(57)【要約】  内視鏡用変倍光学系を、物体から順に、負のパワーを持つ第一のレンズ群、正のパワーを持つ第二のレンズ群、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズを持つ第三のレンズ群からなる構成とし、第一のレンズ群の最も物体側のレンズ面から像面までの距離を一定に保ちながら、固定レンズ群である該第一のレンズ群及び第三のレンズ群に対して第二のレンズ群を光軸方向に移動させることで光学像を変倍させる構成とする。
2017146021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体から順に、負のパワーを持つ第一のレンズ群、正のパワーを持つ第二のレンズ群、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズを持つ第三のレンズ群からなり、
前記第一のレンズ群の最も物体側のレンズ面から像面までの距離を一定に保ちながら、固定レンズ群である該第一のレンズ群及び前記第三のレンズ群に対して前記第二のレンズ群を光軸方向に移動させることで光学像を変倍させる、
内視鏡用変倍光学系。
【請求項２】
望遠端での前記第二のレンズ群の倍率をｍ２ｔと定義し、広角端での該第二のレンズ群の倍率をｍ２ｗと定義した場合に、次の条件式
−１＜ｍ２ｔ＜ｍ２ｗ＜−０．３５
を満たす、
請求項１に記載の内視鏡用変倍光学系。
【請求項３】
前記第三のレンズ群の焦点距離をｆ３（単位：ｍｍ）と定義し、広角端での前記第一から該第三のレンズ群の合成焦点距離をｆｗ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式
４＜ｆ３／ｆｗ＜１１
を満たす、
請求項１又は請求項２に記載の内視鏡用変倍光学系。
【請求項４】
次の条件式
６＜ｆ３／ｆｗ＜１０
を満たす、
請求項３に記載の内視鏡用変倍光学系。
【請求項５】
前記第一のレンズ群は、
負のパワーを持つ２つのレンズ、正のパワーを持つレンズからなる、
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の内視鏡用変倍光学系。
【請求項６】
前記第二のレンズ群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義し、前記第三のレンズ群の焦点距離をｆ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式
０．２＜ｆ２／ｆ３＜０．７
を満たす、
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の内視鏡用変倍光学系。
【請求項７】
次の条件式
０．２＜ｆ２／ｆ３＜０．４
を満たす、
請求項６に記載の内視鏡用変倍光学系。
【請求項８】
前記第一のレンズ群の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義し、前記第三のレンズ群の焦点距離をｆ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式
０．７＜｜ｆ３／ｆ１｜＜３．５
を満たす、
請求項１から請求項７の何れか一項に記載の内視鏡用変倍光学系。
【請求項９】
次の条件式
１．２＜｜ｆ３／ｆ１｜＜３．２
を満たす、
請求項８に記載の内視鏡用変倍光学系。
【請求項１０】
前記第一と前記第二のレンズ群との間に光軸上を該第二のレンズ群と一体に移動する絞りを有する、
請求項１から請求項９の何れか一項に記載の内視鏡用変倍光学系。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の内視鏡用変倍光学系が先端に組み込まれた、
内視鏡。
【請求項１２】
請求項１１に記載の内視鏡と、
前記内視鏡に照射光を供給する光源装置と、
前記内視鏡より出力される画像信号を処理する画像処理装置と、
を備える、
内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡用変倍光学系、内視鏡及び内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において、患者の体腔内を観察するための機器として、内視鏡（ファイバスコープ又は電子スコープ）が一般に知られ、実用に供されている。この種の内視鏡には、病変観察を精細に行うため、変倍機能を持つ変倍光学系を搭載したものがある。【０００３】
例えば特許第３８４５３３１号公報（以下、「特許文献１」と記す。）に、内視鏡用変倍光学系の具体的構成が記載されている。特許文献１に記載の内視鏡用変倍光学系は、物体側から順に、負のパワーを持つ第一のレンズ群、正のパワーを持つ第二のレンズ群、正のパワーを持つ第三の３レンズ群、負のパワーを持つ第四のレンズ群からなり、第一のレンズ群から像面までの全長を変化させることなく、物体距離を変化させながら第二及び第三のレンズ群を移動させることにより、合焦状態を保持したまま全系の焦点距離を変化させることが可能な構成となっている。
【発明の概要】
【０００４】
近年、電子スコープ等の電子機器に搭載される固体撮像素子は、小型化の要請に応えるべく短い射出瞳距離に適した構成となっている。一方、特許文献１に記載の内視鏡用変倍光学系は、第三のレンズ群から射出された光線が第四のレンズ群（メニスカスレンズ）の物体側面（凹面）の光線高さが比較的低い位置に入射され、像側面（凸面）の光線高さが比較的高い位置で強い正のパワーで屈折されることから、射出瞳距離が長くなっている。そのため、特許文献１に記載の内視鏡用変倍光学系と短い射出瞳距離に適した構成の固体撮像素子とを組み合わせると、固体撮像素子の周辺画素に角度の浅い光線（テレセントリックに近い状態の光線）が入射されるため、周辺画素において被写体からの光が効率良く取り込まれないという問題が指摘される。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、短射出瞳距離向けの固体撮像素子に適した内視鏡用変倍光学系、該内視鏡用変倍光学系を備える内視鏡及び該内視鏡を備える内視鏡システムを提供することである。
【０００６】
本発明の一実施形態に係る内視鏡用変倍光学系は、物体から順に、負のパワーを持つ第一のレンズ群、正のパワーを持つ第二のレンズ群、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズを持つ第三のレンズ群からなり、第一のレンズ群の最も物体側のレンズ面から像面までの距離を一定に保ちながら、固定レンズ群である該第一のレンズ群及び第三のレンズ群に対して第二のレンズ群を光軸方向に移動させることで光学像を変倍させる構成となっている。
【０００７】
また、本発明の一実施形態に係る内視鏡用変倍光学系は、望遠端での第二のレンズ群の倍率をｍ２ｔと定義し、広角端での該第二のレンズ群の倍率をｍ２ｗと定義した場合に、次の条件式
−１＜ｍ２ｔ＜ｍ２ｗ＜−０．３５
を満たす構成としてもよい。
【０００８】
また、本発明の一実施形態に係る内視鏡用変倍光学系は、第三のレンズ群の焦点距離をｆ３（単位：ｍｍ）と定義し、広角端での第一から該第三のレンズ群の合成焦点距離をｆｗ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式
４＜ｆ３／ｆｗ＜１１
を満たす構成としてもよい。
【０００９】
また、本発明の一実施形態に係る内視鏡用変倍光学系は、
次の条件式
６＜ｆ３／ｆｗ＜１０
を満たす構成としてもよい。
【００１０】
また、本発明の一実施形態において、第一のレンズ群は、例えば、負のパワーを持つ２つのレンズ、正のパワーを持つレンズからなる。
【００１１】
また、本発明の一実施形態に係る内視鏡用変倍光学系は、第二のレンズ群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義し、第三のレンズ群の焦点距離をｆ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式
０．２＜ｆ２／ｆ３＜０．７
を満たす構成としてもよい。
【００１２】
また、本発明の一実施形態に係る内視鏡用変倍光学系は、次の条件式
０．２＜ｆ２／ｆ３＜０．４
を満たす構成としてもよい。
【００１３】
また、本発明の一実施形態に係る内視鏡用変倍光学系は、第一のレンズ群の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義し、第三のレンズ群の焦点距離をｆ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式
０．７＜｜ｆ３／ｆ１｜＜３．５
を満たす構成としてもよい。
【００１４】
また、本発明の一実施形態に係る内視鏡用変倍光学系は、次の条件式
１．２＜｜ｆ３／ｆ１｜＜３．２
を満たす構成としてもよい。
【００１５】
また、本発明の一実施形態に係る内視鏡用変倍光学系は、第一と第二のレンズ群との間に光軸上を該第二のレンズ群と一体に移動する絞りを有する構成としてもよい。
【００１６】
また、本発明の一実施形態に係る内視鏡は、上記の内視鏡用変倍光学系が先端に組み込まれた機器である。
【００１７】
また、本発明の一実施形態に係る内視鏡システムは、上記の内視鏡と、上記の内視鏡に照射光を供給する光源装置と、上記の内視鏡より出力される画像信号を処理する画像処理装置とを備える。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、短射出瞳距離向けの固体撮像素子に適した内視鏡用変倍光学系、該内視鏡用変倍光学系を備える内視鏡及び該内視鏡を備える内視鏡システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子スコープの外観を示す外観図である。
【図２】本発明の実施例１に係る内視鏡用変倍光学系の構成を示すレンズ配置図である。
【図３】本発明の実施例１に係る内視鏡用変倍光学系の各種収差図である。
【図４】本発明の実施例２に係る内視鏡用変倍光学系の構成を示すレンズ配置図である。
【図５】本発明の実施例２に係る内視鏡用変倍光学系の各種収差図である。
【図６】本発明の実施例３に係る内視鏡用変倍光学系の構成を示すレンズ配置図である。
【図７】本発明の実施例３に係る内視鏡用変倍光学系の各種収差図である。
【図８】本発明の実施例４に係る内視鏡用変倍光学系の構成を示すレンズ配置図である。
【図９】本発明の実施例４に係る内視鏡用変倍光学系の各種収差図である。
【図１０】本発明の実施例５に係る内視鏡用変倍光学系の構成を示すレンズ配置図である。
【図１１】本発明の実施例５に係る内視鏡用変倍光学系の各種収差図である。
【図１２】本発明の実施例６に係る内視鏡用変倍光学系の構成を示すレンズ配置図である。
【図１３】本発明の実施例６に係る内視鏡用変倍光学系の各種収差図である。
【図１４】本発明の実施例７に係る内視鏡用変倍光学系の構成を示すレンズ配置図である。
【図１５】本発明の実施例７に係る内視鏡用変倍光学系の各種収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る内視鏡用変倍光学系、該内視鏡用変倍光学系が組み込まれた電子スコープ及び該電子スコープを備える内視鏡システムについて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る内視鏡システムＳＹＳの外観を示す外観図である。図１に示されるように、内視鏡システムＳＹＳは、電子スコープ１及びプロセッサ２を備えている。
【００２２】
電子スコープ１は、可撓性を有するシース１１ａによって外装された挿入部可撓管１１を備えている。挿入部可撓管１１の先端部分（湾曲部１４）は、挿入部可撓管１１の基端に連結された手元操作部１３からの遠隔操作（具体的には、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作）に応じて湾曲する。湾曲機構は、一般的な内視鏡に組み込まれている周知の機構であり、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作に連動した操作ワイヤの牽引によって湾曲部１４を湾曲させる。湾曲部１４の先端には、硬質性を有する樹脂製筐体によって外装された先端部１２の基端が連結している。先端部１２の方向が湾曲操作ノブ１３ａの回転操作による湾曲動作に応じて変わることにより、電子スコープ１による撮影領域が移動する。
【００２３】
先端部１２の樹脂製筐体の内部には、内視鏡用変倍光学系１００（図１中斜線で示されたブロック）が組み込まれている。内視鏡用変倍光学系１００は、撮影領域中の被写体の画像データを採取するため、被写体からの光を固体撮像素子（図示省略）の受光面上に結像させる。固体撮像素子としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサが挙げられる。
【００２４】
手元操作部１３からはユニバーサルケーブル１５が延びており、その基端にコネクタ部１６が接続されている。コネクタ部１６は、プロセッサ２のフロントパネル面に設けられたコネクタ部と電気的かつ光学的に接続される。
【００２５】
プロセッサ２は、光源装置２１及び画像処理装置２２を内蔵している。光源装置２１には、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプ又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）等の半導体発光素子が組み込まれている。光源装置２１から照射された照射光は、電子スコープ１のＬＣＢ（Light Carrying Bundle）内を伝播し（すなわち、照射光は電子スコープ１に供給され）、先端部１２内に配置されたＬＣＢの射出端面より射出され、先端部１２の先端面に配置された配光レンズを介して体腔内の生体組織に照射される。照射光により照射された被写体からの戻り光は、内視鏡用変倍光学系１００を介して固体撮像素子の受光面上で光学像を結ぶ。
【００２６】
固体撮像素子は、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積し、画像信号として出力する。固体撮像素子より出力された画像信号は、コネクタ部１６内に備えられているドライバ回路を介して画像処理装置２２に出力される。画像処理装置２２は、入力される画像信号に対してデモザイク処理、マトリックス演算、Ｙ／Ｃ分離等の所定の信号処理を施した後、表示画像データを生成し、生成された表示画像データを所定のビデオフォーマット信号に変換する。変換されたビデオフォーマット信号は、モニタ等の表示装置（不図示）に出力される。これにより、体腔内の画像が表示装置の表示画面に表示される。
【００２７】
本実施形態では、プロセッサ２内に光源装置２１及び画像処理装置２２が備えられているが、別の実施形態では、光源装置２１と画像処理装置２２とが別体の装置として構成されてもよい。
【００２８】
図２は、本発明の実施例１（詳しくは後述）に係る内視鏡用変倍光学系１００及びその後段に配置された光学部品の配置を示す断面図である。図２（ａ）、図２（ｂ）は、それぞれ、変倍位置が広角端、望遠端にあるときのレンズ配置を示す断面図である。次においては、図２を援用して、本発明の一実施形態に係る内視鏡用変倍光学系１００について詳細な説明を行う。
【００２９】
内視鏡用変倍光学系１００は、図２に示されるように、物体（被写体）側から順に、負のパワーを持つ第一のレンズ群Ｇ１、絞りＳ、正のパワーを持つ第二のレンズ群Ｇ２、第三のレンズ群Ｇ３を有している。内視鏡用変倍光学系１００は、第一のレンズ群Ｇ１の最も物体側のレンズ面から像面までの距離（すなわち、内視鏡用変倍光学系１００の全長）を（物体距離に拘わらず常に）一定に保ちながら、固定レンズ群である第一のレンズ群Ｇ１及び第三のレンズ群Ｇ３に対して第二のレンズ群Ｇ２を光軸方向ＡＸに移動させることで、合焦状態を保持しつつ全系の焦点距離（第一のレンズ群Ｇ１から第三のレンズ群までの合成焦点距離）を変化させ、光学像を変倍させる構成となっている。内視鏡用変倍光学系１００は、広角端の画角が１２０°以上（半画角が６０°以上）となっている。各レンズ群Ｇ１〜Ｇ３を構成する各光学レンズは、内視鏡用変倍光学系１００の光軸ＡＸを中心として回転対称な形状を有している。第三のレンズ群Ｇ３の後段には、固体撮像素子用の色補正フィルタＦが配置されている。色補正フィルタＦは、固体撮像素子を保護するカバーガラスＣＧに接着されている。
【００３０】
手元操作部１３には、変倍機構を操作するためのズームボタンが設けられている。ズームボタンを操作したときの操作信号は、コネクタ部１６内に収容された基板に実装されている駆動制御回路に入力される。駆動制御回路は、操作信号に従って手元操作部１３内に配置されたモータを駆動する。モータの駆動は、モータに連結されたギア及び手元操作部１３から先端部１２に亘って延在するトルクワイヤを介して、先端部１２内に配置されたギアに伝達される。先端部１２内に配置されたギアの回転に連動してカムが動き、カムと連結されたカム環が光軸方向ＡＸに移動する。カム環内には、第二のレンズ群Ｇ２が収容されている。すなわち、ユーザによるズームボタンの操作に応じて第二のレンズ群Ｇ２が光軸方向ＡＸに移動する。第二のレンズ群Ｇ２が光軸方向ＡＸに移動することにより、合焦状態が保持されつつ全系の焦点距離が変化し、光学像が変倍する。
【００３１】
すなわち、電子スコープ１は、駆動制御回路と、駆動制御回路より出力される制御信号に従って駆動するモータと、モータの駆動力を第二のレンズ群Ｇ２に伝達する伝達機構（モータに連結されたギア、トルクワイヤ、先端部１２内のギア、カム、カム環）を備えており、駆動力が第二のレンズ群Ｇ２に伝達されることにより、第二のレンズ群Ｇ２が固定レンズ群である第一のレンズ群Ｇ１及び第三のレンズ群Ｇ３に対して光軸方向ＡＸに移動する構成となっている。
【００３２】
第一のレンズ群Ｇ１は、絞りＳよりも物体側に配置された負のパワーを持つレンズ群である。図２の例では、第一のレンズ群Ｇ１は、２枚の負レンズと１枚の正レンズを含む構成となっている。具体的には、第一のレンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負のパワーを持つレンズＬ１、負のパワーを持つレンズＬ２、正のパワーを持つレンズＬ３を少なくとも有している。「少なくとも有している」と記載したのは、本発明の技術的思想の範囲において、平行平板等の別の光学素子を追加配置する構成例もあり得るからである。第二のレンズ群Ｇ２、第三のレンズ群Ｇ３の説明においても、同様の理由で「少なくとも有している」と表現している。このように、第一のレンズ群Ｇ１を、群内での負のパワーを分散し且つ正のパワーを持つ構成としたことにより、群としてコマ収差及び色収差の発生が良好に抑えられる。これにより、全系での収差変動が抑えられて、広角端から望遠端に亘って良好な収差性能が維持される。
【００３３】
なお、図２（ａ）の例では、第一のレンズ群Ｇ１は全体として３枚構成となっているが、別の例では２枚構成もあり得る（例えば後述の実施例６、７）。また、レンズＬ２とレンズＬ３は、接合レンズとして構成されてもよい（例えば後述の実施例５）。
【００３４】
第二のレンズ群Ｇ２は、絞りＳの直後に配置された正のパワーを持つレンズ群である。図２の例では、第二のレンズ群Ｇ２は、物体側から順に、レンズＬ４、Ｌ５、接合レンズＣＬ１を少なくとも有している。接合レンズＣＬ１は、色収差の変化を抑えるため、正負２枚のレンズ（レンズＬ６、Ｌ７）を接合したものである。図２の例では、接合レンズＣＬ１は、負レンズ（レンズＬ５）が物体側に配置され、正レンズ（レンズＬ６）が像側に配置されているが、別の実施形態では、正レンズが物体側に配置され、負レンズが像側に配置されてもよい。
【００３５】
第二のレンズ群Ｇ２は、固体撮像素子の受光面上に結像される光学像を変倍するため、絞りＳと一体に光軸ＡＸ方向に移動する。第二のレンズ群Ｇ２と絞りＳとを一体に移動させることにより、望遠端にしたときの非点収差の発生が効果的に抑えられる。なお、図２（ａ）の例では、第二のレンズ群Ｇ２は全体として４枚構成となっているが、別の例では３枚構成もあり得る（例えば後述の実施例３）。また、第二のレンズ群Ｇ２は、２つの接合レンズで構成されてもよい（例えば後述の実施例４）。
【００３６】
絞りＳは、光軸ＡＸを中心とした所定の円形開口を有する板状部材、又は第二のレンズ群Ｇ２の絞りＳに最も近いレンズ面（図２の構成例においては、レンズＬ４の物体側面ｒ８）であって光軸ＡＸを中心とした所定の円形領域以外にコーティングされた遮光膜である。絞りＳの厚みは、内視鏡用変倍光学系１００を構成する各光学レンズの厚みと比べて非常に薄く、内視鏡用変倍光学系１００の光学性能を計算する上で無視しても差し支えない。そのため、本明細書においては、絞りＳの厚みをゼロとみなして説明を進める。
【００３７】
第三のレンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズ（レンズＬ８）を少なくとも有している。例示的には、第三のレンズ群Ｇ３は、単枚構成（物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズのみを有する構成）である。第三のレンズ群Ｇ３においてレンズ同士の偏芯が発生すると、収差（特に非点収差）が増大する虞がある。第三のレンズ群Ｇ３を単枚構成とした場合、この種の収差の発生が避けられるというメリットがある。
【００３８】
また、第三のレンズ群Ｇ３は、物体側から順に、正レンズ、負レンズが配置された構成であってもよい。この正レンズは、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つ単枚構成のメニスカスレンズの凸面（物体側面）と同等のパワーを持つ。また、この負レンズは、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つ単枚構成のメニスカスレンズの凹面（像側面）と同等のパワーを持つ。すなわち、正レンズ、負レンズの二枚でレンズＬ８と同等のパワーを持つ。
【００３９】
また、第三のレンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズ、負のパワーを持つレンズからなる構成（二枚でレンズＬ８と同等のパワーを持つ構成）であってもよい。
【００４０】
このように、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズ（レンズＬ８）を第二のレンズ群Ｇ２の像側に配置することにより、全系の焦点距離への影響を抑えつつ像面湾曲（非点収差）を低減させることができる。また、このように配置されたこのレンズＬ８を、小型化のために負のパワーが強められた設計の第一のレンズ群Ｇ１と組み合わせることで、ペッツバール和がゼロに近付く。
【００４１】
また、一般に、正のパワーを持つ可動レンズ群を望遠端側に移動させると、メリディオナル像面がサジタル像面よりもアンダーとなって、非点収差が発生する。しかし、図２の例では、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズ（レンズＬ８）を可動レンズ群（第二のレンズ群Ｇ２）の像側に配置することにより、第二のレンズ群Ｇ２を望遠端側に移動させたときにレンズ８を通過する周辺光線が非点収差の補正に寄与する。
【００４２】
例えば、可動レンズ群の像側に最終レンズとして物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを配置する構成を考える。この構成では、可動レンズから射出された光線が凹面（メニスカスレンズの物体側面）の光線高さが比較的低い位置に入射され、凸面（メニスカスレンズの像側面）の光線高さが比較的高い位置で強い正のパワーで屈折される。そのため、メリディオナル像面がアンダーとなると共に射出瞳距離が長くなり、固体撮像素子の周辺画素に角度の浅い光線（テレセントリックに近い状態の光線）が入射される。固体撮像素子が短射出瞳距離向けである場合、周辺画素において被写体からの光が効率良く取り込まれない。
【００４３】
これに対し、図２の例では、内視鏡用変倍光学系１００の最終レンズ面（レンズＬ８の像側面）を凹面とすることにより、最終レンズ面を凸面とした場合と比べて、固体撮像素子の周辺画素への光線の入射角度を大きくすることができる。そのため、固体撮像素子が短射出瞳距離向けである場合、周辺画素において被写体からの光が効率良く取り込まれる。また、内視鏡用変倍光学系１００と固体撮像素子間の短射出瞳距離化が好適に達成されるため、電子スコープ１の先端部１２の全長を短くすることができる。
【００４４】
また、図２の例では、第三のレンズ群Ｇ３として物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ（レンズＬ８）を配置することにより、第二のレンズ群Ｇ２から射出された光線がレンズＬ８の凸面の光線高さが比較的高い位置に入射される。そのため、第一のレンズ群Ｇ１及び第二のレンズ群Ｇ２において光線を大きく屈折させる必要がなく、第一のレンズ群Ｇ１及び第二のレンズ群Ｇ２のパワーが抑えられる。言い換えると、第一のレンズ群Ｇ１及び第二のレンズ群Ｇ２の誤差感度が低くなり、歩留まりの向上に寄与する。
【００４５】
内視鏡用変倍光学系１００は、望遠端での第二のレンズ群Ｇ２の倍率をｍ２ｔと定義し、広角端での第二のレンズ群Ｇ２の倍率をｍ２ｗと定義した場合に、次の条件式（１）
−１＜ｍ２ｔ＜ｍ２ｗ＜−０．３５・・・（１）
を満たす構成となっている。
【００４６】
条件式（１）が満たされることにより、内視鏡用変倍光学系１００を精細なフォーカス調整に適した構成でありつつも小型化に設計することが可能となる。
【００４７】
条件式（１）において倍率ｍ２ｗが右辺の値以上となる場合、広角端での第二のレンズ群Ｇ２の倍率ｍ２ｗが低いことから、変倍に必要な第二のレンズ群Ｇ２の移動量が大きくなり、内視鏡用変倍光学系１００の全長が長くなる。この結果、全長の長い内視鏡用変倍光学系１００を収容する必要上、硬質部分である電子スコープ１の先端部１２の全長を長くしなければならない。また、条件式（１）において倍率ｍ２ｗが右辺の値以上となる場合、望遠端での第二のレンズ群Ｇ２の倍率ｍ２ｔが相対的に大きくなることから、第二のレンズ群Ｇ２を移動させたときの最良物体距離の変化が大きくなる。そのため、精細なフォーカス調整ができなくなる。
【００４８】
体腔内を観察する際の電子スコープ１の使い勝手を考慮すると、最良物体距離は、広角端から望遠端に近付くほど短くなり、望遠端に到達したときに最も短くなるのが好ましい。しかし、条件式（１）において倍率ｍ２ｔが左辺の値以下となる場合、最良物体距離が望遠端に到達する前に最も短くなってしまう。そのため、体腔内を観察する際の電子スコープ１の使い勝手が悪くなる。
【００４９】
内視鏡用変倍光学系１００は、第三のレンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３（単位：ｍｍ）と定義し、広角端での全系の焦点距離をｆｗ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（２）
４＜ｆ３／ｆｗ＜１１・・・（２）
を満たす構成となっている。
【００５０】
条件式（２）が満たされることにより、諸収差（主に、非点収差、色収差、コマ収差及び像面湾曲）が良好に補正されると共にシェーディングの発生が抑えられる。
【００５１】
条件式（２）において中辺の値が右辺の値以上となる場合、第三のレンズ群Ｇ３のパワーが弱くなりすぎることから、非点収差を良好に補正することが難しい。また、条件式（２）において中辺の値が右辺の値以上となる場合、第三のレンズ群Ｇ３が過度に大きいメニスカス形状を持つことにより、色収差及びコマ収差が増加してしまう。
【００５２】
条件式（２）において中辺の値が左辺の値以下となる場合、第三のレンズ群Ｇ３のパワーが強くなりすぎたり、第三のレンズ群Ｇ３の凸面の曲率に対し凹面の曲率が小さくなりすぎたりすることにより、ペッツバール和が増加して像面湾曲が大きく発生する。また、条件式（２）において中辺の値が左辺の値以下となる場合、固体撮像素子間への光の入射角度が小さくなりすぎることにより、シェーディングが発生して撮影画像が劣化する。
【００５３】
内視鏡用変倍光学系１００は、更に、次の条件式（３）
６＜ｆ３／ｆｗ＜１０・・・（３）
を満たす構成としてもよい。これにより、諸収差（主に、非点収差、色収差、コマ収差及び像面湾曲）がより一層良好に補正されると共にシェーディングの発生がより一層抑えられる。
【００５４】
内視鏡用変倍光学系１００は、第二のレンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（４）
０．２＜ｆ２／ｆ３＜０．７・・・（４）
を満たす構成となっている。
【００５５】
条件式（４）が満たされることにより、内視鏡用変倍光学系１００を精細なフォーカス調整に適した構成でありつつも小型化に設計することが可能となる。
【００５６】
条件式（４）において中辺の値が右辺の値以上となる場合、第二のレンズ群Ｇ２の負のパワーが相対的に弱くなりすぎることから、第二のレンズ群Ｇ２の移動量が大きくなるので、内視鏡用変倍光学系１００の小型化に不利となる。また、条件式（４）において中辺の値が右辺の値以上となる場合、第三のレンズ群Ｇ３による光学像の縮小効果が強くなりすぎる。第三のレンズ群Ｇ３による光学像の縮小効果を相対的に弱めるため、第一のレンズ群Ｇ１及び第二のレンズ群Ｇ２の径を大きくしなければならない。
【００５７】
条件式（４）において中辺の値が左辺の値以下となる場合、第二のレンズ群Ｇ２の負のパワーが相対的に強くなり、第二のレンズ群Ｇ２の移動量が小さくなる。そのため、第二のレンズ群Ｇ２の僅かな移動でフォーカス調整を行わなければならない。そのため、精度の高いフォーカス調整機構が必要となり、電子スコープ１を高コスト化させたり大型化させたりしてしまう。また、条件式（４）において中辺の値が左辺の値以下となる場合、変倍位置が広角端、望遠端にあるときの固体撮像素子への光の入射角の変化が大きくなる。そのため、固体撮像素子のシェーディング特性に適合するのが難しくなる。
【００５８】
内視鏡用変倍光学系１００は、更に、次の条件式（５）
０．２＜ｆ２／ｆ３＜０．４・・・（５）
を満たす構成としてもよい。これにより、内視鏡用変倍光学系１００が精細なフォーカス調整により一層適した構成でありつつもより一層小型化に設計可能となる。
【００５９】
内視鏡用変倍光学系１００は、第一のレンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（６）
０．７＜｜ｆ３／ｆ１｜＜３．５・・・（６）
を満たす構成となっている。
【００６０】
条件式（６）が満たされることにより、諸収差（主に、非点収差及び像面湾曲）が良好に補正される構成でありつつも小型化に設計することが可能となる。
【００６１】
条件式（６）において中辺の値が右辺の値以上となる場合、第一のレンズ群Ｇ１のパワーが強くなりすぎてしまうため、ペッツバール和が負に増加して、第三のレンズ群Ｇ３で補正できないほど非点収差及び像面湾曲が大きく発生する。
【００６２】
条件式（６）において中辺の値が左辺の値以下となる場合、第一のレンズ群Ｇ１のパワーが弱くなりすぎてしまうため、第一のレンズ群Ｇ１の径を大きくしなければならない。また、条件式（６）において中辺の値が左辺の値以下となる場合、第三のレンズ群Ｇ３のパワーが強くなりすぎることから、コマ収差の発生が増加すると共に、変倍位置が広角端、望遠端にあるときの固体撮像素子への光の入射角の変化が大きくなる。そのため、固体撮像素子のシェーディング特性に適合するのが難しくなる。
【００６３】
内視鏡用変倍光学系１００は、更に、次の条件式（７）
１．２＜｜ｆ３／ｆ１｜＜３．２・・・（７）
を満たす構成としてもよい。これにより、諸収差（主に、非点収差及び像面湾曲）がより一層良好に補正される構成でありつつもより一層小型化に設計することが可能となる。
【００６４】
内視鏡用変倍光学系１００は、例えば０．３メガピクセル以上の固体撮像素子に好適である。また、内視鏡用変倍光学系１００は、例えば１．０メガピクセル以上の固体撮像素子により好適である。また、、内視鏡用変倍光学系１００は、例えば１．０メガピクセル〜２．０メガピクセルの固体撮像素子により一層好適である。
【００６５】
次に、これまで説明した内視鏡用変倍光学系１００の具体的数値実施例を７例説明する。各数値実施例１〜７に係る内視鏡用変倍光学系１００は、図１に示される電子スコープ１の先端部１２に配置されている。
【実施例１】
【００６６】
上述したように、本発明の実施例１に係る内視鏡用変倍光学系１００の構成は、図２に示される通りである。【００６７】
本実施例１に係る内視鏡用変倍光学系１００（及びその後段に配置された光学部品）の具体的数値構成（設計値）は、表１に示される。表１の上欄（面データ）に示される面番号ＮＯは、絞りＳに対応する面番号７を除き、図２中の面符号ｒｎ（ｎは自然数）に対応する。表１の上欄において、Ｒ（単位：ｍｍ）は光学部材の各面の曲率半径を、Ｄ（単位：ｍｍ）は光軸ＡＸ上の光学部材厚又は光学部材間隔を、Ｎ（ｄ）はｄ線（波長５８８ｎｍ）の屈折率を、νｄはｄ線のアッベ数を、それぞれ示す。【００６８】
表１の下欄（各種データ）は、本実施例１に係る内視鏡用変倍光学系１００の仕様（実効Ｆナンバー、全系の焦点距離（単位：ｍｍ）、光学倍率、半画角（単位：ｄｅｇｒｅｅ）、像高（単位：ｍｍ）、群間隔Ｄ６（単位：ｍｍ）、群間隔Ｄ１４（単位：ｍｍ））を広角端、望遠端のそれぞれについて示す。群間隔Ｄ６は、第一のレンズ群Ｇ１と第二のレンズ群Ｇ２との群間隔である。群間隔Ｄ１４は、第二のレンズ群Ｇ２と第三のレンズ群Ｇ３との群間隔である。群間隔Ｄ６、群間隔Ｄ１４は、変倍位置に応じて変わる。【００６９】
【表１】
2017146021.tif 000003
【００７０】
図３（ａ）のグラフＡ〜Ｄは、本実施例１に係る内視鏡用変倍光学系１００において変倍位置が広角端にあるときの各種収差図である。図３（ｂ）のグラフＡ〜Ｄは、本実施例１に係る内視鏡用変倍光学系１００において変倍位置が望遠端にあるときの各種収差図である。図３（ａ）、（ｂ）のグラフＡは、ｄ線、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６ｎｍ）での球面収差及び軸上色収差を示す。図３（ａ）、（ｂ）のグラフＢは、ｄ線、ｇ線、Ｃ線での倍率色収差を示す。グラフＡ、Ｂ中、実線はｄ線での収差を、点線はｇ線での収差を、一点鎖線はＣ線での収差を、それぞれ示す。図３（ａ）、（ｂ）のグラフＣは、非点収差を示す。グラフＣ中、実線はサジタル成分を、点線はメリディオナル成分を、それぞれ示す。図３（ａ）、（ｂ）のグラフＤは、歪曲収差を示す。グラフＡ〜Ｃの縦軸は像高を、横軸は収差量を、それぞれ示す。グラフＤの縦軸は像高を、横軸は歪曲率を、それぞれ示す。なお、本実施例１の各表又は各図面についての説明は、以降の各数値実施例で提示される各表又は各図面においても適用する。【００７１】
本実施例１に係る内視鏡用変倍光学系１００は、広角端、望遠端の何れにおいても諸収差が良好に補正されつつ（図３参照）、第三のレンズ群Ｇ３として物体側に凸面を向けたメニスカスレンズが配置されることにより（図２及び表１参照）、短射出瞳距離向けの固体撮像素子に適した構成となっている。なお、広角端と望遠端との中間域においては、図３（ａ）と図３（ｂ）とが示す範囲内で各種収差が変化する。すなわち、本実施例１に係る内視鏡用変倍光学系１００は、広角端から望遠端までの各変倍位置で光学性能が良好である。
【実施例２】
【００７２】
図４（ａ）、（ｂ）は、本実施例２に係る内視鏡用変倍光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。図４（ａ）は、変倍位置が広角端にあるときのレンズ配置を示す。図４（ｂ）は、変倍位置が望遠端にあるときのレンズ配置を示す。【００７３】
図５（ａ）のグラフＡ〜Ｄは、本実施例２に係る内視鏡用変倍光学系１００において変倍位置が広角端にあるときの各種収差図である。図５（ｂ）のグラフＡ〜Ｄは、本実施例２に係る内視鏡用変倍光学系１００において変倍位置が望遠端にあるときの各種収差図である。【００７４】
表２は、本実施例２に係る内視鏡用変倍光学系１００を含む各光学部品の具体的数値構成及び仕様を示す。本実施例２に係る内視鏡用変倍光学系１００は、図４及び図５並びに表２から判るように、広角端から望遠端までの各変倍位置で光学性能が良好であると共に短射出瞳距離向けの固体撮像素子に適した構成となっている。【００７５】
【表２】
2017146021.tif 000004
【実施例３】
【００７６】
図６（ａ）、（ｂ）は、本実施例３に係る内視鏡用変倍光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。図６（ａ）は、変倍位置が広角端にあるときのレンズ配置を示す。図６（ｂ）は、変倍位置が望遠端にあるときのレンズ配置を示す。【００７７】
図７（ａ）のグラフＡ〜Ｄは、本実施例３に係る内視鏡用変倍光学系１００において変倍位置が広角端にあるときの各種収差図である。図７（ｂ）のグラフＡ〜Ｄは、本実施例３に係る内視鏡用変倍光学系１００において変倍位置が望遠端にあるときの各種収差図である。【００７８】
表３は、本実施例３に係る内視鏡用変倍光学系１００を含む各光学部品の具体的数値構成及び仕様を示す。なお、表３では、第二のレンズ群Ｇ２と第三のレンズ群Ｇ３との群間隔を符号「Ｄ１２」で示す。本実施例３に係る内視鏡用変倍光学系１００は、図６及び図７並びに表３から判るように、広角端から望遠端までの各変倍位置で光学性能が良好であると共に短射出瞳距離向けの固体撮像素子に適した構成となっている。【００７９】
【表３】
2017146021.tif 000005
【実施例４】
【００８０】
図８（ａ）、（ｂ）は、本実施例４に係る内視鏡用変倍光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。図８（ａ）は、変倍位置が広角端にあるときのレンズ配置を示す。図８（ｂ）は、変倍位置が望遠端にあるときのレンズ配置を示す。【００８１】
図９（ａ）のグラフＡ〜Ｄは、本実施例４に係る内視鏡用変倍光学系１００において変倍位置が広角端にあるときの各種収差図である。図９（ｂ）のグラフＡ〜Ｄは、本実施例４に係る内視鏡用変倍光学系１００において変倍位置が望遠端にあるときの各種収差図である。【００８２】
表４は、本実施例４に係る内視鏡用変倍光学系１００を含む各光学部品の具体的数値構成及び仕様を示す。なお、表４では、第二のレンズ群Ｇ２と第三のレンズ群Ｇ３との群間隔を符号「Ｄ１３」で示す。本実施例４に係る内視鏡用変倍光学系１００は、図８及び図９並びに表４から判るように、広角端から望遠端までの各変倍位置で光学性能が良好であると共に短射出瞳距離向けの固体撮像素子に適した構成となっている。【００８３】
【表４】
2017146021.tif 000006
【実施例５】
【００８４】
図１０（ａ）、（ｂ）は、本実施例５に係る内視鏡用変倍光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。図１０（ａ）は、変倍位置が広角端にあるときのレンズ配置を示す。図１０（ｂ）は、変倍位置が望遠端にあるときのレンズ配置を示す。【００８５】
図１１（ａ）のグラフＡ〜Ｄは、本実施例５に係る内視鏡用変倍光学系１００において変倍位置が広角端にあるときの各種収差図である。図１１（ｂ）のグラフＡ〜Ｄは、本実施例５に係る内視鏡用変倍光学系１００において変倍位置が望遠端にあるときの各種収差図である。【００８６】
表５は、本実施例５に係る内視鏡用変倍光学系１００を含む各光学部品の具体的数値構成及び仕様を示す。なお、表５では、第一のレンズ群Ｇ１と第二のレンズ群Ｇ２との群間隔を符号「Ｄ５」で示し、第二のレンズ群Ｇ２と第三のレンズ群Ｇ３との群間隔を符号「Ｄ１３」で示す。本実施例５に係る内視鏡用変倍光学系１００は、図１０及び図１１並びに表５から判るように、広角端から望遠端までの各変倍位置で光学性能が良好であると共に短射出瞳距離向けの固体撮像素子に適した構成となっている。【００８７】
【表５】
2017146021.tif 000007
【実施例６】
【００８８】
図１２（ａ）、（ｂ）は、本実施例６に係る内視鏡用変倍光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。図１２（ａ）は、変倍位置が広角端にあるときのレンズ配置を示す。図１２（ｂ）は、変倍位置が望遠端にあるときのレンズ配置を示す。【００８９】
図１３（ａ）のグラフＡ〜Ｄは、本実施例６に係る内視鏡用変倍光学系１００において変倍位置が広角端にあるときの各種収差図である。図１３（ｂ）のグラフＡ〜Ｄは、本実施例６に係る内視鏡用変倍光学系１００において変倍位置が望遠端にあるときの各種収差図である。【００９０】
表６は、本実施例６に係る内視鏡用変倍光学系１００を含む各光学部品の具体的数値構成及び仕様を示す。なお、表６では、第一のレンズ群Ｇ１と第二のレンズ群Ｇ２との群間隔を符号「Ｄ４」で示し、第二のレンズ群Ｇ２と第三のレンズ群Ｇ３との群間隔を符号「Ｄ１２」で示す。本実施例６に係る内視鏡用変倍光学系１００は、図１２及び図１３並びに表６から判るように、広角端から望遠端までの各変倍位置で光学性能が良好であると共に短射出瞳距離向けの固体撮像素子に適した構成となっている。【００９１】
【表６】
2017146021.tif 000008
【実施例７】
【００９２】
図１４（ａ）、（ｂ）は、本実施例７に係る内視鏡用変倍光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。図１４（ａ）は、変倍位置が広角端にあるときのレンズ配置を示す。図１４（ｂ）は、変倍位置が望遠端にあるときのレンズ配置を示す。【００９３】
図１５（ａ）のグラフＡ〜Ｄは、本実施例７に係る内視鏡用変倍光学系１００において変倍位置が広角端にあるときの各種収差図である。図１５（ｂ）のグラフＡ〜Ｄは、本実施例７に係る内視鏡用変倍光学系１００において変倍位置が望遠端にあるときの各種収差図である。【００９４】
表７は、本実施例７に係る内視鏡用変倍光学系１００を含む各光学部品の具体的数値構成及び仕様を示す。なお、表７では、第一のレンズ群Ｇ１と第二のレンズ群Ｇ２との群間隔を符号「Ｄ４」で示し、第二のレンズ群Ｇ２と第三のレンズ群Ｇ３との群間隔を符号「Ｄ１２」で示す。本実施例７に係る内視鏡用変倍光学系１００は、図１４及び図１５並びに表７から判るように、広角端から望遠端までの各変倍位置で光学性能が良好であると共に短射出瞳距離向けの固体撮像素子に適した構成となっている。【００９５】
【表７】
2017146021.tif 000009
【００９６】
（条件式検証）
表８は、本実施例１〜７の各実施例において、条件式（１）〜（７）の各条件式を適用したときに算出される値の一覧表である。【００９７】
【表８】
2017146021.tif 000010
【００９８】
本実施例１、２、４〜７の各実施例に係る内視鏡用変倍光学系１００は、表８に示されるように、条件式（１）〜（７）を満たす。また、本実施例３に係る内視鏡用変倍光学系１００は、表８に示されるように、条件式（１）、（２）、（４）及び（６）を満たす。これにより、本実施例１〜７の各実施例では、各条件式を満たすことによる更なる効果が奏される。【００９９】
以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明した内容に限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017146021.tif 000017
【図８】
2017146021.tif 000018
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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