WO2023012866A1 - 内視鏡用対物光学系、撮像ユニット、及び内視鏡 - Google Patents

内視鏡用対物光学系、撮像ユニット、及び内視鏡 Download PDF

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WO2023012866A1
WO2023012866A1 PCT/JP2021/028609 JP2021028609W WO2023012866A1 WO 2023012866 A1 WO2023012866 A1 WO 2023012866A1 JP 2021028609 W JP2021028609 W JP 2021028609W WO 2023012866 A1 WO2023012866 A1 WO 2023012866A1
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WO
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lens group
lens
optical system
point observation
objective optical
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PCT/JP2021/028609
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English (en)
French (fr)
Inventor
平山哲
Original Assignee
オリンパス株式会社
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/04Reversed telephoto objectives

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope objective optical system, an imaging unit, and an endoscope.
  • an objective optical system for endoscopes an objective optical system capable of far-point observation and near-point observation is known. Switching between far-point observation and near-point observation is performed by moving the lens.
  • far-point observation the object point is located farther than in near-point observation.
  • the observation range in far point observation is wider than the observation range in near point observation.
  • Far-point observation allows observation of an object over a wide range. Far point viewing is sometimes called normal viewing.
  • near-point observation the object point is located closer than in far-point observation.
  • the observation range in near-point observation is narrower than the observation range in far-point observation.
  • the magnifying power for near point viewing is greater than the magnifying power for far point viewing. Therefore, in near-point observation, an object can be observed in detail.
  • Near point observation is sometimes called magnification observation.
  • the objective optical system disclosed in Patent Document 1 includes, in order from the object side, a first lens group having positive refractive power, a second lens group having negative refractive power, and a third lens having positive refractive power. and a fourth lens group with positive refractive power. In switching between far-point observation and near-point observation, the second lens group and the third lens group move along the optical axis.
  • the objective optical system disclosed in Patent Document 2 and the objective optical system disclosed in Patent Document 3 have, in order from the object side, a first lens group having positive refractive power and a second lens group having negative refractive power. and a third lens group having positive refractive power. In switching between far-point observation and near-point observation, the second lens group moves along the optical axis.
  • JP 2019-086678 A Japanese Patent No. 5948530 JP-A-11-316339
  • the refractive power of the second lens group is small. In this case, a large magnification cannot be obtained during near-point observation. Therefore, it is difficult to observe the object in detail.
  • the amount of movement of the second lens group should be increased. However, increasing the amount of movement of the second lens group increases the total length of the optical system.
  • the present invention has been made in view of such problems, and provides an objective for an endoscope that enables far-point observation and near-point observation, is compact, and sufficiently corrects field curvature.
  • the purpose is to provide academic courses.
  • objective optical systems for endoscopes include: From the object side, a first lens group having positive refractive power; a second lens group having negative refractive power; a third lens group having positive refractive power, In the first lens group, a single lens having negative refractive power is arranged closest to the object side, The third lens group has a cemented lens, When switching between far point observation and near point observation, the second lens group moves along the optical axis, It is characterized by satisfying the following conditional expressions (1), (2), (3) and (4).
  • ⁇ near is the lateral magnification of the endoscope objective optical system during near-point observation
  • ⁇ far is the lateral magnification of the endoscope objective optical system during far-point observation
  • ⁇ 2G is the amount of movement of the second lens group
  • FL is the focal length of the endoscope objective optical system during far-point observation
  • FL1G is the focal length of the first lens group
  • FL2G is the focal length of the second lens group
  • FL3G is the focal length of the third lens group
  • An imaging unit comprises: the objective optical system for an endoscope described above; and an imaging element that captures an optical image formed by the objective optical system for an endoscope.
  • An endoscope according to at least some embodiments of the present invention is characterized by comprising the imaging unit described above.
  • an objective system for an endoscope that is small in size and sufficiently corrected for field curvature while enabling far-point observation and near-point observation. It is possible to provide an imaging unit that is small and capable of obtaining clear images in both far point observation and near point observation. It is possible to provide an endoscope that has a narrow insertion portion and can acquire clear images in both far-point observation and near-point observation.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an endoscope objective optical system according to this embodiment;
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an endoscope objective optical system of Example 1.
  • FIG. FIG. 2 is an aberration diagram of the endoscope objective optical system of Example 1;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the endoscope objective optical system of Example 2;
  • FIG. 10 is an aberration diagram of the endoscope objective optical system of Example 2;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the endoscope objective optical system of Example 3;
  • FIG. 10 is an aberration diagram of the endoscope objective optical system of Example 3;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the endoscope objective optical system of Example 4;
  • FIG. 11 is an aberration diagram of the endoscope objective optical system of Example 4;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the endoscope objective optical system of Example 5;
  • FIG. 11 is an aberration diagram of the endoscope objective optical system of Example 5;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the endoscope objective optical system of Example 6;
  • FIG. 11 is an aberration diagram of the endoscope objective optical system of Example 6;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the endoscope objective optical system of Example 7;
  • FIG. 11 is an aberration diagram of the endoscope objective optical system of Example 7; It is a figure which shows an endoscope system.
  • the objective optical system for an endoscope includes, in order from the object side, a first lens group having positive refractive power, a second lens group having negative refractive power, and a third lens group having positive refractive power. and have In the first lens group, a single lens having negative refractive power is arranged closest to the object side, and the third lens group has a cemented lens.
  • the second lens group moves along the optical axis and satisfies the following conditional expressions (1), (2), (3) and (4).
  • ⁇ near is the lateral magnification of the endoscope objective optical system during near-point observation
  • ⁇ far is the lateral magnification of the endoscope objective optical system during far-point observation
  • ⁇ 2G is the amount of movement of the second lens group
  • FL is the focal length of the endoscope objective optical system during far-point observation
  • FL1G is the focal length of the first lens group
  • FL2G is the focal length of the second lens group
  • FL3G is the focal length of the third lens group
  • the endoscope objective optical system of this embodiment can perform far-point observation and near-point observation.
  • a wide range can be observed at low magnification in far point observation, and a narrow range can be observed at high magnification in near point observation. Therefore, the endoscope objective optical system needs to have good imaging performance for both far-point observation and near-point observation.
  • the objective optical system for an endoscope of this embodiment includes, in order from the object side, a first lens group having positive refractive power, a second lens group having negative refractive power, and a third lens group having positive refractive power. , has In this case, the arrangement of the refractive powers becomes symmetrical across the second lens group. Therefore, not only is it possible to satisfactorily correct aberrations in both far-point observation and near-point observation, but also the optical system can be made compact.
  • a single lens having negative refractive power is arranged closest to the object side.
  • the lens having positive refractive power is arranged on the image side, it is possible to secure a wide angle of view and a long back focus during normal observation.
  • the third lens group has a cemented lens. By arranging the cemented lens in the third lens group, it is possible to satisfactorily correct chromatic aberration. In the third lens group, as the image height increases, the separation between the off-axis light flux and the on-axis light flux increases. Therefore, in particular, chromatic aberration of magnification can be favorably corrected.
  • the second lens group moves along the optical axis.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the endoscope objective optical system of this embodiment.
  • FIG. 1(a) is a sectional view of the endoscope objective optical system of the first embodiment.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the endoscope objective optical system of the second embodiment.
  • the objective optical system for an endoscope of the first embodiment and the objective optical system for an endoscope of the second embodiment are composed of, in order from the object side, a first lens group G1 having positive refractive power and a second lens group G1 having negative refractive power. It has two lens groups G2 and a third lens group G3 having positive refractive power.
  • the first lens group G1 has, in order from the object side, a first lens L1 with negative refractive power, a second lens L2 with positive refractive power, and a third lens L3 with positive refractive power.
  • the second lens group G2 has a fourth lens L4 with negative refractive power.
  • the third lens group G3 has, in order from the object side, a fifth lens L5 with positive refractive power, a fifth lens L6 with positive refractive power, and a seventh lens L7 with negative refractive power.
  • a cemented lens CL is formed by the sixth lens L6 and the seventh lens L7.
  • the aperture stop S is arranged between the first lens group G1 and the second lens group G2. More specifically, the aperture stop S is arranged near the object side surface of the second lens group G2.
  • the height of the off-axis luminous flux is lowest at the position of the aperture stop S.
  • the aperture stop S is arranged near the second lens group G2. Therefore, the height of the off-axis light flux in the second lens group G2 can be reduced. As a result, the diameter of the second lens group G2 can be reduced.
  • the second lens group G2 moves along the optical axis. More specifically, when switching from far point observation to near point observation, the second lens group G2 moves toward the image side.
  • the magnification for near point observation is different from the magnification for far point observation. Therefore, zooming can be performed by moving the second lens group G2.
  • the object point in far point observation is located farther than the object point in near point observation. By moving the second lens group G2, it is possible to focus on both the object point for far point observation and the object point for near point observation.
  • the aperture stop S moves together with the second lens group G2.
  • the height of the off-axis light flux in the second lens group G2 can be reduced for both far-point observation and near-point observation. Therefore, a lens with a small diameter can be used for the second lens group G2.
  • a driving mechanism for moving the second lens group G2 is arranged near the second lens group G2. Since the diameter of the second lens group G2 can be reduced, the diameter of the insertion section can be reduced even if the drive mechanism is arranged.
  • a plane-parallel plate C1 and a plane-parallel plate C2 are arranged on the image side of the third lens group G3.
  • the plane-parallel plate C1 is a cover glass.
  • the plane-parallel plate C2 is the imager glass. The plane-parallel plate C1 and the plane-parallel plate C2 are joined together.
  • An imaging element IM is arranged on the image side of the plane-parallel plate C2.
  • An image plane I is formed on the image side surface of the plane-parallel plate C2.
  • the imaging surface of the imaging element IM coincides with the image side surface of the plane-parallel plate C2.
  • An imaging unit can be formed by the endoscope objective optical system and the imaging device IM.
  • the plane-parallel plate F is arranged between the first lens L1 and the second lens L2.
  • the plane-parallel plate F is not arranged in the endoscope objective optical system of the second embodiment.
  • the plane-parallel plate F is an infrared cut filter.
  • the plane-parallel plate F may be arranged at any position as long as it is on the object side of the plane-parallel plate C1.
  • the endoscope objective optical system of this embodiment satisfies the following conditional expressions (1), (2), (3), and (4).
  • Conditional expression (1) is a conditional expression relating to the ratio between the magnification during near point observation and the magnification during far point observation. By satisfying conditional expression (1), a large magnification can be obtained during near-point observation. As a result, the object can be observed in detail.
  • endoscopes for otolaryngology require near-point observation at high magnification. Since the endoscope objective optical system of this embodiment satisfies conditional expression (1), near-point observation at high magnification is possible. Therefore, it can be said that the endoscope objective optical system of the present embodiment is suitable for an otolaryngological endoscope objective optical system.
  • Conditional expression (2) relates to the ratio between the amount of movement of the second lens group and the focal length of the endoscope objective optical system during far point observation. If the value exceeds the upper limit of conditional expression (2), the amount of movement of the second lens group becomes too large. Therefore, the total length of the optical system is lengthened.
  • Conditional expression (3) is a conditional expression relating to the ratio between the focal length of the second lens group and the objective optical system for endoscopes during far point observation. If the value is below the lower limit of conditional expression (3), the focal length of the second lens group becomes too long. In this case, the refractive power of the second lens group becomes too small. Therefore, a large magnification cannot be obtained during near-point observation.
  • Conditional expression (4) is a conditional expression regarding the ratio between the focal length of the first lens group and the focal length of the third lens group.
  • the optical system can be made compact while enabling far point observation and near point observation. can be sufficiently corrected.
  • the endoscope objective optical system preferably satisfies the following conditional expression (5). -1.5 ⁇ (R2+R1)/(R2-R1) ⁇ -0.8 (5) here, R1 is the radius of curvature of the object side surface of the single lens in the second lens group; R2 is the radius of curvature of the image side surface of the single lens in the second lens group; is.
  • the second lens group By forming the second lens group with one single lens, the number of lenses in the endoscope objective optical system can be reduced. As a result, it is possible to reduce costs and improve work efficiency during assembly.
  • Conditional expression (5) is a conditional expression regarding the shape factor of the second lens group.
  • the second lens group consists of one single lens having negative refractive power. Therefore, conditional expression (5) can be said to be a conditional expression relating to the shape factor of a single lens having negative refractive power.
  • conditional expression (5) If the value is below the lower limit of conditional expression (5), the refractive power of the second lens group becomes too small. Therefore, a large magnification cannot be obtained during near-point observation.
  • the value exceeds the upper limit of conditional expression (5) the curvature of field increases.
  • Conditional expression (1) is as follows. A lower limit of 3.82 is preferred. It is preferable to set the upper limit to 20, 15, or 10.
  • Conditional expression (2) is as follows. It is preferable to set the lower limit to 0. It is preferable to set the upper limit to 0.4 or 0.38.
  • Conditional expression (3) is as follows. It is preferable to set the lower limit to -4.25 or -4. It is preferable to set the upper limit to -1.
  • Conditional expression (4) is as follows. It is preferable to set the lower limit to 0.61 or 0.62. It is preferable to set the upper limit to 1.
  • Conditional expression (5) is as follows. It is preferable to set the lower limit to -1.4 or -1.3.
  • the imaging unit according to the present embodiment includes the endoscope objective optical system of the present embodiment and an imaging element that captures an optical image formed by the endoscope objective optical system.
  • the objective optical system for an endoscope of this embodiment is compact while enabling far-point observation and near-point observation. Furthermore, in the endoscope objective optical system of the present embodiment, field curvature is sufficiently corrected. Therefore, in the imaging unit of this embodiment, the unit can be made compact, and a clear image can be obtained in both far-point observation and near-point observation.
  • the endoscope according to this embodiment includes the imaging unit of this embodiment.
  • the imaging unit according to the present embodiment is small while enabling far-point observation and near-point observation. Furthermore, with the imaging unit of this embodiment, clear images can be obtained in both far-point observation and near-point observation. Therefore, in the endoscope of this embodiment, the insertion portion can be made thin, and a clear image can be obtained in both far-point observation and near-point observation.
  • FIGS. shows a cross-sectional view of the lens during far-point observation.
  • FIGS. shows a cross-sectional view of the lens during near-point observation.
  • (a), (b), (c), and (d) are aberrations during far point observation.
  • (a) shows spherical aberration (SA)
  • (b) shows astigmatism (AS)
  • (c) shows distortion (DT)
  • (d) shows lateral chromatic aberration (CC).
  • (e), (f), (g), and (h) are aberrations during near-point observation.
  • (e) shows spherical aberration (SA)
  • (f) shows astigmatism (AS)
  • (g) shows distortion (DT)
  • (h) shows lateral chromatic aberration (CC).
  • the horizontal axis represents the amount of aberration.
  • the unit of aberration amount is mm.
  • the unit of the amount of aberration is %.
  • IH is the image height.
  • the unit of the wavelength of the aberration curve is nm.
  • the endoscope objective optical system of Example 1 comprises, in order from the object side, a first lens group G1 with positive refractive power, a second lens group G2 with negative refractive power, and a third lens group G3 with positive refractive power. , has
  • the first lens group G1 has a plano-concave negative lens L1 whose object side is flat, a positive meniscus lens L2 whose convex surface faces the image side, and a biconvex positive lens L3.
  • the second lens group G2 has a plano-concave negative lens L4 whose object side is flat.
  • the third lens group G3 has a plano-convex positive lens L5 whose image side is flat, a biconvex positive lens L6, and a plano-concave negative lens L7 whose image side is flat.
  • a cemented lens CL is formed by the biconvex positive lens L6 and the plano-concave negative lens L7.
  • the aperture stop S is arranged between the first lens group G1 and the second lens group G2.
  • a plane-parallel plate F is arranged between the plano-concave negative lens L1 and the positive meniscus lens L2.
  • the plane-parallel plate F is an infrared cut filter.
  • a plane-parallel plate C1 and a plane-parallel plate C2 are arranged on the image side of the third lens group G3.
  • the plane-parallel plate C1 is a cover glass.
  • the plane-parallel plate C2 is the imager glass.
  • the second lens group G2 moves to the image side.
  • the aperture stop S moves together with the second lens group G2.
  • the endoscope objective optical system of Example 2 comprises, in order from the object side, a first lens group G1 with positive refractive power, a second lens group G2 with negative refractive power, and a third lens group G3 with positive refractive power. , have
  • the first lens group G1 has a plano-concave negative lens L1 whose object side is flat, a positive meniscus lens L2 whose convex surface faces the image side, and a biconvex positive lens L3.
  • the second lens group G2 has a plano-concave negative lens L4 whose object side is flat.
  • the third lens group G3 has a plano-convex positive lens L5 whose image side is flat, a biconvex positive lens L6, and a plano-concave negative lens L7 whose image side is flat.
  • a cemented lens CL is formed by the biconvex positive lens L6 and the plano-concave negative lens L7.
  • the aperture stop S is arranged between the first lens group G1 and the second lens group G2.
  • a plane-parallel plate F is arranged between the plano-concave negative lens L1 and the positive meniscus lens L2.
  • the plane-parallel plate F is an infrared cut filter.
  • a plane-parallel plate C1 and a plane-parallel plate C2 are arranged on the image side of the third lens group G3.
  • the plane-parallel plate C1 is a cover glass.
  • the plane-parallel plate C2 is the imager glass.
  • the second lens group G2 moves to the image side.
  • the aperture stop S moves together with the second lens group G2.
  • the endoscope objective optical system of Example 3 comprises, in order from the object side, a first lens group G1 with positive refractive power, a second lens group G2 with negative refractive power, and a third lens group G3 with positive refractive power. , have
  • the first lens group G1 has a plano-concave negative lens L1 whose object side is flat, a positive meniscus lens L2 whose convex surface faces the image side, and a biconvex positive lens L3.
  • the second lens group G2 has a plano-concave negative lens L4 whose object side is flat.
  • the third lens group G3 has a plano-convex positive lens L5 whose image side is flat, a biconvex positive lens L6, and a plano-concave negative lens L7 whose image side is flat.
  • a cemented lens CL is formed by the biconvex positive lens L6 and the plano-concave negative lens L7.
  • the aperture stop S is arranged between the first lens group G1 and the second lens group G2.
  • a plane-parallel plate F is arranged between the plano-concave negative lens L1 and the positive meniscus lens L2.
  • the plane-parallel plate F is an infrared cut filter.
  • a plane-parallel plate C1 and a plane-parallel plate C2 are arranged on the image side of the third lens group G3.
  • the plane-parallel plate C1 is a cover glass.
  • the plane-parallel plate C2 is the imager glass.
  • the second lens group G2 moves to the image side.
  • the aperture stop S moves together with the second lens group G2.
  • the objective optical system for an endoscope of Example 4 comprises, in order from the object side, a first lens group G1 with positive refractive power, a second lens group G2 with negative refractive power, and a third lens group G3 with positive refractive power. , has
  • the first lens group G1 has a plano-concave negative lens L1 whose object side is flat, a positive meniscus lens L2 whose convex surface faces the image side, and a biconvex positive lens L3.
  • the second lens group G2 has a negative meniscus lens 4 with a convex surface facing the object side.
  • the third lens group G3 has a plano-convex positive lens L5 whose image side is flat, a biconvex positive lens L6, and a plano-concave negative lens L7 whose image side is flat.
  • a cemented lens CL is formed by the biconvex positive lens L6 and the plano-concave negative lens L7.
  • the aperture stop S is arranged between the first lens group G1 and the second lens group G2.
  • a plane-parallel plate C1 and a plane-parallel plate C2 are arranged on the image side of the third lens group G3.
  • the plane-parallel plate C1 is a cover glass.
  • the plane-parallel plate C2 is the imager glass.
  • the second lens group G2 moves to the image side.
  • the aperture stop S moves together with the second lens group G2.
  • the endoscope objective optical system of Example 5 comprises, in order from the object side, a first lens group G1 with positive refractive power, a second lens group G2 with negative refractive power, and a third lens group G3 with positive refractive power. , has
  • the first lens group G1 has a plano-concave negative lens L1 whose object side is flat, a positive meniscus lens L2 whose convex surface faces the image side, and a biconvex positive lens L3.
  • the second lens group G2 has a negative meniscus lens 4 with a convex surface facing the object side.
  • the third lens group G3 has a plano-convex positive lens L5 whose image side is flat, a biconvex positive lens L6, and a plano-concave negative lens L7 whose image side is flat.
  • a cemented lens CL is formed by the biconvex positive lens L6 and the plano-concave negative lens L7.
  • the aperture stop S is arranged between the first lens group G1 and the second lens group G2.
  • a plane-parallel plate C1 and a plane-parallel plate C2 are arranged on the image side of the third lens group G3.
  • the plane-parallel plate C1 is a cover glass.
  • the plane-parallel plate C2 is the imager glass.
  • the second lens group G2 moves to the image side.
  • the aperture stop S moves together with the second lens group G2.
  • the endoscope objective optical system of Example 6 comprises, in order from the object side, a first lens group G1 with positive refractive power, a second lens group G2 with negative refractive power, and a third lens group G3 with positive refractive power. , has
  • the first lens group G1 has a plano-concave negative lens L1 whose object side is flat, a positive meniscus lens L2 whose convex surface faces the image side, and a biconvex positive lens L3.
  • the second lens group G2 has a negative meniscus lens 4 with a convex surface facing the object side.
  • the third lens group G3 has a plano-convex positive lens L5 whose image side is flat, a biconvex positive lens L6, and a plano-concave negative lens L7 whose image side is flat.
  • a cemented lens CL is formed by the biconvex positive lens L6 and the plano-concave negative lens L7.
  • the aperture stop S is arranged between the first lens group G1 and the second lens group G2.
  • a plane-parallel plate F is arranged between the plano-concave negative lens L1 and the positive meniscus lens L2.
  • the plane-parallel plate F is an infrared cut filter.
  • a plane-parallel plate C1 and a plane-parallel plate C2 are arranged on the image side of the third lens group G3.
  • the plane-parallel plate C1 is a cover glass.
  • the plane-parallel plate C2 is the imager glass.
  • the second lens group G2 moves to the image side.
  • the aperture stop S moves together with the second lens group G2.
  • the endoscope objective optical system of Example 7 comprises, in order from the object side, a first lens group G1 with positive refractive power, a second lens group G2 with negative refractive power, and a third lens group G3 with positive refractive power. , has
  • the first lens group G1 has a plano-concave negative lens L1 whose object side is flat, a positive meniscus lens L2 whose convex surface faces the image side, and a biconvex positive lens L3.
  • the second lens group G2 has a negative meniscus lens 4 with a convex surface facing the object side.
  • the third lens group G3 has a plano-convex positive lens L5 whose image side is flat, a biconvex positive lens L6, and a plano-concave negative lens L7 whose image side is flat.
  • a cemented lens CL is formed by the biconvex positive lens L6 and the plano-concave negative lens L7.
  • the aperture stop S is arranged between the first lens group G1 and the second lens group G2.
  • a plane-parallel plate F is arranged between the plano-concave negative lens L1 and the positive meniscus lens L2.
  • the plane-parallel plate F is an infrared cut filter.
  • a plane-parallel plate C1 and a plane-parallel plate C2 are arranged on the image side of the third lens group G3.
  • the plane-parallel plate C1 is a cover glass.
  • the plane-parallel plate C2 is the imager glass.
  • the second lens group G2 moves to the image side.
  • the aperture stop S moves together with the second lens group G2.
  • r is the radius of curvature of each lens surface
  • d is the distance between the lens surfaces
  • ne is the e-line refractive index of each lens
  • ⁇ d is the Abbe number of each lens
  • the aperture is the aperture aperture.
  • far point is far point observation
  • near point is far point observation
  • OD is the object point distance
  • f is the focal length of the entire system
  • FNO. is the F-number
  • IH is the image height.
  • f1, f2, . . . are focal lengths of the respective lens groups.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4 (1) ⁇ near/ ⁇ far 3.847 4.148 3.886 4.079 (2) ⁇ 2G/FL 0.333 0.271 0.251 0.235 (3) FL2G/FL -2.288 -1.695 -1.677 -1.608 (4) FL1G/FL3G 0.660 0.723 0.671 0.686 (5)(R2+R1)/(R2-R1) -1 -1 -1 -1.06
  • Conditional expression Example 5 Example 6
  • Example 7 (1) ⁇ near/ ⁇ far 4.184 3.897 3.927 (2) ⁇ 2G/FL 0.194 0.329 0.344 (3) FL2G/FL -1.496 -2.106 -2.067 (4) FL1G/FL3G 0.632 0.701 0.783 (5)(R2+R1)/(R2-R1) -1.08 -1.13 -1.09
  • FIG. 16 is a diagram showing an endoscope system.
  • FIG. 16 in order to explain the configuration of the endoscope, only the endoscope portion is drawn large.
  • the endoscope system 300 has an endoscope 310 and an image processing device 320 .
  • the endoscope 310 has a scope section 310a and a connection cord section 310b.
  • a display unit 330 is connected to the image processing device 320 .
  • the scope section 310 a is roughly divided into an operation section 340 and an insertion section 341 .
  • the insertion portion 341 is elongated and can be inserted into the patient's body cavity.
  • the insertion portion 341 is composed of a flexible member. The observer can perform various operations using an angle knob or the like provided on the operation section 340 .
  • connection cord portion 310 b extends from the operation portion 340 .
  • the connection cord portion 310b includes a universal cord 350. As shown in FIG. Universal cord 350 is connected to image processing device 320 via connector 360 .
  • the universal code 350 is used for transmitting and receiving various signals.
  • Various signals include a power supply voltage signal, a CCD drive signal, and the like. These signals are sent from the power supply and video processor to the scope unit 310a. Also, there is a video signal as one of various signals. This signal is sent from scope section 310a to the video processor.
  • a peripheral device such as a video printer (not shown) can be connected to the video processor in the image processing device 320 .
  • the video processor performs signal processing on the video signal from the scope section 310a.
  • An endoscopic image is displayed on the display screen of the display unit 330 based on the video signal.
  • An optical system (not shown) is arranged at the distal end portion 342 of the insertion portion 341 .
  • the objective optical system for an endoscope of this embodiment is used for the optical system.
  • the present invention is suitable for an endoscope objective system that enables far-point observation and near-point observation, is compact, and has sufficiently corrected curvature of field. It is compact and suitable for imaging units that can acquire clear images in both far-point observation and near-point observation. It is suitable for endoscopes that have a narrow insertion section and can acquire clear images in both far-point and near-point observations.
  • G1 1st lens group G2 2nd lens group G3 3rd lens group CL cemented lens S aperture diaphragm F, C1, C2 plane parallel plate I image plane IM imaging element 300 endoscope system 310 endoscope 310a scope section 310b connection Cord part 320 Image processing device 330 Display unit 340 Operation part 341 Insertion part 342 Tip part 350 Universal cord 360 Connector

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Abstract

遠点観察と近点観察が可能でありながら、小型で、且つ、像面湾曲が十分に補正された内視鏡用対物学系を提供する。 内視鏡対物光学系は、物体側から順に、正屈折力を有する第1レンズ群G1と、負屈折力を有する第2レンズ群G2と、正屈折力を有する第3レンズ群G3と、を有し、第1レンズ群G1では、負屈折力を有する単レンズL1が最も物体側に配置され、第3レンズ群G3は、接合レンズCLを有し、遠点観察と近点観察との切り替え時、第2レンズ群G2は光軸に沿って移動し、以下の条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足する。 3.8<βnear/βfar (1) Δ2G/FL<0.415 (2) -4.5<FL2G/FL (3) 0.6<FL1G/FL3G (4)

Description

内視鏡用対物光学系、撮像ユニット、及び内視鏡
 本発明は、内視鏡用対物光学系、撮像ユニット、及び内視鏡に関する。
 内視鏡用対物光学系として、遠点観察と近点観察が可能な対物光学系が知られている。遠点観察と近点観察との切り替えは、レンズの移動によって行われる。
 遠点観察では、物点は、近点観察における物点よりも遠くに位置する。遠点観察においける観察範囲は、近点観察における観察範囲よりも広い。遠点観察では、物体の観察を広範囲にわたって行うことができる。遠点観察は、通常観察と呼ばれることがある。
 近点観察では、物点は、遠点観察における物点よりも近くに位置する。近点観察においける観察範囲は、遠点観察における観察範囲よりも狭い。その代わりに、近点観察における拡大倍率は、遠点観察における拡大倍率よりも大きい。そのため、近点観察では、物体の観察を詳細に行うことができる。近点観察は、拡大観察と呼ばれることがある。
 医療用内視鏡の分野では、病変部の質的診断が行われるようになってきた。この診断では、病変部を拡大した観察が必要になる。近点観察が可能な対物光学系であれば、病変部を拡大した観察を行うことができる。
 病変部を拡大して観察するためには、病変部を見つける必要がある。近点観察では観察範囲が狭いため、近点観察で病変部を見つけることは容易ではない。遠点観察では、近点観察よりも広い範囲を観察することができる。遠点観察が可能な対物光学系であれば、病変部を容易に見つけることができる。
 特許文献1に開示された対物光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群と、を有する。遠点観察と近点観察との切り替えでは、第2レンズ群と第3レンズ群が光軸に沿って移動する。
 特許文献2に開示された対物光学系と特許文献3に開示された対物光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、を有する。遠点観察と近点観察との切り替えでは、第2レンズ群が光軸に沿って移動する。
特開2019-086678号公報 特許5948530号公報 特開平11-316339号公報
 特許文献1に開示された対物光学系では、2つのレンズ群が移動する。レンズ群の移動では、駆動機構が用いられる。移動するレンズ群の数が多いと、駆動機構の数が増えるとともに、機構が複雑になる。そのため、内視鏡の挿入部が太くなってしまう。
 特許文献2に開示された対物光学系では、第2レンズ群の屈折力が小さい。この場合、近点観察時に、大きな拡大倍率を得ることができない。そのため、物体の観察を詳細に行うことは困難である。拡大倍率を大きくするためには、第2レンズ群の移動量を大きくすれば良い。しかしながら、第2レンズ群の移動量を大きくすると、光学系の全長が長くなる。
 特許文献3に開示された対物光学系では、像面湾曲が十分に補正されていない。そのため、物体の観察を詳細に行うことが困難である。
 本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、遠点観察と近点観察が可能でありながら、小型で、且つ、像面湾曲が十分に補正された内視鏡用対物学系を提供することを目的とする。小型で、遠点観察と近点観察の両方で鮮明な画像が取得できる撮像ユニットを提供することを目的とする。挿入部が細く、遠点観察と近点観察の両方で鮮明な画像が取得できる内視鏡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用対物光学系は、
 物体側から順に、
 正屈折力を有する第1レンズ群と、
 負屈折力を有する第2レンズ群と、
 正屈折力を有する第3レンズ群と、を有し、
 第1レンズ群では、負屈折力を有する単レンズが最も物体側に配置され、
 第3レンズ群は、接合レンズを有し、
 遠点観察と近点観察との切り替え時、第2レンズ群は光軸に沿って移動し、
 以下の条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足することを特徴とする。
 3.8<βnear/βfar   (1)
 Δ2G/FL<0.415   (2)
 -4.5<FL2G/FL   (3)
 0.6<FL1G/FL3G   (4)
 ここで、
 βnearは、近点観察時の内視鏡用対物光学系の横倍率、
 βfarは、遠点観察時の内視鏡用対物光学系の横倍率、
 Δ2Gは、第2レンズ群の移動量、
 FLは、遠点観察時の内視鏡用対物光学系の焦点距離、
 FL1Gは、第1レンズ群の焦点距離、
 FL2Gは、第2レンズ群の焦点距離、
 FL3Gは、第3レンズ群の焦点距離、
である。
 本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る撮像ユニットは、
 上述の内視鏡用対物光学系と、
 内視鏡用対物光学系によって結像された光学像を撮像する撮像素子と、を備えることを特徴とする。
 本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る内視鏡は、上述の撮像ユニットを備えることを特徴とする。
 本発明によれば、遠点観察と近点観察が可能でありながら、小型で、且つ、像面湾曲が十分に補正された内視鏡用対物学系を提供することができる。小型で、遠点観察と近点観察の両方で鮮明な画像が取得できる撮像ユニットを提供することができる。挿入部が細く、遠点観察と近点観察の両方で鮮明な画像が取得できる内視鏡を提供することができる。
本実施形態に係る内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例1の内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例1の内視鏡用対物光学系の収差図である。 実施例2の内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例2の内視鏡用対物光学系の収差図である。 実施例3の内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例3の内視鏡用対物光学系の収差図である。 実施例4の内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例4の内視鏡用対物光学系の収差図である。 実施例5の内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例5の内視鏡用対物光学系の収差図である。 実施例6の内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例6の内視鏡用対物光学系の収差図である。 実施例7の内視鏡用対物光学系の断面図である。 実施例7の内視鏡用対物光学系の収差図である。 内視鏡システムを示す図である。
 以下、本実施形態に係る内視鏡用対物光学系、本実施形態に係る撮像ユニット、及び本実施形態に係る内視鏡について、図面を用いて、このような構成をとった理由と作用を説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
 本実施形態に係る内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、正屈折力を有する第1レンズ群と、負屈折力を有する第2レンズ群と、正屈折力を有する第3レンズ群と、を有する。第1レンズ群では、負屈折力を有する単レンズが最も物体側に配置され、第3レンズ群は、接合レンズを有する。遠点観察と近点観察との切り替え時、第2レンズ群は光軸に沿って移動し、以下の条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足する。
 3.8<βnear/βfar   (1)
 Δ2G/FL<0.415   (2)
 -4.5<FL2G/FL   (3)
 0.6<FL1G/FL3G   (4)
 ここで、
 βnearは、近点観察時の内視鏡用対物光学系の横倍率、
 βfarは、遠点観察時の内視鏡用対物光学系の横倍率、
 Δ2Gは、第2レンズ群の移動量、
 FLは、遠点観察時の内視鏡用対物光学系の焦点距離、
 FL1Gは、第1レンズ群の焦点距離、
 FL2Gは、第2レンズ群の焦点距離、
 FL3Gは、第3レンズ群の焦点距離、
である。
 本実施形態の内視鏡用対物光学系では、遠点観察と近点観察が行える。遠点観察では広い範囲を低倍で観察することができ、近点観察では狭い範囲を高倍で観察することができる。よって、内視鏡用対物光学系は、遠点観察と近点観察の両方で、良好な結像性能を有している必要がある。
 本実施形態の内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、正屈折力を有する第1レンズ群と、負屈折力を有する第2レンズ群と、正屈折力を有する第3レンズ群と、を有する。この場合、屈折力の並びが、第2レンズ群を挟んで対称になる。そのため、遠点観察と近点観察の両方で、収差を良好に補正することができるだけでなく、光学系を小型にすることができる。
 第1レンズ群では、負屈折力を有する単レンズが、最も物体側に配置されている。この場合、正屈折力を有するレンズを像側に配置することで、通常観察において、広い画角と長いバックフォーカスを確保することができる。
 第3レンズ群は、接合レンズを有する。第3レンズ群に接合レンズを配置することで、色収差を良好に補正することができる。第3レンズ群では、像高が高くなるにつれて、軸外光束と軸上光束との分離が大きくなる。よって、特に、倍率色収差を良好に補正することができる。
 遠点観察と近点観察との切り替え時、第2レンズ群は光軸に沿って移動する。
 図1は、本実施形態の内視鏡用対物光学系の断面図である。図1(a)は、第1実施形態の内視鏡用対物光学系の断面図である。図1(b)は、第2実施形態の内視鏡用対物光学系の断面図である。
 第1実施形態の内視鏡用対物光学系と第2実施形態の内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、正屈折力を有する第1レンズ群G1と、負屈折力を有する第2レンズ群G2と、正屈折力を有する第3レンズ群G3と、を有する。
 第1レンズ群G1は、物体側から順に、負屈折力の第1レンズL1と、正屈折力の第2レンズL2と、正屈折力の第3レンズL3と、を有している。
 第2レンズ群G2は、負屈折力の第4レンズL4を有する。
 第3レンズ群G3は、物体側から順に、正屈折力の第5レンズL5と、正屈折力の第レンズL6と、負屈折力の第7レンズL7と、を有する。第6レンズL6と第7レンズL7とで、接合レンズCLが形成されている。
 明るさ絞りSは、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に配置されている。より詳しくは、明るさ絞りSは、第2レンズ群G2の物体側面の近傍に配置されている。
 軸外光束の高さは、明るさ絞りSの位置で最も低くなる。明るさ絞りSは、第2レンズ群G2の近傍に配置されている。そのため、第2レンズ群G2における軸外光束の高さを低くすることができる。その結果、第2レンズ群G2の直径を小さくすることができる。
 遠点観察と近点観察との切り替え時、第2レンズ群G2は光軸に沿って移動する。より具体的には、遠点観察から近点観察への切り替え時、第2レンズ群G2が像側に移動する。
 近点観察時の倍率は、遠点観察時の倍率と異なる。よって、第2レンズ群G2を移動させることで、変倍を行うことができる。遠点観察時の物点は、近点観察時の物点よりも遠くに位置する。第2レンズ群G2を移動させることで、遠点観察時の物点と近点観察時の物点の両方に合焦することができる。
 遠点観察と近点観察との切り替え時、明るさ絞りSは、第2レンズ群G2と一緒に移動する。この場合、遠点観察と近点観察とで、第2レンズ群G2における軸外光束の高さを低くすることができる。そのため、直径の小さいレンズを第2レンズ群G2に使用することができる。
 特に、耳鼻科用の内視鏡では、挿入部の細径化が要求される。第2レンズ群G2の近傍には、第2レンズ群G2の移動のために駆動機構が配置される。第2レンズ群G2の直径を小さくすることができるので、駆動機構を配置しても、挿入部を細径にすることができる。
 第3レンズ群G3の像側には、平行平面板C1と、平行平面板C2と、が配置されている。平行平面板C1は、カバーガラスである。平行平面板C2は、イメージャーガラスである。平行平面板C1と平行平面板C2は接合されている。
 平行平面板C2の像側には、撮像素子IMが配置されている。平行平面板C2の像側面は、像面Iになっている。撮像素子IMの撮像面は、平行平面板C2の像側面と一致している。内視鏡用対物光学系と撮像素子IMとで、撮像ユニットが形成することができる。
 第1実施形態の内視鏡用対物光学系では、平行平面板Fは、第1レンズL1と第2レンズL2の間に配置されている。第2実施形態の内視鏡用対物光学系では、平行平面板Fは配置されていない。
 平行平面板Fは、赤外カットフィルタである。平行平面板Fは、平行平面板C1の物体側であれば、任意の位置に配置して良い。
 本実施形態の内視鏡用対物光学系は、以下の条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足する。
 3.8<βnear/βfar   (1)
 Δ2G/FL<0.415   (2)
 -4.5<FL2G/FL   (3)
 0.6<FL1G/FL3G   (4)
 ここで、
 βnearは、近点観察時の内視鏡用対物光学系の横倍率、
 βfarは、遠点観察時の内視鏡用対物光学系の横倍率、
 Δ2Gは、第2レンズ群の移動量、
 FLは、遠点観察時の内視鏡用対物光学系の焦点距離、
 FL1Gは、第1レンズ群の焦点距離、
 FL2Gは、第2レンズ群の焦点距離、
 FL3Gは、第3レンズ群の焦点距離、
である。
 条件式(1)は、近点観察時の倍率と遠点観察時の倍率との比に関する条件式である。条件式(1)を満足することで、近点観察時に大きな拡大倍率を得ることができる。その結果、物体の観察を詳細に行うことができる。
 特に、耳鼻科用の内視鏡では、高倍での近点観察が求められる。本実施形態の内視鏡用対物光学系は条件式(1)を満足しているので、高倍での近点観察ができる。よって、本実施形態の内視鏡用対物光学系は、耳鼻科用の内視鏡の対物光学系に適しているということができる。
 条件式(2)は、第2レンズ群の移動量と遠点観察時の内視鏡用対物光学系の焦点距離との比に関する条件式である。値が条件式(2)の上限値を上回る場合、第2レンズ群の移動量が大きくなり過ぎる。そのため、光学系の全長が長くなる。
 条件式(3)は、第2レンズ群と遠点観察時の内視鏡用対物光学系の焦点距離との比に関する条件式である。値が条件式(3)の下限値を下回る場合、第2レンズ群の焦点距離が長くなり過ぎる。この場合、第2レンズ群の屈折力が小さくなり過ぎる。そのため、近点観察時に大きな拡大倍率を得ることができない。
 条件式(4)は、第1レンズ群の焦点距離と第3レンズ群の焦点距離との比に関する条件式ある。条件式(4)を満足することで、ペッツバール和を十分に小さくすることができる。その結果、像面湾曲を小さくすることができる。
 以上説明したように、本実施形態の内視鏡用対物光学系によれば、遠点観察と近点観察が可能でありながら、光学系を小型にすることができ、且つ、像面湾曲が十分に補正することができる。
 本実施形態に係る内視鏡用対物光学系は、以下の条件式(5)を満足することが好ましい。
 -1.5<(R2+R1)/(R2-R1)<-0.8   (5)
 ここで、
 R1は、第2レンズ群の単レンズの物体側面の曲率半径、
 R2は、第2レンズ群の単レンズの像側面の曲率半径、
である。
 第2レンズ群を1枚の単レンズで形成することで、内視鏡用対物光学系におけるレンズの枚数を減らすことができる。その結果、コストダウンと、組み立て時の作業効率の向上を行うことができる。
 条件式(5)は、第2レンズ群のシェイプファクタに関する条件式である。第2レンズ群は、1枚の負屈折力を有する単レンズからなる。よって、条件式(5)は、負屈折力を有する単レンズのシェイプファクタに関する条件式ということができる。
 値が条件式(5)の下限値を下回る場合、第2レンズ群の屈折力が小さくなり過ぎる。そのため、近点観察時に大きな拡大倍率を得ることができない。値が条件式(5)の上限値を上回る場合、像面湾曲が大きくなる。
 各条件式について、以下のように下限値、または上限値を変更しても良い。
 条件式(1)については、以下の通りである。
 下限値を3.82にすることが好ましい。
 上限値を20、15、10のいずれかにすることが好ましい。
 条件式(2)については、以下の通りである。
 下限値を0にすることが好ましい。
 上限値を0.4、又は0.38にすることが好ましい。
 条件式(3)については、以下の通りである。
 下限値を-4.25、又は-4にすることが好ましい。
 上限値を-1にすることが好ましい。
 条件式(4)については、以下の通りである。
 下限値を0.61、又は0.62にすることが好ましい。
 上限値を1にすることが好ましい。
 条件式(5)については、以下の通りである。
 下限値を-1.4、又は-1.3にすることが好ましい。
 本実施形態に係る撮像ユニットは、本実施形態の内視鏡用対物光学系と、内視鏡用対物光学系によって結像された光学像を撮像する撮像素子と、を備える。
 本実施形態の内視鏡用対物光学系は、遠点観察と近点観察が可能でありながら、小型である。更に、本実施形態の内視鏡用対物光学系では、像面湾曲が十分に補正されている。よって、本実施形態の撮像ユニットでは、ユニットを小型にできると共に、遠点観察と近点観察の両方で鮮明な画像が取得できる。
 本実施形態に係る内視鏡は、本実施形態の撮像ユニットを備える。
 本実施形態に係る撮像ユニットは、遠点観察と近点観察が可能でありながら、小型である。更に、本実施形態の撮像ユニットでは、遠点観察と近点観察の両方で鮮明な画像が取得できる。よって、本実施形態の内視鏡では、挿入部を細くすることができると共に、遠点観察と近点観察の両方で鮮明な画像が取得できる。
 以下に、内視鏡用対物光学系の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
 各実施例のレンズ断面図を、図2、図4、図6、図8、図10、図12、図14に示す。(a)は遠点観察時のレンズ断面図を示している。(b)は近点観察時のレンズ断面図を示している。
 各実施例の収差図を、図3、図5、図7、図9、図11、図13、図15に示す。(a)、(b)、(c)、(d)は、遠点観察時の収差である。(a)は球面収差(SA)、(b)は非点収差(AS)、(c)は歪曲収差(DT)、(d)は倍率色収差(CC)を示している。
 (e)、(f)、(g)、(h)は、近点観察時の収差である。(e)は球面収差(SA)、(f)は非点収差(AS)、(g)は歪曲収差(DT)、(h)は倍率色収差(CC)を示している。
 各収差図において、横軸は収差量を表している。球面収差、非点収差及び倍率収差については、収差量の単位はmmである。また、歪曲収差については、収差量の単位は%である。また、IHは像高である。また、収差曲線の波長の単位はnmである。
 実施例1の内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、を有する。
 第1レンズ群G1は、物体側が平面である平凹負レンズL1と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2と、両凸正レンズL3と、を有する。
 第2レンズ群G2は、物体側が平面である平凹負レンズL4を有する。
 第3レンズ群G3は、像側が平面である平凸正レンズL5と、両凸正レンズL6と、像側が平面である平凹負レンズL7と、を有する。両凸正レンズL6と平凹負レンズL7とで、接合レンズCLが形成されている。
 明るさ絞りSは、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に配置されている。
 平凹負レンズL1と正メニスカスレンズL2の間には、平行平面板Fが配置されている。平行平面板Fは、赤外カットフィルタである。第3レンズ群G3の像側には、平行平面板C1と、平行平面板C2と、が配置されている。平行平面板C1は、カバーガラスである。平行平面板C2は、イメージャーガラスである。
 遠点観察から近点観察への切り替え時、第2レンズ群G2が像側に移動する。明るさ絞りSは、第2レンズ群G2と一緒に移動する。
 実施例2の内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、を有する。
 第1レンズ群G1は、物体側が平面である平凹負レンズL1と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2と、両凸正レンズL3と、を有する。
 第2レンズ群G2は、物体側が平面である平凹負レンズL4を有する。
 第3レンズ群G3は、像側が平面である平凸正レンズL5と、両凸正レンズL6と、像側が平面である平凹負レンズL7と、を有する。両凸正レンズL6と平凹負レンズL7とで、接合レンズCLが形成されている。
 明るさ絞りSは、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に配置されている。
 平凹負レンズL1と正メニスカスレンズL2の間には、平行平面板Fが配置されている。平行平面板Fは、赤外カットフィルタである。第3レンズ群G3の像側には、平行平面板C1と、平行平面板C2と、が配置されている。平行平面板C1は、カバーガラスである。平行平面板C2は、イメージャーガラスである。
 遠点観察から近点観察への切り替え時、第2レンズ群G2が像側に移動する。明るさ絞りSは、第2レンズ群G2と一緒に移動する。
 実施例3の内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、を有する。
 第1レンズ群G1は、物体側が平面である平凹負レンズL1と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2と、両凸正レンズL3と、を有する。
 第2レンズ群G2は、物体側が平面である平凹負レンズL4を有する。
 第3レンズ群G3は、像側が平面である平凸正レンズL5と、両凸正レンズL6と、像側が平面である平凹負レンズL7と、を有する。両凸正レンズL6と平凹負レンズL7とで、接合レンズCLが形成されている。
 明るさ絞りSは、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に配置されている。
 平凹負レンズL1と正メニスカスレンズL2の間には、平行平面板Fが配置されている。平行平面板Fは、赤外カットフィルタである。第3レンズ群G3の像側には、平行平面板C1と、平行平面板C2と、が配置されている。平行平面板C1は、カバーガラスである。平行平面板C2は、イメージャーガラスである。
 遠点観察から近点観察への切り替え時、第2レンズ群G2が像側に移動する。明るさ絞りSは、第2レンズ群G2と一緒に移動する。
 実施例4の内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、を有する。
 第1レンズ群G1は、物体側が平面である平凹負レンズL1と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2と、両凸正レンズL3と、を有する。
 第2レンズ群G2は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ4を有する。
 第3レンズ群G3は、像側が平面である平凸正レンズL5と、両凸正レンズL6と、像側が平面である平凹負レンズL7と、を有する。両凸正レンズL6と平凹負レンズL7とで、接合レンズCLが形成されている。
 明るさ絞りSは、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に配置されている。
 第3レンズ群G3の像側には、平行平面板C1と、平行平面板C2と、が配置されている。平行平面板C1は、カバーガラスである。平行平面板C2は、イメージャーガラスである。
 遠点観察から近点観察への切り替え時、第2レンズ群G2が像側に移動する。明るさ絞りSは、第2レンズ群G2と一緒に移動する。
 実施例5の内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、を有する。
 第1レンズ群G1は、物体側が平面である平凹負レンズL1と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2と、両凸正レンズL3と、を有する。
 第2レンズ群G2は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ4を有する。
 第3レンズ群G3は、像側が平面である平凸正レンズL5と、両凸正レンズL6と、像側が平面である平凹負レンズL7と、を有する。両凸正レンズL6と平凹負レンズL7とで、接合レンズCLが形成されている。
 明るさ絞りSは、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に配置されている。
 第3レンズ群G3の像側には、平行平面板C1と、平行平面板C2と、が配置されている。平行平面板C1は、カバーガラスである。平行平面板C2は、イメージャーガラスである。
 遠点観察から近点観察への切り替え時、第2レンズ群G2が像側に移動する。明るさ絞りSは、第2レンズ群G2と一緒に移動する。
 実施例6の内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、を有する。
 第1レンズ群G1は、物体側が平面である平凹負レンズL1と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2と、両凸正レンズL3と、を有する。
 第2レンズ群G2は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ4を有する。
 第3レンズ群G3は、像側が平面である平凸正レンズL5と、両凸正レンズL6と、像側が平面である平凹負レンズL7と、を有する。両凸正レンズL6と平凹負レンズL7とで、接合レンズCLが形成されている。
 明るさ絞りSは、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に配置されている。
 平凹負レンズL1と正メニスカスレンズL2の間には、平行平面板Fが配置されている。平行平面板Fは、赤外カットフィルタである。第3レンズ群G3の像側には、平行平面板C1と、平行平面板C2と、が配置されている。平行平面板C1は、カバーガラスである。平行平面板C2は、イメージャーガラスである。
 遠点観察から近点観察への切り替え時、第2レンズ群G2が像側に移動する。明るさ絞りSは、第2レンズ群G2と一緒に移動する。
 実施例7の内視鏡用対物光学系は、物体側から順に、正屈折力の第1レンズ群G1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、を有する。
 第1レンズ群G1は、物体側が平面である平凹負レンズL1と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2と、両凸正レンズL3と、を有する。
 第2レンズ群G2は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ4を有する。
 第3レンズ群G3は、像側が平面である平凸正レンズL5と、両凸正レンズL6と、像側が平面である平凹負レンズL7と、を有する。両凸正レンズL6と平凹負レンズL7とで、接合レンズCLが形成されている。
 明るさ絞りSは、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に配置されている。
 平凹負レンズL1と正メニスカスレンズL2の間には、平行平面板Fが配置されている。平行平面板Fは、赤外カットフィルタである。第3レンズ群G3の像側には、平行平面板C1と、平行平面板C2と、が配置されている。平行平面板C1は、カバーガラスである。平行平面板C2は、イメージャーガラスである。
 遠点観察から近点観察への切り替え時、第2レンズ群G2が像側に移動する。明るさ絞りSは、第2レンズ群G2と一緒に移動する。
 以下に、上記各実施例の数値データを示す。面データにおいて、rは各レンズ面の曲率半径、dは各レンズ面間の間隔、neは各レンズのe線の屈折率、νdは各レンズのアッベ数、絞りは明るさ絞りである。
 各種データにおいて、遠点は遠点観察、近点は遠点観察である。ODは物点距離、fは全系の焦点距離、FNO.はFナンバー、IHは像高である。各群焦点距離において、f1、f2…は各レンズ群の焦点距離である。
数値実施例1
単位  mm
 
面データ
  面番号       r          d         ne       νd
      1        ∞        0.2      1.77066    71.79
      2       0.703      0.33
      3        ∞        0.3      1.523      65.13
      4        ∞        0.075
      5      -4.042      0.8      1.75453    35.33
      6      -2.593      0.1
      7       2.025      0.72     1.75844    52.32
      8      -2.461      0.05
      9        ∞        可変
     10(絞り)  ∞        0.03
     11        ∞        0.48     1.93429    18.9
     12       1.988      0.27
     13        ∞        可変
     14       3.254      0.48     1.88815    40.76
     15        ∞        0.08
     16       1.581      0.95     1.69979    55.53
     17      -1.581      0.3      2.00912    29.14
     18        ∞        0.33
     19        ∞        0.4      1.51825    64.14
     20        ∞        0.02     1.515      64
     21        ∞        0.5      1.6135     50.49
     22(像面)  ∞
 
各種データ
           遠点      近点
OD      11         2.75
f         0.930     0.985
FNO.   5.90      6.01
IH       0.75      0.75
d9         0.12      0.43
d13        0.42      0.11
 
群焦点距離
f1=1.155   f2=-2.128   f3=1.751
数値実施例2
単位  mm
 
面データ
  面番号       r          d         ne       νd
      1        ∞        0.2      1.77066    71.79
      2       0.703      0.33
      3        ∞        0.3      1.523      65.13
      4        ∞        0.075
      5      -7.7495     0.7841   1.75453    35.33
      6      -2.4745     0.0922
      7       2.4564     0.7      1.75844    52.32
      8      -2.1074     0.05
      9        ∞        可変
     10(絞り)  ∞        0.03
     11        ∞        0.7864   1.93429    18.9
     12       1.5187     0.0845
     13        ∞        可変
     14       2.4575     0.3511   1.88815    40.76
     15        ∞        0.08
     16       1.581      0.95     1.69979    55.53
     17      -1.581      0.3      2.00912    29.14
     18        ∞        0.1997
     19        ∞        0.4      1.51825    64.14
     20        ∞        0.02     1.515      64
     21        ∞        0.5      1.6135     50.49
     22(像面)  ∞
 
各種データ
           遠点      近点
OD      12         2.8
f         0.959     1.007
FNO.   5.82      6.03
IH       0.75      0.75
d9         0.12      0.38
d13        0.42      0.16
 
群焦点距離
f1=1.082   f2=-1.626   f3=1.497
数値実施例3
単位  mm
 
面データ
  面番号       r          d         ne       νd
      1        ∞        0.2      1.77066    71.79
      2       0.703      0.33
      3        ∞        0.3      1.523      65.13
      4        ∞        0.075
      5      -7.0995     0.8107   1.75453    35.33
      6      -2.3647     0.0977
      7       2.387      0.7      1.75844    52.32
      8      -2.157      0.05
      9        ∞        可変
     10(絞り)  ∞        0.03
     11        ∞        0.5645   1.93429    18.9
     12       1.5        0.106
     13        ∞        可変
     14       2.4863     0.6962   1.88815    40.76
     15        ∞        0.08
     16       1.581      0.95     1.69979    55.53
     17      -1.581      0.3      2.00912    29.14
     18        ∞        0.2
     19        ∞        0.4      1.51825    64.14
     20        ∞        0.02     1.515      64
     21        ∞        0.5      1.6135     50.49
     22(像面)  ∞        0
            
 
各種データ
           遠点      近点
OD      12         3
f         0.957     1.009
FNO.   5.78      5.94
IH       0.75      0.75
d9         0.13      0.37
d13        0.41      0.17
 
群焦点距離
f1=1.041   f2=-1.606   f3=1.552
数値実施例4
単位  mm
 
面データ
  面番号       r          d         ne       νd
      1        ∞        0.2      1.77066    71.79
      2       0.703      0.33
      3      -6.4718     1.0406   1.75453    35.33
      4      -2.1277     0.1443
      5       2.3144     0.7      1.75844    52.32
      6      -1.9639     0.05
      7        ∞        可変
      8(絞り)  ∞        0.03
      9      44.4074     0.6386   1.93429    18.9
     10       1.3545     0.0519
     11        ∞        可変
     12       2.3222     0.2309   1.88815    40.76
     13        ∞        0.08
     14       1.581      0.95     1.69979    55.53
     15      -1.581      0.3      2.00912    29.14
     16        ∞        0.0292
     17        ∞        0.4      1.51825    64.14
     18        ∞        0.02     1.515      64
     19        ∞        0.5      1.6135     50.49
     20(像面)  ∞        0
 
各種データ
           遠点      近点
OD      12         2.8
f         0.937     0.959
FNO.   5.28      5.37
IH       0.75      0.75
d7         0.13      0.35
d11        0.41      0.19
 
群焦点距離
f1=0.984   f2=-1.506   f3=1.435
数値実施例5
単位  mm
 
面データ
  面番号       r          d         ne       νd
      1        ∞        0.2      1.77066    71.79
      2       0.6998     0.33
      3      -5.1731     1.165    1.75453    35.33
      4      -1.9465     0.1794
      5       2.1307     0.7      1.75844    52.32
      6      -2.2524     0.05
      7        ∞        可変
      8(絞り)  ∞        0.03
      9      31.5046     0.6062   1.93429    18.9
     10       1.2327     0
     11        ∞        可変
     12       2.2874     0.2498   1.88815    40.76
     13        ∞        0.08
     14       1.5812     0.8445   1.69979    55.53
     15      -1.7162     0.1891   2.00912    29.14
     16        ∞        0.15
     17        ∞        0.4      1.51825    64.14
     18        ∞        0.02     1.515      64
     19        ∞        0.5      1.6135     50.49
     20(像面)  ∞        0
 
各種データ
           遠点      近点
OD      12.5       2.8
f         0.927     0.941
FNO.   5.83      5.93
IH       0.75      0.75
d7         0.13      0.31
d11        0.41      0.23
 
群焦点距離
f1=0.902   f2=-1.387   f3=1.428
数値実施例6
単位  mm
 
面データ
  面番号       r          d         ne       νd
      1        ∞        0.2      1.77066    71.79
      2       0.703      0.33
      3        ∞        0.3      1.523      65.13
      4        ∞        0.075
      5      -3.8178     0.7539   1.75453    35.33
      6      -2.7917     0.1008
      7       1.9436     0.7218   1.75844    52.32
      8      -2.3505     0.05
      9        ∞        可変
     10(絞り)  ∞        0.03
     11      27.8805     0.5451   1.93429    18.9
     12       1.7207     0.1661
     13        ∞        可変
     14       2.7531     0.5234   1.88815    40.76
     15        ∞        0.1603
     16       1.6356     0.9557   1.69979    55.53
     17      -1.5773     0.2992   2.00912    29.14
     18        ∞        0.2788
     19        ∞        0.4      1.51825    64.14
     20        ∞        0.02     1.515      64
     21        ∞        0.5      1.6135     50.49
     22(像面)  ∞        0
 
各種データ
           遠点      近点
OD      11         2.75
f         0.942     1.002
FNO.   5.98      6.17
IH       0.75      0.75
d9         0.12      0.43
d13        0.42      0.11
 
群焦点距離
f1=1.172   f2=-1.983   f3=1.673
数値実施例7
単位  mm
 
面データ
  面番号       r          d         ne       νd
      1        ∞        0.2      1.77066    71.79
      2       0.703      0.33
      3        ∞        0.3      1.523      65.13
      4        ∞        0.075
      5      -2.8221     0.8484   1.75453    35.33
      6      -2.5821     0.0786
      7       1.9417     0.5216   1.75844    52.32
      8      -2.5383     0.05
      9        ∞        可変
     10(絞り)  ∞        0.03
     11      40          0.9873   1.93429    18.9
     12       1.6459     0
     13        ∞        可変
     14       1.9395     0.5794   1.88815    40.76
     15        ∞        0.0941
     16       1.7985     0.9556   1.69979    55.53
     17      -1.1016     0.0127   2.00912    29.14
     18        ∞        0.1997
     19        ∞        0.4      1.51825    64.14
     20        ∞        0.02     1.515      64
     21        ∞        0.5      1.6135     50.49
     22(像面)  ∞        0
 
各種データ
           遠点      近点
OD      11         2.75
f         0.900     0.946
FNO.   6.05      6.30
IH       0.75      0.75
d9         0.12      0.43
d13        0.42      0.11
 
群焦点距離
f1=1.170   f2=-1.860   f3=1.495
 各実施例における条件式の値を以下に掲げる。
   条件式            実施例1   実施例2   実施例3   実施例4
(1)βnear/βfar       3.847      4.148      3.886      4.079
(2)Δ2G/FL            0.333      0.271      0.251      0.235
(3)FL2G/FL           -2.288     -1.695     -1.677     -1.608
(4)FL1G/FL3G          0.660      0.723      0.671      0.686
(5)(R2+R1)/(R2-R1)   -1         -1         -1         -1.06
 
   条件式            実施例5   実施例6   実施例7
(1)βnear/βfar       4.184      3.897      3.927
(2)Δ2G/FL            0.194      0.329      0.344
(3)FL2G/FL           -1.496     -2.106     -2.067
(4)FL1G/FL3G          0.632      0.701      0.783
(5)(R2+R1)/(R2-R1)   -1.08      -1.13       -1.09
 図16は、内視鏡システムを示す図である。図16では、内視鏡の構成を説明するために、内視鏡の部分のみが大きく描かれている。
 内視鏡システム300は、内視鏡310と、画像処理装置320と、を有する。内視鏡310は、スコープ部310aと、接続コード部310bと、を有する。画像処理装置320には、表示ユニット330が接続されている。
 スコープ部310aは、操作部340と挿入部341に大別される。挿入部341は、細長で患者の体腔内へ挿入可能になっている。また、挿入部341は、可撓性を有する部材で構成されている。観察者は、操作部340に設けられているアングルノブ等により、諸操作を行うことができる。
 また、操作部340からは、接続コード部310bが延設されている。接続コード部310bは、ユニバーサルコード350を備えている。ユニバーサルコード350は、コネクタ360を介して画像処理装置320に接続されている。
 ユニバーサルコード350は、各種の信号等の送受信に用いられる。各種の信号としては、電源電圧信号及びCCD駆動信号等がある。これらの信号は、電源装置やビデオプロセッサからスコープ部310aに送信される。また、各種の信号として映像信号がある。この信号は、スコープ部310aからビデオプロセッサに送信される。
 なお、画像処理装置320内のビデオプロセッサには、図示しないビデオプリンタ等の周辺機器が接続可能である。ビデオプロセッサは、スコープ部310aからの映像信号に対して信号処理を施す。映像信号に基づいて、表示ユニット330の表示画面上に内視鏡画像が表示される。
 挿入部341の先端部342には、光学系(不図示)が配置されている。光学系に、本実施形態の内視鏡用対物光学系が用いられている。
 以上のように、本発明は、遠点観察と近点観察が可能でありながら、小型で、且つ、像面湾曲が十分に補正された内視鏡用対物学系に適している。小型で、遠点観察と近点観察の両方で鮮明な画像が取得できる撮像ユニットに適している。挿入部が細く、遠点観察と近点観察の両方で鮮明な画像が取得できる内視鏡に適している。
 G1 第1レンズ群
 G2 第2レンズ群
 G3 第3レンズ群
 CL 接合レンズ
 S 明るさ絞り
 F、C1、C2 平行平面板
 I 像面
 IM 撮像素子
 300 内視鏡システム
 310 内視鏡
 310a スコープ部
 310b 接続コード部
 320 画像処理装置
 330 表示ユニット
 340 操作部
 341 挿入部
 342 先端部
 350 ユニバーサルコード
 360 コネクタ

Claims (4)

  1.  物体側から順に、
     正屈折力を有する第1レンズ群と、
     負屈折力を有する第2レンズ群と、
     正屈折力を有する第3レンズ群と、を有し、
     前記第1レンズ群では、負屈折力を有する単レンズが最も物体側に配置され、
     前記第3レンズ群は、接合レンズを有し、
     遠点観察と近点観察との切り替え時、前記第2レンズ群は光軸に沿って移動し、
     以下の条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足することを特徴とする内視鏡用対物光学系。
     3.8<βnear/βfar   (1)
     Δ2G/FL<0.415   (2)
     -4.5<FL2G/FL   (3)
     0.6<FL1G/FL3G   (4)
     ここで、
     βnearは、近点観察時の前記内視鏡用対物光学系の横倍率、
     βfarは、遠点観察時の前記内視鏡用対物光学系の横倍率、
     Δ2Gは、前記第2レンズ群の移動量、
     FLは、遠点観察時の前記内視鏡用対物光学系の焦点距離、
     FL1Gは、前記第1レンズ群の焦点距離、
     FL2Gは、前記第2レンズ群の焦点距離、
     FL3Gは、前記第3レンズ群の焦点距離、
    である。
  2.  前記第2レンズ群は、負屈折力を有する単レンズからなり、
     以下の条件式(5)を満足することを特徴とする請求項1に記載の内視鏡用対物光学系。
     -1.5<(R2+R1)/(R2-R1)<-0.8   (5)
     ここで、
     R1は、前記第2レンズ群の前記単レンズの物体側面の曲率半径、
     R2は、前記第2レンズ群の前記単レンズの像側面の曲率半径、
    である。
  3.  請求項1に記載の内視鏡用対物光学系と、
     前記内視鏡用対物光学系によって結像された光学像を撮像する撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像ユニット。
  4.  請求項3に記載の撮像ユニットを備えることを特徴とする内視鏡。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013257395A (ja) * 2012-06-12 2013-12-26 Konica Minolta Inc 広角レンズ,撮像光学装置及びデジタル機器
WO2018124248A1 (ja) * 2016-12-28 2018-07-05 オリンパス株式会社 内視鏡対物光学系

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