WO2019180984A1 - 内視鏡対物光学系 - Google Patents

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WO2019180984A1
WO2019180984A1 PCT/JP2018/030467 JP2018030467W WO2019180984A1 WO 2019180984 A1 WO2019180984 A1 WO 2019180984A1 JP 2018030467 W JP2018030467 W JP 2018030467W WO 2019180984 A1 WO2019180984 A1 WO 2019180984A1
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lens group
lens
optical system
objective optical
focal length
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PCT/JP2018/030467
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English (en)
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曾根伸彦
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オリンパス株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00163—Optical arrangements
    • A61B1/00188—Optical arrangements with focusing or zooming features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2407—Optical details
    • G02B23/2423—Optical details of the distal end
    • G02B23/243—Objectives for endoscopes
    • G02B23/2438—Zoom objectives
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
    • A61B1/00071—Insertion part of the endoscope body
    • A61B1/0008—Insertion part of the endoscope body characterised by distal tip features
    • A61B1/00096—Optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/143—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only
    • G02B15/1435—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being negative
    • G02B15/143507—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being negative arranged -++

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope objective optical system.
  • magied observation is used to observe a lesion.
  • the observation range is narrower than conventional observation (hereinafter referred to as “normal observation”). For this reason, it is not easy to find a lesion by magnified observation. For this reason, it is desirable that normal observation and magnified observation can be performed with one objective optical system.
  • the distance from the objective optical system to the object position (hereinafter referred to as “object distance”) is, for example, about 2 mm.
  • object distance is, for example, about 2 mm.
  • the object distance is much longer than 2 mm.
  • normal image the object image in normal observation
  • magnified image an object image in magnified observation
  • the objective optical system may have a focusing function. Since the objective optical system has a focusing function, it is possible to form both a normal image and an enlarged image in focus.
  • the objective optical system includes, in order from the object side to the image side, a front group having negative refractive power, a focusing lens, and a rear group having positive refractive power.
  • the focusing lens moves during focusing.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an endoscope objective optical system that has a long back focus, is capable of focusing, and has various aberrations corrected satisfactorily. To do.
  • an endoscope objective optical system includes: From the object side, A first lens unit having negative refractive power; A second lens group having positive refractive power; A third lens unit having a positive refractive power, The second lens group has an aperture stop and moves during zooming.
  • the following conditional expression (1) is satisfied.
  • Lb is the distance from the most object side surface of the third lens group to the image plane
  • f3 is the focal length of the third lens group
  • Lf is the distance from the most object side surface of the first lens group to the most object side surface of the third lens group
  • f12 is a combined focal length of the first lens and the second lens group at the wide angle end; It is.
  • an endoscope objective optical system that has a long back focus, is capable of focusing, and has various aberrations corrected satisfactorily.
  • FIG. 1 is a lens cross-sectional view of an endoscope objective optical system according to Example 1.
  • FIG. FIG. 6 is an aberration diagram of the endoscope objective optical system according to Example 1.
  • 10 is a lens cross-sectional view of an endoscope objective optical system according to Example 2.
  • FIG. 10 is an aberration diagram of the endoscope objective optical system according to Example 2.
  • 6 is a lens cross-sectional view of an endoscope objective optical system according to Example 3.
  • FIG. 10 is an aberration diagram of the endoscope objective optical system according to Example 3.
  • 10 is a lens cross-sectional view of an endoscope objective optical system according to Example 4.
  • FIG. 10 is an aberration diagram of the endoscope objective optical system according to Example 4.
  • the endoscope objective optical system according to the present embodiment can perform normal observation and magnified observation with one optical system in endoscopic observation. Therefore, in the endoscope objective optical system according to the present embodiment, the optical system is configured by a plurality of lens groups, and one lens group moves on the optical axis.
  • the normal observation state is the wide-angle end
  • the magnified observation state is the telephoto end.
  • the endoscope objective optical system of the present embodiment includes, in order from the object side, a first lens group having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power, and a third lens group having a positive refractive power,
  • the second lens group has an aperture stop and moves at the time of zooming, and satisfies the following conditional expression (1).
  • Lb is the distance from the most object side surface of the third lens group to the image plane
  • f3 is the focal length of the third lens group
  • Lf is the distance from the most object side surface of the first lens group to the most object side surface of the third lens group
  • f12 is a combined focal length of the first lens group and the second lens group at the wide angle end; It is.
  • the refractive power in the front group and the refractive power in the rear group are , Both are preferably positive refractive power.
  • the front group includes a first lens group having negative refractive power and a second lens group having positive refractive power
  • the rear group includes a third lens group having positive refractive power. It is composed.
  • the endoscope objective optical system according to the present embodiment has the above-described configuration and satisfies the conditional expression (1).
  • conditional expression (1) Astigmatism can be corrected more satisfactorily.
  • the distance from the most object side surface of the third lens group to the image plane and the distance from the most object side surface of the first lens group to the most object side surface of the third lens group are both in the case where air conversion is not performed. Distance.
  • the astigmatism correction effect in the third lens group becomes weak, or large astigmatism occurs in the first lens group and the second lens group. End up. This makes it difficult to correct astigmatism in the third lens group. Further, the back focus can be secured, but the secured amount becomes excessive.
  • conditional expression (1 ′) it is preferable to satisfy the following conditional expression (1). 1.5 ⁇ (Lb ⁇ f3) / (Lf ⁇ f12) ⁇ 6 (1 ′) It is preferable to satisfy the following conditional expression (1 ′′) instead of conditional expression (1). 2 ⁇ (Lb ⁇ f3) / (Lf ⁇ f12) ⁇ 4 (1 ′′)
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a specific configuration of the endoscope objective optical system of the present embodiment and a cross-sectional view showing a specific configuration of the prism.
  • 1A is a cross-sectional view at the wide-angle end of the endoscope objective optical system
  • FIG. 1B is a cross-sectional view at the telephoto end of the endoscope objective optical system
  • FIG. 1C is a cross-sectional view of the prism.
  • the endoscope objective optical system includes, in order from the object side, a first lens group G1 having a negative refractive power, a second lens group G2 having a positive refractive power, and a third lens group G3 having a positive refractive power. Yes.
  • An aperture stop S is disposed between the first lens group G1 and the second lens group G2. More specifically, the aperture stop S is disposed in the vicinity of the surface closest to the object side of the second lens group G2.
  • the first lens group G1 includes, in order from the object side, a negative first lens L1, a negative second lens L2, a positive third lens L3, a negative fourth lens L4, and a positive fifth lens L5. And a positive sixth lens L6.
  • the second lens L2 and the third lens L3 are cemented to form a cemented lens CL1.
  • the fourth lens L4 and the fifth lens L5 are cemented to form a cemented lens CL2.
  • the second lens group G2 has a positive seventh lens L7 and a negative eighth lens L8.
  • the seventh lens L7 and the eighth lens L8 are cemented to form a cemented lens CL3.
  • the third lens group G3 includes, in order from the object side, a negative ninth lens L9, a positive tenth lens L10, and a negative eleventh lens L11.
  • the tenth lens L10 and the eleventh lens L11 are cemented to form a cemented lens CL4.
  • Magnification is performed by moving the second lens group G2.
  • the second lens group G2 moves to the object side.
  • the aperture stop S moves together with the second lens group G2.
  • a prism P is disposed on the image side of the third lens group G3.
  • An image sensor (not shown) is disposed on the image side of the prism P.
  • the image side surface of the prism P is an image surface I.
  • the imaging surface of the imaging element coincides with the image side surface of the prism P.
  • the cover glass is positioned on the image side of the prism P.
  • the image side surface of the cover glass is the image plane I. Therefore, in this case, the thickness of the prism P is determined in consideration of the thickness of the cover glass.
  • the prism P is formed of a first prism P1 and a second prism P2.
  • the first prism P1 and the second prism P2 are bonded with, for example, a bonding agent.
  • the light emitted from the endoscope objective optical system is incident on the first prism P1 along the optical axis AX.
  • the first prism P1 a part of the light is reflected by the joint surface and travels along the optical path A.
  • the remaining light passes through the joint surface and travels along the optical path B.
  • the light traveling along the optical path A passes through the quarter-wave plate WL and reaches the reflection element REF.
  • the light that reaches the reflection element REF is reflected by the reflection surface Rs1.
  • the reflected light passes through the quarter-wave plate WL, the first prism P1, the cemented surface, the second prism P2, and the parallel plate GC, and reaches the image plane I.
  • the light traveling on the optical path B reaches the reflecting surface Rs2 of the second prism P2.
  • the light that reaches the reflecting surface Rs2 is reflected by the reflecting surface Rs2.
  • the reflected light passes through the second prism P2 and the parallel plate GC and reaches the image plane I.
  • the imaging plane of the imaging element IM is located.
  • the position of the optical path A and the position of the optical path B are formed in parallel with respect to the imaging surface. Therefore, two optical images are formed in parallel on the imaging surface. Further, the length of the optical path A and the length of the optical path B are different. Therefore, two optical images with different focus positions are formed on the imaging surface. Two optical images are captured by the image sensor IM.
  • the image of the two optical images can be acquired by imaging with the imaging element IM.
  • an image with a deep focal depth can be obtained.
  • the endoscope objective optical system according to the present embodiment preferably satisfies the following conditional expression (2). 4 ⁇ f3 / fw ⁇ 24 (2) here, f3 is the focal length of the third lens group, fw is the focal length of the endoscope objective optical system at the wide-angle end, It is.
  • the focal length of the third lens group contributes greatly to ensuring sufficient back focus. Therefore, it is important to make the focal length of the third lens group appropriate.
  • conditional expression (2) It is preferable to satisfy the following conditional expression (2 ′) instead of conditional expression (2). 4.8 ⁇ f3 / fw ⁇ 16 (2 ') It is preferable to satisfy the following conditional expression (2 ′′) instead of conditional expression (2). 5.5 ⁇ f3 / fw ⁇ 8 (2 ′′)
  • the endoscope objective optical system of the present embodiment preferably satisfies the following conditional expressions (3) and (4). 1 ⁇
  • the various aberrations that are largely generated in the first lens group are corrected by the second lens group and the third lens group.
  • chromatic aberration is greatly generated in the first lens group. Therefore, regarding axial chromatic aberration, it is important to appropriately define the refractive power of the first lens group, the refractive power of the second lens group, and the refractive power of the third lens group.
  • conditional expression (3) When the value is below both the lower limit value of conditional expression (3) and the lower limit value of conditional expression (4), the longitudinal chromatic aberration cannot be corrected sufficiently. As a result, the imaging performance deteriorates.
  • conditional expression (3) It is preferable to satisfy the following conditional expression (3 ′) instead of conditional expression (3). 2 ⁇
  • conditional expression (4 ′) instead of conditional expression (4).
  • conditional expression (4 ′) instead of conditional expression (4).
  • conditional expression (4 ′′) instead of conditional expression (4).
  • conditional expression (4 ′′) instead of conditional expression (4). 3 ⁇
  • the first lens group includes at least two cemented lenses.
  • the first lens group In the first lens group, a large lateral chromatic aberration is generated particularly by the lens located closest to the object side.
  • the third lens group since the height of the off-axis light beam is high, the lateral chromatic aberration generated in the first lens group may be corrected by the third lens group.
  • the lateral chromatic aberration generated in the first lens group is large, it is necessary to increase the refractive power of the third lens group in order to correct the aberration satisfactorily.
  • At least two cemented lenses are arranged in the first lens group.
  • one cemented lens can be used for correcting the lateral chromatic aberration
  • the other cemented lens can be used for correcting the lateral chromatic aberration, astigmatism, and coma.
  • the first lens group includes a first cemented lens and a second cemented lens, and the first cemented lens is located closest to the object side, and the second cemented lens. It is preferable that the lens is located closest to the image side and satisfies the following conditional expression (5). 0.2 ⁇
  • the first cemented lens is a cemented lens located closest to the object side among the cemented lenses included in the first lens group.
  • the second cemented lens is a cemented lens located closest to the image side among the cemented lenses included in the first lens group. Therefore, a single lens may be disposed on the object side of the first cemented lens or the image side of the second cemented lens.
  • conditional expression (5) When the value falls below the lower limit value of conditional expression (5), the correction of lateral chromatic aberration becomes excessive. When the value exceeds the upper limit value of conditional expression (5), the lateral chromatic aberration cannot be corrected sufficiently.
  • conditional expression (5) It is preferable to satisfy the following conditional expression (5 ′) instead of conditional expression (5). 0.6 ⁇
  • the endoscope objective optical system according to the present embodiment preferably satisfies the following conditional expression (6). 2 ⁇ f3 / ft ⁇ 20 (6) here, f3 is the focal length of the third lens group, ft is the focal length of the endoscope objective optical system at the telephoto end, It is.
  • the focal length of the entire optical system changes as the second lens group moves.
  • conditional expression (6 ′) instead of conditional expression (6).
  • conditional expression (6 ′) 3 ⁇ f3 / ft ⁇ 15 (6 ')
  • conditional expression (6 ′′) instead of conditional expression (6).
  • conditional expression (6 ′′) instead of conditional expression (6).
  • the endoscope objective optical system of the present embodiment preferably satisfies the following conditional expressions (7) and (8).
  • Magnification of the optical system changes as the focal length changes. If the magnification at the telephoto end is increased, magnified observation becomes easier. In order to increase the magnification at the telephoto end, the refractive power of the second lens group may be increased.
  • the first lens group is involved in the change in magnification of the optical system. Therefore, the refractive power of the first lens group is decreased without changing the refractive power of the second lens group. If it does in this way, the refractive power of the 2nd lens group will become relatively large. As a result, the magnification at the telephoto end can be increased.
  • the refractive power of the second lens group is not changed, it is possible to maintain good correction of various aberrations and good operability in zooming operation.
  • the magnification at the telephoto end cannot be increased.
  • the amount of movement of the second lens group must be increased.
  • conditional expression (7 ′) instead of conditional expression (7).
  • f1 / fw ⁇ -6 (7 ') It is preferable to satisfy the following conditional expression (7 ′′) instead of conditional expression (7).
  • conditional expression (8 ′) instead of conditional expression (8).
  • f1 / ft ⁇ -4 (8 ') It is preferable to satisfy the following conditional expression (8 ′′) instead of conditional expression (8).
  • the third lens group includes a negative meniscus lens and a third cemented lens.
  • the number of lenses and the arrangement of lenses in the third lens group are limited. For this reason, in the third lens group, it is necessary to provide high imaging performance by appropriately arranging a small number of lenses.
  • coma and axial chromatic aberration are corrected with a negative meniscus lens, and lateral chromatic aberration is corrected with a third cemented lens.
  • the endoscope objective optical system according to the present embodiment preferably satisfies the following conditional expression (9). 0.4 ⁇
  • conditional expression (9) When the value is below the lower limit value of the conditional expression (9), the refractive power of the negative meniscus lens is increased. Therefore, the correction of coma aberration becomes excessive, and the correction of lateral chromatic aberration is insufficient.
  • conditional expression (9) When the value exceeds the upper limit value of conditional expression (9), the refractive power of the negative meniscus lens becomes small. Therefore, the correction of coma aberration is insufficient, and the correction of lateral chromatic aberration is excessive.
  • conditional expression (9 ′) 0.7 ⁇
  • conditional expression (9 ′′) 0.9 ⁇
  • (A) is sectional drawing in a wide-angle end
  • (b) is sectional drawing in a telephoto end.
  • the first lens group is indicated by G1
  • the second lens group is indicated by G2
  • the third lens group is indicated by G3
  • the aperture stop is indicated by S
  • the prism is indicated by P
  • the image surface is indicated by I.
  • An aberration diagram of each example will be described.
  • the aberration diagrams are shown in the order of the aberration diagram at the wide-angle end and the aberration diagram at the telephoto end.
  • (a), (b), (c), and (d) are respectively spherical aberration (SA) and (b).
  • the horizontal axis represents the amount of aberration.
  • the unit of aberration is mm.
  • the unit of aberration is%.
  • FNO is the F number
  • FIY is the image height
  • the unit is mm (millimeter).
  • the unit of the wavelength of the aberration curve is nm.
  • Example 1 An endoscope objective optical system according to Example 1 will be described.
  • the endoscope objective optical system according to Example 1 includes, in order from the object side to the image side, a first lens group G1 having a negative refractive power, a second lens group G2 having a positive refractive power, and a positive refractive power.
  • the first lens group G1 includes a planoconcave negative lens L1, a biconcave negative lens L2, a biconvex positive lens L3, a biconcave negative lens L4, a biconvex positive lens L5, and an image side. And a positive meniscus lens L6 having a convex surface.
  • the biconcave negative lens L2 and the biconvex positive lens L3 form a cemented lens.
  • the biconcave negative lens L4 and the biconvex positive lens L5 form a cemented lens.
  • the second lens group G2 includes a biconvex positive lens L7 and a plano-concave negative lens L8 having a flat image side.
  • the biconvex positive lens L7 and the plano-concave negative lens L8 form a cemented lens.
  • the third lens group G3 includes a negative meniscus lens L9 having a convex surface directed toward the object side, a biconvex positive lens L10, and a negative meniscus lens L11 having a convex surface directed toward the image side.
  • the biconvex positive lens L10 and the negative meniscus lens L11 form a cemented lens.
  • the brightness stop S is disposed between the first lens group G1 and the second lens group G2. More specifically, the aperture stop S is disposed in the vicinity of the surface closest to the object side of the second lens group G2.
  • the second lens group G2 moves.
  • the second lens group G2 moves to the object side.
  • the aperture stop S moves together with the second lens group G2.
  • a prism P is disposed on the image side of the third lens group G3.
  • Example 2 An endoscope objective optical system according to Example 2 will be described.
  • the endoscope objective optical system of Example 2 includes, in order from the object side to the image side, a first lens group G1 having a negative refractive power, a second lens group G2 having a positive refractive power, and a positive refractive power.
  • the first lens group G1 includes a plano-concave negative lens L1 whose object side is a plane, a plano-concave negative lens L2 whose object side is a plane, a biconcave negative lens L3, a biconvex positive lens L4, and a convex surface on the image side. And a negative meniscus lens L6 having a convex surface facing the image side.
  • the biconcave negative lens L3 and the biconvex positive lens L4 form a cemented lens.
  • the cemented lens is formed by the positive meniscus lens L5 and the negative meniscus lens L6.
  • the second lens group G2 includes a biconvex positive lens L7 and a plano-concave negative lens L8 having a flat image side.
  • the biconvex positive lens L7 and the plano-concave negative lens L8 form a cemented lens.
  • the third lens group G3 includes a negative meniscus lens L9 having a convex surface directed toward the object side, a biconvex positive lens L10, and a negative meniscus lens L11 having a convex surface directed toward the image side.
  • the biconvex positive lens L10 and the negative meniscus lens L11 form a cemented lens.
  • the brightness stop S is disposed between the second lens group G2 and the third lens group G3. More specifically, the aperture stop S is disposed in the vicinity of the surface located closest to the image side of the second lens group G2.
  • the second lens group G2 moves.
  • the second lens group G2 moves to the object side.
  • the aperture stop S moves together with the second lens group G2.
  • a prism P is disposed on the image side of the third lens group G3.
  • Example 3 An endoscope objective optical system according to Example 3 will be described.
  • the endoscope objective optical system according to Example 3 includes, in order from the object side to the image side, a first lens group G1 having a negative refractive power, a second lens group G2 having a positive refractive power, and a positive refractive power.
  • the first lens group G1 includes a plano-concave negative lens L1, a biconcave negative lens L2, a biconvex positive lens L3, a positive meniscus lens L4 having a convex surface facing the image side, and a convex surface facing the image side. And a negative meniscus lens L5.
  • the biconcave negative lens L2 and the biconvex positive lens L3 form a cemented lens.
  • the positive meniscus lens L4 and the negative meniscus lens L5 form a cemented lens.
  • the second lens group G2 includes a biconvex positive lens L6 and a biconcave negative lens L7.
  • the biconvex positive lens L6 and the biconcave negative lens L7 form a cemented lens.
  • the third lens group G3 includes a negative meniscus lens L8 having a convex surface facing the object side, a biconvex positive lens L9, and a negative meniscus lens L10 having a convex surface facing the image side.
  • the biconvex positive lens L9 and the negative meniscus lens L10 form a cemented lens.
  • the brightness stop S is disposed between the first lens group G1 and the second lens group G2. More specifically, the aperture stop S is disposed in the vicinity of the surface closest to the object side of the second lens group G2.
  • the second lens group G2 moves.
  • the second lens group G2 moves to the object side.
  • the aperture stop S moves together with the second lens group G2.
  • a prism P is disposed on the image side of the third lens group G3.
  • Example 4 An endoscope objective optical system according to Example 4 will be described.
  • the endoscope objective optical system of Example 4 includes, in order from the object side to the image side, a first lens group G1 having a negative refractive power, a second lens group G2 having a positive refractive power, and a positive refractive power.
  • the first lens group G1 includes a plano-concave negative lens L1, a biconcave negative lens L2, a biconvex positive lens L3, a positive meniscus lens L4 having a convex surface facing the image side, and a convex surface facing the image side. And a negative meniscus lens L5.
  • the biconcave negative lens L2 and the biconvex positive lens L3 form a cemented lens.
  • the positive meniscus lens L4 and the negative meniscus lens L5 form a cemented lens.
  • the second lens group G2 includes a biconvex positive lens L6 and a negative meniscus lens L7 having a convex surface facing the image side.
  • the biconvex positive lens L6 and the negative meniscus lens L7 form a cemented lens.
  • the third lens group G3 includes a biconcave negative lens L8, a biconvex positive lens L9, a negative meniscus lens L10 having a convex surface facing the image side, and a planoconvex positive lens L11 having a plane on the object side.
  • the biconvex positive lens L9 and the negative meniscus lens L10 form a cemented lens.
  • the brightness stop S is disposed between the first lens group G1 and the second lens group G2. More specifically, the aperture stop S is disposed in the vicinity of the surface closest to the object side of the second lens group G2.
  • the second lens group G2 moves.
  • the second lens group G2 moves to the object side.
  • the aperture stop S moves together with the second lens group G2.
  • a prism P is disposed on the image side of the third lens group G3.
  • the numerical data of each of the above examples is shown below.
  • r is a radius of curvature of each lens surface
  • d is an interval between the lens surfaces
  • nd is a refractive index of d-line of each lens
  • ⁇ d is an Abbe number of each lens.
  • the aperture is a brightness aperture.
  • WE is the wide angle end
  • TE is the telephoto end
  • f is the focal length at the d line
  • Fno is the F number
  • IH is the image height.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4 (1) (Lb ⁇ f3) / (Lf ⁇ f12) 3.0 3.6 5.0 4.5 (2) f3 / fw 6.1 6.9 8.3 6.7 (3)
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4
  • 8.40 6.67 f12 1.91 1.87 2.12 1.70 fw 0.97 0.93 1.18 0.98 f1 -23.96 -17.07 -9.77 -5.90 f2 7.97 8.09 8.65 5.77 fc1 -9.51 9.39 -15.19 -14.52 fc2 25.87 7.15 8.37 6.92 ft 1.11 1.05 1.35 1.17 f3M -3.05 -3.48 -5.13 -3.36 fc3 2.51 2.63 3.77 3.41
  • the present invention is suitable for an endoscope objective optical system that has a long back focus, can be focused, and various aberrations are well corrected.

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Abstract

バックフォーカスが長く、フォーカシング可能で、且つ、諸収差が良好に補正された内視鏡対物光学系を提供する。　物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、からなり、第２レンズ群Ｇ２は明るさ絞りＳを有すると共に、変倍時に移動し、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。　１＜（Ｌb×ｆ3）／（Ｌf×ｆ12）＜９　（１）　ここで、　Ｌbは、第３レンズ群の最も物体側の面から像面までの距離、　ｆ3は、第３レンズ群の焦点距離、　Ｌfは、第１レンズ群の最も物体側の面から第３レンズ群の最も物体側の面までの距離、　ｆ12は、広角端における第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離、 である。

Description

内視鏡対物光学系
　本発明は、内視鏡対物光学系に関する。
　医療用内視鏡では、病変部の観察に、拡大観察が用いられる。病変部を拡大観察するためには、病変部を見つける必要がある。拡大観察では、従来の観察（以下、「通常観察」という）に比べて、観察範囲が狭い。そのため、拡大観察で病変部を見つけることは容易ではない。このようなことから、１つの対物光学系で、通常観察と拡大観察とができることが望ましい。
　拡大観察では、対物光学系から物体位置までの距離（以下、「物体距離」という）は、例えば、２ｍｍ程度である。一方、通常観察では、物体距離は、２ｍｍよりもはるかに長い。
　通常観察時の物体位置と対物光学系の合焦位置とが一致するように、光学系を構成すると、通常観察における物体像（以下、「通常像」という）は、ピントの合った像になる。
　一方、拡大観察時の物体位置は、通常観察時の物体位置から離れている。また、拡大観察時の物体位置は、通常観察時の対物光学系の被写界深度に含まれない。そのため、通常像にピントが合った状態の光学系では、拡大観察における物体像（以下、「拡大像」という）は、ピントの合った像にはならない。
　拡大観察でもピントの合った物体像を形成するためには、対物光学系に合焦機能を持たせれば良い。対物光学系が合焦機能を持つことで、通常像と拡大像の両方を、ピントの合った状態で形成することができる。
　合焦機能を有する対物光学系が、特許文献１に開示されている。対物光学系は、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する前群と、フォーカシングレンズと、正の屈折力を有する後群と、からなる。合焦時、フォーカシングレンズが移動する。
特許第５６０７２７８号公報
　特許文献１の対物光学系では、拡大観察時における倍率が大きいとは言い難い。また、バックフォーカスも十分に長いとは言い難い。
　本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、バックフォーカスが長く、フォーカシング可能で、且つ、諸収差が良好に補正された内視鏡対物光学系を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る内視鏡対物光学系は、
　物体側から順に、
　負屈折力の第１レンズ群と、
　正屈折力の第２レンズ群と、
　正屈折力の第３レンズ群と、からなり、
　第２レンズ群は明るさ絞りを有すると共に、変倍時に移動し、
　以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
　１＜（Ｌb×ｆ3）／（Ｌf×ｆ12）＜９　　　（１）
　ここで、
　Ｌbは、第３レンズ群の最も物体側の面から像面までの距離、
　ｆ3は、第３レンズ群の焦点距離、
　Ｌfは、第１レンズ群の最も物体側の面から第３レンズ群の最も物体側の面までの距離、
　ｆ12は、広角端における第１レンズと第２レンズ群の合成焦点距離、
である。
　本発明によれば、バックフォーカスが長く、フォーカシング可能で、且つ、諸収差が良好に補正された内視鏡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対物光学系の具体的な構成と、プリズムの具体的な構成を示す断面図である。 実施例１に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面図である。 実施例１に係る内視鏡対物光学系の収差図である。 実施例２に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面図である。 実施例２に係る内視鏡対物光学系の収差図である。 実施例３に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面図である。 実施例３に係る内視鏡対物光学系の収差図である。 実施例４に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面図である。 実施例４に係る内視鏡対物光学系の収差図である。
　以下に、本発明にかかる内視鏡対物光学系の実施形態及び実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態及び実施例によりこの発明が限定されるものではない。
　本実施形態に係る内視鏡対物光学系は、内視鏡観察において、一つの光学系で通常観察と拡大観察とを行うことができる。そのために、本実施形態に係る内視鏡対物光学系では、光学系を複数のレンズ群で構成すると共に、１つのレンズ群が光軸上を移動する。以下の説明では、便宜上、通常観察の状態を広角端とし、拡大観察の状態を望遠端とする。
　本実施形態の内視鏡対物光学系は、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群と、正屈折力の第２レンズ群と、正屈折力の第３レンズ群と、からなり、第２レンズ群は明るさ絞りを有すると共に、変倍時に移動し、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
　１＜（Ｌb×ｆ3）／（Ｌf×ｆ12）＜９　　　（１）
　ここで、
　Ｌbは、第３レンズ群の最も物体側の面から像面までの距離、
　ｆ3は、第３レンズ群の焦点距離、
　Ｌfは、第１レンズ群の最も物体側の面から第３レンズ群の最も物体側の面までの距離、
　ｆ12は、広角端における第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離、
である。
　長いバックフォーカスを確保するためには、屈折力の並びを適切にすると共に、光路長のバランスを取ることが重要である。また、特にバックフォーカスの長い光学系では、非点収差の増大を抑えることが難しくなってくる。よって、非点収差を良好に補正することが重要である。
　長いバックフォーカスの確保と、非点収差の良好な補正を実現するためには、内視鏡対物光学系を前群と後群に分けた場合、前群における屈折力と後群における屈折力を、共に正屈折力とすることが好ましい。また、前群における光路長と後群における光路長とのバランスを、適切にすることが好ましい。
　本実施形態の内視鏡対物光学系は、前群を、負屈折力の第１レンズ群と正屈折力の第２レンズ群とで構成し、後群を正屈折力の第３レンズ群で構成している。このような構成を採用することにより、長いバックフォーカスを確保しながら、第１レンズ群と第２レンズ群とで発生した非点収差を、第３レンズ群で良好に補正することができる。
　本実施形態の内視鏡対物光学系は、上述の構成を備えると共に、条件式（１）を満足する。条件式（１）を満足することで、非点収差を、更に良好に補正できる。
　第３レンズ群の最も物体側の面から像面までの距離と、第１レンズ群の最も物体側の面から第３レンズ群の最も物体側の面までの距離は、共に空気換算しない場合の距離である。
　値が条件式（１）の下限値を下回る場合、第３レンズ群の屈折力が大きくなりすぎる。そのため、非点収差の補正が過剰となるか、又は、バックフォーカスを十分に確保できない。
　値が条件式（１）の上限値を上回る場合、第３レンズ群での非点収差の補正効果が弱くなるか、又は、第１レンズ群と第２レンズ群で大きな非点収差が発生してしまう。そのため、第３レンズ群での非点収差の補正が困難となる。また、バックフォーカスは確保できるが、確保量が過剰となる。
　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。
　１．５＜（Ｌb×ｆ3）／（Ｌf×ｆ12）＜６　　　（１'）
　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。
　２＜（Ｌb×ｆ3）／（Ｌf×ｆ12）＜４　　　（１''）
　基本構成の具体的な構成例を説明する。図１は、本実施形態の内視鏡対物光学系の具体的な構成を示す断面図と、プリズムの具体的な構成を示す断面図である。図１（ａ）は内視鏡対物光学系の広角端における断面図、図１（ｂ）は内視鏡対物光学系の望遠端における断面図、（ｃ）はプリズムの断面図である。
　内視鏡対物光学系は、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、で構成されている。第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に、明るさ絞りＳが配置されている。より詳しくは、明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に位置する面の近傍に配置されている。
　第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の第１レンズＬ１と、負の第２レンズＬ２と、正の第３レンズＬ３と、負の第４レンズＬ４と、正の第５レンズＬ５と、正の第６レンズＬ６と、を有している。第２レンズＬ２と第３レンズＬ３は接合され、接合レンズＣＬ１を構成している。第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は接合され、接合レンズＣＬ２を構成している。
　第２レンズ群Ｇ２は、正の第７レンズＬ７と、負の第８レンズＬ８と、を有している。第７レンズＬ７と第８レンズＬ８は接合され、接合レンズＣＬ３を構成している。
　第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、負の第９レンズＬ９と、正の第１０レンズＬ１０と、負の第１１レンズＬ１１と、を有している。第１０レンズＬ１０と第１１レンズＬ１１は接合され、接合レンズＣＬ４を構成している。
　第２レンズ群Ｇ２が移動することで、変倍が行われる。広角端から望遠端への変倍時、第２レンズ群Ｇ２は物体側に移動する。広角端では遠距離物体に合焦しているので、通常観察ができる。望遠端では近距離物体に合焦しているので、拡大観察ができる。明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２と共に移動する。
　第３レンズ群Ｇ３の像側には、プリズムＰが配置されている。プリズムＰの像側には、撮像素子（不図示）が配置されている。プリズムＰの像側面は、像面Ｉになっている。撮像素子の撮像面は、プリズムＰの像側面と一致している。
　撮像素子にカバーガラスが設けられている場合、プリズムＰの像側にカバーガラスが位置する。そして、カバーガラスの像側面が像面Ｉになる。よって、この場合、プリズムＰの厚みは、カバーガラスの厚みを考慮して決まる。
　図１（ｃ）に示すように、プリズムＰは、第１のプリズムＰ１と、第２のプリズムＰ２と、で形成されている。第１のプリズムＰ１と第２のプリズムＰ２は、例えば、接合剤で接合されている。
　内視鏡対物光学系から出射した光は、光軸ＡＸに沿って、第１のプリズムＰ１に入射する。第１のプリズムＰ１に入射した光のうち、一部の光は接合面で反射され、光路Ａに沿って進む。残りの光は接合面を通過して、光路Ｂに沿って進む。このように、プリズムＰでは、２つの光路が形成される。
　光路Ａを進む光は、１／４波長板ＷＬを通過して、反射素子ＲＥＦに到達する。反射素子ＲＥＦに到達した光は、反射面Ｒｓ１で反射される。反射された光は、１／４波長板ＷＬ、第１のプリズムＰ１、接合面、第２のプリズムＰ２、及び平行平板ＧＣを通過して、像面Ｉに到達する。
　光路Ｂを進む光は、第２のプリズムＰ２の反射面Ｒｓ２に到達する。反射面Ｒｓ２に到達した光は、反射面Ｒｓ２で反射される。反射された光は、第２のプリズムＰ２と平行平板ＧＣを通過して、像面Ｉに到達する。
　像面Ｉの位置には、撮像素子ＩＭの撮像面が位置している。撮像面に対して、光路Ａの位置と光路Ｂの位置とが、並列に形成されている。よって、撮像面には、２つの光学像が並列に形成される。また、光路Ａの長さと光路Ｂの長さは、異なっている。よって、撮像面には、ピント位置が異なる２つの光学像が形成される。２つの光学像は、撮像素子ＩＭで撮像される。
　撮像素子ＩＭによる撮像で、２つの光学像の画像を取得できる。２つの画像を合成することで、焦点深度の深い画像が得られる。
　本実施形態の内視鏡対物光学系は、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
　４＜ｆ3／ｆw＜２４　　　（２）
　ここで、
　ｆ3は、第３レンズ群の焦点距離、
　ｆwは、広角端における内視鏡対物光学系の焦点距離、
である。
　バックフォーカスの十分な確保には、特に第３レンズ群の焦点距離が大きく寄与する。よって、第３レンズ群の焦点距離を適切にすることが重要になる。
　値が条件式（２）の下限値を下回る場合、第３レンズ群の屈折力が大きくなる。そのため、バックフォーカスが、十分に確保できなくなってしまう。
　値が条件式（２）の上限値を上回る場合、バックフォーカスが必要以上に長くなる。そのため、広角端での光学系の全長が長くなる。
　条件式（２）に代えて、以下の条件式（２'）を満足することが好ましい。
　４．８＜ｆ3／ｆw＜１６　　　（２'）
　条件式（２）に代えて、以下の条件式（２''）を満足することが好ましい。
　５．５＜ｆ3／ｆw＜８　　　（２''）
　本実施形態の内視鏡対物光学系は、以下の条件式（３）、（４）を満足することが好ましい。
　１＜｜ｆ1／ｆ3｜＜２０　　　（３）
　１＜｜ｆ1／ｆ2｜＜１４　　　（４）
　ここで、
　ｆ1は、第１レンズ群の焦点距離、
　ｆ2は、第２レンズ群の焦点距離、
　ｆ3は、第３レンズ群の焦点距離、
である。
　第１レンズ群で大きく発生した諸収差は、第２レンズ群と第３レンズ群で補正することになる。特に、第１レンズ群では、色収差が大きく発生する。そのため、軸上色収差に関しては、第１レンズ群の屈折力、第２レンズ群の屈折力、及び第３レンズ群の屈折力を適切に規定することが重要となる。
　値が条件式（３）の下限値と条件式（４）の下限値を共に下回る場合、軸上色収差が十分に補正できない。そのため、結像性能が悪化する。
　値が条件式（３）の上限値と条件式（４）の上限値を共に上回る場合、軸上色収差の補正が過剰になる。更に、軸上色収差以外の収差については、補正バランスが悪くなる。
　条件式（３）に代えて、以下の条件式（３'）を満足することが好ましい。
　２＜｜ｆ1／ｆ3｜＜１０　　　（３'）
　条件式（３）に代えて、以下の条件式（３''）を満足することが好ましい。
　３＜｜ｆ1／ｆ3｜＜８　　　（３''）
　条件式（４）に代えて、以下の条件式（４'）を満足することが好ましい。
　２＜｜ｆ1／ｆ2｜＜７　　　（４'）
　条件式（４）に代えて、以下の条件式（４''）を満足することが好ましい。
　３＜｜ｆ1／ｆ2｜＜５　　　（４''）
　本実施形態の内視鏡対物光学系では、第１レンズ群は、少なくとも２つの接合レンズを含むことが好ましい。
　第１レンズ群では、特に最も物体側に位置するレンズにより、大きな倍率色収差が発生する。第３レンズ群では、軸外光線の高さが高いので、第１レンズ群で発生した倍率色収差を、第３レンズ群で補正すれば良い。第１レンズ群で発生した倍率色収差が大きい場合、収差を良好に補正するためには、第３レンズ群の屈折力を大きくする必要がある。
　しかしながら、バックフォーカスが長い光学系では、第３レンズ群の屈折力を大きくすると、第３レンズ群の外径が大きくなる。よって、第３レンズ群の屈折力を大きくすることは好ましくない。
　そこで、本実施形態の内視鏡対物光学系では、第１レンズ群内に、少なくとも２つの接合レンズを配置している。このようにすると、１つの接合レンズを倍率色収差の補正に用い、もう一つの接合レンズを、倍率色収差の補正、非点収差の補正、及びコマ収差の補正に用いることができる。その結果、最も物体側に位置するレンズで発生した倍率色収差を良好に補正しつつ、他の収差も良好に補正できる。
　本実施形態の内視鏡対物光学系では、第１レンズ群は、第１接合レンズと、第２接合レンズと、を有し、第１接合レンズは、最も物体側に位置し、第２接合レンズは、最も像側に位置し、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
　０．２＜｜ｆc2／ｆc1｜＜６．０　　（５）
　ここで、
　ｆc1は、第１接合レンズの焦点距離、
　ｆc2は、第２接合レンズの焦点距離、
である。
　第１接合レンズは、第１レンズ群に含まれる接合レンズの中で、最も物体側に位置する接合レンズである。第２接合レンズは、第１レンズ群に含まれる接合レンズの中で、最も像側に位置する接合レンズである。よって、第１接合レンズの物体側や、第２接合レンズの像側に、単レンズが配置されていても良い。
　値が条件式（５）の下限値を下回る場合、倍率色収差の補正が過剰になる。値が条件式（５）の上限値を上回る場合、倍率色収差を十分に補正できない。
　条件式（５）に代えて、以下の条件式（５'）を満足することが好ましい。
　０．６＜｜ｆ1c1／ｆ1c2｜＜４．６　　　（５'）
　条件式（５）に代えて、以下の条件式（５''）を満足することが好ましい。
　１．４＜｜ｆ1c1／ｆ1c2｜＜３．０　　　（５''）
　本実施形態の内視鏡対物光学系は、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
　２＜ｆ3／ｆt＜２０　　　（６）
　ここで、
　ｆ3は、第３レンズ群の焦点距離、
　ｆtは、望遠端における内視鏡対物光学系の焦点距離、
である。
　本実施形態の内視鏡対物光学系では、第２レンズ群が移動することで、光学系全体の焦点距離が変化する。これにより、望遠端での結像性能、すなわち、拡大観察時の結像性能の向上を図っている。
　ただし、望遠端での光学系全体の焦点距離が適切でないと、広角端における光学系の全長やバックフォーカスを、望遠端でも維持することが困難になる。無理に維持しようとすると、収差が悪化する。
　値が条件式（６）の下限値を下回る場合、第３レンズ群の屈折力が大きくなる。そのため、バックフォーカスを十分に確保できない。値が条件式（６）の上限値を上回る場合、バックフォーカスが必要以上に長くなる。そのため、光学系の全長が長くなる。
　条件式（６）に代えて、以下の条件式（６'）を満足することが好ましい。
　３＜ｆ3／ｆt＜１５　　　（６'）
　条件式（６）に代えて、以下の条件式（６''）を満足することが好ましい。
　４＜ｆ3／ｆt＜７　　　（６''）
　本実施形態の内視鏡対物光学系は、以下の条件式（７）、（８）を満足することが好ましい。
　ｆ1／ｆw＜－３　　　（７）
　ｆ1／ｆt＜－２　　　（８）
　ここで、
　ｆ1は、第１レンズ群の焦点距離、
　ｆwは、広角端における内視鏡対物光学系の焦点距離、
　ｆtは、望遠端における内視鏡対物光学系の焦点距離、
である。
　焦点距離が変化することで、光学系の倍率が変化する。望遠端での倍率を高めると、拡大観察が容易になる。望遠端での倍率を高めるためには、第２レンズ群の屈折力を大きくすれば良い。
　しかしながら、第２レンズ群の屈折力を大きくすると、諸収差の補正が困難になる。また、第２レンズ群における倍率感度が高くなる。この場合、例えば、変倍操作における操作性への影響が無視できなくなる。
　光学系の倍率の変化には、第１レンズ群が関与している。そこで、第２レンズ群の屈折力は変えずに、第１レンズ群の屈折力を小さくする。このようにすると、第２レンズ群の屈折力が、相対的に大きくなる。その結果、望遠端での倍率を高められる。
　また、第２レンズ群の屈折力は変っていないので、諸収差の良好な補正と、変倍操作における良好な操作性を維持できる。
　値が条件式（７）の上限値と条件式（８）の上限値を共に上回る場合、第１レンズ群の屈折力が大きくなる。そのため、第１レンズ群内における収差の発生量が大きくなる。
　また、この場合、第２レンズ群の屈折力に対して、第１レンズ群の屈折力が小さくならないので、望遠端での倍率が高められない。望遠端での倍率を高めるためには、第２レンズ群の移動量を大きくしなくてはならない。
　しかしながら、第２レンズ群の移動量を大きくすると、第１レンズ群で発生した大きな収差が、第２レンズ群で更に拡大されてしまう。このように、第２レンズ群の移動量を大きくできないので、望遠端での倍率を高められない。
　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。
　ｆ1／ｆw＜－６　　　（７'）
　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。
　ｆ1／ｆw＜－１２　　　（7''）
　条件式（８）に代えて、以下の条件式（８'）を満足することが好ましい。
　ｆ1／ｆt＜－４　　　（８'）
　条件式（８）に代えて、以下の条件式（８''）を満足することが好ましい。
　ｆ1／ｆt＜－８　　　（８''）
　本実施形態の内視鏡対物光学系では、第３レンズ群は、負のメニスカスレンズと、第３接合レンズと、からなることが好ましい。
　バックフォーカスの長い光学系では、第３レンズ群におけるレンズの枚数やレンズの配置は限られてしまう。そのため、第３レンズ群では、少ない枚数のレンズを適切に配置することで、高い結像性能を出さなければならない。
　本実施形態の内視鏡対物光学系では、負のメニスカスレンズで、コマ収差と軸上色収差を補正し、第３接合レンズで、倍率の色収差を補正している。このようにすることで、少ない枚数のレンズで、高い結像性能を維持できる。
　本実施形態の内視鏡対物光学系は、以下の条件式（９）を満足することが好ましい。
　０．４＜｜ｆ3M／ｆc3｜＜４．０　　　（９）
　ここで、
　ｆ3Mは、負のメニスカスレンズの焦点距離、
　ｆc3は、第３接合レンズの焦点距離、
である。
　値が条件式（９）の下限値を下回る場合、負のメニスカスレンズの屈折力が大きくなる。そのため、コマ収差の補正が過剰になり、倍率色収差の補正が不足する。値が条件式（９）の上限値を上回る場合、負のメニスカスレンズの屈折力が小さくなる。そのため、コマ収差の補正が不足し、倍率色収差の補正が過剰になる。
　条件式（９）に代えて、以下の条件式（９'）を満足することが好ましい。
　０．７＜｜ｆ3M／ｆ3S｜＜３．０　　　（９'）
　条件式（９）に代えて、以下の条件式（９''）を満足することが好ましい。
　０．９＜｜ｆ3M／ｆ3S｜＜１．６　　　（９''）
　以下に、対物光学系の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
　各実施例のレンズ断面図について説明する。（ａ）は広角端における断面図、（ｂ）は望遠端における断面図である。
　第１レンズ群はＧ１、第２レンズ群はＧ２、第３レンズ群はＧ３、明るさ絞りはＳ、プリズムはＰ、像面（撮像面）はＩで示してある。
　各実施例の収差図について説明する。収差図は、広角端における収差図、望遠端における収差図の順に示している。広角端における収差図と望遠端における収差図のどちらにおいても、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）は、それぞれ、（ａ）は球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。
　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、及び倍率色収差については、収差量の単位はｍｍである。また、歪曲収差については、収差量の単位は％である。また、ＦＮＯはＦナンバー、ＦＩＹは像高で、単位はｍｍ（ミリメートル）、である。また、収差曲線の波長の単位はｎｍである。
（実施例１）
　実施例１に係る内視鏡対物光学系について説明する。実施例１の内視鏡対物光学系は、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、を有する。
　第１レンズ群Ｇ１は、物体側が平面である平凹負レンズＬ１と、両凹負レンズＬ２と、両凸正レンズＬ３と、両凹負レンズＬ４と、両凸正レンズＬ５と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、を有する。ここで、両凹負レンズＬ２と両凸正レンズＬ３とで、接合レンズを形成している。両凹負レンズＬ４と両凸正レンズＬ５とで、接合レンズを形成している。
　第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズＬ７と、像側が平面である平凹負レンズＬ８と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ７と平凹負レンズＬ８とで、接合レンズを形成している。
　第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９と、両凸正レンズＬ１０と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ１０と負メニスカスレンズＬ１１とで、接合レンズを形成している。
　明るさ絞りＳは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に配置されている。より詳しくは、明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に位置する面の近傍に配置されている。
　変倍時、第２レンズ群Ｇ２が移動する。広角端から望遠端への変倍時、第２レンズ群Ｇ２は物体側に移動する。広角端では遠距離物体に合焦しているので、通常観察ができる。望遠端では近距離物体に合焦しているので、拡大観察ができる。明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２と共に移動する。
　第３レンズ群Ｇ３の像側には、プリズムＰが配置されている。
（実施例２）
　実施例２に係る内視鏡対物光学系について説明する。実施例２の内視鏡対物光学系は、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、を有する。
　第１レンズ群Ｇ１は、物体側が平面である平凹負レンズＬ１と、物体側が平面である平凹負レンズＬ２と、両凹負レンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、を有する。ここで、両凹負レンズＬ３と両凸正レンズＬ４とで、接合レンズを形成している。正メニスカスレンズＬ５と負メニスカスレンズＬ６とで、接合レンズを形成している。
　第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズＬ７と、像側が平面である平凹負レンズＬ８と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ７と平凹負レンズＬ８とで、接合レンズを形成している。
　第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９と、両凸正レンズＬ１０と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ１０と負メニスカスレンズＬ１１とで、接合レンズを形成している。
　明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に配置されている。より詳しくは、明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２の最も像側に位置する面の近傍に配置されている。
　変倍時、第２レンズ群Ｇ２が移動する。広角端から望遠端への変倍時、第２レンズ群Ｇ２は物体側に移動する。広角端では遠距離物体に合焦しているので、通常観察ができる。望遠端では近距離物体に合焦しているので、拡大観察ができる。明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２と共に移動する。
　第３レンズ群Ｇ３の像側には、プリズムＰが配置されている。
（実施例３）
　実施例３に係る内視鏡対物光学系について説明する。実施例３の内視鏡対物光学系は、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、を有する。
　第１レンズ群Ｇ１は、物体側が平面である平凹負レンズＬ１と、両凹負レンズＬ２と、両凸正レンズＬ３と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５と、を有する。ここで、両凹負レンズＬ２と両凸正レンズＬ３とで、接合レンズを形成している。正メニスカスレンズＬ４と負メニスカスレンズＬ５とで、接合レンズを形成している。
　第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズＬ６と、両凹負レンズＬ７と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ６と両凹負レンズＬ７とで、接合レンズを形成している。
　第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ９と負メニスカスレンズＬ１０とで、接合レンズを形成している。
　明るさ絞りＳは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に配置されている。より詳しくは、明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に位置する面の近傍に配置されている。
　変倍時、第２レンズ群Ｇ２が移動する。広角端から望遠端への変倍時、第２レンズ群Ｇ２は物体側に移動する。広角端では遠距離物体に合焦しているので、通常観察ができる。望遠端では近距離物体に合焦しているので、拡大観察ができる。明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２と共に移動する。
　第３レンズ群Ｇ３の像側には、プリズムＰが配置されている。
（実施例４）
　実施例４に係る内視鏡対物光学系について説明する。実施例４の内視鏡対物光学系は、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、を有する。
　第１レンズ群Ｇ１は、物体側が平面である平凹負レンズＬ１と、両凹負レンズＬ２と、両凸正レンズＬ３と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５と、を有する。ここで、両凹負レンズＬ２と両凸正レンズＬ３とで、接合レンズを形成している。正メニスカスレンズＬ４と負メニスカスレンズＬ５とで、接合レンズを形成している。
　第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズＬ６と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ６と負メニスカスレンズＬ７とで、接合レンズを形成している。
　第３レンズ群Ｇ３は、両凹負レンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、物体側が平面である平凸正レンズＬ１１と、を有する。ここで、両凸正レンズＬ９と負メニスカスレンズＬ１０とで、接合レンズを形成している。
　明るさ絞りＳは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に配置されている。より詳しくは、明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に位置する面の近傍に配置されている。
　変倍時、第２レンズ群Ｇ２が移動する。広角端から望遠端への変倍時、第２レンズ群Ｇ２は物体側に移動する。広角端では遠距離物体に合焦しているので、通常観察ができる。望遠端では近距離物体に合焦しているので、拡大観察ができる。明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２と共に移動する。
　第３レンズ群Ｇ３の像側には、プリズムＰが配置されている。
　以下に、上記各実施例の数値データを示す。面データにおいて、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｄは各レンズのｄ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数である。絞りは明るさ絞りである。
　ズームデータにおいて、ＷＥは広角端、ＴＥは望遠端、ｆはｄ線における焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ＩＨは像高である。
数値実施例１
単位  ｍｍ
 
面データ
面番号     r          d          nd       νd
物体面    ∞        可変
1         ∞        0.307     1.88300    40.76
2        1.3507     0.7487
3       -5.3426     0.307     1.88300    40.76
4        2.1305     1.1027    1.48749    70.23
5       -2.5097     0.3947
6       -7.6146     0.3688    1.88300    40.76
7        1.7945     1.1137    1.80518    25.42
8       -4.539      0.6058
9       -3.721      0.5702    1.48749    70.23
10      -2.1761     可変
11(絞り)  ∞        0
12       2.4496     0.4386    1.48749    70.23
13      -3.239      0.2807    1.74077    27.79
14        ∞        可変
15       4.5474     0.2807    1.81600    46.62
16       1.5642     0.1986
17       2.139      1.2632    1.51742    52.43
18      -1.4887     0.2807    1.95906    17.47
19      -1.9433     0.7334
20        ∞        5.2193    1.63854    55.38
21        ∞        0
像面      ∞
 
ズームデータ
            ＷＥ          ＴＥ
ｆ         0.97          1.11
Ｆｎｏ     3.999         4.509
ＩＨ       1.00
d0        17.5           1.75
d10        1.92279       0.6070
d14        0.21050       1.52629
数値実施例２
単位  ｍｍ
 
面データ
面番号     r          d          nd       νd
物体面    ∞        可変
1         ∞        0.3067    1.88300    40.76
2        1.2846     0.4908
3         ∞        0.3067    1.88300    40.76
4        2.8066     0.7535
5       -6.0044     0.2461    1.88300    40.76
6        2.0069     0.829     1.80518    25.42
7       -3.0353     1.25
8       -7.3199     0.5043    1.48749    70.23
9       -1.9686     0.2805    1.75500    52.32
10      -2.3069     可変
11       2.5702     0.4382    1.48749    70.23
12      -3.62       0.2805    1.74077    27.79
13        ∞        0.0222
14(絞り)  ∞        可変
15       3.7407     0.2805    1.88300    40.76
16       1.6285     0.2
17       2.2311     0.9938    1.51742    52.43
18      -1.8819     0.2805    1.95906    17.47
19      -2.327      0.7326
20        ∞        5.2147    1.63854    55.38
21        ∞        0
像面      ∞
 
ズームデータ
           ＷＥ           ＴＥ
ｆ        0.93           1.05
Ｆｎｏ    3.998          4.454
ＩＨ      1.00
d0       17.5            1.75
d10       1.53814        0.2235
d14       0.18400        1.49864
数値実施例３
単位  ｍｍ
 
面データ
面番号     r          d          nd       νd
物体面    ∞        可変
1         ∞        0.3681    1.88300    40.76
2        1.2615     1.2912
3       -2.2203     0.3205    1.88300    40.76
4        2.4126     1.0395    1.80518    25.42
5       -2.894      1.5151
6       -5.9112     0.6278    1.51633    64.14
7       -2.6222     0.3366    1.88300    40.76
8       -2.7053     可変
9(絞り)   ∞        0
10       2.6146     0.4196    1.48749    70.23
11      -3.4652     0.3366    1.74077    27.79
12     433.6892     可変
13      12.354      0.3366    1.48749    70.23
14       2.0603     0.2092
15       3.0328     0.9456    1.51742    52.43
16      -2.7662     0.3366    1.95906    17.47
17      -3.592      1.0222
18        ∞        6.2581    1.51633    64.14
19        ∞        0
像面      ∞
 
ズームデータ
            ＷＥ          ＴＥ
ｆ         1.18          1.35
Ｆｎｏ     4.668         5.144
ＩＨ       1.20
d0        20             2.1
d8         1.89287       0.31520
d12        0.25250       1.83017
数値実施例４
単位  ｍｍ
 
面データ
面番号     r          d          nd       νd
物体面    ∞        可変
1         ∞        0.31      1.88300    40.76
2        1.185      1.4966
3       -2.5987     0.2782    1.88300    40.76
4        1.8543     0.8726    1.80518    25.42
5       -3.1589     0.4373
6       -4.4343     0.5238    1.51633    64.14
7       -2.0077     0.2805    1.88300    40.76
8       -2.1264     可変
9(絞り)   ∞        0
10       2.2209     0.4113    1.48749    70.23
11      -2.6888     0.2805    1.74077    27.79
12     -16.1353     可変
13      -9.7228     0.2805    1.48749    70.23
14       1.9879     0.1414
15       2.9777     0.7659    1.51742    52.43
16      -1.6381     0.2805    1.95906    17.47
17      -2.4236     0.0542
18        ∞        0.2828    1.74400    44.78
19      -8.2626     0.6812
20        ∞        5.2147    1.63854    55.38
21        ∞        0
像面      ∞ 
 
ズームデータ
            ＷＥ          ＴＥ
ｆ         0.98          1.17
Ｆｎｏ     4.433         5.034
ＩＨ       1.00
d0        17.3           1.75
d8         1.57194       0.25730
d12        0.21030       1.52494
　各実施例における条件式の値を以下に掲げる。なお、－（ハイフン）は該当する構成がないことを示す。
                実施例１   実施例２   実施例３   実施例４
(1)(Lb×f3)
   /(Lf×f12)    3.0        3.6        5.0        4.5
(2)f3/fw         6.1        6.9        8.3        6.7
(3)|f1/f3|       4.0        2.6        1.0        0.9
(4)|f1/f2|       3.0        2.1        1.1        1.0
(5)|fc2/fc1|     2.7        0.8        0.6        0.5
(6)f3/ft         5.4        6.1        7.3        5.6
(7)f1/fw       -24.7      -18.3       -8.3       -6.1
(8)f1/ft       -21.7      -16.2       -7.2       -5.1
(9)|f3M/fc3|     1.2        1.3        1.4         -
　パラメータの値を以下に掲げる。
           実施例１  実施例２  実施例３  実施例４
Lb          7.98      7.70      9.11      7.70
f3          5.93      6.46      9.85      6.55
Lf          8.37      7.43      8.40      6.67
f12         1.91      1.87      2.12      1.70
fw          0.97      0.93      1.18      0.98
f1        -23.96    -17.07     -9.77     -5.90
f2          7.97      8.09      8.65      5.77
fc1        -9.51      9.39    -15.19    -14.52
fc2        25.87      7.15      8.37      6.92
ft          1.11      1.05      1.35      1.17
f3M        -3.05     -3.48     -5.13     -3.36
fc3         2.51      2.63      3.77      3.41
　以上のように、本発明は、バックフォーカスが長く、フォーカシング可能で、且つ、諸収差が良好に補正された内視鏡対物光学系に適している。
　Ｇ１　第１レンズ群
　Ｇ２　第２レンズ群
　Ｇ３　第３レンズ群
　Ｌ１～Ｌ１１　レンズ
　ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＣＬ４　接合レンズ
　Ｓ　明るさ絞り
　Ｉ　像面
　ＡＸ　光軸
　Ｐ、Ｐ１、Ｐ２　プリズム
　Ａ、Ｂ　光路
　ＷＬ　１／４波長板
　ＲＥＦ　反射素子
　Ｒｓ１、Ｒｓ２　反射面
　ＩＭ　撮像素子
　ＧＣ　平行平板

Claims (9)

  1. 　物体側から順に、
    　負屈折力の第１レンズ群と、
    　正屈折力の第２レンズ群と、
    　正屈折力の第３レンズ群と、からなり、
    　前記第２レンズ群は明るさ絞りを有すると共に、変倍時に移動し、
    　以下の条件式（１）を満足することを特徴とする内視鏡対物光学系。
    　１＜（Ｌb×ｆ3）／（Ｌf×ｆ12）＜９　　　（１）
    　ここで、
    　Ｌbは、前記第３レンズ群の最も物体側の面から像面までの距離、
    　ｆ3は、前記第３レンズ群の焦点距離、
    　Ｌfは、前記第１レンズ群の最も物体側の面から前記第３レンズ群の最も物体側の面までの距離、
    　ｆ12は、広角端における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の合成焦点距離、
    である。
  2. 　以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
    　４＜ｆ3／ｆw＜２４　　　（２）
    　ここで、
    　ｆ3は、前記第３レンズ群の焦点距離、
    　ｆwは、広角端における前記内視鏡対物光学系の焦点距離、
    である。
  3. 　以下の条件式（３）、（４）を満足することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
    　１＜｜ｆ1／ｆ3｜＜２０　　　（３）
    　１＜｜ｆ1／ｆ2｜＜１４　　　（４）
    　ここで、
    　ｆ1は、前記第１レンズ群の焦点距離、
    　ｆ2は、前記第２レンズ群の焦点距離、
    　ｆ3は、前記第３レンズ群の焦点距離、
    である。
  4. 　前記第１レンズ群は、少なくとも２つの接合レンズを含むことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
  5. 　前記第１レンズ群は、第１接合レンズと、第２接合レンズと、を有し、
    　前記第１接合レンズは、最も物体側に位置し、
    　前記第２接合レンズは、最も像側に位置し、
    　以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項４に記載の内視鏡対物光学系。
    　０．２＜｜ｆc2／ｆc1｜＜６．０　　（５）
    　ここで、
    　ｆc1は、前記第１接合レンズの焦点距離、
    　ｆc2は、前記第２接合レンズの焦点距離、
    である。
  6. 　以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
    　２＜ｆ3／ｆt＜２０　　　（６）
    　ここで、
    　ｆ3は、前記第３レンズ群の焦点距離、
    　ｆtは、望遠端における前記内視鏡対物光学系の焦点距離、
    である。
  7. 　以下の条件式（７）、（８）を満足することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
    　ｆ1／ｆw＜－３　　　（７）
    　ｆ1／ｆt＜－２　　　（８）
    　ここで、
    　ｆ1は、前記第１レンズ群の焦点距離、
    　ｆwは、広角端における前記内視鏡対物光学系の焦点距離、
    　ｆtは、望遠端における前記内視鏡対物光学系の焦点距離、
    である。
  8. 　前記第３レンズ群は、負のメニスカスレンズと、第３接合レンズと、からなることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
  9. 　以下の条件式（９）を満足することを特徴とする請求項８に記載の内視鏡対物光学系。
    　０．４＜｜ｆ3M／ｆc3｜＜４．０　　　（９）
    　ここで、
    　ｆ3Mは、前記負のメニスカスレンズの焦点距離、
    　ｆc3は、前記第３接合レンズの焦点距離、
    である。
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