(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、単一の中心軸を有する負の第１レンズ群と、単一の中心軸を有する正の第２レンズ群と、視差方向に並列に配置され視差を有する２つの光学像を結像させる一対の第３レンズ群とからなり、
前記第１レンズ群が、前記物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとからなり、
前記第２レンズ群が、前記物体側から順に、接合レンズと、正レンズとからなり、
前記第３レンズ群に夫々絞りが配置され、
以下の条件式（１）を満足する内視鏡対物光学系。
Ｆｏｂ＿ｎ／Ｆｏｂ＿ｐ＞−０．５    ・・・（１）
但し、Ｆｏｂ＿ｎは第１レンズ群の焦点距離であり、Ｆｏｂ＿ｐは第２レンズ群の焦点距離である。
【請求項２】
以下の条件式（２）を満足する請求項１記載の内視鏡対物光学系。
ｆｓ／ｆｂ＜２．５    ・・・（２）
但し、ｆｓは絞りの位置から結像面までの距離であり、ｆｂは最終レンズから結像面までの距離である。
【請求項３】
各前記第３レンズ群から結像面までの間に、２つの反射面を有する反射光学系が夫々配置される請求項１記載の内視鏡対物光学系。
【請求項４】
以下の条件式（３）を満足する請求項３記載の内視鏡対物光学系。
ｆｂ／ｉｈｙ＞４    ・・・（３）
但し、ｆｂは最終レンズから結像面までの距離であり、ｉｈｙは視差方向の最大の像高である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物光学系に関し、特に、医療用内視鏡に適用される内視鏡対物光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、１つの撮像素子に視差を有する２つの光学像を結像させて立体視を行うための対物光学系が提案されている。
このような対物光学系の一例として、特許文献１には、物体側から順に左右共通（２つの視差方向）の前群光学系と、左右一対の結像光学系とを備える対物光学系が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−８２７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、広角かつ立体視可能な対物光学系においては、対物光学系全体の小型化が求められており、２つの視差のある光学像を１つの撮像素子により近接して結像させることが要求される。また、高画素の内視鏡に適用する場合には、撮像素子のピッチ間隔が小さくなるため、より明るくＦ値が小さくなることが要求される。
しかしながら、特許文献１の対物光学系では、後段の左右一対の結像光学系が並列に配置されており、より高画素を実現するためにＦ値を小さくしようとすると、レンズ径が大きくなる。従って、光束のケラレがなく、分解能の低下を防止するためには、二つの結像光学系の間隔を広くする必要が生じる。上記したいずれの場合も小型化の要請に悖ることとなる。【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、広画角でありながら立体視可能であり、Ｆ値を小さくすると共にケラレの少ない小型の内視鏡対物光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、物体側から順に、単一の中心軸を有する負の第１レンズ群と、単一の中心軸を有する正の第２レンズ群と、視差方向に並列に配置され視差を有する２つの光学像を結像させる一対の第３レンズ群とからなり、前記第１レンズ群が、前記物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとからなり、前記第２レンズ群が、前記物体側から順に、接合レンズと、正レンズとからなり、前記第３レンズ群に夫々絞りが配置され、以下の条件式（１）を満足する内視鏡対物光学系を提供する。
Ｆｏｂ＿ｎ／Ｆｏｂ＿ｐ＞−０．５    ・・・（１）
但し、Ｆｏｂ＿ｎは第１レンズ群の焦点距離であり、Ｆｏｂ＿ｐは第２レンズ群の焦点距離である。
【０００７】
本態様において、条件式（１）は、第１レンズ群の焦点距離と第２レンズ群の焦点距離との比率に関する条件を定めたものであり、第１レンズ群の焦点距離を短くすることで全角で９０度以上の広角の対物光学系とすることができる。また、絞りを第３レンズ群に夫々配置することで第３レンズ群における光束径を小さくすることができるので、広画角でありながら立体視可能であり、Ｆ値を小さくすると共にケラレを少なくすることができる。【０００８】
上記態様において、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
ｆｓ／ｆｂ＜２．５    ・・・（２）
但し、ｆｓは絞りの位置から結像面までの距離であり、ｆｂは最終レンズから結像面までの距離である。
このように絞りの位置を条件式（２）の範囲とすることで、光束径をより小さくすることができる。【０００９】
また、上記態様において、各前記第３レンズ群から結像面までの間に、２つの反射面を有する反射光学系が夫々配置されることが好ましい。
このように２つの反射面を有する反射光学系を適用することで、１つの撮像素子に２つの視差のある光学像をより近接して結像することが可能となる。【００１０】
また、上記態様において、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
ｆｂ／ｉｈｙ＞４    ・・・（３）
但し、ｆｂは最終レンズから結像面までの距離であり、ｉｈｙは視差方向の最大の像高である。
このようにすることで、反射光学系において光束にケラレが生じることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、広画角でありながら立体視可能であり、Ｆ値を小さくすると共にケラレの少ない小型の内視鏡対物光学系を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の一実施例に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の他の実施例に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の一実施例に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の他の実施例に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る内視鏡対物光学系について図面を参照して説明する。
図１は、内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図を示している。図１に示すように、内視鏡対物光学系は、物体側から順に、複数のレンズ群、すなわち、負の第１レンズ群Ｇ１と、正の第２レンズ群Ｇ２と、視差方向に並列に配置され視差を有する２つの光学像を結像させる一対の第３レンズ群Ｇ３とを備えている。なお、本実施形態においては、説明の便宜上、第３レンズ群Ｇ３の視差方向の一対の光学系のうち、一方のみを図示している。
【００１４】
第１レンズ群は、物体側から順に第１レンズＬ１、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３を備え、全体として負の屈折力を有している。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に第４レンズＬ４と第５レンズＬ５との接合レンズＣＬ１と、第６レンズＬ６とからなり、全体として正の屈折力を有している。
【００１５】
第３レンズ群Ｇ３は、互いに視差方向に並列に配置され、それぞれ被写体から第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２を介して入射される光を集光し、撮像素子の受光面Ａに集光した光を入射させる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に第７レンズＬ７、絞りＳ、第８レンズＬ８及び第９レンズＬ９からなる。図１においては、２つの第３レンズ群Ｇ３の内、一方のみを示し、他方の図示を省略している。
【００１６】
また、本実施形態に係る内視鏡対物光学系は、以下の条件式（１）を満たすように構成されている。
Ｆｏｂ＿ｎ／Ｆｏｂ＿ｐ＞−０．５    ・・・（１）
但し、Ｆｏｂ＿ｎは第１レンズ群Ｇ１の焦点距離であり、Ｆｏｂ＿ｐは第２レンズ群Ｇ２の焦点距離である。
【００１７】
条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離と第２レンズ群Ｇ２の焦点距離との比率に関する条件を定めたものであり、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を短くすることで全角で９０°以上の広角の内視鏡対物光学系とすることができる。また、絞りを第３レンズ群Ｇ３に夫々配置することで第３レンズ群Ｇ３における光束径を小さくすることができ、広画角でありながら立体視可能であり、Ｆ値を小さくすると共にケラレを少なくすることができる。
【００１８】
条件式（１）を満たさない場合、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２による負のパワーが小さくなる。このため、広角の条件を満足するには、第３レンズ群Ｇ３の位置を第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の光軸から視差方向により離した位置にするか、第３レンズ群Ｇ３の第７レンズＬ７から第２レンズ群Ｇ２の第６レンズＬ６に向かう光束を広げる必要がある。しかし、いずれの場合にも、第６レンズＬ６での光束径が大きくなるので、レンズ系全体が大きくなり、更に、第２レンズ群Ｇ２でのレンズ中心から遠い位置での収差を補正しなければならず、高画素に対応した性能を満足することが難しくなる。
【００１９】
また、内視鏡対物光学系は、条件式（２）を満足するように構成されている。
ｆｓ／ｆｂ＜２．５    ・・・（２）
但し、ｆｓは絞りＳの位置から結像面（受光面Ａ）までの距離であり、ｆｂは最終レンズである第９レンズＬ９から結像面までの距離である。
【００２０】
条件式（２）は、絞りＳの位置についての範囲を定めたものであり、絞りＳを条件式（２）の範囲に配置することで、光束径をより小さくすることができる。
条件式（２）を満たさない場合、絞りＳから結像面までの距離が長くなるために、第３レンズ群Ｇ３の第８レンズＬ８や第９レンズＬ９における光束径が大きくなってしまう。従って、第３レンズ群Ｇ３において、光束のケラレが生じ、高画素に対応することが難しくなる。
【００２１】
このように、本実施形態によれば、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を短くすることで、全角で９０°以上の広角の内視鏡対物光学系とすることができ、絞りＳを第３レンズ群Ｇ３の所定の範囲に夫々配置することで第３レンズ群Ｇ３における光束径を小さくすることができ、広画角でありながら立体視可能であり、Ｆ値を小さくすると共にケラレを少なくすることができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
また、本発明の第２の実施形態として、内視鏡対物光学系を以下のように構成することもできる。
本実施形態に係る内視鏡対物光学系は、図２に示すように、物体側から順に、負の第１レンズ群Ｇ１、正の第２レンズ群Ｇ２、視差方向に並列に配置され視差を有する２つの光学像を結像させる一対の第３レンズ群Ｇ３及び２つの反射面を有する反射光学系Ｐからなる。つまり、反射光学系Ｐが、第３レンズ群Ｇ３から結像面Ａの間に設けられている。また、本実施形態では、第３レンズ群Ｇ３において、絞りＳは、最も物体側のレンズである第７レンズＬ７の物体側に配置されている。
【００２３】
また、本実施形態に係る内視鏡対物光学系は、上記した条件式（１）及び（２）の他、以下の条件式（３）を満たすように構成されている。
ｆｂ／ｉｈｙ＞４    ・・・（３）
但し、ｆｂは最終レンズである第９レンズＬ９から結像面Ａまでの距離であり、ｉｈｙは視差方向の最大の像高である。
【００２４】
２つの反射面を有する反射光学系Ｐを適用することで、１つの撮像素子に２つの視差のある光学像をより近接して結像することが可能となり、条件式（３）を満たすことで、反射光学系Ｐにおいて光束にケラレが生じることを防止することができる。
【実施例】
【００２５】
続いて、上述した何れかの実施形態に係る内視鏡対物光学系の実施例１〜実施例４について、図３〜図６を参照して説明する。各実施例に記載のレンズデータにおいて、ｒは曲率半径（単位ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、Ｎｅはｅ線に対する屈折率、νｄはｄ線に対するアッベ数を示している。【００２６】
（実施例１）
第１の実施形態の一実施例に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図を図３に示す。
実施例１に係る内視鏡対物光学系は、物体側より順に、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群と視差方向に配置された一対の第３レンズ群とから構成されている。また、絞りＳは第３レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの像面側に配置されている。
本実施例１に係る内視鏡対物光学系のレンズデータを以下に示す。【００２７】
レンズデータ  
面番号      ｒ          ｄ            Ｎｅ          νｄ  
物体面                  15                                
1     -3.80837       1.5          1.883        40.7645
2      4.14645       0.400822
3     -9.69475       1.50498      1.76182      26.5174
4     -2.85208       0.288
5     -3.27565       1.50498      1.63854      55.3792
6      6.22293       0.226368
7      6.83208       1.41587      1.84666      23.7775
8      6.75522       1.46717      1.7495       35.3319
9      3.18333       0.214991
10      3.73937       1.72575      1.603        65.4427
11     -3.71946       0.392832
12     -1.7681        1.04509      1.54072      47.2264
13     -2.48904       0.209019
14(絞り)               0.298598
15      2.5571        0.895795     1.92286      18.8966
16      1.45226       0.298598
17      1.98468       0.82944      1.62041      60.2887
18     -3.11608       3.503161
19(像面)【００２８】
各種データ
第１レンズ群の焦点距離Ｆｏｂ＿ｎ    −１．４２６６ｍｍ
第２レンズ群の焦点距離Ｆｏｂ＿ｐ      ５．６００４３ｍｍ
結像面から絞りまでの距離ｆｓ          ５．８２５６ｍｍ
最終レンズから結像面までの距離ｆｂ    ３．５０３１６１ｍｍ
視差方向の最大像高ｉｈｙ              ０．４５ｍｍ
第３レンズ群の光軸と第１、第２レンズ群の光軸とのずれ量０．７２ｍｍ
Ｆ値        ４
画角      ５９．９４３３°
Ｆｏｂ＿ｎ／Ｆｏｂ＿ｐ  −０．２５４７３０４４
ｆｓ／ｆｂ              １．６６２９５５２５７
ｆｂ／ｉｈｙ            ７．７８４８０２２２２【００２９】
（実施例２）
第１の実施形態の他の実施例に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図を図４に示す。
本実施例に係る内視鏡対物光学系は、物体側より順に、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群と視差方向に配置された一対の第３レンズ群とから構成されている。また、絞りＳは、第３レンズ群の最も像面側に配置されたレンズの物体側に隣接して配置されている。
本実施例２に係る内視鏡対物光学系のレンズデータを以下に示す。【００３０】
レンズデータ
面番号      ｒ          ｄ            Ｎｅ          νｄ  
物体面                  15                                
1     -6.95702       1.5          1.883        40.7645
2      2.98074       0.689341
3    -11.5723        1.7935       1.76182      26.5174
4     -2.83423       0.288
5     -2.74912       1.7935       1.63854      55.3792
6     11.0428        0.514887
7     10.0787        1.70439      1.84666      23.7775
8      7.26287       1.75569      1.7495       35.3319
9      4.59815       0.214991
10      5.33836       2.01427      1.603        65.4427
11     -4.52516       0.392832
12     -1.47378       1.04509      1.54072      47.2264
13     -2             0.209019
14      2.70984       0.895795     1.92286      18.8966
15      1.49409       0.298598
16(絞り)              0.1
17      2.19475       0.82944      1.62041      60.2887
18    -2.97994        3.68799
19(像面)【００３１】
第１レンズ群の焦点距離Ｆｏｂ＿ｎ    −１．６１３９５ｍｍ
第２レンズ群の焦点距離Ｆｏｂ＿ｐ      ７．１００２６ｍｍ
結像面から絞りまでの距離ｆｓ          ４．６１７４３ｍｍ
最終レンズから結像面までの距離ｆｂ    ３．６８７９９ｍｍ
視差方向の最大像高ｉｈｙ              ０．４５ｍｍ
第３レンズ群の光軸と第１、第２レンズ群の光軸とのずれ量０．７２ｍｍ
Ｆ値        ３
画角      ５９．９９６１°
Ｆｏｂ＿ｎ／Ｆｏｂ＿ｐ  −０．２２７３０８５７７
ｆｓ／ｆｂ              １．２５２０１８０３７
ｆｂ／ｉｈｙ            ８．１９５５３３３３３【００３２】
（実施例３）
第２の実施形態の一実施例に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図を図５に示す。
本実施例に係る内視鏡対物光学系は、物体側より順に、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群と視差方向に配置された一対の第３レンズ群と２つの反射面を有する反射光学系とから構成されている。また、絞りＳは、第３レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側に隣接して配置されている。
本実施例３に係る内視鏡対物光学系のレンズデータを以下に示す。【００３３】
レンズデータ
面番号      ｒ          ｄ            Ｎｅ          νｄ  
物体面                  15                                
1    -12.5697        0.6            1.883        40.7645
2      3.12377      1.04167
3    -15.47          1.36097        1.92286      18.8966
4     -3.84137       0.801512
5     -4.20218       1.36097        1.63854      55.3792
6      2.89504       1.00414
7    -19.4523        1.33611        1.84666      23.7775
8      4.08815       1.78599        1.7495       35.3319
9    -11.1098        0.1
10    -14.0755        1.6083         1.603        65.4427
11     -3.71871       0.12
12(絞り)              0.1
13     -1.00081       0.35           1.78472      25.683
14     -1.19388       0.17
15      1.59833       0.4            1.92286      18.8966
16      1.05853       0.05
17      1.22734       1.08349        1.51633      64.1411
18     -2.30257       0.965003
19      ∞            0.45           1.51633      64.1411
20      ∞(反射面)    0.9            1.51633      64.1411
21      ∞(反射面)    0.4            1.51633      64.1411
22      ∞            0.3
23(像面)【００３４】
各種データ
第１レンズ群の焦点距離Ｆｏｂ＿ｎ    −１．３６５４７ｍｍ
第２レンズ群の焦点距離Ｆｏｂ＿ｐ      ６．９３６１１ｍｍ
結像面から絞りまでの距離ｆｓ          ５．１６８４９ｍｍ
最終レンズから結像面までの距離ｆｂ    ３．０１５００３ｍｍ
視差方向の最大像高ｉｈｙ              ０．３ｍｍ
第３レンズ群の光軸と第１、第２レンズ群の光軸とのずれ量１．３ｍｍ
Ｆ値        ３．５
画角      ４７°
Ｆｏｂ＿ｎ／Ｆｏｂ＿ｐ  −０．１９６８６３９４８
ｆｓ／ｆｂ                １．７１４２５７００１
ｆｂ／ｉｈｙ            １０．０５００１【００３５】
（実施例４）
第２の実施形態の他の実施例に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図を図６に示す。
本実施例に係る内視鏡対物光学系は、物体側より順に、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群と視差方向に配置された一対の第３レンズ群と２つの反射面を有する反射光学系とから構成されている。また、絞りＳは、第３レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの像面側に隣接して配置されている。
本実施例４に係る内視鏡対物光学系のレンズデータを以下に示す。【００３６】
レンズデータ
面番号      ｒ          ｄ            Ｎｅ          νｄ  
物体面                  15                                
1     -8.92789       0.864        1.883        40.7645
2      2.72124       0.953406
3     -3.02092       1.64979      1.92286      18.8966
4     -2.99104       0.844168
5     -2.80703       1.64979      1.63854      55.3792
6    -15.6192        1.13595
7      6.11084       1.61398      1.84666      23.7775
8      3.56736       1.79002      1.7495       35.3319
9      4.60374       0.2
10      5.72221       2.00594      1.603        65.4427
11     -6.89945       0.17
12     -1.50531       0.504        1.78472      25.683
13     -1.77592       0.1008
14(絞り)              0.144
15    1.51588         0.576        1.92286      18.8966
16      0.903019      0.1
17      1.06837       1.25022      1.51633      64.1411
18     -1.94052       0.645411
19      ∞            0.45         1.51633      64.1411
20      ∞(反射面)    0.9          1.51633      64.1411
21      ∞(反射面)    0.4          1.51633      64.1411
22      ∞            0.3
23(像面)            【００３７】
各種データ
第１レンズ群の焦点距離Ｆｏｂ＿ｎ    −１．６２６３９ｍｍ
第２レンズ群の焦点距離Ｆｏｂ＿ｐ      ７．６９０４３ｍｍ
結像面から絞りまでの距離ｆｓ          ４．７６５６３ｍｍ
最終レンズから結像面までの距離ｆｂ    ２．６９５４１１ｍｍ
視差方向の最大像高ｉｈｙ              ０．３５ｍｍ
第３レンズ群の光軸と第１、第２レンズ群の光軸とのずれ量１．３ｍｍ
Ｆ値        ３．５
画角      ７０．０１１６°
Ｆｏｂ＿ｎ／Ｆｏｂ＿ｐ    −０．２１１４８２３２３
ｆｓ／ｆｂ                  １．７６８０５３１８４
ｆｂ／ｉｈｙ                ７．７０１１７４２８６【００３８】
上記した実施例１〜実施例４における上記条件式（１）〜（３）に係る値を表１に示す。【００３９】
【表１】
0005945649.tif 000002
【符号の説明】
【００４０】
Ｇ１  第１レンズ群
Ｇ２  第２レンズ群
Ｇ３  第３レンズ群
Ｐ  反射光学系
Ｓ  絞り
Ｌ１  第１レンズ
Ｌ２  第２レンズ
Ｌ３  第３レンズ
Ｌ４  第４レンズ
Ｌ５  第５レンズ
Ｌ６  第６レンズ
Ｌ７  第７レンズ
Ｌ８  第８レンズ
Ｌ９  第９レンズ
ＣＬ１  接合レンズ
【図１】
0005945649.tif 000003
【図２】
0005945649.tif 000004
【図３】
0005945649.tif 000005
【図４】
0005945649.tif 000006
【図５】
0005945649.tif 000007
【図６】
0005945649.tif 000008