(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、像面に対して固定で負のパワーを有する第１レンズ群と、可動で正のパワーを有する第２レンズ群と、可動で負のパワーを有する第３レンズ群とからなり、第１レンズ群から像面までの距離を変化させることなく、観察する物体に接近しながら第２・第３レンズ群を移動させることにより全系の焦点距離を長くしつつ合焦状態を保持する内視鏡対物光学系において、以下の条件式を満足することを特徴とする内視鏡対物光学系。
（１）-2 < 1 / f2 × ( 0.5×f1 − d1T − H12 − H21) <   -1.55
（２）d2W < d2T
但し、
f1、f2：第１、第２レンズ群の焦点距離、
d1T：長焦点距離端での第１レンズ群〜第２レンズ群の間隔、
H12：第１レンズ群の像側主点〜第１レンズ群最終面の距離、
H21：第２レンズ群第１面〜第２レンズ群の物体側主点の距離、
d2W、d2T：短焦点距離端、長焦点距離端での第２レンズ群〜第３レンズ群間隔。
【請求項２】
請求項１記載の内視鏡対物光学系において、短焦点距離端での第２レンズ群と第３レンズ群の位置を基準にし、短焦点距離端から長焦点距離端の間の任意の中間焦点距離での像面に対する第２レンズ群の移動量をΔｄ２、第３レンズ群の移動量をΔｄ３としたとき、次の条件式（３）を満足する内視鏡対物光学系。
（３）Δｄ３＝-Ｋ・Δｄ２（Ｋは正の定数）
【請求項３】
請求項２記載の内視鏡対物光学系において、第２レンズ群を駆動する駆動手段の駆動部の動き量をΔｘとするとき、次の条件式（４）を満足する内視鏡対物光学系。
（４）Δｄ２＝Ｌ・Δｘ（Ｌは定数、但しゼロは除く）
【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、上記第３レンズ群の後方に像面に対して固定の第４レンズ群を有する内視鏡対物光学系。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載の対物光学系を設けた内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体距離を変化させながら一部のレンズ群を移動させて全系の焦点距離を可変にし、広視野角での通常観察と高倍率での拡大観察を可能にする内視鏡対物光学系および内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常観察と拡大観察を可能にする内視鏡対物光学系として、観察する物体に接近しながら一部のレンズ群を移動させて焦点距離を変化させる内視鏡観察光学系が知られている。可動群が一つの群だけの場合、全系のコンパクト性、全長一定を保ちつつ変倍比を大きくするには移動群の倍率が短焦点距離側から長焦点距離側の途中で等倍を越えるのが一般的であるが、物体-像面間距離（物像間距離）は移動群の倍率が等倍になった個所で最短となり、この位置から拡大側にレンズ群を移動させると物体距離が大きくなるのでその前後の焦点域での使用は操作性が悪く不向きである。特開２０００‐２６７００２号公報では、一つの群だけを移動させていて、移動群の倍率を等倍より小さい範囲にした実施例をふくむが、この実施例では物像間距離は単調な変化にできるが、拡大時の倍率を大きくするためには第１レンズ群の負のパワーが小さくなるため、通常観察時の広画角を得るためには第1レンズ群の外径が大きくなる。また、拡大時の像面湾曲が大きくなる。
【０００３】
複数のレンズ群を移動させて変倍させる従来例としては特開２００１‐９１８３２号公報や特開２００１‐１６６２０３号公報が知られているが、合焦物体距離の変化と可動の変倍レンズ群の移動軌跡については考慮されていない。
【０００４】
また、特開平１１‐２９５５９６号公報では、レンズ群と撮像素子を移動させているが、物体距離の変化を単調減少にするためにレンズ群と撮像素子の相対的な移動軌跡は非線形である。また、ＣＣＤなどの撮像素子は信号処理基板やケーブルが付随するため、これを移動させるには強い駆動力が必要になる。特にアクチュエーターやモータなどで駆動する場合、移動群（体）の負荷を軽減するのは重要になる。
【特許文献１】特開２０００‐２６７００２号公報
【特許文献２】特開２００１‐９１８３２号公報
【特許文献３】特開２００１‐１６６２０３号公報
【特許文献４】特開平１１‐２９５５９６号公報
【特許文献５】特開平１１−２１１９７８号公報
【特許文献６】特開平８−１７９１９６号公報
【特許文献７】特開昭６３−６１２１３号公報
【特許文献８】特開昭６２−２９１６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、観察する物体に接近しながら一部のレンズ群を移動させて焦点距離を変化させる内視鏡観察光学系において、可動の変倍レンズ群の移動機構を単純化でき、操作性に優れる内視鏡対物光学系、およびこの内視鏡対物光学系を利用した内視鏡を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内視鏡対物光学系は、物体側から順に、像面に対して固定で負のパワーを有する第１レンズ群と、可動で正のパワーを有する第２レンズ群と、可動で負のパワーを有する第３レンズ群とからなり、第１レンズ群から像面までの距離を変化させることなく、観察する物体に接近しながら第２・第３レンズ群を移動させることにより全系の焦点距離を長くしつつ合焦状態を保持する内視鏡対物光学系において、次の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴としている。
（１）-2 < 1 / f2 × ( 0.5×f1 − d1T − H12 − H21) <   -1.55
（２）d2W < d2T
但し、
f1、f2：第１、第２レンズ群の焦点距離、
d1T：長焦点距離端での第１レンズ群〜第２レンズ群の間隔、
H12：第１レンズ群の像側主点〜第１レンズ群最終面の距離、
H21：第２レンズ群第１面〜第２レンズ群の物体側主点の距離、
d2W、d2T：短焦点距離端、長焦点距離端での第２レンズ群〜第３レンズ群間隔、
である。
【０００７】
本発明の内視鏡対物光学系では、短焦点距離端での第２レンズ群と第３レンズ群の位置を基準にし、短焦点距離端から長焦点距離端の間の任意の中間焦点距離での像面に対する第２レンズ群の移動量をΔｄ２、第３レンズ群の移動量をΔｄ３としたとき、次の条件式（３）を満足するのが好ましい。
（３）Δｄ３＝-Ｋ・Δｄ２（Ｋは正の定数）
【０００８】
また、第２レンズ群を駆動する駆動手段の駆動部の動き量をΔｘとするとき、次の条件式（４）を満足するのが好ましい。
（４）Δｄ２＝Ｌ・Δｘ（Ｌは定数、但しゼロは除く）
【０００９】
第３レンズ群の後方には、像面に対して固定の第４レンズ群を設けてもよい。
【００１０】
さらに、上記内視鏡対物光学系を内視鏡に設けることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、観察する物体に接近しながら一部のレンズ群を移動させて焦点距離を短焦点距離側から長焦点距離側に移動させる内視鏡観察光学系において、可動の変倍レンズ群の移動機構を単純化でき、操作性に優れる内視鏡対物光学系および内視鏡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】
図１６は、本発明による内視鏡対物光学系を電子内視鏡に適用した一実施形態を示している。内視鏡体内挿入部の先端には、負のパワーを有する第１レンズ群１０が固定されており、体内挿入部の内部には、第１レンズ群１０側から順に、絞りＳと、正のパワーを有する可動の第２レンズ群２０と、負のパワーを有する可動の第３レンズ群３０Ｎと、カバーガラス（フィルタ類）ＣＧと、撮像素子５０とが位置している。絞りＳは第２レンズ群２０に搭載されていて、第２レンズ群２０と一緒に移動する。第３レンズ群３０ＮとカバーガラスＣＧとの間には、正または負のパワーの固定の第４レンズ群４０を配置してもよい。
【００１３】
以上の内視鏡対物光学系において、通常観察状態から拡大観察状態に移行させるには、第１レンズ群１０から撮像素子５０（像面）迄の全長を変化させることなく、観察する物体に接近させ（体内挿入部全体を観察物体に接近させ）ながら、第２レンズ群２０と第３レンズ群３０Ｎを像面に対して移動させて、全系の焦点距離を短焦点距離端から長焦点距離端に変化させる。別言すると、第２レンズ群２０と第３レンズ群３０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２０と第３レンズ群３０Ｎを移動させて、長焦点距離端Ｌに向けて合焦物体距離ＯＬを短縮する。このとき、物体距離の変化が単調に変化するのが望ましいが、単調にならなくても最小物体距離と最大倍率位置の物体距離の差が微小であれば実用上問題ない。第１レンズ群１０から撮像素子５０（像面）迄の距離は変化しない。
【００１４】
このとき、本実施形態では、短焦点距離端での第２レンズ群２０と第３レンズ群３０Ｎの位置を基準にし、短焦点距離端から長焦点距離端の間の任意の中間焦点距離での像面に対する第２レンズ群の移動量をΔｄ２、第３レンズ群の移動量をΔｄ３としたとき、Δｄ３がΔｄ２に比例する（Δｄ３∝Δｄ２）ように第２、第３レンズ群の移動軌跡を定めている。具体的には、
（３）Δｄ３＝-Ｋ・Δｄ２（Ｋは正の定数）が成立している。
【００１５】
このように、第２レンズ群２０と第３レンズ群３０Ｎの２つのレンズ群を両者の移動軌跡の相対関係が線形となるように移動させることにより、移動機構を単純化することができる。
さらに、条件式（４）に示すように、例えば第２レンズ群をモータにより駆動させる場合には、モータの回転量（駆動部の動き量）に第２レンズ群の移動量Δｄ２が比例するようにしている。
また、条件式（１）及び（２）を満足することで通常観察と拡大観察の切替時に第１レンズ群１０から像面までの距離を固定し、さらに合焦物体距離の変化を単調に、もしくは最小物体距離と最大倍率位置の物体距離の差を微小に抑えることができる。この変化が単調でなくて最小物体距離と最大倍率位置の物体距離の差が大きいと、通常観察から最拡大観察へ移行の途中で物体が第1レンズに相対的に接近してまた遠ざかることを意味するから、物体距離が単調に変化することは、短焦点距離端、最大倍率位置間の中間領域で観察を行う場合に重要である。物体距離変化が単調でなくて、さらに物体距離の戻り量が大きい場合、通常観察から拡大観察に連続的に移行する操作において、スコープ先端を途中までは物体に近づいていくが途中からは遠ざかるという不自然な操作をしなければならず操作性が悪い（あるいは操作に熟練を要する）。
【００１６】
具体的な構成として、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群１０、正のパワーを有する第２レンズ群２０、及び負のパワーを有する第３レンズ群３０Ｎからなる３群構成、または固定の第４レンズ群を加えた４群構成では、条件式（１）および（２）を満足することが好ましい。
条件式（１）の下限を下回ると、拡大観察時に全系の倍率を大きくできなくなる。条件式（１）の上限を上回ると、第２レンズ群と第３レンズ群を相対的に直線軌跡で移動させた場合に、物体距離の戻り量が大きくなる。
条件式（２）に示すように、第２レンズ群と第３レンズ群の合成焦点距離は、低倍率時より高倍率時に短くなるようにする。拡大観察時にこの合成焦点距離を長くすると、第２レンズ群と第３レンズ群を相対的に直線軌跡で移動させつつ物体距離の戻りを微少に抑えようとした場合、全系の倍率を所望の値まで十分に高めることができないからである。
【００１７】
次に具体的な実施例を示す。実施例１ないし３は、物体側から順に、負、正、負の３群構成である。諸収差図及び表中、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、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナル、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面から物体までの距離）、Ｗは半画角（゜）、ｆB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）、ｍは撮影倍率（最小撮影倍率-最大撮影倍率）、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。
【００１８】
［実施例１］
図１ないし図５は、本発明の内視鏡対物光学系の実施例１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。図５は、合焦物体距離、第２レンズ群の移動量Δｄ２及び第３レンズ群の移動量Δｄ３の関係を示すグラフ図、表２はその数値データである。負の第１レンズ群１０は単レンズからなり、正の第２レンズ群２０は、物体側から順に、正レンズと、負レンズと正レンズの貼合せレンズとからなり、負の第３レンズ群３０Ｎは単レンズからなっている。絞りＳは、第２レンズ群２０（３面）の前方（物体側）0.13ｍｍの位置にある。
【００１９】
（表１）
FE   = 1: 5.7 - 6.1
ｆ   = 1.29  -  1.55
ODIS = -11.99 - -1.93
Ｗ   = 70.2   - 43.5
ｆB  = 0.05  -  0.05
ｍ   = -0.10 -  -0.65
面No.      ｒ       ｄ        Ｎd       νd
1         ∞       0.30      1.88300    40.8
2       1.755    2.26-1.30      -         -
3      16.053      1.96      1.88300    40.8
4      -1.905      0.56         -         -
5      18.062      0.30      1.84666    23.8
6       1.274      1.20      1.67435    54.3
7      -3.027    0.27-1.33      -         -
8      -2.986      0.30      1.84666    23.8
9      -5.839    0.70-0.60      -         -
10        ∞       1.00      1.51633    64.1
11        ∞       0.30      1.53113    62.4
12        ∞        -           -         -
【００２０】
（表２）
物体距離     Δd2       Δd3
-11.99       0.00       0.00
-8.24       -0.05       0.00
-6.27       -0.10       0.01
-5.07       -0.14       0.01
-4.27       -0.19       0.02
-3.70       -0.24       0.03
-3.28       -0.29       0.03
-2.96       -0.34       0.04
-2.71       -0.38       0.04
-2.51       -0.43       0.05
-2.36       -0.48       0.05
-2.24       -0.53       0.06
-2.14       -0.58       0.06
-2.06       -0.62       0.07
-2.01       -0.67       0.07
-1.97       -0.72       0.08
-1.94       -0.77       0.08
-1.92       -0.82       0.09
-1.92       -0.86       0.09
-1.92       -0.91       0.10
-1.93       -0.96       0.10
【００２１】
［実施例２］
図６ないし図１０は、本発明の内視鏡対物光学系の実施例２を示している。図６及び図８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７及び図９はそれぞれ、図６及び図８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。図１０は、合焦物体距離、第２レンズ群の移動量Δｄ２及び第３レンズ群の移動量Δｄ３の関係を示すグラフ図、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。絞りＳは、第２レンズ群２０（３面）の前方（物体側）0.13ｍｍの位置にある。
【００２２】
（表３）
FE   =1: 5.8 -  5.8
ｆ   =1.30  -  1.39 
ODIS =-10.07 - -1.92
Ｗ   =69.7   - 50.4
ｆB  =0.05  -  0.05
ｍ   =-0.12 -  -0.61
面No.      ｒ       ｄ        Ｎd       νd
1          ∞      0.30     1.88300     40.8
2        1.026   1.75-1.24     -         -
3        5.578     1.61     1.88300     40.8
4       -2.189     0.56        -         -
5       12.519     0.30     1.84666     23.8
6        1.265     1.04     1.63854     55.4
7       -2.309   0.20-1.70     -         -
8       -2.486     0.34     1.84666     23.8
9       -4.400   1.56-0.57     -         -
10         ∞      1.00     1.51633     64.1
11         ∞      0.30     1.53113     62.4
12         ∞       -          -         -
【００２３】
（表４）
物体距離     Δd2      Δd3
-10.07       0.00       0.00
-7.22       -0.03       0.05
-5.65       -0.05       0.10
-4.66       -0.08       0.15
-3.99       -0.10       0.20
-3.51       -0.13       0.25
-3.14       -0.15       0.30
-2.86       -0.18       0.34
-2.65       -0.21       0.39
-2.47       -0.23       0.44
-2.33       -0.26       0.49
-2.22       -0.28       0.54
-2.14       -0.31       0.59
-2.06       -0.33       0.64
-2.01       -0.36       0.69
-1.97       -0.39       0.74
-1.94       -0.41       0.79
-1.92       -0.44       0.84
-1.91       -0.46       0.89
-1.91       -0.49       0.94
-1.92       -0.51       0.99
【００２４】
［実施例３］
図１１ないし図１５は、本発明の内視鏡対物光学系の実施例３を示している。図１１及び図１３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１２及び図１４はそれぞれ、図１１及び図１３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。図１５は、合焦物体距離、第２レンズ群の移動量Δｄ２及び第３レンズ群の移動量Δｄ３の関係を示すグラフ図、表６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。絞りＳは、第２レンズ群２０（３面）の前方（物体側）0.06ｍｍの位置にある。
【００２５】
（表５）
FE   =1: 5.8-5.9
ｆ   =1.32  -  1.44 
ODIS =-11.79 - -1.92
Ｗ   =66.6   - 46.0
ｆB  =0.05  -  0.05
ｍ   =-0.11 -  -0.68
面No.      ｒ        ｄ        Ｎd       νd
1         ∞        0.30     1.88300    40.8
2        0.939   1.38-0.88      -         -
3        4.222      1.63     1.83400    37.2
4       -1.836      0.07        -         -
5       11.683      0.30     1.84666    23.8
6        1.145      1.20     1.65830    57.3
7       -2.282   0.25-1.58      -         -
8       -2.020      0.61     1.84666    23.8
9       -3.804   1.51-0.68      -         -
10        ∞        1.00     1.51633    64.1
11        ∞        0.30     1.53113    62.4
12        ∞         -          -         -
【００２６】
（表６）
物体距離     Δd2      Δd3
-11.79       0.00       0.00
-7.70       -0.03       0.04
-5.75       -0.05       0.08
-4.62       -0.08       0.12
-3.88       -0.10       0.17
-3.37       -0.13       0.21
-3.00       -0.15       0.25
-2.73       -0.18       0.29
-2.51       -0.20       0.33
-2.35       -0.23       0.37
-2.22       -0.25       0.41
-2.12       -0.28       0.46
-2.04       -0.30       0.50
-1.98       -0.33       0.54
-1.94       -0.35       0.58
-1.91       -0.38       0.62
-1.89       -0.40       0.66
-1.88       -0.43       0.70
-1.89       -0.46       0.75
-1.90       -0.48       0.79
-1.92       -0.50       0.83
【００２７】
各実施例の各条件式に対する値を表７に示す。
（表７）
実施例１     実施例２      実施例３
条件式（１）  -1.924       -1.656        -1.596
条件式（２）     ○          ○             ○
（○は条件式を満足する）
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。また、すべての実施例において、短焦点距離端から長焦点距離端にかけて、第２レンズ群２０の移動量Δｄ２と第３レンズ群３０Ｎの移動量Δｄ３とは比例関係にあり、合焦物体距離は単調に減少していて、最長焦点距離における最小物体距離で最大撮影倍率を達成している。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による内視鏡対物光学系の実施例１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】実施例１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】実施例１の合焦物体距離、第２レンズ群の移動量Δｄ２及び第３レンズ群の移動量Δｄ３の関係を示すグラフ図である。
【図６】本発明による内視鏡対物光学系の実施例２の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図７】図６のレンズ構成の諸収差図である。
【図８】実施例２の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図９】図８のレンズ構成の諸収差図である。
【図１０】実施例２の合焦物体距離、第２レンズ群の移動量Δｄ２及び第３レンズ群の移動量Δｄ３の関係を示すグラフ図である。
【図１１】本発明による内視鏡対物光学系の実施例３の短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】実施例３の長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】実施例３の合焦物体距離、第２レンズ群の移動量Δｄ２及び第３レンズ群の移動量Δｄ３の関係を示すグラフ図である。
【図１６】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。
【符号の説明】
【００２９】
１０      第１レンズ群
２０      第２レンズ群
３０Ｎ  第３レンズ群
４０      第４レンズ群
５０      撮像素子
Ｓ        絞り
【図１】
0004723628.tif 000002
【図２】
0004723628.tif 000003
【図３】
0004723628.tif 000004
【図４】
0004723628.tif 000005
【図５】
0004723628.tif 000006
【図６】
0004723628.tif 000007
【図７】
0004723628.tif 000008
【図８】
0004723628.tif 000009
【図９】
0004723628.tif 000010
【図１０】
0004723628.tif 000011
【図１１】
0004723628.tif 000012
【図１２】
0004723628.tif 000013
【図１３】
0004723628.tif 000014
【図１４】
0004723628.tif 000015
【図１５】
0004723628.tif 000016
【図１６】
0004723628.tif 000017