WO2020208748A1 - 内視鏡対物光学系 - Google Patents

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WO2020208748A1
WO2020208748A1 PCT/JP2019/015648 JP2019015648W WO2020208748A1 WO 2020208748 A1 WO2020208748 A1 WO 2020208748A1 JP 2019015648 W JP2019015648 W JP 2019015648W WO 2020208748 A1 WO2020208748 A1 WO 2020208748A1
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lens
optical system
objective optical
positive
focal length
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PCT/JP2019/015648
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川上欣洋
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オリンパス株式会社
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    • 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
    • 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
    • G—PHYSICS
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    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/04—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having two components only
    • G02B9/06—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having two components only two + components
    • G02B9/08—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having two components only two + components arranged about a stop
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    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/60—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having five components only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/208—Filters for use with infrared or ultraviolet radiation, e.g. for separating visible light from infrared and/or ultraviolet radiation

Definitions

  • the present invention relates to an objective optical system.
  • it relates to an endoscopic objective optical system used in a medical field or an industrial field.
  • the endoscope is a device widely used in the medical field and the industrial field.
  • images of various parts in the body cavity can be obtained by an endoscope inserted into the body cavity.
  • the images obtained are used to diagnose the site of observation, such as screening and scrutiny, and treatment, such as treatment.
  • the endoscopic objective optical system secures a depth of field suitable for observation in the body cavity by appropriately setting the F number and focus position.
  • the endoscope ensure low invasiveness to the patient, improve the diagnostic accuracy, and improve the operability. From this point of view, it is required to improve the image quality of the observed image while reducing the size of the insertion portion at the tip of the endoscope.
  • JP-A-10-010425 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-258659 JP-A-5-150172 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-511132 International Publication No. 2016/208367 International Publication No. 2013/07739 International Publication No. 2018/042797
  • the permissible circle of confusion required for the optical system is also reduced.
  • the size of the permissible circle of confusion is strongly influenced by diffraction.
  • the size of the image sensor itself has become smaller. If the pixel pitch is reduced and the image sensor size is reduced while maintaining the number of pixels, asymmetry of the angle of view is likely to occur when the lens is eccentric in the direction perpendicular to the optical axis.
  • the optical axis and the center of the image sensor are often aligned when the endoscope objective optical system is assembled.
  • the alignment of the optical axis and the center of the image sensor must be performed with high accuracy.
  • barrel-shaped distortion is generated to increase the optical magnification of the central part of the image and distort the image of the peripheral part of the image. Therefore, if the lens position fluctuates in the optical axis direction due to a manufacturing error, the optical magnification fluctuates and the angle of view fluctuates.
  • the angle of view may be adjusted by moving the lens or mirror frame in the optical axis direction when assembling the optical system.
  • the angle of view must be adjusted with high accuracy because the manufacturing error sensitivity of the angle of view is high.
  • Manufacturing error sensitivity refers to the degree of contribution to optical performance such as variations in the angle of view and variations in the focus position due to misalignment of members when assembling an optical system.
  • a high angle of view manufacturing error sensitivity means that the positioning accuracy of a lens or the like has a large effect on the angle of view when assembling an optical system.
  • the endoscopic objective optical system described in Patent Document 1 is composed of a negative first lens, an aperture diaphragm, and a positive rear group.
  • a configuration has been proposed in which the thickness of the junction lens in the rear group is reduced and the total length of the lens is shortened.
  • the refractive power arrangement before and after the aperture stop is asymmetric, it is difficult to correct the aberration.
  • the angle of view is as narrow as about 120 °, which is not suitable for diagnosing the observation site.
  • the endoscopic objective optical system described in Patent Document 5 has an angle of view of about 130 to 140 °. Further, the endoscopic objective optical system described in Patent Document 6 has an angle of view of about 160 °.
  • the refractive power arrangements of the front group and the rear group are symmetrical with respect to the aperture diaphragm, and the correction of various aberrations is good.
  • the negative refractive power of the first lens is relatively large. Therefore, it is easily affected by performance deterioration due to manufacturing errors. However, the reduction of the influence of manufacturing errors has not been sufficiently considered.
  • the endoscopic objective optical system described in Patent Document 7 has a configuration in which a field lens is bonded to an image sensor to reduce the optical magnification. With this configuration, variations in the focus position during assembly of the optical system are suppressed.
  • Patent Document 7 does not disclose a device for reducing the manufacturing error sensitivity of angle-of-view variation and the manufacturing error sensitivity of angle-of-view asymmetry, which are problems in a wide-angle and compact endoscope objective optical system. .. Therefore, the endoscopic objective optical system described in Patent Document 7 cannot be applied as it is to a wide-angle and small endoscopic objective optical system.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and can be applied to a high-pixel image sensor with a wide-angle and compact configuration while suppressing performance deterioration due to manufacturing errors during optical system assembly. It is an object of the present invention to provide an endoscopic objective optical system.
  • the endoscopic objective optical system is used. From the object side, it is composed of only a positive front group, an aperture stop, and a positive rear group.
  • the front group has the most negative lens on the object side
  • the rear group has the most positive on the image side. It has the lens of, and satisfies the following conditional equations (1) and (2). -15.0 ⁇ ff / f1 ⁇ -3.8 ... (1) -1.70 ⁇ f1 / f ⁇ -0.95 ... (2)
  • ff is the focal length of a positive lens
  • f1 is the focal length of the negative lens
  • f is the focal length of the entire endoscope objective optical system, Is.
  • an endoscopic objective optical system capable of supporting a high-pixel image sensor with a wide-angle and compact configuration while suppressing performance deterioration due to manufacturing errors during assembly of the optical system.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the lens cross-sectional structure which shows the whole structure of the endoscope objective optical system which concerns on one Embodiment of this invention.
  • (A) is a figure which shows the lens cross-sectional structure of the endoscope objective optical system which concerns on Example 1 of this invention.
  • (B), (c), (d), and (e) are aberration diagrams showing spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) of Example 1, respectively.
  • SA spherical aberration
  • AS astigmatism
  • DT distortion
  • CC chromatic aberration of magnification
  • (B), (c), (d), and (e) are aberration diagrams showing spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) of Example 2, respectively.
  • Is. (A) is a figure which shows the lens cross-sectional structure of the endoscope objective optical system which concerns on Example 3 of this invention.
  • (B), (c), (d), and (e) are aberration diagrams showing spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) of Example 3, respectively.
  • Is. (A) is a figure which shows the lens cross-sectional structure of the endoscope objective optical system which concerns on Example 4 of this invention.
  • (B), (c), (d), and (e) are aberration diagrams showing spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) of Example 4, respectively.
  • Is. (A) is a figure which shows the lens cross-sectional structure of the endoscope objective optical system which concerns on Example 5 of this invention.
  • (B), (c), (d), and (e) are aberration diagrams showing spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) of Example 5, respectively.
  • Is. (A) is a figure which shows the lens cross-sectional structure of the endoscope objective optical system which concerns on Example 6 of this invention.
  • (B), (c), (d), and (e) are aberration diagrams showing spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) of Example 6, respectively.
  • FIG. 1 is a diagram showing a lens cross-sectional configuration of the endoscope objective optical system according to the embodiment.
  • Endoscopes generally need to observe a wide area. At the same time, the outer diameter of the lens on the most object side must be reduced. Therefore, in this embodiment, a retrofocus configuration is adopted.
  • the endoscopic objective optical system is composed of only a positive front group GF, an aperture diaphragm S, and a positive rear group GR in order from the object side, and the front group GF is the most.
  • the rear group GR has a negative lens L1 on the object side and a positive lens L5 on the most image side, and satisfies the following conditional equations (1) and (2). -15.0 ⁇ ff / f1 ⁇ -3.8 ... (1) -1.70 ⁇ f1 / f ⁇ -0.95 ... (2)
  • ff is the focal length of the positive lens L5
  • f1 is the focal length of the negative lens L1
  • f is the focal length of the entire endoscope objective optical system, Is.
  • the negative lens L1 is placed on the most object side of the front group GF to secure the negative refractive power required for the retrofocus configuration. Further, considering the aberration correction, it is desirable that the refractive power arrangement before and after the aperture stop S is symmetrical. Therefore, in the present embodiment, both the front group GF and the rear group GR are composed of positive refractive powers.
  • the optical axis and the center of the image sensor IMG must be aligned with high accuracy in order to suppress the asymmetry of the angle of view. Further, even if these adjustments are made with high accuracy, variations in the focus position and asymmetry of the angle of view occur due to curing shrinkage of the adhesive and the like.
  • the lens L5 having a positive refractive power is arranged on the most image side of the rear group GR.
  • the optical magnification is reduced when the positive lens L5 and the image sensor IMG move together. In this way, the manufacturing error sensitivity of the variation in the focus position and the asymmetry of the angle of view can be reduced.
  • the positive lens L5 has the function of a field lens.
  • the positive lens L5 of the rear group GR needs to correct various aberrations generated in the negative lens L1, particularly curvature of field, while considering the manufacturing error sensitivity of the variation in the focus position and the asymmetry of the angle of view. There is.
  • the negative lens L1 that forms the negative refractive power of retrofocus affects the error sensitivity of the angle of view. Therefore, it is desirable to satisfy the following conditional expression (1).
  • ff is the focal length of the positive lens L5
  • f1 is the focal length of the negative lens L1 Is.
  • Conditional expression (1) relates to the ratio of the focal length of the negative lens L1 to the focal length of the positive lens L5. If the upper limit of the conditional expression (1) is exceeded, the amount of aberration generated by the positive lens L5 becomes large, and the curvature of field deteriorates.
  • the refractive power of the positive lens L5 becomes small, and the manufacturing error sensitivity of the variation in the focus position and the asymmetry of the angle of view becomes high. Further, the amount of aberration generated by the negative lens L1 becomes large, the curvature of field deteriorates, or the manufacturing error sensitivity regarding the angle of view becomes high.
  • the refractive power of the negative lens L1 is appropriately set in order to reduce the outer diameter of the negative lens L1 and shorten the total length of the optical system while reducing the curvature of field and the manufacturing error sensitivity of the angle of view. Need to keep. Therefore, it is desirable to satisfy the following conditional expression (2).
  • f1 is the focal length of the negative lens
  • L1 f is the focal length of the entire endoscope objective optical system, Is.
  • Conditional expression (2) relates to the ratio of the focal length of the entire endoscope objective optical system to the focal length of the negative lens L1. If the upper limit of the conditional expression (2) is exceeded, the amount of aberration generated by the negative lens L1 becomes large, and the curvature of field and coma become worse.
  • the refractive power of the negative lens L1 becomes small and the light beam height of the negative lens L1 becomes high. Therefore, the outer diameter of the negative lens L1 is reduced and the total length of the optical system is reduced. It becomes difficult to shorten.
  • conditional expression (1') instead of the conditional expression (1).
  • conditional expression (1 ) instead of the conditional expression (1).
  • conditional expression (1 ) instead of the conditional expression (1).
  • conditional expression (1 ") instead of the conditional expression (1).
  • conditional expression (2) It is desirable to satisfy the following conditional expression (2') instead of the conditional expression (2). -1.6 ⁇ f1 / f ⁇ -1.0 ... (2') Further, it is desirable to satisfy the following conditional expression (2 ") instead of the conditional expression (2). -1.5 ⁇ f1 / f ⁇ -1.1 ... (2 ")
  • Conditional expression (3) relates to the ratio of the focal lengths of the front group GF and the rear group GR.
  • a lens having a strong negative refractive power is arranged in the front group GF.
  • conditional expression (3) 0.5 ⁇ gl / g2 ⁇ 1.0 ... (3')
  • conditional expression (3 ") instead of the conditional expression (3).
  • conditional expression (3) 0.6 ⁇ gl / g2 ⁇ 0.8 ... (3 ")
  • g1 is the focal length of the front group GF
  • f is the focal length of the entire endoscope objective optical system, Is.
  • Conditional expression (4) relates to the ratio of the focal length of the entire optical system to the focal length of the front group GF.
  • the negative refractive power of retrofocus is formed in the front group GF.
  • both the front group GF and the rear group GR have a positive refractive power with the aperture stop S in between. Therefore, the front group GF has a negative lens L1 and at least one or more positive lenses. It is necessary to appropriately set the refractive power of the front group GF in order to reduce the sensitivity of the manufacturing error of the lens in the front group GF and to reduce the outer diameter of the lens.
  • the refractive power of the front group GF becomes small, so that the total length of the optical system becomes large. Further, it becomes difficult to miniaturize the lens in the front group GF.
  • the manufacturing error sensitivity of the lens in the front group GF increases, and when the lens shifts in the optical axis direction or in the direction perpendicular to the optical axis AX, the angle of view variation and the image plane It becomes difficult to suppress the curvature.
  • conditional expression (4') instead of the conditional expression (4).
  • conditional expression (4 ) instead of the conditional expression (4).
  • conditional expression (4 ") instead of the conditional expression (4).
  • the focal length of the rear group GR satisfies the following conditional expression (5). 2.5 ⁇ g2 / f ⁇ 6.0 ... (5)
  • g2 is the focal length of the rear group GR
  • f is the focal length of the entire endoscope objective optical system, Is.
  • Conditional expression (5) relates to the ratio of the focal length of the entire endoscope objective optical system to the focal length of the rear group GR. If the upper limit of the conditional expression (5) is exceeded, the back focus becomes long and it becomes difficult to shorten the total length of the optical system.
  • conditional expression (5') instead of the conditional expression (5). 2.8 ⁇ g2 / f ⁇ 5.0 ... (5')
  • conditional expression (5 ′′) instead of the conditional expression (5). 3.0 ⁇ g2 / f ⁇ 4.0 ... (5 ")
  • the focal length of the positive lens L5 satisfies the following conditional expression (6). 4.0 ⁇ ff / f ⁇ 20.0 ... (6)
  • ff is the focal length of the positive lens L5
  • f is the focal length of the entire endoscope objective optical system, Is.
  • Conditional expression (6) relates to the ratio of the focal length of the entire endoscope objective optical system to the focal length of the positive lens L5.
  • the refractive power of the positive lens L5 of the rear group GR affects the amount of adjustment required for optical adjustment of the focus position and the asymmetry of the angle of view.
  • optical adjustment can be performed by moving the mirror frame including the positive lens L5 and the image sensor IMG in the optical axis AX direction or in the direction perpendicular to the optical axis AX. ..
  • the amount of adjustment of the focus position and the asymmetry of the angle of view becomes large, it is necessary to secure a sufficient clearance between the mirror frames to be adhesively fixed. Therefore, the displacement of the adhesive during curing and shrinkage is likely to occur due to the clearance.
  • conditional expression (6') instead of the conditional expression (6).
  • conditional expression (6') 4.5 ⁇ ff / f ⁇ 15.0 ...
  • conditional expression (6 ") instead of the conditional expression (6).
  • the positive lens L5 is joined to the cover glass CG or is arranged at a certain distance from the cover glass CG.
  • the positive lens L5 has the function of a field lens.
  • the focus position When assembling the optical system, the focus position will fluctuate due to manufacturing errors that occur within the component tolerances of the lens and mirror frame. Therefore, the lens is moved to adjust the focus position.
  • the asymmetry of the angle of view may be adjusted by moving the positive lens L5 in the direction perpendicular to the optical axis AX. Further, the asymmetry of the angle of view can be adjusted by arbitrarily changing the area of use of the image sensor IMG. A configuration in which both of these are combined and adjusted may be used.
  • the negative lens L1 has the configuration described below.
  • an endoscope when dirt, blood, or the like adheres to the lens surface and interferes with observation, the lens surface is cleaned by ejecting water from a nozzle provided at the tip of the endoscope.
  • the lens surface has a convex shape, it is difficult to remove dirt, and if the lens surface has a concave shape, water may collect on the lens surface.
  • the negative lens L1 has a plano-concave shape with a plane facing the object side.
  • a junction lens CL of a positive lens L3 and a negative lens L4 By arranging the bonded lens CL, it becomes easier to correct axial chromatic aberration and magnifying chromatic aberration.
  • an image sensor IMG is arranged near the image plane of the endoscope objective optical system.
  • a cover glass CG is provided to prevent the image pickup element IMG from being scratched or the like.
  • the positive lens L5 of the rear group GR is joined to the cover glass CG of the image sensor IMG, or is provided with a spacer or the like and arranged at a certain distance from the cover glass.
  • the above-mentioned endoscopic objective optical system may satisfy a plurality of configurations at the same time. By doing so, a more preferable configuration can be obtained in terms of performance or manufacturing. Moreover, the combination of preferable configurations is arbitrary. Further, for each conditional expression, only the upper limit value or the lower limit value of the numerical range of the more limited conditional expression may be limited.
  • FIG. 2A is a diagram showing a lens cross-sectional configuration of the endoscope objective optical system according to this embodiment.
  • the endoscopic objective optical system according to this embodiment is composed of only a positive front group GF, an aperture diaphragm S, and a positive rear group GR in order from the object side.
  • the front group GF has a flat concave and negative first lens L1 with a plane facing the object side, an infrared absorption filter F, and a biconvex and positive second lens L2 in order from the object side.
  • An aperture stop S is arranged between the front group GF and the rear group GR.
  • the rear group GR consists of a biconvex and positive third lens L3, a negative fourth meniscus lens L4 with a convex surface facing the image side, and a plano-convex positive third lens L4 with a plane facing the image side, in order from the object side. It has 5 lenses L5 and.
  • a cover glass CG is arranged on the image side of the rear group GF.
  • the fifth lens L5 is a field lens.
  • the object side of the infrared absorption filter F is coated with a YAG laser cut, and the image side is coated with a semiconductor laser cut.
  • the positive third lens L3 and the negative fourth meniscus lens L4 are joined to form a bonded lens CL. Further, the plane of the fifth lens L5, which is plano-convex and positive, is joined to the cover glass CG formed on the imaging surface I.
  • SA spherical aberration
  • AS astigmatism
  • DT distortion
  • CC chromatic aberration of magnification
  • FIG. 3A is a diagram showing a lens cross-sectional configuration of the endoscope objective optical system according to this embodiment.
  • the endoscopic objective optical system according to this embodiment is composed of only a positive front group GF, an aperture diaphragm S, and a positive rear group GR in order from the object side.
  • the front group GF has a flat concave first lens L1 with a plane facing the object side and a biconvex positive second lens L2 in order from the object side.
  • An aperture stop S is arranged between the front group GF and the rear group GR.
  • the rear group GF has an infrared absorption filter F, a biconvex positive third lens L3, a negative fourth meniscus lens L4 with a convex surface facing the image side, and a plane facing the image side, in order from the object side. It has a flat convex and positive fifth lens L5.
  • a cover glass CG is arranged on the image side of the rear group GF.
  • the fifth lens L5 is a field lens.
  • the object side of the infrared absorption filter F is coated with a YAG laser cut, and the image side is coated with a semiconductor laser cut.
  • the positive third lens L3 and the negative fourth meniscus lens L4 are joined to form a bonded lens CL. Further, the plane of the fifth lens L5, which is plano-convex and positive, is joined to the cover glass CG formed on the imaging surface I.
  • SA spherical aberration
  • AS astigmatism
  • DT distortion
  • CC chromatic aberration of magnification
  • FIG. 4A is a diagram showing a lens cross-sectional configuration of the endoscope objective optical system according to this embodiment.
  • the endoscopic objective optical system according to this embodiment is composed of only a positive front group GF, an aperture diaphragm S, and a positive rear group GR in order from the object side.
  • the front group GFs are, in order from the object side, a flat concave and negative first lens L1 with a plane facing the object side, an infrared absorption filter F, and a plano-convex positive second lens with a plane facing the object side. It has L2 and.
  • An aperture stop S is arranged between the front group GF and the rear group GR.
  • the rear group GR consists of a biconvex and positive third lens L3, a plano-concave and negative fourth lens L4 with a plane facing the image side, and a plano-convex and positive lens L4 with a plane facing the image side, in order from the object side. It has a fifth lens L5 of the above.
  • a cover glass CG is arranged on the image side of the rear group GR.
  • the fifth lens L5 is a field lens.
  • the object side of the infrared absorption filter F is coated with a YAG laser cut, and the image side is coated with a semiconductor laser cut.
  • the positive third lens L3 and the negative fourth lens L4 are joined to form a bonded lens CL. Further, the plane of the fifth lens L5, which is plano-convex and positive, is joined to the cover glass CG formed on the imaging surface I.
  • SA spherical aberration
  • AS astigmatism
  • DT distortion
  • CC chromatic aberration of magnification
  • FIG. 5A is a diagram showing a lens cross-sectional configuration of the endoscope objective optical system according to this embodiment.
  • the endoscopic objective optical system according to this embodiment is composed of only a positive front group GF, an aperture diaphragm S, and a positive rear group GR in order from the object side.
  • the front group GR has a flat concave and negative first lens L1 with a plane facing the object side, an infrared absorption filter F, and a biconvex and positive second lens L2 in order from the object side.
  • An aperture stop S is arranged between the front group GF and the rear group GR.
  • the rear group GR consists of a biconvex positive third lens L3, a plano-concave negative fourth lens L4 with a flat surface facing the image side, and a plano-convex positive fifth lens L5 with a flat surface facing the image side. And have.
  • a cover glass CG is arranged on the image side of the rear group GR.
  • the fifth lens L5 is a field lens.
  • the object side of the infrared absorption filter F is coated with a YAG laser cut, and the image side is coated with a semiconductor laser cut.
  • the positive third lens L3 and the negative fourth lens L4 are joined to form a bonded lens CL. Further, the plane of the fifth lens L5, which is plano-convex and positive, is joined to the cover glass CG formed on the imaging surface.
  • SA spherical aberration
  • AS astigmatism
  • DT distortion
  • CC chromatic aberration of magnification
  • FIG. 6A is a diagram showing a lens cross-sectional configuration of the endoscope objective optical system according to this embodiment.
  • the endoscopic objective optical system according to this embodiment is composed of only a positive front group GF, an aperture diaphragm S, and a positive rear group GR in order from the object side.
  • the front group GF has a flat and concave first lens L1 with a flat surface facing the object side, a positive second meniscus lens L2 with a convex surface facing the image side, and a flat surface facing the object side in order from the object side. It has a plano-convex and positive third lens L3.
  • An aperture stop S is arranged between the front group GF and the rear group GR.
  • the rear group GR includes an infrared absorption filter F, a biconvex positive fourth lens L4, a negative fifth meniscus lens L5 with a convex surface facing the image side, and a plano-convex positive lens L5 with a flat surface facing the image side. It has a sixth lens L6 and.
  • a cover glass CG is arranged on the image side of the rear group GR.
  • the sixth lens L6 is a field lens.
  • the object side of the infrared absorption filter F is coated with a YAG laser cut, and the image side is coated with a semiconductor laser cut.
  • the positive fourth lens L4 and the negative fifth meniscus lens L5 are joined to form a bonded lens CL.
  • the sixth lens L6 is arranged at a certain interval by providing a spacer between the sixth lens L6 and the cover glass CG formed on the imaging surface.
  • SA spherical aberration
  • AS astigmatism
  • DT distortion
  • CC chromatic aberration of magnification
  • FIG. 7A is a diagram showing a lens cross-sectional configuration of the endoscope objective optical system according to this embodiment.
  • the endoscopic objective optical system is composed of only a positive front group GF, an aperture diaphragm S, and a positive rear group GR in order from the object side.
  • the front group GFs are, in order from the object side, a plano-concave and negative first lens L1 with a plane facing the object side, a plano-convex and positive second lens L2 with a plane facing the image side, and an infrared absorption filter. It has F1 and a plano-convex positive third lens L3 with a plane facing the object side.
  • An aperture stop S is arranged between the front group GF and the rear group GR.
  • the rear group GR consists of a biconvex positive fourth lens L4, a plano-concave negative fifth lens L5 with a flat surface facing the image side, and a plano-convex positive sixth lens L6 with a flat surface facing the object side. And have.
  • a parallel flat plate F2 and a cover glass CG are arranged on the image side of the rear group GR.
  • the sixth lens L6 is a field lens.
  • the object side of the infrared absorption filter F1 is coated with a YAG laser cut, and the image side is coated with a semiconductor laser cut.
  • the positive fourth lens L4 and the negative fifth lens L5 are joined to form a bonded lens CL. Further, the parallel flat plate F2 is joined to the cover glass CG formed on the imaging surface I.
  • SA spherical aberration
  • AS astigmatism
  • DT distortion
  • CC chromatic aberration of magnification
  • the numerical data of each of the above examples is shown below.
  • the symbols are r is the radius of curvature (unit: mm), d is the distance between each lens surface (unit: mm), ne is the refractive index of the e-line of each lens, ⁇ d is the Abbe number of the d-line of each lens, and Fno is.
  • the F number and aperture are aperture apertures.
  • the image plane corresponds to the imaging plane.
  • Example 2 Example 3 (1) ff / f1 -7.94 -10.61 -3.86 (2) f1 / f -1.36 -0.95 -1.28 (3) g1 / g2 0.51 1.19 0.63 (4) g1 / f 2.03 3.34 2.32 (5) g2 / f 3.97 2.80 3.70 (6) ff / f 10.84 10.09 4.95 Conditional expression Example 4
  • Example 5 (1) ff / f1 -14.55 -7.56 -6.71 (2) f1 / f -1.18 -1.42 -1.20 (3) g1 / g2 0.39 0.69 0.65 (4) g1 / f 1.94 2.45 2.35 (5) g2 / f 4.96 3.54 3.64 (6) ff / f 17.12 10.74 8.02
  • the above-mentioned endoscopic objective optical system may satisfy a plurality of configurations at the same time. This is preferable for obtaining a good endoscopic objective optical system. Moreover, the combination of preferable configurations is arbitrary. Further, for each conditional expression, only the upper limit value or the lower limit value of the numerical range of the more limited conditional expression may be limited.
  • the present invention is useful for an endoscopic objective optical system capable of supporting a high-pixel image sensor with a wide-angle and compact configuration while suppressing performance deterioration due to manufacturing errors during assembly of the optical system. is there.

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Abstract

内視鏡対物光学系は、物体側から順に、正の前群と、開口絞りと、正の後群と、のみから構成され、前群は、最も物体側に負のレンズを有し、後群は、最も像側に正のレンズを有し、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする。　－１５．０＜ｆｆ／ｆ１＜－３．８　…（１）　－１．７０＜ｆ１／ｆ＜－０．９５　…（２）　ただし、　ｆｆは、正のレンズの焦点距離、　ｆ１は、負のレンズの焦点距離、　ｆは、内視鏡対物光学系全体の焦点距離、 である。

Description

内視鏡対物光学系
　本発明は、対物光学系に関するものである。特に医療用分野や工業用分野などで用いられる内視鏡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、体腔内の様々な部位の画像が得られる。取得した画像を用いて観察部位の診断、例えばスクリーニングと精査、及び処置、例えば治療が行われる。
　内視鏡対物光学系は、Ｆナンバーとピント位置を適切に設定することにより、体腔内の観察に適した被写界深度を確保している。また、内視鏡は、患者への低浸襲性を確保すること、診断精度を向上すること及び処置性を向上することが望ましい。この点から、内視鏡先端の挿入部を小型化しつつ観察画像の高画質化が求められている。
　小型な内視鏡対物光学系は、例えば以下の特許文献１から７に提案されている。
特開平１０－０１０４２５号公報 特開２００９－２５８６５９号公報 特開平５－１５０１７２号公報 特開２００６－５１１３２号公報 国際公開第２０１６／２０８３６７号 国際公開第２０１３／０７７１３９号 国際公開第２０１８／０４２７９７号
　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である。しかしながら、単純に画素数を増やすと撮像素子面における像高が大きくなってしまう。そのため、光学系も大きくなり、小型化が困難となる。そこで、撮像素子サイズを維持したまま、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採られることが多い。
　画素ピッチを小さくした場合、光学系に求められる許容錯乱円も小さくなる。許容錯乱円の大きさは、回折の影響を強く受ける。回折による画質劣化を回避するため、Ｆナンバーが小さく明るい光学系にする必要がある。一般的にＦナンバーが小さい光学系では、収差補正が困難である。従って、レンズ枚数を増やして光学系を構成すること等に起因して、光学系が大型化してしまう傾向にある。
　このように、撮像素子サイズを変えずに、画素ピッチを小さくする場合、単純には小型化と高画質化の両立を達成できない。さらに、許容錯乱円が小さくなること、及び光学系のＦナンバーが小さくなることにより、光学系の製造誤差に対して光学性能が劣化しやすくなってしまう。特に、ピント位置がばらつくと観察に適した被写界深度が十分に確保できなくなる。そのため、ピント位置調整を高精度で行う必要が生じる。
　さらに、近年では撮像素子サイズそのものが小型化している。画素数を維持したまま、画素ピッチを小さくして撮像素子サイズを小さくしていくと、レンズが光軸と垂直方向に偏心した際、画角の非対称性が発生しやすくなる。
　画角の非対称性が発生すると、先端レンズ面の入射角が大きくなり、レンズ面における光線の全反射によって画像周辺部にケラレが生じてしまう。そこで、画角の非対称性を抑制するため、内視鏡対物光学系の組立時に、光軸と撮像素子中心の位置合わせを行うことが多い。特に、１６０°程度の広角な内視鏡対物光学系では、光軸と撮像素子中心の位置合わせを高精度で行わなければならない。
　また、内視鏡対物光学系では、樽型のディストーションを発生させることで、画像中心部の光学倍率を上げて画像周辺部の像を歪ませている。そのため、製造誤差でレンズ位置が光軸方向にばらつくと、光学倍率が変動して画角のばらつきが発生してしまう。
　これを回避するため、光学系組立時に、レンズまたは鏡枠を光軸方向に移動することで、画角調整を行うことがある。特に、１６０°程度の広角な内視鏡対物光学系では、画角の製造誤差感度が高いため、画角調整を高精度で行わなければならない。「製造誤差感度」とは、光学系を組み立てる時、部材の位置ずれによる画角のばらつき、ピント位置のばらつき等の光学性能に寄与する度合いをいう。例えば画角の製造誤差感度が高いとは、光学系を組み立てる時、レンズ等の位置決め精度が画角に与える影響が大きいことをいう。
　さらに、光学性能が良好になることを目的として、光学系組立時に高精度に光学調整を行った場合でも、光学調整後の製造誤差、例えば、鏡枠を接着固定した際の接着剤の硬化収縮等によって光学性能が劣化してしまう問題がある。
　以上、述べたように、小型で高画質かつ広角な内視鏡対物光学系では、製造誤差による光学性能の劣化の低減が必要となる。
　特許文献１に記載の内視鏡対物光学系は、負の第１レンズと、開口絞りと、正の後群と、から構成される。後群の接合レンズ厚を小さくし、レンズ全長を短縮化した構成が提案されている。しかし、開口絞り前後の屈折力配置が非対称であるため、収差補正が困難な構成である。また、画角が１２０°程度と狭く、観察部位の診断には不向きである。
　特許文献２から４に記載の内視鏡対物光学系は、開口絞りを挟んで、前群と後群の屈折力の配置が対称であるため、諸収差の補正は良好である。しかし、特許文献２に記載の内視鏡対物光学系は、画角が１００°程度と狭く、観察部位の診断には十分とはいえない。また、特許文献３、４に記載の内視鏡対物光学系は、製造誤差の影響低減については考慮されていない。
　特許文献５に記載の内視鏡対物光学系は、画角が１３０～１４０°程度である。また、特許文献６に記載の内視鏡対物光学系は、画角が１６０°程度である。各々の光学系は、開口絞りを挟んで、前群と後群の屈折力配置が対称であり、諸収差の補正は良好である。しかし、小型化のために、負の第１レンズの屈折力を相対的に大きくした構成としている。そのため、製造誤差による性能劣化の影響を受けやすい。しかしながら、製造誤差の影響低減については、十分に考慮されていない。
　特許文献７に記載の内視鏡対物光学系は、撮像素子にフィールドレンズを接合して光学倍率を下げる構成を有する。この構成で、光学系組立時のピント位置のばらつきを抑制している。しかし、特許文献７には、広角で小型な内視鏡対物光学系において問題となる画角ばらつきの製造誤差感度の低減、画角の非対称性の製造誤差感度の低減に対する工夫は開示されていない。従って、特許文献７に記載の内視鏡対物光学系は、広角で小型な内視鏡対物光学系にはそのままでは適用できない。
　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、光学系組立時の製造誤差による性能劣化を抑制しながら、広角かつ小型の構成で、高画素の撮像素子にも対応可能な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、正の前群と、開口絞りと、正の後群と、のみから構成され、前群は、最も物体側に負のレンズを有し、後群は、最も像側に正のレンズを有し、以下の条件式（１）、（２）を満足する。
　－１５．０＜ｆｆ／ｆ１＜－３．８　　…（１）
　－１．７０＜ｆ１／ｆ＜－０．９５　　…（２）
　ただし、
　ｆｆは、正のレンズの焦点距離、
　ｆ１は、負のレンズの焦点距離、
　ｆは、内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
である。
　本発明によれば、光学系組立時の製造誤差による性能劣化を抑制しながら、広角かつ小型の構成で、高画素の撮像素子にも対応可能な内視鏡対物光学系を提供できる。
本発明の一実施形態に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す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。 （ａ）は、本発明の実施例４に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例４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５に係る内視鏡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５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６に係る内視鏡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６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。
　実施例の説明に先立ち、本発明のある態様に係る実施形態の作用効果を説明する。なお、本実施形態の作用効果を具体的に説明するに際しては、具体的な例を示して説明することになる。しかし、後述する実施例の場合と同様に、それらの例示される態様はあくまでも本発明に含まれる態様のうちの一部に過ぎず、その態様には数多くのバリエーションが存在する。したがって、本発明は例示される態様に限定されるものではない。
　図１は、実施形態に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。
　内視鏡は、一般的に広範囲の領域を観察する必要がある。同時に、最も物体側のレンズ外径を小さくしなければならない。そのため、本実施形態では、レトロフォーカス構成を採用している。
　本発明の実施形態に係る内視鏡対物光学系は、物体側から順に、正の前群ＧＦと、開口絞りＳと、正の後群ＧＲと、のみから構成され、前群ＧＦは、最も物体側に負のレンズＬ１を有し、後群ＧＲは、最も像側に正のレンズＬ５を有し、以下の条件式（１）、（２）を満足する。
　－１５．０＜ｆｆ／ｆ１＜－３．８　　…（１）
　－１．７０＜ｆ１／ｆ＜－０．９５　　…（２）
　ただし、
　ｆｆは、正のレンズＬ５の焦点距離、
　ｆ１は、負のレンズＬ１の焦点距離、
　ｆは、内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
である。
　前群ＧＦの最も物体側に、負のレンズ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。また、収差補正を考慮すると、開口絞りＳ前後の屈折力配置は対称であることが望ましい。そのため、本実施形態では、前群ＧＦ、後群ＧＲともに正の屈折力から構成されている。
　また、高画質化のため、撮像素子ＩＭＧの画素ピッチを小さくすると許容錯乱円も小さくなる。従って、観察に適した被写界深度を確保するためにピント位置合わせを高精度で行う必要がある。
　また、小型な撮像素子ＩＭＧを搭載した広角な内視鏡対物光学系では、画角の非対称性を抑制するため、光軸と撮像素子ＩＭＧの中心の位置合わせを高精度で行わなければならない。さらに、これらの調整を高精度に行っても、接着剤の硬化収縮等に伴ってピント位置のばらつきや画角の非対称性が発生してしまう。
　そこで、本実施形態では、後群ＧＲの最も像側に正の屈折力を有するレンズＬ５を配置する。これにより、正のレンズＬ５と撮像素子ＩＭＧが一緒に移動したときに光学倍率を小さくする。このようにして、ピント位置のばらつき、及び画角の非対称性の製造誤差感度を低減できる構成としている。正のレンズＬ５は、フィールドレンズの機能を有する。
　このとき、後群ＧＲの正のレンズＬ５は、ピント位置のばらつき及び画角の非対称性の製造誤差感度を考慮しつつ、負のレンズＬ１で発生する諸収差、特に像面湾曲を補正する必要がある。
　さらに、レトロフォーカスの負の屈折力を形成する負のレンズＬ１は、画角の誤差感度に影響を与える。そのため、以下の条件式（１）を満たすことが望ましい。
　－１５．０＜ｆｆ／ｆ１＜－３．８　　…（１）
　ただし、
　ｆｆは、正のレンズＬ５の焦点距離、
　ｆ１は、負のレンズＬ１の焦点距離、
である。
　条件式（１）は、負のレンズＬ１の焦点距離と正のレンズＬ５の焦点距離の比に関する。条件式（１）の上限値を上回ると、正のレンズＬ５の収差発生量が大きくなり、像面湾曲が悪化してしまう。
　条件式（１）の下限値を下回ると、正のレンズＬ５の屈折力が小さくなり、ピント位置のばらつき、及び画角の非対称性の製造誤差感度が高くなってしまう。さらに、負のレンズＬ１の収差発生量が大きくなり、像面湾曲が悪化するか、画角に関する製造誤差感度が高くなってしまう。
　また、像面湾曲、及び画角の製造誤差感度を低減しつつ、負のレンズＬ１の外径の小型化と光学系全長の短縮化のため、負のレンズＬ１の屈折力を適切に設定しておく必要がある。そのため、以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。
　－１．７０＜ｆ１／ｆ＜－０．９５　　…（２）
　ただし、
　ｆ１は、負のレンズＬ１の焦点距離、
　ｆは、内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
である。
　条件式（２）は、内視鏡対物光学系全体の焦点距離と負のレンズＬ１の焦点距離の比に関する。条件式（２）の上限値を上回ると、負のレンズＬ１の収差発生量が大きくなり、像面湾曲とコマ収差が悪化してしまう。
　条件式（２）の下限値を下回ると、負のレンズＬ１の屈折力が小さくなり、負のレンズＬ１の光線高が高くなるため、負のレンズＬ１の外径の小型化と光学系全長の短縮化が困難となる。
　なお、条件式（１）に代えて、以下の条件式（１’）を満たすことが望ましい。
　－１０．０＜ｆｆ／ｆ１＜－４．２　　…（１’）
　さらに、条件式（１）に代えて、以下の条件式（１”）を満たすことが望ましい。
　－８．０＜ｆｆ／ｆ１＜－４．７　　…（１”）
　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。
　－１．６＜ｆ１／ｆ＜－１．０　　…（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。
　－１．５＜ｆ１／ｆ＜－１．１　　…（２”）
　また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。
　０．３５＜ｇ１／ｇ２＜１．２０　…（３）
　ただし、
　ｇ１は、前群ＧＦの焦点距離、
　ｇ２は、後群ＧＲの焦点距離、
である。
　条件式（３）は、前群ＧＦと後群ＧＲの焦点距離の比に関する。レトロフォーカス構成を採用する内視鏡対物光学系では、前群ＧＦに強い負の屈折力を有するレンズを配置する。光学系全体の収差補正を考慮すると、開口絞りＳ前後の屈折力配置を制御する必要がある。
　条件式（３）の上限値を上回ると、像面がオーバー側に傾くとともに非点収差が悪化する。
　条件式（３）の下限値を下回ると、開口絞りＳ前後の対称性が崩れ、倍率色収差と像面湾曲を十分に補正できない。
　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。
　０．５＜ｇｌ／ｇ２＜１．０　　…（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。
　０．６＜ｇｌ／ｇ２＜０．８　　…（３”）
　また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（４）を満たすことが望ましい。
　１．２＜ｇ１／ｆ＜５．０　　…（４）
　ただし、
　ｇ１は、前群ＧＦの焦点距離、
　ｆは、内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
である。
　条件式（４）は、光学系全体の焦点距離と前群ＧＦの焦点距離の比に関する。本実施形態では、前群ＧＦにおいてレトロフォーカスの負の屈折力を形成している。さらに、開口絞りＳを挟んで前群ＧＦ、後群ＧＲともに正の屈折力を持つ構成としている。このため、前群ＧＦは、負のレンズＬ１と、少なくとも１枚以上の正レンズを有することになる。これら前群ＧＦ内のレンズの製造誤差の感度低減、及びレンズの外径の小型化のため、前群ＧＦの屈折力を適切に設定する必要がある。
　条件式（４）の上限値を上回ると、前群ＧＦの屈折力が小さくなるため、光学系の全長が大きくなってしまう。さらに、前群ＧＦ内のレンズの小型化が困難となる。
　条件式（４）の下限値を下回ると、前群ＧＦ内のレンズの製造誤差感度が高まり、レンズが光軸方向、または、光軸ＡＸと垂直方向にずれた際に画角ばらつきや像面湾曲の抑制が困難となる。
　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。
　１．５＜ｇ１／ｆ＜４．０　　…（４’）
　さらに、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。
　１．８＜ｇ１／ｆ＜３．０　　…（４”）
　また、本実施形態の好ましい態様によれば、後群ＧＲの焦点距離は以下の条件式（５）を満たすことが望ましい。
　２．５＜ｇ２／ｆ＜６．０　　…（５）
　ただし、
　ｇ２は、後群ＧＲの焦点距離、
　ｆは、内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
である。
　一般的に、光学系にレトロフォーカス構成を採用すると、バックフォーカスが長くなり、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、後群ＧＲの屈折力を適切に設定する必要がある。
　条件式（５）は、内視鏡対物光学系全体の焦点距離と後群ＧＲの焦点距離の比に関する。条件式（５）の上限値を上回ると、バックフォーカスが長くなり、光学系全長の短縮化が困難となる。
　条件式（５）の下限値を上回ると、バックフォーカスが短くなり過ぎて、ピント位置調整時の調整量が十分に確保できなくなる。
　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。
　２．８＜ｇ２／ｆ＜５．０　　…（５’）
　さらに、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。
　３．０＜ｇ２／ｆ＜４．０　　…（５”）
　また、本実施形態の好ましい態様によれば、正のレンズＬ５の焦点距離は以下の条件式（６）を満たすことが望ましい。
　４．０＜ｆｆ／ｆ＜２０．０　　…（６）
　ただし、
　ｆｆは、正のレンズＬ５の焦点距離、
　ｆは、内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
である。
　条件式（６）は、内視鏡対物光学系全体の焦点距離と正のレンズＬ５の焦点距離の比に関する。後群ＧＲの正のレンズＬ５の屈折力は、ピント位置、及び画角の非対称性の光学調整に必要な調整量に影響する。本実施形態によれば、例えば、正のレンズＬ５と撮像素子ＩＭＧを含んだ鏡枠を光軸ＡＸ方向、または、光軸ＡＸと垂直方向に移動することで光学調整を行うことが可能である。また、ピント位置、及び画角の非対称性の調整量が大きくなると、接着固定する鏡枠間のクリアランスを十分に確保する必要がある。このため、クリアランスの分だけ、接着剤の硬化収縮時の変位が発生しやすくなる。
　条件式（６）の上限値を上回ると、ピント位置のばらつき、及び画角の非対称性の製造誤差感度が高くなり、光学性能劣化の抑制が困難となる。
　条件式（６）の下限値を下回ると、ピント位置のばらつき、及び画角の非対称性の調整量が大きくなり過ぎてしまう。さらに、正のレンズＬ５の収差発生量が大きくなり、像面湾曲が悪化してしまう。
　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。
　４．５＜ｆｆ／ｆ＜１５．０　　…（６’）
　さらに、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。
　５．０＜ｆｆ／ｆ＜１０．０　　…（６”）
　また、本実施形態の好ましい態様によれば、正のレンズＬ５は、カバーガラスＣＧと接合されている、または、カバーガラスＣＧから一定の間隔を置いて配置されていることが望ましい。
　これにより、正のレンズＬ５と撮像素子ＩＭＧが一緒に移動したときに光学倍率を小さくする。このようにして、ピント位置のばらつき、及び画角の非対称性の製造誤差感度を低減できる構成としている。正のレンズＬ５は、フィールドレンズの機能を有する。
　また、本実施形態の好ましい態様によれば、開口絞りＳと正のレンズＬ５の間隔を変えて、ピント位置調整を行うことが望ましい。
　光学系の組立時には、レンズや鏡枠の部品公差の範囲内で生じる製造誤差のため、ピント位置がばらついてしまう。そこで、レンズを移動してピント位置調整を行う。本実施形態では、ピント位置調整は、開口絞りＳと正のレンズＬ５の間隔を変えて行うことが望ましい。これにより、移動量に対してピント位置の変化量が減り、組立時にピント位置が調整しやすくなる。さらに、接着剤の硬化収縮等による光学性能の劣化量を小さく抑えることが可能である。
　さらに、正のレンズＬ５を光軸ＡＸと垂直方向に移動することで、画角の非対称性を調整しても良い。また、画角の非対称性の調整は、撮像素子ＩＭＧの使用領域を任意に変えて切り出すことでも可能である。これら両方を組み合わせて調整する構成としても良い。
　また、負のレンズＬ１については、以下に述べる構成にすることが望ましい。内視鏡では、レンズ面に汚れや血液等が付着して観察に支障をきたす場合、内視鏡先端に設けられたノズルから水を射出することでレンズ面の洗浄を行う。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、凹形状の場合、レンズ面に水が溜まったりしてしまう。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。従って、負のレンズＬ１は、物体側に平面を向けた平凹形状であることが望ましい。
　また、本実施形態の好ましい態様によれば、正のレンズＬ３と負のレンズＬ４の接合レンズＣＬを有する構成が望ましい。接合レンズＣＬを配置することで、軸上色収差及び倍率色収差の補正がさらに容易となる。
　また、内視鏡対物光学系の像面近傍には撮像素子ＩＭＧが配置されている。撮像素子ＩＭＧの撮像面Ｉにおいては、撮像素子ＩＭＧにキズ等が入ることを防止するためのカバーガラスＣＧを設けている。上述したように、後群ＧＲの正のレンズＬ５は、撮像素子ＩＭＧのカバーガラスＣＧと接合するか、スペーサ等を設けてカバーガラスから一定の間隔を置いて配置する構成が望ましい。
　なお、上述の内視鏡対物光学系は、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、性能上または製造上から一層好ましい構成が得られる。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対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。
　本実施例に係る内視鏡対物光学系は、物体側から順に、正の前群ＧＦと、開口絞りＳと、正の後群ＧＲと、のみから構成される。
　前群ＧＦは、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹で負の第１レンズＬ１と、赤外吸収フィルタＦと、両凸で正の第２レンズＬ２と、を有する。前群ＧＦと後群ＧＲとの間に、開口絞りＳが配置されている。後群ＧＲは、物体側から順に、両凸で正の第３レンズＬ３と、像側に凸面を向けた負の第４メニスカスレンズＬ４と、像側に平面を向けた平凸で正の第５レンズＬ５と、を有する。後群ＧＦの像側には、カバーガラスＣＧが配置されている。第５レンズＬ５は、フィールドレンズである。
　また、赤外吸収フィルタＦの物体側に、ＹＡＧレーザーカットのコーティング、像側に半導体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３レンズＬ３と負の第４メニスカスレンズＬ４は接合されて、接合レンズＣＬを構成している。また、平凸で正の第５レンズＬ５の平面は、撮像面Ｉに形成されたカバーガラスＣＧに接合されている。
　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。
　これら諸収差図は、６５６．３ｎｍ（Ｃ線）、４８６．１ｎｍ（Ｆ線）及び５４６．１ｎｍ（ｅ線）の各波長について示している。以下、収差図に関しては、同じ波長について示す。
（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。図３（ａ）は、本実施例に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。
　本実施例に係る内視鏡対物光学系は、物体側から順に、正の前群ＧＦと、開口絞りＳと、正の後群ＧＲと、のみから構成される。
　前群ＧＦは、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹で負の第１レンズＬ１と、両凸で正の第２レンズＬ２と、を有する。前群ＧＦと後群ＧＲとの間に、開口絞りＳが配置されている。後群ＧＦは、物体側から順に、赤外吸収フィルタＦと、両凸で正の第３レンズＬ３と、像側に凸面を向けた負の第４メニスカスレンズＬ４と、像側に平面を向けた平凸で正の第５レンズＬ５と、を有する。後群ＧＦの像側には、カバーガラスＣＧが配置されている。第５レンズＬ５は、フィールドレンズである。
　また、赤外吸収フィルタＦの物体側に、ＹＡＧレーザーカットのコーティング、像側に半導体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３レンズＬ３と負の第４メニスカスレンズＬ４は接合されて、接合レンズＣＬを構成している。また、平凸で正の第５レンズＬ５の平面は、撮像面Ｉに形成されたカバーガラスＣＧに接合されている。
　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対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。
　本実施例に係る内視鏡対物光学系は、物体側から順に、正の前群ＧＦと、開口絞りＳと、正の後群ＧＲと、のみから構成される。
　前群ＧＦは、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹で負の第１レンズＬ１と、赤外吸収フィルタＦと、物体側に平面を向けた平凸で正の第２レンズＬ２と、を有する。前群ＧＦと後群ＧＲとの間に、開口絞りＳが配置されている。後群ＧＲは、物体側から順に、両凸で正の第３レンズＬ３と、像側に平面を向けた平凹で負の第４レンズＬ４と、像側に平面を向けた平凸で正の第５レンズＬ５と、を有する。後群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧが配置されている。第５レンズＬ５は、フィールドレンズである。
　また、赤外吸収フィルタＦの物体側に、ＹＡＧレーザーカットのコーティング、像側に半導体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３レンズＬ３と負の第４レンズＬ４は接合されて、接合レンズＣＬを構成している。また、平凸で正の第５レンズＬ５の平面は、撮像面Ｉに形成されたカバーガラスＣＧと接合されている。
　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。
（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。図５（ａ）は、本実施例に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。
　本実施例に係る内視鏡対物光学系は、物体側から順に、正の前群ＧＦと、開口絞りＳと、正の後群ＧＲと、のみから構成される。
　前群ＧＲは、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹で負の第１レンズＬ１と、赤外吸収フィルタＦと、両凸で正の第２レンズＬ２と、を有する。前群ＧＦと後群ＧＲとの間に、開口絞りＳが配置されている。後群ＧＲは、両凸で正の第３レンズＬ３と、像側に平面を向けた平凹で負の第４レンズＬ４と、像側に平面を向けた平凸で正の第５レンズＬ５と、を有する。後群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧ配置されている。第５レンズＬ５は、フィールドレンズである。
　また、赤外吸収フィルタＦの物体側に、ＹＡＧレーザーカットのコーティング、像側に半導体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３レンズＬ３と負の第４レンズＬ４は接合されて、接合レンズＣＬを構成している。また、平凸で正の第５レンズＬ５の平面は、撮像面に形成されたカバーガラスＣＧと接合されている。
　図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例４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５）
　実施例５に係る内視鏡対物光学系について説明する。図６（ａ）は、本実施例に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。
　本実施例に係る内視鏡対物光学系は、物体側から順に、正の前群ＧＦと、開口絞りＳと、正の後群ＧＲと、のみから構成される。
　前群ＧＦは、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹で負の第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、物体側に平面を向けた平凸で正の第３レンズＬ３と、を有する。前群ＧＦと後群ＧＲとの間に、開口絞りＳが配置されている。後群ＧＲは、赤外吸収フィルタＦと、両凸で正の第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、像側に平面を向けた平凸で正の第６レンズＬ６と、を有する。後群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧが配置されている。第６レンズＬ６は、フィールドレンズである。
　また、赤外吸収フィルタＦの物体側に、ＹＡＧレーザーカットのコーティング、像側に半導体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、接合レンズＣＬを構成している。また、第６レンズＬ６は、撮像面に形成されたカバーガラスＣＧとの間にスペーサを設けて一定の間隔を置いて配置されている。
　図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例５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６）
　実施例６に係る内視鏡対物光学系について説明する。図７（ａ）は、本実施例に係る内視鏡対物光学系のレンズ断面構成を示す図である。
　内視鏡対物光学系は、物体側から順に、正の前群ＧＦと、開口絞りＳと、正の後群ＧＲと、のみから構成される。
　前群ＧＦは、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹で負の第１レンズＬ１と、像側に平面を向けた平凸で正の第２レンズＬ２と、赤外吸収フィルタＦ１と、物体側に平面を向けた平凸で正の第３レンズＬ３と、を有する。前群ＧＦと後群ＧＲとの間に、開口絞りＳが配置されている。後群ＧＲは、両凸で正の第４レンズＬ４と、像側に平面を向けた平凹で負の第５レンズＬ５と、物体側に平面を向けた平凸で正の第６レンズＬ６と、を有する。後群ＧＲの像側には、平行平板Ｆ２と、カバーガラスＣＧと、が配置されている。第６レンズＬ６は、フィールドレンズである。
　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、像側に半導体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レンズＬ５は接合されて、接合レンズＣＬを構成している。また、平行平板Ｆ２は、撮像面Ｉに形成されたカバーガラスＣＧと接合されている。
　図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ実施例６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は曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは各レンズ面の間隔（単位：ｍｍ）、ｎｅは各レンズのｅ線の屈折率、νｄは各レンズのｄ線のアッベ数、ＦｎｏはＦナンバー、絞りは開口絞りである。像面は撮像面に対応する。
数値実施例１
単位  ｍｍ
 
面データ
  面番号       r          d           ne          νd
      1        ∞       0.3186      1.88815      40.76
      2       1.2075    1.1470
      3        ∞       1.2744      1.52300      65.13
      4        ∞       0.2549
      5      12.8638    1.5293      1.88815      40.76
      6      -2.6142    0.0478
      7(絞り)  ∞       0.0478
      8        ∞       1.1948
      9       7.5590    1.4815      1.88815      40.76
     10      -1.5309    0.4779      1.97189      17.47
     11      -8.0528    0.5066
     12       5.6075    1.1789      1.51825      64.14
     13        ∞       0.0159      1.51500      64.00
     14        ∞       0.7965      1.61350      50.49
     15(像面)  ∞
 
各種データ
焦点距離      1.00ｍｍ
Ｆｎｏ        5.562
半画角       80.4°
物点距離     12.7ｍｍ
像高          1.039ｍｍ
 
数値実施例２
単位  ｍｍ
 
面データ
面番号         r          d           ne          νd
      1        ∞       0.3580      1.88815      40.76
      2       0.8418    1.0696
      3       4.3245    1.3426      1.88815      40.76
      4      -2.4723    0.0448
      5(絞り)  ∞       0.0448
      6        ∞       0.5967      1.52300      65.13
      7        ∞       0.7107
      8       5.0719    1.2680      1.88815      40.76
      9      -1.3779    0.4475      1.97189      17.47
     10      -4.9503    0.6742
     11       5.2211    0.8950      1.51825      64.14
     12        ∞       0.0149      1.51500      64.00
     13        ∞       0.7459      1.61350      50.49
     14(像面)  ∞
 
各種データ
焦点距離      1.00ｍｍ
Ｆｎｏ        4.583
半画角       68.3°
物点距離     11.9ｍｍ
像高          0.973ｍｍ
 
数値実施例３
単位  ｍｍ
 
面データ
面番号         r          d           ne          νd
      1        ∞       0.3765      1.88815      40.76
      2       1.1332    0.8964
      3        ∞       1.2549      1.52300      65.13
      4        ∞       0.3137
      5        ∞       1.5686      1.88815      40.76
      6      -2.3611    0.0471
      7(絞り)  ∞       0.0471
      8        ∞       1.2489
      9       5.8209    1.4588      1.88815      40.76
     10      -1.9255    0.5490      1.97189      17.47
     11        ∞       0.7792
     12       2.5596    1.1765      1.51825      64.14
     13        ∞       0.0157      1.51500      64.00
     14        ∞       0.7843      1.61350      50.49
     15(像面)  ∞
 
各種データ
焦点距離      1.00ｍｍ
Ｆｎｏ        4.701
半画角       80.4°
物点距離     12.5ｍｍ
像高          1.023ｍｍ
数値実施例４
単位  ｍｍ
 
面データ
面番号         r          d           ne          νd
      1        ∞       0.3819      1.88815      40.76
      2       1.0411    0.9072
      3        ∞       0.9547      1.52300      65.13
      4        ∞       0.3182
      5       7.1604    1.5912      1.88815      40.76
      6      -2.5519    0.0477
      7(絞り)  ∞       0.0477
      8        ∞       0.8548
      9       4.3737    1.4798      1.88815      40.76
     10      -1.5573    0.5569      1.97189      17.47
     11        ∞       0.5137
     12       8.8633    0.7956      1.51825      64.14
     13        ∞       0.0159      1.51500      64.00
     14        ∞       0.7956      1.61350      50.49
     15(像面)  ∞
 
各種データ
焦点距離      1.00ｍｍ
Ｆｎｏ        4.591
半画角       80.4°
物点距離     12.7ｍｍ
像高          1.037ｍｍ
数値実施例５
単位  ｍｍ
 
面データ
面番号         r          d           ne          νd
      1        ∞       0.3816      1.88815      40.76
      2       1.2607    1.3172
      3      -8.3502    0.8333      1.83932      37.16
      4      -3.7874    0.7949
      5        ∞       1.1423      1.88815      40.76
      6      -3.2268    0.0795
      7(絞り)  ∞       0.0477
      8        ∞       0.6359      1.49557      75.00
      9        ∞       0.5873
     10       5.4054    1.3514      1.88815      40.76
     11      -1.5808    0.4769      1.97189      17.47
     12      -8.5141    0.5984
     13       5.5644    0.9539      1.51825      64.14
     14        ∞       0.0318
     15        ∞       0.7949      1.61350      50.49
     16(像面)  ∞
 
各種データ
焦点距離      1.00ｍｍ
Ｆｎｏ        3.060
半画角       80.1°
物点距離     19.1ｍｍ
像高          1.037ｍｍ
数値実施例６
単位  ｍｍ
 
面データ
面番号         r          d           ne          νd
      1        ∞       0.3946      1.88815      40.76
      2       1.0615    1.1566
      3       4.7357    0.8344      1.85504      23.78
      4        ∞       0.0395
      5        ∞       0.4736      1.49557      75.00
      6        ∞       0.0395
      7        ∞       0.7893      1.88815      40.76
      8      -2.5233    0.0474
      9(絞り)  ∞       0.0474
     10        ∞       0.5525
     11       3.9748    1.0261      1.88815      40.76
     12      -1.7531    0.4736      1.97189      17.47
     13        ∞       0.0789
     14        ∞       0.7104      1.75844      52.32
     15      -6.0860    0.3092
     16        ∞       0.7893      1.51825      64.14
     17        ∞       0.0158      1.51500      64.00
     18        ∞       0.5525      1.50700      63.26
     19(像面)  ∞
 
各種データ
焦点距離      1.00ｍｍ
Ｆｎｏ        3.662
半画角       80.1°
物点距離     18.9ｍｍ
像高          1.029ｍｍ
　以下に各実施例の条件式対応値を示す。
 
    条件式        実施例1     実施例2     実施例3  
（1）ff/f1         -7.94      -10.61       -3.86 
（2）f1/f          -1.36       -0.95       -1.28   
（3）g1/g2          0.51        1.19        0.63  
（4）g1/f           2.03        3.34        2.32  
（5）g2/f           3.97        2.80        3.70 
（6）ff/f          10.84       10.09        4.95 
 
    条件式       実施例4     実施例5     実施例6
（1）ff/f1        -14.55       -7.56       -6.71
（2）f1/f          -1.18       -1.42       -1.20
（3）g1/g2          0.39        0.69        0.65
（4）g1/f           1.94        2.45        2.35
（5）g2/f           4.96        3.54        3.64
（6）ff/f          17.12       10.74        8.02
　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。
　なお、上述の内視鏡対物光学系は、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。
　以上のように、本発明は、光学系組立時の製造誤差による性能劣化を抑制しながら、広角かつ小型の構成で、高画素の撮像素子にも対応可能な内視鏡対物光学系に有用である。
　ＧＦ　前群
　ＧＲ　後群
　Ｓ　　開口絞り
　Ｉ　　撮像面
　ＩＭＧ　撮像素子
　Ｌ１～Ｌ６　レンズ
　Ｆ、Ｆ１　赤外吸収フィルタ
　Ｆ２　平行平板
　ＣＬ　接合レンズ
　ＣＧ　カバーガラス

Claims (6)

  1. 　物体側から順に、正の前群と、開口絞りと、正の後群と、のみから構成され、
    　前記前群は、最も物体側に負のレンズを有し、
    　前記後群は、最も像側に正のレンズを有し、
    　以下の条件式（１）、（２）を満足する内視鏡対物光学系。
    　－１５．０＜ｆｆ／ｆ１＜－３．８　　…（１）
    　－１．７０＜ｆ１／ｆ＜－０．９５　　…（２）
    　ただし、
    　ｆｆは、前記正のレンズの焦点距離、
    　ｆ１は、前記負のレンズの焦点距離、
    　ｆは、前記内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
    である。
  2. 　以下の条件式（３）を満足する請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
    　０．３５＜ｇ１／ｇ２＜１．２０　　…（３）
    　ただし、
    　ｇ１は、前記前群の焦点距離、
    　ｇ２は、前記後群の焦点距離、
    である。
  3. 　以下の条件式（４）を満足する請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
    　１．２＜ｇ１／ｆ＜５．０　　…（４）
    　ただし、
    　ｇ１は、前記前群の焦点距離、
    　ｆは、前記内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
    である。
  4. 　以下の条件式（５）を満足する請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
    　２．５＜ｇ２／ｆ＜６．０　　…（５）
    　ただし、
    　ｇ２は、前記後群の焦点距離、
    　ｆは、前記内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
    である。
  5. 　以下の条件式（６）を満足する請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
    　４．０＜ｆｆ／ｆ＜２０．０　　…（６）
    　ただし、
    　ｆｆは、前記正のレンズの焦点距離、
    　ｆは、前記内視鏡対物光学系全体の焦点距離、
    である。
  6. 　前記正レンズは、カバーガラスと接合されている、または、カバーガラスから一定の間隔を置いて配置されている請求項１に記載の内視鏡対物光学系。
     
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