专利名称：物镜光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种物镜光学系统，更详细地讲是涉及一种能够使用于内窥镜等的、 视场角为广角的物镜光学系统。
背景技术：
以往，在内窥镜用的物镜光学系统、数字摄像机用的物镜光学系统中，提出有减少构成部件来谋求低成本化的各种技术。作为该技术，例如在日本特开平5-307139号公报中记载有由负的第1透镜组、孔径光阑(明3 絞)、正的第2透镜组以及正的第3透镜组构成、并在第2透镜组的像侧的面或者第3透镜组的物体侧的面设有非球面的反远距焦点型(retrofocus)且大致远心的透镜系统。于是，由此构成透镜枚数较少且良好地校正了像面弯曲的明亮的内窥镜物镜。另外，在日本特开2002-350720号公报中记载有如下单焦点透镜其自物体侧依次排列有至少将一个面做成非球面的弱光焦度的第1透镜、将像侧的面做成凸面形状的具有正的光焦度的第2透镜、及至少将一个面做成非球面的弱光焦度的第3透镜。于是，通过采用由几乎不具有焦度且起到校正板的功能的第1及第3透镜夹着具有成像功能的第2透镜的构造，成为能够达到小型化和低廉化的3枚透镜构造，并能够充分且良好地进行像差校正。但是，为了降低成本而可考虑的方法首先是减少透镜枚数，但存在若过度减少透镜枚数则像差的校正不充分的情况。特别是，在像内窥镜那样期望视场角的广角化的产品中，若欲充分地校正像差，则无法实现广角化，谋求像差校正和广角化的兼得成为技术上的课题。在此，作为内窥镜用物镜光学系统，优选的视场角通常是130度以上的广角。另外，在内窥镜、胶囊内窥镜等中，为了尽可能减轻对患者的负担并提高操作者的操作性，期望缩短内窥镜的顶端硬性部的长度、或者缩短胶囊内窥镜的整个长度。因此，对于搭载在内窥镜、胶囊内窥镜等上的物镜光学系统也要求缩短光轴方向的长度。因而，不应只是单纯地减少透镜枚数，通过钻研透镜的配置来尽可能缩短整个长度也很重要。并且，也期望提供廉价的物镜光学系统，因此，不仅需要减少透镜枚数，也需要采用廉价的材料作为用于制作透镜的材料。作为用于制作透镜的材料，公知有玻璃材料、树脂，在它们之中树脂相对廉价。因此，为了谋求低价格化，需要使用树脂作为材料，但树脂大多是若为低价格则折射率也较低。因而，需要进行钻研使得即便使用折射率相对较低的树脂也能够谋求广角化、小型化等。但是，在上述日本特开平5-307139号公报中，并未对用于物镜光学系统的广角化、缩短整个长度的构思进行提案。另外，在上述日本特开2002-350720号公报中提出了通过减少透镜枚数来谋求物镜光学系统的小型化这样的提案，但并未对透镜配置的钻研、将视场角扩大为130度以上的广角化的构思进行提案。并且，也没有对使用相对廉价的材料作为所有透镜的材料进行研究。
本发明即是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种广角且小型的低成本的物镜光学系统。
发明内容
用于解决问题的方案为了达到本发明的目的，本发明的一个方面的物镜光学系统自物体侧依次包括具有负光焦度的第1透镜组、光阑、具有正光焦度的第2透镜组、第3透镜组，上述第1透镜组的最靠近像侧的面由凹面构成，上述第2透镜组的最靠近像侧的面由非球面构成，上述第3 透镜组的最靠近物体侧的面由凸面构成，上述第2透镜组和上述第3透镜组之间的距离小于上述第1透镜组和上述第2透镜组之间的距离，并满足下述条件式d_L23/d_L12 < 0. 25其中，d_L23是上述第2透镜组和上述第3透镜组之间的距离，d_L12是上述第1 透镜组和上述第2透镜组之间的距离。另外，本发明的另一方面的内窥镜用物镜光学系统包括上述物镜光学系统、及配置在比上述物镜光学系统的上述第1透镜组的最靠近物体侧的面靠近物体侧的罩。
图IA是本发明的一个实施方式的实施例1的物镜光学系统的剖视图。图IB是在上述实施方式的实施例1的物镜光学系统的物体侧配置具有负光焦度的圆顶形状的罩时的剖视图。图IC是上述实施方式的实施例1的物镜光学系统的像差图。图2A是上述实施方式的实施例2的物镜光学系统的剖视图。图2B是在上述实施方式的实施例2的物镜光学系统的物体侧配置具有负光焦度的圆顶形状的罩时的剖视图。图2C是上述实施方式的实施例2的物镜光学系统的像差图。图3A是上述实施方式的实施例3的物镜光学系统的剖视图。图;3B是在上述实施方式的实施例3的物镜光学系统的物体侧配置具有负光焦度的圆顶形状的罩时的剖视图。图3C是上述实施方式的实施例3的物镜光学系统的像差图。图4A是上述实施方式的实施例4的物镜光学系统的剖视图。图4B是在上述实施方式的实施例4的物镜光学系统的物体侧配置具有负光焦度的圆顶形状的罩时的剖视图。图4C是上述实施方式的实施例4的物镜光学系统的像差图。图5A是上述实施方式的实施例5的物镜光学系统的剖视图。图5B是在上述实施方式的实施例5的物镜光学系统的物体侧配置具有负光焦度的圆顶形状的罩时的剖视图。图5C是上述实施方式的实施例5的物镜光学系统的像差图。图6A是上述实施方式的实施例6的物镜光学系统的剖视图。图6B是在上述实施方式的实施例6的物镜光学系统的物体侧配置具有负光焦度
4的圆顶形状的罩时的剖视图。图6C是上述实施方式的实施例6的物镜光学系统的像差图。图7A是上述实施方式的实施例7的物镜光学系统的剖视图。图7B是在上述实施方式的实施例7的物镜光学系统的物体侧配置具有负光焦度的圆顶形状的罩时的剖视图。图7C是上述实施方式的实施例7的物镜光学系统的像差图。图8A是上述实施方式的实施例8的物镜光学系统的剖视图。图8B是在上述实施方式的实施例8的物镜光学系统的物体侧配置具有负光焦度的圆顶形状的罩时的剖视图。图8C是上述实施方式的实施例8的物镜光学系统的像差图。图9A是上述实施方式的实施例9的物镜光学系统的剖视图。图9B是在上述实施方式的实施例9的物镜光学系统的物体侧配置具有负光焦度的圆顶形状的罩时的剖视图。图9C是上述实施方式的实施例9的物镜光学系统的像差图。图IOA是上述实施方式的实施例10的物镜光学系统的剖视图。图IOB是在上述实施方式的实施例10的物镜光学系统的物体侧配置具有负光焦度的圆顶形状的罩时的剖视图。图IOC是上述实施方式的实施例10的物镜光学系统的像差图。图IlA是上述实施方式的实施例11的物镜光学系统的剖视图。图IlB是在上述实施方式的实施例11的物镜光学系统的物体侧配置具有负光焦度的圆顶形状的罩时的剖视图。图IlC是上述实施方式的实施例11的物镜光学系统的像差图。图12A是上述实施方式的实施例12的物镜光学系统的剖视图。图12B是在上述实施方式的实施例12的物镜光学系统的物体侧配置具有负光焦度的圆顶形状的罩时的剖视图。图12C是上述实施方式的实施例12的物镜光学系统的像差图。图13A是上述实施方式的实施例13的物镜光学系统的剖视图。图1 是在上述实施方式的实施例13的物镜光学系统的物体侧配置具有负光焦度的圆顶形状的罩时的剖视图。图13C是上述实施方式的实施例13的物镜光学系统的像差图。图14是表示具有上述实施方式的物镜光学系统的胶囊内窥镜的主要部分概略结构的图。图15是表示具有上述实施方式的物镜光学系统的内窥镜顶端部的概略结构的图。图16是表示上述实施方式的物镜光学系统的概略结构的图。
具体实施例方式下面，参照
本发明的实施方式。(实施方式)
图IA 图16表示本发明的一个实施方式。本实施方式的物镜光学系统自物体侧依次包括具有负光焦度的第1透镜组、光阑、具有正光焦度的第2透镜组、第3透镜组。而且，第1透镜组的最靠近像侧的面为凹面， 第2透镜组的最靠近像侧的面为非球面，第3透镜组的最靠近物体侧的面为凸面。并且，以使第2透镜组和第3透镜组之间的距离小于第1透镜组和第2透镜组之间的距离的方式将第2透镜组和第3透镜组靠近配置。当参照图16具体说明该物镜光学系统的构造时，如下所述。图16所示的物镜光学系统10的各组分别由单一的透镜构成，第1透镜组为第1 透镜Li，第2透镜组为第2透镜L2，第3透镜组为第3透镜L3。另外，在第1透镜Ll和第 2透镜L2之间配置有光阑S。并且，在图16所示的例子中，在物镜光学系统10的成像面位置配置有摄像元件12的摄像面11。该物镜光学系统10的各光学面自物体侧依次如下所述。S卩，第1透镜Ll的物体侧是面1，第1透镜Ll的像侧是面2，光阑S是面3，入射光瞳是面4，第2透镜L2的物体侧是面5，第2透镜L2的像侧是面6，第3透镜L3的物体侧是面7，第3透镜L3的像侧是面8。但是，关于面3和面4，有时也如后述的实施例中的几个所示，入射光瞳为面3，光阑S为面4。而且，第1透镜Ll的像侧的面2是凹面，第2透镜L2的像侧的面6是非球面，第 3透镜L3的物体侧的面7是凸面。并且，物镜光学系统10配置为，沿着光轴的从第2透镜 L2的面6到第3透镜的面7的距离d_L23小于沿着光轴的从第1透镜Ll的面2到第2透镜L2的面5的距离d_L12。另外，距离d_L12和距离d_L23应满足的更详细的条件式见后述。接着，说明各组的光学功能。第1透镜组是主要为了实现广角化而起作用的单元，特别是物体侧的面起到广角化的作用(在图16所示的例子中，观察轴外光束可知，在第1透镜Ll的物体侧的面1中， 来自广角侧的入射光线向成像面11的方向较大程度地折射(入射角较大，折射角较小))。 若要使物镜光学系统广角化，则需要减小整个系统的焦距，但若仅在具有正光焦度的组中缩短焦距，则会产生较强的像面弯曲。因而，若要在校正像面弯曲的同时实现广角化，则需要在光学系统内配置具有负光焦度的组。此时，若要减少透镜枚数而达到光学系统的小型化，则优选的是限制配置部位，在相对于光阑靠物体侧配置具有负光焦度的组。因此，在本实施方式中，将最靠近物体侧的第1透镜组做成具有负光焦度的组。第2透镜组是主要具有成像功能和像差校正的作用的单元。由于第1透镜组如上所述地具有负光焦度，因此，通过了第1透镜组的光束成为发散光束(在图16所示的例子中，观察轴上光束和轴外光束可知，自第1透镜Ll射出的光束是其光束宽度扩大而发散)。 因此，为了使该发散光束成为会聚光，需要使第2透镜组具有相对较强的正光焦度。但是， 一般公知为具有较强的光焦度的透镜是像差产生量变大。因此，在本实施方式中，通过将第 2透镜组的最靠近像侧的面(在图16所示的例子中是面6)做成非球面，而尽可能减少像差的产生。第3透镜组是主要为了最优化摄像元件的入射效率而起作用的单元，特别是起到控制作用，使得像侧的面(在图16所示的例子中是面8)成为与摄像元件的后述特性相匹配的入射角。另外，若欲利用第3透镜组进行像差校正，则难以控制对摄像元件的入射角。 因此，在本实施方式中，第3透镜组为具有相对较弱光焦度的组。接着，说明各组的配置。为了更加高效地发挥第1透镜组的广角化作用，将第1透镜组和第2透镜组之间的距离设置为较长(即，将第1透镜组和第2透镜组分离地配置)。即，若要使光线高效地折射，则配置成光线通过透镜的周边即可。因此，在本实施方式中，以拉开自第1透镜组的最靠近物体侧的面(在图16所示的例子中是面1)至光阑的面的距离的方式进行配置。由此，通过第1透镜组的光线通过透镜的周边部，能够高效地进行广角化。另外，将第2透镜组和第3透镜组的之间距离设置为尽可能短。其原因在于，若缩短第2透镜组和第3透镜组之间的距离，则物镜光学系统的焦距变短而能够广角化。这样，在本实施方式中，为了高效地实现广角化，加长第1透镜组和第2透镜组之间的距离，并缩短第2透镜组和第3透镜组之间的距离。如此，通过在尽可能缩短第2透镜组和第3透镜组之间的距离的基础上，将第1透镜组和第2透镜组之间的距离设定为最佳， 而不需要多余地加长第2透镜组和第3透镜组之间的距离，能够在尽可能缩短整个长度的情况下实现广角化。并且，若欲满足下述条件式，则在使用树脂这样的折射率较低的材料时，也能够以较好的平衡配置各个组之间的距离，从而能够在尽可能缩短了整个长度的状态下实现广角化。d_L23/d_L12 < 0. 25其中，d_L23是第2透镜组和第3透镜组之间的距离，d_L12是第1透镜组和第2 透镜组之间的距离。另外，近年来的摄像元件通常是，在排列多个用于进行光电转换的光电二极管而成的摄像面上，为了提高开口率而设置显微透镜，或者为了实现单芯片彩色摄像元件等而设置滤色器。在这种摄像元件中，若通过物镜光学系统而来的光例如以较大的入射角入射， 则有时会在显微透镜、滤色器的边缘被阻断，导致光无法到达摄像面。于是，入射角变大的图像的周边部相比于图像的中央部只进行较少的光电转换，会产生图像的周边变暗的现象。如此，公知摄像元件的特性根据光束的入射角的不同而不同。因此，在本实施方式中， 通过利用第3透镜组控制对摄像元件的入射角，来改善周边的图像变暗的状况。此外，通过配置透镜以满足下述条件式，能够利用第2透镜组进行充分的像差校正，同时能够利用第3透镜组高效地控制对摄像元件的入射角。1. 7 < f_L3/f_L2其中，f_L2是第2透镜组的焦距，f_L3是第3透镜组的焦距。而且，若要在使用树脂这样的虽然廉价但是低折射率的材料的同时实现视场角的广角化，则使所有透镜的所有面都具有光焦度即可。由此，也能够将各组的透镜枚数设置为 1枚。图16所示的例子及以下说明的各实施例表示该结构例。这样，能够实现既是3组3 枚的结构、同时视场角为130度以上的广角的物镜光学系统。以下，表示本实施方式的物镜光学系统的具体的实施例。另外，在各实施例的物镜光学系统的数值数据中，使用公式1所示的非球面式。(公式1)
ζ ！ h' 2i ’ + Λ^4 + + Aht + Am^在此，Z 非球面上距光轴高度h的点的、距非球面面顶的光轴方向的距离；h 距光轴的高度；k:圆锥常数；A4 AlO 4 10次的非球面系数；R 近轴曲率半径。另外，图1 图IlB中示出为了提高内窥镜、胶囊内窥镜的插入性而在物镜光学系统的比第1透镜组靠物体侧还配置具有负光焦度的圆顶形状的透明的罩13来构成内窥镜用物镜光学系统时的情形。而且，表1 表IlB表示配置有这种圆顶形状的罩13时的数值数据。另外，表1 表IlB中的物体位置是距圆顶形状的罩13的物体侧的面的面顶的距离。实施例1图IA是本实施方式的实施例1的物镜光学系统的剖视图。图IB是在本实施方式的实施例1的物镜光学系统的物体侧配置具有负光焦度的圆顶形状的罩时的剖视图。图IC 是本实施方式的实施例1的物镜光学系统的像差图。表IA是本实施方式的实施例1的物镜光学系统的数值数据。表IB是在本实施方式的实施例1的物镜光学系统的物体侧配置具有负光焦度的圆顶形状的罩时的数值数据。(表 1A)
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权利要求
1.一种物镜光学系统，其特征在于，该物镜光学系统自物体侧依次包括具有负光焦度的第1透镜组、光阑、具有正光焦度的第2透镜组、第3透镜组，上述第1透镜组的最靠近像侧的面由凹面构成， 上述第2透镜组的最靠近像侧的面由非球面构成， 上述第3透镜组的最靠近物体侧的面由凸面构成，上述第2透镜组和上述第3透镜组之间的距离小于上述第1透镜组和上述第2透镜组之间的距离，并满足下述条件式 d_L23/d_L12 < 0. 25 其中，d_L23是上述第2透镜组和上述第3透镜组之间的距离， d_L12是上述第1透镜组和上述第2透镜组之间的距离。
2.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其特征在于，上述物镜光学系统是上述第1透镜组、上述第2透镜组及上述第3透镜组分别由1枚透镜构成的3组3枚结构；构成上述第1透镜组、上述第2透镜组及上述第3透镜组的3枚透镜的所有面具有光焦度。
3.根据权利要求1或2所述的物镜光学系统，其特征在于， 上述第2透镜组和上述第3透镜组还满足下述条件式1.7 < f_L3/f_L2 其中，f_L2是上述第2透镜组的焦距， f_L3是上述第3透镜组的焦距。
4.一种内窥镜用物镜光学系统，其特征在于，包括权利要求1 3中任一项所述的物镜光学系统、及配置在比上述物镜光学系统的上述第1透镜组的最靠近物体侧的面靠近物体侧的罩。
5.根据权利要求4所述的内窥镜用物镜光学系统，其特征在于，上述罩呈在上述物镜光学系统的光轴上具有负光焦度的圆顶形状，并满足下述条件式100 < f_d/f 其中，f_d是上述罩的焦距，f是未配置有上述罩的状态下的物镜光学系统整个系统的焦距。
6.根据权利要求4所述的内窥镜用物镜光学系统，其特征在于，上述内窥镜用物镜光学系统还包括配置在上述物镜光学系统的周边的照明构件， 上述罩呈在上述物镜光学系统的光轴上不具有光焦度的平板形状，并以覆盖上述物镜光学系统和上述照明构件的方式配置。
全文摘要
本发明提供一种物镜光学系统。该物镜光学系统自物体侧依次包括具有负光焦度的第1透镜(L1)、光阑(S)、具有正光焦度的第2透镜(L2)、第3透镜(L3)，第1透镜(L1)的最靠近像侧的面(2)由凹面构成，第2透镜(L2)的最靠近像侧的面(6)由非球面构成，第3透镜(L3)的最靠近物体侧的面(7)由凸面构成，第2透镜(L2)和第3透镜(L3)之间的距离(d_L23)小于第1透镜(L1)和第2透镜(L2)之间的距离(d_L12)，并满足条件式d_L23/d_L12＜0.25。
文档编号G02B13/04GK102449525SQ20108002330
公开日2012年5月9日 申请日期2010年7月16日 优先权日2009年9月1日
发明者折原达也, 鹈泽勉 申请人:奥林巴斯医疗株式会社