内窥镜用对物光学系统的制作方法

本发明涉及一种内窥镜用对物光学系统，涉及一种例如在医疗、工业的领域等中使用的内窥镜用对物光学系统。

背景技术：

内窥镜是在医疗用领域和工业用领域中广泛使用的装置。在医疗用领域中，利用插入到体腔内的内窥镜能得到体腔内的各种部位的图像。使用该图像进行观察部位的诊断。这样，内窥镜可用于体腔内的各种部位的观察和诊断。而且，在观察过程中期望能够以充分的亮度和充分的分辨率进行观察。

并且，在从体腔内的近点物体到远点物体地观察的情况下，期望具有没有障碍的观察深度。为了满足这些需求，近年来提出了一种搭载有调焦功能的对物光学系统(以下恰当地称作“调焦光学系统”)。而且，作为内窥镜用的调焦光学系统的例子，存在专利文献1～4的光学系统。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2013/021744号

专利文献2：国际公开第2012/169369号

专利文献3：日本专利第4934233号公报

专利文献4：国际公开第2015/194311号

技术实现要素：

发明要解决的问题

调焦光学系统为了进行对焦需要使透镜移动。因此，一般存在调焦光学系统的全长变得大于固定焦点光学系统的全长、外径的倾向。

近年来，期望对物光学系统的小型化。因此，在对物光学系统的全长、外径变得大于固定焦点光学系统的全长、外径的情况下，会无法满足需求。因此，在调焦光学系统中，需要在确保画质的状态下减小全长、外径。作为其手段，能够列举通过减小摄像元件的1个像素的尺寸来减小摄像元件，调焦光学系统也缩小相应的系数倍数。在此，使光学系统缩小相应的系数倍数是指使光学系统的各种值、例如透镜面的曲率半径、厚度、空气间隔等缩小相应的系数倍数。

在此，为了确保画质，需要不仅确保摄像元件的性能，也确保与其相匹配的调焦光学系统的性能。由光学系统形成的点像带有由衍射的影响引起的扩散。若减小像素间距，则点像的大小相对于1个像素而言变得过大。因此，必须增亮Fno而减小点像。

在这样减小像素间距的情况下，若不增亮Fno，则无法确保所需要的MTF(Modulation Transfer Function调制传递函数)。若无法确保所需要的MTF，则即使原封不动地使光学系统缩小相应的系数倍数，也无法确保良好的光学性能。因此，寻求一种增亮Fno而确保MTF、恰当地校正了像差的对物光学系统。

在专利文献1～4中，并未考虑以系数倍数使光学系统小型化时的光学性能。因此，在专利文献1～4中，不一定达成由摄像元件的像素间距的缩小带来的小型化。

此外，在减小像素间距的情况下，存在制造时的偏差的问题。若单纯地使光学系统缩小相应的系数倍数，则光学系统的制造偏差也同样地缩小相应的系数倍数。这意味着制造偏差的容许值变小。因而，在不能将制造偏差设为容许值以下的情况下，只是单纯地使光学系统缩小相应的系数倍数，并不能确保良好的光学性能。

在专利文献3、4中，进行了擅于应对光学性能的确保和制造偏差的设计。另外，虽提及了光学系统的小型化，但近年来寻求比现有技术进一步的小型化，未能达到要求。

本发明即是鉴于这样的问题点而完成的，其目的在于提供一种小型且确保了光学性能的内窥镜用对物光学系统。

用于解决问题的方案

为了解决上述的问题、并达到目的，本发明的至少几个技术方案的内窥镜用对物光学系统的特征在于，该内窥镜用对物光学系统从物体侧按顺序包括：将平面朝向物体侧的平凹的第1负透镜、将凸面朝向图像侧的第2弯月透镜、将凸面朝向物体侧的第3正弯月透镜、第4正透镜、以及第5正透镜和第6负透镜接合而成的接合透镜，

第3正弯月透镜沿着光轴移动而进行调焦，

满足以下的条件式(1－1)、(1－2)，

0.41＜|flp/f2|＜1 (1－1)

0.55＜d45/flp＜1 (1－2)

在此，

flp是第4正透镜的焦点距离，

f2是第2弯月透镜的焦点距离，

d45是第4正透镜与第5正透镜之间的空气间隔。

发明的效果

本发明起到能够提供一种小型且确保了光学性能的内窥镜用对物光学系统这样的效果。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的内窥镜用对物光学系统的透镜截面结构的图，图1的(a)是通常观察状态的透镜剖视图，图1的(b)是接近观察状态的透镜剖视图。

图2是表示本发明的实施例1的内窥镜用对物光学系统的透镜截面结构的图，图2的(a)是通常观察状态的透镜剖视图，图2的(b)是接近观察状态的透镜剖视图。

图3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是表示本发明的实施例2的内窥镜用对物光学系统的透镜截面结构的图，图4的(a)是通常观察状态的透镜剖视图，图4的(b)是接近观察状态的透镜剖视图。

图5是分别表示实施例2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是表示本发明的实施例3的内窥镜用对物光学系统的透镜截面结构的图，图6的(a)是通常观察状态的透镜剖视图，图6的(b)是接近观察状态的透镜剖视图。

图7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。

具体实施方式

以下，使用附图说明本实施方式的内窥镜用对物光学系统采取这样的结构的理由和作用。另外，本发明并不被以下的实施方式所限定。

图1是表示本实施方式的内窥镜用对物光学系统的透镜截面结构的图。在此，图1的(a)是表示通常观察状态的内窥镜用对物光学系统的透镜截面结构的图。图1的(b)是表示接近观察状态的内窥镜用对物光学系统的透镜截面结构的图。

实施方式的内窥镜用对物光学系统的特征在于，从物体侧按顺序包括：将平面朝向物体侧的平凹的第1负透镜L1、将凸面朝向图像侧的第2弯月透镜L2、将凸面朝向物体侧的第3正弯月透镜L3、亮度光圈S、第4正透镜L4、以及第5正透镜L5和第6负透镜L6接合而成的接合透镜，

第3正弯月透镜L3沿着光轴AX移动而进行调焦，

满足以下的条件式(1－1)、(1－2)。

0.41＜|flp/f2|＜1 (1－1)

0.55＜d45/flp＜1 (1－2)

在此，

flp是第4正透镜L4的焦点距离，

f2是第2弯月透镜L2的焦点距离，

d45是第4正透镜L4与第5正透镜L5之间的空气间隔。

更优选的是，同时满足条件式(1－1)和条件式(1－2)。

此外，在接合透镜的图像侧配置有红外切割滤光器F1、玻璃盖片F2、CCD玻璃盖片CG。

以下，说明在本实施方式中采取这样的结构的理由和效果。

为了供内窥镜所使用，需要构成高性能且小型的对物光学系统。为此，首先在内窥镜用对物光学系统的最靠物体侧配置将平面朝向物体侧的平凹的第1负透镜L1。由此，能够设为反焦的结构。并且，鉴于内窥镜的使用状况，设为平凹形状，从而能够使观察过程中的除水良好，并且减轻由冲击引起的透镜裂纹。

而且，在第1负透镜L1的图像侧配置将凸面朝向图像侧的第2弯月透镜L2。由此，校正由第1负透镜L1引起的像差，并且透镜直径不会变大。

在第2弯月透镜L2的图像侧配置透镜移动的调焦透镜组。调焦透镜组包括将凸面朝向物体侧的第3正弯月透镜L3。由此，能够抑制由调焦引起的像差变动。

在第3正弯月透镜L3的图像侧配置具有正的屈光力的第4正透镜L4，并且在该第4正透镜L4的图像侧配置第5正透镜L5和第6负透镜L6的接合透镜，校正色像差。在这样的透镜结构中，在为了使光学系统小型化而欲将第1负透镜L1的光线高度抑制得较小时，需要减小第4正透镜L4的焦点距离、即增大屈光力。

但是，其结果，以球面像差为首的像差变大，光学系统的全系统的像差校正平衡会恶化。

因此，在本实施方式的内窥镜用对物光学系统中，为了取得这些像差校正的平衡，期望满足以下的条件式(1－1)和条件式(1－2)。更期望同时满足。

0.41＜|flp/f2|＜1 (1－1)

0.55＜d45/flp＜1 (1－2)

在此，

flp是第4正透镜L4的焦点距离，

f2是第2弯月透镜L2的焦点距离，

d45是第4正透镜L4与第5正透镜L5之间的空气间隔。

条件式(1－1)关于flp与f2之比。条件式(1－2)关于d45与flp之比。在大于条件式(1－1)的上限值时，球面像差变得过大，无法取得像差校正的平衡。

在小于条件式(1－1)的下限值时，图像面弯曲变得过大，无法取得像差校正的平衡。

此外，在大于条件式(1－2)的上限值时，轴上色像差变得过大，无法取得像差校正的平衡。

在小于条件式(1－2)的下限值时，球面像差变得过大，无法取得像差校正的平衡。

通过满足条件式(1－1)、(1－2)，从而起到这样的效果：能够进行恰当的像差校正，确保光学性能，并且抑制通过第1负透镜L1的光线的光线高度，能够减小外径。

此外，在该透镜结构中，接合透镜校正在第1负透镜L1中产生的倍率色像差。接合透镜的第5正透镜L5与为了校正倍率色像差而接合的第6负透镜L6相配合地设定恰当的玻璃材料。

在改变曲率半径、壁厚而过度增大该第5正透镜L5的屈光力时，为了取得像差的平衡，需要抑制物体侧跟前的第4正透镜L4的正的屈光力。

因此，需要进行第4正透镜L4和接合透镜的恰当的屈光力的设定。

因此，在本实施方式的内窥镜用对物光学系统中，期望满足以下的条件式(2)。

2.6＜f56/flp＜3.8 (2)

在此，

flp是第4正透镜L4的焦点距离，

f56是接合透镜的焦点距离。

条件式(2)关于f56与flp之比。在大于条件式(2)的上限值时，变得难以充分地校正倍率色像差。

在小于条件式(2)的下限值时，球面像差会恶化或者倍率色像差变为校正过剩。通过满足条件式(2)，从而起到如下这样的效果：对于由光学系统的小型化引起的像差的问题，能够进行恰当的像差校正、能够确保光学性能。

此外，在该透镜结构中，第1负透镜L1具有较大的负的屈光力而构成反焦。在第1负透镜L1中产生较大的像差。因此，使第4正透镜L4具有较大的正的屈光力的结构是很重要的。

因此，在本实施方式的内窥镜用对物光学系统中，期望满足以下的条件式(3)。

4.1＜Σd/flp＜5.5 (3)

在此，

flp是第4正透镜L4的焦点距离，

Σd是内窥镜用对物光学系统的光学全长。

条件式(3)关于Σd与flp之比。在大于条件式(3)的上限值时，轴上色像差变差。

在小于条件式(3)的下限值时，第4正透镜L4的屈光力变大，球面像差恶化，像差校正的平衡变差。

通过满足条件式(3)，从而起到如下这样的效果：对于由光学系统的小型化引起的像差的问题，能够进行恰当的像差校正、能够确保光学性能。

此外，在该透镜结构中，为了抑制第1负透镜L1的光线高度，第4正透镜L4的屈光力与第4正透镜L4的壁厚之间的平衡是很重要的。

因此，在本实施方式的内窥镜用对物光学系统中，期望满足以下的条件式(4)。

0.44＜d4/flp＜1 (4)

在此，

flp是第4正透镜L4的焦点距离，

d4是第4正透镜L4的壁厚。

条件式(4)关于d4与flp之比。在大于条件式(4)的上限值时，彗差会恶化。

在小于条件式(4)的下限值时，第4正透镜L4的屈光力变小，球面像差恶化，像差校正的平衡变差。因而，通过满足条件式(4)，从而起到如下这样的效果：对于由光学系统的小型化引起的像差的问题，能够进行恰当的像差校正、能够确保光学性能。

此外，近年来，存在通过减小摄像元件的1个像素的尺寸，从而减小摄像元件的尺寸的倾向。在减小1个像素的尺寸的状况下，需要抑制第1负透镜L1的最大光线高度，减小外径，减小Fno而确保光学性能。

因此，在本实施方式的内窥镜用对物光学系统中，期望满足以下的条件式(5)。

1.8＜flp×rh1/ih²＜2.5 (5)

在此，

flp是第4正透镜L4的焦点距离，

rh1是第1负透镜L1的通常观察状态的最大光线高度，

ih是像高。

条件式(5)关于flp、rh1以及ih之间的恰当的关系。在大于条件式(5)的上限值时，第1负透镜L1的光线高度也会变高。

在小于条件式(5)的下限值时，第4正透镜L4的正的屈光力变大，像差校正的平衡变差。因而，通过满足条件式(5)，从而起到如下这样的效果：能够进行恰当的像差校正，确保光学性能，并且抑制通过第1负透镜L1的光线的光线高度，能够减小外径。

此外，在该透镜结构中，为了抑制第1负透镜L1的光线高度并且取得像差校正的平衡，隔着亮度光圈S的物体侧的透镜组的负的屈光力与图像侧的透镜组的正的屈光力之间的平衡是很重要的。

因此，在本实施方式的内窥镜用对物光学系统中，期望满足以下的条件式(6)。

1＜|flp×f123|/rh1²＜2.1 (6)

在此，

flp是第4正透镜L4的焦点距离，

rh1是第1负透镜L1的通常观察状态的最大光线高度，

f123是第1负透镜L1、第2弯月透镜L2以及第3正弯月透镜L3的通常观察状态的合成焦点距离。

条件式(6)关于flp、f123以及rh1之间的恰当的关系。在大于条件式(6)的上限值时，彗差、轴上色像差等像差会恶化。

在小于条件式(6)的下限值时，第1负透镜L1的光线高度变高，外径会变大或者像差校正的平衡变差。

通过满足条件式(6)，从而起到如下这样的效果：能够进行恰当的像差校正，确保光学性能，并且抑制通过第1负透镜L1的光线的光线高度，能够减小外径。

此外，在该透镜结构中，抑制通过第1负透镜L1的光线的光线高度、减小外径，并且取得光学系统全系统的屈光力与第4正透镜L4的屈光力之间的平衡是很重要的。

因此，在本实施方式的内窥镜用对物光学系统中，期望满足以下的条件式(7)。

1.76＜flp×rh1/fl_f²＜2.51 (7)

在此，

flp是第4正透镜L4的焦点距离，

rh1是第1负透镜L1的通常观察状态的最大光线高度，

fl_f是通常观察状态的内窥镜用对物光学系统的全系统的焦点距离。

条件式(7)关于flp、rh1以及fl_f之间的恰当的关系。在大于条件式(7)的上限值时，球面像差等像差会恶化或者外径会变大。

在小于条件式(7)的下限值时，整体的像差平衡会破坏或者第1负透镜L1的光线高度变高，外径会变大。

通过满足条件式(7)，从而起到如下这样的效果：能够进行恰当的像差校正，确保光学性能，并且抑制通过第1负透镜L1的光线的光线高度，能够减小外径。

以下，说明各实施例。

(实施例1)

说明实施例1的内窥镜用对物光学系统。

图2的(a)是本实施例的内窥镜用对物光学系统的通常观察状态(远距离物点)的透镜剖视图，图2的(b)是接近观察状态(近距离物点)的透镜剖视图。

在实施例1中，从物体侧按顺序由将平面朝向物体侧的平凹的第1负透镜L1、将凸面朝向图像侧的第2负弯月透镜L2、将凸面朝向物体侧的第3正弯月透镜L3、亮度光圈S、双凸的第4正透镜L4、双凸的第5正透镜L5、将凸面朝向图像侧的第6负弯月透镜L6、红外切割滤光器F1、玻璃盖片F2以及CCD玻璃盖片CG构成。另外，第5正透镜L5和第6负弯月透镜L6接合。此外，玻璃盖片F2和CCD玻璃盖片CG接合。

此外，对红外切割滤光器F1的物体侧实施YAG激光截止的涂覆，对图像侧实施LD激光截止的涂覆。此外，第3正弯月透镜L3在从通常观察状态(图2的(a))向接近观察状态(图2的(b))调焦时向图像(图像面I)侧移动。

图3的(a)、图3的(b)、图3的(c)、图3的(d)表示本实施例的通常观察状态的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)以及倍率色像差(CC)。

图3的(e)、图3的(f)、图3的(g)、图3的(h)表示本实施例的接近观察状态的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)以及倍率色像差(CC)。

这些各个像差图是针对656.27nm(C线)、587.56nm(d线)、486.13nm(F线)、435.83nm(g线)以及546.07nm(e线)的各波长表示的。此外，在各图中，“IH”表示最大像高。以下，对于像差图，是同样的。

(实施例2)

说明实施例2的内窥镜用对物光学系统。

图4的(a)是本实施例的内窥镜用对物光学系统的通常观察状态(远距离物点)的透镜剖视图，图4的(b)是接近观察状态(近距离物点)的透镜剖视图。

在实施例2中，与实施例1同样，从物体侧按顺序由将平面朝向物体侧的平凹的第1负透镜L1、将凸面朝向图像侧的第2负弯月透镜L2、将凸面朝向物体侧的第3正弯月透镜L3、亮度光圈S、双凸的第4正透镜L4、双凸的第5正透镜L5、将凸面朝向图像侧的第6负弯月透镜L6、红外切割滤光器F1、玻璃盖片F2以及CCD玻璃盖片CG构成。另外，第5正透镜L5和第6负弯月透镜L6接合。此外，玻璃盖片F2和CCD玻璃盖片CG接合。

此外，对红外切割滤光器F1的物体侧实施YAG激光切割的涂覆，对图像侧实施LD激光切割的涂覆。此外，第3正弯月透镜L3在从通常观察状态(图4的(a))向接近观察状态(图4的(b))调焦时向图像(图像面I)侧移动。

图5的(a)、图5的(b)、图5的(c)、图5的(d)表示本实施例的通常观察状态的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)以及倍率色像差(CC)。

图5的(e)、图5的(f)、图5的(g)、图5的(h)表示本实施例的接近观察状态的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)以及倍率色像差(CC)。

(实施例3)

说明实施例3的内窥镜用对物光学系统。

图6的(a)是本实施例的内窥镜用对物光学系统的通常观察状态(远距离物点)的透镜剖视图，图6的(b)表示接近观察状态(近距离物点)的透镜剖视图。

在实施例3中，与实施例1同样，从物体侧按顺序由将平面朝向物体侧的平凹的第1负透镜L1、将凸面朝向图像侧的第2负弯月透镜L2、将凸面朝向物体侧的第3正弯月透镜L3、亮度光圈S、双凸的第4正透镜L4、双凸的第5正透镜L5、将凸面朝向图像侧的第6负弯月透镜L6、红外切割滤光器F1、玻璃盖片F2以及CCD玻璃盖片CG构成。另外，第5正透镜L5和第6负弯月透镜L6接合。此外，玻璃盖片F2和CCD玻璃盖片CG接合。

此外，对红外切割滤光器F1的物体侧实施YAG激光切割的涂覆，对图像侧实施LD激光切割的涂覆。此外，第3正弯月透镜L3在从通常观察状态(图6的(a))向接近观察状态(图6的(b))调焦时向图像(图像面I)侧移动。

图7的(a)、图7的(b)、图7的(c)、图7的(d)表示本实施例的通常观察状态的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)以及倍率色像差(CC)。

图7的(e)、图7的(f)、图7的(g)、图7的(h)表示本实施例的接近观察状态的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)以及倍率色像差(CC)。

以下表示上述各实施例的数值数据。对于记号，r是各透镜面的曲率半径，d是各透镜面之间的间隔，nd是各透镜的d线的折射率，νd是各透镜的阿贝数，Fno是光圈值，ω是半视角，IH是像高，f是全系统的焦点距离。BF是后焦距，LTL(＝Σd)是光学系统的全长。后焦距是对从最靠图像侧的光学面到近轴图像面的距离进行空气换算来表示的。全长是从最靠物体侧的透镜面到最靠图像侧的光学面的距离(不进行空气换算)，在通常观察状态、接近观察状态下是恒定的值。

数值实施例1

单位 mm

面数据

可变数据

数值实施例2

单位 mm

面数据

可变数据

数值实施例3

单位 mm

面数据

可变数据

以下，表示实施例1、实施例2、实施例3的内窥镜用对物光学系统的条件式(1－1)～(7)的数值。

另外，也可以是上述的内窥镜用对物光学系统同时满足多个结构。在获得良好的内窥镜用对物光学系统的方面，优选为这样的方式。此外，优选的结构的组合是任意的。此外，各条件式也可以仅限定进一步限定的条件式的数值范围的上限值或者下限值。

以上，说明了本发明的各种实施方式，但本发明并不仅限于这些实施方式，在不脱离其主旨的范围内将这些实施方式的结构适当地组合而构成的实施方式也在本发明的范围内。

产业上的可利用性

像以上那样，本发明可用于小型且确保了光学性能的内窥镜用对物光学系统。

附图标记说明

L1、第1负透镜；L2、第2负弯月透镜；L3、第3正弯月透镜；L4、第4正透镜；L5、第5正透镜；L6、第6负弯月透镜；S、亮度光圈；F1、红外线切割滤光器；F2、玻璃盖片；CG、CCD玻璃盖片。