JP3752196B2

JP3752196B2 - Endoscope objective optical system

Info

Publication number: JP3752196B2
Application number: JP2002138706A
Authority: JP
Inventors: 稔村山
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2022-05-14
Also published as: JP2003035867A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、電子内視鏡用の対物光学系に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
内視鏡対物光学系において、負のパワーを持つ第１レンズ群と正のパワーを持つ第２レンズ群からなるレトロフォーカスタイプを用い、第２レンズ群を光軸上で移動させて変倍させる従来例として、特公昭５５‐１５００４号公報（特開昭５１‐４４９３７号公報）、特許第２８０４２６７号（特開平１‐２７９２１９号公報）などがある。前者は変倍比が小さく、また短焦点距離端での観察視野角が９０゜程度と狭い。また、後者も短焦点距離端の観察視野角は１００゜程度である。
【０００３】
短焦点距離端の視野角を１３０〜１４０゜程度の超広角まで確保した従来例として、特開平８‐５４５６１号公報、特開平１１‐３１６３３９号公報がある。前者は光学系の中間に一旦実像を結ばせ、リレー光学系で変倍をするためレンズ枚数が多く、全長も長い。また、後者は全体として正、負、正の３群構成で、負の第２レンズ群を移動させて変倍をしているが、広画角を得るために第１レンズ群は物体側のレンズを負レンズとしたレトロフォーカスタイプになっており、レンズ枚数が増加し、全長も長くなる。また、第２群の負レンズ群で変倍しているので広画角にすると第３レンズ群のレンズ外径が大きくなる。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、負のパワーの第１レンズ群と正のパワーの第２レンズ群を有し、第２レンズ群を光軸上で移動させることで、焦点距離を変化させる内視鏡対物光学系において、後群の横倍率を所定の範囲にすることにより、全長、レンズ外径を小さくしたまま、広視野角での観察と高倍率での拡大観察の両方を可能とする内視鏡対物光学系を得ることを目的とする。
【０００５】
【発明の概要】本発明の内視鏡対物光学系は、物体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズ群と、正のパワーを持つ第２レンズ群と、撮像素子とを有し、第２レンズ群を光軸上で移動させて全体の焦点距離を変化させる内視鏡対物光学系であって、第１レンズ群は物体側から順に、負レンズ、正レンズの２枚からなり、第１レンズ群及び第２レンズ群は次の条件式（１）、（２）及び（３）を満足することを特徴としている。
（１）ｍ_2T＜ｍ_2W＜−１
（２）ｎ _- ＞１．７
（３）４．８７≦ｆ ₁₊ ／ｆ _ｗ＜２５
但し、ｍ_2T：長焦点距離端における第２レンズ群の横倍率、
ｍ_2W：短焦点距離端における第２レンズ群の横倍率、
ｎ _- ：第１レンズ群中の負レンズの屈折率、
ｆ ₁₊ ：第１レンズ群中の正レンズの焦点距離、及び
ｆ _ｗ：短焦点距離端における全系の焦点距離。
【０００６】
この内視鏡対物光学系は、さらに次の条件式（４）を満足することが好ましい。
（４）−１．１５＜ｆ₁／ｆ_ｗ＜−０．５
但し、ｆ₁：第１レンズ群の焦点距離、及び
ｆ_ｗ：短焦点距離端における全系の焦点距離。
【０００７】
本発明の内視鏡対物光学系は、より具体的な態様では、第１レンズ群は体内挿入部の先端部に固定され、第２レンズ群と撮像素子は体内挿入部内ににおいて光軸方向に可動に支持される。そして、第２レンズ群を光軸上で移動させて全体の焦点距離を変化させると共に、撮像素子を光軸上で移動させて倍率及び合焦物体距離を変化させる態様で使用される。
【０００９】
さらに、本発明の内視鏡対物光学系は、次の条件式（５）または（６）を満足すると好ましい。
（５）−９．２＜ＯＤＩＳｗ／ｆｗ＜−４．７
（６）−２．２＜ＯＤＩＳｔ／ｆｗ＜−０．８
但し、
ＯＤＩＳｗ：短焦点距離端における物体距離、
ＯＤＩＳｔ：長焦点距離端における物体距離、
ｆｗ：短焦点距離端における全系の焦点距離。
【００１０】
第１レンズ群中には、光軸から離れるに従いその高さでのレンズの厚さが近軸の曲率半径からなる球面より厚くなる非球面を少なくとも１面有する負レンズを含ませるのが収差補正上好ましい。あるいは、第１レンズ群中に正レンズが含まれる場合、第１レンズ群中の正レンズに、光軸から離れるに従いその高さでのレンズの厚さが近軸の曲率半径からなる球面より薄くなる非球面を少なくとも１面設けてもよい。さらに、別の態様では、第２レンズ群中に、光軸から離れるに従いその高さでのレンズの厚さが近軸の曲率半径からなる球面より厚くなる非球面を少なくとも１面有する正レンズを含ませてもよい。
【００１１】
【発明の実施態様】図２１は、本発明による内視鏡対物光学系の一態様を示している。内視鏡体内挿入部１０の先端には、負のパワーを有する第１レンズ群１１が固定されており、体内挿入部１０の内部には、第１レンズ群１１側から順に、絞りＳ、正のパワーを有する第２レンズ群１２と、カバーガラス（フィルタ類）１３の後方に固定された撮像素子１４とが位置している。この第１レンズ群１１は、物体側から順に、負レンズと正レンズからなる。絞りＳは第２レンズ群１２に搭載されていて、この第２レンズ群１２（絞りＳ）と、カバーガラス１３と撮像素子１４の結合体とはそれぞれ、光軸方向に可動である。具体的には、短焦点距離端Ｓでの物体距離ＯＳを基準にしたとき、第２レンズ群１２を物体側に移動させて焦点距離を長焦点距離側に変化させ、撮像素子１４（カバーガラス１３）を物体から離れる方向に移動させて物体距離ＯＬを短縮する。
【００１２】
以上の第１レンズ群１１と第２レンズ群１２とからなるレトロフォーカス型の内視鏡対物光学系において、第２レンズ群１２を光軸上で移動させて全系の焦点距離を変化させると、短焦点距離端では第１レンズ群１１と第２レンズ群１２の間隔が大きくなるため、第１レンズ群１１の外径が固定焦点レンズ（移動群を持たない固定焦点距離の対物レンズ）に比べて大きくなりやすい。
【００１３】
第１レンズ群１１のレンズ外径を小さくおさえつつ広画角を得るためには、第１レンズ群の負のパワーを大きくする必要がある。また、全系の倍率を保ちつつ第１レンズ群の負のパワーを大きくするには、正のパワーを有する第２レンズ群の倍率を大きくする必要がある。
【００１４】
条件式（１）は、広い視野角と第１レンズ群の小径化を実現するための第２レンズ群の倍率に関する条件である。
条件式（１）の上限を超えると、第１レンズ群の負のパワーが小さくなるため、広視野角を得ようとすると第１レンズ群のレンズ径が大きくなってしまう。
【００１５】
条件式（４）は、条件式（１）を満足した上で、広視野角を得るための第１レンズ群の焦点距離に関する好ましい条件である。条件式（４）の下限を超え、視野角を大きくすると第１レンズ群のレンズ径も大きくなってしまう。条件式（４）の上限を超えると、短焦点距離端と長焦点距離端における軸外光線高の差が大きい第１レンズ群で発生する収差が大きくなりすぎ、それぞれの焦点域で収差を補正できなくなる。
【００１６】
以上のように、第１レンズ群は強い負のパワーを持つため、その収差が大きくなる。第１レンズ群は単レンズから構成することも可能であるが、短焦点距離端と長焦点距離端で性能をバランスさせる収差補正を行うために、負レンズと正レンズで構成することが望ましい。負レンズと正レンズの２枚構成とすることで、短焦点距離端において第１レンズ群で発生する倍率色収差、像面湾曲などの収差を小さくでき、短焦点距離端から長焦点距離端に至る全変倍域で性能をよくすることができる。
【００１７】
条件式（２）は、第１レンズ群のレンズ径を小さく抑えるための第１レンズ群の負レンズの屈折率を規定している。
【００１８】
また、条件式（３）は、第１レンズ群の正レンズのパワーに関する条件である。条件式（３）の下限を超えると、第１レンズ群の負のパワーが小さくなってしまうため、第１レンズ群のレンズ外径が大きくなる。条件式（３）の上限を超えると、正レンズでの収差補正の効果が小さくなる。
【００１９】
強い負のパワーを有する第１レンズ群で発生する収差を補正するのに、非球面を用いるのも有効である。第１レンズ群は短焦点距離端と長焦点距離端における軸外光線高の差が大きいため、第１レンズ群の負レンズに光軸から離れるに従いその高さでのレンズの厚さが近軸の曲率半径からなる球面より厚くなる非球面を用い、または第１レンズ群の正レンズに光軸から離れるに従いその高さでのレンズの厚さが近軸の曲率半径からなる球面より薄くなる非球面を用いることにより、短焦点距離端および長焦点距離端双方でコマ収差、像面湾曲を良好に補正できる。
【００２０】
また、第２レンズ群に非球面を用いることにより、コマ収差、像面湾曲を良好に補正できる。特に軸外光線高の大きい最も像側の面に、光軸から離れるに従い近軸の曲率半径からなる球面よりレンズ厚が厚くなる非球面を設けることが望ましい。
【００２１】
条件式（５）は、ともに短焦点距離端における物体距離と全系の焦点距離との比に関する条件である。なお、物体距離とは、第１レンズ群の最も物体側の面から物体までの距離と定義する。
条件式（５）の下限を下回ると、短焦点距離端での物体距離が大きくなり、広角観察時における被写界深度の近点位置が遠くなるため、拡大観察する部位を特定するのが困難になる。条件式（５）の上限を上回ると、物体距離が小さいため、遠くの物体が見難くなる。
【００２２】
条件式（６）は、長焦点距離端における物体距離と短焦点距離端における全系の焦点距離との比に関する条件である。
条件式（６）の下限を下回ると、拡大観察時に充分な拡大倍率が得られない。条件式（６）の上限を上回ると、物体に近接し過ぎるため、照明がうまくあたらなかったり、スコープの僅かなブレで先端部と患部が接して観察ができなくなることが生じる。
【００２３】
次に具体的な実施例を示す。諸収差図中、球面収差で表される色収差（軸上色収差）図及び倍率色収差図中のｄ線、ｇ線、ｃ線はそれぞれの波長に対する収差であり、ＳＡは球面収差、ＳＣは正弦条件、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルである。
また、表中のFEは実効Ｆナンバー、ｆは全系の焦点距離、ＯＤＩＳは物体距離（第１レンズ群の最も物体側の面から物体までの距離）、ｆ_Bはバックフォーカス（カバーガラス１３の最も像側の面から撮像素子１４の撮像面までの空気間隔）、Ｗは半画角（゜）、ｍは全系の横倍率、m_2Tは、物体距離−２．５で計算した、第２レンズ群の横倍率、m_2Wは、物体距離−１０で計算した、第２レンズ群の横倍率、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎ_dはｄ線の屈折率、νはアッベ数を示す。
また、回転対称非球面は次式で定義される。
x=cy²/[1+[1-(1+K)c²y²]^1/2]+A4y⁴+A6y⁶+A8y⁸ +A10y¹⁰+A12y¹²・・・
（但し、cは曲率（１／ｒ）、ｙは光軸からの高さ、Ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、・・・・・は各次数の非球面係数）
【００２８】
［実施例１］図１ないし図４は、本発明の内視鏡対物光学系の第１実施例を示している。図１及び図３はそれぞれ、短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図２及び図４はそれぞれ図１及び図３のレンズ構成での諸収差図を示している。表１はその数値データである。
【００２９】
【表１】
FE = 5.8 - 7.3
f = 1.29 - 1.88
ODIS w = -10
ODIS t = -2.5
f_B = 0.05 - 0.05
W = 70.2 - 36.6
m = -0.12 - -0.66
m_2T = -2.13
m_2W = -1.14
面 No. r d Nd ν
1 ∞ 0.30 1.88300 40.8
2 1.098 0.35 - -
3 3.000 0.53 1.84666 23.8
4 3.177 1.01 - 0.40 - -
絞り ∞ 0.06 - -
5 6.189 1.20 1.88300 40.8
6 -1.954 0.96 - -
7 47.880 0.30 1.84666 23.8
8 1.466 1.23 1.58913 61.2
9 -2.365 1.22 - 3.28 - -
10 ∞ 1.00 1.51633 64.1
11 ∞ 0.30 1.53113 62.4
12 ∞ 0.05 - 0.05 - -
【００３０】
［実施例２］図５ないし図８は、本発明の内視鏡対物光学系の第２実施例を示している。図５及び図７はそれぞれ、短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図６及び図８はそれぞれ図５及び図７のレンズ構成での諸収差図を示している。表２はその数値データである。基本的なレンズ構成は実施例１と同様である。
【００３１】
【表２】
FE = 5.7 - 7.3
f = 1.30 - 1.89
ODIS w = -10
ODIS t = -2.5
f_B = 0.05 - 0.05
W = 70.3 - 36.3
m = -0.12 - -0.66
m_2T = -2.12
m_2W = -1.12
面 No. r d Nd ν
1 ∞ 0.30 1.88300 40.8
2 1.138 0.38 - -
3 2.586 0.54 1.84666 23.8
4 2.632 1.02 - 0.40 - -
絞り ∞ 0.06 - -
5 7.835 1.13 1.88300 40.8
6 -1.920 1.03 - -
7 15.798 0.30 1.84666 23.8
8 1.465 1.24 1.58913 61.2
9 -2.543 1.16 - 3.23 - -
10 ∞ 1.00 1.51633 64.1
11 ∞ 0.30 1.53113 62.4
12 ∞ 0.05 - 0.05 - -
【００４０】
［実施例３］図９ないし図１２は、本発明の内視鏡対物光学系の第３実施例を示している。図９及び図１１はそれぞれ、短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図１０及び図１２はそれぞれ図９及び図１１のレンズ構成での諸収差図を示している。表３はその数値データである。基本的なレンズ構成は実施例１と同様である。
【００４１】
【表３】
FE = 5.7 - 7.3
f = 1.30 - 1.89
ODIS w = -10
ODIS t = -2.5
f_B = 0.05 - 0.05
W = 70.2 - 36.4
m = -0.12 - -0.66
m_2T = -1.97
m_2W = -1.02
面 No. r d Nd ν
1 ∞ 0.30 1.88300 40.8
2 1.126 0.34 - -
3* 2.637 0.69 1.84666 23.8
4 3.434 1.10 - 0.40 - -
絞り ∞ 0.06 - -
5 13.910 1.08 1.88300 40.8
6 -1.922 0.94 - -
7 17.193 0.30 1.84666 23.8
8 1.558 1.21 1.58913 61.2
9 -2.494 1.34 - 3.33 - -
10 ∞ 1.00 1.51633 64.1
11 ∞ 0.30 1.53113 62.4
12 ∞ 0.05 - 0.05 - -
*は回転対称非球面。
非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）：
面Ｎｏ． K A4 A6 A8
3 0.00 -0.94371 x 10^-2 0.38983 x 10^-1 -0.62641 x 10^-2
【００４２】
［実施例４］図１３ないし図１６は、本発明の内視鏡対物光学系の第４実施例を示している。図１３及び図１５はそれぞれ、短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図１４及び図１６はそれぞれ図１３及び図１５のレンズ構成での諸収差図を示している。表４はその数値データである。基本的なレンズ構成は実施例１と同様である。
【００４３】
【表４】
FE = 5.7 - 7.2
f = 1.33 - 1.88
ODIS w = -10
ODIS t = -2.5
f_B = 0.05 - 0.05
W = 70.3 - 38.2
m = -0.12 - -0.66
m_2T = -1.94
m_2W = -1.02
面 No. r d Nd ν
1 ∞ 0.30 1.88300 40.8
2 1.091 0.34 - -
3 1.751 0.57 1.84666 23.8
4* 2.192 1.03 - 0.40 - -
絞り ∞ 0.06 - -
5 13.767 1.33 1.88300 40.8
6 -1.917 0.57 - -
7 20.953 0.45 1.84666 23.8
8 1.609 1.15 1.58913 61.2
9 -2.573 1.60 - 3.46 - -
10 ∞ 1.00 1.51633 64.1
11 ∞ 0.30 1.53113 62.4
12 ∞ 0.05 - 0.05 - -
*は回転対称非球面。
非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）：
面Ｎｏ． K A4 A6 A8
4 0.00 -0.24204 x 10^-2 -0.11663 x 1 0.71918 x 10^-1
【００４４】
［実施例５］図１７ないし図２０は、本発明の内視鏡対物光学系の第５実施例を示している。図１７及び図１９はそれぞれ、短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図１８及び図２０はそれぞれ図１７及び図１９のレンズ構成での諸収差図を示している。表５はその数値データである。基本的なレンズ構成は実施例１と同様である。
【００４５】
【表５】
FE = 5.7 - 7.2
f = 1.30 - 1.88
ODIS w = -10
ODIS t = -2.5
f_B = 0.05 - 0.05
W = 70.4 - 36.2
m = -0.12 - -0.66
m_2T = -1.96
m_2W = -1.02
面 No. r d Nd ν
1 ∞ 0.30 1.88300 40.8
2 1.128 0.35 - -
3 2.840 0.47 1.84666 23.8
4 3.600 1.09 - 0.40 - -
絞り ∞ 0.06 - -
5 7.514 1.00 1.88300 40.8
6 -1.859 0.80 - -
7 -80.422 0.40 1.84666 23.8
8 1.403 1.69 1.66910 55.4
9* -2.782 0.93 - 2.90 - -
10 ∞ 1.00 1.51633 64.1
11 ∞ 0.30 1.53113 62.4
12 ∞ 0.05 - 0.05 - -
*は回転対称非球面。
非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）：
面Ｎｏ． K A4 A6 A8
9 0.00 0.10542 x 10^-1 -0.18897 x 10^-2 -
【００４６】
各実施例の各条件式に対する値を表６に示す。
【表６】
条件式（１）条件式（２）条件式（３）条件式（４）
m_2T m_2W
実施例１ -2.13 -1.14 1.88300 20.70 -0.94
実施例２ -2.12 -1.12 1.88300 21.10 -0.96
実施例３ -1.97 -1.02 1.88300 7.38 -1.06
実施例４ -1.94 -1.02 1.88300 4.87 -1.06
実施例５ -1.96 -1.02 1.88300 9.51 -1.06
条件式（５）条件式（６）
実施例１ -7.75 -1.94
実施例２ -7.69 -1.92
実施例３ -7.69 -1.92
実施例４ -7.52 -1.88
実施例５ -7.69 -1.92
各実施例は各条件式を満足しており、諸収差も比較的よく補正されている。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、全長、レンズ外径を小さくしたまま、通常観察時の広画角、拡大観察時の高倍率を可能とする内視鏡対物光学系を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内視鏡対物光学系の第１実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図２】図１のレンズ構成の諸収差図である。
【図３】本発明による内視鏡対物光学系の第１実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図４】図３のレンズ構成の諸収差図である。
【図５】本発明による内視鏡対物光学系の第２実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図６】図５のレンズ構成の諸収差図である。
【図７】本発明による内視鏡対物光学系の第２実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図８】図７のレンズ構成の諸収差図である。
【図９】本発明による内視鏡対物光学系の第３実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１０】図９のレンズ構成の諸収差図である。
【図１１】本発明による内視鏡対物光学系の第３実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１２】図１１のレンズ構成の諸収差図である。
【図１３】本発明による内視鏡対物光学系の第４実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１４】図１３のレンズ構成の諸収差図である。
【図１５】本発明による内視鏡対物光学系の第４実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１６】図１５のレンズ構成の諸収差図である。
【図１７】本発明による内視鏡対物光学系の第５実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１８】図１７のレンズ構成の諸収差図である。
【図１９】本発明による内視鏡対物光学系の第５実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図２０】図１９のレンズ構成の諸収差図である。
【図２１】本発明による内視鏡対物光学系の内視鏡先端部への搭載模式図及び簡易移動図である。[0001]
【Technical field】
The present invention relates to an objective optical system for an electronic endoscope.
[0002]
[Prior art and its problems]
In the endoscope objective optical system, a retrofocus type including a first lens group having a negative power and a second lens group having a positive power is used, and the second lens group is moved on the optical axis to change the magnification. Conventional examples include Japanese Patent Publication No. 55-15004 (Japanese Patent Laid-Open No. 51-44937) and Japanese Patent No. 2804267 (Japanese Patent Laid-Open No. 1-279219). The former has a small zoom ratio and an observation viewing angle at the short focal length end is as narrow as about 90 °. In the latter case, the observation viewing angle at the short focal length end is about 100 °.
[0003]
JP-A-8-54561 and JP-A-11-316339 are conventional examples in which the viewing angle at the short focal length end is secured to an ultra-wide angle of about 130 to 140 °. In the former, a real image is once formed in the middle of the optical system, and the magnification is changed by the relay optical system, so the number of lenses is large and the total length is also long. Further, the latter has a positive, negative, and positive three-group configuration as a whole, and the negative second lens group is moved to change the magnification. To obtain a wide angle of view, the first lens group is located on the object side. It is a retro focus type with a negative lens, which increases the number of lenses and length. Further, since the magnification is changed by the negative lens group of the second group, the lens outer diameter of the third lens group becomes large when the wide angle of view is set.
[0004]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention includes an endoscope objective optical system having a first lens group having a negative power and a second lens group having a positive power, and changing the focal length by moving the second lens group on the optical axis. Endoscope objective optics that enable both wide-angle observation and high-magnification observation while keeping the overall length and lens outer diameter small by making the lateral magnification of the rear group within a predetermined range The goal is to obtain a system.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An endoscope objective optical system according to the present invention comprises, in order from the object side, a first lens group having a negative power, a second lens group having a positive power, and an image sensor. An endoscope objective optical system that changes the overall focal length by moving the second lens group on the optical axis, and the first lens group consists of two lenses, a negative lens and a positive lens, in order from the object side. The first lens group and the second lens group satisfy the following conditional expressions (1), (2), and (3) .
(1) m _2T <m _2W <−1
(2) n ₋ > 1.7
(3) 4.87 ≦ f ₁₊ / f _w <25
Where m _2T : lateral magnification of the second lens group at the long focal length end,
m _2W : lateral magnification of the second lens group at the short focal length end,
n ₋ : refractive index of the negative lens in the first lens group,
f ₁₊ : the focal length of the positive lens in the first lens group, and
f _w : focal length of the entire system at the short focal length end .
[0006]
The endoscope objective optical system preferably further satisfies the following conditional expression (4) .
(4) −1.15 <f ₁ / f _w <−0.5
Where f _{1 is} the focal length of the first lens group, and f _{w is the} focal length of the entire system at the short focal length end.
[0007]
In a more specific aspect of the endoscope objective optical system of the present invention, the first lens group is fixed to the distal end portion of the in-vivo insertion portion, and the second lens group and the image sensor are arranged in the optical axis direction in the in-vivo insertion portion. It is supported movably. Then, the second lens group is moved on the optical axis to change the overall focal length, and the imaging element is moved on the optical axis to change the magnification and the in-focus object distance.
[0009]
Furthermore, it is preferable that the endoscope objective optical system of the present invention satisfies the following conditional expression (5) or (6).
(5) -9.2 <ODIS w / fw <-4.7
(6) -2.2 <ODIS t / fw <−0.8
However,
ODIS w: object distance at the short focal length end,
ODIS t: object distance at the long focal length end,
fw: The focal length of the entire system at the short focal length end.
[0010]
The first lens group includes a negative lens having at least one aspheric surface in which the thickness of the lens at the height of the first lens group becomes thicker than a spherical surface having a paraxial radius of curvature. Preferred above. Alternatively, when a positive lens is included in the first lens group, the thickness of the lens at the height of the positive lens in the first lens group becomes thinner than a spherical surface having a paraxial radius of curvature as the distance from the optical axis increases. At least one aspheric surface may be provided. Furthermore, in another aspect, a positive lens having at least one aspheric surface in the second lens group, the thickness of the lens at that height becoming thicker than the spherical surface having a paraxial radius of curvature as the distance from the optical axis increases. It may be included.
[0011]
FIG . 21 shows an embodiment of an endoscope objective optical system according to the present invention. A first lens group 11 having a negative power is fixed to the distal end of the endoscope internal insertion portion 10, and a diaphragm S and a positive aperture are sequentially inserted into the internal insertion portion 10 from the first lens group 11 side. The second lens group 12 having the following power and the image sensor 14 fixed behind the cover glass (filters) 13 are located. The first lens group 11 includes a negative lens and a positive lens in order from the object side . The diaphragm S is mounted on the second lens group 12, and the second lens group 12 (diaphragm S) and the combined body of the cover glass 13 and the image sensor 14 are movable in the optical axis direction. Specifically, when the object distance OS at the short focal length end S is used as a reference, the second lens group 12 is moved to the object side to change the focal length to the long focal length side, and the image sensor 14 (cover glass) 13) is moved away from the object to shorten the object distance OL.
[0012]
In the retrofocus-type endoscope objective optical system including the first lens group 11 and the second lens group 12 described above, when the second lens group 12 is moved on the optical axis to change the focal length of the entire system. Since the distance between the first lens group 11 and the second lens group 12 increases at the short focal length end, the outer diameter of the first lens group 11 becomes a fixed focus lens (a fixed focal length objective lens having no moving group). It tends to be larger than that.
[0013]
In order to obtain a wide angle of view while keeping the outer diameter of the first lens group 11 small, it is necessary to increase the negative power of the first lens group. In order to increase the negative power of the first lens group while maintaining the magnification of the entire system, it is necessary to increase the magnification of the second lens group having a positive power.
[0014]
Conditional expression (1) is a condition relating to the magnification of the second lens group for realizing a wide viewing angle and a reduction in the diameter of the first lens group.
If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the negative power of the first lens group becomes small, so when trying to obtain a wide viewing angle, the lens diameter of the first lens group becomes large.
[0015]
Conditional expression (4) is a preferable condition regarding the focal length of the first lens group for obtaining a wide viewing angle while satisfying conditional expression (1). If the lower limit of conditional expression (4) is exceeded and the viewing angle is increased, the lens diameter of the first lens group also increases. If the upper limit of conditional expression (4) is exceeded, the aberration generated in the first lens group having a large difference in off-axis ray height at the short focal length end and the long focal length end becomes too large, and the aberration is corrected in each focal range. become unable.
[0016]
As described above, since the first lens group has a strong negative power, its aberration increases. Although the first lens group can be composed of a single lens, it is preferably composed of a negative lens and a positive lens in order to perform aberration correction that balances performance at the short focal length end and the long focal length end. By adopting a two-lens configuration of a negative lens and a positive lens, it is possible to reduce aberrations such as lateral chromatic aberration and curvature of field generated in the first lens group at the short focal length end, and from the short focal length end to the long focal length end. Performance can be improved over the entire zoom range.
[0017]
Conditional expression (2) defines the refractive index of the negative lens of the first lens group for keeping the lens diameter of the first lens group small.
[0018]
Conditional expression (3) is a condition relating to the power of the positive lens of the first lens group. If the lower limit of conditional expression (3) is exceeded, the negative power of the first lens group becomes small, and the lens outer diameter of the first lens group becomes large. If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the effect of correcting aberrations with the positive lens becomes small.
[0019]
It is also effective to use an aspherical surface in order to correct the aberration generated in the first lens group having a strong negative power. Since the first lens group has a large difference in the off-axis ray height at the short focal length end and the long focal length end, the thickness of the lens at the height of the negative lens of the first lens group becomes paraxial as the distance from the optical axis increases. An aspheric surface thicker than a spherical surface having a radius of curvature of the first lens group is used, or the thickness of the positive lens in the first lens group becomes thinner than a spherical surface having a paraxial radius of curvature as the distance from the optical axis increases. By using the spherical surface, coma aberration and field curvature can be favorably corrected at both the short focal length end and the long focal length end.
[0020]
In addition, by using an aspherical surface for the second lens group, coma and curvature of field can be favorably corrected. In particular, it is desirable to provide an aspherical surface whose lens thickness becomes thicker than a spherical surface having a paraxial radius of curvature as the distance from the optical axis increases, on the most image-side surface having a high off-axis ray height.
[0021]
Conditional expression (5) is a condition relating to the ratio between the object distance at the short focal length end and the focal length of the entire system. The object distance is defined as the distance from the most object side surface of the first lens group to the object.
If the lower limit of conditional expression (5) is not reached, the object distance at the short focal length end becomes large, and the near point position of the depth of field at the time of wide-angle observation becomes far away. become. If the upper limit of conditional expression (5) is exceeded, the distance to the object is small, making it difficult to see distant objects.
[0022]
Conditional expression (6) is a condition relating to the ratio between the object distance at the long focal length end and the focal length of the entire system at the short focal length end.
If the lower limit of conditional expression (6) is not reached, sufficient magnification cannot be obtained during magnified observation. If the upper limit of Conditional Expression (6) is exceeded, the object is too close to the object, so that illumination may not be performed properly, or the tip and the affected part may be in contact with each other due to slight blurring of the scope.
[0023]
Next, specific examples will be described. In the various aberration diagrams, the d-line, g-line, and c-line in the chromatic aberration (axial chromatic aberration) diagram and the lateral chromatic aberration diagram represented by spherical aberration are aberrations for the respective wavelengths, SA is spherical aberration, and SC is a sine condition. , S is sagittal, and M is meridional.
In the table, FE is the effective F number, f is the focal length of the entire system, ODIS is the object distance (distance from the surface closest to the object side of the first lens group to the object), and f _B is the back focus (cover glass 13). Air distance from the most image-side surface to the imaging surface of the image sensor 14), W is a half angle of view (°), m is a lateral magnification of the entire system, and m _2T is calculated by an object distance of −2.5. The lateral magnification of the second lens group, m _2W is the lateral magnification of the second lens group, calculated with the object distance −10, r is the radius of curvature, d is the lens thickness or lens spacing, N _d is the refractive index of the d-line, ν represents the Abbe number.
A rotationally symmetric aspherical surface is defined by the following equation.
x = cy ² / [1+ [1- (1 + K) c ² y ² ] ^1/2 ] + A4y ⁴ + A6y ⁶ + A8y ⁸ + A10y ¹⁰ + A12y ¹² ...
(Where c is the curvature (1 / r), y is the height from the optical axis, K is the conic coefficient, A4, A6, A8,... Are the aspheric coefficients of each order)
[0028]
[ Embodiment 1 ] FIGS. 1 to 4 show a first embodiment of the endoscope objective optical system of the present invention. 1 and 3 show lens configuration diagrams at the short focal length end and the long focal length end, respectively, and FIGS. 2 and 4 show various aberration diagrams in the lens configuration of FIGS. 1 and 3 , respectively. Table 1 shows the numerical data.
[0029]
[Table 1]
FE = 5.8-7.3
f = 1.29-1.88
ODIS w = -10
ODIS t = -2.5
f _B = 0.05-0.05
W = 70.2-36.6
m = -0.12--0.66
m _2T = -2.13
m _2W = -1.14
Surface No. rd Nd ν
1 ∞ 0.30 1.88300 40.8
2 1.098 0.35--
3 3.000 0.53 1.84666 23.8
4 3.177 1.01-0.40--
Aperture ∞ 0.06--
5 6.189 1.20 1.88300 40.8
6 -1.954 0.96--
7 47.880 0.30 1.84666 23.8
8 1.466 1.23 1.58913 61.2
9 -2.365 1.22-3.28--
10 ∞ 1.00 1.51633 64.1
11 ∞ 0.30 1.53 113 62.4
12 ∞ 0.05-0.05--
[0030]
[ Embodiment 2 ] FIGS. 5 to 8 show a second embodiment of the endoscope objective optical system of the present invention. 5 and 7 show lens configuration diagrams at the short focal length end and the long focal length end, respectively, and FIGS. 6 and 8 show various aberration diagrams in the lens configurations of FIGS. 5 and 7 , respectively. Table 2 shows the numerical data. The basic lens configuration is the same as that of the first embodiment.
[0031]
[Table 2]
FE = 5.7-7.3
f = 1.30-1.89
ODIS w = -10
ODIS t = -2.5
f _B = 0.05-0.05
W = 70.3-36.3
m = -0.12--0.66
m _2T = -2.12
m _2W = -1.12
Surface No. rd Nd ν
1 ∞ 0.30 1.88300 40.8
2 1.138 0.38--
3 2.586 0.54 1.84666 23.8
4 2.632 1.02-0.40--
Aperture ∞ 0.06--
5 7.835 1.13 1.88300 40.8
6 -1.920 1.03--
7 15.798 0.30 1.84666 23.8
8 1.465 1.24 1.58913 61.2
9 -2.543 1.16-3.23--
10 ∞ 1.00 1.51633 64.1
11 ∞ 0.30 1.53 113 62.4
12 ∞ 0.05-0.05--
[0040]
[ Embodiment 3 ] FIGS. 9 to 12 show a third embodiment of the endoscope objective optical system of the present invention. FIGS. 9 and 11 show lens configuration diagrams at the short focal length end and the long focal length end, respectively, and FIGS. 10 and 12 show various aberration diagrams in the lens configurations of FIGS. 9 and 11 , respectively. Table 3 shows the numerical data. The basic lens configuration is the same as that of the first embodiment.
[0041]
[Table 3]
FE = 5.7-7.3
f = 1.30-1.89
ODIS w = -10
ODIS t = -2.5
f _B = 0.05-0.05
W = 70.2-36.4
m = -0.12--0.66
m _2T = -1.97
m _2W = -1.02
Surface No. rd Nd ν
1 ∞ 0.30 1.88300 40.8
2 1.126 0.34--
3 * 2.637 0.69 1.84666 23.8
4 3.434 1.10-0.40--
Aperture ∞ 0.06--
5 13.910 1.08 1.88300 40.8
6 -1.922 0.94--
7 17.193 0.30 1.84666 23.8
8 1.558 1.21 1.58913 61.2
9 -2.494 1.34-3.33--
10 ∞ 1.00 1.51633 64.1
11 ∞ 0.30 1.53 113 62.4
12 ∞ 0.05-0.05--
* Is a rotationally symmetric aspherical surface.
Aspheric data (Aspheric coefficient not shown is 0.00):
Surface No. K A4 A6 A8
3 0.00 -0.94371 x 10 ^-2 0.38983 x 10 ^-1 -0.62641 x 10 ^-2
[0042]
[ Embodiment 4 ] FIGS. 13 to 16 show a fourth embodiment of the endoscope objective optical system of the present invention. FIGS. 13 and 15 show lens configuration diagrams at the short focal length end and the long focal length end, respectively, and FIGS. 14 and 16 show various aberration diagrams in the lens configurations of FIGS. 13 and 15 , respectively. Table 4 shows the numerical data. The basic lens configuration is the same as that of the first embodiment.
[0043]
[Table 4]
FE = 5.7-7.2
f = 1.33-1.88
ODIS w = -10
ODIS t = -2.5
f _B = 0.05-0.05
W = 70.3-38.2
m = -0.12--0.66
m _2T = -1.94
m _2W = -1.02
Surface No. rd Nd ν
1 ∞ 0.30 1.88300 40.8
2 1.091 0.34--
3 1.751 0.57 1.84666 23.8
4 * 2.192 1.03-0.40--
Aperture ∞ 0.06--
5 13.767 1.33 1.88300 40.8
6 -1.917 0.57--
7 20.953 0.45 1.84666 23.8
8 1.609 1.15 1.58913 61.2
9 -2.573 1.60-3.46--
10 ∞ 1.00 1.51633 64.1
11 ∞ 0.30 1.53 113 62.4
12 ∞ 0.05-0.05--
* Is a rotationally symmetric aspherical surface.
Aspheric data (Aspheric coefficient not shown is 0.00):
Surface No. K A4 A6 A8
4 0.00 -0.24204 x 10 ^-2 -0.11663 x 1 0.71918 x 10 ^-1
[0044]
[ Embodiment 5 ] FIGS. 17 to 20 show a fifth embodiment of the endoscope objective optical system of the present invention. FIGS. 17 and 19 show lens configuration diagrams at the short focal length end and the long focal length end, respectively, and FIGS. 18 and 20 show aberration diagrams in the lens configurations of FIGS. 17 and 19 , respectively. Table 5 shows the numerical data. The basic lens configuration is the same as that of the first embodiment.
[0045]
[Table 5]
FE = 5.7-7.2
f = 1.30-1.88
ODIS w = -10
ODIS t = -2.5
f _B = 0.05-0.05
W = 70.4-36.2
m = -0.12--0.66
m _2T = -1.96
m _2W = -1.02
Surface No. rd Nd ν
1 ∞ 0.30 1.88300 40.8
2 1.128 0.35--
3 2.840 0.47 1.84666 23.8
4 3.600 1.09-0.40--
Aperture ∞ 0.06--
5 7.514 1.00 1.88300 40.8
6 -1.859 0.80--
7 -80.422 0.40 1.84666 23.8
8 1.403 1.69 1.66910 55.4
9 * -2.782 0.93-2.90--
10 ∞ 1.00 1.51633 64.1
11 ∞ 0.30 1.53 113 62.4
12 ∞ 0.05-0.05--
* Is a rotationally symmetric aspherical surface.
Aspheric data (Aspheric coefficient not shown is 0.00):
Surface No. K A4 A6 A8
^{9 0.00 0.10542 x 10 -1 -0.18897 x} 10 -2 -
[0046]
Table 6 shows values for each conditional expression in each example.
[Table 6]
Conditional Expression (1) Conditional Expression (2) Conditional Expression (3) Conditional Expression (4)
m _2T m _2W
Example 1 -2.13 -1.14 1.88300 20.70 -0.94
Example 2 -2.12 -1.12 1.88300 21.10 -0.96
Example 3-1.97 -1.02 1.88300 7.38 -1.06
Example 4 -1.94 -1.02 1.88300 4.87 -1.06
Example 5-1.96 -1.02 1.88300 9.51 -1.06
Conditional expression (5) Conditional expression (6)
Example 1 -7.75 -1.94
Example 2 -7.69 -1.92
Example 3 -7.69 -1.92
Example 4 -7.52 -1.88
Example 5 -7.69 -1.92
Each example satisfies each conditional expression, and various aberrations are corrected relatively well.
[0047]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain an endoscope objective optical system that enables a wide angle of view during normal observation and a high magnification during magnified observation while keeping the overall length and lens outer diameter small.
[ Brief description of the drawings ]
FIG. 1 is a lens configuration diagram at a short focal length end of a first embodiment of an endoscope objective optical system according to the present invention;
2 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a lens configuration diagram at the long focal length end of the first embodiment of the endoscope objective optical system according to the present invention;
FIG. 4 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration in FIG. 3;
FIG. 5 is a lens configuration diagram at a short focal length end of a second embodiment of the endoscope objective optical system according to the present invention;
6 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a lens configuration diagram at the long focal length end of the second embodiment of the endoscope objective optical system according to the present invention;
FIG. 8 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration of FIG.
FIG. 9 is a lens configuration diagram at a short focal length end of a third embodiment of the endoscope objective optical system according to the present invention;
10 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration in FIG. 9. FIG.
FIG. 11 is a lens configuration diagram at the long focal length end of the third embodiment of the endoscope objective optical system according to the present invention;
12 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration in FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is a lens configuration diagram at a short focal length end of a fourth example of an endoscope objective optical system according to the present invention;
14 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration in FIG.
FIG. 15 is a lens configuration diagram at the long focal length end of the fourth embodiment of the endoscope objective optical system according to the present invention;
16 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration in FIG.
FIG. 17 is a lens configuration diagram at a short focal length end of a fifth example of the endoscope objective optical system according to the present invention;
18 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration in FIG.
FIG. 19 is a lens configuration diagram at the long focal length end of the fifth embodiment of the endoscope objective optical system according to the present invention;
20 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration in FIG. 19. FIG.
FIGS. 21A and 21B are a schematic diagram and a simplified movement diagram of mounting the endoscope objective optical system according to the present invention on the distal end portion of the endoscope.

Claims

In order from the object side, the first lens group having negative power, the second lens group having positive power, and the image sensor, and the second lens group is moved on the optical axis so that the entire focal length is obtained. An endoscope objective optical system for changing
The first lens group is composed of a negative lens and a positive lens in order from the object side.
An endoscope objective optical system in which the first lens group and the second lens group satisfy the following conditional expressions (1), (2), and (3) .
(1) m _2T <m _2W <−1
(2) n ₋ > 1.7
(3) 4.87 ≦ f ₁₊ / f _w <25
Where m _2T : lateral magnification of the second lens group at the long focal length end,
m _2W : lateral magnification of the second lens group at the short focal length end,
n ₋ : refractive index of the negative lens in the first lens group ,
f ₁₊ : the focal length of the positive lens in the first lens group, and
f _w : focal length of the entire system at the short focal length end .

The endoscope objective optical system according to claim 1, wherein the endoscope objective optical system further satisfies the following conditional expression (4).
(4) -1.15 <f ₁ / f _w <−0.5
Where f _{1 is} the focal length of the first lens group, and f _{w is the} focal length of the entire system at the short focal length end.

3. The endoscope objective optical system according to claim 1, wherein the first lens group is fixed to a distal end portion of the in-vivo insertion portion, and the second lens group and the imaging element are arranged in an optical axis direction in the in-body insertion portion. Endoscope objective optics that is movably supported and moves the second lens group on the optical axis to change the overall focal length, and moves the image sensor on the optical axis to change the magnification and focus object distance. system.

The endoscope objective optical system according to any one of claims 1 to 3, wherein the first lens group includes a spherical surface having a paraxial radius of curvature with a lens thickness at a height as the distance from the optical axis increases. An endoscope objective optical system including a negative lens having at least one aspheric surface that is thicker.

2. The endoscope objective optical system according to claim 1, wherein the positive lens in the first lens group has a lens thickness that is thinner than a spherical surface having a paraxial radius of curvature as the distance from the optical axis increases. An endoscope objective optical system having at least one spherical surface.

The endoscope objective optical system according to any one of claims 1 to 5, wherein the second lens group includes a spherical surface having a paraxial radius of curvature with a lens thickness at a height as the distance from the optical axis increases. An endoscope objective optical system including a positive lens having at least one aspheric surface that is thicker.

The endoscope objective optical system according to claim 1, further satisfying the following conditional expressions (5) and (6):
(5) -9.2 <ODIS_w / fw <-4.7
(6) -2.2 <ODIS_t / fw <-0.8
Where ODIS_w: object distance at the short focal length end,
ODIS_t: object distance at the long focal length end, and fw: focal length of the entire system at the short focal length end.