JP6401103B2 - 内視鏡用対物レンズおよび内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡用対物レンズおよびこの内視鏡用対物レンズを備えた内視鏡に関するものである。

従来、医療分野において先端部分に撮像装置が内蔵された長尺の挿入部を被検者の口や鼻等から挿入して体腔内を撮像する挿入型の内視鏡が普及している。このような内視鏡に使用可能な対物レンズとしては例えば下記特許文献１〜３に記載のものが知られている。特許文献１、２にはレンズ枚数が４枚のレンズ系が記載されており、特許文献３にはレンズ枚数が４〜６枚のレンズ系が記載されている。

特開平９−２６９４５０号公報 特許第３５７４４８４号公報 特開２００９−８０４１３号公報

内視鏡は被検者の負担を軽減するために細径化や小型化が望まれていることから、内視鏡用対物レンズに対しても小型な構成が望まれている。さらに、内視鏡用対物レンズには病変の発見率を向上させるため広範囲を観察可能な広角レンズ系であることが求められており、近年ではより広角化が望まれる傾向にある。

しかしながら、特許文献１、２に記載の内視鏡用対物レンズはレンズ系全長が長く、画角が狭い構成となっている。特許文献３に記載の内視鏡用対物レンズは、特許文献１、２に記載の内視鏡用対物レンズより広角であるが、近年ではさらに広角化が図られたレンズ系を要請される場合がある。

また、一般には広角になるほど倍率色収差が大きくなりやすいが、近年の電子内視鏡に搭載されている撮像素子の高画素化を考慮すると、倍率色収差を含めた諸収差が補正されて良好な光学性能を有することも求められる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型に構成され、広角でありながら、倍率色収差を含む諸収差が抑えられて良好な光学性能を実現可能な内視鏡用対物レンズ、およびこの内視鏡用対物レンズを備えた内視鏡を提供することを目的とするものである。

本発明の内視鏡用対物レンズは、物体側から順に、前群と、開口絞りと、全体として正の屈折力を有する後群とからなり、前群が、物体側から順に、物体側の面の曲率半径の絶対値よりも像側の面の曲率半径の絶対値が小さい負の屈折力を有する第１レンズと、少なくとも１枚の平行平面板とからなり、後群が、物体側から順に、正の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズとから実質的になり、第３レンズと第４レンズは接合されて接合レンズを構成し、接合レンズの接合面は像側に凸面を向けており、下記条件式（１）、（２ａ）、（３）全てを満足するものである。

−０．９＜ｆ／ｆ１≦−０．７６７ （２ａ）
−２．９＜Ｄｓｃ／ＲＣ＜−１ （３）
ただし、
ｆは全系の焦点距離、
ｋは前群が有する平行平面板の総数、
ｉは１からｋまでの自然数、
ｔｉは前群の物体側からｉ番目の平行平面板の光軸上の厚み、
Ｎｄｉは前群の物体側からｉ番目の平行平面板のｄ線に対する屈折率、
νｄｉは前群の物体側からｉ番目の平行平面板のｄ線基準のアッベ数、
ｆ１は第１レンズの焦点距離、
Ｄｓｃは開口絞りから接合レンズの接合面までの光軸上の距離、
ＲＣは接合レンズの接合面の曲率半径
である。

本発明の内視鏡用対物レンズにおいては、下記条件式（１−１）を満足することが好ましい。

本発明の内視鏡用対物レンズにおいては、下記条件式（２−１ａ）を満足することが好ましい。
−０．８＜ｆ／ｆ１≦−０．７６７ （２−１ａ）

本発明の内視鏡用対物レンズにおいては、下記条件式（３−１）を満足することが好ましい。
−２．７＜Ｄｓｃ／ＲＣ＜−１．２ （３−１）

本発明の内視鏡用対物レンズにおいては、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
ただし、ｋ、ｉ、Ｎｄｉ、ｔｉの記号の意味は上述したものと同じであり、ｍｍは長さの単位のミリメートルである。

本発明の内視鏡用対物レンズにおいては、下記条件式（５）を満足することが好ましく、下記条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
ただし、ｆ、ｋ、ｉ、Ｎｄｉ、ｔｉの記号の意味は上述したものと同じである。

本発明の内視鏡用対物レンズにおいては、第１レンズおよび最も物体側の平行平面板は、最も物体側の平行平面板より像側の光学部材に対して分離可能に構成されていることが好ましい。

また、本発明の内視鏡用対物レンズにおいては、第１レンズは平面部を有し、平面部と最も物体側の平行平面板とが光軸方向に当接していることが好ましい。その場合は、下記条件式（６）を満足することが好ましく、下記条件式（６−１）を満足することがより好ましい。
０．４＜（Ｒ２−Ｄ２）／ｆ＜１ （６）
０．５＜（Ｒ２−Ｄ２）／ｆ＜０．８５ （６−１）
ただし、
Ｒ２：第１レンズの像側のレンズ面の曲率半径
Ｄ２：第１レンズと最も物体側の平行平面板との光軸上の空気間隔

本発明の内視鏡用対物レンズにおいては、前群が有する平行平面板は２枚のみとしてもよい。

本発明の内視鏡は、本発明の内視鏡用対物レンズを備えたものである。

なお、上記の「〜から実質的になり」の「実質的に」とは、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラス等レンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル等を含んでもよいことを意図するものである。

なお、上記の屈折力の符号、面形状、曲率半径は、非球面が含まれているものについては近軸領域で考えるものとする。曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた形状のものを正とし、像側に凸面を向けた形状のものを負とすることにする。また、上記の焦点距離はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するものである。

本発明によれば、レンズ枚数を４枚とし、平行平面板を含むレンズ系において、各光学要素の構成を好適に設定し、さらに、平行平面板の材料と厚み、最も物体側のレンズの焦点距離、接合レンズの接合面等に関する条件式を満足するようにしているため、小型に構成され、広角でありながら、倍率色収差を含む諸収差が抑えられて良好な光学性能を実現可能な内視鏡用対物レンズ、およびこの内視鏡用対物レンズを備えた内視鏡を提供することができる。

本発明の実施例１の内視鏡用対物レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例２の内視鏡用対物レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例３の内視鏡用対物レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例４の内視鏡用対物レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例５の内視鏡用対物レンズの構成と光路を示す断面図である。 図１の内視鏡用対物レンズの一部を分離可能にした一構成例を示す断面図である。 本発明の実施例１の内視鏡用対物レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。 本発明の実施例２の内視鏡用対物レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。 本発明の実施例３の内視鏡用対物レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。 本発明の実施例４の内視鏡用対物レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。 本発明の実施例５の内視鏡用対物レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。 本発明の実施形態に係る内視鏡の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１〜図５は、本発明の実施形態に係る内視鏡用対物レンズの構成と光路を示す断面図であり、それぞれ後述の実施例１〜５に対応している。図１〜図５に示す例の基本構成や図示方法は同様であるため、以下では主に図１に示す例を参照しながら説明する。図１では、左側が物体側、右側が像側であり、光路は軸上光束２および最大画角の軸外光束３について示し、最大全画角の半値ωも図示している。

この内視鏡用対物レンズは、光軸Ｚに沿って物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群ＧＦと、開口絞りＳｔと、全体として正の屈折力を有する後群ＧＲとからなる。このように物体側から順に負レンズ群、正レンズ群を配置することでレトロフォーカスタイプの屈折力配置となり、広角化を図ることができる。

図１では後群ＧＲと像面Ｓｉｍとの間に入射面と出射面が平行の光学部材４を配置した例を示している。光学部材４は、光路を折り曲げるための光路変換プリズムおよびフィルタやカバーガラス等を想定したものであり、本発明においては光学部材４を省略した構成も可能である。なお、光路変換プリズムを用いた場合は屈曲光路となるが、理解を容易にするために図１では光路を展開した図を示している。

前群ＧＦは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズＬ１と、少なくとも１枚の平行平面板とからなるように構成される。図１の前群ＧＦは、第１レンズＬ１と、２枚の平行平面板Ｐ１、Ｐ２とからなる。

第１レンズＬ１は、物体側の面の曲率半径の絶対値よりも像側の面の曲率半径の絶対値が小さくなるように構成されており、このような形状とすることで広角化に有利となる。

この内視鏡用対物レンズでは開口絞りＳｔより物体側に平行平面板を配置することで、周辺画角の光線が第１レンズＬ１の物体側の面と交わる点の光軸Ｚからの高さを低くすることができ、第１レンズＬ１の小径化に有利となる。また、平行平面板によるＦ線（波長４８６．１ｎｍ）とＣ線（波長６５６．３ｎｍ）の光路長差により倍率色収差を補正する効果も得られる。平行平面板は上記作用を持ちながら近軸屈折力が無いため、偏心した場合に光学性能に与える影響はレンズに比べ小さい。具体的には、平行平面板は、平行偏心しても像の劣化が生じることは無く、傾き誤差の許容量はレンズに比べ大きくすることができる。このため、組み立てが容易であり、良好な光学性能の実現に貢献できる。なお、ここでいう平行偏心とは光軸Ｚに垂直な方向の移動を意味し、傾きとは光軸Ｚを含む断面内での回転を意味する。

後群ＧＲは全体として正の屈折力を有するレンズ群であり、これにより全系の屈折力を正に保つことが可能となる。後群ＧＲは、物体側から順に、正の屈折力を有する第２レンズＬ２と、正の屈折力を有する第３レンズＬ３と、負の屈折力を有する第４レンズＬ４とから実質的になり、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４は接合されて接合レンズＣＥを構成する。

後群ＧＲの正の屈折力を上記のように２つに分割することで、球面収差、歪曲収差の補正に有効となる。また、接合レンズＣＥを像側に配置することにより、接合レンズＣＥの接合面での周辺光線の高さが高くなり、倍率色収差と軸上色収差の良好な補正を両立させることが容易となる。

接合レンズＣＥの接合面は像側に凸面を向けた形状となるように構成される。これにより、非点収差の発生を抑制でき、また、球面収差の補正が容易となる。

この内視鏡用対物レンズは、下記条件式（１）〜（３）全てを満足するように構成される。
−０．９＜ｆ／ｆ１＜−０．５ （２）
−２．９＜Ｄｓｃ／ＲＣ＜−１ （３）
ただし、
ｆは全系の焦点距離、
ｋは前群が有する平行平面板の総数、
ｉは１からｋまでの自然数、
ｔｉは前群の物体側からｉ番目の平行平面板の光軸上の厚み、
Ｎｄｉは前群の物体側からｉ番目の平行平面板のｄ線に対する屈折率、
νｄｉは前群の物体側からｉ番目の平行平面板のｄ線基準のアッベ数、
ｆ１は第１レンズの焦点距離、
Ｄｓｃは開口絞りから接合レンズの接合面までの光軸上の距離、
ＲＣは接合レンズの接合面の曲率半径
である。

前群ＧＦの物体側からｉ番目の平行平面板のＦ線、Ｃ線に関する屈折率をそれぞれＮＦｉ、ＮＣｉとすると、条件式（１）の物理量は以下のように書き換えることができる。

上式からわかるように、条件式（１）は平行平面板によるＦ線とＣ線の光路長差を全系の焦点距離で規格化した値の好適な範囲を示すものである。Ｆ線の入射瞳位置はＣ線の入射瞳位置より物体側になるため、第１レンズＬ１におけるＦ線の主光線の高さがＣ線の主光線の高さより低くなる。条件式（１）の下限以下にならないようにすることで、第１レンズＬ１によって発生する倍率色収差を補正することができ、広角化に有利となる。一般に、高屈折率かつ高分散の光学材料は短波長の光を吸収しやすいという性質、すなわち、着色度が悪いという性質を有するが、条件式（１）の上限以上にならないようにすることで、着色度が悪い材料を避けたり、平行平面板の厚みを薄くしたりすることができ、光学材料の着色による短波長領域の光線の吸収量を抑制することができる。

条件式（２）は第１レンズＬ１の屈折力に関する式である。条件式（２）の下限以下にならないようにすることで、第１レンズＬ１の屈折力を抑えることができ、バックフォーカス、レンズ系全長が長くなるのを防ぐことができる。また、条件式（２）の下限以下にならないようにすることで、倍率色収差を抑えることができるとともに、第１レンズＬ１の平行偏心の許容量、傾き誤差の許容量を大きくすることができる。条件式（２）の上限以上にならないようにすることで、前群ＧＦから後群ＧＲに入射する周辺画角の主光線の光軸Ｚに対する角度を減じることができ、広角化に有利となる。

条件式（３）は接合レンズＣＥに関する式である。条件式（３）の下限以下にならないようにすることで、軸上色収差の補正およびレンズ系全長の短縮に有利となり、また、高画角で非点収差が補正過剰になるのを防ぐことができ広角化に有利となる。条件式（３）の上限以上にならないようにすることで、倍率色収差の補正に有利となる。

広角のレンズ系においてレンズ枚数を抑えて小型に構成するためには倍率色収差の補正が重要になる。条件式（１）を満足するように開口絞りＳｔより物体側に配置する平行平面板の厚さおよび分散を適切に選択すること、条件式（２）を満足するように第１レンズＬ１の屈折力を適切な範囲内に保つこと、条件式（３）を満足するように開口絞りＳｔより像側の接合面の位置と曲率半径を適切に選択すること、の３つの事項によって少ないレンズ枚数で倍率色収差を良好に抑えることができる。

なお、条件式（１）に関する上記効果をさらに高めるためには下記条件式（１−１）を満足することが好ましい。

条件式（２）に関する上記効果をさらに高めるためには下記条件式（２−１）を満足することが好ましい。
−０．８＜ｆ／ｆ１＜−０．６ （２−１）

条件式（３）に関する上記効果をさらに高めるためには下記条件式（３−１）を満足することが好ましい。
−２．７＜Ｄｓｃ／ＲＣ＜−１．２ （３−１）

なお、前群ＧＦが有する平行平面板の数は任意に選択可能である。また、同一材料の平行平面板については、厚さの総和が等しければ、近軸諸量、収差図等には何ら影響を与えないため、平行平面板の厚さの総和が重要であり、各々の平行平面板の厚さの比は重要ではない。従って、同一材料の平行平面板については、平行平面板の厚さの総和が維持されていれば、枚数や厚さを自由に変更可能であり、例えば機械部品の構造や配置にとって好適となるように枚数や厚さを適宜変更してもよい。図１の平行平面板Ｐ１、Ｐ２は同一材料からなるものであり、この図１の２枚の平行平面板Ｐ１、Ｐ２を１枚の平行平面板Ｐ１２で置換した例が図５に示す例である。平行平面板Ｐ１２と平行平面板Ｐ１、Ｐ２とは同一材料からなり、平行平面板Ｐ１２の厚さは平行平面板Ｐ１、Ｐ２の厚さの総和と同じである。

前群ＧＦが有する複数の平行平面板は互いに異なる材料で構成することも可能であり、図２の平行平面板Ｐ１、Ｐ２は互いに異なる材料からなる。異なる材料の複数の平行平面板については、多少のパラメータを変更して近軸諸量、諸収差を調整することにより各平行平面板の厚さを変更することが可能である。

この内視鏡用対物レンズは、さらに下記条件式（４）を満足することが好ましい。
ただし、ｋ、ｉ、Ｎｄｉ、ｔｉの記号の意味は上述したものと同じであり、ｍｍは長さの単位のミリメートルである。光学材料における光線の吸収量が問題となるため、条件式（４）は単位を有する式となる。

条件式（４）の下限以下にならないようにすることで、第１レンズＬ１の有効径を小さくすることができる。条件式（４）の上限以上にならないようにすることで、光学材料の着色による短波長領域の光線の吸収量を抑制することができる。

条件式（４）に関する上記効果をさらに高めるためには下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。

また、この内視鏡用対物レンズは、下記条件式（５）を満足することが好ましい。
ただし、ｆ、ｋ、ｉ、Ｎｄｉ、ｔｉの記号の意味は上述したものと同じである。

条件式（５）の下限以下にならないようにすることで、歪曲収差を良好に補正することができる。条件式（５）の上限以上にならないようにすることで、レンズ系全長が長くなるのを抑制することができる。

条件式（５）に関する上記効果をさらに高めるためには下記条件式（５−１）を満足することがより好ましい。

また、この内視鏡用対物レンズは、第１レンズＬ１および最も物体側の平行平面板が、最も物体側の平行平面板より像側の光学部材に対して分離可能な構成とされていることが好ましい。図６にこのように構成した例の断面図を示す。図６に示す内視鏡用対物レンズ１のレンズ構成は、図１に示す内視鏡用対物レンズのものと同じである。図６では理解を容易にするため第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４、平行平面板Ｐ１、Ｐ２に斜線を付している。

図６の例では、第１レンズＬ１と平行平面板Ｐ１とが第１レンズユニット１０を構成し、平行平面板Ｐ２と開口絞りＳｔと第２レンズＬ２と第３レンズＬ３と第４レンズＬ４とが第２レンズユニット２０を構成し、第１レンズユニット１０と第２レンズユニット２０とが内視鏡用対物レンズ１を構成している。

第１レンズユニット１０は第１鏡筒１１内に固定されており、第２レンズユニット２０は第２鏡筒２１内に固定されている。平行平面板Ｐ２と第２レンズＬ２の間には間隔調整部材２２が配置され、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間には間隔調整部材２３が配置されている。第２鏡筒２１は第３鏡筒３１内に固定されており、第３鏡筒３１の像側端部には光路変換プリズム３０が当接され、光路変換プリズム３０の出射面には固体撮像素子８が接合されている。固体撮像素子８としては例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。

第１鏡筒１１の像側の嵌合部１１ａ内部には第２鏡筒２１の物体側の嵌合部２１ａが嵌合されている。第２鏡筒２１の外周には、第１鏡筒１１の像側端部と隙間を置いて対向する位置にフランジ部２１ｂが設けられている。第１鏡筒１１の像側端部とフランジ部２１ｂの間に接着剤ＡＤが充填され、第１鏡筒１１と第２鏡筒２１が互いに接着されている。

接着剤ＡＤは、例えば溶剤や熱や光といった外部刺激によって解体可能な接着剤であり、第１鏡筒１１は第２鏡筒２１に対し分離可能とされている。このような構成を採ることで第１レンズユニット１０は第２レンズユニット２０に対し分離可能となる。第１レンズＬ１に汚損や破損が生じた場合には、接着剤ＡＤを解体除去して第１鏡筒１１を第２鏡筒２１から取り外し、第１レンズユニット１０および第１鏡筒１１を一体的に交換することが可能である。

最も物体側に配置されて外部に露出する第１レンズＬ１は、使用に伴って汚損し、また破損する可能性がある。第１レンズＬ１に汚損や破損が生じた場合に、内視鏡用対物レンズが分離不能に一体に構成されているものでは内視鏡用対物レンズ全体の交換となり、修理費用が嵩む。これに対し、本実施形態のように物体側の一部の光学部材のみが交換可能に構成された内視鏡用対物レンズ１では、交換にかかる費用を抑えることができる。交換される光学部材の数は少ない方がコスト的に有利であり、本実施形態では第１レンズＬ１と平行平面板Ｐ１のみとすることにより、交換される光学部材の数を抑えている。

なお、交換により新たな第１レンズユニット１０を第２レンズユニット２０に結合する際に微小な偏心が生じる虞がある。しかし、本実施形態では、第１レンズユニット１０を構成する２つの光学部材のうち１つを平行平面板としており、上述したように平行平面板の偏心による光学性能への影響はレンズに比べ小さいため、第１レンズユニット１０を２つのレンズで構成したものに比べ、交換時の偏心による光学性能の劣化を少なくすることができる。

また、平行平面板Ｐ１は第１レンズユニット１０の像側を封止することができるため、第１レンズユニット１０と第２レンズユニット２０とを分離させた際に取り扱いが容易になり、ゴミや汚れ等を除去して清掃することが容易になる。同様に、平行平面板Ｐ２は第２レンズユニット２０の物体側を封止することができるため、第１レンズユニット１０と第２レンズユニット２０とを分離させた際に取り扱いが容易になり、メンテナンスが容易になる。また、第２レンズユニット２０の最も物体側の光学部材を平行平面板Ｐ２としているため、第１レンズユニット１０と第２レンズユニット２０とを分離させた際に作業者が開口絞りＳｔに接触することを回避できる。

第１レンズＬ１および最も物体側の平行平面板が、最も物体側の平行平面板より像側の光学部材に対して分離可能な構成とする場合は、前群ＧＦが有する平行平面板は２枚のみとすることが好ましい。このようにした場合は、部品点数を必要最小限に抑えながら、各々の平行平面板により第１レンズＬ１の像側、第２レンズＬ２の物体側それぞれを封止することができ、取り扱いが容易になり、メンテナンスが容易になる。

ここで、第１レンズＬ１は有効径より径方向外側に平面部を有し、平面部と最も物体側の平行平面板とが光軸方向に当接していることが好ましい。図６に示す第１レンズＬ１はその像側の面に、凹形状のレンズ面Ｌ１ａより径方向外側に光軸Ｚに垂直な平面部Ｌ１ｂを有し、平面部Ｌ１ｂと平行平面板Ｐ１とが光軸方向に当接した状態で第１レンズＬ１と平行平面板Ｐ１とが接合剤１２により接合されて第１鏡筒１１内に固定されている。

このように第１レンズＬ１の平面部Ｌ１ｂと平行平面板Ｐ１を当接させた場合は、第１レンズＬ１の傾きが発生するのを防ぐことができ、製造誤差による性能劣化を軽減できる。また、平面部Ｌ１ｂを全周にわたって設け接合剤１２を全周にわたって施した場合には、第１レンズＬ１の像側のレンズ面Ｌ１ａと平行平面板Ｐ１によって形成される空間Ｓを他の部材を用いずに封止して気密に保つことができる。内視鏡用対物レンズ１は、例えば外部に露出する第１レンズＬ１の物体側の面に付着した汚れを除去するための送水などによって冷却されるが、空間Ｓを気密とすることにより、空間Ｓへの湿気の浸入を抑制し、結露の発生を抑制することができる。

第１レンズＬ１の平面部Ｌ１ｂと平行平面板Ｐ１を当接させる場合は、下記条件式（６）を満足することが好ましい。
０．４＜（Ｒ２−Ｄ２）／ｆ＜１ （６）
ただし、
Ｒ２：第１レンズの像側のレンズ面の曲率半径
Ｄ２：第１レンズと最も物体側の平行平面板との光軸上の空気間隔

条件式（６）の（Ｒ２−Ｄ２）が０より大きな値をとれば、第１レンズの像側のレンズ面が球面の場合は平面部Ｌ１ｂと平行平面板Ｐ１との当接が可能となる。条件式（６）の下限以下にならないようにすることで、上記当接を行う際の生産性をより高いものとすることができ、また、コストの点でも有利となる。条件式（６）の上限以上にならないようにすることで、第１レンズＬ１の物体側の面に大きな屈折力を持たせずに第１レンズＬ１に十分な屈折力を持たせることができ、広角化に有利となる。

以上述べた好ましい構成や可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。上記構成を適宜採用することにより、小型で、広角でありながら、倍率色収差を含む諸収差が抑えられて良好な光学性能を有する内視鏡用対物レンズを実現することができる。なお、ここでいう広角とは、最大全画角が１３０°以上のことを意味する。

次に、本発明の内視鏡用対物レンズの数値実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１の内視鏡用対物レンズのレンズ構成と光路は図１に示したものであり、その図示方法については上述したとおりであるので、ここでは重複説明を省略する。表１に実施例１の内視鏡用対物レンズの基本レンズデータを示す。表１のＳｎｏ．の欄には最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加する面番号を示し、Ｒの欄には各面の曲率半径を示し、Ｄの欄には各面とその像側直後の面との光軸Ｚ上の間隔を示す。また、Ｎｄの欄には各構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄの欄には各構成要素のｄ線基準のアッベ数を示す。

曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた面形状のものを正とし、像側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表１の第７面は開口絞りＳｔに対応する面であり、面番号の欄には面番号と（Ｓｔ）という語句を記載している。表１の第１３面〜第１６面は光学部材４に対応する面であり、そのうち第１３面〜第１５面は光路変換プリズムを示す。Ｄの最下欄の値は光学部材４の像側の面と像面Ｓｉｍとの間隔である。

表１の枠外上部には、物体距離（第１レンズＬ１の物体側の面から物体までの光軸上の距離）ＯＢ、全系の焦点距離ｆ、空気換算長でのバックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ωをｄ線基準で示す。図１の光路、表１のＤの最下欄の値、後述の収差図は、物体距離が表１に示す値の場合のものである。

以下に示す各表では、角度の単位には度を用い、長さの単位にはｍｍを用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることも可能である。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。

図７に左から順に、実施例１の内視鏡用対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）に関する収差をそれぞれ黒の実線、長破線、短破線、灰色の実線で示す。非点収差図では、サジタル方向、タンジェンシャル方向のｄ線に関する収差をそれぞれ実線、短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線に関する収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線に関する収差をそれぞれ長破線、短破線、灰色の実線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるため、以下では重複説明を省略する。

［実施例２］
実施例２の内視鏡用対物レンズのレンズ構成図と光路は図２に示したものである。実施例２の内視鏡用対物レンズの基本レンズデータを表２に示し、各収差図を図８に示す。

［実施例３］
実施例３の内視鏡用対物レンズのレンズ構成図と光路は図３に示したものである。実施例３の内視鏡用対物レンズの基本レンズデータを表３に示し、各収差図を図９に示す。

［実施例４］
実施例４の内視鏡用対物レンズのレンズ構成図と光路は図４に示したものである。実施例４の内視鏡用対物レンズの基本レンズデータを表４に示し、各収差図を図１０に示す。表４の面番号に＊印が付いた面は非球面であり、曲率半径の欄には近軸曲率半径の数値を示している。表５にこれら非球面の非球面係数を示す。表５の非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^−ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝４、６、８、１０）の値である。

ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝４、６、８、１０）

［実施例５］
実施例５の内視鏡用対物レンズのレンズ構成図と光路は図５に示したものである。実施例５の第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４は実施例１のものと同じであり、実施例１の２枚の平行平面板Ｐ１、Ｐ２の代わりに実施例５では１枚の平行平面板Ｐ１２を用いている。実施例５の内視鏡用対物レンズの基本レンズデータを表６に示し、各収差図を図１１に示す。

表７に、実施例１〜５の内視鏡用対物レンズの条件式（１）〜（６）の対応値を示す。表７のデータはｄ線に対するものである。

以上のデータからわかるように、実施例１〜５の内視鏡用対物レンズは、全系が有するレンズは４枚のみであり、全系が有する平行平面板は１枚または２枚であり、小型に構成され、全画角が１３０°〜１４０°の範囲にあり広角のレンズ系を実現しながら、倍率色収差を含む諸収差が良好に補正されて高い光学性能を達成している。

次に、本発明の内視鏡用対物レンズが適用される内視鏡の実施形態について図１２を参照しながら説明する。図１２にその内視鏡の概略的な全体構成図を示す。図１２に示す内視鏡１００は、主として、操作部１０２と、挿入部１０４と、コネクタ部（不図示）と接続されるユニバーサルコード１０６とを備える。挿入部１０４の大半は挿入経路に沿って任意の方向に曲がる軟性部１０７であり、この軟性部１０７の先端には湾曲部１０８が連結され、この湾曲部１０８の先端には先端部１１０が連結されている。湾曲部１０８は、先端部１１０を所望の方向に向けるために設けられるものであり、操作部１０２に設けられた湾曲操作ノブ１０９を回動させることにより湾曲操作が可能となっている。先端部１１０の内部先端に本発明の実施形態に係る内視鏡用対物レンズ１が配設される。図１２では内視鏡用対物レンズ１を概略的に図示している。本実施形態の内視鏡は内視鏡用対物レンズ１を備えているため、先端部１１０の小型化を図ることが可能であり、広角で、良好な画像を取得することができる。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数は、上記実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。同様に、前群ＧＦが有する平行平面板の数、厚さ、屈折率も上記実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

また、第１レンズＬ１と最も物体側の平行平面板とが他の光学部材に対して分離可能にした構成について図６を参照しながら説明したが、この構成に用いる機構部材は上記実施形態に限定されず、種々の態様の変更が可能である。

１ 内視鏡用対物レンズ
２ 軸上光束
３ 軸外光束
４ 光学部材
８ 固体撮像素子
１０ 第１レンズユニット
１１ 第１鏡筒
１１ａ、２１ａ 嵌合部
１２ 接合剤
２０ 第２レンズユニット
２１ 第２鏡筒
２１ｂ フランジ部
２２、２３ 間隔調整部材
３０ 光路変換プリズム
３１ 第３鏡筒
１００ 内視鏡
１０２ 操作部
１０４ 挿入部
１０６ ユニバーサルコード
１０７ 軟性部
１０８ 湾曲部
１０９ 湾曲操作ノブ
１１０ 先端部
ＡＤ 接着剤
ＣＥ 接合レンズ
ＧＦ 前群
ＧＲ 後群
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ１ａ レンズ面
Ｌ１ｂ 平面部
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ１２ 平行平面板
Ｓ 空間
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (14)

1. 物体側から順に、前群と、開口絞りと、全体として正の屈折力を有する後群とからなり、
   前記前群が、物体側から順に、物体側の面の曲率半径の絶対値よりも像側の面の曲率半径の絶対値が小さい負の屈折力を有する第１レンズと、少なくとも１枚の平行平面板とからなり、
   前記後群が、物体側から順に、正の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズとから実質的になり、
   前記第３レンズと前記第４レンズは接合されて接合レンズを構成し、該接合レンズの接合面は像側に凸面を向けており、
   下記条件式（１）、（２ａ）、（３）全てを満足することを特徴とする内視鏡用対物レンズ。
   
   −０．９＜ｆ／ｆ１≦−０．７６７ （２ａ）
   −２．９＜Ｄｓｃ／ＲＣ＜−１ （３）
   ただし、
   ｆは全系の焦点距離、
   ｋは前記前群が有する前記平行平面板の総数、
   ｉは１からｋまでの自然数、
   ｔｉは前記前群の物体側からｉ番目の前記平行平面板の光軸上の厚み、
   Ｎｄｉは前記前群の物体側からｉ番目の前記平行平面板のｄ線に対する屈折率、
   νｄｉは前記前群の物体側からｉ番目の前記平行平面板のｄ線基準のアッベ数、
   ｆ１は前記第１レンズの焦点距離、
   Ｄｓｃは前記開口絞りから前記接合レンズの前記接合面までの光軸上の距離、
   ＲＣは前記接合レンズの前記接合面の曲率半径
   である。
2. 下記条件式（４）を満足する請求項１記載の内視鏡用対物レンズ。
   
   ただし、ｍｍは長さの単位のミリメートルである。
3. 下記条件式（５）を満足する請求項１または２記載の内視鏡用対物レンズ。
   
4. 前記第１レンズおよび最も物体側の前記平行平面板は、該最も物体側の平行平面板より像側の光学部材に対して分離可能に構成されている請求項１から３のいずれか１項記載の内視鏡用対物レンズ。
5. 前記第１レンズは平面部を有し、該平面部と最も物体側の前記平行平面板とが光軸方向に当接している請求項４記載の内視鏡用対物レンズ。
6. 下記条件式（６）を満足する請求項５記載の内視鏡用対物レンズ。
   ０．４＜（Ｒ２−Ｄ２）／ｆ＜１ （６）
   ただし、
   Ｒ２：前記第１レンズの像側のレンズ面の曲率半径
   Ｄ２：前記第１レンズと最も物体側の前記平行平面板との光軸上の空気間隔
7. 前記前群が有する平行平面板は２枚のみである請求項４から６のいずれか１項記載の内視鏡用対物レンズ。
8. 下記条件式（１−１）を満足する請求項１から７のいずれか１項記載の内視鏡用対物レンズ。
   
9. 下記条件式（２−１ａ）を満足する請求項１から８のいずれか１項記載の内視鏡用対物レンズ。
   −０．８＜ｆ／ｆ１≦−０．７６７ （２−１ａ）
10. 下記条件式（３−１）を満足する請求項１から９のいずれか１項記載の内視鏡用対物レンズ。
    −２．７＜Ｄｓｃ／ＲＣ＜−１．２ （３−１）
11. 下記条件式（４−１）を満足する請求項１から１０のいずれか１項記載の内視鏡用対物レンズ。
    
    ただし、ｍｍは長さの単位のミリメートルである。
12. 下記条件式（５−１）を満足する請求項１から１１のいずれか１項記載の内視鏡用対物レンズ。
    
13. 下記条件式（６−１）を満足する請求項６記載の内視鏡用対物レンズ。
    ０．５＜（Ｒ２−Ｄ２）／ｆ＜０．８５ （６−１）
14. 請求項１から１３のいずれか１項記載の内視鏡用対物レンズを備えた内視鏡。