内窥镜物镜光学系统的制作方法

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本发明涉及一种内窥镜物镜光学系统、例如能够应用于在医疗领域、工业领域等中使用的内窥镜装置的内窥镜物镜光学系统。

背景技术：

在内窥镜物镜光学系统中，存在为了进行斜视观察而在光学系统中配置棱镜等视场方向变换构件的情况。提出了这样的斜视观察用的光学系统的例子(例如参照专利文献1～10)。

专利文献1：日本特开2008-83316号公报

专利文献2：日本特开平9-269450号公报

专利文献3：日本专利第3574484号公报

专利文献4：日本专利第4439184号公报

专利文献5：日本专利第3742484号公报

专利文献6：日本专利第5558058号公报

专利文献7：日本专利第4274602号公报

专利文献8：日本特公昭53-36787号公报

专利文献9：日本特开昭51-62053号公报

专利文献10：日本特开平7-294806号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

近年来，随着内窥镜的小型化的要求，而摄像元件的小型化不断发展。在此，在斜视用内窥镜中，在物镜光学系统中配置有棱镜等视场方向变换构件。因此，即使在使摄像元件小型化的情况下，也存在必须确保相应长的用于配置视场方向变换构件的空间上的间隔的情况。确保空间上的间隔的情况例如是指在物镜光学系统内配置摄像元件、用于保持摄像元件和物镜光学系统的机械部件的情况。

一般地，光学系统的大小能够系数倍地小型化、即缩小。在此，在单纯使摄像元件系数倍地小型化时，存在无法以相同的系数倍使视场方向变换构件小型化的情况。并且，近年来，为了实现进一步的小型化，提出了根据来自物镜光学系统的大出射角的光线而使遮光特性优化的摄像元件。

在专利文献1、2、3的结构中，在单纯与摄像元件的大小相匹配地使光学系统系数倍地小型化的情况下，导致配置视场方向变换构件的间隔变小。因此，难以得到小型的斜视用内窥镜。

在专利文献4、5的结构中，将第二组的接合透镜按负、正的顺序进行了接合。其结果，倍率色像差的校正能力变低。因而，在画面周边部容易发生颜色模糊，从而难以获得高图像质量的内窥镜图像。

在专利文献6中，公开了从物体侧起依次为负透镜、正透镜、棱镜、接合透镜的结构。在此，由于负的第一透镜的像侧的面的曲率半径小，因此与正的第二透镜之间的相对的偏心对性能带来的影响大，难以实现更小型化和更高图像质量化。

在专利文献7的结构中，不具备接合透镜。因此，容易发生画面周边部的颜色模糊，从而难以实现更高图像质量化。

在专利文献8、9中，专利文献9的实施例3以外的结构是视角为90°以下，难以得到足够的视场范围。另外，在专利文献9的实施例3的结构中，物镜光学系统的出射角小。因此，对于使遮光特性优化的摄像元件而言并不理想，难以获得更小型且更高图像质量的内窥镜。

在专利文献10中，实施例5以外的结构是将第二组的接合透镜按负、正的顺序进行了接合。因此，倍率色像差的校正能力低。另外，专利文献10的实施例5的结构是将第二组的接合透镜按正、负的顺序进行了接合，但是用于配置视场方向变换构件的间隔小。并且，在专利文献10的所有实施例中，第二组的折射力大。因此，像面弯曲有点校正不足，难以得到小型且高图像质量的斜视用内窥镜。

本发明是鉴于上述而完成的，其目的在于提供一种小型、高图像质量且确保了足够的用于配置视场方向变换构件的间隔的内窥镜物镜光学系统。

用于解决问题的方案

为了解决上述的问题并达成目的，本发明所涉及的内窥镜物镜光学系统的特征在于，由从物体侧起依次配置的负的第一组、亮度光圈以及正的第二组组成，第一组由从物体侧起依次配置的负的第一透镜和视场方向变换构件组成，第二组由从物体侧起依次配置的双凸形状的第二透镜和接合透镜组成，该接合透镜是将正的第三透镜与负的第四透镜依次接合而成的，该内窥镜物镜光学系统满足以下的条件式(1)、(2)、(3)。

2.4≤d1/f≤4.6(1)

1.85≤f2/f≤2.6(2)

-50≤r21/r22≤-0.4(3)

在此，

d1为从第一透镜的像侧的面到亮度光圈的面的空气当量长度，

f为内窥镜物镜光学系统整个系统的焦距，

f2为第二组的焦距，

r21为第二透镜的物体侧的面的曲率半径，

r22为第二透镜的像侧的面的曲率半径。

发明的效果

根据本发明，起到能够得到小型、高图像质量且具备足够的用于配置视场方向变换构件的间隔的内窥镜物镜光学系统的效果。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的内窥镜物镜光学系统的截面结构的图。

图2的(a)是表示本发明的实施例1所涉及的内窥镜物镜光学系统的截面结构的图，(b)、(c)、(d)、(e)是分别表示实施例1的球面像差(sa)、像散(as)、畸变像差(dt)以及倍率色像差(cc)的像差图。

图3的(a)是表示本发明的实施例2所涉及的内窥镜物镜光学系统的截面结构的图，(b)、(c)、(d)、(e)是分别表示实施例1的球面像差(sa)、像散(as)、畸变像差(dt)以及倍率色像差(cc)的像差图。

图4的(a)是表示本发明的实施例3所涉及的内窥镜物镜光学系统的截面结构的图，(b)、(c)、(d)、(e)是分别表示实施例3的球面像差(sa)、像散(as)、畸变像差(dt)以及倍率色像差(cc)的像差图。

图5的(a)是表示本发明的实施例4所涉及的内窥镜物镜光学系统的截面结构的图，(b)、(c)、(d)、(e)是分别表示实施例4的球面像差(sa)、像散(as)、畸变像差(dt)以及倍率色像差(cc)的像差图。

图6的(a)是表示本发明的实施例5所涉及的内窥镜物镜光学系统的截面结构的图，(b)、(c)、(d)、(e)是分别表示实施例5的球面像差(sa)、像散(as)、畸变像差(dt)以及倍率色像差(cc)的像差图。

图7的(a)是表示本发明的实施例6所涉及的内窥镜物镜光学系统的截面结构的图，(b)、(c)、(d)、(e)是分别表示实施例6的球面像差(sa)、像散(as)、畸变像差(dt)以及倍率色像差(cc)的像差图。

具体实施方式

以下，关于本实施方式所涉及的内窥镜物镜光学系统，使用附图来说明采用这种结构的理由和作用。此外，本发明并不限定于以下的实施方式。

图1是表示本实施方式所涉及的内窥镜用物镜光学系统的截面结构的图。

本实施方式由从物体侧起依次配置的负的第一组g1、亮度光圈s以及正的第二组g2组成，第一组g1由从物体侧起依次配置的负的第一透镜l1和视场方向变换构件p组成，第二组g2由从物体侧起依次配置的双凸形状的第二透镜l2和接合透镜组成，该接合透镜是将正的第三透镜l3与负的第四透镜l4依次接合而成的。

而且，本实施方式的特征在于，满足以下的条件式(1)、(2)、(3)。

2.4≤d1/f≤4.6(1)

1.85≤f2/f≤2.6(2)

-50≤r21/r22≤-0.4(3)

在此，

d1为从第一透镜的像侧的面到亮度光圈的面的空气当量长度，

f为内窥镜物镜光学系统整个系统的焦距，

f2为第二组的焦距，

r21为第二透镜的物体侧的面的曲率半径，

r22为第二透镜的像侧的面的曲率半径。

这样，本实施方式为了形成能够在内窥镜中使用的小型且广视角的内窥镜物镜光学系统(成像光学系统)，而在第一组g1的最靠近物体侧的位置配置平凹形状的第一透镜l1，来确保负的折射力。由此，能够取得反远距型的结构。而且，在第一透镜l1的像侧配置视场方向变换构件p，能够进行斜视观察。此外，在图1中，表示为将棱镜等视场方向变换构件展开后的图。因此，棱镜被绘制为平行平面板。

在第二组g2的物体侧配置有主要对成像作出贡献的正透镜l2。在正透镜l2的像侧且在周边光线距离光轴的高度变高的位置处配置了将正透镜l3与负透镜l4依次接合而成的接合透镜。通过该接合透镜来校正倍率色像差。关于倍率色像差，周边光线距离光轴的高度变高的位置对于像差校正的贡献度更大。因此，接合透镜在轴外光线更高的位置处从物体侧起依次将正透镜l3、负透镜l4接合以校正倍率色像差。

在此，在斜视用内窥镜中，存在即使使摄像元件小型化也必须确保相应长的用于配置视场方向变换构件的间隔的情况。在该情况下，单纯使摄像元件小型化的系数倍的光学系统导致用于配置视场方向变换构件p的间隔也变短了，因此并不理想。即，需要确保相对于光学系统的焦距而言相对长的用于配置视场方向变换构件的间隔。因此，期望满足以下的条件式(1)。

2.4≤d1/f≤4.6(1)

在此，

d1为从第一透镜l1的像侧的面到亮度光圈s的面的空气当量长度，

f为内窥镜物镜光学系统整个系统的焦距。

条件式(1)规定了用于配置视场方向变换构件p的间隔(空气当量长度)和整个系统的焦距。

当超过条件式(1)的上限值时，用于配置视场方向变换构件p的间隔变大。因此，如果要在维持第一透镜的直径的状态下构成光学系统，则第一透镜l1的折射力变大，导致所有的像差恶化。当低于条件式(1)的下限值时，导致用于配置视场方向变换构件p的间隔变小。因此，难以得到小型的斜视用内窥镜。

优选的是，代替条件式(1)而满足以下的条件式(1’)。

2.6≤d1/f≤4.4(’)

并且，更优选的是，代替条件式(1)而满足以下的条件式(1”)。

2.6≤d1/f≤4.1(1”)

另外，如果未适当地设定正的第二组g2的折射力，则球面像差和像面弯曲的产生量变大，容易招致图像质量的劣化。因此，期望满足以下的条件式(2)。

1.85≤f2/f≤2.6(2)

在此，

f2为第二组g2的焦距，

f为内窥镜物镜光学系统整个系统的焦距。

当超过条件式(2)的上限值时，第二组g2的折射力变小，对像面弯曲的校正过量，并不理想。当低于条件式(2)的下限值时，第二组g2的折射力变大，对像面弯曲的校正不足，并不理想。

优选的是，代替条件式(2)而满足以下的条件式(2’)。

1.85≤f2/f≤2.5(2’)

并且，更优选的是，代替条件式(2)而满足以下的条件式(2”)。

1.9≤f2/f≤2.4(2”)

另外，第二透镜l2由于确保用于成像的正折射力和大的出射角，因此保持适当的正折射力，但需要校正球面像差、彗星像差。因此，期望满足以下的条件式(3)。

-50≤r21/r22≤-0.4(3)

在此，

r21为第二透镜l2的物体侧的面的曲率半径，

r22为第二透镜l2的像侧的面的曲率半径。

当超过条件式(3)的上限值、或者低于条件式(3)的下限值时，导致球面像差、彗星像差变大，并不理想。

优选的是，代替条件式(3)而满足以下的条件式(3’)。

-44≤r21/r22≤-0.4(3’)

并且，更优选的是，代替条件式(3)而满足以下的条件式(3”)。

-38≤r21/r22≤-0.5(3”)

另外，如果使第三透镜l3的折射力过大，则光学系统接近远心。因此，难以确保大的出射角。其结果，像面i附近的透镜的光线高度变高，容易使透镜大径化。因而，优选的是，将光学系统构成为将第三透镜l3设定为适当的折射力以形成大的出射角。因此，期望满足条件式(4)。

1.6≤f03/f≤2.5(4)

在此，

f03为第三透镜l3的焦距，

f为内窥镜物镜光学系统整个系统的焦距。

当超过条件式(4)的上限值时，第三透镜l3的折射力变小，光线的出射角变得过大，从而容易招致遮光所引起的图像质量的劣化。当低于条件式(4)的下限值时，第三透镜l3的折射力变大，出射角变得过小。也就是说，由于容易使透镜大径化，因此并不理想。并且，也不适合使遮光特性优化的摄像元件，容易招致图像质量的劣化。

优选的是，代替条件式(4)而满足以下的条件式(4’)。

1.7≤f03/f≤2.4(4’)

并且，更优选的是，代替条件式(4)而满足以下的条件式(4”)。

1.8≤f03/f≤2.3(4”)

另外，为了得到小型且高图像质量的斜视用内窥镜，需要适当地设定第一透镜l1的折射力，并保持透镜直径与光学性能的平衡。因此，期望满足以下的条件式(5)。

-2.2≤f01/f≤-1.1(5)

在此，

f01为第一透镜l1的焦距，

f为内窥镜物镜光学系统整个系统的焦距。

当超过条件式(5)的上限值时，第一透镜l1的负折射力变大，导致所有的像差恶化。当低于条件式(5)的下限值时，导致第一透镜l1的折射力变小，使第一透镜l1大径化，并不理想。

优选的是，代替条件式(5)而满足以下的条件式(5’)。

-2.0≤f01/f≤-1.1(5’)

并且，更优选的是，代替条件式(5)而满足以下的条件式(5”)。

-1.8≤f01/f≤-1.1(5”)

另外，期望是虽然确保较长的用于配置视场方向变换构件p的间隔但在内窥镜的长度方向上为小型的光学系统。因此，期望满足以下的条件式(6)。

0.5≤d1/d2≤1.2(6)

在此，

d1为从第一透镜l1的像侧的面到亮度光圈s的面的空气当量长度，

d2为从亮度光圈s的面到像面i的空气当量长度。

当超过条件式(6)的上限值时，用于配置视场方向变换构件p的间隔变得过大，容易使第一透镜l1大径化。当低于条件式(6)的下限值时，光学系统在内窥镜的长度方向上变得过大，并不理想。

优选的是，代替条件式(6)而满足以下的条件式(6’)。

0.55≤d1/d2≤1.15(6’)

并且，更优选的是，代替条件式(6)而满足以下的条件式(6”)。

0.6≤d1/d2≤1.1(6”)

另外，本实施方式期望满足以下的条件式(7)。

1.8≤f02/f≤3.2(7)

在此，

f02为第二透镜l2的焦距，

f为内窥镜物镜光学系统整个系统的焦距。

当超过条件式(7)的上限值时，第二透镜l2的折射力变小。因此，对像面弯曲的校正过量，并不理想。当低于条件式(7)的下限值时，第二透镜l2的折射力变大。因此，对球面像差的校正不足，并不理想。

优选的是，代替条件式(7)而满足以下的条件式(7’)。

1.9≤f02/f≤3.1(7’)

并且，更优选的是，代替条件式(7)而满足以下的条件式(7”)。

2≤f02/f≤3(7”)

另外，为了获得高图像质量的内窥镜图像，期望通过具有适当的负的折射力的第四透镜l4来对在正的第二透镜l2和正的第三透镜l3中产生的校正不足的球面像差和像面弯曲进行校正。因此，期望满足以下的条件式(8)。

-2.8≤f04/f≤-1.2(8)

在此，

f04为第四透镜l4的焦距，

f为内窥镜物镜光学系统整个系统的焦距。

当超过条件式(8)的上限值时，第四透镜l4的折射力变大。因此，对像面弯曲的校正过量，并不理想。当低于条件式(8)的下限值时，第四透镜l4的折射力变小。因此，对球面像差的校正不足，并不理想。

优选的是，代替条件式(8)而满足以下的条件式(8’)。

-2.7≤f04/f≤-1.5(8’)

并且，更优选的是，代替条件式(8)而满足以下的条件式(8”)。

-2.6≤f04/f≤-1.8(8”)

另外，为了小型化，期望减小第一组g1的直径。因此，期望满足以下的条件式(9)。

0.6≤en/f≤1.15(9)

在此，

en为最大像高光线在入射光瞳处的位置，

f为内窥镜物镜光学系统整个系统的焦距。

当超过条件式(9)的上限值时，使负的第一透镜l1直径大型化，因此并不理想。当低于条件式(9)的下限值时，负的第一透镜l1的折射力变大，并不理想。

优选的是，代替条件式(9)而满足以下的条件式(9’)。

0.64≤en/f≤1.1(9’)

并且，更优选的是，代替条件式(9)而满足以下的条件式(9”)。

0.68≤en/f≤1.05(9”)

另外，本实施方式期望满足以下的条件式(10)。

-6.5≤ex/f≤-2.8(10)

在此，

ex为最大像高光线在出射光瞳处的位置，

f为内窥镜物镜光学系统整个系统的焦距。

当超过条件式(10)的上限值时，光线的出射角变大。即，第二透镜l2的折射力变大，球面像差恶化。当低于条件式(10)的下限值时，光线的出射角变小。因此，不适合于使遮光特性优化的摄像元件。

优选的是，代替条件式(10)而满足以下的条件式(10’)。

-5.8≤ex/f≤-3.3(10’)

并且，更优选的是，代替条件式(10)而满足以下的条件式(10”)。

-5.1≤ex/f≤-3.8(10”)

(实施例1)

对于实施例1所涉及的内窥镜物镜光学系统进行说明。图2的(a)是本实施例所涉及的内窥镜物镜光学系统的截面图。以下，在所有的实施例中，视场方向变换构件p、例如棱镜表示为展开的状态。因此，视场方向变换构件p被图示为具有与棱镜等效的光路长度的平行平面板。

本实施例由从物体侧起依次配置的负的折射力的第一组g1、亮度光圈s以及正的折射力的第二组g2构成。

第一组g1由从物体侧起依次配置的平凹的负透镜l1和视场方向变换构件p组成。第二组g2由双凸正透镜l2、双凸正透镜l3、使凸面朝向像侧的负弯月透镜l4以及平行平板f1组成。在此，将正透镜l3与负弯月透镜l4接合。在第二组g2的像侧配置有平行平板f2和护罩玻璃cg。