WO2020217443A1 - 内視鏡対物光学系 - Google Patents

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WO2020217443A1
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lens
group
positive
optical system
objective optical
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高頭英泰
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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
    • 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
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/12—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only

Definitions

  • the present invention relates to an optical system having a focusing function, and more particularly to an endoscopic objective optical system capable of close observation.
  • Patent Documents 1 to 4 disclose an endoscopic objective optical system having a negative, positive, and positive three-group configuration and moving the second group for focusing.
  • the endoscopic objective optical system proposed in Patent Documents 1, 2 and 3 has a configuration for focusing.
  • the configuration of these endoscopic objective optical systems is not sufficient in terms of shortening the overall length of the optical system and reducing the outer diameter.
  • the endoscopic objective optical system proposed in Patent Document 4 has achieved miniaturization of the optical system.
  • this endoscopic objective optical system has a larger number of lenses in the rear group than the aperture. Therefore, there is a possibility of miniaturization by reducing the number of lenses.
  • the present invention has been made in view of such problems, has a shortened total length, a small outer diameter, good optical performance, and can be equipped with a focusing mechanism (lens movable mechanism). It is an object of the present invention to provide an endoscopic objective optical system.
  • the endoscopic objective optical system has a negative first group and a positive second group in order from the object side.
  • the positive third group, and the second group moves from the object side to the image side to perform focusing from a long-distance object point to a short-distance object point, and the first group is from a negative lens.
  • the second group consists of a positive meniscus lens with a convex surface facing the image side
  • the third group consists of a positive lens and a junction lens of a positive lens and a negative lens in order from the object side.
  • an endoscopic objective optical system having a shortened total length, a small outer diameter, good optical performance, and capable of mounting a focusing mechanism (lens movable mechanism).
  • (A) is a cross-sectional view of a lens of the endoscope objective optical system according to the embodiment in a normal observation state.
  • (B) is a cross-sectional view of a lens in a close observation state of the endoscope objective optical system according to the embodiment.
  • (A) is a cross-sectional view of a lens of the endoscope objective optical system according to the first embodiment in a normal observation state.
  • (B) is a cross-sectional view of a lens in a close-up observation state of the endoscope objective optical system according to the first embodiment.
  • (a) is spherical aberration (SA) in the normal observation state
  • (b) is astigmatism (AS) in the normal observation state
  • (c) is in the normal observation state.
  • Distortion aberration (DT) and (d) indicate chromatic aberration of magnification (CC) in a normal observation state.
  • (e) is spherical aberration (SA) in the close-up observation state
  • (f) is astigmatism (AS) in the close-up observation state
  • (g) is close-up observation.
  • Distortion aberration (DT) and (h) in the state indicate chromatic aberration of magnification (CC) in the close-up observation state.
  • A) is a cross-sectional view of a lens of the endoscope objective optical system according to the second embodiment in a normal observation state.
  • B) is a cross-sectional view of a lens in a close-up observation state of the endoscope objective optical system according to the second embodiment.
  • SA spherical aberration
  • AS astigmatism
  • c is in the normal observation state.
  • Distortion aberration (DT) and (d) indicate chromatic aberration of magnification (CC) in a normal observation state.
  • (e) is spherical aberration (SA) in the close-up observation state
  • (f) is astigmatism (AS) in the close-up observation state
  • (g) is close-up observation.
  • Distortion aberration (DT) and (h) in the state indicate chromatic aberration of magnification (CC) in the close-up observation state.
  • A) is a cross-sectional view of a lens of the endoscope objective optical system according to the third embodiment in a normal observation state.
  • (B) is a cross-sectional view of a lens of the endoscope objective optical system according to the third embodiment in a close observation state.
  • SA spherical aberration
  • AS astigmatism
  • DT Distortion aberration
  • DT chromatic aberration of magnification
  • (e) is spherical aberration (SA) in the close-up observation state
  • (f) is astigmatism (AS) in the close-up observation state
  • (g) is close-up observation.
  • Distortion aberration (DT) and (h) in the state indicate chromatic aberration of magnification (CC) in the close-up observation state.
  • (A) is a cross-sectional view of a lens of the endoscope objective optical system according to the fourth embodiment in a normal observation state.
  • (B) is a cross-sectional view of a lens in a close-up observation state of the endoscope objective optical system according to the fourth embodiment.
  • (a) is spherical aberration (SA) in the normal observation state
  • (b) is astigmatism (AS) in the normal observation state
  • (c) is in the normal observation state.
  • Distortion aberration (DT) and (d) indicate chromatic aberration of magnification (CC) in a normal observation state.
  • (e) is spherical aberration (SA) in the close-up observation state
  • (f) is astigmatism (AS) in the close-up observation state
  • (g) is close-up observation.
  • Distortion aberration (DT) and (h) in the state indicate chromatic aberration of magnification (CC) in the close-up observation state.
  • A) is a cross-sectional view of a lens of the endoscope objective optical system according to the fifth embodiment in a normal observation state.
  • B) is a cross-sectional view of a lens in a close-up observation state of the endoscope objective optical system according to the fifth embodiment.
  • SA spherical aberration
  • AS astigmatism
  • c is in the normal observation state.
  • Distortion aberration (DT) and (d) indicate chromatic aberration of magnification (CC) in a normal observation state.
  • (e) is spherical aberration (SA) in the close-up observation state
  • (f) is astigmatism (AS) in the close-up observation state
  • (g) is close-up observation.
  • Distortion aberration (DT) and (h) in the state indicate chromatic aberration of magnification (CC) in the close-up observation state.
  • the endoscopic objective optical system according to the embodiment will be described below with reference to the drawings.
  • the present invention is not limited to the following embodiments.
  • the normal observation state refers to a long-distance object point observation state and a long-distance observation state.
  • the close-up observation state refers to a short-distance object point observation state and a near-point observation state.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of the lens of the endoscope objective optical system according to the embodiment in a normal observation state.
  • FIG. 1B is a cross-sectional configuration diagram of a lens in a close observation state of the endoscope objective optical system according to the embodiment.
  • the first group G1 having a negative refractive power (power)
  • the second group G2 having a positive refractive power
  • the brightness aperture S and the positive refractive power
  • It has a third group G3 having and.
  • the negative first group G1 has a negative first lens L1.
  • the positive second group G2 has a negative second meniscus lens L2 with a convex surface facing the image side.
  • the positive third group G3 has a positive third lens L3, a positive fourth lens L4, a negative fifth lens L5, and a positive sixth lens L6 in order from the object side.
  • the positive fourth lens and the negative fifth lens are joined to form the bonded lens CL1.
  • the positive sixth lens L6 is bonded to the cover glass CG on the imaging surface (image surface I) to form the bonded lens CL2.
  • Focusing is performed by moving the second group G2 to the image side along the optical axis AX.
  • the brightness diaphragm S is arranged between the second group G2 and the third group G3.
  • the brightness diaphragm S is fixed to the third group G3 at the time of focusing.
  • the first parallel flat plate F1 is arranged on the image side (rear) of the negative first lens L1 in the first group G1.
  • the first parallel flat plate F1 is an infrared cut filter or a filter for cutting laser light.
  • the parallel plate F1 can be arranged at an arbitrary position in the endoscope objective optical system.
  • an image sensor (not shown) is arranged in the vicinity of the image plane I of the endoscope objective optical system.
  • the endoscopic objective optical system has a negative first group G1 and a positive second group G2 in order from the object side.
  • a configuration having a positive third group G3, is desirable.
  • the second meniscus lens L2 has the shape of a regular meniscus lens with a convex surface facing the image side. With such a shape, the principal point position of the lens can be set to the image side (rear) of the second group G2. As a result, the range of motion of the second meniscus lens L2 and the space on the image side (rear) thereof can be secured.
  • the first group G1 and the second group G2 each have one lens.
  • the term "lens” is intended to exclude parallel flat plates.
  • the second group G2 was set as a movable group, and a large surface spacing (air spacing) was formed behind the movable group.
  • the third group G3 is configured to use at least a positive single lens and a junction lens.
  • a positive sixth lens L6 may be arranged behind the image side of the bonded lens with an air gap.
  • the positive sixth lens L6 also plays the role of a cover glass CG attached to the imaging surface I. Therefore, the alignment of the image plane is performed by adjusting the air gap between the bonded lens CL1 and the positive sixth lens L6. Since the image pickup side can also have a refractive power (power), there is an advantage that the error sensitivity of the alignment of the image plane is reduced. When adjusting the alignment of the image plane, the deviation of the image plane position can be reduced.
  • the brightness diaphragm S is arranged on the object side (front side) of the third group G3. However, there is no significant difference in brightness and optical performance regardless of the position of the brightness diaphragm S in the optical path between the second group G2 and the third group G3.
  • the position of the brightness diaphragm S is determined by the configuration of the lens barrel for gripping the endoscope objective optical system and the like.
  • the brightness diaphragm S may be arranged on the image side (rear side) of the second group G2 so as to be integrally movable with the second meniscus lens L2 during focusing.
  • the endoscopic objective optical system according to the present embodiment satisfies the following conditional expression (1). 8 ⁇ G2f / FL ⁇ 35 (1) here, G2f is the focal length of the second group G2, FL is the focal length of the entire endoscope objective optical system during long-distance observation. Is.
  • Conditional expression (1) relates to the focal length of the second group G2.
  • the second group G2 moves along the optical axis AX according to the change in the object point distance, and has a focusing function for adjusting the position of the image plane.
  • the second group G2 has a clearance between the moving frame and the fixed frame due to the frame structure constituting such a movable lens group. Therefore, the amount of eccentricity of the lens in the second group G2 is larger than that in the fixed lens group.
  • the refractive power of the movable lens group is strong, it is necessary to reduce the clearance between the frames to minimize the amount of eccentricity when driving the lens. Therefore, it is desirable that the refractive power of the second group G2, which is the driving lens, satisfies the conditional expression (1).
  • conditional expression (1') is satisfied instead of the conditional expression (1).
  • the endoscopic objective optical system according to the present embodiment satisfies the following conditional expression (2). -0.16 ⁇ G1f / G2f ⁇ -0.04 (2) here, G1f is the focal length of the first group G1. G2f is the focal length of the second group G2, Is.
  • Conditional expression (2) relates to an appropriate ratio between the refractive power of the first group G1 and the refractive power of the second group G2.
  • the conditional expression (2) can contribute to the miniaturization of the entire endoscope objective optical system while satisfactorily correcting various aberrations.
  • the refractive power of the first group G1 becomes too weak and the height of the light beam incident on the first lens L1 becomes large. Therefore, the diameter of the first lens L1 is increased.
  • the refractive power of the first group G1 becomes too strong. Therefore, the focal position by the first group G1 moves to the image plane side. As a result, the total length of the endoscopic objective optical system becomes long, and the entire endoscopic objective optical system becomes large. Furthermore, the Petzval sum becomes large. This is not preferable because the curvature of field is overcorrected.
  • R3 is the radius of curvature of the side surface of the object of the second meniscus lens L2.
  • R4 is the radius of curvature of the image side of the second meniscus lens L2. Is.
  • conditional expression (3) relates to the shape (shape factor) of the second meniscus lens L2.
  • V2 is the amount of movement of the second group G2 during focusing from a long-distance object point to a short-distance object point.
  • FL is the focal length of the entire endoscope objective optical system during long-distance observation. Is.
  • Conditional expression (4) relates to the amount of movement of the lens of the second group G2.
  • the amount of movement of the movable group is important for miniaturization and high performance. Therefore, it is desirable that the endoscopic objective optical system according to the present embodiment satisfies the conditional expression (4).
  • the distance between the first group G1 and the second group G2 becomes large, and the movement amount of the second group G2 can be secured.
  • the total length of the endoscope objective optical system becomes too long, which may lead to an increase in the size of the optical system.
  • f31 is the focal length of the positive fourth lens L4 constituting the junction lens CL1 of the third group G3.
  • f32 is the focal length of the negative fifth lens L5 constituting the junction lens CL1 of the third group G3. Is.
  • Conditional expression (5) relates to an appropriate ratio of f31 and f32.
  • conditional expression (5') is satisfied instead of the conditional expression (5). -1.05 ⁇ f31 / f32 ⁇ -0.85 (5')
  • G3f is the focal length of the third group G3
  • FL is the focal length of the entire endoscope objective optical system during long-distance observation. Is.
  • Conditional expression (6) relates to curvature of field correction.
  • conditional expression (6') is satisfied instead of the conditional expression (6).
  • Example 1 The endoscopic objective optical system according to the first embodiment will be described.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of the lens of the endoscope objective optical system according to this embodiment in a normal observation state.
  • FIG. 2B is a cross-sectional configuration diagram of a lens of the endoscope objective optical system according to the present embodiment in a close observation state.
  • the endoscope objective optical system has a negative first group G1, a positive second group G2, a brightness diaphragm S, and a positive third group G3 in order from the object side.
  • the negative first group G1 has a flat and concave negative first lens L1 with the plane facing the object side and a parallel flat plate F1.
  • the parallel flat plate F1 is arranged on the image plane side of the first lens L1 in the first group G1.
  • the positive second group G2 has a positive second meniscus lens L2 with a convex surface facing the image side.
  • the positive second meniscus lens L2 moves to the image side (image plane I) along the optical axis AX when focusing from the normal observation state (FIG. 2 (a)) to the proximity observation state (FIG. 2 (b)). To do.
  • the positive third group G3 includes a biconvex positive third lens L3, a biconvex positive fourth lens L4, a negative fifth meniscus lens L5 with a convex surface facing the image side, and a convex surface toward the object side. It has a plano-convex positive sixth lens L6, which is directed toward.
  • the positive fourth lens L4 and the negative fifth meniscus lens L5 are joined to form a bonded lens CL1.
  • a brightness diaphragm S is arranged in front of the third group G3 (object side).
  • the brightness diaphragm S is fixed to the third group G3 at the time of focusing.
  • a cover glass CG of a parallel flat plate F2 is attached to the front surface of an image sensor (not shown).
  • the sixth lens L6 is bonded to the front surface (side surface of the object) of the cover glass CG to form the bonded lens CL2.
  • the sixth lens L6 has a role of a field lens.
  • the parallel flat plate F1 is a filter for cutting a specific wavelength, for example, 1060 nm of a YAG laser, 810 nm of a semiconductor laser, or an infrared region.
  • 3 (a), (b), (c), and (d) show spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) in the normal observation state of this embodiment. ) Is shown. 3 (e), (f), (g), and (h) show spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) in the close observation state of this embodiment. ) Is shown.
  • Example 2 The endoscopic objective optical system according to the second embodiment will be described.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the lens of the endoscope objective optical system according to this embodiment in a normal observation state.
  • FIG. 4B is a cross-sectional configuration diagram of a lens of the endoscope objective optical system according to the present embodiment in a close observation state.
  • the endoscope objective optical system has a negative first group G1, a positive second group G2, a brightness diaphragm S, and a positive third group G3 in order from the object side.
  • the negative first group G1 has a flat concave first lens L1 with the plane facing the object side.
  • the positive second group G2 has a positive second meniscus lens L2 with a convex surface facing the image side.
  • the positive second meniscus lens L2 moves to the image side (image plane I) along the optical axis AX when focusing from the normal observation state (FIG. 4 (a)) to the close observation state (FIG. 4 (b)). To do.
  • the positive third group G3 includes a biconvex positive third lens L3, a biconvex positive fourth lens L4, a negative fifth meniscus lens L5 with a convex surface facing the image side, and a convex surface toward the object side. It has a plano-convex positive sixth lens L6, which is directed toward.
  • the positive fourth lens L4 and the negative fifth meniscus lens L5 are joined to form a joint CL1.
  • a brightness diaphragm S is arranged in front of the third group G3 (object side).
  • the brightness diaphragm S is fixed to the third group G3 at the time of focusing.
  • the third group G3 has a parallel flat plate F1 between the junction lens CL1 and the sixth lens L6.
  • a parallel flat plate F2 is attached as a cover glass CG to the front surface (image plane I) of an image sensor (not shown).
  • the sixth lens L6 is bonded to the front surface (side surface of the object) of the cover glass CG to form the bonded lens CL2.
  • the sixth positive lens L6 has a role of a field lens.
  • the parallel flat plate F1 is a filter for cutting a specific wavelength, for example, 1060 nm of a YAG laser, 810 nm of a semiconductor laser, or an infrared region.
  • 5 (a), (b), (c), and (d) show spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) in the normal observation state of this embodiment. ) Is shown. 5 (e), (f), (g), and (h) show spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) in the close observation state of this embodiment. ) Is shown.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view of the lens of the endoscope objective optical system according to this embodiment in a normal observation state.
  • FIG. 6B is a cross-sectional configuration diagram of a lens of the endoscope objective optical system according to the present embodiment in a close observation state.
  • the endoscope objective optical system has a negative first group G1, a positive second group G2, a brightness diaphragm S, and a positive third group G3 in order from the object side.
  • the negative first group G1 has a flat concave first lens L1 with a plane facing the object side.
  • the positive second group G2 has a positive second meniscus lens L2 with a convex surface facing the image side.
  • the positive second meniscus lens L2 moves to the image side (image plane I) along the optical axis AX when focusing from the normal observation state (FIG. 6 (a)) to the close observation state (FIG. 6 (b)). To do.
  • the positive third group G3 includes a biconvex positive third lens L3, a biconvex positive fourth lens L4, a negative fifth meniscus lens L5 with a convex surface facing the image side, and a convex surface toward the object side. It has a plano-convex positive sixth lens L6, which is directed toward.
  • the positive fourth lens L4 and the negative fifth meniscus lens L5 are joined to form a bonded lens CL1.
  • a brightness diaphragm S is arranged in front of the third group G3 (object side).
  • the brightness diaphragm S is fixed to the third group G3 at the time of focusing.
  • the third group G3 has a parallel flat plate F1 between the junction lens CL1 and the sixth lens L6.
  • a parallel flat plate F2 is attached as a cover glass CG to the front surface of an image sensor (not shown).
  • the sixth lens L6 is bonded to the front surface (side surface of the object) of the cover glass CG to form the bonded lens CL2.
  • the sixth positive lens L6 has a role of a field lens.
  • the parallel flat plate F1 is a filter for cutting a specific wavelength, for example, 1060 nm of a YAG laser, 810 nm of a semiconductor laser, or an infrared region.
  • 7 (a), (b), (c), and (d) show spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) in the normal observation state of this embodiment. ) Is shown. 7 (e), (f), (g), and (h) show spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) in the close observation state of this embodiment. ) Is shown.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view of the lens of the endoscope objective optical system according to this embodiment in a normal observation state.
  • FIG. 8B is a cross-sectional configuration diagram of a lens of the endoscope objective optical system according to the present embodiment in a close observation state.
  • the endoscope objective optical system has a negative first group G1, a positive second group G2, a brightness diaphragm S, and a positive third group G3 in order from the object side.
  • the negative first group G1 has a flat concave first lens L1 with a plane facing the object side and a parallel flat plate F1.
  • the parallel flat plate F1 is arranged on the image plane side of the first lens L1 in the first group G1.
  • the positive second group G2 has a positive second meniscus lens L2 with a convex surface facing the image side.
  • the positive second meniscus lens L2 moves to the image side (image plane I) along the optical axis AX when focusing from the normal observation state (FIG. 8 (a)) to the close observation state (FIG. 8 (b)). To do.
  • the positive third group G3 has a biconvex positive third lens L3, a biconvex positive fourth lens L4, and a negative fifth meniscus lens L5 with a convex surface facing the image side.
  • the positive fourth lens L4 and the negative fifth meniscus lens L5 are joined to form a bonded lens CL1.
  • a brightness aperture S is arranged in front of the third group G3 (on the object side).
  • the brightness diaphragm S is fixed to the third group G3 at the time of focusing.
  • a parallel flat plate F2 and a parallel flat plate F3 as a cover glass CG are provided on the front surface of the image pickup device (not shown).
  • the parallel flat plate F2 and the parallel flat plate F3 are joined to form a joining element CL2.
  • the parallel flat plate F1 is a filter for cutting a specific wavelength, for example, 1060 nm of a YAG laser, 810 nm of a semiconductor laser, or an infrared region.
  • 9 (a), (b), (c), and (d) show spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) in the normal observation state of this embodiment. ) Is shown.
  • 9 (e), (f), (g), and (h) show spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) in the close observation state of this embodiment. ) Is shown.
  • Example 5 The endoscopic objective optical system according to the fifth embodiment will be described.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view of the lens of the endoscope objective optical system according to this embodiment in a normal observation state.
  • FIG. 10B is a cross-sectional configuration diagram of a lens of the endoscope objective optical system according to the present embodiment in a close observation state.
  • the endoscope objective optical system has a negative first group G1, a positive second group G2, a brightness diaphragm S, and a positive third group G3 in order from the object side.
  • the negative first group G1 has a flat concave first lens L1 with a plane facing the object side.
  • the positive second group G2 has a positive second meniscus lens L2 with a convex surface facing the image side.
  • the positive second meniscus lens L2 moves to the image side (image plane I) when focusing from the normal observation state (FIG. 10 (a)) to the close observation state (FIG. 10 (b)).
  • a brightness diaphragm S is arranged on the image side (rear) of the second group G2.
  • the brightness diaphragm S moves to the image side (image plane I) integrally with the second meniscus lens L2.
  • the positive third group G3 includes a biconvex positive third lens L3, a biconvex positive fourth lens L4, a negative fifth meniscus lens L5 with a convex surface facing the image side, and a convex surface toward the object side. It has a plano-convex positive sixth lens L6, which is directed toward.
  • the positive fourth lens L4 and the negative fifth meniscus lens L5 are joined to form a joint CL1.
  • the third group G3 has a parallel flat plate F1 between the junction lens CL1 and the sixth lens L6.
  • a parallel flat plate F2 is attached as a cover glass CG to the front surface (image plane I) of an image sensor (not shown).
  • the sixth lens L6 is bonded to the front surface (side surface of the object) of the cover glass CG to form the bonded lens CL2.
  • the sixth lens L6 has a role of a field lens.
  • the parallel flat plate F1 is a filter for cutting a specific wavelength, for example, 1060 nm of a YAG laser, 810 nm of a semiconductor laser, or an infrared region.
  • 11 (a), (b), (c), and (d) show spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) in the normal observation state of this embodiment. ) Is shown.
  • 11 (e), (f), (g), and (h) show spherical aberration (SA), astigmatism (AS), distortion (DT), and chromatic aberration of magnification (CC) in the close observation state of this embodiment. ) Is shown.
  • the numerical data of each of the above examples is shown below.
  • the symbols are r is the radius of curvature of each lens surface, d is the distance between each lens surface, ne is the refractive index of the e-line of each lens, ⁇ d is the Abbe number of each lens, Fno is the effective F number, and 2 ⁇ is the entire image.
  • the angle and IH are the image height.
  • the diaphragm is a brightness diaphragm.
  • Conditional expression (1) G2f / FL Conditional expression (2) G1f / G2f Conditional expression (3) (R3-R4) / (R3 + R4) Conditional expression (4) V2 / FL Conditional expression (5) f31 / f32 Conditional expression (6) G3f / FL (Table 1)
  • Conditional expression Example 1 Example 2
  • Example 3 (1) 17.041 8.812 26.924 (2) -0.071 -0.138 -0.048 (3) 0.010 0.178 0.005 (4) 0.316 0.104 0.379 (5) -0.925 -0.950 -0.981 (6) 3.656 3.395 3.136
  • Example 4 Example 5 (1) 22.796 11.755 (2) -0.059 -0.106 (3) 0.000 0.083 (4) 0.198 0.128 (5) -0.747 -0.884 (6) 3.056 3.497
  • 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 inventions having the following configurations are derived from these examples.
  • (Appendix 1) It has a negative first group, a positive second group, and a positive third group in order from the object side, and the second group moves from the object side to the image side. Focusing from a long-distance object to a short-distance object, The first group has a negative first lens and The second group has a positive second meniscus lens with a convex surface facing the image side.
  • the third group is an endoscope characterized by having a positive third lens and a bonded lens in which a positive fourth lens and a negative fifth lens are bonded in order from the object side. Objective optical system.
  • Appendix 2 The endoscopic objective optical system according to Appendix 1, wherein at least one of the following conditional equations (1), (2), (3), and (4) is satisfied.
  • G1f is the focal length of the first group
  • G2f is the focal length of the second group
  • R3 is the radius of curvature of the side surface of the object of the second group lens
  • R4 is the radius of curvature of the image side of the lens of the second group
  • V2 is the amount of movement of the second group (when focusing from a long-distance object point to a short-distance object point)
  • Is. Appendix 3
  • Appendix 1 or 2 wherein at least one of the following conditional equations (5) and (6) is satisfied.
  • f31 is the focal length of the positive lens that constitutes the third group of junction lenses.
  • f32 is the focal length of the negative lens that constitutes the third group of junction lenses.
  • G3f is the focal length of the third group, FL is the focal length of the entire endoscope objective optical system during long-distance observation. Is.
  • the present invention is suitable for an endoscopic objective optical system having a shortened total length, a small outer diameter, good optical performance, and capable of mounting a focusing mechanism (lens movable mechanism). ..

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Abstract

短縮された全長、小さい外径、及び良好な光学性能を有し、かつ、フォーカシング機構（レンズ可動機構）を搭載可能な内視鏡対物光学系を提供する。　内視鏡対物光学系は、物体側から順に、負の第１群Ｇ１と、正の第２群Ｇ２と、正の第３群Ｇ３と、からなり、第２群Ｇ２が物体側から像側へ移動することで、遠距離物点から近距離物点へのフォーカシングを行い、第１群Ｇ１は、負のレンズＬ１からなり、第２群Ｇ２は、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ２からなり、第３群Ｇ３は、物体側から順に、正のレンズと、正のレンズＬ３と負のレンズＬ４との接合レンズＣＬ１と、を有する。

Description

内視鏡対物光学系
　本発明は、合焦機能を有する光学系に関し、特に、近接観察可能な内視鏡対物光学系に関するものである。
　近年、医療用内視鏡の分野で市場が拡大している経鼻内視鏡は、スコープとして細径であることが望まれている。このため、経鼻内視鏡に搭載される対物光学系も小型であることが望ましい。さらに昨今では、細径を要求される経鼻内視鏡においても、高画質は勿論のこと、フォーカス機能を搭載し、より観察性能を向上させたいという市場ニーズが高くなっている。このようなフォーカス機能を有する内視鏡対物光学系は、例えば、特許文献１、２、３、４に提案されている。
特許第４８１９９６９号公報 特許第５９３０２５７号公報 特許第６００１２２９号公報 特開２０１７-２１９７８３号公報
　上述の特許文献１から４には、負・正・正の３群構成を有し、第２群を移動させてフォーカシングを行う内視鏡対物光学系が開示されている。
　特許文献１、２、３に提案されている内視鏡対物光学系は、フォーカスシングを行う構成を有している。しかしながら、これらの内視鏡対物光学系の構成は、光学系の全長を短縮することや外径を小さくすることに関しては十分ではない。  
　特許文献４に提案されている内視鏡対物光学系は、光学系の小型化を達成している。しかしながら、この内視鏡対物光学系は、特に、絞りよりも後群のレンズ枚数が多い。このため、レンズ枚数の削減による小型化の可能性がある。
　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、短縮された全長、小さな外径、及び良好な光学性能を有し、かつ、フォーカシング機構（レンズ可動機構）を搭載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、負の第１群と、正の第２群と、正の第３群と、からなり、第２群が物体側から像側へ移動することで、遠距離物点から近距離物点へのフォーカシングを行い、第１群は、負レンズからなり、第２群は、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなり、第３群は、物体側から順に、正のレンズと、正のレンズと負のレンズとの接合レンズと、を有する。
　本発明によれば、短縮された全長、小さい外径、及び良好な光学性能を有し、かつ、フォーカシング機構（レンズ可動機構）を搭載可能な内視鏡対物光学系を提供することができる。
（ａ）は実施形態に係る内視鏡対物光学系の通常観察状態におけるレンズ断面構成図である。（ｂ）は実施形態に係る内視鏡対物光学系の近接観察状態におけるレンズ断面構成図である。 （ａ）は実施例１に係る内視鏡対物光学系の通常観察状態におけるレンズ断面構成図である。（ｂ）は実施例１に係る内視鏡対物光学系の近接観察状態におけるレンズ断面構成図である。 実施例１に係る内視鏡対物光学系の、（ａ）は通常観察状態における球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は通常観察状態における非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は通常観察状態における歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）は通常観察状態における倍率色収差（ＣＣ）を示している。また、実施例１に係る内視鏡対物光学系の、（ｅ）は近接観察状態における球面収差（ＳＡ）、（ｆ）は近接観察状態における非点収差（ＡＳ）、（ｇ）は近接観察状態における歪曲収差（ＤＴ）、（ｈ）は近接観察状態における倍率色収差（ＣＣ）を示している。 （ａ）は実施例２に係る内視鏡対物光学系の通常観察状態におけるレンズ断面構成図である。（ｂ）は実施例２に係る内視鏡対物光学系の近接観察状態におけるレンズ断面構成図である。 実施例２に係る内視鏡対物光学系の、（ａ）は通常観察状態における球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は通常観察状態における非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は通常観察状態における歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）は通常観察状態における倍率色収差（ＣＣ）を示している。また、実施例２に係る内視鏡対物光学系の、（ｅ）は近接観察状態における球面収差（ＳＡ）、（ｆ）は近接観察状態における非点収差（ＡＳ）、（ｇ）は近接観察状態における歪曲収差（ＤＴ）、（ｈ）は近接観察状態における倍率色収差（ＣＣ）を示している。 （ａ）は実施例３に係る内視鏡対物光学系の通常観察状態におけるレンズ断面構成図である。（ｂ）は実施例３に係る内視鏡対物光学系の近接観察状態におけるレンズ断面構成図である。 実施例３に係る内視鏡対物光学系の、（ａ）は通常観察状態における球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は通常観察状態における非点収差（ＡＳ)、（ｃ）は通常観察状態における歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）は通常観察状態における倍率色収差（ＣＣ）を示している。また、実施例３に係る内視鏡対物光学系の、（ｅ）は近接観察状態における球面収差（ＳＡ）、（ｆ）は近接観察状態における非点収差（ＡＳ）、（ｇ）は近接観察状態における歪曲収差（ＤＴ）、（ｈ）は近接観察状態における倍率色収差（ＣＣ）を示している。 （ａ）は実施例４に係る内視鏡対物光学系の通常観察状態におけるレンズ断面構成図である。（ｂ）は実施例４に係る内視鏡対物光学系の近接観察状態におけるレンズ断面構成図である。 実施例４に係る内視鏡対物光学系の、（ａ）は通常観察状態における球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は通常観察状態における非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は通常観察状態における歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）は通常観察状態における倍率色収差（ＣＣ）を示している。また、実施例４に係る内視鏡対物光学系の、（ｅ）は近接観察状態における球面収差（ＳＡ）、（ｆ）は近接観察状態における非点収差（ＡＳ）、（ｇ）は近接観察状態における歪曲収差（ＤＴ）、（ｈ）は近接観察状態における倍率色収差（ＣＣ）を示している。 （ａ）は実施例５に係る内視鏡対物光学系の通常観察状態におけるレンズ断面構成図である。（ｂ）は実施例５に係る内視鏡対物光学系の近接観察状態におけるレンズ断面構成図である。 実施例５に係る内視鏡対物光学系の、（ａ）は通常観察状態における球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は通常観察状態における非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は通常観察状態における歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）は通常観察状態における倍率色収差（ＣＣ）を示している。また、実施例５に係る内視鏡対物光学系の、（ｅ）は近接観察状態における球面収差（ＳＡ）、（ｆ）は近接観察状態における非点収差（ＡＳ）、（ｇ）は近接観察状態における歪曲収差（ＤＴ）、（ｈ）は近接観察状態における倍率色収差（ＣＣ）を示している。
（実施形態）
　以下に、実施形態に係る内視鏡対物光学系について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。通常観察状態とは、遠距離物点観察状態、遠点観察時をいう。また、近接観察状態とは、近距離物点観察状態、近点観察時をいう。
　図１（ａ）は実施形態に係る内視鏡対物光学系の通常観察状態におけるレンズ断面構成図である。図１（ｂ）は実施形態に係る内視鏡対物光学系の近接観察状態におけるレンズ断面構成図である。
　内視鏡対物光学系は、物体側から順に、負の屈折力（パワー）を有する第１群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の屈折力を有する第３群Ｇ３と、を有する。
　実施形態に係る内視鏡対物光学系は、負の第１群Ｇ１は、負の第１レンズＬ１を有する。正の第２群Ｇ２は、像側に凸面を向けた負の第２メニスカスレンズＬ２を有する。正の第３群Ｇ３は、物体側から順に、正の第３レンズＬ３と、正の第４レンズＬ４と、負の第５レンズＬ５と、正の第６レンズＬ６と、を有する。正の第４レンズと負の第５レンズは接合され接合レンズＣＬ１を構成する。正の第６レンズＬ６は、撮像面（像面Ｉ）のカバーガラスＣＧと接合され接合レンズＣＬ２を構成する。
　第２群Ｇ２を、光軸ＡＸに沿って像側に移動することでフォーカシングを行う。
　明るさ絞りＳは、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３との間に配置されている。明るさ絞りＳは、フォーカシングの際、第３群Ｇ３に固定されている。
　また、第１群Ｇ１内の負の第１レンズＬ１の像側（後方）に、第１の平行平板Ｆ１が配置されている。第１の平行平板Ｆ１は、赤外カットフィルター、またはレーザー光をカットするためのフィルターである。平行平板Ｆ１は、内視鏡対物光学系中の任意の位置に配置することができる。また、内視鏡対物光学系の像面Ｉ近傍には、図示しない撮像素子が配置されている。
　以下、本実施形態において、このような構成をとった理由と作用を説明する。
　内視鏡対物光学系を小型にし、かつ、レンズ可動群を構成するためには、内視鏡対物光学系は、物体側から順に、負の第１群Ｇ１と、正の第２群Ｇ２と、正の第３群Ｇ３と、を有する構成が望ましい。
　また、内視鏡対物光学系を小型化しつつ、レンズの可動スペースを確保するためには、可動群の像側（後方）に大きい間隔が必要となる。さらに、第３群Ｇ３を配置する空間と焦点位置調整のためのバックフォーカスを確保する必要がある。
　そのため、第２メニスカスレンズＬ２は像側に凸面を向けた正メニスカスレンズの形状とすることが望ましい。このような形状にすることでレンズの主点位置を第２群Ｇ２の像側（後方）にすることができる。これにより、第２メニスカスレンズＬ２の可動域と、その像側（後方）のスペースを確保できる。
　また、内視鏡対物光学系のレンズ全長を短くするためには、レンズ枚数はできるだけ少なくしなければならない。そのために、本実施形態では、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２はそれぞれレンズ１枚の構成である。ここで、「レンズ」とは、平行平板は除く趣旨である。そして、第２群Ｇ２を可動群として、その後方に大きめの面間隔（空気間隔）を構成した。しかしながら、この構成にしてしまうと、第１群Ｇ１、第２群Ｇ２で発生した収差がそのまま残ってしまう。そこで、第３群Ｇ３を少なくとも正の単レンズと接合レンズを用いる構成とする。この構成により、径の制約や全長の制約が大きい中でも、特に球面収差補正と、色収差補正を良好に保つことができる。このため、諸収差性能の良好な内視鏡対物光学系を達成できる。
　さらに、接合レンズの像側後方に、空気間隔を隔てて正の第６レンズＬ６を配置しても良い。正の第６レンズＬ６は、撮像面Ｉに貼り付けられたカバーガラスＣＧの役割も担っている。そのため、像面の位置合わせは、接合レンズＣＬ１と正の第６レンズＬ６の空気間隔を調整することで行うことになる。撮像側にも屈折力（パワー）を持たせられるため、像面の位置合わせの誤差感度が小さくなるという利点がある。像面の位置合わせ調整の際、像面位置のずれを小さくできる。
　明るさ絞りＳは、第３群Ｇ３の物体側（前側）に配置している。ただし、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間の光路中であれば、いずれの位置に明るさ絞りＳを配置しても、明るさや光学性能に大きな差は無い。明るさ絞りＳをいずれの位置に配置するかは、内視鏡対物光学系を把持するための鏡筒の構成などに起因して決まる。このとき、明るさ絞りＳは、第２群Ｇ２の像側（後方）に配置して、フォーカシング時に第２メニスカスレンズＬ２と一体的に可動する構成としてもよい。
　本実施形態に係る内視鏡対物光学系は、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
　８＜Ｇ２ｆ／ＦＬ＜３５    （１） 
　ここで、
　Ｇ２ｆは、第２群Ｇ２の焦点距離、
　ＦＬは、遠点観察時の内視鏡対物光学系全系の焦点距離、
である。
　条件式（１）は、第２群Ｇ２の焦点距離に関する。第２群Ｇ２は、物点距離の変化に応じて光軸ＡＸに沿って移動し、像面の位置を調整するためのフォーカシングの機能を担っている。第２群Ｇ２は、このような可動レンズ群を構成している枠構造上、移動枠と固定枠のクリアランスがある。このため、第２群Ｇ２は、固定のレンズ群に比べてレンズの偏心量が大きくなる。
　可動レンズ群の屈折力（パワー）が強い場合、枠同士のクリアランスを小さくして、レンズを駆動する時の偏心量を極力小さく抑える必要がある。そのため、駆動レンズである第２群Ｇ２の屈折力（パワー）は、条件式（１）を満足することが望ましい。
　条件式（１）の下限を下回ると、屈折力は弱くなり偏心による誤差感度は低減できるものの、移動量が大きくなり過ぎるため好ましくない。
　条件式（１）の上限を上回ると、第２群Ｇ２の屈折力が強くなり過ぎるため、枠同士の偏心に対しての性能劣化が著しくなる。
　また、条件式（１）に代えて、条件式（１´）を満足することが好ましい。
　８＜Ｇ２ｆ／ＦＬ＜２８   （１´） 
　条件式（１´）を満足すると、枠の偏心に対する性能劣化を極力小さくすることが可能となる。
　また、本実施形態に係る内視鏡対物光学系は、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
　－０．１６＜Ｇ１ｆ／Ｇ２ｆ＜－０．０４   （２）
　ここで、 
　Ｇ１ｆは、第１群Ｇ１の焦点距離、
　Ｇ２ｆは、第２群Ｇ２の焦点距離、
である。
　条件式（２）は、第１群Ｇ１の屈折力と、第２群Ｇ２の屈折力との適切な比に関する。条件式（２）は、諸収差を良好に補正しつつ、内視鏡対物光学系全系の小型化に寄与できる。
　条件式（２）の下限を下回ると、第１群Ｇ１の屈折力が弱くなり過ぎ、第１レンズＬ１へ入射する光線高が大きくなる。このため、第１レンズＬ１の径の大型化を招く。
　条件式（２）の上限を上回ると、第１群Ｇ１の屈折力が強くなり過ぎる。このため、第１群Ｇ１による焦点位置が像面側に移動する。結果として、内視鏡対物光学系の全長が長くなり、内視鏡対物光学系全体が大型化してしまう。さらには、ペッツバール和が大きくなる。これにより、像面湾曲が補正過剰になるため好ましくない。
　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）を満足することが望ましい。
　０≦（Ｒ３－Ｒ４）／（Ｒ３＋Ｒ４）＜０．２    （３）
　Ｒ３は、第２メニスカスレンズＬ２の物体側面の曲率半径、
　Ｒ４は、第２メニスカスレンズＬ２の像側面の曲率半径、
である。
　条件式（３）は、第２メニスカスレンズＬ２の形状（シェイプファクター）に関する。
　条件式（３）の下限を下回ると、軸上色収差が大きくなり、好ましくない。
　条件式（３）の上限を上回ると、第２メニスカスレンズＬ２の正（凸）の屈折力が強くなる。このため、像面がアンダーに倒れるため好ましくない。
　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）を満足することが望ましい。
　０．１＜Ｖ２／ＦＬ＜０．４    （４）
　ここで、
　Ｖ２は、遠距離物点から近距離物点へのフォーカシング時の第２群Ｇ２の移動量、
　ＦＬは、遠点観察時の内視鏡対物光学系全系の焦点距離、
である。
　条件式（４）は第２群Ｇ２のレンズの移動量に関するものである。本時実施形態のように可動群を有する内視鏡対物光学系は、小型化、かつ高性能化のために、可動群の移動量が重要となる。そのため、本実施形態に係る内視鏡対物光学系は、条件式（４）を満足することが望ましい。
　条件式（４）の下限を下回ると、第２群Ｇ２の移動量の確保が困難となり、レンズ移動量に対する像面位置の誤差感度が高くなるため好ましくない。
　条件式（４）の上限を上回ると、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔が大きくなり、第２群Ｇ２の移動量を確保することはできる。しかし、内視鏡対物光学系全長が長くなり過ぎるため光学系の大型化を招くおそれがある。
　また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
　－１．２＜ｆ３１／ｆ３２＜－０．７   （５） 
　ここで、
　ｆ３１は、第３群Ｇ３の接合レンズＣＬ１を構成する正の第４レンズＬ４の焦点距離、
　ｆ３２は、第３群Ｇ３の接合レンズＣＬ１を構成する負の第５レンズＬ５の焦点距離、
である。
　条件式（５）は、ｆ３１とｆ３２との適切な比に関する。
　条件式（５）の下限を下回ると軸上色収差、倍率色収差ともにＣライン（６５６．２７ｎｍ）がアンダーに、Ｆライン（４８６．１３ｎｍ）が補正過剰になる。このため、色収差を補正することが難しくなる。
　条件式（５）の上限を上回ると、軸上色収差、倍率色収差ともにＣラインがオーバーに、Ｆラインが補正不足になる。このため、色収差を補正することが難しくなる。
　また、条件式（５）に代えて、条件式（５´）を満足することが好ましい。
　－１．０５＜ｆ３１／ｆ３２＜－０．８５  （５´)
　条件式（５´)の範囲内であれば、色収差をより良好に補正することが可能となる。
　また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
　２．５＜Ｇ３ｆ／ＦＬ＜４．５   （６）
　ここで、 
　Ｇ３ｆは、第３群Ｇ３の焦点距離、
　ＦＬは、遠点観察時の内視鏡対物光学系全系の焦点距離、
である。
　条件式（６）は、像面湾曲補正に関する。
　条件式（６）の下限を下回ると、像面がアンダーに倒れてしまう。
　条件式（６）の上限を上回ると、像面がオーバーに傾く。このため、画面の中心部分と周辺部でピントの合わない画像となってしまい好ましくない。
　また、条件式（６）に代えて、条件式（６´）を満足することが好ましい。
　３＜Ｇ３ｆ／ＦＬ＜４　　　（６´）
　条件式（６´）の範囲では、像面湾曲補正がより良好となる。 
（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通常観察状態におけるレンズ断面構成図である。図２（ｂ）は本実施例に係る内視鏡対物光学系の近接観察状態におけるレンズ断面構成図である。
　内視鏡対物光学系は、物体側から順に、負の第１群Ｇ１と、正の第２群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の第３群Ｇ３と、を有する。
　負の第１群Ｇ１は、平面を物体側に向けた平凹の負の第１レンズＬ１と、平行平板Ｆ１とを有する。平行平板Ｆ１は、第１群Ｇ１内の第１レンズＬ１の像面側に配置されている。正の第２群Ｇ２は、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２を有する。
　正の第２メニスカスレンズＬ２は、通常観察状態（図２（ａ））から近接観察状態（図２（ｂ））へフォーカシングするに際して、光軸ＡＸに沿って像側（像面Ｉ）に移動する。
　正の第３群Ｇ３は、両凸の正の第３レンズＬ３と、両凸の正の第４レンズＬ４と、像側に凸面を向けた負の第５メニスカスレンズＬ５と、物体側に凸面を向けた平凸の正の第６レンズＬ６と、を有する。正の第４レンズＬ４と負の第５メニスカスレンズＬ５とは接合され接合レンズＣＬ１を構成する。
　第３群Ｇ３の前方（物体側）には、明るさ絞りＳが配置されている。明るさ絞りＳは、フォーカシングの際、第３群Ｇ３に固定されている。
　図示しない撮像素子の前面には、平行平板Ｆ２のカバーガラスＣＧが貼り付けられている。本実施例では、カバーガラスＣＧの前面（物体側面）に、第６レンズＬ６が接合され接合レンズＣＬ２を構成する。第６レンズＬ６は、フィールドレンズの役割を有している。
　平行平板Ｆ１は、特定の波長、例えばＹＡＧレーザーの１０６０ｎｍ、半導体レーザーの８１０ｎｍ、あるいは赤外域をカットするためのフィルターである。
　図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本実施例の通常観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。図３（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は、本実施例の近接観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。
　これらの収差図は、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。また、各図中、”ω”は半画角を示す。以下、収差図に関しては、同様の符号を用いる。
（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。
　図４（ａ）は本実施例に係る内視鏡対物光学系の通常観察状態におけるレンズ断面構成図である。図４（ｂ）は本実施例に係る内視鏡対物光学系の近接観察状態におけるレンズ断面構成図である。
　内視鏡対物光学系は、物体側から順に、負の第１群Ｇ１と、正の第２群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の第３群Ｇ３と、を有する。
　負の第１群Ｇ１は、平面を物体側に向けた平凹の負の第１レンズＬ１を有する。正の第２群Ｇ２は、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２を有する。
　正の第２メニスカスレンズＬ２は、通常観察状態（図４（ａ））から近接観察状態（図４（ｂ））へフォーカシングするに際して、光軸ＡＸに沿って像側（像面Ｉ）に移動する。
　正の第３群Ｇ３は、両凸の正の第３レンズＬ３と、両凸の正の第４レンズＬ４と、像側に凸面を向けた負の第５メニスカスレンズＬ５と、物体側に凸面を向けた平凸の正の第６レンズＬ６と、を有する。正の第４レンズＬ４と負の第５メニスカスレンズＬ５とは接合され接合ＣＬ１を構成する。
　第３群Ｇ３の前方（物体側）には、明るさ絞りＳが配置されている。明るさ絞りＳは、フォーカシングの際、第３群Ｇ３に固定されている。
　第３群Ｇ３は、接合レンズＣＬ１と第６レンズＬ６の間に、平行平板Ｆ１を有する。図示しない撮像素子の前面（像面Ｉ）にはカバーガラスＣＧとして平行平板Ｆ２が貼り付けられている。本実施例では、カバーガラスＣＧの前面（物体側面）に第６レンズＬ６が接合され接合レンズＣＬ２を構成する。第６正レンズＬ６は、フィールドレンズの役割を有している。
　平行平板Ｆ１は、特定の波長、例えばＹＡＧレーザーの１０６０ｎｍ、半導体レーザーの８１０ｎｍ、あるいは赤外域をカットするためのフィルターである。
　図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本実施例の通常観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。図５（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は、本実施例の近接観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。
（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６（ａ）は本実施例に係る内視鏡対物光学系の通常観察状態におけるレンズ断面構成図である。図６（ｂ）は本実施例に係る内視鏡対物光学系の近接観察状態におけるレンズ断面構成図である。
　内視鏡対物光学系は、物体側から順に、負の第１群Ｇ１と、正の第２群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の第３群Ｇ３と、を有する。
　負の第１群Ｇ１は、物体側に平面を向けた平凹の負の第１レンズＬ１を有する。正の第２群Ｇ２は、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２を有する。
　正の第２メニスカスレンズＬ２は、通常観察状態（図６（ａ））から近接観察状態（図６（ｂ））へフォーカシングするに際して、光軸ＡＸに沿って像側（像面Ｉ）に移動する。
　正の第３群Ｇ３は、両凸の正の第３レンズＬ３と、両凸の正の第４レンズＬ４と、像側に凸面を向けた負の第５メニスカスレンズＬ５と、物体側に凸面を向けた平凸の正の第６レンズＬ６と、を有する。正の第４レンズＬ４と負の第５メニスカスレンズＬ５とは接合され接合レンズＣＬ１を構成する。
　第３群Ｇ３の前方（物体側）には、明るさ絞りＳが配置されている。明るさ絞りＳは、フォーカシングの際、第３群Ｇ３に固定されている。
　第３群Ｇ３は、接合レンズＣＬ１と第６レンズＬ６の間に、平行平板Ｆ１を有する。図示しない撮像素子の前面にはカバーガラスＣＧとして平行平板Ｆ２が貼り付けられている。本実施例では、カバーガラスＣＧの前面（物体側面）に第６レンズＬ６が接合され接合レンズＣＬ２を形成する。第６正レンズＬ６は、フィールドレンズの役割を有している。
　平行平板Ｆ１は、特定の波長、例えばＹＡＧレーザーの１０６０ｎｍ、半導体レーザーの８１０ｎｍ、あるいは赤外域をカットするためのフィルターである。
　図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本実施例の通常観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。図７（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は、本実施例の近接観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。
（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８（ａ）は本実施例に係る内視鏡対物光学系の通常観察状態におけるレンズ断面構成図である。図８（ｂ）は本実施例に係る内視鏡対物光学系の近接観察状態におけるレンズ断面構成図である。
　内視鏡対物光学系は、物体側から順に、負の第１群Ｇ１と、正の第２群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の第３群Ｇ３と、を有する。
　負の第１群Ｇ１は、物体側に平面を向けた平凹の負の第１レンズＬ１と、平行平板Ｆ１と、を有する。平行平板Ｆ１は、第１群Ｇ１内の第１レンズＬ１の像面側に配置されている。正の第２群Ｇ２は、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２を有する。
　正の第２メニスカスレンズＬ２は、通常観察状態（図８（ａ））から近接観察状態（図８（ｂ））へフォーカシングするに際して、光軸ＡＸに沿って像側（像面Ｉ）に移動する。
　正の第３群Ｇ３は、両凸の正の第３レンズＬ３と、両凸の正の第４レンズＬ４と、像側に凸面を向けた負の第５メニスカスレンズＬ５と、を有する。正の第４レンズＬ４と負の第５メニスカスレンズＬ５とは接合され接合レンズＣＬ１を構成する。
　第３群Ｇ３の前方（物体側）には、明るさ絞りＳが配置されている。明るさ絞りＳは、フォーカシングの際、第３群Ｇ３に固定されている。また、図示しない撮像素子の前面には、平行平板Ｆ２と、カバーガラスＣＧとして平行平板Ｆ３と、を有する。平行平板Ｆ２と平行平板Ｆ３とは接合され接合素子ＣＬ２を構成する。
　平行平板Ｆ１は、特定の波長、例えばＹＡＧレーザーの１０６０ｎｍ、半導体レーザーの８１０ｎｍ、あるいは赤外域をカットするためのフィルターである。
　図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本実施例の通常観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。図９（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は、本実施例の近接観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。
（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１０（ａ）は本実施例に係る内視鏡対物光学系の通常観察状態におけるレンズ断面構成図である。図１０（ｂ）は本実施例に係る内視鏡対物光学系の近接観察状態におけるレンズ断面構成図である。
　内視鏡対物光学系は、物体側から順に、負の第１群Ｇ１と、正の第２群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の第３群Ｇ３と、を有する。
　負の第１群Ｇ１は、物体側に平面を向けた平凹の負の第１レンズＬ１を有する。正の第２群Ｇ２は、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズＬ２を有する。
　正の第２メニスカスレンズＬ２は、通常観察状態（図１０（ａ））から近接観察状態（図１０（ｂ））へフォーカシングする際、像側（像面Ｉ）に移動する。
　第２群Ｇ２の像側（後方）には、明るさ絞りＳが配置されている。明るさ絞りＳは、第２メニスカスレンズＬ２と一体に像側（像面Ｉ）に移動する。
　正の第３群Ｇ３は、両凸の正の第３レンズＬ３と、両凸の正の第４レンズＬ４と、像側に凸面を向けた負の第５メニスカスレンズＬ５と、物体側に凸面を向けた平凸の正の第６レンズＬ６と、を有する。正の第４レンズＬ４と負の第５メニスカスレンズＬ５とは接合され接合ＣＬ１を構成する。
　第３群Ｇ３は、接合レンズＣＬ１と第６レンズＬ６の間に、平行平板Ｆ１を有する。図示しない撮像素子の前面（像面Ｉ）にはカバーガラスＣＧとして平行平板Ｆ２が貼り付けられている。本実施例では、カバーガラスＣＧの前面（物体側面）に第６レンズＬ６が接合され接合レンズＣＬ２を構成する。第６レンズＬ６は、フィールドレンズの役割を有している。
　平行平板Ｆ１は、特定の波長、例えばＹＡＧレーザーの１０６０ｎｍ、半導体レーザーの８１０ｎｍ、あるいは赤外域をカットするためのフィルターである。
　図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本実施例の通常観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。図１１（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は、本実施例の近接観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。
　以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｅは各レンズのｅ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数、Ｆｎｏは有効Ｆナンバー、２ωは全画角、ＩＨは像高である。絞りは明るさ絞りである。
数値実施例１
単位  ｍｍ
 
面データ
  面番号       r           d          ne       νd
      1        ∞         0.167     1.88815    40.76
      2       0.6092      0.4
      3        ∞         0.445     1.49557    75.00
      4        ∞         可変  
      5      -0.8679      0.378     1.51825    64.14
      6      -0.85        可変  
      7(絞り)  ∞         0.01
      8       1.9327      0.958     1.58482    40.75
      9      -3.9801      0.274
     10       1.612       0.953     1.49846    81.54
     11      -1.1339      0.223     1.97189    17.47
     12      -4.3605      0.802
     13       1.2968      0.7       1.51825    64.14
     14        ∞         0.4       1.507      63.26
     15撮像面  ∞
 
各種データ
                 通常観察状態    近接観察状態
  焦点距離          0.569           0.551
  ＦＮＯ．          3.12            3.11
  物点距離         20               3.15   
  2ω             122°           129.8°
  IH        0.5mm
    d4              0.26            0.4395  
    d6              0.595           0.4155  
 
数値実施例２
単位  ｍｍ
 
面データ
  面番号       r           d          ne       νd
      1        ∞         0.167     1.88815    40.78
      2       0.5945      可変
      3      -1.361       0.4       1.48915    70.23
      4      -0.9493      可変
      5(絞り)  ∞         0.02
      6       1.7698      0.89      1.59911    39.24
      7      -9.1185      0.133
      8       1.781       0.935     1.53947    74.70
      9      -1.07        0.222     1.97189    17.47
     10      -4.6626      0.05
     11        ∞         0.4       1.49557    75.00
     12        ∞         0.321
     13       2           0.67      1.51825    64.14
     14        ∞         0.38      1.507      63.26
     15撮像面  ∞
    
 
各種データ
                 通常観察状態     近接観察状態
  焦点距離          0.552            0.542
  ＦＮＯ．          3.02             3.02
  物点距離         11.7              4.75   
  2ω             129.2°          132.6°
  IH        0.5mm
    d2              1.317            1.3745
    d4              0.4615           0.404
 
 
数値実施例３
単位  ｍｍ
 
面データ
  面番号       r           d          ne       νd
      1        ∞         0.16      1.88815    40.78
      2       0.6283      可変  
      3      -0.9625      0.356     1.48915    70.23
      4      -0.9532      可変  
      5(絞り)  ∞         0.02
      6       2.1367      0.89      1.58482    40.75
      7      -2.1367      0.18
      8       1.6271      0.935     1.49846    81.54
      9      -1.0356      0.223     1.97189    17.47
     10      -4.1943      0.132
     11        ∞         0.3       1.523      65.13
     12        ∞         0.33
     13       1.38        0.67      1.51825    64.14
     14        ∞         0.3898    1.507      63.26
     15撮像面  ∞
 
各種データ
                 通常観察状態    近接観察状態
  焦点距離          0.552           0.533
  Fno               4.07            4.07
  物点距離         11.75            3.11
  2ω             127.6°         135.9°
  IH        0.5mm
    d2              1.013           1.222 
    d4              0.347           0.138
 
数値実施例４
単位  ｍｍ
 
面データ
  面番号       r           d          ne       νd
      1        ∞         0.17     1.88815     40.78
      2       0.6692      0.4
      3        ∞         0.33     1.49557     75.00
      4        ∞         可変
      5      -0.9478      0.4      1.51825     64.14
      6      -0.9478      可変
      7(絞り)  ∞         0.02
      8       1.6435      0.88     1.58482     40.75
      9     -31.7941      0.285
     10       1.2698      0.935    1.48915     70.23
     11      -0.8328      0.223    1.93429     18.90
     12      -2.1041      0.61
     13        ∞         0.65     1.51825     64.14
     14        ∞         0.38     1.507       63.26
     15撮像面  ∞    
     
各種データ
                 通常観察状態    近接観察状態
  焦点距離          0.557            0.543
  Fno               3.53             3.52
  物点距離         12                4.67
  2ω  　         127.1°          131.3°
  IH        0.5mm
    d4              0.842             0.952  
    d6              0.4636            0.3535  
 
数値実施例５
単位  ｍｍ
 
面データ
  面番号       r           d          ne       νd
      1        ∞         0.17     1.88815    40.78
      2       0.6126      可変  
      3      -1.104       0.4      1.51825    64.14
      4      -0.9344      0.2633  
      5(絞り)  ∞         可変
      6       2.0151      0.88     1.58482    40.75
      7      -5.2097      0.282
      8       1.7505      0.935    1.53947    74.70
      9      -1.1756      0.22     1.97189    17.47
     10      -4.733       0.12
     11        ∞         0.3      1.523      65.13
     12        ∞         0.416
     13       2           0.66     1.51825    64.14
     14        ∞         0.4      1.507      63.26
     15撮像面  ∞   
 
各種データ
                   通常観察状態    近接観察状態
  焦点距離            0.553           0.543
  Fno                 3.35            3.39
  物点距離           11.8             4.67
  2ω               129°           132.9°
  IH        0.5mm
    d2                1.31            1.381  
    d5                0.22            0.149  
 
　以下の表１に、各実施例の構成における条件式（１）から（６）の条件式対応値を示す。
条件式（１）　Ｇ２ｆ／ＦＬ
条件式（２）　Ｇ１ｆ／Ｇ２ｆ
条件式（３）　（Ｒ３－Ｒ４）／（Ｒ３＋Ｒ４）
条件式（４）　Ｖ２／ＦＬ
条件式（５）　ｆ３１／ｆ３２
条件式（６）　Ｇ３ｆ／ＦＬ
 
（表１）
条件式    実施例1    実施例2    実施例3    
(1)       17.041      8.812     26.924   
(2)       -0.071     -0.138     -0.048   
(3)        0.010      0.178      0.005   
(4)        0.316      0.104      0.379   
(5)       -0.925     -0.950     -0.981   
(6)        3.656      3.395      3.136   
 
条件式    実施例4    実施例5  
(1)       22.796     11.755
(2)       -0.059     -0.106
(3)        0.000      0.083
(4)        0.198      0.128 
(5)       -0.747     -0.884
(6)        3.056      3.497
 
　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。
（付記）
　なお、これらの実施例から以下の構成の発明が導かれる。
（付記項１）
　物体側から順に、負の第１群と、正の第２群と、正の第３群と、を有し、第２群が物体側から像側へ移動することで,
　遠距離物点から近距離物点へのフォーカシングを行い、
　第１群は、負の第１レンズを有し、
　第２群は、像側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズを有し、
　第３群は、物体側から順に、正の第３レンズと、正の第４レンズと負の第５レンズとを貼り合わせた接合レンズと、を有していることを特徴とする内視鏡対物光学系。
（付記項２）
　下記の条件式（１）、（２）、（３）、（４）の少なくともいずれか一つを満足することを特徴とする付記項１に記載の内視鏡対物光学系。
　８＜Ｇ２ｆ／ＦＬ＜３５     （１）
　－０．１６＜Ｇ１ｆ／Ｇ２ｆ＜－０．０４   （２）
　０≦（Ｒ３－Ｒ４）／（Ｒ３＋Ｒ４）＜０．２  （３）
　０．１＜Ｖ２／ＦＬ＜０．４      （４）
　ここで、
　ＦＬは、遠点観察時の内視鏡対物光学系全系の焦点距離、
　Ｇ１ｆは、第１群の焦点距離、
　Ｇ２ｆは、第２群の焦点距離、
　Ｒ３は、第２群のレンズの物体側面の曲率半径、
　Ｒ４は、第２群のレンズの像側面の曲率半径、
　Ｖ２は、第２群の移動量（遠距離物点から近距離物点へのフォーカシング時）、
である。
（付記項３）
　下記の条件式（５）、（６）の少なくともいずれか一つを満足することを特徴とする付記項１または２に記載の内視鏡対物光学系。
　－１．２＜ｆ３１／ｆ３２＜－０．７   （５） 
　２．５＜Ｇ３ｆ／ＦＬ＜４．５   （６） 
　ここで、
　ｆ３１は、第３群の接合レンズを構成する正のレンズの焦点距離、
　ｆ３２は、第３群の接合レンズを構成する負のレンズの焦点距離、
　Ｇ３ｆは、第３群の焦点距離、
　ＦＬは、遠点観察時の内視鏡対物光学系全系の焦点距離、
である。
　以上のように、本発明は、短縮された全長、小さい外径、及び良好な光学性能を有し、かつ、フォーカシング機構（レンズ可動機構）を搭載可能な内視鏡対物光学系に適している。
　Ｇ１　第１群
　Ｇ２　第２群
　Ｇ３　第３群
　Ｓ　明るさ絞り
　Ｌ１－Ｌ６　レンズ
　Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３　フィルター（平行平板）
　ＣＧ　カバーガラス
　ＣＬ１、ＣＬ２　接合レンズ
　ＡＸ　光軸
　Ｉ　像面（撮像面）

Claims (2)

  1. 　物体側から順に、負の第１群と、正の第２群と、正の第３群と、からなり、
    　前記第２群が物体側から像側へ移動することで、遠距離物点から近距離物点へのフォーカシングを行い、
    　前記第１群は、負のレンズからなり、
    　前記第２群は、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなり、
    　前記第３群は、物体側から順に、正のレンズと、正のレンズと負のレンズとの接合レンズと、を有することを特徴とする内視鏡対物光学系。
  2. 　以下の条件式（１）、（２）、（３）、（４）の少なくともいずれか一つ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。
    　８＜Ｇ２ｆ／ＦＬ＜３５         （１）
    　－０．１６＜Ｇ１ｆ／Ｇ２ｆ＜－０．０４    （２）
    　０≦（Ｒ３－Ｒ４）／（Ｒ３＋Ｒ４）＜０．２    （３）
    　０．１＜Ｖ２／ＦＬ＜０．４        （４）
    　ここで、
    　ＦＬは、遠点観察時の前記内視鏡対物光学系全系の焦点距離、
    　Ｇ１ｆは、前記第１群の焦点距離、
    　Ｇ２ｆは、前記第２群の焦点距離、
    　Ｒ３は、前記メニスカスレンズの物体側面の曲率半径、
    　Ｒ４は、前記メニスカスレンズの像側面の曲率半径、
    　Ｖ２は、遠距離物点から近距離物点へのフォーカシング時の前記第２群の移動量、
    である。
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