WO2012008312A1 - 対物光学系 - Google Patents

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WO2012008312A1
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lens
optical system
objective optical
conditional expression
front group
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Inventor
高頭　英泰
Original Assignee
オリンパスメディカルシステムズ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
    • G02B13/0045—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface having five or more lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/04—Reversed telephoto objectives
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration

Definitions

  • the present invention mainly relates to an objective optical system for an endoscope, and also relates to a photographing optical system such as a small consumer camera.
  • a general endoscope objective lens does not have a focusing function, but has a wide observation depth of approximately 5 to 100 mm on the object side.
  • the observation depth is a distance range from the front end surface of the objective optical system that can clearly capture an image of the subject to the subject.
  • An endoscope equipped with such an objective lens mainly provides an image using a solid-state imaging device such as a CCD.
  • a CCD solid-state imaging device
  • JP-A-4-55807 Japanese Patent Laid-Open No. 10-20189 JP 2006-251272 A
  • the endoscope objective lens described in Patent Document 1 and Patent Document 2 is provided with an aspheric lens to shorten the focal length while correcting distortion. Thereby, the observation depth can be increased.
  • the angle of view is about 140 °, the angle of view is not sufficient for an optical system with a wide angle.
  • Patent Document 2 discloses an optical system with an angle of view exceeding 160 °, but the magnification at the center is low and it is not suitable for observing a lesioned part in screening.
  • the endoscope objective lens described in Patent Document 3 has an angle of view of 150 ° or more, and the distortion is corrected by making the first lens a concave meniscus lens.
  • all the lenses are spherical lenses, it is difficult to expand the observation depth.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is capable of simultaneously correcting distortion and enlarging the observation depth while having a wide angle of view of 140 ° or more, and is also suitable for a high-pixel imaging device. It is an object to provide an objective optical system that can be applied to the above.
  • the present invention includes a front group, an aperture stop, and a positive rear group in order from the object side.
  • the front group includes at least one aspherical surface, and the following conditional expression (1)
  • An objective optical system that includes a negative first lens that satisfies the following conditions and has an angle of view of 140 ° or more is provided.
  • r1 is an object-side radius of curvature of the first lens disposed closest to the object side in the front group
  • r2 is an image-side radius of curvature of the first lens.
  • an angle of view of 140 ° or more is essential. When the angle of view is smaller than 140 °, the focal depth becomes large, so that the observation depth cannot be expanded sufficiently.
  • the retrofocus type optical system as in the present invention negative distortion tends to be largely generated by the negative first lens in the front group. Therefore, the distortion is effectively corrected by arranging an aspherical surface in the front group including the negative first lens which is a distortion generation source. As a result, the focal length can be reduced even with the same angle of view, and the observation depth can be further effectively increased.
  • the front group has a negative refractive power in order to exhibit the effect of widening the angle.
  • the first lens is a negative lens.
  • the ratio of the curvature radii of both surfaces of the first lens is preferably within the range of conditional expression (1).
  • the object side surface of the first lens exposed on the outer surface of the endoscope becomes concave, which causes problems such as poor water drainage during observation, which is not preferable.
  • the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the radius of curvature of the object side surface of the first lens becomes small, so the amount of protrusion of the lens at the distal end of the endoscope increases, and the first lens tends to be damaged, etc. Problem arises. Moreover, since water drainage also worsens, it is not preferable. Furthermore, since the negative power of the first lens is weakened, the outer diameter is increased, which is not preferable.
  • conditional expression (2) When the lower limit of conditional expression (2) is not reached, the focal distance becomes smaller with respect to the angle of view, so that a sufficient observation depth can be obtained. However, it is difficult to observe because the center magnification is too small relative to the magnification around the image. On the other hand, if the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, the focal length increases, which is not preferable because the effect of expanding the observation depth is reduced. In the said invention, it is more preferable to satisfy conditional expression (2) '. (2) ′ 0.68 ⁇ fl / IH ⁇ 0.78
  • the front group includes the first lens and the positive second lens in order from the object side.
  • a negative first lens and a positive second lens are required.
  • the positive second lens may be cemented with the negative lens
  • the front group may be composed of the negative first lens and the cemented lens.
  • the first lens and the second lens satisfy the following conditional expression (3).
  • f1 is the focal length of the first lens
  • f2 is the focal length of the second lens.
  • the focal length of the first lens is increased, so the negative refractive power is weakened. This is not preferable because it is not a retrofocus type and it is difficult to widen the angle.
  • the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the focal length of the second lens becomes large, which makes it difficult to correct the lateral chromatic aberration, which is not preferable.
  • the angle of view is a wide angle of 140 ° or more
  • distortion correction and observation depth expansion can be realized at the same time, and the effect can be suitably applied to a high-pixel imaging device.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an objective optical system according to an embodiment of the present invention. It is a lens sectional view of the objective optical system concerning Example 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is an aberration diagram of the objective optical system in FIG. 2. It is a lens sectional view of the objective optical system concerning Example 2 of the present invention.
  • FIG. 5 is an aberration diagram of the objective optical system in FIG. 4. It is a lens sectional view of the objective optical system concerning Example 3 of the present invention.
  • FIG. 7 is an aberration diagram of the objective optical system in FIG. 6. It is a lens sectional view of the objective optical system concerning Example 4 of the present invention.
  • FIG. 9 is an aberration diagram of the objective optical system in FIG. 8.
  • FIG. 8 is an aberration diagram of the objective optical system in FIG. 8.
  • FIG. 6 is a lens cross-sectional view of an objective optical system according to Example 5 of the present invention.
  • FIG. 11 is an aberration diagram of the objective optical system in FIG. 10. It is a lens sectional view of the objective optical system concerning Example 6 of the present invention.
  • FIG. 13 is an aberration diagram of the objective optical system in FIG. 12.
  • the objective optical system 1 which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG.
  • the objective optical system 1 includes, in order from the object side, a front group FG having a negative refractive power, an aperture stop S, and a rear group BG having a positive refractive power.
  • the front group FG includes a negative first lens L1 and a positive second lens L2 in order from the object side.
  • the rear group BG includes, in order from the object side, a positive third lens L3 and a positive cemented lens E45 in which a positive lens L4 and a negative lens L5 are bonded together.
  • a parallel plane plate F is disposed on the image side of the rear group BG.
  • the plane parallel plate F is a filter for cutting a specific wavelength, for example, light of 1060 nm of a YAG laser, 810 nm of a semiconductor laser, or near-infrared light.
  • An image pickup device (not shown) is disposed in the vicinity of the image plane, and constitutes an image pickup optical system together with the objective optical system 1.
  • a cover glass CG for protecting the imaging surface is attached to the imaging element.
  • the first lens L1 satisfies the following conditional expression (1).
  • (1) 0 ⁇ r2 / r1 ⁇ 0.24
  • r1 is the radius of curvature of the first lens L1 on the object side
  • r2 is the radius of curvature of the first lens L1 on the image side.
  • the object side surface of the first lens L1 disposed on the distal end surface of the endoscope has an appropriate curvature when the objective optical system 1 is mounted on the endoscope. Become convex. As a result, it is possible to prevent the first lens L1 from being damaged while improving the drainage of the distal end surface of the endoscope. In addition, it is possible to prevent the outer diameter from increasing by providing the first lens L1 with sufficient negative refractive power.
  • the objective optical system 1 satisfies the following conditional expression (2). (2) 0.65 ⁇ fl / IH ⁇ 0.82
  • fl is the focal length of the entire system
  • IH is the maximum image height.
  • the length of the focal length with respect to the angle of view is appropriately defined, and the balance between the magnification around the image and the magnification at the center of the image can be improved while ensuring a sufficient observation depth.
  • the objective optical system 1 satisfies the following conditional expression (2) ′.
  • the first lens L1 and the second lens L2 satisfy the following conditional expression (3).
  • f1 is the focal length of the first lens L1
  • f2 is the focal length of the second lens L2.
  • the objective optical system 1 satisfies the following conditional expression (4).
  • (4) 0.1 ⁇
  • g1 is the focal length of the front group FG
  • g2 is the focal length of the rear group BG.
  • Conditional expression (4) is a conditional expression for correcting curvature of field.
  • the focal length of the front group FG becomes relatively large and the image plane falls to the plus side.
  • the upper limit of conditional expression (4) is exceeded, the focal length of the rear group BG becomes large and the image plane falls to the negative side.
  • the objective optical system 1 satisfies the following conditional expression (5). (5) -0.66 ⁇ dtl ⁇ 0.01 / g2 ⁇ IH ⁇ 0.38
  • dtl is distortion at the maximum image height.
  • the value falls below the lower limit of conditional expression (5), the amount of distortion generated becomes large, and an image in which the periphery is crushed becomes unfavorable.
  • the upper limit of conditional expression (5) is exceeded, the amount of light at the image periphery is insufficient, and the image periphery becomes dark.
  • the objective optical system 1 satisfies the following conditional expression (6).
  • ⁇ is a half angle of view at the maximum image height. If the lower limit of conditional expression (6) is not reached, the focal length increases, and it is difficult to increase the observation depth. On the other hand, exceeding the upper limit of conditional expression (6) is not preferable because incident light rays are totally reflected and vignetting is likely to occur at the four corners of the image. In addition, it is more preferable that the objective optical system 1 satisfies the conditional expression (6) ′. Thereby, the observation depth can be further expanded. (6) '78 ⁇ ⁇ 88
  • the rear group BG satisfies the following conditional expression (7). (7) 1.75 ⁇ g2 / fl ⁇ 2.62
  • the lens of the rear group BG mainly contributes to image formation, and the back focus is shortened when the power of the rear group BG is increased. If the lower limit of conditional expression (7) is not reached, the power of the rear group BG becomes too strong, and it becomes difficult to ensure the distance between the final lens L5 and the image sensor for which focus adjustment is performed. On the other hand, if the upper limit of conditional expression (7) is exceeded, the overall length of the entire lens system becomes large, making it unsuitable for a small endoscope.
  • the first lens L1 satisfies the following conditional expression. (8) ⁇ 1.8 ⁇ f1 / fl ⁇ 0.8 If the lower limit of conditional expression (8) is not reached, the negative power of the first lens L1 becomes weak and the lens diameter increases, so that it is not suitable for an endoscope having a small tip. On the other hand, when the upper limit of conditional expression (8) is exceeded, the negative power of the first lens L1 becomes strong, making it difficult to secure the back focus and adjusting the focus position.
  • the aspherical lens is mounted on the front group FG, so that the distortion is effectively corrected and the observation is performed while having a wide-angle configuration having an angle of view of 140 ° or more. A sufficiently wide depth can be ensured. Further, by setting the focal lengths of the groups FG and BG to appropriate values, it is possible to configure a compact imaging optical system without image quality deterioration when the objective optical system 1 is combined with an imaging element. Furthermore, since the lateral chromatic aberration is corrected well, a high-definition image can be obtained at each object point when combined with a high-pixel imaging device.
  • the second lens L2 may be cemented with a negative lens (not shown), and the front group FG may be composed of the first lens L1 and the cemented lens. Thereby, lateral chromatic aberration can be corrected more satisfactorily.
  • the surface number indicates the number of the optical surface counted from the object side
  • the refractive index and the Abbe number indicate values for the e-line.
  • the unit of the radius of curvature, the surface interval, the focal length, the image height, and the object point distance is mm.
  • the aspheric shape is defined by the following equation.
  • z (y 2 / r) / [1+ ⁇ 1- (1 + k) (y 2 / r 2) ⁇ 1/2] + A4y 4 + A6y 6 + A8y 8 + A10y 10
  • the optical axis direction is defined as z
  • the direction orthogonal to the optical axis is defined as y.
  • k is a conical coefficient
  • r is a radius of curvature
  • A4, A6, A8, and A10 are aspherical coefficients.
  • r1, r2, r3,... Indicate optical surfaces having surface numbers 1, 2, 3,. .., d2, d3,... indicate surface intervals or air intervals with surface numbers 1, 2, 3,.
  • d2 d3,... Indicate optical surfaces having surface numbers 1, 2, 3,. .., d2, d3,... indicate surface intervals or air intervals with surface numbers 1, 2, 3,.
  • (a) shows spherical aberration
  • (b) shows astigmatism
  • c) shows distortion
  • d) shows lateral chromatic aberration.
  • Example 1 A lens cross-sectional view of the objective optical system according to Example 1 is shown in FIG. 2, and surface data and various data are shown below.
  • the objective optical system according to the present exemplary embodiment includes, in order from the object side, a front group having a negative refractive power, an aperture stop, and a rear group having a positive refractive power.
  • the front group is composed of a negative lens and a positive lens in order from the object side
  • the negative lens is composed of an aspheric image side surface.
  • the rear group includes, in order from the object side, a positive lens and a positive cemented lens in which a positive lens and a negative lens are bonded together.
  • FIG. 3 shows an aberration curve diagram of the objective optical system of Example 1 configured as described above.
  • Example 2 A lens cross-sectional view of the objective optical system according to Example 2 is shown in FIG. 4, and surface data and various data are shown below.
  • the objective optical system of the present embodiment is mainly different from the objective optical system of Embodiment 1 in that the object side surface of the positive lens in the front group is an aspherical surface.
  • FIG. 5 shows an aberration curve diagram of the objective optical system of Example 2 configured as described above.
  • Example 3 A lens cross-sectional view of the objective optical system according to Example 3 is shown in FIG. 6, and surface data and various data are shown below.
  • the objective optical system according to the present embodiment is different from the objective optical system according to the first embodiment in that the front group includes, in order from the object side, a negative lens and a cemented lens in which a positive lens and a negative lens are bonded. Mainly different.
  • FIG. 7 shows an aberration curve diagram of the objective optical system of Example 3 configured as described above.
  • Example 4 A lens sectional view of the objective optical system according to Example 4 is shown in FIG. 8, and surface data and various data are shown below.
  • the front group includes a negative lens and a cemented lens in which a positive lens and a negative lens are bonded in order from the object side, and the object side surface of the positive lens is an aspherical surface. This is mainly different from the objective optical system of the first embodiment.
  • FIG. 9 shows an aberration curve diagram of the objective optical system of Example 4 configured as described above.
  • Example 5 A lens cross-sectional view of the objective optical system according to Example 5 is shown in FIG. 10, and surface data and various data are shown below.
  • the objective optical system of the present embodiment is the same as the objective optical system of Embodiment 1 in the basic configuration.
  • FIG. 11 shows an aberration curve diagram of the objective optical system of Example 5 configured as described above.
  • Example 6 A lens cross-sectional view of the objective optical system according to Example 6 is shown in FIG. 12, and surface data and various data are shown below.
  • the objective optical system of the present embodiment is mainly different from the objective optical system of Embodiment 1 in that the image side surface of the negative lens and the object side surface of the positive lens are aspheric in the front group.
  • FIG. 13 shows an aberration curve diagram of the objective optical system of Example 6 configured as described above.
  • Table 1 shows numerical values of conditional expressions (1) to (6) in the configurations of the objective optical systems of Examples 1 to 6.
  • the front group consists of a front group, an aperture stop, and a positive rear group in order from the object side.
  • the front group is composed of at least one aspherical surface, and the negative side that satisfies the following conditional expression (1) on the most object side
  • An objective optical system including the first lens and having an angle of view of 140 ° or more. (1) 0 ⁇ r2 / r1 ⁇ 0.24
  • r1 is the radius of curvature of the first lens disposed on the most object side in the front group
  • r2 is the radius of curvature of the first lens on the image side.

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Abstract

　画角が１４０°以上の広角でありながら、ディストーションの補正および観察深度の拡大を同時に実現し、高画素の撮像素子にも好適に適用可能にする。物体側から順に前群（ＦＧ）、明るさ絞り（Ｓ）および正の後群（ＢＧ）からなり、前群（ＦＧ）は、少なくとも１面が非球面で構成されるとともに、最も物体側に下記の条件式（１）を満足する負の第１レンズ（Ｌ１）を備え、画角が１４０°以上である対物光学系（１）を提供する。ｒ１は第１レンズ（Ｌ１）の物体側の曲率半径、ｒ２は第１レンズ（Ｌ１）の像側の曲率半径である。（１）・・・０≦ｒ２／ｒ１＜０．２４

Description

対物光学系
　本発明は、主に内視鏡用の対物光学系に関し、その他民生用の小型カメラ等の撮影光学系に関するものである。
　従来、一般的な内視鏡用の対物レンズは、フォーカシング機能を有していない代わりに、物体側におおよそ５から１００ｍｍの広い範囲の観察深度を有している。観察深度とは、被写体の像を鮮明に写すことができる対物光学系の先端面から被写体までの距離範囲である。このような対物レンズを搭載した内視鏡では、主にＣＣＤなどの固体撮像素子を用いて画像を提供している。近年、診断精度を向上させるために内視鏡画像の高画質化が求められており、ＣＣＤ等撮像素子の高画素化が進んでいる。
　高画素の撮像素子を使用した場合、回折による画質劣化を避けるために対物レンズのＦ値（Ｆｎｏ．）を小さくする必要があり、また、撮像素子が大きくなるのに合わせて対物レンズの焦点距離も大きくする必要があるため、対物レンズの観察深度が狭くなる。そこで、従来並みの観察深度を確保するために、非球面レンズを使用する等して焦点距離を短くして広角化を図った内視鏡用対物レンズが知られている（例えば、特許文献１から特許文献３参照。）
特開平４－５５８０７号公報 特開平１０－２０１８９号公報 特開２００６－２５１２７２号公報
　特許文献１および特許文献２に記載の内視鏡用対物レンズは、非球面レンズを搭載することによりディストーションを補正しながら焦点距離を短くしている。これにより、観察深度の拡大を図ることができる。しかし、画角が１４０°程度であるため、広角化を図った光学系としては画角が不十分である。
　さらに、特許文献２には画角が１６０°を超える光学系が開示されているが、中心の倍率が低くスクリーニングでの病変部の観察には不向きである。特許文献３に記載の内視鏡用対物レンズは、１５０°以上の画角を有し、第１レンズを凹メニスカスレンズにすることによりディストーションを補正している。しかし、すべてのレンズが球面レンズであるため観察深度を拡大することが難しい。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、画角が１４０°以上の広角でありながら、ディストーションの補正および観察深度の拡大を同時に実現し、高画素の撮像素子にも好適に適用することができる対物光学系を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
　本発明は、物体側から順に前群、明るさ絞りおよび正の後群からなり、前記前群は、少なくとも１面が非球面で構成されるとともに、最も物体側に下記の条件式（１）を満足する負の第１レンズを備え、画角が１４０°以上である対物光学系を提供する。
　（１）　　　　０　≦　ｒ２／ｒ１　＜　０．２４
　ここで、ｒ１は前記前群の最も物体側に配置された第１レンズの物体側の曲率半径、ｒ２は前記第１レンズの像側の曲率半径である。
　対物光学系の広角化のためには、物体側から順に負の第１レンズを含む前群、明るさ絞り、正の後群の構成にする必要がある。観察深度を十分に確保するためには、１４０°以上の画角は必須である。画角が１４０°より小さい場合、焦点距離が大きくなるため観察深度を十分に拡大することができない。
　さらに前群に非球面レンズを搭載することで、歪曲収差（ディストーション）の補正が可能となる。本発明のようなレトロフォーカスタイプの光学系では、前群の負の第１レンズにより負のディストーションが大きく発生する傾向がある。そこで、ディストーションの発生源である負の第１レンズを含んでいる前群に非球面を配置することにより、ディストーションが効果的に補正される。これにより、同じ画角であっても焦点距離を小さくすることが可能となり、観察深度の拡大を一層効果的に図ることができる。
　また、広角化の効果をより発揮するために、前群は負の屈折力を持つことが望ましい。本発明では第１レンズを負レンズとしている。該第１レンズの両側の面の曲率半径の比は条件式（１）の範囲内にあることが望ましい。
　条件式（１）の下限を下回った場合、内視鏡の外表面に露出される第１レンズの物体側面が凹面になるため観察時の水切れが悪くなる等の問題が生じ、好ましくない。一方、条件式（１）の上限を上回った場合、第１レンズの物体側面の曲率半径が小さくなるため、内視鏡先端部においてレンズの出っ張り量が増え、第１レンズに傷が付きやすい等の問題が生じる。また、水切れも悪くなるため好ましくない。さらに、第１レンズの負のパワーが弱くなるため、外径の大型化を招き、好ましくない。
　上記発明においては、下記の条件式（２）を満足することが好ましい。
　（２）　　　　０．６５　＜　ｆｌ／ＩＨ　＜　０．８２
　ここで、ｆｌは全系の焦点距離、ＩＨは最大像高である。
　条件式（２）の下限を下回った場合、画角に対して焦点距離が小さくなるため十分な観察深度を得られる。しかし、画像周辺の倍率に対して中心の倍率が小さくなり過ぎるため観察しづらくなる。一方、条件式（２）の上限を上回った場合、焦点距離が大きくなるため観察深度の拡大効果が小さくなり好ましくない。上記発明においては、条件式（２）’を満足することがより好ましい。
　（２）’　　　　０．６８　＜　ｆｌ／ＩＨ　＜　０．７８
　上記発明においては、前記前群が、物体側から順に前記第１レンズと正の第２レンズとを備えた構成が好ましい。
　前群で発生する倍率色収差を補正するために、負の第１レンズと正の第２レンズが必要となる。さらに、正の第２レンズを負レンズと接合し、前群を負の第１レンズと接合レンズとで構成してもよい。これにより、倍率色収差の補正効果を一層向上することができる。特に本発明のような高画素の撮像素子に対応した対物光学系では、倍率色収差の補正が不十分であると画像周辺の解像力劣化のみならず色にじみの原因となり得るため、倍率色収差の補正が重要である。
　上記構成においては、前記第１レンズおよび前記第２レンズが、下記の条件式（３）を満足していることが好ましい。
　（３）　　　　－０．６６　＜　ｆ１／ｆ２　＜　－０．０６
　ここで、ｆ１は前記第１レンズの焦点距離、ｆ２は前記第２レンズの焦点距離である。
　条件式（３）の下限を下回った場合、第１レンズの焦点距離が大きくなるために、負の屈折力が弱まる。これにより、レトロフォーカスタイプではなくなり、広角化が困難になるため好ましくない。一方、条件式（３）の上限を上回った場合、第２レンズの焦点距離が大きくなり、上述した倍率色収差の補正が難しくなり好ましくない。
　本発明によれば、画角が１４０°以上の広角でありながら、ディストーションの補正および観察深度の拡大を同時に実現し、高画素の撮像素子にも好適に適用することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る対物光学系の全体構成図である。 本発明の実施例１に係る対物光学系のレンズ断面図である。 図２の対物光学系の収差図である。 本発明の実施例２に係る対物光学系のレンズ断面図である。 図４の対物光学系の収差図である。 本発明の実施例３に係る対物光学系のレンズ断面図である。 図６の対物光学系の収差図である。 本発明の実施例４に係る対物光学系のレンズ断面図である。 図８の対物光学系の収差図である。 本発明の実施例５に係る対物光学系のレンズ断面図である。 図１０の対物光学系の収差図である。 本発明の実施例６に係る対物光学系のレンズ断面図である。 図１２の対物光学系の収差図である。
　以下に、本発明の一実施形態に係る対物光学系１について、図１を参照して説明する。
　本実施形態に係る対物光学系１は、図１に示されるように、物体側から順に、負の屈折力の前群ＦＧ、明るさ絞りＳおよび正の屈折力の後群ＢＧからなり、１４０°以上の画角を有している。前群ＦＧは、物体側から順に、負の第１レンズＬ１および正の第２レンズＬ２からなる。後群ＢＧは、物体側から順に、正の第３レンズＬ３、および、正レンズＬ４と負レンズＬ５とを貼り合わせた正の接合レンズＥ４５からなる。
　後群ＢＧの像側には、平行平面板Ｆが配置されている。平行平面板Ｆ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あるいは近赤外領域の光等をカットするためのフィルタである。像面近傍には図示しない撮像素子が配置され、対物光学系１とともに撮像光学系を構成している。撮像素子には、撮像面を保護するためのカバーガラスＣＧが貼り付けられている。
　前群ＦＧは、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２の少なくとも一面が非球面で構成されている。
　第１レンズＬ１は、下記の条件式（１）を満足している。
　（１）　　　０　≦　ｒ２／ｒ１　＜　０．２４
　ここで、ｒ１は第１レンズＬ１の物体側の曲率半径、ｒ２は第１レンズＬ１の像体側の曲率半径である。
　第１レンズＬ１が条件式（１）を満たすことにより、対物光学系１を内視鏡に搭載したときに内視鏡の先端面に配置される第１レンズＬ１の物体側面が適度な曲率の凸面になる。これにより、内視鏡の先端面の水切れを良くしつつ、第１レンズＬ１の破損を防止することができる。また、第１レンズＬ１に負の屈折力を十分に持たせることにより、外径の大型化を防ぐことができる。
　対物光学系１は、下記の条件式（２）を満足している。
　（２）　　　　０．６５　＜　ｆｌ／ＩＨ　＜　０．８２
　ここで、ｆｌは全系の焦点距離、ＩＨは最大像高である。
　これにより、画角に対して焦点距離の長さが適度に規定され、観察深度を十分に確保しつつ、画像周辺の倍率と画像中心の倍率とのバランスを良好にすることができる。
　なお、対物光学系１は、下記の条件式（２）’を満足することがより好ましい。
　（２）’　　　　０．６８　＜　ｆｌ／ＩＨ　＜　０．７８
　第１レンズＬ１および第２レンズＬ２は、下記の条件式（３）を満足している。
　（３）　　　　－０．６６　＜　ｆ１／ｆ２　＜　－０．０６
　ここで、ｆ１は第１レンズＬ１の焦点距離、ｆ２は第２レンズＬ２の焦点距離である。
　これにより、広角化と倍率色収差の補正とを同時に達成することができる。
　対物光学系１は、下記の条件式（４）を満足している。
　（４）　　　　０．１　＜　|　ｇ２／ｇ１　|　＜　２．２
　ここで、ｇ１は前群ＦＧの焦点距離、ｇ２は後群ＢＧの焦点距離である。
　条件式（４）は、像面湾曲を補正するための条件式である。条件式（４）の下限を下回った場合、前群ＦＧの焦点距離が相対的に大きくなり像面がプラス側に倒れる。一方、条件式（４）の上限を上回った場合、後群ＢＧの焦点距離が大きくなり像面がマイナス側に倒れる。
　対物光学系１は、下記の条件式（５）を満足している。
　（５）　　－０．６６＜ｄｔl×０．０１／ｇ２×ＩＨ＜－０．３８
　ここで、ｄｔｌは最大像高でのディストーションである。
　条件式（５）の下限を下回った場合、ディストーションの発生量が大きくなり、周辺が潰れた画像になるため好ましくない。一方、条件式（５）の上限を上回った場合、画像周辺部における光量が不足するために画像周辺部が暗くなり、好ましくない。
　対物光学系１は、下記の条件式（６）を満足している。
　（６）　　　　６６　＜　ω　＜　８８
　ここで、ωは最大像高における半画角である。
　条件式（６）の下限を下回った場合、焦点距離が大きくなるため、観察深度の拡大を図ることが難しくなる。一方、条件式（６）の上限を上回った場合、入射光線が全反射を起こして画像の４隅にケラレが発生しやすくなるため好ましくない。
　なお、対物光学系１は、条件式（６）’を満足することがより好ましい。これにより、観察深度を一層拡大することができる。
　（６）’　　　　７８　＜　ω　＜　８８
　後群ＢＧは、下記の条件式（７）を満足している。
　（７）　　　　１．７５　＜　ｇ２／ｆｌ　＜　２．６２
　後群ＢＧのレンズは主に結像に寄与し、後群ＢＧのパワーが強くなるとバックフォーカスが短くなる。条件式（７）の下限を下回った場合、後群ＢＧのパワーが強くなり過ぎ、ピント調整が行われる最終レンズＬ５と撮像素子との間隔を確保することが難しくなる。一方、条件式（７）の上限を上回った場合、レンズ系全体の全長が大きくなり小型の内視鏡には不向きとなる。
　第１レンズＬ１は、下記の条件式を満足している。
　（８）　　　　－１．８　＜　ｆ１／ｆｌ　＜　－０．８
　条件式（８）の下限を下回った場合、第１レンズＬ１の負のパワーが弱くなってレンズ径の大型化を招くため、先端が細径の内視鏡には不向きとなる。一方、条件式（８）の上限を上回った場合、第１レンズＬ１の負のパワーが強くなるためバックフォーカスの確保が難しくなり、ピント位置の調節が困難となる。
　このように、本実施形態によれば、前群ＦＧに非球面レンズを搭載することにより、１４０°以上の画角を有する広角の構成でありながら、ディストーションを効果的に補正し、また、観察深度を十分に広く確保することができる。また、各群ＦＧ，ＢＧの焦点距離を適切な値にすることにより、対物光学系１を撮像素子と組み合わせたときに、画質劣化がなくコンパクトな撮像光学系を構成することができる。さらに、倍率色収差が良好に補正されているので、高画素な撮像素子と組み合わせた場合には、各物点において高精細な画像を得ることができる。
　なお、上記実施形態においては、第２のレンズＬ２を図示しない負レンズと接合し、前群ＦＧを、第１レンズＬ１と接合レンズとから構成してもよい。これにより、倍率色収差をさらに良好に補正することができる。
　次に、上述した実施形態の実施例１から６について、図２から図１３を参照して説明する。
　なお、本明細書に記載の面データにおいて、面番号は物体側から数えた光学面の番号を示し、屈折率およびアッベ数はｅ線に対する値を示す。また、面データおよび各種データにおいて、曲率半径、面間隔、焦点距離、像高および物点距離の単位はｍｍである。
　非球面形状は、次式で定義される。
　　ｚ＝（ｙ２／ｒ）／［１＋｛１－（１＋ｋ）（ｙ２／ｒ２）｝１／２］＋Ａ４ｙ４＋Ａ６ｙ６＋Ａ８ｙ８＋Ａ１０ｙ１０
　ここで、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙと定義する。ｋは円錐係数、ｒは曲率半径、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０は非球面係数を示している
　添付のレンズ断面図において、ｒ１、ｒ２、ｒ３、…は、面番号が１、２、３、…の光学面を示す。ｄ１、ｄ２、ｄ３、…は、面番号が１、２、３、…の面間隔又は空気間隔を示す。添付の収差図において、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差、（ｄ）は倍率色収差を示す。
〔実施例１〕
　実施例１に係る対物光学系のレンズ断面図を図２に、面データおよび各種データを下に示す。
　本実施例の対物光学系は、物体側より順に、負の屈折力の前群、明るさ絞りおよび正の屈折力の後群により構成されている。前群は、物体側より順に、負レンズおよび正レンズにより構成され、負レンズは像側面が非球面で構成されている。後群は、物体側から順に、正レンズ、および、正レンズと負レンズとを貼り合わせた正の接合レンズにより構成されている。
　このように構成された実施例１の対物光学系の収差曲線図を図３に示す。
面データ
面番号　　　　　曲率半径　　　面間隔　　　　　　屈折率　　　アッベ数
　　１　　　　７．９２９　　０．３０　　１．８８８１５　　　４０．８
　　２　　　　　　非球面　　０．６２
　　３　　　－１．９２５　　０．７０　　１．８５５０４　　　２３．８
　　４　　　－１．６８１　　０．７２
　　５　　　　明るさ絞り　　０．０８
　　６　　　－７．２８１　　１．８０　　１．７７６２１　　　４９．６
　　７　　　－１．３３６　　０．０７
　　８　　　　３．２０２　　１．２２　　１．５１８２５　　　６４．１
　　９　　　－０．９８９　　０．３０　　１．９３４２９　　　１８．９
　１０　　　－３．０９０　　０．１０
　１１　　　　　　　　∞　　０．６０　　１．５１９６５　　　７５．０
　１２　　　　　　　　∞　　０．５５
　１３　　　　　　　　∞　　０．４０　　１．５１８２５　　　６４．１
　１４　　　　　　撮像面
非球面データ
第２面
ｒ＝０．８７８　　　ｋ＝０
Ａ４＝－６．１８０５×１０－２　　　Ａ６＝－９．１８７２×１０－２
Ａ８＝－１．５０６５×１０－５　　　Ａ１０＝－８．４９１１×１０－２
各種データ
焦点距離　　０．７１
像高ＩＨ　　１．０
Ｆｎｏ．　　５．７７
物点距離　　４．８
〔実施例２〕
　実施例２に係る対物光学系のレンズ断面図を図４に、面データおよび各種データを下に示す。
　本実施例の対物光学系は、前群において正レンズの物体側面が非球面である点で実施例１の対物光学系と主に異なっている。
　このように構成された実施例２の対物光学系の収差曲線図を図５に示す。
面データ
面番号　　　　　曲率半径　　　面間隔　　　　　　屈折率　　　アッベ数
　　１　　　　３．２４８　　０．３０　　１．８８８１５　　　４０．８
　　２　　　　０．６８２　　０．６５
　　３　　　　　　非球面　　０．９５　　１．８５５０４　　　２３．８
　　４　　　－１．４６５　　０．２８
　　５　　　　明るさ絞り　　０．０８
　　６　　　－１．４８３　　１．７２　　１．７７６２１　　　４９．６
　　７　　　－１．３８４　　０．０７
　　８　　　　１．９９４　　１．４４　　１．５１８２５　　　６４．１
　　９　　　－１．２５０　　０．２６　　１．９３４２９　　　１８．９
　１０　　　－３．５８３　　０．１２
　１１　　　　　　　　∞　　０．４５　　１．５１９６５　　　７５．０
　１２　　　　　　　　∞　　０．５７
　１３　　　　　　　　∞　　０．４０　　１．５１８２５　　　６４．１
　１４　　　　　　撮像面
非球面データ
第３面
ｒ＝－４．３４９　　　ｋ＝０
Ａ４＝７．４６４５×１０－２　　　Ａ６＝－２．２２９０×１０－１
Ａ８＝－１．８９７８×１０－４　　　Ａ１０＝５．０５８１×１０－１
各種データ
焦点距離　　　０．７０
像高ＩＨ　　　１．０
Ｆｎｏ．　　　６．１２
物点距離　　　５．０
〔実施例３〕
　実施例３に係る対物光学系のレンズ断面図を図６に、面データおよび各種データを下に示す。
　本実施例の対物光学系は、前群が、物体側より順に、負レンズ、および、正レンズと負レンズとを貼り合わせた接合レンズにより構成さている点において、実施例１の対物光学系と主に異なっている。
　このように構成された実施例３の対物光学系の収差曲線図を図７に示す。
面データ
面番号　　　　　曲率半径　　　面間隔　　　　　　屈折率　　　アッベ数
　　１　　　　７．４２９　　０．３０　　１．８８８１５　　　４０．８
　　２　　　　　　非球面　　０．６８
　　３　　　－６．４７１　　１．４２　　１．９３４２９　　　１８．９
　　４　　　－２．９０３　　０．５９　　１．７７６２１　　　４９．６
　　５　　　－８．４７９　　０．０１
　　６　　　　明るさ絞り　　０．００
　　７　　　　５．６５８　　１．０７　　１．４９８４６　　　８１．５
　　８　　　－１．２２７　　０．０７
　　９　　　　２．８１１　　１．３２　　１．５１８２５　　　６４．１
　１０　　　－１．０６０　　０．４９　　１．９３４２９　　　１８．９
　１１　　　－２．８００　　０．１２
　１２　　　　　　　　∞　　０．５０　　１．５１９６５　　　７５．０
　１３　　　　　　　　∞　　０．９１
　１４　　　　　　　　∞　　０．６０　　１．５１８２５　　　６４．１
　１５　　　　　　撮像面
非球面データ
第２面
ｒ＝０．７０８　　　ｋ＝０
Ａ４＝１．１２８８×１０－１　　　Ａ６＝－１．８２３７×１００
Ａ８＝５．５８７７×１００　　　Ａ１０＝－７．９６１７×１００
各種データ
焦点距離　　　０．７７
像高ＩＨ　　　１．０
Ｆｎｏ．　　　７．３８
物点距離　　　４．９
〔実施例４〕
　実施例４に係る対物光学系のレンズ断面図を図８に、面データおよび各種データを下に示す。
　本実施例の対物光学系は、前群が、物体側から順に負レンズ、および、正レンズと負レンズとを貼り合わせた接合レンズからなり、正レンズの物体側面が非球面である点において、実施例１の対物光学系と主に異なっている。
　このように構成された実施例４の対物光学系の収差曲線図を図９に示す。
面データ
面番号　　　　　曲率半径　　　面間隔　　　　　　屈折率　　　アッベ数
　　１　　　　７．４２９　　０．３０　　１．８８８１５　　　４０．８
　　２　　　　０．６９４　　０．４１
　　３　　　　　　非球面　　０．８７　　１．９３４２９　　　１８．９
　　４　　　２６．３７１　　０．４８　　１．７７６２１　　　４９．６
　　５　　　　３．９００　　０．１４
　　６　　　　明るさ絞り　　０．０３
　　７　　　　４．９１３　　１．９４　　１．７７６２１　　　４９．６
　　８　　　－１．４８５　　０．０８
　　９　　　　２．２１５　　１．３２　　１．５１８２５　　　６４．１
　１０　　　－１．１９１　　０．４９　　１．９３４２９　　　１８．９
　１１　　　－３．６７８　　０．２０
　１２　　　　　　　　∞　　０．３０　　１．５１９６５　　　７５．０
　１３　　　　　　　　∞　　０．４７
　１４　　　　　　　　∞　　０．８０　　１．５１８２５　　　６４．１
　１５　　　　　　撮像面
非球面データ
第３面
ｒ＝５．８９５　　　ｋ＝０
Ａ４＝１．７１１５×１０－１　　　Ａ６＝－８．３４３８×１０－２
Ａ８＝５．０９５０×１０－１
各種データ
焦点距離　　　０．７５
像高ＩＨ　　　１．０
Ｆｎｏ．　　　５．４３
物点距離　　　４．８
〔実施例５〕
　実施例５に係る対物光学系のレンズ断面図を図１０に、面データおよび各種データを下に示す。
　本実施例の対物光学系は、基本的な構成においては実施例１の対物光学系と同様である。
　このように構成された実施例５の対物光学系の収差曲線図を図１１に示す。
面データ
面番号　　　　　曲率半径　　　面間隔　　　　　　屈折率　　　アッベ数
　　１　　　　　　　　∞　　０．３０　　１．８８８１５　　４０．７６
　　２　　　　　　非球面　　０．６５
　　３　　　－８．０４２　　０．６０　　１．８５５０４　　２３．７８
　　４　　　－１．８９６　　０．６０
　　５　　　　明るさ絞り　　０．０８
　　６　　　－４．３８９　　１．５２　　１．７７６２１　　４９．６０
　　７　　　－１．３３３　　０．０８
　　８　　　　２．８７７　　１．３３　　１．５１８２５　　６４．１４
　　９　　　－０．９９６　　０．３１　　１．９３４２９　　１８．９０
　１０　　　－２．６９７　　０．１０
　１１　　　　　　　　∞　　０．３０　　１．５１９６５　　７５．００
　１２　　　　　　　　∞　　０．５４
　１３　　　　　　　　∞　　０．４０　　１．５１８２５　　６４．１４
　１４　　　　　　撮像面
非球面データ
第２面
ｒ＝０．８８４　　　ｋ＝０
Ａ４＝１．１７０３×１０－１　　　Ａ６＝－１．０７１０×１００
Ａ８＝２．０４１４×１００　　　Ａ１０＝－１．７４８６×１００
各種データ
焦点距離　　　０．７７
像高ＩＨ　　　１．０
Ｆｎｏ．　　　６．１８
物点距離　　　５．０
〔実施例６〕
　実施例６に係る対物光学系のレンズ断面図を図１２に、面データおよび各種データを下に示す。
　本実施例の対物光学系は、前群において、負レンズの像側面および正レンズの物体側面が非球面である点において実施例１の対物光学系と主に異なっている。
　このように構成された実施例６の対物光学系の収差曲線図を図１３に示す。
面データ
面番号　　　　　曲率半径　　　面間隔　　　　　　屈折率　　　アッベ数
　　１　　　　　　　　∞　　０．３０　　１．８８８１５　　４０．７６
　　２　　　　　　非球面　　０．８０
　　３　　　　　　非球面　　０．３９　　１．８５５０４　　２３．７８
　　４　　　－１．２１１　　１．１４
　　５　　　　明るさ絞り　　０．０２
　　６　　　　９．５８７　　２．０３　　１．７７６２１　　４９．６０
　　７　　　－１．７２７　　０．０７
　　８　　　　６．３６８　　１．２０　　１．５１８２５　　６４．１４
　　９　　　－０．９２３　　０．３０　　１．９３４２９　　１８．９０
　１０　　　－１．９０３　　０．０８
　１１　　　　　　　　∞　　０．４０　　１．５１９６５　　７５．００
　１２　　　　　　　　∞　　０．６５
　１３　　　　　　　　∞　　０．７０　　１．５１８２５　　６４．１４
　１４　　　　　　撮像面
非球面データ
第２面
ｒ＝０．９５２　　　ｋ＝０
Ａ４＝－６．１５５８×１０－２　　　Ａ６＝－８．８９５３×１０－２
Ａ８＝１．７６２３×１０－１　　　Ａ１０＝－４．１４６５×１０－１
第３面
ｒ＝－１．３９６　　　ｋ＝０
Ａ４＝－１．７５８１×１０－２　　　Ａ６＝－８．７８１６×１０－２
Ａ８＝－４．０８２０×１０－２
各種データ
焦点距離　　　０．７３
像高ＩＨ　　　１．０
Ｆｎｏ．　　　６．６５
物点距離　　　４．８
　実施例１から６の対物光学系の構成における条件式（１）から（６）の数値を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（付記）
　なお、実施例１から６から、以下の構成の発明が導かれる。
（付記項１）
　物体側から順に前群、明るさ絞りおよび正の後群からなり、前記前群は、少なくとも１面が非球面で構成されるとともに、最も物体側に下記条件式（１）を満足する負の第１レンズを備え、画角が１４０°以上である対物光学系。
　（１）　　　　０　≦　ｒ２／ｒ１　＜　０．２４
　ここで、ｒ１は前記前群の最も物体側に配置された第１レンズの物体側の曲率半径、ｒ２は前記第１レンズの像体側の曲率半径である。
（付記項２）
　下記の条件式（２）を満足する付記項１に記載の対物光学系。
　（２）　　　　０．６５　＜　ｆｌ／ＩＨ　＜　０．８２
　ここで、ｆｌは全系の焦点距離、ＩＨは最大像高である。
（付記項３）
　前記前群が、物体側から順に前記第１レンズと正の第２レンズとを備える付記項１に記載の対物光学系。
（付記項４）
　前記第１レンズおよび前記第２レンズが、下記の条件式（３）を満足する付記項３に記載の対物光学系。
　（３）　　　　－０．６６　＜　ｆ１／ｆ２　＜　－０．０６
　ここで、ｆ１は前記第１レンズの焦点距離、ｆ２は前記第２レンズの焦点距離である。
（付記項５）
　前記前群が、負群である付記項１から付記項４のいずれかに記載の対物光学系。
（付記項６）
　下記の条件式（２）’を満足する付記項２に記載の対物光学系。
　（２）’　　　　０．６８　＜　ｆｌ／ＩＨ　＜　０．７８
（付記項７）
　下記の条件式（４）を満足する付記項１から付記項４のいずれかに記載の対物光学系。
　（４）　　　　０．１　＜　|　ｇ２／ｇ１　|　＜　２．２
　ここで、ｇ１は前記前群の焦点距離、ｇ２は前記後群の焦点距離である。
（付記項８）
　下記の条件式（５）を満足する付記項１から付記項４のいずれかに記載の対物光学系。
　（５）　　　　－０．６６＜ｄｔl×０．０１／ｇ２×ＩＨ＜－０．３８
　ここで、ｄｔｌは最大像高でのディストーションである。
（付記項９）
　下記の条件式（６）を満足する付記項１から付記項４のいずれかに記載の対物光学系。
　（６）　　　　６６　＜　ω　＜　８８
　ここで、ωは最大像高における半画角である。
（付記項１０）
　下記の条件式（６）’を満足する付記項９に記載の対物光学系。
　（６）’　　　　７８　＜　ω　＜　８８
（付記項１１）
　下記の条件式（７）を満足する付記項１から付記項４のいずれかに記載の対物光学系。
　（７）　　　　１．７５　＜　ｇ２／ｆｌ　＜　２．６２
（付記項１２）
　下記の条件式（８）を満足する付記項１から付記項４のいずれかに記載の対物光学系。
　（８）　　　　－１．８　＜　ｆ１／ｆｌ　＜　－０．８
　１　対物光学系
　ＦＧ　前群
　ＢＧ　後群
　Ｌ１　第１レンズ
　Ｌ２　第２レンズ
　Ｌ３　第３レンズ
　Ｌ４　正レンズ
　Ｌ５　負レンズ
　Ｅ４５　接合レンズ
　Ｆ　平行平面板
　ＣＧ　カバーガラス

Claims (4)

  1. 　物体側から順に前群、明るさ絞りおよび正の後群からなり、
    　前記前群は、少なくとも１面が非球面で構成されるとともに、最も物体側に下記の条件式（１）を満足する負の第１レンズを備え、
    　画角が１４０°以上である対物光学系。
    　（１）　　　　０　≦　ｒ２／ｒ１　＜　０．２４
    　ここで、
    　ｒ１　：　前記第１レンズの物体側の曲率半径、
    　ｒ２　：　前記第１レンズの像側の曲率半径
    である。
  2. 　下記の条件式（２）を満足する請求項１に記載の対物光学系。
    　（２）　　　　０．６５　＜　ｆｌ／ＩＨ　＜　０．８２
    　ここで、
    　ｆｌ　：　全系の焦点距離、
    　ＩＨ　：　最大像高
    である。
  3. 　前記前群が、物体側から順に前記第１レンズと正の第２レンズとを備える請求項１に記載の対物光学系。
  4. 　前記第１レンズおよび前記第２レンズが、下記の条件式（３）を満足する請求項３に記載の対物光学系。
    　（３）　　　　－０．６６　＜　ｆ１／ｆ２　＜　－０．０６
    　ここで、
    　ｆ１　：　前記第１レンズの焦点距離、
    　ｆ２　：　前記第２レンズの焦点距離
    である。
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