’を満たすことが望ましい。
　０．４≦ｆ３／ｆ４５≦０．９　　　（８－１）’
　なお、条件式（８－２）に代えて、以下の条件式（８－２）’を満たすことが望ましい。
　－０．９≦ｆ４／ｆ５≦－０．７　　　（８－２）
　また、画面周辺の収差を良好に補正するには、明るさ絞りＳを挟んだレンズのバランスを取る必要がある。
　そのため、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（９－１）、（９－２）を満たすことが望ましい。
　－６．５≦ｆ２／ｒ４ｒ≦－３．３　　　（９－１）
　３≦（ｒ２ｆ＋ｒ２ｒ）／（ｒ２ｆ－ｒ２ｒ）≦１０　　　（９－２）
　ｆ２は、第２メニスカスレンズＬ２の焦点距離、
　ｒ４ｒは、第４レンズＬ４の像側の曲率半径、
　ｒ２ｆは、第２メニスカスレンズＬ２の物体側の曲率半径、
　ｒ２ｒは、第２メニスカスレンズＬ２の像側の曲率半径、
である。
　条件式（９－１）は、ｆ２とｒ４ｒの適切な比に関する。条件式（９－２）は、（ｒ２ｆ＋ｒ２ｒ）と（ｒ２ｆ－ｒ２ｒ）の適切な比に関する。
　条件式（９－１）の条件式の上限値を上回ると、第２メニスカスレンズＬ２の屈折力が大きくなりすぎて、コマ収差、非点収差が悪化してしまうか、第４レンズＬ４の曲率半径が大きくなりすぎて、コマ収差、非点収差のバランスが取れず悪化してしまう。
　条件式（９－１）の下限値を下回ると、第２メニスカスレンズＬ２の屈折力が小さくなりすぎて、コマ収差、非点収差のバランスが取れず悪化してしまうか、または第４レンズＬ４の曲率半径が小さくなりすぎて、球面収差、コマ収差が悪化してしまう。
　条件式（９－２）の上限値を上回ると、第２メニスカスレンズＬ２の曲率半径が小さくなりすぎて、球面収差、コマ収差が補正過剰になってしまう。
　条件式（９－２）の下限値を下回ると、第２メニスカスレンズＬ２の曲率半径が大きくなりすぎて、球面収差、コマ収差が補正不足になってしまう。
　また、本実施形態の好ましい態様によれば、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の間隔を変えて、組み立て時のピント調整を行うことが望ましい。
　内視鏡の組み立て時には各レンズのニュートン誤差、肉厚誤差等によりピント位置が設計からずれてしまう。そのためピント調整を行って位置決めを行う。このピント調整は第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間で行うのが好ましい。これにより、調整の移動量に対してピントの変化量が減るので、組み立て時に調整がしやすくなったり、接着剤の硬化ずれによる性能劣化量を小さくすることができる。また、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５を光軸ＡＸと垂直方向に移動することで、画角の左右差や画面周辺のピント位置のずれ、非対称な非点収差を補正しても良い。
　また、レンズ構成を、物体側から順に、負の第１レンズＬ１、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２、明るさ絞りＳ、正の第３レンズＬ３、正の第４レンズＬ４と負の第５レンズＬ５の接合レンズＣＬ１の５枚で構成すれば、全長短縮やレンズコストを低減させることが可能となる。
　また、第１レンズＬ１については、以下に述べる構成にすることが好ましい。内視鏡では観察中に汚れや血液などが付着したとき、内視鏡先端に設けられたノズルから射出する水によって洗浄を行う。その際、レンズ面が凸形状の場合、汚れが落ちにくくなったり、凹面の場合、水が溜まったりしてしまう。また、特に、凸形状の場合、衝撃による傷や割れが発生しやすくなる。よって、第１レンズＬ１の形状は、物体側に平面を向けた平凹形状であるのが好ましい。
　以下、各実施例について説明する。
（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（ａ）は、本実施例に係る内視鏡用対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。
　本実施例は、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹の負の第１レンズＬ１と、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２と、赤外吸収フィルタＦ１と、明るさ絞りＳと、物体側に平面を向けた平凸の正の第３レンズＬ３と、両凸の正の第４レンズＬ４と、像側に凸面を向けた負の第５メニスカスレンズＬ５と、カバーガラスＣＧ１と、ＣＣＤカバーガラスＣＧ２と、から構成される。Ｉは像面である。
　また、赤外吸収フィルタＦ１の物体側に、ＹＡＧレーザーカットのコーティング、像側にＬＤレーザーカットのコーティングを施している。
　ここで、正の第４レンズＬ４と負の第５メニスカスレンズＬ５は接合されている。カバーガラスＣＧ１とＣＣＤカバーガラスＣＧ２は接合されている。Ｆ２は接合層である。
　図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例１の球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)を示す収差図である。
（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（ａ）は、本実施例に係る内視鏡用対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。
　本実施例は、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹の負の第１レンズＬ１と、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２と、赤外吸収フィルタＦ１と、明るさ絞りＳと、両凸の正の第３レンズＬ３と、両凸の正の第４レンズＬ４と、像側に凸面を向けた負の第５メニスカスレンズＬ５と、カバーガラスＣＧ１と、ＣＣＤカバーガラスＣＧ２と、から構成される。Ｉは像面である。
　また、赤外吸収フィルタＦ１の物体側に、ＹＡＧレーザーカットのコーティング、像側にＬＤレーザーカットのコーティングを施している。
　ここで、正の第４レンズＬ４と負の第５メニスカスレンズＬ５は接合されている。カバーガラスＣＧ１とＣＣＤカバーガラスＣＧ２は接合されている。Ｆ２は接合層である。
　図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例２の球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)を示す収差図である。
（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（ａ）は、本実施例に係る内視鏡用対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。
　本実施例は、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹の負の第１レンズＬ１と、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２と、赤外吸収フィルタＦ１と、明るさ絞りＳと、両凸の正の第３レンズＬ３と、両凸の正の第４レンズＬ４と、像側に凸面を向けた負の第５メニスカスレンズＬ５と、カバーガラスＣＧ１と、ＣＣＤカバーガラスＣＧ２と、から構成される。Ｉは像面である。
　また、赤外吸収フィルタＦ１の物体側に、ＹＡＧレーザーカットのコーティング、像側にＬＤレーザーカットのコーティングを施している。
　ここで、正の第４レンズＬ４と負の第５メニスカスレンズＬ５は接合されている。カバーガラスＣＧ１とＣＣＤカバーガラスＣＧ２は接合されている。Ｆ２は接合層である。
　図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例３の球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)を示す収差図である。
　以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｅは各レンズのｅ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数、ＦｎｏはＦナンバー、絞りは明るさ絞りである。
 
数値実施例１
単位    ｍｍ
 
面データ
  面番号     r    　     d          ne        νd
    1        ∞         0.2115    1.88815     40.76
    2       0.6603      0.4242
    3      -3.0889      0.4871    1.97189     17.47
    4      -1.9529      0.3281
    5        ∞         0.4230    1.49557     75.00
    6        ∞         0.0000
    7（絞り）∞         0.1872
    8        ∞         0.6251    1.69979     55.53
    9      -1.1895      0.2131
   10       1.4519      0.8357    1.65425     58.55
   11      -1.0589      0.3277    1.97189     17.47
   12      -4.3264      0.1405
   13        ∞         0.4759    1.51825     64.14
   14        ∞         0.0100    1.51500     64.00
   15        ∞         0.3700    1.50700     63.26
   16        ∞         0.0000
  撮像面     ∞  
 
Fno　    2.95
半画角　66.2°
像高　   0.475ｍｍ
数値実施例２
単位  ｍｍ
 
面データ
  面番号     r          d           ne        νd
    1        ∞        0.2094     1.88815     40.76
    2       0.6637     0.4128
    3      -4.2118     0.4806     1.97189     17.47
    4      -2.5093     0.4327
    5        ∞        0.4188     1.49557     75.00
    6        ∞        0.0000
    7(絞り)  ∞        0.1421
    8       6.0661     0.6083     1.69979     55.53
    9      -1.2925     0.2488
   10       1.3596     0.8311     1.65425     58.55
   11      -1.0170     0.3243     1.97189     17.47
   12      -7.1147     0.0792
   13        ∞        0.4711     1.51825     64.14
   14        ∞        0.0100     1.51500     64.00
   15        ∞        0.3700     1.50700     63.26
   16        ∞        0.0000  
  撮像面     ∞      
 
Fno　    3.03
半画角　65.9°
像高　   0.47ｍｍ
数値実施例３
単位  ｍｍ
 
面データ
  面番号     r          d           ne        νd
    1        ∞        0.2123     1.88815     40.76
    2       0.6781     0.4428
    3      -2.5569     0.4268     1.97189     17.47
    4      -1.8848     0.3455
    5        ∞        0.4245     1.49557     75.00
    6        ∞        0.0000
    7(絞り)  ∞        0.1601
    8       6.8568     0.7548     1.69979     55.53
    9      -1.2464     0.2227
   10       1.5085     0.8224     1.65425     58.55
   11      -1.0645     0.3251     1.97189     17.47
   12      -5.2432     0.0933
   13        ∞        0.4776     1.51825     64.14
   14        ∞        0.0100     1.51500     64.00
   15        ∞        0.3700     1.50700     63.26
   16        ∞        0.0000
  撮像面     ∞      
 
Fno　    2.96
半画角　66.5°
像高　   0.477ｍｍ
　以下に各実施例の条件式対応値を示す。
 
   条件式
(1-1)  f1/f45 
(1-2)  (r3f+r3r)/(r3f-r3r)
(1-3)  d34/d4
(2)    r4r/r3r
(3)    r4f/r5r
(4)    r4f/r3f
(5)    Ih/f3
(6)    d1s/dsi
(7-1)  f23/f
(7-2)  r1r/r2f
(8-1)  f3/f45
(8-2)  f4/f5
(9-1)  f2/r4r
(9-2)  (r2f+r2r)/(r2f-r2r)
 
条件式   実施例１   実施例２   実施例３
(1-1)     -0.29      -0.26      -0.26
(1-2)      1.00       0.65       0.69
(1-3)      0.25       0.30       0.27
(2)        0.89       0.79       0.85
(3)       -0.34      -0.19      -0.29
(4)        0.00       0.22       0.22
(5)        0.28       0.30       0.30
(6)        0.59       0.63       0.57
(7-1)      2.84       2.79       2.72
(7-2)     -0.21      -0.16      -0.27
(8-1)      0.65       0.54       0.53
(8-2)     -0.71      -0.82      -0.76
(9-1)     -4.26      -5.51      -5.28
(9-2)      4.44       3.95       6.61
　なお、上述の内視鏡用対物光学系は、複数の構成を同時に満足してもよい。このようにすることが、良好な内視鏡用対物光学系を得る上で好ましい。また、好ましい構成の組み合わせは任意である。また、各条件式について、より限定した条件式の数値範囲の上限値あるいは下限値のみを限定しても構わない。
　以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態のみに限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、これら実施形態の構成を適宜組合せて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
　以上のように、本発明は、Ｆｎｏが明るく、小型で、かつ高性能の製造誤差に強い内視鏡用対物光学系に有用である。
　Ｌ１～Ｌ５　レンズ
　Ｓ　明るさ絞り
　Ｆ１　赤外吸収フィルタ
　Ｆ２　接合層
　ＣＧ１、ＣＧ２　カバーガラス
　ＡＸ　光軸
　Ｉ　　像面
　ＣＬ１　接合レンズ

Claims (10)

  1. 　物体側から順に、負の第１レンズと、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズと、明るさ絞りと、正の第３レンズと、正の第４レンズと負の第５レンズの接合レンズと、を有し、以下の条件式（１－１）、（１－２）、（１－３）を満たすことを特徴とする内視鏡用対物光学系。
    　－０．６≦ｆ１／ｆ４５≦－０．１８　　　（１－１）
    　０．２≦（ｒ３ｆ＋ｒ３ｒ）／（ｒ３ｆ－ｒ３ｒ）≦１　　　（１－２）
    　０．１５≦ｄ３４／ｄ４≦０．７　　　（１－３）
    　ここで、
    　ｆ１は、前記第１レンズの焦点距離、
    　ｆ４５は、前記第４レンズと前記第５レンズの合成焦点距離、
    　ｒ３ｆは、前記第３レンズの物体側の曲率半径、
    　ｒ３ｒは、前記第３レンズの像側の曲率半径、
    　ｄ３４は、前記第３レンズと前記第４レンズの光軸に沿った距離、
    　ｄ４は、前記第４レンズの肉厚、
    である。
  2. 　以下の条件式（２）を満たす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。
    　０．７≦ｒ４ｒ／ｒ３ｒ≦１．２　　　（２）
    　ｒ４ｒは、前記第４レンズの像側の曲率半径、
    　ｒ３ｒは、前記第３レンズの像側の曲率半径、
    である。
  3. 　以下の条件式（３）を満たす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。
    　－０．５≦ｒ４ｆ／ｒ５ｒ≦－０．０５　　　（３）
    　ｒ４ｆは、前記第４レンズの物体側の曲率半径、　
    　ｒ５ｒは、前記第５レンズの像側の曲率半径、
    である。
  4. 　以下の条件式（４）を満たす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≦ｒ４ｆ／ｒ３ｆ≦０．２５　　　（４）
    　ｒ３ｆは、前記第３レンズの物体側の曲率半径、
    　ｆ４ｆは、前記第４レンズの物体側の曲率半径、
    である。
  5. 　以下の条件式（５）を満たす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。
    　０．２４≦Ｉｈ／ｆ３≦０．３５　　　（５）
    　Ｉｈは、前記内視鏡用対物光学系の最大像高、
    　ｆ３は、前記第３レンズの焦点距離、
    である。
  6. 　前記明るさ絞りの像側は、物体側から順に、前記正の第３レンズと、前記正の第４レンズと前記負の第５レンズの接合レンズと、からなり、以下の条件式（６）を満たす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。
    　０．５≦ｄ１ｓ／ｄｓｉ≦０．８　　　（６）
    　ｄ１ｓは、前記第１レンズから前記明るさ絞りまでの光軸に沿った距離、
    　ｄｓｉは、前記明るさ絞りから像面までの光軸に沿った距離、
    である。
  7. 　以下の条件式（７－１）、（７－２）を満たす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。
    　２．３≦ｆ２３／ｆ≦４　　　（７－１）
    　－０．４≦ｒ１ｒ／ｒ２ｆ≦－０．１　　　（７－２）
    　ｆ２３は、前記第２メニスカスレンズと前記第３レンズの合成焦点距離、
    　ｆは、前記内視鏡用対物光学系の全系の焦点距離、
    　ｒ１ｒは、前記第１レンズの像側の曲率半径、
    　ｒ２ｆは、前記第２メニスカスレンズの物体側の曲率半径、
    である。
  8. 　以下の条件式（８－１）、（８－２）を満たす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。
    　０．３２≦ｆ３／ｆ４５≦１　　　（８－１）
    　－１≦ｆ４／ｆ５≦－０．６６　　　（８－２）
    　ｆ３は、前記第３レンズの焦点距離、
    　ｆ４５は、前記第４レンズと前記第５レンズの合成焦点距離、
    　ｆ４は、前記第４レンズの焦点距離、
    　ｆ５は、前記第５レンズの焦点距離、
    である。
  9. 　以下の条件式（９－１）、（９－２）を満たす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。
    　－６．５≦ｆ２／ｒ４ｒ≦－３．３　　　（９－１）
    　３≦（ｒ２ｆ＋ｒ２ｒ）／（ｒ２ｆ－ｒ２ｒ）≦１０　　　（９－２）
    　ｆ２は、前記第２メニスカスレンズの焦点距離、
    　ｒ４ｒは、前記第４レンズの像側の曲率半径、
    　ｒ２ｆは、前記第２メニスカスレンズの物体側の曲率半径、
    　ｒ２ｒは、前記第２メニスカスレンズの像側の曲率半径、
    である。
  10. 　前記第３レンズと前記第４レンズの間隔を変えて、組み立て時のピント調整を行う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。
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