(57)【要約】【課題】  一般（親）内視鏡の鉗子チャンネルなどから挿入可能な小径で、良好な収差性能によりモニタ倍率数百倍〜千倍以上の拡大倍率で細部まで超拡大観察可能な内視鏡対物光学系を得る。【解決手段】  物体側から順に、正単レンズからなる第１レンズ群、正レンズおよび負レンズからなる第２レンズ群、絞り、正または負の単レンズからなる第３レンズ群、負単レンズからなる第４レンズ群、及び正単レンズからなる第５レンズ群からなり、次の条件式（１）を満足する内視鏡対物光学系。（１）０．５＜ｆＦ／ｆ＜０．８但し、ｆＦ；第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離、ｆ；全系の焦点距離。【選択図】  図１
2006091714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、正単レンズからなる第１レンズ群、正レンズおよび負レンズからなる第２レンズ群、絞り、正または負の単レンズからなる第３レンズ群、負単レンズからなる第４レンズ群、及び正単レンズからなる第５レンズ群からなり、次の条件式（１）を満足することを特徴とする内視鏡対物光学系。
（１）０．５＜ｆＦ／ｆ＜０．８
但し、
ｆＦ；第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離、
ｆ；全系の焦点距離。
【請求項２】
請求項１記載の内視鏡対物光学系において、次の条件式（２）及び（３）を満足する内視鏡対物光学系。
（２）-２．０＜ｆ４／ｆ＜-０．６２
（３）０．３＜｜ｒ４｜／ｆ＜１．１
但し、
ｆ４；第４レンズ群の焦点距離、
ｒ４；第４レンズ群を構成する負単レンズの凹面のうち曲率半径が小さい方の曲率半径、または一方のみが凹面のときはその凹面の曲率半径。
【請求項３】
請求項１または２記載の内視鏡対物光学系において、次の条件式（４）を満足する内視鏡対物光学系。
（４）０．７＜ｆ５／ｆ＜２．０
但し、
ｆ５；第５レンズ群の焦点距離。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の内視鏡対物光学系において、次の条件式（５）及び（６）を満足する内視鏡対物光学系。
（５）０．３＜ｆ２ｐ／ｆ＜０．７
（６）Ｎ２ｐ＞１．７６
但し、
ｆ２ｐ；第２レンズ群の正レンズの焦点距離、
Ｎ２ｐ；第２レンズ群の正レンズのｄ線に対する屈折率。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載の内視鏡対物光学系において、次の条件式（７）を満足する内視鏡対物光学系。
（７）｜ｆ３｜／ｆ＞１．１
但し、
ｆ３；第３レンズ群の焦点距離。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載の内視鏡対物光学系を有する内視鏡。
【請求項７】
請求項６記載の内視鏡は、鉗子チャンネルを有する一般内視鏡の鉗子チャンネル内に挿通可能である内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高倍率での拡大観察を可能にする内視鏡対物光学系に関し、特に鉗子チャンネルを有する一般内視鏡の鉗子チャンネル内に挿通可能な小径内視鏡に好適な内視鏡対物光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
拡大観察を可能にする内視鏡の対物光学系として従来、光学素子の一部を移動させ、かつ対象物に近接して拡大観察を行う対物光学系が知られている。
【特許文献１】特開２０００-２６７００２号公報
【特許文献２】特開２００１-１６６２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このタイプの拡大内視鏡は、可動光学素子の移動構造が複雑になり小径化が困難である。さらに、レンズ枚数の少ない拡大内視鏡対物光学系では収差補正が困難なため十分な収差性能が得られない。したがって、拡大率にも限界があり、１４インチモニタ上で１００倍程度の拡大率までが限界であった。
【０００４】
本発明は、一般（親）内視鏡の鉗子チャンネルなどから挿入可能な小径で、良好な収差性能によりモニタ倍率数百倍〜千倍以上の拡大倍率で細部まで超拡大観察可能な内視鏡対物光学系を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の内視鏡対物光学系は、物体側から順に、正単レンズからなる第１レンズ群、正レンズおよび負レンズからなる第２レンズ群、絞り、正または負の単レンズからなる第３レンズ群、負単レンズからなる第４レンズ群、及び正単レンズからなる第５レンズ群からなり、次の条件式（１）を満足することを特徴としている。
（１）０．５＜ｆＦ／ｆ＜０．８
但し、
ｆＦ；第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離、
ｆ；全系の焦点距離、
である。
【０００６】
本発明の内視鏡対物光学系は、次の条件式（２）及び（３）を満足することが好ましい。
（２）-２．０＜ｆ４／ｆ＜-０．６２
（３）０．３＜｜ｒ４｜／ｆ＜１．１
但し、
ｆ４；第４レンズ群の焦点距離、
ｒ４；第４レンズ群を構成する負単レンズの凹面のうち曲率半径が小さい方の曲率半径、または一方のみが凹面のときはその凹面の曲率半径、
である。
【０００７】
また、次の条件式（４）を満足することが好ましい。
（４）０．７＜ｆ５／ｆ＜２．０
但し、
ｆ５；第５レンズ群の焦点距離、
である。
【０００８】
本発明の内視鏡対物光学系は、次の条件式（５）及び（６）を満足することが好ましい。
（５）０．３＜ｆ２ｐ／ｆ＜０．７
（６）Ｎ２ｐ＞１．７６
但し、
ｆ２ｐ；第２レンズ群の正レンズの焦点距離、
Ｎ２ｐ；第２レンズ群の正レンズのｄ線に対する屈折率、
である。
【０００９】
また、次の条件式（７）を満足することが好ましい。
（７）｜ｆ３｜／ｆ＞１．１
但し、
ｆ３；第３レンズ群の焦点距離、
である。
【００１０】
本発明の内視鏡対物光学系は、鉗子チャンネルを有する一般内視鏡の鉗子チャンネル内に挿通可能な小径内視鏡として用いるのが好ましい一態様である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一般（親）内視鏡の鉗子チャンネルなどから挿入可能な小径で、良好な収差性能によりモニタ倍率数百倍〜千倍以上の拡大倍率で細部まで超拡大観察可能な内視鏡対物光学系を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本実施形態の内視鏡対物光学系は、細径スコープに使用される、イメージエリアがφ２ｍｍ（１．６ｍｍ×１．２ｍｍ角）からφ１ｍｍ（０．８ｍｍ×０．６ｍｍ角）程度の超小型ＣＣＤに結像させる細径の超高倍率内視鏡用である。一般に用いられている１４インチモニタでは、表示エリアが約２７ｃｍ×２０ｃｍ角程度であるので、モニタ上で数百から千数百倍の拡大率を得るために、本対物光学系の倍率は数倍（２から５倍程度）とする。
【００１３】
本内視鏡対物光学系は、図１、図３、図５、図７及び図９の数値実施例のレンズ構成に示すように、物体側から順に、正単レンズからなる第１レンズ群１０、正レンズ２１および負レンズ２２からなる第２レンズ群２０、絞りＳ、正または負の単レンズからなる第３レンズ群３０、負単レンズからなる第４レンズ群４０、及び正単レンズからなる第５レンズ群５０からなっている。第５レンズ群５０の後方に、ＣＣＤ（撮像素子）の前方に位置するカバーガラス（フィルタ類）Ｃが位置している。Ｉは撮像面を示す。第２レンズ群２０の正レンズ２１と負レンズ２２は、いずれの数値実施例でも接合されているが、非接合としてもよい。第２レンズ群２０は、正単レンズからなる第１レンズ群１０と絞りＳの間に位置するレンズ群として定義できる。
【００１４】
高倍率の対物光学系にするためには入射側のＮＡを出射側に対して大きくする必要がある。最も物体側に負レンズを配置すると、前群（絞りより物体側のレンズ群）の外径が大きくなり、内視鏡の細径化に適さないので、本実施形態では、最も物体側に正レンズを配置している。正の第１レンズ群の次には、第２レンズ群として、主に球面収差、倍率色収差を補正するための正負のレンズ（第２レンズと第３レンズ）を１枚ずつ配置するとよい。正負レンズの順及び接合の有無は問わない。絞りより像側には、パワーの弱い正または負の単レンズからなる第３レンズ群と負単レンズからなる第４レンズ群を配置している。この第３レンズ群（第４レンズ）と第４レンズ群（第５レンズ）は、接合すると非点収差の補正が困難となるほか、全長を短くすることが困難となるので、接合しない。最も像側には、正単レンズからなる第５レンズ群（第６レンズ）を配置して、ＣＣＤへの入射角（テレセントリック性）を適切に保つ。
【００１５】
本実施形態の内視鏡対物光学系は超高倍率であるので、通常の内視鏡と同様に使用するとブレと狭い深度によって観察しづらい。そこで、対物レンズ先端を観察部位に接触させて観察することが好ましい。観察部位に接触させやすくするために、第１レンズ群（第１レンズ）の第１面（物体側の面）を平面にする、あるいは、第１レンズ群より物体側にフロントカバーガラスを設けるとよい。その際、最も物体側の面から０．１ｍｍ以下の位置にピントが合うように設定することが望ましい。観察物体表層から深い位置にピントが合うようにすると、照明光が届かなかったり、観察物体の屈折率（分布）により収差性能が劣化する可能性がある。
【００１６】
条件式（１）は、前群（絞りより物体側に位置する第１レンズ群と第２レンズ群）の合成パワーに関する条件である。ＣＣＤなどの撮像素子に結像させる電子内視鏡では、暗すぎるとノイズが目立って観察しづらくなるなどの不具合があるので、ある程度の出射側ＮＡを確保しなくてはならない。そのため、入射側ＮＡは自ずとかなり大きくなる。その際に、条件式（１）を満足することが望ましい。条件式（１）の上限を超えて、前群の焦点距離が長くなると、非点収差が増大して結像性能が劣化するとともに、全長が長く大径化するので小型化に不利となる。下限を下回ると、コマ収差、球面収差が増大して結像性能が劣化する。
【００１７】
条件式（２）と（３）は、第４レンズ群に関する条件である。後群（絞りより後方に位置するレンズ群）では絞りを通過した光束を撮像領域に広げなければならず、条件式（２）の下限を超えて第４レンズ群の負のパワーが弱くなる、あるいは条件式（３）の上限を超えて曲率半径が大きくなると、像面湾曲が増大してしまう。また、撮像面周辺まで光線を広げるために全長が長くなるので小型内視鏡に向かない。また、負のパワーが弱いまま全長を短くするとＣＣＤへの入射角が大きくなりＣＣＤシェーディングにより周辺光量が低下する。全長を短くするには、負のパワーがある程度強い必要があり、負のパワーをある程度確保することで同時にペッツバール和を小さくすることができるので像面湾曲を抑えられる。しかし、条件式（２）の上限を超えて第４レンズ群のパワーが強くなり、あるいは条件式（３）の下限を超えて曲率半径が小さくなるとコマ収差が発生し、結像性能が大きく劣化する。
【００１８】
条件式（４）は、最終レンズ群（第５レンズ群）のパワーに関する条件である。第５レンズ群のパワーは特にテレセントリック性に影響を与える。条件式（４）の上限を超えて最終レンズ群のパワーが弱くなる（焦点距離が長くなる）と、非点収差が増大して結像性能が劣化するとともに、ＣＣＤへの入射角がきつくなりシェーディングが起こりやすく、または全長が長くなる。下限を超えてパワーが強くなると、中心付近と周辺像高での射出瞳位置にズレが生じ、ＣＣＤのレンズアレイとのマッチングが悪くなる。また、コマ収差、像面湾曲などが増大する。
【００１９】
条件式（５）と（６）は、第２レンズ群中の正レンズのパワーに関する条件である。条件式（５）と（６）の下限を超えると、球面収差が増大する。条件式（５）の上限を超えて第２レンズ群中の正レンズの焦点距離が長くなると第１レンズ群のパワーが強くなり、コマ収差、球面収差が増大して結像性能が劣化する。
【００２０】
条件式（７）は、第３レンズ群のパワーに関する条件である。絞りの直後の第３レンズ群は、正負によらず強い屈折力を持たない配置が望ましい。条件式（７）の下限を超えて、第３レンズ群のパワーが大きく（焦点距離が短く）なると、諸収差、特に非点収差が大きくなるとともに、加工組立誤差による性能劣化が大きくなってしまう。さらに、第３レンズ群を構成する負単レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状とすると収差補正上好ましい。
【００２１】
本実施形態の内視鏡対物光学系は、絞りを境に分けた前後群をコリメート光学系にせず、全系一体で収差補正を行うことで、前後群各３枚構成の非常にコンパクトな光学系で良い収差性能が得られる。これに対し、ピント調整のために、前後群をそれぞれコリメート光学系で構成することが考えられるが、その際には前後群各々単独で収差補正を行わなければならない。前群は特に高ＮＡであるため収差補正は非常に困難であり、全体として拡大系であるため前群の収差は拡大されてしまうので、結果として非常に多くのレンズ枚数が必要となり、全長が長くなるため内視鏡対物としては不向きである。本内視鏡対物光学系によれば、レンズ半径は、ほぼ最大像高以下にすることができ、細径が求められる内視鏡対物光学系に向いている。
【００２２】
また、本内視鏡対物光学系は、物像間で反転させて用いることも可能である。反転させると縮小系になり千倍超の高倍率にはならないが通常の拡大内視鏡程度の拡大率で高ＮＡの非常に解像力の高い光学系が得られる。
【００２３】
次に具体的な数値実施例を示す。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、Ｙは像高、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、Mは全系の横倍率、ｆB はバックフォーカス（カバーガラスＣの最も像側の面から撮像素子の撮像面までの距離）、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎd はｄ線の屈折率、νdはアッベ数を示す。
【００２４】
（数値実施例１）
図１、図２は本発明による内視鏡対物光学系の数値実施例１を示し、図１はレンズ構成図、図２はその諸収差図、表１はその数値データである。この内視鏡対物光学系の基本的なレンズ構成については先述したが、第３レンズ群３０を構成する単レンズのパワーは正であり、第４レンズ群４０を構成する負単レンズは物体側に凸のメニスカス形状である。絞りＳは、第５面の後方0.063にある。
（表１）
FE   =  1:10.1
f    =  1.51
M    =  -1.993
fB   =  0.05
面NO.    ｒ        ｄ        Ｎd        νd
1          ∞     1.395     1.88300    40.8
2      -0.890     0.187        −       −
3      -1.099     0.516     1.77250    49.6 
4      -0.382     0.313     1.80518    25.4 
5      -0.985     0.163        −       −
6       0.695     0.317     1.88300    40.8 
7       0.924     0.073        −       −
8       1.825     0.345     1.77250    49.6 
9       0.505     0.602        −       −
10      5.039     0.324     1.77250    49.6 
11     -1.426     0.374        −       −
12         ∞     0.627     1.48749    70.2
13         ∞     0.376     1.51633    64.1
14         ∞       −         −       −                          
【００２５】
（数値実施例２）
図３、図４は本発明による内視鏡対物光学系の数値実施例２を示し、図３はレンズ構成図、図４はその諸収差図、表２はその数値データである。基本的なレンズ構成は数値実施例１と同様であるが、第３レンズ群３０を構成する単レンズのパワーは負であり、第４レンズ群４０を構成する負単レンズは両凹形状である。絞りＳは、第５面の後方0.173にある。
（表２）
FE   =  1:10.7
f    =  1.01
M    =  -5.026
fB   =  0.00
面NO.    ｒ        ｄ        Ｎd        νd
1          ∞     0.945     1.88300    40.8
2      -0.633     0.052        −       −
3       3.080     0.269     1.77250    49.6 
4      -0.366     0.351     1.84666    23.8 
5      -1.075     0.253        −       −
6       0.584     0.530     1.77250    49.6 
7       0.270     0.275        −       −
8      -1.827     0.244     1.77250    49.6 
9       0.829     0.196        −       −
10      3.524     0.326     1.77250    49.6 
11     -0.764     0.382        −       −
12         ∞     0.448     1.48749    70.2
13         ∞     0.269     1.51633    64.1
14         ∞       −         −       −
【００２６】
（数値実施例３）
図５、図６は本発明による内視鏡対物光学系の数値実施例３を示し、図５はレンズ構成図、図６はその諸収差図、表３はその数値データである。基本的なレンズ構成は数値実施例２と同様であるが、第１レンズ群１０の前方にフロントカバーガラスＦ（面NO.１と２）が位置しており、第３レンズ群３０を構成する単レンズのパワーは負であり、第４レンズ群４０を構成する負単レンズは物体側に凹のメニスカス形状である。絞りＳは、第７面の後方0.045にある。
（表３）
FE   =  1:8.0 
f    =  0.78
M    =  -3.613
fB   =  0.05
面NO.    ｒ        ｄ        Ｎd        νd
1          ∞     0.448    1.51633    64.1 
2          ∞     0.090       −       −
3      -4.456     0.522    1.88300    40.8
4      -0.769     0.108       −       −
5       1.000     0.269    1.77250    49.6
6      -0.473     0.269    1.84666    23.8
7      -2.638     0.367       −       −
8       0.535     0.269    1.84666    23.8
9       0.287     0.174       −       −
10     -0.532     0.269    1.77250    49.6
11     -1.264     0.274       −       −
12      1.320     0.269    1.88300    40.8
13     -9.839     0.307       −       −
14         ∞     0.448    1.48749    70.2 
15         ∞     0.269    1.51633    64.1 
16         ∞       −        −       −
【００２７】
（数値実施例４）
図７、図８は本発明による内視鏡対物光学系の数値実施例４を示し、図７はレンズ構成図、図８はその諸収差図、表４はその数値データである。基本的なレンズ構成は数値実施例２と同様であり、第３レンズ群３０を構成する単レンズのパワーは負であり、第４レンズ群４０を構成する負単レンズは物体側に凹のメニスカス形状である。絞りＳは、第５面の後方0.089にある。
（表４）
FE   =  1:10.3
f    =  1.68
M    =  -4.007
fB   =  0.00
面NO.    ｒ        ｄ        Ｎd        νd
1          ∞     2.023     1.88300    40.8
2      -1.374     0.089        −       −
3       2.301     0.624     1.77250    49.6 
4      -0.833     0.445     1.84666    23.8 
5      -3.869     0.231        −       −
6       0.734     0.534     1.81600    46.6 
7       0.439     0.863        −       −
8      -0.915     0.445     1.76200    40.1 
9      -2.458     0.089        −       −
10     22.331     0.573     1.88300    40.8 
11     -1.897     0.894        −       −
12         ∞     0.740     1.48749    70.2
13         ∞     0.534     1.51633    64.1
14         ∞       −         −       −
【００２８】
（数値実施例５）
図９、図１０は本発明による内視鏡対物光学系の数値実施例５を示し、図９はレンズ構成図、図１０はその諸収差図、表５はその数値データである。基本的なレンズ構成は数値実施例２と同様であり、第３レンズ群３０を構成する単レンズのパワーは負であり、第４レンズ群４０を構成する負単レンズは両凹形状である。絞りＳは、第５面の後方0.078にある。
（表５）
FE   =  1:5.7 
f    =  1.65
M    =  -3.011
fB   =  0.09
面NO.    ｒ        ｄ        Ｎd        νd
1          ∞     1.800     1.88300    40.8
2      -1.149     0.050        −       −
3      31.845     0.470     1.77250    49.6 
4      -0.629     0.515     1.84666    23.8 
5      -1.713     0.204        −       −
6       0.882     0.766     1.77250    49.6 
7       0.479     0.252        −       −
8      -6.868     0.392     1.77250    49.6 
9       1.500     0.256        −       −
10      5.459     0.573     1.77250    49.6 
11     -1.234     0.452        −       −
12         ∞     0.784     1.48749    70.2
13         ∞     0.470     1.51633    64.1
14         ∞       −         −       −
【００２９】
各実施例の各条件式に対する値を表６に示す。
（表６）
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【００３０】
表６から明らかなように、数値実施例１ないし５は条件式（１）〜（７）を満足しており、また諸収差図から明らかなように諸収差も比較的よく補正されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による内視鏡対物光学系の数値実施例１のレンズ構成図である。
【図２】図１の構成における諸収差図である。
【図３】本発明による内視鏡対物光学系の数値実施例２のレンズ構成図である。
【図４】図３の構成における諸収差図である。
【図５】本発明による内視鏡対物光学系の数値実施例３のレンズ構成図である。
【図６】図５の構成における諸収差図である。
【図７】本発明による内視鏡対物光学系の数値実施例４のレンズ構成図である。
【図８】図７の構成における諸収差図である。
【図９】本発明による内視鏡対物光学系の数値実施例５のレンズ構成図である。
【図１０】図９の構成における諸収差図である。
【図１】
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【図２】
2006091714.tif 000005
【図３】
2006091714.tif 000006
【図４】
2006091714.tif 000007
【図５】
2006091714.tif 000008
【図６】
2006091714.tif 000009
【図７】
2006091714.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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