专利名称：物镜及内窥镜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及小型且广角的物镜及具有该物镜的内窥镜装置。
背景技术：
由于内窥镜用于观察例如体腔内，因此要求内窥镜的物镜为小型且广角的物镜。 而且，作为以往的内窥镜的物镜，大多提出有视场角Οω)为90° 140°左右的物镜。例如在日本特开平10-20189号公报中，提出了一种视场角为112° 140°的物镜。另外，作为更为广角的物镜，例如在日本特开2006-251272号公报中，提出了一种视场角为150° 170°的物镜。另一方面，作为应用于除内窥镜以外的领域的广角的物镜，例如具有日本实用新型登录第3140304号公报所示的物镜。该日本实用新型登录第3140304号公报所述的物镜是车辆用信息记录装置用的物镜，视场角为110° 175°。作为应用于除内窥镜以外的领域的广角物镜的其他例子，例如存在日本特开2004-258515号公报、日本特开2004-29282 号公报等所示的物镜。前者的日本特开2004-258515号公报所述的物镜是单镜头反光数字照相机用的鱼眼透镜，视场角为180°。此外，后者的日本特开2004-29282号公报所述的物镜是监视摄像机用的广角透镜，视场角为128° 139°。而且，作为应用于除内窥镜以外的领域的简易结构的透镜的例子，具有日本特开平9497264号公报所示的透镜。该日本特开平9497264号公报所述的透镜是数字照相机用的透镜，视场角为60°左右。近年来，作为内窥镜用，期望有更为广角的物镜。要求广角化的理由与缩短检查时间有关。例如当观察像大肠那样的在管腔内具有皱襞的形状的被摄体时，为了观察皱襞的背侧，需要进行使内窥镜顶端弯曲的操作。这是因为，此时，若物镜的视场角较宽则能够一次性地观察到较广的范围，因此不使内窥镜顶端弯曲或者以较少的弯曲量就能够完成观察，能够有助于缩短检查时间。上述日本实用新型登录第3140304号公报的第3实施例所述的物镜的视场角为 175°，实现了比日本特开平10-20189号公报所述的物镜更广的视场角，但是作为内窥镜
用，期望有进一步广角的物镜。另外，上述日本特开2004-258515号公报所述的物镜的视场角为180°，实现了比上述日本特开2006-251272号公报所述的物镜更广的视场角，但是由于最靠物体侧的透镜的外径较大，因此作为内窥镜的物镜是不合适的。另外，由于日本特开2004-29282号公报所述的物镜的视场角小于上述日本特开2006-251272号公报所述的物镜的视场角，并且最靠物体侧的透镜的外径较大，因此作为内窥镜的物镜也是不合适的。而且，上述日本特开平9497264号公报所述的物镜由于视场角狭小，因此作为内窥镜用是不合适的
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供适用于内窥镜的、小型且视场角为180°以上的广角的物镜及具有该物镜的内窥镜装置。为了达到上述目的，本发明的一技术方案的物镜从物体侧依次包括具有负光焦度的前透镜组、亮度光圈、及具有正光焦度的后透镜组，上述前透镜组从物体侧依次包括凸面朝向物体侧的负凹凸透镜的第1透镜、及凹面朝向物体侧的负透镜的第2透镜，上述后透镜组从物体侧依次包括正透镜的第3透镜、及接合正透镜与负透镜而成的第4透镜，上述物镜满足以下条件式⑴-0. 8 < f_F/f_R < -0. 3 …(1)其中，f_F是前透镜组的焦距，f_R是后透镜组的焦距。另外，本发明的另一技术方案的内窥镜装置包括上述物镜；以及观察画面，其用于显示由上述物镜成像的像；在上述观察画面上显示用于识别视场角的标识。
图1是表示本发明的一实施方式中的第1 14实施例的物镜的规格及条件式的元素值的图表。图2是与对各个条件式所分配的上限值以及/或者下限值并列地表示上述实施方式中的第1 14实施例的物镜的条件式的值的图表。图3是表示沿着包含上述实施方式中的第1实施例的物镜的光学系统的光路的结构的图。图4是表示上述实施方式中的第1实施例的物镜的球面像差、像散、倍率色像差的图。图5是表示沿着包含上述实施方式中的第2实施例的物镜的光学系统的光路的结构的图。图6是表示上述实施方式中的第2实施例的物镜的球面像差、像散、倍率色像差的图。图7是表示沿着包含上述实施方式中的第3实施例的物镜的光学系统的光路的结构的图。图8是表示上述实施方式中的第3实施例的物镜的球面像差、像散、倍率色像差的图。图9是表示沿着包含上述实施方式中的第4实施例的物镜的光学系统的光路的结构的图。图10是表示上述实施方式中的第4实施例的物镜的球面像差、像散、倍率色像差的图。图11是表示沿着包含上述实施方式中的第5实施例的物镜的光学系统的光路的结构的图。图12是表示上述实施方式中的第5实施例的物镜的球面像差、像散、倍率色像差的图。图13是表示沿着包含上述实施方式中的第6实施例的物镜的光学系统的光路的结构的图。
图14是表示上述实施方式中的第6实施例的物镜的球面像差、像散、倍率色像差的图。图15是表示沿着包含上述实施方式中的第7实施例的物镜的光学系统的光路的结构的图。图16是表示上述实施方式中的第7实施例的物镜的球面像差、像散、倍率色像差的图。图17是表示沿着包含上述实施方式中的第8实施例的物镜的光学系统的光路的结构的图。图18是表示上述实施方式中的第8实施例的物镜的球面像差、像散、倍率色像差的图。图19是表示沿着包含上述实施方式中的第9实施例的物镜的光学系统的光路的结构的图。图20是表示上述实施方式中的第9实施例的物镜的球面像差、像散、倍率色像差的图。图21是表示上述实施方式中的第9实施例的物镜的、第1透镜的像侧面的非球面形状的线型图。图22是表示沿着包含上述实施方式中的第10实施例的物镜的光学系统的光路的结构的图。图23是表示上述实施方式中的第10实施例的物镜的球面像差、像散、倍率色像差的图。图M是表示上述实施方式中的第10实施例的物镜的、第1透镜的像侧面的非球面形状的线型图。图25是表示沿着包含上述实施方式中的第11实施例的物镜的光学系统的光路的结构的图。图沈是表示上述实施方式中的第11实施例的物镜的球面像差、像散、倍率色像差的图。图27是表示上述实施方式中的第11实施例的物镜的、第1透镜的像侧面的非球面形状的线型图。图观是表示沿着包含上述实施方式中的第12实施例的物镜的光学系统的光路的结构的图。图四是表示上述实施方式中的第12实施例的物镜的球面像差、像散、倍率色像差的图。图30是表示上述实施方式中的第12实施例的物镜的、第1透镜的像侧面的非球面形状的线型图。图31是表示沿着包含上述实施方式中的第13实施例的物镜的光学系统的光路的结构的图。图32是表示上述实施方式中的第13实施例的物镜的球面像差、像散、倍率色像差的图。图33是表示上述实施方式中的第13实施例的物镜的、第1透镜的像侧面的非球面形状的线型图。图34是表示沿着包含上述实施方式中的第14实施例的物镜的光学系统的光路的结构的图。图35是表示上述实施方式中的第14实施例的物镜的球面像差、像散、倍率色像差的图。图36是表示上述实施方式中在内窥镜装置的观察画面上显示了用于识别视场角 170°的范围的标识的例子的图。图37是表示上述实施方式中在内窥镜装置的观察画面上显示了用于识别视场角 180°的范围的标识的例子的图。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施方式。(实施方式)首先，本实施方式中所使用的各个符号如下所示。FL 整个系统的焦距Fno :F 值2 ω 视场角(以de g为单位)IH 像高f_F 前透镜组的焦距f_R 后透镜组的焦距Fb 后侧焦距位置(从上述第4透镜的最靠像侧的面到后侧焦点的距离)r2a 第2透镜的物体侧的面的曲率半径L_enp 最大视场角下的入射光瞳位置(是距第1面的距离，符号是朝向像侧为+ 方向)ν d 第4透镜中的负透镜的阿贝数接着，说明本发明的实施方式的物镜。为了实现小型且视场角为180°以上的广角的物镜，光学系统的透镜结构是重要的。若仅为了单纯谋求广角化，则可采用配置许多透镜、逐渐会聚轴外光的结构。但是，在这种结构中，光学系统的整个长度及物镜的顶端的外径增大，不能够实现小型化。因而，为了在谋求广角化的同时谋求小型化，期望设为最低限度的透镜结构。因此，在本实施方式的物镜中，采用了使相对于亮度光圈位于物体侧的前透镜组具有负光焦度、使位于像侧的后透镜组具有正光焦度的基本结构。前透镜组主要发挥向亮度光圈引导较宽视场角的光线的作用和确保透镜整个系统的后焦距的作用。后透镜组主要发挥成像作用。关于前透镜组的结构，第1透镜设为凸面朝向物体侧的负凹凸透镜形状，会聚 180°以上的视场角的轴外主光线，向第2透镜进行引导。使第1透镜的凸面朝向物体侧是因为，若不朝向物体侧，则不能够会聚180°以上的视场角的轴外主光线。第2透镜设为凹面朝向物体侧的负透镜。凹面朝向物体侧的形状虽然不适于会聚较宽视场角的轴外主光线，但是适合于将轴外光线高度抑制为较低。即，由于使第1透镜具有充分地会聚180°以上的视场角的轴外主光线的作用，因此能够使第2透镜主要具有将轴外光线高度抑制为较低的作用。而且，利用第2透镜将亮度光圈的像投影在第2透镜附近，将轴外主光线高度抑制为较低。后透镜组包括主要具有成像作用的正第3透镜和主要具有色像差校正作用的第4 透镜。通过将位于远离亮度光圈的位置的第4透镜设为接合正透镜与负透镜而成的接合透镜，能够校正轴上色像差，并且能够同时也校正倍率的色像差。在设为如上所述的结构的基础上，本实施方式的物镜须满足以下条件式(1)。-0. 8 < f_F/f_R < -0. 3. . . (1)该条件式(1)是关于确保视场角及确保后焦距的条件式，是限制了前透镜组与后透镜组的光焦度分配的式子。即，若前透镜组的焦距对于后透镜组的焦距f_R的比
成为下限值-0.8以下，则难以确保视场角及确保后焦距。例如若后焦距不足， 则不能够将滤色器或玻璃盖片等光学构件配置在第4透镜与像面之间。另一方面，若f_F/ f_R成为上限值-0. 3以上，则虽然有利于确保视场角及确保后焦距，但是通过后透镜组的光线高度增大且后透镜组的透镜直径增大，不利于谋求小型化。因而，该条件式(1)成为用于确保视场角及后焦距并且同时谋求后透镜组的小型化的条件式。另外，本实施方式的物镜除了条件式(1)以外进一步优选满足以下条件式(2)及 ⑶。-1. 5 < f_F/FL < -0. 5 …(2)1. 7 < Fb/FL < 3. 5…(3)条件式(2)是关于前透镜组的透镜外径的条件式，限定了前透镜组的光焦度。若前透镜组的焦距f_F相对于整个系统的焦距FL的比例f_F/FL成为下限值-1. 5以下，则难以将通过前透镜组的轴外光线高度抑制为较低，不能够实现小型化。另一方面，若f_F/FL 成为上限值-0. 5以上，则虽然有利于将通过前透镜组的轴外光线高度抑制为较低，但是难以校正像差。即，若f_F/FL成为上限值-0.5以上，则珀兹伐和成为负值而像面倒向正侧， 因此不优选。条件式C3)是关于条件式(1)所述的后焦距的条件式，是直接限制了适合于后焦距的范围的条件式。若后侧焦距1 相对于整个系统的焦距FL的比例mVFL成为下限值 1.7以下，则后焦距不足，对于配置滤色器或玻璃盖片等光学构件是不利的。另一方面，若 Fb/FL成为上限值3. 5以上则后焦距过量，整个长度不需要地增长，因此不优选。而且，本实施方式的物镜除了条件式(1) (3)以外进一步优选满足以下条件式 (4) (6)。-10 < r2a/FL < —2. 5... (4)-0. 5 < L_enp/FL < 0. 3 ... (5)vd <20 . . . (6)其中的条件式0)、(5)是关于前透镜组的小型化的条件式。首先，条件式⑷限定了第2透镜的物体侧的面形状。若第2透镜的物体侧的面的曲率半径rfa相对于整个系统的焦距FL的比例r2a/FL成为下限值-10以下，则难以将通过前透镜组的轴外光线高度抑制为较低。另一方面，若r2a/FL成为上限值-2. 5以上，则第2透镜的物体侧的面的曲率半径变小，导致轴外光线容易发生全反射，因此不优选。
接着，条件式( 是限制了最大视场角下的入射光瞳位置的条件式。期望最大视场角下的入射光瞳位置在第1透镜附近。若最大视场角下的入射光瞳位置L_enp相对于整个系统的焦距FL的比例L_enp/FL成为上限值0. 3以上，则通过前透镜组的轴外光线容易变高。另一方面，若L_enp/FL成为下限值-0. 5以下，则第1透镜的物体侧的凸形状增强， 因此当配置在内窥镜的顶端部分时，物镜的最靠物体侧的面的突出量变大，导致透镜顶端部容易被划伤，因此不优选。此外，条件式(6)是关于色像差的校正、并限制了第4透镜中的负透镜的阿贝数 vd的条件式。像本实施方式的物镜那样，当为隔着亮度光圈配置了具有负光焦度的前透镜组和具有正光焦度的后透镜组的透镜结构且视场角较大时，校正倍率色像差是特别重要的。因此，在将位于远离亮度光圈的位置的第4透镜设为接合透镜的基础上，最好将该第4 透镜中的负透镜设为阿贝数小于20的透镜。另外，作为阿贝数小于20的玻璃材料，例如能够列举出以下玻璃材料作为几个例子。(玻璃材料例1)玻璃材料名S_NPH2阿贝数(vd):18.90玻璃编码923189株式会社小原(株式会社才〃，)(玻璃材料例2)玻璃材料名K_PSFn214阿贝数(vd):17.77玻璃编码144178株式会社住田光学玻璃(株式会社住田光学力'7 ^ )玻璃材料例1、2这两者均为色散较大，色像差校正能力极其大。通过将这种玻璃材料使用于第4透镜中的负透镜，能够有效地校正倍率色像差。另外，并不限于上述玻璃材料例1、2，只要使用阿贝数(vd)小于20的玻璃材料，关于色像差校正就能够起到相同的效^ ο而且，本实施方式的物镜是如上所述的物镜应用于内窥镜的内窥镜用物镜，优选视场角Οω)为180°以上。通过使用视场角超过180°的内窥镜用物镜，能够观察与以往相比广角的范围。此外，也可以在本实施方式的物镜的成像面附近配置场镜。在此，场镜是用于转换物镜的出射光瞳位置的透镜。通过设置该场镜，能够控制入射到摄像元件的光线的角度，特别是能够在画面周边进行良好的角度控制。关于将该场镜设为具有正光焦度的透镜或者具有负光焦度的透镜中的哪一个，只要根据需要适当地确定即可。另外，若本实施方式的物镜中的第4透镜是从物体侧依次按照正透镜、负透镜的顺序配置接合的透镜，则能够良好地校正倍率色像差，因此是优选的。但是，第4透镜也可以是从物体侧依次按照负透镜、正透镜的顺序配置接合的透镜。接着，参照图1 图37说明本实施方式的物镜的第1 14实施例。图1是表示第1 14实施例的物镜的规格及上述条件式的元素值的图表。
此外，图2是与对各个条件式所分配的上限值和/或下限值并列地表示第1 14 实施例的物镜的条件式的值的图表。观察该图表可知，第1 11、14实施例的物镜满足上述条件式⑴ (6)。此外，第12、13实施例的物镜也满足除条件式⑷以外的条件式⑴ (3)、(5)、(6)。而且，在图3、图5、图7、图9、图11、图13、图15、图17、图19、图22、图25、图28、
图31、图34中分别示出了沿着包含第1 14实施例的物镜的光学系统的光路的结构。在此，在这各个图中，将光学系统的光轴方向设为ζ方向，将像高方向设为y方向。此外，在图 4、图6、图8、图10、图12、图14、图16、图18、图20、图23、图26、图29、图32、图35中分别示出了第1 14实施例的物镜的像差图。而且，在图21、图24、图27、图30、图33中作为 S2分别示出了第9 13实施例中的物镜的第1透镜的像侧面(如下所述那样面编号2)的非球面形状。在此，在沿着光路的包含物镜的光学系统的结构图中，附图标记Ll表示第1透镜， 附图标记L2表示第2透镜，附图标记AS表示亮度光圈，附图标记L3表示第3透镜，附图标记L4表示第4透镜(第4透镜L4的物体侧的正透镜为附图标记L4A，第4透镜L4的像侧的负透镜为附图标记L4B)，附图标记OF表示假设为激光截止滤波器、红外线截止滤波器、 光学低通滤波器等光学滤波器的光学构件，附图标记CG表示CCD玻璃盖片、附图标记SG表示CCD芯片密封玻璃，将光轴方向设为Z轴，将距光轴的高度方向设为Y轴。而且，附图标记PROO表示光轴，附图标记MR表示轴上边缘光线，附图标记PR08表示像高比为0. 8的主光线，附图标记I3RlO表示像高比为1的主光线。此外，关于第1 5、8 14实施例中的光学面的面编号，第1透镜Ll的物体侧为 1，第1透镜Ll的像侧为2，第2透镜L2的物体侧为3，第2透镜L2的像侧为4，亮度光圈 AS为STO(在此，作为面编号，取代记为“5”而记为“ST0”)，第3透镜L3的物体侧为6，第3 透镜L3的像侧为7，第4透镜L4的物体侧的正透镜L4A的物体侧为8，第4透镜L4的物体侧的正透镜L4A与像侧的负透镜L4B之间的接合面为9，第4透镜L4的像侧的负透镜L4B 的像侧为10，光学构件OF的物体侧为11，光学构件OF的像侧为12，CXD玻璃盖片CG的物体侧为13，CXD玻璃盖片CG的像侧为14，CXD芯片密封玻璃SG的物体侧为15。而且，像面 IMG位于CXD芯片密封玻璃SG的物体侧。另外，在第6、7实施例中，光学构件的配置不同而位于第2透镜L2与亮度光圈AS 之间，而且由第1光学构件OFl和第2光学构件0F2这2片构成。因而，光学面的至第2透镜L2的面编号与第1 5、8 14实施例相同，但是关于比其更靠像侧的面编号，第1光学构件OFl的物体侧为5，第1光学构件OFl的像侧为6，第2光学构件0F2的物体侧为7，第 2光学构件0F2的像侧为8，亮度光圈AS为ST0，第3透镜L3的物体侧为10，第3透镜L3 的像侧为11，第4透镜L4的物体侧的正透镜L4A的物体侧为12，第4透镜L4的物体侧的正透镜L4A与像侧的负透镜L4B之间的接合面为13，第4透镜L4的像侧的负透镜L4B的像侧为14，CXD玻璃盖片CG的物体侧为15，CXD玻璃盖片CG的像侧为16，CXD芯片密封玻璃 SG的物体侧为17。而且，像面IMG位于CXD芯片密封玻璃SG的物体侧这一点与上述相同。而且，在各个像差图中，示出了 g线(波长435.83nm)、F线(波长486. 13nm)、C线 (波长656. 27nm)、(！线(波长587. 56nm)、子午线M、弧矢线S。此外，在以下各个实施例所示的数值数据中，“INF”表示无穷大，对非球面(ASP)的面编号标注符号$。另外，折射率是相对于d线(波长587.56nm)的值。而且，OBJ表示物体面，IMG如上所述为像面。而且，在非球面的数值数据中，符号“RDY”表示近轴曲率半径，符号“K”表示圆锥系数，符号“AC2” “AC10”表示接下来所示的非球面式中的2次 10次的偶数次的非球面系数，符号“E”及其后的数字表示10的取幂。(非球面式)
丄]…
Z =——J^rdyj 2 + AC2 X Y1 +AC4xY4 + AC6xY6 + ACS χΥ9 + AClOx ￥10 丨xy2在此，在该非球面式中，Y也表示距光轴的高度，Z表示非球面的光轴方向的坐标。 但是，仅在该非球面式中将Z轴的原点设定在Y = 0的位置。第1实施例图3是表示沿着包含第1实施例的物镜的光学系统的光路的结构的图，图4是表示第1实施例的物镜的球面像差、像散、倍率色像差的图。如图3所示，第1实施例的物镜从物体侧依次包括凸面朝向物体侧的负凹凸透镜的第1透镜Li、凹面朝向物体侧的负凹凸透镜的第2透镜L2、亮度光圈AS、凸面朝向像侧的平凸透镜(正透镜)的第3透镜L3、接合作为正透镜的两凸透镜L4A与凹面朝向物体侧的负凹凸透镜L4B而成的第4透镜L4。第4透镜L4中的负透镜L4B由玻璃材料S-NPH2形成，阿贝数(vd)为18. 90。而且，透镜Li、L2构成具有负光焦度的前透镜组，透镜L3、L4 构成具有正光焦度的后透镜组。在第4透镜L4的像侧，从物体侧依次配置有上述光学构件OF、CXD玻璃盖片CG、 CXD芯片密封玻璃SG。在图3中，作为光线示出了光轴PR00、轴上边缘光线MR、以最大视场角192.2°且以像高比1 (像高1. 296)成像的主光线PRlO、以像高比0. 8 (像高1. 296X0. 8)成像的主光线 PR08。此外，球面像差、像散、倍率色像差如图4所示。该第1实施例的光学系统的数值数据如下所述。
权利要求
1.一种物镜，其从物体侧依次包括具有负光焦度的前透镜组、亮度光圈、及具有正光焦度的后透镜组，上述前透镜组从物体侧依次包括凸面朝向物体侧的负凹凸透镜的第1透镜、及凹面朝向物体侧的负透镜的第2透镜，上述后透镜组从物体侧依次包括正透镜的第3透镜、及接合正透镜与负透镜而成的第 4透镜，上述物镜满足以下条件式(1) -0. 8 < f_F/f_R < -0. 3 …(1) 其中，f_F是前透镜组的焦距， f_R是后透镜组的焦距。
2.根据权利要求1所述的物镜，其中， 上述物镜还满足以下条件式O) (3) -1. 5 < f_F/FL < -0. 5 …(2)1. 7 < Fb/FL < 3. 5 …(3) 其中，FL是整个系统的焦距，Fb是后侧焦点位置(从上述第4透镜的最靠像侧的面到后侧焦点的距离)。
3.根据权利要求2所述的物镜，其中， 上述物镜还满足以下条件式(4) (6) -10 < r2a/FL < -2. 5 …(4)-0. 5 < L_enp/FL < 0. 3 …(5) vd < 20 …(6) 其中，r2a是第2透镜的物体侧的面的曲率半径，L_enp是最大视场角下的入射光瞳位置(是距第1面的距离，符号是朝向像侧为+方向)，ν d是第4透镜中的负透镜的阿贝数。
4.一种内窥镜装置，包括权利要求1至3中任一项所述的物镜；以及观察画面，其用于显示由上述物镜成像的像； 在上述观察画面上显示用于识别视场角的标识。
5.根据权利要求4所述的内窥镜装置，其中，上述内窥镜装置还具有用于电生成上述标识的标识生成部件， 上述标识在上述观察画面上的显示能够进行显示/非显示的切换。
全文摘要
本发明提供物镜及内窥镜装置。该物镜从物体侧依次包括具有负光焦度的前透镜组、亮度光圈(AS)、及具有正光焦度的后透镜组，前透镜组从物体侧依次包括凸面朝向物体侧的负凹凸透镜的第1透镜(L1)、及凹面朝向物体侧的负透镜的第2透镜(L2)，后透镜组从物体侧依次包括正透镜的第3透镜(L3)、及接合正透镜(L4A)与负透镜(L4B)而成的第4透镜(L4)，上述物镜满足以下条件式(1)-0.8＜f_F/f_R＜-0.3...(1)，其中，f_F是前透镜组的焦距，f_R是后透镜组的焦距。
文档编号A61B1/00GK102414597SQ201080019109
公开日2012年4月11日 申请日期2010年11月17日 优先权日2009年12月7日
发明者鹈泽勉 申请人:奥林巴斯医疗株式会社