物镜光学系统和使用其的内窥镜装置制造方法
【专利摘要】在物镜光学系统中，一边抑制关于光阑前的第一透镜群由制造上的问题导致的透镜面的歪倒和偏心所产生的视场角的变化和像差的发生，一边进行宽视场角化。其构成方式为，从物体侧顺次配置负的第一透镜群(G1)、光阑(St)、正的第二透镜群(G2)，并且，第一透镜群(G1)从物体侧顺次配置负的作为单透镜的第一透镜(L1)及负的接合透镜(LS1)而成，该接合透镜(LS1)是通过将正透镜与负透镜接合而成的，第二透镜群(G2)从物体侧顺次配置正的作为单透镜的第四透镜(L4)及正的接合透镜(LS2)而成，该接合透镜(LS2)是通过将正透镜与负透镜接合而成的，再有，同时满足条件式(1)：-1.5＜f123/f＜-0.5，条件式(2)：1.8＜f456/f＜2.1。其中，f为透镜全系的合成焦距，f123为第一群(1G)的合成焦距，f456为第二群(2G)的合成焦距。
【专利说明】物镜光学系统和使用其的内窥镜装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种将第一透镜群和第二透镜群以其间夹有光阑的方式配置的物镜光学系统、以及使用了该物镜光学系统的内窥镜装置。
【背景技术】
[0002]随着近年来的摄像元件的高密度化，摄像元件的光接收面尺寸也变小。例如，在内窥镜装置中，使用着在尺寸小的光接收面上使表示被摄物体的光学像成像的宽视场角的物镜光学系统。在此，若在使物镜光学系统的后截距一定的状态下，即，用于插入光路变换棱镜等的空间的大小不变更而减小光学像的尺寸下，则视场角变窄。因此，已知有采用反远距型的光学系统、使在最靠物体侧所配置的负透镜的像侧透镜面的曲率半径减少而实现宽视场角化的内窥镜用的物镜光学系统(参照专利文献1、2、3)。还有，负透镜意思是具有负光焦度的透镜。另外，像侧透镜面意思是配置在透镜的像侧的透镜面。
[0003]【先行技术文献】[0004]【专利文献】
[0005]【专利文献I】特开2008-257108号公报
[0006]【专利文献2】特开2008-257109号公报
[0007]【专利文献3】特开2004-205779号公报
[0008]可是，如上述这样通过物镜光学系统的在最靠物体侧所配置的负透镜的像侧透镜面的曲率半径的减小，虽然能够实现宽视场角化，但曲率半径越减小而像面弯曲越溢偏(过度校正)的倾向存在。作为校正该像面弯曲的方法，已知有对于比光阑更靠物体侧所配置的接合透镜赋予正光焦度的方法。
[0009]但是，若是如此，则承担宽视场角化的效果的构成要素集中在I个透镜面(上述的在最靠物体侧所配置的负透镜的像侧透镜面)上，若该透镜面即使稍微发生歪倒和偏心等，则视场角的大小显著变化或像差显著增大，因此实际制造的物镜光学系统，达不到既定的光学性能、即既定的视场角(宽视场角)，或畸变和像面弯曲严重发生。
[0010]因此，就有了这样的要求，即，使用按照不使承担宽视场角化的效果的构成要素集中在I个透镜面上的方式构成的物镜光学系统。
【发明内容】
[0011]本发明鉴于上述情况而形成，其目的在于，提供一种物镜光学系统和使用了它的内窥镜装置，其能够一边抑制关于光阑前的第一透镜群由制造上的问题导致的透镜面的歪倒和偏心所产生的视场角的变化和像差的发生，一边进行宽视场角化。
[0012]本发明的物镜光学系统，其特征在于，从物体侧顺次由拥有负光焦度的第一透镜群、光阑、拥有正光焦度的第二透镜群构成，第一透镜群从物体侧顺次由负的单透镜、及将正透镜与负透镜接合而成的拥有负光焦度的接合透镜构成，第二透镜群从物体侧顺次由正的单透镜、及将正透镜与负透镜接合而成的拥有正光焦度的接合透镜构成，同时满足条件式(I):-1.5 < fl23/f < -0.5，条件式(2):1.8 < f456/f < 2.1。其中，f 为透镜全系的合成焦距，Π23为第一群的合成焦距，f456为第二群的合成焦距。
[0013]所述物镜光学系统，优选满足条件式(la):-l.4 < fl23/f < -0.6，更优选满足条件式(lb):-l.3 < fl23/f < -0.7。
[0014]所述物镜光学系统优选满足条件式(2a):1.84 < f456/f < 2.1，更优选满足条件式(2b):1.86 < f456/f < 2.0。
[0015]构成所述物镜光学系统的第一透镜群的所述接合透镜，能够从物体侧顺次由使像侧为凸面的正透镜、及负透镜构成。
[0016]构成所述物镜光学系统的第二透镜群的所述接合透镜，能够从物体侧顺次由正透镜、及使凸面朝向像侧的负的弯月透镜构成，或者，能够从物体侧顺次由负透镜、及使像侧为凸面的正透镜构成。
[0017]所述物镜光学系统，优选满足条件式(3):n/f < -1.1，更优选满足条件式(3a):-l.5 < fl/f < -1.1，进一步优选满足条件式(3b):-1.4 < fl/f < -1.2。
[0018]其中，Π为在最靠物体侧所配置的透镜的焦距，f为透镜全系的焦距。
[0019]所述物镜光学系统，优选满足条件式(4):1.92 < f2-6/f < 3，更优选满足条件式(4a):1.92 < f2-6/f < 2.5，进一步优选满足条件式(4b):1.92 < f2-6/f < 2.2。
[0020]其中，f2-6为仅将在最靠物体侧所配置的透镜除去后的其他的透镜的合成焦距。
[0021]所述物镜光学系统，能够用于内窥镜用物镜光学系统。
[0022]本发明的内窥镜装置，其特征在于，具备所述物镜光学系统。
[0023]所述物镜光学系统，由技术实质上的2个透镜群构成。还有，所谓“由技术实质上的2个透镜群构成”，是指除了 2个透镜群以外，也包括具有实质上没有光焦度的透镜、光阑和保护玻璃等透镜以外的光学零件、透镜凸缘、透镜镜筒、摄像元件，手抖补偿机构等的机构部分等的情况。
[0024]所述物镜光学系统，由技术实质上的6片透镜构成。还有，所谓“由技术实质上的6片透镜构成”，是指除了 6片透镜以外，也包括具有实质上没有光焦度的透镜、光阑和保护玻璃等透镜以外的光学零件、透镜凸缘、透镜镜筒、摄像元件、手抖补偿机构等的机构部分等的情况。
[0025]如此，就物镜光学系统而言，可以只由2个透镜群和6片透镜构成，或者，除了 2个透镜群和6片透镜以外，也可以拥有实质上不具备光焦度的透镜和透镜以外的光学零件
坐寸ο
[0026]还有，关于含有接合透镜时的透镜片数，接合η片透镜而成的接合透镜，作为由η片透镜构成的接合透镜来计算其透镜片数。
[0027]单透镜意思是I片透镜。即，单透镜意思是没有被接合的单独的透镜。
[0028]物镜光学系统使用非球面时，非球面的凹凸、非球面的光焦度的正负、和非球面的曲率半径的正负，由该非球面的近轴区域的凹凸、光焦度的正负、和曲率半径的正负规定。
[0029]还有，负透镜意思是具有负光焦度的透镜，正透镜意思是具有正光焦度的透镜。另夕卜，像侧透镜面，意思是配置在透镜的像侧的透镜面。
[0030]根据本发明的物镜光学系统和使用了它的内窥镜装置，为如下透镜构成:从物体侧顺次配置拥有负光焦度的第一透镜群、光阑、拥有正光焦度的第二透镜群，第一透镜群从物体侧顺次由负的单透镜、及将正透镜与负透镜接合而成的拥有负光焦度的接合透镜构成，第二透镜群从物体侧顺次由正的单透镜、及将正透镜与负透镜接合而成的拥有正光焦度的接合透镜构成。承担宽视场角化的效果的构成要素，主要是最靠物体侧的透镜，但通过使光阑前的接合透镜的光焦度为负，使该宽视场角化的效果从最靠物体侧的透镜向光阑前的接合透镜分散。另外，通过以满足条件式(I):-1.5 < fl23/f < -0.5的方式构成，可由第一透镜群取得像面弯曲校正与宽视场角化的平衡。因为由第一透镜群的校正，后截距变短，所以对于这部分，通过以满足条件式(2):1.8 < f456/f < 2.1的方式构成而调节第二透镜群的焦距，进行后截距的校正。通过同时满足条件式(I)、(2)，能够针对光阑前的第一透镜群，一边抑制由制造上的问题导致的透镜面的歪倒和偏心所产生的视场角的变化和像差的发生，一边实现宽视场角化。
[0031]S卩，通过以上述方式构成物镜光学系统，因为能够使承担宽视场角化的效果的构成要素分散到比光阑更靠物体侧所配置的多个透镜面，所以即使在I个透镜面发生歪倒和偏心等，视场角的大小也不会显著变化。另外，即使承担宽视场角化的效果的上述多个透镜面分别发生一些歪倒和偏心，其通常也是随机发生，由各透镜面的歪倒和偏心引起的视场角的变化被抵消，因此能够抑制物镜光学系统的视场角的变化。
[0032]另外，通过以满足条件式(I)的方式构成物镜光学系统，能够决定第一透镜群的焦距的调节范围，能够通过在该调节范围内的调节，一边减小崎变和像面弯曲一边实现闻视场角化。
[0033]若以高于条件式(I)的上限的方式构成物镜光学系统，则畸变增大，并且像面弯曲发生，像面向溢偏侧(过度校正)一侧歪倒。另一方面，若以低于条件式(I)的下限的方式构成物镜光学系统，则视场角变小，并且后截距变短，像面向欠偏侧(校正不足)一侧歪倒。
[0034]此外，通过以满足条件式(2)的方式构成物镜光学系统，能够决定第二透镜群的焦距的调节范围，通过在该调节范围内的调节，能够使在宽视场角化下有变短的倾向的后截距得以延长，如此对第二透镜群的焦距进行调节。
[0035]若高于条件式(2)的上限，则视场角变小。另一方面，若低于条件式⑵的下限，则后截距变短。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1是表示具备本发明的实施方式的物镜光学系统的内窥镜装置的概略构成的剖面图
[0037]图2是将实施例1的物镜光学系统的概略构成与光路一起示出的剖面图
[0038]图3是将实施例2的物镜光学系统的概略构成与光路一起示出的剖面图
[0039]图4是将实施例3的物镜光学系统的概略构成与光路一起示出的剖面图
[0040]图5是将实施例4的物镜光学系统的概略构成与光路一起不出的剖面图
[0041]图6是将实施例5的物镜光学系统的概略构成与光路一起不出的剖面图
[0042]图7是将实施例6的物镜光学系统的概略构成与光路一起示出的剖面图
[0043]图8是将实施例7的物镜光学系统的概略构成与光路一起示出的剖面图
[0044]图9是将实施例8的物镜光学系统的概略构成与光路一起示出的剖面图[0045]图10是实施例1的物镜光学系统的像差图
[0046]图11是实施例2的物镜光学系统的像差图
[0047]图12是实施例3的物镜光学系统的像差图
[0048]图13是实施例4的物镜光学系统的像差图
[0049]图14是实施例5的物镜光学系统的像差图
[0050]图15是实施例6的物镜光学系统的像差图
[0051]图16是实施例7的物镜光学系统的像差图
[0052]图17是实施例8的物镜光学系统的像差图
【具体实施方式】
[0053]以下，对于本发明的物镜光学系统和使用了它的内窥镜装置参照附图进行说明。
[0054]图1是表示具备本发明的实施方式的物镜光学系统的内窥镜装置的概略构成的剖面图。还有，图1中的箭头X、Y、Z，是表示彼此正交的三个方向，箭头Z方向表示与光轴Zl相同的方向。还有，光轴Zl是与通过构成物镜光学系统的各透镜面的面顶部的直线一致的轴。
[0055]图示的第一实施方式的内窥镜装置201，具备作为CXD和CMOS等的固体摄像元件的摄像元件210和第一实施方式的物镜光学系统101。还有，图1表示内窥镜装置201的插入到体腔内的部位的前端部。
[0056]沿着对于单焦点的物镜光学系统101所确定的光轴Zl传播的光,被光路变换棱镜Pr折转大致90度而朝向摄像元件210的方向。摄像元件210的光接收面210J，按照相对于光轴Zl而平行的方式配置。
[0057]摄像元件210，将通过单焦点的物镜光学系统101而在光接收面2IOJ上成像的表示被摄物体I的光学像Irn转换成电信号，且输出表示该光学像Im的图像信号Gs。
[0058]上述物镜光学系统101，其特征在于，从物体侧(图中箭头-Z方向的一侧)顺次配置拥有负光焦度的第一透镜群G1、光阑St、拥有正光焦度的第二透镜群G2而成。第一透镜群G1，从物体侧顺次配置具有负光焦度的作为单透镜的第一透镜LI及接合透镜LSl而成，该接合透镜LSl通过将具有正光焦度的透镜与具有负光焦度的透镜接合而成且整体上拥有负光焦度；第二透镜群G2，从物体侧顺次配置具有正光焦度的作为单透镜的第四透镜L4及接合透镜LS2而成，该接合透镜LS2将具有正光焦度的透镜与具有负光焦度的透镜接合而成且整体上拥有正光焦度。
[0059]还有，物镜光学系统101，除了上述构成以外，还同时满足条件式⑴:-1.5
<fl23/f < -0.5和条件式(2):1.80 < f456/f < 2.1。其中，f为透镜全系的合成焦距，Π23为第一群的合成焦距，f456为第二群的合成焦距。
[0060]还有，该物镜光学系统101不限于内窥镜装置，也能够作为其他的装置的物镜使用。
[0061]该物镜光学系统101，优选满足条件式(la):_1.4 < fl23/f < -0.6，更优选满足条件式(lb):-1.3<fl23/f <-0.7。同样，物镜光学系统101，优选满足条件式(2a):1.84
<f456/f < 2.1，更优选满足条件式(2b):1.86 < f456/f < 2.0。
[0062]还有，关于条件式(Ia)和(Ib)的作用效果与上述的条件式(I)的情况一样。另外，关于条件式(2a)和(2b)的作用效果与上述的条件式(2)的情况一样。
[0063]就上述物镜光学系统101而言，构成第一透镜群Gl的接合透镜LSl，能够从物体侧顺次配置使像侧(图中箭头+Z方向的侧)为凸面的具有正光焦度的第二透镜L2、具有负光焦度的第三透镜L3而成。如果第二透镜L2使像侧为凸面并具有正光焦度，则能够充分增长后截距，更容易地在后截距所对应的光路中插入光路变换棱镜Pr和滤光片Lf等的不具备光焦度的光学零件LL。
[0064]另外，就物镜光学系统101而言，构成第二透镜群G2的接合透镜LS2，能够从物体侧顺次配置具有正光焦度的第五透镜L5、使凸面朝向像侧的具有负光焦度的作为弯月透镜的第六透镜L6而成。如果以此方式构成接合透镜LS2，能够得到良好的远心性，能够使主光线相对于光接收面2IOJ大体垂直地入射。
[0065]另外，就物镜光学系统101而言，构成第二透镜群G2的接合透镜LS2，能够从物体侧顺次配置具有负光焦度的第五透镜L5、使像侧为凸面的具有正光焦度的第六透镜L6而成。如果以此方式构成接合透镜LS2，则与上述情况同样，能够获得良好的远心性，能够使主光线相对于光接收面2IOJ大体垂直地入射。
[0066]另外，物镜光学系统101，优选满足条件式(3):fl/f < -1.1，更优选满足条件式(3a):-l.5 < fl/f < -1.1，进一步优选满足条件式(3b):1.4 < fl/f < -1.2。其中，fl 为在最靠物体侧所配置的透镜的焦距，f为透镜全系的焦距。
[0067]如果满足条件式(3)，则可以实现视场角130~140度的宽视场角化。
[0068]在此，若高 于条件式(3)的上限，则视场角虽然变大，但通过第一透镜LI的光线高度变高，不得不增大第一透镜LI的外径。另一方面，若低于条件式(3)的下限，则视场角变小，难以达成该物镜光学系统101所要求的宽视场角化。还有，关于条件式(3a)和(3b)的作用效果也与上述条件式(3)的情况一样。
[0069]另外，物镜光学系统101，优选满足条件式(4):1.92 < f2_6/f < 3，更优选满足条件式(4a):1.92 < f2-6/f < 2.5，进一步优选满足条件式(4b):1.92 < f2_6/f < 2.2。其中，f2-6为仅将在最靠物体侧所配置的第一透镜LI除去后的其他的透镜的合成焦距。即，f2-6为第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6的合成焦距。
[0070]在此，若高于条件式(4)的上限，则视场角变小，难以达成该物镜光学系统101所要求的宽视场角化。另一方面，若低于条件式(4)的下限，则后截距变短，向该后截距所对应的光路中插入和配置不具备光焦度的光学零件LL(例如，光路变换棱镜Pr和滤光片Lf等)变得困难。还有，关于条件式(4a)和(4b)的作用效果也与上述的情况一样。
[0071]【实施例】
[0072]接下来，对于表示本发明的物镜光学系统的具体的数值数据的实施例1~8，参照图2~9、图10~17、表1~8和表9归纳说明。还有，与表示上述的物镜光学系统101的图1中的符号一致的图2~9中的符号,表不了相互对应的构成要素。
[0073]<实施例1>
[0074]图2是将实施例1的物镜光学系统的概略构成与通过该物镜光学系统的光束的光路一起示出的剖面图。
[0075]实施例1的物镜光学系统，以满足上述全部条件式(I)~(4)的方式构成。构成该实施例1的物镜光学系统的第二透镜群G2的接合透镜LS2，与后述的实施例2的物镜光学系统不同，从物体侧顺次配置具有正光焦度的第五透镜L5、使凸面朝向像侧的具有负光焦度的作为弯月透镜的第六透镜L6而成。
[0076]表1表示实施例1的物镜光学系统的透镜数据。在表1所示的透镜数据中，面编号i表示使在最靠物体侧所配置的面为第一号而随着朝向像侧所依次增加的第i号(i =1、2、3、…)的面Si的面编号。还有，在表1的透镜数据中，也包含孔径光阑St、不具备光焦度的光学零件LL (例如，光路变换棱镜和滤光片等)、和形成光学像Im的成像面并附加面编号。
[0077]表1中的标记Ri表示第i号(i = 1、2、3、…)面的曲率半径，标记Di表示第i (i=1、2、3、...)号面和第i+Ι号面在光轴Zl上的面间隔。标记Ri和标记Di对应表示透镜面和光阑等的标记Si (i = 1、2、3、...)和编号。还有，在表1中，曲率半径和面间隔的单位是_，且曲率半径在向物体侧凸时为正、在向像侧凸时为负。
[0078]表1中的标记Ndj表不将最靠物体侧的光学零件设为第一号而随着朝向像侧所依次增加的第j号(j = 1、2、3、…)的光学零件对d线(波长587.6nm)的折射率,vdj表示第j号光学零件对d线的阿贝数。
[0079]还有，上述这样的光学系统，一般使透镜等的光学零件的尺寸按比例放大或按比例缩小，也可以维持既定的性能，因此在使上述透镜数据全体按比例放大或按比例缩小的物镜光学系统中，也能够作为本发明的实施例。
[0080]【表1】
【权利要求】
1.一种物镜光学系统，其特征在于，从物体侧顺次由拥有负光焦度的第一透镜群、光阑、拥有正光焦度的第二透镜群构成， 所述第一透镜群，从物体侧顺次由负的单透镜、及将正透镜与负透镜接合而成的拥有负光焦度的接合透镜构成， 所述第二透镜群，从物体侧顺次由正的单透镜、及将正透镜与负透镜接合而成的拥有正光焦度的接合透镜构成， 同时满足以下的条件式(I)、⑵:
-1.5 < fl23/f < -0.5...(I)
.1.8 < f456/f < 2.1...(2) 其中， f:透镜全系的合成焦距， f23:第一群的合成焦距， f456:第二群的合成焦距。
2.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其特征在于， 构成所述第一透镜群的所述接合透镜，从物体侧顺次由使像侧为凸面的正透镜、及负透镜构成。
3.根据权利要求1或2所述的物镜光学系统，其特征在于， 构成所述第二透镜群的所述接合透镜，从物体侧顺次由正透镜、及使凸面朝向像侧的负弯月透镜构成。
4.根据权利要求1或2所述的物镜光学系统，其特征在于， 构成所述第二透镜群的所述接合透镜，从物体侧顺次由负透镜、及使像侧为凸面的正透镜构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的物镜光学系统，其特征在于， 满足以下的条件式⑶:
fl/f < -1.1...(3) 其中， fl:在最靠物体侧所配置的透镜的焦距， f:透镜全系的焦距。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的物镜光学系统，其特征在于， 满足以下的条件式⑷:
.1.92 < f2-6/f < 3...(4) 其中， f2-6:仅将在最靠物体侧所配置的透镜除去后的其他的透镜的合成焦距。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的物镜光学系统，其特征在于， 满足以下的条件式(Ia):
-1.4 < fl23/f < -0.6...(Ia)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的物镜光学系统，其特征在于， 满足以下的条件式(2a):
.1.84 < f456/f < 2.1...(2a)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的物镜光学系统，其特征在于， 满足以下的条件式(Ib):
-1.3 < fl23/f < -0.7...(Ib)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的物镜光学系统，其特征在于， 满足以下的条件式(2b):
1.86 < f456/f < 2.0...(2b)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的物镜光学系统，其特征在于， 满足以下的条件式(3a):
-1.5 < fl/f < -1.1...(3a)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的物镜光学系统，其特征在于， 满足以下的条件式(3b):
-1.4 < fl/f < -1.2...(3b)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的物镜光学系统，其特征在于， 满足以下的条件式(4a):
1.92 < f2-6/f < 2.5...(4a)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的物镜光学系统，其特征在于， 满足以下的条件式(4b):
1.92 < f2-6/f < 2.2...(4b)。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的物镜光学系统，其特征在于， 所述物镜光学系统用于内窥镜用物镜光学系统。
16.一种内 窥镜装置，其特征在于，具备权利要求1至15中任一项所述的物镜光学系统。
【文档编号】G02B13/04GK103959127SQ201280053364
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年10月31日 优先权日:2011年11月1日
【发明者】原田惠介, 石井良明 申请人:富士胶片株式会社