(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-09
(45)【発行日】2024-09-18
(54)【発明の名称】内視鏡用対物レンズおよび内視鏡
(51)【国際特許分類】
G02B 13/04 20060101AFI20240910BHJP
G02B 23/26 20060101ALI20240910BHJP
A61B 1/00 20060101ALI20240910BHJP
【FI】
G02B13/04
G02B23/26 C
A61B1/00 731
(21)【出願番号】P 2020195416
(22)【出願日】2020-11-25
【審査請求日】2023-08-10
(73)【特許権者】
【識別番号】306037311
【氏名又は名称】富士フイルム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】原田 恵介
【審査官】瀬戸 息吹
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第109946814(CN,A)
【文献】特開2019-095607(JP,A)
【文献】特開平01-269909(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02B 9/00 - 17/08
G02B 21/02 - 21/04
G02B 25/00 - 25/04
A61B 1/00 - 1/32
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
物体側から像側へ順に、1枚の負レンズからなる第1レンズ群と、互いに接合された2枚のレンズからなる第2レンズ群と、絞りと、互いに異符号の屈折力を有し互いに接合された2枚のレンズからなる第3レンズ群と、互いに異符号の屈折力を有し互いに接合された2枚のレンズからなる第4レンズ群とからなり、
前記第2レンズ群内の物体側のレンズのd線基準のアッベ数をν2f、
前記第2レンズ群内の像側のレンズのd線基準のアッベ数をν2r、
前記第1レンズ群の物体側のレンズ面から前記第4レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をAL、
前記第2レンズ群の接合面の近軸曲率半径をR2c
、
前記第1レンズ群の焦点距離をf1、
前記第2レンズ群の焦点距離をf2、
前記第3レンズ群の焦点距離をf3、
前記第4レンズ群の焦点距離をf4とした場合、
-300<(ν2f-ν2r)×|AL/R2c|<30 (1)
-20<(f3×f4)/(f1×f2)≦-7.75 (3-2)
で表される条件式(1)
および(3-2)を満足する内視鏡用対物レンズ。
【請求項2】
物体側から像側へ順に、1枚の負レンズからなる第1レンズ群と、互いに接合された2枚のレンズからなる第2レンズ群と、絞りと、互いに異符号の屈折力を有し互いに接合された2枚のレンズからなる第3レンズ群と、互いに異符号の屈折力を有し互いに接合された2枚のレンズからなる第4レンズ群とからなり、
前記第3レンズ群内の物体側のレンズのd線基準のアッベ数をν3f、
前記第3レンズ群内の像側のレンズのd線基準のアッベ数をν3r、
前記第4レンズ群内の物体側のレンズのd線基準のアッベ数をν4f、
前記第4レンズ群内の像側のレンズのd線基準のアッベ数をν4r、
|ν3f-ν3r|および|ν4f-ν4r|のうち値が大きい方を|νf-νr|、
全系の焦点距離をf、
前記第1レンズ群の物体側のレンズ面から前記第4レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をAL、
前記第4レンズ群の最も像側のレンズ面から全系の像側の焦点位置までの光軸上の空気換算距離をBf
、
前記第1レンズ群の焦点距離をf1、
前記第2レンズ群の焦点距離をf2、
前記第3レンズ群の焦点距離をf3、
前記第4レンズ群の焦点距離をf4とした場合、
3.9<|νf-νr|×f/(AL+Bf)<20 (2)
-20<(f3×f4)/(f1×f2)≦-7.75 (3-2)
で表される条件式(2)
および(3-2)を満足する内視鏡用対物レンズ。
【請求項3】
前記第2レンズ群内の物体側のレンズのd線基準のアッベ数をν2f、
前記第2レンズ群内の像側のレンズのd線基準のアッベ数をν2r、
前記第2レンズ群の接合面の近軸曲率半径をR2cとした場合、
-300<(ν2f-ν2r)×|AL/R2c|<30 (1)
で表される条件式(1)を満足する請求項2に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項4】
前記第2レンズ群は全体として正の屈折力を有する請求項1から3のいずれか1項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項5】
前記第3レンズ群は全体として正の屈折力を有する請求項1から4のいずれか1項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項6】
前記第4レンズ群は全体として正の屈折力を有する請求項1から5のいずれか1項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項7】
全系の焦点距離を
fとした場合、
10<(f2×f3×f4)/(f×f×f)<300 (4)
で表される条件式(4)を満足する請求項1から
6のいずれか1項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項8】
前記第4レンズ群の最も像側のレンズ面から全系の像側の焦点位置までの光軸上の空気換算距離をBfとした場合、
1<AL/Bf<4 (5)
で表される条件式(5)を満足する請求項1から
7のいずれか1項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項9】
前記第1レンズ群の物体側のレンズ面から前記絞りまでの光軸上の距離をDf、
前記絞りから前記第4レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をDrとした場合、
|Df-Dr|/AL<1 (6)
で表される条件式(6)を満足する請求項1から
8のいずれか1項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項10】
f4/f3<5 (7)
で表される条件式(7)を満足する請求項1から
9のいずれか1項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項11】
前記第2レンズ群の光軸上の厚みをDc2、
前記第4レンズ群の光軸上の厚みをDc4とした場合、
Dc4/Dc2<1.2 (8)
で表される条件式(8)を満足する請求項1から
10のいずれか1項に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項12】
-250<(ν2f-ν2r)×|AL/R2c|<20 (1-1)
で表される条件式(1-1)を満足する請求項1又は3に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項13】
4<|νf-νr|×f/(AL+Bf)<10 (2-1)
で表される条件式(2-1)を満足する請求項2に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項14】
30<(f2×f3×f4)/(f×f×f)<200 (4-1)
で表される条件式(4-1)を満足する請求項
7に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項15】
2.2<AL/Bf<3 (5-1)
で表される条件式(5-1)を満足する請求項
8に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項16】
0.01<|Df-Dr|/AL<0.15 (6-1)
で表される条件式(6-1)を満足する請求項
9に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項17】
0.3<f4/f3<3 (7-1)
で表される条件式(7-1)を満足する請求項
10に記載の内視鏡用対物レンズ。
【請求項18】
請求項1から
17のいずれか1項に記載の内視鏡用対物レンズを備えた内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、内視鏡用対物レンズ、および内視鏡に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、内視鏡に使用可能な光学系として、下記特許文献1、特許文献2、特許文献3、および特許文献4に記載されたレンズ系が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第5855793号公報
【文献】特許第5478421号公報
【文献】特許第2556984号公報
【文献】特許第2639963号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年、色収差補正および小型化が両立されて良好な性能を有する内視鏡用対物レンズが求められている。
【0005】
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、色収差補正および小型化が両立されて良好な性能を有する内視鏡用対物レンズ、およびこの内視鏡用対物レンズを備えた内視鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の第1の態様に係る内視鏡用対物レンズは、物体側から像側へ順に、1枚の負レンズからなる第1レンズ群と、互いに接合された2枚のレンズからなる第2レンズ群と、絞りと、互いに異符号の屈折力を有し互いに接合された2枚のレンズからなる第3レンズ群と、互いに異符号の屈折力を有し互いに接合された2枚のレンズからなる第4レンズ群とからなり、第2レンズ群内の物体側のレンズのd線基準のアッベ数をν2f、第2レンズ群内の像側のレンズのd線基準のアッベ数をν2r、第1レンズ群の物体側のレンズ面から第4レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をAL、第2レンズ群の接合面の近軸曲率半径をR2cとした場合、下記条件式(1)を満足する。
-300<(ν2f-ν2r)×|AL/R2c|<30 (1)
【0007】
第1の態様に係る内視鏡用対物レンズは、下記条件式(1-1)を満足することが好ましい。
-250<(ν2f-ν2r)×|AL/R2c|<20 (1-1)
【0008】
本開示の第2の態様に係る内視鏡用対物レンズは、物体側から像側へ順に、1枚の負レンズからなる第1レンズ群と、互いに接合された2枚のレンズからなる第2レンズ群と、絞りと、互いに異符号の屈折力を有し互いに接合された2枚のレンズからなる第3レンズ群と、互いに異符号の屈折力を有し互いに接合された2枚のレンズからなる第4レンズ群とからなり、第3レンズ群内の物体側のレンズのd線基準のアッベ数をν3f、第3レンズ群内の像側のレンズのd線基準のアッベ数をν3r、第4レンズ群内の物体側のレンズのd線基準のアッベ数をν4f、第4レンズ群内の像側のレンズのd線基準のアッベ数をν4r、|ν3f-ν3r|および|ν4f-ν4r|のうち値が大きい方を|νf-νr|、全系の焦点距離をf、第1レンズ群の物体側のレンズ面から第4レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をAL、第4レンズ群の最も像側のレンズ面から全系の像側の焦点位置までの光軸上の空気換算距離をBfとした場合、下記条件式(2)を満足する。
3.9<|νf-νr|×f/(AL+Bf)<20 (2)
【0009】
第2の態様に係る内視鏡用対物レンズは、下記条件式(2-1)を満足することが好ましい。
4<|νf-νr|×f/(AL+Bf)<10 (2-1)
【0010】
第2の態様に係る内視鏡用対物レンズは、第2レンズ群内の物体側のレンズのd線基準のアッベ数をν2f、第2レンズ群内の像側のレンズのd線基準のアッベ数をν2r、第2レンズ群の接合面の近軸曲率半径をR2cとした場合、下記条件式(1)を満足することが好ましく、下記条件式(1-1)を満足することがより好ましい。
-300<(ν2f-ν2r)×|AL/R2c|<30 (1)
-250<(ν2f-ν2r)×|AL/R2c|<20 (1-1)
【0011】
以下本項では、第1および第2の態様に係る内視鏡用対物レンズを総括して上記態様に係る内視鏡用対物レンズという。上記態様に係る内視鏡用対物レンズにおいては、第2レンズ群は全体として正の屈折力を有することが好ましい。上記態様に係る内視鏡用対物レンズにおいては、第3レンズ群は全体として正の屈折力を有することが好ましい。上記態様に係る内視鏡用対物レンズにおいては、第4レンズ群は全体として正の屈折力を有することが好ましい。
【0012】
上記態様に係る内視鏡用対物レンズは、第1レンズ群の焦点距離をf1、第2レンズ群の焦点距離をf2、第3レンズ群の焦点距離をf3、第4レンズ群の焦点距離をf4とした場合、下記条件式(3)を満足することが好ましく、下記条件式(3-1)を満足することがより好ましい。
-30<(f3×f4)/(f1×f2)<-0.2 (3)
-20<(f3×f4)/(f1×f2)<-0.4 (3-1)
【0013】
上記態様に係る内視鏡用対物レンズは、全系の焦点距離をf、第2レンズ群の焦点距離をf2、第3レンズ群の焦点距離をf3、第4レンズ群の焦点距離をf4とした場合、下記条件式(4)を満足することが好ましく、下記条件式(4-1)を満足することがより好ましい。
10<(f2×f3×f4)/(f×f×f)<300 (4)
30<(f2×f3×f4)/(f×f×f)<200 (4-1)
【0014】
上記態様に係る内視鏡用対物レンズは、第4レンズ群の最も像側のレンズ面から全系の像側の焦点位置までの光軸上の空気換算距離をBfとした場合、下記条件式(5)を満足することが好ましく、下記条件式(5-1)を満足することがより好ましい。
1<AL/Bf<4 (5)
2.2<AL/Bf<3 (5-1)
【0015】
上記態様に係る内視鏡用対物レンズは、第1レンズ群の物体側のレンズ面から絞りまでの光軸上の距離をDf、絞りから第4レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をDrとした場合、下記条件式(6)を満足することが好ましく、下記条件式(6-1)を満足することがより好ましい。
|Df-Dr|/AL<1 (6)
0.01<|Df-Dr|/AL<0.15 (6-1)
【0016】
上記態様に係る内視鏡用対物レンズは、第3レンズ群の焦点距離をf3、第4レンズ群の焦点距離をf4とした場合、下記条件式(7)を満足することが好ましく、下記条件式(7-1)を満足することがより好ましい。
f4/f3<5 (7)
0.3<f4/f3<3 (7-1)
【0017】
上記態様に係る内視鏡用対物レンズは、第2レンズ群の光軸上の厚みをDc2、第4レンズ群の光軸上の厚みをDc4とした場合、下記条件式(8)を満足することが好ましい。
Dc4/Dc2<1.2 (8)
【0018】
本開示の内視鏡は、上記態様に係る内視鏡用対物レンズの少なくとも一方を備えている。
【0019】
なお、本明細書の「~からなり」、「~からなる」は、挙げられた構成要素以外に、実質的に屈折力を有さないレンズ、並びに、絞り、フィルタ、およびカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、並びに、レンズフランジ、レンズバレル、および撮像素子等が含まれていてもよいことを意図する。
【0020】
複合非球面レンズ(すなわち、球面レンズと、その球面レンズ上に形成された非球面形状の膜とが一体的に構成されて、全体として1つの非球面レンズとして機能するレンズ)は、接合レンズとは見なさず、1枚のレンズとして扱う。上記の屈折力の符号および曲率半径は、非球面を含むレンズに関しては、特に断りが無い限り近軸領域で規定されるものとする。
【0021】
本明細書において、「全系」は、内視鏡用対物レンズを意味する。条件式で用いている「焦点距離」は、近軸焦点距離である。条件式で用いている値は、d線を基準とした場合の値である。本明細書に記載の「d線」、「C線」、および「F線」は輝線であり、d線の波長は587.56nm(ナノメートル)、C線の波長は656.27nm(ナノメートル)、F線の波長は486.13nm(ナノメートル)として扱う。
【発明の効果】
【0022】
本開示によれば、色収差補正および小型化が両立されて良好な性能を有する内視鏡用対物レンズ、およびこの内視鏡用対物レンズを備えた内視鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【
図1】一実施形態に係る内視鏡用対物レンズの構成を示す断面図である。
【
図2】実施例1の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図である。
【
図3】実施例1の内視鏡用対物レンズの各収差図である。
【
図4】実施例2の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図である。
【
図5】実施例2の内視鏡用対物レンズの各収差図である。
【
図6】実施例3の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図である。
【
図7】実施例3の内視鏡用対物レンズの各収差図である。
【
図8】実施例4の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図である。
【
図9】実施例4の内視鏡用対物レンズの各収差図である。
【
図10】実施例5の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図である。
【
図11】実施例5の内視鏡用対物レンズの各収差図である。
【
図12】実施例6の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図である。
【
図13】実施例6の内視鏡用対物レンズの各収差図である。
【
図14】実施例7の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図である。
【
図15】実施例7の内視鏡用対物レンズの各収差図である。
【
図16】実施例8の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図である。
【
図17】実施例8の内視鏡用対物レンズの各収差図である。
【
図18】本開示の一実施形態に係る内視鏡の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本開示の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1に、本開示の一実施形態に係る内視鏡用対物レンズ1の光軸Zを含む断面における構成を示す。
図1に示す例は後述の実施例1に対応している。
図1では、内視鏡用対物レンズ1の左側が物体側であり、光軸Zを一点鎖線で示している。物体からの光は、内視鏡用対物レンズ1を透過した後、内視鏡用対物レンズ1の像側に配置されたプリズムPrに入射し、この入射面に対して斜めに形成された反射面で反射された後、入射面と垂直に形成された出射面を経て撮像素子5に入射する。プリズムPrの出射面と撮像素子5とは接合されている。
図1のプリズムPrは、光路を垂直に折り曲げる光路偏向部材として機能している。
【0025】
内視鏡用対物レンズ1は、光軸Zに沿って物体側から像側へ順に、第1レンズ群G1と、第2レンズ群G2と、開口絞りStと、第3レンズ群G3と、第4レンズ群G4とからなる。なお、
図1の開口絞りStは、形状を示しているのではなく、光軸Z方向の位置を示している。
【0026】
第1レンズ群G1は、1枚の負レンズからなる。第1レンズ群G1が負の屈折力を有する単レンズからなる構成とすることによって、小型化を図りつつ、内視鏡観察のための広い視野角の確保に有利となる。なお、本明細書において、「単レンズ」とは接合されていない1枚のレンズを意味する。
【0027】
第2レンズ群G2は、互いに接合された2枚のレンズからなる。すなわち、第2レンズ群G2は2枚のレンズが接合されて構成された接合レンズからなる。第2レンズ群G2を構成する2枚のレンズは、互いに異符号の屈折力を有する2枚のレンズでもよく、同符号の屈折力を有する2枚のレンズでもよい。互いに異符号の屈折力を有する2枚のレンズとは、正レンズおよび負レンズを意味する。この場合、正レンズおよび負レンズの配列順は問わない。第2レンズ群G2が、互いに異符号の屈折力を有する2枚のレンズからなる場合は、軸上色収差および倍率色収差の補正に有利となる。第2レンズ群G2が2枚の正レンズからなる場合は、小型化に伴う非点収差の補正に有利となる。
【0028】
第2レンズ群G2は全体として正の屈折力を有することが好ましい。第2レンズ群G2が全体として正の屈折力を有することによって、非点収差の発生の抑制および像面湾曲の発生の抑制に有利となる。
【0029】
第3レンズ群G3は、互いに異符号の屈折力を有し互いに接合された2枚のレンズからなる。すなわち、第3レンズ群G3は、物体側から順に正レンズと負レンズとが接合された接合レンズでもよく、物体側から順に負レンズと正レンズとが接合された接合レンズでもよい。第3レンズ群G3の上記構成によって、軸上色収差および倍率色収差の補正に有利となる。
【0030】
第3レンズ群G3は全体として正の屈折力を有することが好ましい。第3レンズ群G3が全体として正の屈折力を有することによって、非点収差の発生および像面湾曲の発生の抑制に有利となる。
【0031】
第4レンズ群G4は、互いに異符号の屈折力を有し互いに接合された2枚のレンズからなる。すなわち、第4レンズ群G4は、物体側から順に正レンズと負レンズとが接合された接合レンズでもよく、物体側から順に負レンズと正レンズとが接合された接合レンズでもよい。第4レンズ群G4の上記構成によって、倍率色収差の補正に有利となる。
【0032】
第4レンズ群G4は全体として正の屈折力を有することが好ましい。第4レンズ群G4が全体として正の屈折力を有することによって、倍率色収差の増加を抑えつつ、開口絞りStより像側のレンズの大径化を抑制することに有利となる。
【0033】
以上述べたように、内視鏡用対物レンズ1は、7枚のレンズと開口絞りStとからなる。
図1に示す内視鏡用対物レンズ1は、第1レンズ群G1がレンズL1の1枚のレンズからなり、第2レンズ群G2が物体側から像側へ順にレンズL2およびレンズL3からなり、第3レンズ群G3が物体側から像側へ順にレンズL4およびレンズL5からなり、第4レンズ群G4が物体側から像側へ順にレンズL6およびレンズL7からなる。一例として、
図1の例では、レンズL1、レンズL3、レンズL4、およびレンズL7が負レンズであり、レンズL2、レンズL5、およびレンズL6が正レンズである。
【0034】
内視鏡用対物レンズ1は、第2レンズ群G2内の物体側のレンズのd線基準のアッベ数をν2f、第2レンズ群G2内の像側のレンズのd線基準のアッベ数をν2r、第1レンズ群G1の物体側のレンズ面から第4レンズ群G4の最も像側のレンズ面までの光軸Z上の距離をAL、第2レンズ群G2の接合面の近軸曲率半径をR2cとした場合、下記条件式(1)を満足することが好ましい。条件式(1)を満足することによって、第2レンズ群G2において色収差が補正過剰になるのを抑制して良好な色収差補正を保ちつつ、小型化を図ることに有利となる。条件式(1)の下限以下とならないようにすることによって、第2レンズ群G2の接合面の曲率半径の絶対値を大きくできるため、開口絞りStより物体側の接合面の曲面に関わる厚みを小さくすることができる。これによって、小型化に有利となる。なお、「接合面の曲面に関わる厚み」とは、接合面が光軸Zと交わる点と、接合面の有効径端の点との光軸Z方向の距離である。条件式(1)の上限以上とならないようにすることによって、レンズ系全長の長大化の抑制に有利となる。内視鏡用対物レンズ1は、より良好な特性を得るためには、下記条件式(1-1)を満足することがより好ましい。
-300<(ν2f-ν2r)×|AL/R2c|<30 (1)
-250<(ν2f-ν2r)×|AL/R2c|<20 (1-1)
【0035】
内視鏡用対物レンズ1は、第3レンズ群G3内の物体側のレンズのd線基準のアッベ数をν3f、第3レンズ群G3内の像側のレンズのd線基準のアッベ数をν3r、第4レンズ群G4内の物体側のレンズのd線基準のアッベ数をν4f、第4レンズ群G4内の像側のレンズのd線基準のアッベ数をν4r、|ν3f-ν3r|および|ν4f-ν4r|のうち値が大きい方を|νf-νr|、全系の焦点距離をf、第1レンズ群G1の物体側のレンズ面から第4レンズ群G4の最も像側のレンズ面までの光軸Z上の距離をAL、第4レンズ群G4の最も像側のレンズ面から全系の像側の焦点位置までの光軸Z上の空気換算距離をBfとした場合、下記条件式(2)を満足することが好ましい。条件式(2)の下限以下とならないようにすることによって、レンズ系全長の長大化を抑えつつ、色収差の補正を行うことに有利となる。条件式(2)の上限以上とならないようにすることによって、内視鏡用対物レンズ1の諸性能を確保しつつ、小型化を図ることに有利となる。ここでいう諸性能とは、色収差を含めた諸収差に関する性能だけでなく、視野角および焦点距離等の仕様に関する性能も含む。内視鏡用対物レンズ1は、より良好な特性を得るためには、下記条件式(2-1)を満足することがより好ましい。
3.9<|νf-νr|×f/(AL+Bf)<20 (2)
4<|νf-νr|×f/(AL+Bf)<10 (2-1)
【0036】
内視鏡用対物レンズ1は、第1レンズ群G1の焦点距離をf1、第2レンズ群G2の焦点距離をf2、第3レンズ群G3の焦点距離をf3、第4レンズ群G4の焦点距離をf4とした場合、下記条件式(3)を満足することが好ましい。条件式(3)の下限以下とならないようにすることによって、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4の屈折力の偏りを抑えることが容易となるため、開口絞りStより像側のレンズの大径化を抑制することに有利となる。ここでいう、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4の屈折力の偏りとは、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4のうちの一方の屈折力が過剰に強くなり他方の屈折力が過剰に弱くなることを意味する。また、条件式(3)の下限以下とならないようにすることによって、内視鏡用対物レンズ1をレトロフォーカス構成としつつ、開口絞りStより像側のレンズ群の屈折力の調整を行い、かつ、適切な長さのバックフォーカスを確保することに有利となる。条件式(3)の上限以上とならないようにすることによって、第1レンズ群G1および第2レンズ群G2の屈折力の偏りを抑えることが容易となるため、開口絞りStより物体側のレンズの大径化を抑制することに有利となる。ここでいう、第1レンズ群G1および第2レンズ群G2の屈折力の偏りとは、第1レンズ群G1および第2レンズ群G2のうちの一方の屈折力が過剰に強くなり他方の屈折力が過剰に弱くなることを意味する。また、条件式(3)の上限以上とならないようにすることによって、広い視野角の確保に有利となる。内視鏡用対物レンズ1は、より良好な特性を得るためには、下記条件式(3-1)を満足することがより好ましい。
-30<(f3×f4)/(f1×f2)<-0.2 (3)
-20<(f3×f4)/(f1×f2)<-0.4 (3-1)
【0037】
内視鏡用対物レンズ1は、全系の焦点距離をf、第2レンズ群G2の焦点距離をf2、第3レンズ群G3の焦点距離をf3、第4レンズ群G4の焦点距離をf4とした場合、下記条件式(4)を満足することが好ましい。条件式(4)の下限以下とならないようにすることによって、広い視野角および高解像度等の光学性能に寄与する屈折力を保持することに有利となる。条件式(4)の上限以上とならないようにすることによって、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3、および第4レンズ群G4の屈折力の偏りを抑えることが容易となるため、レンズ系全長の長大化を抑制することに有利となる。内視鏡用対物レンズ1は、より良好な特性を得るためには、下記条件式(4-1)を満足することがより好ましい。
10<(f2×f3×f4)/(f×f×f)<300 (4)
30<(f2×f3×f4)/(f×f×f)<200 (4-1)
【0038】
内視鏡用対物レンズ1は、第1レンズ群G1の物体側のレンズ面から第4レンズ群G4の最も像側のレンズ面までの光軸Z上の距離をAL、第4レンズ群G4の最も像側のレンズ面から全系の像側の焦点位置までの光軸Z上の空気換算距離をBfとした場合、下記条件式(5)を満足することが好ましい。条件式(5)の下限以下とならないようにすることによって、良好な解像性能を得ることに有利となる。なお、
図1に示すように、内視鏡用対物レンズ1が撮像素子5と組み合わせて使用される場合は、内視鏡用対物レンズ1と撮像素子5との間に各種フィルタが配置されることが多く、このためにある程度長いバックフォーカスが求められることが多い。さらに、
図1に示すような撮像素子5の撮像面が内視鏡の挿入部の長軸方向と平行に配置されるタイプでは、一般に、レンズ系と撮像素子5との間に光路を偏向するためのプリズムPr等の光路偏向部材が挿入配置されるため、十分長いバックフォーカスが求められることが多い。条件式(5)の上限以上とならないようにすることによって、上記配置で求められる十分長いバックフォーカスの確保に有利となる。内視鏡用対物レンズ1は、より良好な特性を得るためには、下記条件式(5-1)を満足することがより好ましい。
1<AL/Bf<4 (5)
2.2<AL/Bf<3 (5-1)
【0039】
内視鏡用対物レンズ1は、第1レンズ群G1の物体側のレンズ面から開口絞りStまでの光軸Z上の距離をDf、開口絞りStから第4レンズ群G4の最も像側のレンズ面までの光軸Z上の距離をDr、第1レンズ群G1の物体側のレンズ面から第4レンズ群G4の最も像側のレンズ面までの光軸Z上の距離をALとした場合、下記条件式(6)を満足することが好ましい。条件式(6)を満足することによって、開口絞りStの物体側のレンズ系の長さおよび開口絞りStの像側のレンズ系の長さのバランスを保つことが容易となる。これによって、開口絞りStの物体側および開口絞りStの像側における、レンズ系の光軸Z方向および径方向のサイズの偏りを減じることができるため、小型化に寄与することができる。内視鏡用対物レンズ1は、より良好な特性を得るためには、下記条件式(6-1)を満足することがより好ましい。条件式(6-1)の下限以下とならないようにすることによって、広い視野角および高解像度等の光学性能を維持しつつ、全長の長大化を抑制することに有利となる。
|Df-Dr|/AL<1 (6)
0.01<|Df-Dr|/AL<0.15 (6-1)
【0040】
内視鏡用対物レンズ1は、第3レンズ群G3の焦点距離をf3、第4レンズ群G4の焦点距離をf4とした場合、下記条件式(7)を満足することが好ましい。条件式(7)を満足することによって、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4の屈折力の偏りを抑えることが容易となるため、開口絞りStより像側のレンズの大径化を抑制することに有利となる。内視鏡用対物レンズ1は、より良好な特性を得るためには、下記条件式(7-1)を満足することがより好ましい。条件式(7-1)の下限以下とならないようにすることによって、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4の屈折力を良好に調節することができるため、非点収差の発生および像面湾曲の発生を抑制することに有利となる。
f4/f3<5 (7)
0.3<f4/f3<3 (7-1)
【0041】
内視鏡用対物レンズ1は、第2レンズ群G2の光軸Z上の厚みをDc2、第4レンズ群G4の光軸Z上の厚みをDc4とした場合、下記条件式(8)を満足することが好ましい。なお、第2レンズ群G2の光軸Z上の厚みとは、第2レンズ群G2の最も物体側のレンズ面から第2レンズ群G2の最も像側のレンズ面までの光軸Z上の距離である。同様に、第4レンズ群G4の光軸Z上の厚みとは、第4レンズ群G4の最も物体側のレンズ面から第4レンズ群G4の最も像側のレンズ面までの光軸Z上の距離である。条件式(8)を満足することによって、開口絞りStより像側のレンズ系の光軸Z方向の長さの長大化を抑制することに有利となる。内視鏡用対物レンズ1は、より良好な特性を得るためには、下記条件式(8-1)を満足することがより好ましい。条件式(8-1)の下限以下とならないようにすることによって、開口絞りStより物体側のレンズ系の光軸Z方向の長さの長大化を抑制することに有利となる。
Dc4/Dc2<1.2 (8)
0.5<Dc4/Dc2<1 (8-1)
【0042】
なお、
図1では光路偏向部材としてプリズムPrを用いているが、光路偏向部材は、プリズムPrに限定されず、ミラー、又は回折光学素子等であってもいい。また、光路を折り曲げる角度は垂直以外の角度であってもいい。
【0043】
条件式に関する構成も含め上述した好ましい構成および可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。なお、可能な条件式の範囲としては、式の形式で記載された条件式に限定されず、好ましい、およびより好ましいとされた条件式の中から下限と上限とを任意に組み合わせて得られる範囲を含む。
【0044】
以下に、内視鏡用対物レンズ1の好ましい2つの態様を記す。第1の態様は、物体側から像側へ順に、1枚の負レンズからなる第1レンズ群G1と、互いに接合された2枚のレンズからなる第2レンズ群G2と、開口絞りStと、互いに異符号の屈折力を有し互いに接合された2枚のレンズからなる第3レンズ群G3と、互いに異符号の屈折力を有し互いに接合された2枚のレンズからなる第4レンズ群G4とからなり、上記条件式(1)を満足するものである。
【0045】
第2の態様は、物体側から像側へ順に、1枚の負レンズからなる第1レンズ群G1と、互いに接合された2枚のレンズからなる第2レンズ群G2と、開口絞りStと、互いに異符号の屈折力を有し互いに接合された2枚のレンズからなる第3レンズ群G3と、互いに異符号の屈折力を有し互いに接合された2枚のレンズからなる第4レンズ群G4とからなり、上記条件式(2)を満足するものである。
【0046】
次に、本開示の内視鏡用対物レンズの実施例について説明する。
以下に示す実施例のうち、実施例3、7は本開示の参考例である。
[実施例1]
実施例1の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図を
図2に示す。
図2では、左側が物体側、右側が像側であり、光束として、軸上光束2および最大画角の光束3を示している。
図2では、理解を容易にするため、内視鏡用対物レンズから像面Simまでの光路が一直線状となるように光学系を展開した図を示す。
図2の光学部材PPは、光路偏向部材、各種フィルタ、およびカバーガラスの少なくとも1つを含む。光軸Z方向において、光学部材PPの像側の面の位置が像面Simの位置である。
図2の開口絞りStは、形状を示しているのではなく、光軸Z方向の位置を示している。
【0047】
実施例1の内視鏡用対物レンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、開口絞りStと、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とからなる。第1レンズ群G1は、負レンズであるレンズL1からなる。レンズL1は単レンズである。第2レンズ群G2は、物体側から像側へ順に、正レンズであるレンズL2と負レンズであるレンズL3とが接合されて構成された接合レンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から像側へ順に、負レンズであるレンズL4と正レンズであるレンズL5とが接合されて構成された接合レンズからなる。第4レンズ群G4は、物体側から像側へ順に、正レンズであるレンズL6と負レンズであるレンズL7とが接合されて構成された接合レンズからなる。なお、上記の「負の屈折力を有する第1レンズ群G1」は、第1レンズ群G1全体として負の屈折力を有することを意味する。同様に「正の屈折力を有する第2レンズ群G2」は、第2レンズ群G2全体として正の屈折力を有することを意味する。「正の屈折力を有する第3レンズ群G3」および「正の屈折力を有する第4レンズ群G4」も同様である。
【0048】
実施例1の内視鏡用対物レンズについて、基本レンズデータを表1に、諸元を表2に示す。表1において、Snの欄には最も物体側の面を第1面とし像側に向かうに従い1つずつ番号を増加させた場合の面番号を示し、Rの欄には各面の曲率半径を示し、Dの欄には各面とその像側に隣接する面との光軸Z上の面間隔を示す。Ndの欄には各構成要素のd線に対する屈折率を示し、νdの欄には各構成要素のd線基準のアッベ数を示す。
【0049】
表1では、物体側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を正、像側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を負としている。表1には開口絞りSt、および光学部材PPも示している。表1では、開口絞りStに相当する面の面番号の欄には面番号と(St)という語句を記載している。表1のDの最下欄の値は、表中の最も像側の面と像面Simとの間隔である。
【0050】
表2では、内視鏡用対物レンズについて、焦点距離f、空気換算距離でのバックフォーカス、FナンバーFNo.、および最大全画角2ωの各値を示す。なお、実施例の説明においては視野角を画角として表している。2ωの欄の(°)は単位が度であることを意味する。表2にはd線基準における各値を示す。
【0051】
以下に示す各表では予め定められた桁でまるめた数値を記載している。なお、以下の説明で示す実施例のデータは全て、内視鏡用対物レンズの焦点距離が1.00になるように規格化された場合のデータである。光学系は、比例拡大又は比例縮小しても使用可能である。
【0052】
【0053】
【0054】
図3に、物体距離が10.1の場合の実施例1の内視鏡用対物レンズの各収差図を示す。物体距離とは物体からレンズL1の物体側の面までの光軸Z上の距離である。
図3では左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図を示す。球面収差図では、d線、C線、およびF線における収差をそれぞれ実線、長破線、および短破線で示す。非点収差図では、サジタル方向のd線における収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のd線における収差を短破線で示す。歪曲収差図ではd線における収差を実線で示す。倍率色収差図では、C線、およびF線における収差をそれぞれ長破線、および短破線で示す。球面収差図のFNo.はFナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。
図3では各図の縦軸上端に対応するFNo.とωの値を記載している。
【0055】
上記の実施例1に関する各データの記号、意味、記載方法、および図示方法は、特に断りが無い限り以下の実施例においても同様であるので、以下では重複説明を省略する。
【0056】
[実施例2]
実施例2の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図を
図4に示す。実施例2の内視鏡用対物レンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、開口絞りStと、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とからなる。第1レンズ群G1は、負レンズであるレンズL1からなる。レンズL1は単レンズである。第2レンズ群G2は、物体側から像側へ順に、正レンズであるレンズL2と正レンズであるレンズL3とが接合されて構成された接合レンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から像側へ順に、負レンズであるレンズL4と正レンズであるレンズL5とが接合されて構成された接合レンズからなる。第4レンズ群G4は、物体側から像側へ順に、負レンズであるレンズL6と正レンズであるレンズL7とが接合されて構成された接合レンズからなる。
【0057】
実施例2の内視鏡用対物レンズについて、基本レンズデータを表3に、諸元を表4に、物体距離が10.1の場合の各収差図を
図5に示す。
【0058】
【0059】
【0060】
[実施例3]
実施例3の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図を
図6に示す。実施例3の内視鏡用対物レンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、開口絞りStと、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とからなる。第1レンズ群G1は、負レンズであるレンズL1からなる。レンズL1は単レンズである。第2レンズ群G2は、物体側から像側へ順に、正レンズであるレンズL2と負レンズであるレンズL3とが接合されて構成された接合レンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から像側へ順に、正レンズであるレンズL4と負レンズであるレンズL5とが接合されて構成された接合レンズからなる。第4レンズ群G4は、物体側から像側へ順に、正レンズであるレンズL6と負レンズであるレンズL7とが接合されて構成された接合レンズからなる。
【0061】
実施例3の内視鏡用対物レンズについて、基本レンズデータを表5に、諸元を表6に、物体距離が9.6の場合の各収差図を
図7に示す。
【0062】
【0063】
【0064】
[実施例4]
実施例4の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図を
図8に示す。実施例4の内視鏡用対物レンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、開口絞りStと、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とからなる。第1レンズ群G1は、負レンズであるレンズL1からなる。レンズL1は単レンズである。第2レンズ群G2は、物体側から像側へ順に、正レンズであるレンズL2と負レンズであるレンズL3とが接合されて構成された接合レンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から像側へ順に、正レンズであるレンズL4と負レンズであるレンズL5とが接合されて構成された接合レンズからなる。第4レンズ群G4は、物体側から像側へ順に、負レンズであるレンズL6と正レンズであるレンズL7とが接合されて構成された接合レンズからなる。
【0065】
実施例4の内視鏡用対物レンズについて、基本レンズデータを表7に、諸元を表8に、物体距離が10.1の場合の各収差図を
図9に示す。
【0066】
【0067】
【0068】
[実施例5]
実施例5の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図を
図10に示す。実施例5の内視鏡用対物レンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、開口絞りStと、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とからなる。第1レンズ群G1は、負レンズであるレンズL1からなる。レンズL1は単レンズである。第2レンズ群G2は、物体側から像側へ順に、負レンズであるレンズL2と正レンズであるレンズL3とが接合されて構成された接合レンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から像側へ順に、負レンズであるレンズL4と正レンズであるレンズL5とが接合されて構成された接合レンズからなる。第4レンズ群G4は、物体側から像側へ順に、正レンズであるレンズL6と負レンズであるレンズL7とが接合されて構成された接合レンズからなる。
【0069】
実施例5の内視鏡用対物レンズについて、基本レンズデータを表9に、諸元を表10に、物体距離が10.1の場合の各収差図を
図11に示す。
【0070】
【0071】
【0072】
[実施例6]
実施例6の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図を
図12に示す。実施例6の内視鏡用対物レンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、開口絞りStと、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とからなる。第1レンズ群G1は、負レンズであるレンズL1からなる。レンズL1は単レンズである。第2レンズ群G2は、物体側から像側へ順に、負レンズであるレンズL2と正レンズであるレンズL3とが接合されて構成された接合レンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から像側へ順に、負レンズであるレンズL4と正レンズであるレンズL5とが接合されて構成された接合レンズからなる。第4レンズ群G4は、物体側から像側へ順に、負レンズであるレンズL6と正レンズであるレンズL7とが接合されて構成された接合レンズからなる。
【0073】
実施例6の内視鏡用対物レンズについて、基本レンズデータを表11に、諸元を表12に、物体距離が10.1の場合の各収差図を
図13に示す。
【0074】
【0075】
【0076】
[実施例7]
実施例7の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図を
図14に示す。実施例7の内視鏡用対物レンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、開口絞りStと、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とからなる。第1レンズ群G1は、負レンズであるレンズL1からなる。レンズL1は単レンズである。第2レンズ群G2は、物体側から像側へ順に、負レンズであるレンズL2と正レンズであるレンズL3とが接合されて構成された接合レンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から像側へ順に、正レンズであるレンズL4と負レンズであるレンズL5とが接合されて構成された接合レンズからなる。第4レンズ群G4は、物体側から像側へ順に、正レンズであるレンズL6と負レンズであるレンズL7とが接合されて構成された接合レンズからなる。
【0077】
実施例7の内視鏡用対物レンズについて、基本レンズデータを表13に、諸元を表14に、物体距離が9.7の場合の各収差図を
図15に示す。
【0078】
【0079】
【0080】
[実施例8]
実施例8の内視鏡用対物レンズの構成および光束を示す断面図を
図16に示す。実施例8の内視鏡用対物レンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、開口絞りStと、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とからなる。第1レンズ群G1は、負レンズであるレンズL1からなる。レンズL1は単レンズである。第2レンズ群G2は、物体側から像側へ順に、負レンズであるレンズL2と正レンズであるレンズL3とが接合されて構成された接合レンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から像側へ順に、正レンズであるレンズL4と負レンズであるレンズL5とが接合されて構成された接合レンズからなる。第4レンズ群G4は、物体側から像側へ順に、負レンズであるレンズL6と正レンズであるレンズL7とが接合されて構成された接合レンズからなる。
【0081】
実施例8の内視鏡用対物レンズについて、基本レンズデータを表15に、諸元を表16に、物体距離が10.0の場合の各収差図を
図17に示す。
【0082】
【0083】
【0084】
表17に、実施例1~8の内視鏡用対物レンズの条件式(1)~(8)の対応値を示す。実施例1~8はd線を基準波長としている。表17にはd線基準での各値を示す。
【0085】
【0086】
実施例1~8の内視鏡用対物レンズは、小型に構成されながらも、色収差を含む諸収差が良好に補正されて高い光学性能を保持している。また、実施例1~8の内視鏡用対物レンズは、最大全画角が130度以上あり、広い視野角が確保されている。
【0087】
次に、本開示の実施形態に係る内視鏡について説明する。
図18に本開示の一実施形態に係る内視鏡の概略的な全体構成図を示す。
図18に示す内視鏡100は、主として、操作部102と、挿入部104と、コネクタ部(不図示)と接続されるユニバーサルコード106とを備える。挿入部104の大半は挿入経路に沿って任意の方向に曲がる軟性部107であり、軟性部107の先端には湾曲部108が連結され、湾曲部108の先端には先端部110が連結されている。湾曲部108は、先端部110を所望の方向に向けるために設けられるものであり、操作部102に設けられた湾曲操作ノブ109を回動させることにより湾曲操作が可能となっている。先端部110の内部先端に本開示の実施形態に係る内視鏡用対物レンズ1と、撮像素子5とが配設される。撮像素子5は、CCD(Charge Coupled Device)、又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等である。撮像素子5は、その撮像面が内視鏡用対物レンズ1の像面に一致するように配置される。なお、
図18の内視鏡用対物レンズ1および撮像素子5は概念的に図示されている。
【0088】
以上、実施形態および実施例を挙げて本開示の技術を説明したが、本開示の技術は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、およびアッベ数等は、上記各実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
【符号の説明】
【0089】
1 内視鏡用対物レンズ
2 軸上光束
3 最大画角の光束
5 撮像素子
100 内視鏡
102 操作部
104 挿入部
106 ユニバーサルコード
107 軟性部
108 湾曲部
109 湾曲操作ノブ
110 先端部
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
L1~L7 レンズ
PP 光学部材
Pr プリズム
Sim 像面
St 開口絞り
Z 光軸