专利名称：内窥镜物镜光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内窥镜物镜光学系统。
背景技术：
以往，公知有一种可改变亮度光圈的光圈直径、通过进一步缩小光圈直径来扩大景深从而能够进行靠近观察的内窥镜用的光学系统(例如，参照专利文献I。)。
专利文献1:日本特开2007 - 289278号公报
但是，通过缩小亮度光圈获得的景深与光量处于相反的关系。即，在专利文献I的光学系统的情况下，存在有靠近观察时不能够充分地确保光量且图像变暗这样的问题。发明内容
本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种能够在确保图像的足够亮度的同时进行靠近观察的内窥镜物镜光学系统。
为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案。
本发明提供一种内窥镜物镜光学系统，包括:从物体侧依次配置的前透镜组、亮度光圈及后透镜组；以及凹凸透镜，其能够以使凸面朝向上述亮度光圈侧的方式插入到上述亮度光圈与上述前透镜组或者上述亮度光圈与上述后透镜组之间的光路，并能够以使凸面朝向上述亮度光圈侧的方式从上述亮度光圈与上述前透镜组或或者上述亮度光圈与上述后透镜组之间的光路脱离。
根据本发明，在凹凸透镜以使凸面朝向亮度光圈侧的方式插入到光路后，与从该光路退出后相比，焦点位置靠近近点侧。即，只要将凹凸透镜插入到光路或使凹凸透镜从光路脱离，就能够切换焦点处于远点的普通观察与焦点处于近点的靠近观察。另外，通过在光束直径较小的亮度光圈附近插入凹凸透镜，从而凹凸透镜的透镜直径较小即可。由此，用于确保凹凸透镜的退出的空间较小即可，能够实现整体的直径减小。
在上述发明的基础上，也可以是，上述前透镜组是发散透镜系统，上述后透镜组是会聚透镜系统，上述凹凸透镜能够插入到上述亮度光圈与上述前透镜组之间的光路，并能够从上述亮度光圈与上述前透镜组之间的光路脱离，该内窥镜物镜光学系统满足以下条件式(1):
(1) 0.9 ≤ Fin/Fout≤1.1
其中，Fin是上述凹凸透镜插入到上述光路后的整个系统的焦距，Fout是上述凹凸透镜从上述光路退出后的整个系统的焦距。
条件式(1)限定了将凹凸透镜插入光路后或使凹凸透镜从光路脱离后的焦距的变化量。即，通过满足条件式(1)，在切换普通观察与靠近观察时，由于显示于显示器的图像的视野范围的变化受到抑制，因此能够在不给观察者带来不适感的情况下改变焦点位置。
在上述发明的基础上，也可以是，上述后透镜组是会聚透镜系统，上述凹凸透镜能够插入到上述亮度光圈与上述后透镜组之间，并能够从上述亮度光圈与上述后透镜组之间脱离，该内窥镜物镜光学系统满足以下条件式(2):(2) 1.1 < FOVout/FOVin < 1.5其中，FOVout是上述凹凸透镜插入到上述光路后的整个视角，FOVin是上述凹凸透镜从上述光路退出后的整个视角。条件式(2 )限定了在光路上装卸凹凸透镜时的整个视角的变化量。即，通过满足条件式(2)，在将凹凸透镜插入到光路后，整个视角变小，显示于显示器的视野范围变窄，SP，能够放大显示近点侧的像。由此，能够进一步详细地观察近点侧的区域。在上述发明的基础上，也可以是，该内窥镜物镜光学系统满足以下条件式(3 ):(3) 1.5 ≤D/A ≤ 3其中，A是上述亮度光圈的内径，D是上述凹凸透镜的外径。条件式(3)限定了凹凸透镜的外径相对于亮度光圈的内径的对比。即，通过满足条件式(3)，能够使穿过亮度光圈的光束整体穿过凹凸透镜，并且能够将凹凸透镜的透镜直径抑制为较小。在上述发明的基础上，也可以是，上述凹凸透镜满足以下条件式(4):(4) — 0.1 ≤ P ≤ 0.1其中，P是上述凹凸透镜的放大率。通过满足条件式(4)，在将凹凸透镜插入到光路后，即使凹凸透镜的中心位置相对于光轴略微偏移，也能够抑制视野中心偏移或产生像差。由此，能够防止在装卸凹凸透镜时给观察者带来不适感。另外，由于驱动凹凸透镜的驱动机构不要求精密的位置精度，因此能够以低成本制造驱动机构。在上述发明中，也可以是，该内窥镜物镜光学系统满足以下条件式(5):(5) 0.7 ≤ L/Fout ≤ 1.4其中，L是隔着上述亮度光圈的前后透镜的面间隔，Fout是上述凹凸透镜从上述光路退出后的整个系统的焦距。条件式(5)限定了用于配置凹凸透镜和驱动该凹凸透镜的驱动机构的亮度光圈前后的空间尺寸。即，通过满足条件式(5)，能够将整体的尺寸抑制得较小，并且确保用于设置凹凸透镜和驱动机构的足够的空间。在上述发明的基础上，上述凹凸透镜也可以是成形透镜。通过如此设置，与通过研磨加工制造的凹凸透镜相比，能够容易地以低成本制造凹凸透镜。在该结构的基础上，也可以是，该内窥镜物镜光学系统包括臂构件，该臂构件用于保持上述凹凸透镜并使该凹凸透镜在插入到上述光路的插入位置与从上述光路退出的退出位置之间移动，该臂构件与上述凹凸透镜形成为一体。通过如此设置，臂构件不需要用于保持凹凸透镜的架构件，能够减小凹凸透镜的退出用的空间。在上述发明的基础上，也可以是，上述凹凸透镜从上述光路退出后的有效光圈数(f-number)为 5 以上。通过如此设置，能够充分地确保足够的光量，并且能够通过将穿过亮度光圈的光束直径抑制为较小，从而将凹凸透镜的透镜直径抑制得较小。
在上述发明的基础上，也可以是，上述凹凸透镜由多个透镜构成。
通过如此设置，能够利用容易加工的凹透镜、凸透镜来构成具有与一体成形的凹凸透镜相同的光学性能的凹凸透镜。
根据本发明，发挥了能够在确保图像的足够亮度的同时进行靠近观察的效果。
图1是本发明的一个实施方式的内窥镜物镜光学系统的整体结构图。
图2是表示具有与凹凸透镜一体成形而成的臂构件在内的驱动机构的一例的图。
图3是表示由多个透镜构成的凹凸透镜的变形例的图。
图4是本发明的实施例1的内窥镜物镜光学系统的透镜剖视图。
图5是本发明的实施例2的内窥镜物镜光学系统的透镜剖视图。
图6是本发明的实施例3的内窥镜物镜光学系统的透镜剖视图。
图7是本发明的实施例4的内窥镜物镜光学系统的透镜剖视图。
图8是表示图7的内窥镜物镜光学系统的普通观察状态下的(a)球面像差/轴上色像差、(b)像散和失真、(C)倍率色像差的图。
图9是表示图7的内窥镜物镜光学系统的靠近观察状态下的(a)球面像差/轴上色像差、(b)像散和失真、(C)倍率色像差的图。
图10是表不设于图7的内窥镜物镜光学系统的驱动机构的一例的图。
图11是本发明的实施例5的内窥镜物镜光学系统的透镜剖视图。
图12是表示图11的内窥镜物镜光学系统的普通观察状态下的(a)球面像差/轴上色像差、(b)像散和失真、(C)倍率色像差的图。
图13是表示图11的内窥镜物镜光学系统的靠近观察状态下的(a)球面像差/轴上色像差、(b)像散和失真、(C)倍率色像差的图。
图14是表示设于图11的内窥镜物镜光学系统的驱动机构的一例的图。
具体实施方式
以下，参照图1 图3说明本发明的一个实施方式的内窥镜物镜光学系统I。
如图1所示，本实施方式的内窥镜物镜光学系统I包括从物体侧依次配置的前透镜组FG、亮度光圈S及后透镜组BG、以及以能够装卸的方式设于前透镜组FG与亮度光圈S之间的光路上的凹凸透镜Lm。
前透镜组FG具有平行平板LI。
后透镜组BG从物体侧依次包括凸面朝向像侧的平凸透镜L2和凸面朝向物体侧的平凸透镜L3。
凹凸透镜Lm以能够在使凸面朝向亮度光圈S侧插入亮度光圈S附近的光路上的插入位置与从光路脱离的退出位置之间移动的方式设置。图1中的(a)表示凹凸透镜Lm配置在退出位置的普通观察状态，图1中的(b)表示凹凸透镜Lm配置在插入位置的靠近观察状态。图中，箭头Xout、Xin分别表示普通观察状态或靠近观察状态下的物体面，箭头Y表示成像面，dout和din分别表示普通观察状态或靠近观察状态下的景深。
这样，根据本实施方式，仅靠在光路上装卸凹凸透镜Lm，就能够使焦点位置向近点侧移动、并进行靠近观察。此时，由于不必利用亮度光圈S收敛光束，因此能够一边确保足够的光量一边进行靠近观察，能够获取较亮的近距离图像。图2是使凹凸透镜Lm在用实线表示的插入位置与用虚线表示的退出位置之间移动的驱动机构的一例。驱动机构包括在一端侧保持凹凸透镜Lm的臂构件2和通过使该臂构件2的另一端旋转而使凹凸透镜Lm摆动的未图示的电动机。附图标记3表示容纳内窥镜物镜光学系统I的镜筒。臂构件2与凹凸透镜Lm —体成形而成。由此，在凹凸透镜Lm的外周不需要用于保持该凹凸透镜Lm的架构件，能够将直径抑制为较小。在本实施方式中，设为在亮度光圈S的物体侧附近装卸凹凸透镜Lm，但是也可以取代此而设为在亮度光圈S的像侧附近进行装卸。在该情况下，凹凸透镜Lm也以使凸面朝向亮度光圈S的方式插入到光路上。即使这样，仅靠凹凸透镜Lm向光路的插入就能够使焦点位置向近点侧移动而进行靠近观察，能够获取较亮的近距离图像。在本实施方式中，也可以取代一体的凹凸透镜Lm，如图3所示那样使用由多个透镜构成的凹凸透镜Lm’。在图示的例子中，利用在平面上彼此接合的平凹透镜L4与平凸透镜L5构成了凹凸透镜Lm’。通过如此设置，能够低成本地制造具有与一体的凹凸透镜Lm相同的光学作用的凹凸透镜Lm’。实施例接着，以下参照图4 图14说明上述实施方式的实施例1 实施例6。在实施例中所示的透镜数据中，r表示曲率半径(mm)，d表示面间隔(mm)，nd表示d线上的折射率、vd表示d线上的阿贝数，Φ表示透镜半径。关于亮度光圈(S)，取代透镜半径(mm)而示出了内径(光圈直径)(mm)。另外，面编号中所记载的OBJ表示物体面，IMG表示像面。透镜数据和添加的透镜剖视图包括插入到光路的凹凸透镜。〔实施例1〕对于本发明的实施例1的内窥镜物镜光学系统，如图4所示，前透镜组由平行平板构成，后透镜组从物体侧依次由凸面朝向像侧的平凸透镜和凸面朝向物体侧的平凸透镜构成。凹凸透镜以能够装卸的方式设于前透镜组与亮度光圈之间。如此构成的实施例1的内窥镜物镜光学系统的透镜数据和各种数据如下所示。 透镜数据
权利要求
1.一种内窥镜物镜光学系统，包括: 从物体侧依次配置的前透镜组、亮度光圈及后透镜组；以及 凹凸透镜，其能够以使凸面朝向上述亮度光圈侧的方式插入到上述亮度光圈与上述前透镜组之间的光路或上述亮度光圈与上述后透镜组之间的光路，该凹凸透镜也能够以使凸面朝向上述亮度光圈侧的方式从上述亮度光圈与上述前透镜组之间的光路或上述亮度光圈与上述后透镜组之间的光路脱离。
2.根据权利要求1所述的内窥镜物镜光学系统，其中， 上述前透镜组是发散透镜系统， 上述后透镜组是会聚透镜系统， 上述凹凸透镜能够插入到上述亮度光圈与上述前透镜组之间的光路，也能够从上述亮度光圈与上述前透镜组之间的光路脱离， 该内窥镜物镜光学系统满足以下条件式(I):(1)0.9 ≤ Fin/Fout ( 1.1其中， Fin:上述凹凸透镜插入到上述光路后的整个系统的焦距； Fout:上述凹凸透镜从上述光路退出后的整个系统的焦距。
3.根据权利要求1所述的内窥镜物镜光学系统，其中， 上述后透镜组是会聚透镜系统， 上述凹凸透镜能够插入到上述亮度光圈与上述后透镜组之间，也能够从上述亮度光圈与上述后透镜组之间脱离， 该内窥镜物镜光学系统满足以下条件式(2):(2)1.1 < FOVout/FOVin < 1.5其中， FOVout:上述凹凸透镜插入到上述光路后的整个视角； FOVin:上述凹凸透镜从上述光路退出后的整个视角。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的内窥镜物镜光学系统，其中， 该内窥镜物镜光学系统满足以下条件式(3):(3)1.5 ≤ D/A ≤ 3其中， A:上述亮度光圈的内径； D:上述凹凸透镜的外径。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的内窥镜物镜光学系统，其中， 上述凹凸透镜满足以下条件式(4):(4)— 0.1 ≤ P≤ 0.1其中， P:上述凹凸透镜的放大率。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的内窥镜物镜光学系统，其中， 该内窥镜物镜光学系统满足以下条件式(5):(5)0.7 ≤ L/Fout ≤ 1.4其中， L:隔着上述亮度光圈的前后透镜的面间隔； Fout:上述凹凸透镜从上述光路退出后的整个系统的焦距。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的内窥镜物镜光学系统，其中， 上述凹凸透镜是成形透镜。
8.根据权利要求7所述的内窥镜物镜光学系统,其中， 该内窥镜物镜光学系统包括臂构件，该臂构件用于保持上述凹凸透镜并使该凹凸透镜在插入到上述光路的插入位置与从上述光路退出的退出位置之间移动， 该臂构件与上述凹凸透镜形成为一体。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的内窥镜物镜光学系统，其中， 上述凹凸透镜从上述光路退出后的有效光圈数为5以上。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的内窥镜物镜光学系统，其中， 上述凹凸透镜由多个透镜构成。
全文摘要
本发明提供一种能够在确保图像的足够亮度的同时进行靠近观察的内窥镜物镜光学系统。提供一种内窥镜物镜光学系统(1)，包括从物体侧依次配置的前透镜组(FG)、亮度光圈(S)及后透镜组(BG)；以及凹凸透镜(Lm)，其能够以使凸面朝向亮度光圈(S)侧的方式插入到亮度光圈(S)与前透镜组(FG)或亮度光圈(S)与后透镜组(BG)之间的光路，并能够以使凸面朝向亮度光圈(S)侧的方式从亮度光圈(S)与前透镜组(FG)或亮度光圈(S)与后透镜组(BG)之间的光路脱离。
文档编号G02B15/10GK103221866SQ201280003727
公开日2013年7月24日 申请日期2012年6月12日 优先权日2011年6月29日
发明者森田和雄 申请人:奥林巴斯医疗株式会社