JP6754916B2 - 内視鏡用変倍光学系及び内視鏡 - Google Patents
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Description
このような変倍光学系において、物体側に最も近い第一のレンズ群を正のパワーを持つレンズ群で構成した場合、各正レンズ群内で収差の補正がし易くなるため、変倍による性能低下を抑えることが可能であるが、レンズ枚数がある程度必要となるため全長は長くなるといった不都合がある。
物体側に最も近い第一のレンズ群を負のパワーを持つレンズ群で構成した場合、光学系の全長を短くすることは可能であるが、正のパワーを持つレンズ群が可動することで収差の変化は大きくなるため、その影響を抑えるために他にもレンズも可動させる必要が生じる。
当該対物光学系では、物体側から順に、負の第一のレンズ群、正の第二のレンズ群、明るさ絞り、正の第三のレンズ群で構成され、第二のレンズ群のみが動くことで物点距離の変化に対してフォーカシングを行い、遠距離観察時の最大半画角と、近距離観察時の最大半画角と、第一のレンズ群の焦点距離と、遠距離観察時の全系の焦点距離とについて、所定の条件を満足する。
今日の内視鏡では、変倍率を維持しつつ、広い視野角が求められており、例えば、遠距離観察時視野角として160度(半画角80度)を超え、165度以上であることが好ましい。
物体側から順に、
負のパワーを持つ第一のレンズ群と、
正のパワーを持つ第二のレンズ群と、を少なくとも備え、
前記第一のレンズ群の最も物体側のレンズ面から像面までの距離を一定に保ちながら、固定レンズ群である前記第一のレンズ群に対して前記第二のレンズ群を光軸方向の広角端位置と望遠端位置の間を移動させることで光学像を変倍させるように構成される。
前記第一のレンズ群は、
物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズと、を少なくとも有し、
前記第二のレンズ群は、
物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズと、負レンズ及び正レンズを接合した接合レンズと、を少なくとも有する。
前記第一のレンズ群の合成焦点距離をf1[mm]とし、前記第二のレンズ群の合成焦点距離をf2[mm]とし、前記第二のレンズ群が前記広角端位置にあるときの全系の合成焦点距離をfw[mm]とし、記第二のレンズ群が前記望遠端位置にあるときの全系の合成焦点距離をft[mm]とし、前記第一のレンズ群内の前記正レンズの焦点距離をfs1としたとき、
(1)0.6<|fs1/f1|<1.6、
(2)1.2<ft/fw<1.4、
(3)0.5<|f2/f1|<0.8、
を満足する。
(4)2.0<|fs1/fw|<4.0、
を満足する、ことが好ましい。
(5)2.0<|f1/fw|<4.0、
を満足する、ことが好ましい。
前記内視鏡用変倍光学系は、
(6)−8.0<SF1<−2.0、
を満足する、ことが好ましい。
前記絞りは、前記第二のレンズ群とともに一体で移動する、ことが好ましい。
前記内視鏡用変倍光学系と、
前記内視鏡用変倍光学系により結像した物体の像を受光する撮像素子と、を備える内視鏡である。
内視鏡1は、図1に示されるように、可撓性を有するシース11aによって外装された挿入部可撓管11を備えている。挿入部可撓管11の先端部分に設けられる湾曲部14は、挿入部可撓管11の基端に連結された手元操作部13からの、湾曲操作ノブ13aの回転操作に応じて湾曲する。湾曲機構は、一般的な内視鏡に組み込まれている周知の機構であり、湾曲操作ノブ13aの回転操作に連動した操作ワイヤの牽引によって湾曲部14を湾曲させる。湾曲部14の先端には、硬質性を有する樹脂製筐体によって外装された先端部12の基端が連結している。先端部12の方向が湾曲操作ノブ13aの回転操作による湾曲動作に応じて変わることにより、内視鏡1による撮影領域が移動する。
内視鏡用変倍光学系100は、図2(a),(b)に示されるように、物体(被写体)側から順に、負のパワーを持つ第一のレンズ群G1、絞りS、正のパワーを持つ第二のレンズ群G2、正のパワーを持つ第三のレンズ群G3を有している。内視鏡用変倍光学系100は、第一のレンズ群G1の最も物体側のレンズ面から像面までの距離(すなわち、内視鏡用変倍光学系100の全長)を一定に保ちながら、固定レンズ群である第一のレンズ群G1に対して第二のレンズ群G2を光軸方向AXの広角端位置と望遠端位置の間を移動させることで、合焦状態を保持しつつ全系の焦点距離(第一のレンズ群G1から第三のレンズ群G3までの合成焦点距離)を変化させ、光学像を変倍させる構成となっている。すなわち最も物体側のレンズ面から物体までの被写体距離が近づくと、この被写体距離に応じて撮像素子の受光面で被写体が結像するように、第二のレンズ群G2を移動させて合焦状態を保持する。内視鏡用変倍光学系100は、第二のレンズ群G2が広角端位置にあるとき、視野角が160°超(半画角が80°超)となっている。各レンズ群G1,G2,G3を構成する各レンズは、内視鏡用変倍光学系100の光軸AXを中心として回転対称な形状を有している。第三のレンズ群G3の後段には、撮像素子用の色補正フィルタが配置されている。色補正フィルタは、撮像素子を保護する図示されないカバーガラスに接着されている。図中の“×”は光軸AX上の結像位置を表す。
第二のレンズ群G2が広角端位置にある場合、内視鏡1において通常観察(遠距離観察)が行われ、倍率が最も低い状態で観察される。第二のレンズ群G2が望遠端位置にある場合、内視鏡1において病変部等の拡大観察が行われ、倍率が最も高い状態で観察される。第二のレンズ群G2は、被写体から第一のレンズ群Gの物体側の面までの被写体距離の遠近に応じて、撮像素子の受光面上で結像できるように、広角端位置と望遠端位置の間の任意の位置に移動することができる。広角端位置では、最も視野角が広がる。
なお、接合レンズCL1は、負レンズであるレンズL5が物体側に配置され、正レンズであるレンズL6が像側に配置されているが、一実施形態では、正レンズが物体側に配置され、負レンズが像側に配置されてもよい。
レンズ群とは、第一のレンズ群G1あるいは第二のレンズ群G2のように、複数のレンズが設けられている構成のほかに、第三のレンズ群G3のように、単一のレンズで構成されたものも含まれる。
また、第二のレンズ群G2の中央付近に接合レンズCL1を配置することにより、変倍時の色収差の変化を抑えることができる。
式(1)0.6<|fs1/f1|<1.6、
式(2)1.2<ft/fw<1.4、
式(3)0.5<|f2/f1|<0.8、
を満足する。
内視鏡用変倍光学系100は、図3(a),(b)に示されるように、物体(被写体)側から順に、負のパワーを持つ第一のレンズ群G1、絞りS、正のパワーを持つ第二のレンズ群G2、正のパワーを持つ第三のレンズ群G3を有している。
内視鏡用変倍光学系100は、図4(a),(b)に示されるように、物体(被写体)側から順に、負のパワーを持つ第一のレンズ群G1、絞りS、正のパワーを持つ第二のレンズ群G2、正のパワーを持つ第三のレンズ群G3を有している。
内視鏡用変倍光学系100は、図5(a),(b)に示されるように、物体(被写体)側から順に、負のパワーを持つ第一のレンズ群G1、絞りS、正のパワーを持つ第二のレンズ群G2を有している。
内視鏡用変倍光学系100は、図6(a),(b)に示されるように、物体(被写体)側から順に、負のパワーを持つ第一のレンズ群G1、絞りS、正のパワーを持つ第二のレンズ群G2、正のパワーを持つ第三のレンズ群G3を有している。
内視鏡用変倍光学系100は、図7(a),(b)に示されるように、物体(被写体)側から順に、負のパワーを持つ第一のレンズ群G1、絞りS、正のパワーを持つ第二のレンズ群G2、正のパワーを持つ第三のレンズ群G3を有している。
式(4)2.0<|fs1/fw|<4.0、
を満足することが好ましい。
式(4)は、第一のレンズ群G1内の最も絞りS側にある正レンズであるレンズL3の焦点距離fs1と通常観察(遠距離観察)時の全系の焦点距離fwの比の範囲を表す。式(4)を満足することにより、第一のレンズ群G1内で発生する収差を抑え、変倍時のレンズ性能の変化を抑えることができる。比の絶対値|fs1/fw|が4.0以上になると、レンズL3の正のパワーが弱くなり、負レンズで発生する収差を相殺することが難しくなる。また、レンズ収差を適正な範囲に抑えようとすると、視野角が狭くなる。比の絶対値|fs1/fw|が2.0以下になると、レンズL3の正のパワーが強くなり過ぎるため、通常観察時の歪曲収差の発生が大きくなり周辺解像が低下する。また、拡大観察時に正レンズで発生する収差を補正することが困難になるため、光学性能の維持が困難になる。
式(5)2.0<|f1/fw|<4.0、
を満足することが好ましい。
式(5)は、第一のレンズ群G1の合成焦点距離f1と通常観察(遠距離観察)時の全系の焦点距離fwとの比|f1/fw|の範囲を表す。この条件式(5)を満足することにより、第一のレンズ群G1の有効径を抑えることができる。比の絶対値|f1/fw|が2.0以下になると、第一のレンズ群G1の負のパワーが強くなり、物体側のレンズL1の負のパワーが強くなるため、コマ収差が大きくなる。比の絶対値|f1/fw|が4.0以上になると、第一のレンズ群G1の負のパワーを確保するため、最も物体側に位置する負レンズの有効径を大きくしなければならない。
式(6)−8.0<SF1<−2.0、
を満足することが好ましい。
ここで、第一のレンズ群G1内で最も像側にある正レンズ、図2(a)に示す例ではレンズL3の、物体側の面の曲率半径をrp1[mm]とし、像側の面の曲率半径をrp2(rp2≠rp1)[mm]としたとき、SF1=(rp1+rp2)/(rp1−rp2)と定める。
図2(a),(b)に示す内視鏡用変倍光学系100の構成を、実施例1として用いた。 実施例1の具体的な数値(設計値)は、表1に示される。表1の上欄(面データ)に示される面番号NOは、絞りSに対応する面番号7を除き、図2(a)中の面符号rn(nは自然数)に対応する。表1の上欄において、R[mm]はレンズを含む光学部材の各面の曲率半径を、D[mm]は光軸AX上の光学部材の厚さ又は光学部材間隔を、N(d)はd線(波長588nm)の屈折率を、VDはd線のアッベ数を、それぞれ示す。
群間隔D6は、第一のレンズ群G1と第二のレンズ群G2との間の間隔である。群間隔D14は、第二のレンズ群G2と第三のレンズ群G3との間の間隔である。群間隔D6、群間隔D14は、変倍位置(広角端位置と望遠端位置)に応じて変わる。表1では、内視鏡用変倍光学系100が位置する広角端位置は、“広角”と表し、望遠端位置は“望遠”と表している。
図3(a),(b)に示す内視鏡用変倍光学系100の構成を、実施例2として用いた。
実施例2の具体的な数値(設計値)は、表2に示される。
表2の下欄(各種データ)において、表1の群間隔D6[mm]の代わりに、群間隔D4[mm]となっている、群間隔D4は、第一のレンズ群G1と第二のレンズ群G2との間の間隔である。
図4(a),(b)に示す内視鏡用変倍光学系100の構成を、実施例3として用いた。
実施例3の具体的な数値(設計値)は、表3に示される。
図5(a),(b)に示す内視鏡用変倍光学系100の構成を、実施例4として用いた。
実施例4の具体的な数値(設計値)は、表4に示される。表4の下欄(各種データ)において、表1の群間隔D6[mm]の代わりに、群間隔D4[mm]となっている、群間隔D4は、第一のレンズ群G1と第二のレンズ群G2との間の間隔である。
図6(a),(b)に示す内視鏡用変倍光学系100の構成を、実施例5として用いた。
実施例5の具体的な数値(設計値)は、表5に示される。表5の下欄(各種データ)において、表1の群間隔D6[mm]の代わりに、群間隔D4[mm]となっており、群間隔D14の代わりに、群間隔D12となっている、群間隔D4は、第一のレンズ群G1と第二のレンズ群G2との間の間隔である。群間隔D12は、第二のレンズ群G2と第三のレンズ群G3との間の間隔である。
図7(a),(b)に示す内視鏡用変倍光学系100の構成を、実施例6として用いた。
実施例6の具体的な数値(設計値)は、表6に示される。
11 挿入部可撓管
11a シース
12 先端部
13 手元操作部
13a 湾曲操作ノブ
14 湾曲部
100 内視鏡用変倍光学系
Claims (7)
- 内視鏡対物レンズユニットに用いる内視鏡用変倍光学系であって、
物体側から順に、
負のパワーを持つ第一のレンズ群と、
正のパワーを持つ第二のレンズ群と、を少なくとも備え、
前記第一のレンズ群の最も物体側のレンズ面から像面までの距離を一定に保ちながら、固定レンズ群である前記第一のレンズ群に対して前記第二のレンズ群を光軸方向の広角端位置と望遠端位置の間を移動させることで光学像を変倍させるように構成され、
前記第一のレンズ群は、
物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズと、を少なくとも有し、
前記第二のレンズ群は、
物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズと、負レンズ及び正レンズを接合した接合レンズと、を少なくとも有し、
前記第一のレンズ群の合成焦点距離をf1[mm]とし、前記第二のレンズ群の合成焦点距離をf2[mm]とし、前記第二のレンズ群が前記広角端位置にあるときの全系の合成焦点距離をfw[mm]とし、記第二のレンズ群が前記望遠端位置にあるときの全系の合成焦点距離をft[mm]とし、前記第一のレンズ群内の前記正レンズの焦点距離をfs1としたとき、
(1)0.6<|fs1/f1|<1.6、
(2)1.2<ft/fw<1.4、
(3)0.5<|f2/f1|<0.8、
を満足する、内視鏡用変倍光学系。 - (4)2.0<|fs1/fw|<4.0、
を満足する、請求項1に記載の内視鏡用変倍光学系。 - (5)2.0<|f1/fw|<4.0、
を満足する、請求項1または2に記載の内視鏡用変倍光学系。 - 前記第一のレンズ群内の前記正レンズの、物体側の面の曲率半径をrp1[mm]とし、像側の面の曲率半径をrp2(rp2≠rp1)[mm]とし、SF1=(rp1+rp2)/(rp1−rp2)を定めたとき、
(6)−8.0<SF1<−2.0、
を満足する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の内視鏡用変倍光学系。 - 前記第二のレンズ群に対して像側に、少なくとも物体側に凸面を向けた正レンズを備えた固定レンズ群である第三のレンズ群を備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の内視鏡用変倍光学系。
- 前記第一のレンズ群と前記第二のレンズ群の間の、前記第二のレンズ群の物体側には、絞りが設けられ、
前記絞りは、前記第二のレンズ群とともに一体で移動する、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の内視鏡用変倍光学系。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の内視鏡用変倍光学系と、
前記内視鏡用変倍光学系により結像した物体の像を受光する撮像素子と、を備えることを特徴とする内視鏡。
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