内視鏡用光学系、及び内視鏡
【課題】シェーディングによる周辺光量不足を抑えるのに好適な内視鏡用光学系を提供すること。
【解決手段】絞りを挟んで前群と後群が物体側から順に配置され、前群が、物体側から順に、負レンズ、正レンズを有し、後群が、物体側から順に、正レンズ、接合レンズを有する内視鏡光学系であって、全系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、像面から射出瞳までの距離（但し、像面より物体側にマイナスの符号をとる。）をＥＸ（単位：ｍｍ）と定義し、後群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）、（２）
−１０＜ＥＸ／ｆ＜−６・・・（１）
１．１５＜ｆ２／ｆ＜１．３５・・・（２）
を満たす構成とする。
【解決手段】絞りを挟んで前群と後群が物体側から順に配置され、前群が、物体側から順に、負レンズ、正レンズを有し、後群が、物体側から順に、正レンズ、接合レンズを有する内視鏡光学系であって、全系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、像面から射出瞳までの距離（但し、像面より物体側にマイナスの符号をとる。）をＥＸ（単位：ｍｍ）と定義し、後群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）、（２）
−１０＜ＥＸ／ｆ＜−６・・・（１）
１．１５＜ｆ２／ｆ＜１．３５・・・（２）
を満たす構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体腔内観察に適した光学性能を有する内視鏡光学系、及び該内視鏡光学系が組み込まれた内視鏡に関する。
【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、電子内視鏡が一般に知られ、実用に供されている。この種の内視鏡の具体的構成例は、特許文献１〜６に記載されている。特許文献１〜６に記載の内視鏡は、４群５枚構成の内視鏡用光学系を有している。
【０００３】
内視鏡は体腔内挿入時の患者の負担を軽減するため、外径が細く設計されている。特許文献１〜６においては内視鏡外径を抑えるため、内視鏡用光学系の射出瞳距離を短くして内視鏡用光学系を小径に設計している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２９３７０９号公報
【特許文献２】特開平６−３０８３８１号公報
【特許文献３】特開平８−１２２６３２号公報
【特許文献４】特開２００４−６１７６３号公報
【特許文献５】特開２００４−３５４８８８号公報
【特許文献６】特開２００７−２４９１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜６に記載の内視鏡用光学系は、画素数の少ない撮像素子での使用を想定している。しかし、近年、メガピクセル等の多画素撮像素子を搭載した電子スコープが実用化されている。
【０００６】
メガピクセル等の多画素撮像素子を搭載する電子スコープでは、個々の画素サイズが小さく受光効率が低い。そのため、特許文献１〜６に記載の内視鏡用光学系を適用した場合、撮像素子周辺部への光線入射角度が大きいため、シェーディングによる周辺光量不足が大きい。マイクロレンズアレイを実装した撮像素子であってもシェーディングを十分に抑制することは難しい。但し、マイクロレンズアレイの精度を向上させればシェーディングを十分に抑制できる可能性がある。しかし、生産技術面や製造コスト面等を考えると、マイクロレンズアレイの精度を向上させてシェーディングを抑制するという対応は安易には採用することができない。
【０００７】
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、シェーディングによる周辺光量不足を抑えるのに好適な内視鏡用光学系、及び該内視鏡用光学系を有する内視鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る内視鏡用光学系は、絞りを挟んで前群と後群が物体側から順に配置されている。前群は、物体側から順に、負レンズ、正レンズを有している。後群は、物体側から順に、正レンズ、接合レンズを有している。本発明に係る内視鏡用光学系は、全系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、像面から射出瞳までの距離（但し、像面より物体側にマイナスの符号をとる。）をＥＸ（単位：ｍｍ）と定義し、後群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）、（２）
−１０＜ＥＸ／ｆ＜−６・・・（１）
１．１５＜ｆ２／ｆ＜１．３５・・・（２）
を満たすことを特徴とする。
【０００９】
条件式（１）、（２）が同時に満たされると、広視野角な内視鏡用光学系を体腔内の微細構造を観察するのに必要な光学性能を確保しつつ外径の小さい内視鏡への搭載に適した寸法に抑えて設計することができる。特に、射出瞳距離ＥＸを確保することで結像面に対する入射角が抑えられるため、例えばメガピクセル等の多画素撮像素子に結像させる場合もシェーディングによる周辺光量不足が少ない。また、結像面に対する入射角を抑えつつもテレセントリック光学系にしないことにより、内視鏡用光学系が小径に抑えられる。
【００１０】
本発明に係る内視鏡用光学系は、結像面に近い側の光学面にパワーを持たせて射出瞳距離ＥＸをより一層好適に確保するため、接合レンズの焦点距離をｆｃ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（３）
２＜ｆｃ／ｆ２＜３．２・・・（３）
を満たす構成としてもよい。
【００１１】
本発明に係る内視鏡用光学系は、コマ収差や色収差等の諸収差をより一層良好に補正するため、前群の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（４）
−２．５＜ｆ１／ｆ＜−１．２・・・（４）
を満たす構成としてもよい。
【００１２】
本発明に係る内視鏡用光学系は、射出瞳距離ＥＸをより一層好適に確保するため、接合レンズの物体側面の曲率半径をＲ８（単位：ｍｍ）と定義し、該接合レンズの像側面の曲率半径をＲ１０（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（５）又は（６）
−０．５＜Ｒ１０／｜Ｒ８｜≦０・・・（５）
｜Ｒ８｜／Ｒ１０＜−２・・・（６）
を満たす構成としてもよい。
【００１３】
本発明に係る内視鏡用光学系は、コマ収差や非点収差等の諸収差をより一層良好に補正するため、後群の正レンズが物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズであり、後群の正レンズの焦点距離をｆ２１（単位：ｍｍ）と定義し、該後群の正レンズの物体側面の曲率半径をＲ６（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（７）、（８）
１．３＜ｆ２１／ｆ＜１．８・・・（７）
−１＜ｆ／Ｒ６＜−０．３・・・（８）
を満たす構成としてもよい。
【００１４】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る内視鏡は、上記内視鏡用光学系を挿入部可撓管の先端に搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シェーディングによる周辺光量不足を抑えるのに好適な内視鏡用光学系、及び該内視鏡用光学系を有する内視鏡が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の電子スコープの外観を示す外観図である。
【図２】本発明の実施形態（実施例１）の内視鏡用光学系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３】本発明の実施例１の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図４】本発明の実施例２の内視鏡用光学系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５】本発明の実施例２の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図６】本発明の実施例３の内視鏡用光学系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７】本発明の実施例３の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図８】本発明の実施例４の内視鏡用光学系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９】本発明の実施例４の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図１０】本発明の実施例５の内視鏡用光学系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１１】本発明の実施例５の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図１２】本発明の実施例６の内視鏡用光学系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１３】本発明の実施例６の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図１４】本発明の実施例７の内視鏡用光学系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１５】本発明の実施例７の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図１６】比較例１の内視鏡用光学系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１７】比較例１の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図１８】比較例２の内視鏡用光学系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１９】比較例２の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の内視鏡用光学系、及び内視鏡用光学系を有する電子スコープについて説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態の電子スコープ１の外観を示す外観図である。図１に示されるように、電子スコープ１は、可撓性を有するシース（外皮）１１ａによって外装された挿入部可撓管（以下、単に「可撓管」と記す。）１１を有している。可撓管１１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が連結されている。可撓管１１と先端部１２との連結箇所にある湾曲部１４は、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）によって屈曲自在に構成されている。この屈曲機構は、一般的な電子スコープ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を屈曲させるように構成されている。先端部１２の方向が上記操作による屈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。
【００１９】
先端部１２の樹脂製筐体の内部には、内視鏡用光学系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、被写体からの反射光を固体撮像素子（図示省略）の受光面上に結像させる。固体撮像素子には、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサが想定される。
【００２０】
本実施形態の電子スコープ１は、例えば下部消化器の観察を想定して設計されている。そのため、内視鏡用光学系１００の視野角が狭い場合は、病変部等の見落としが懸念される。そこで、本実施形態では、いわゆる一般的なデジタルスチルカメラよりも広視野、例えば１２０°以上の視野角を想定している。
【００２１】
図２は、本発明の実施例１（詳しくは後述）の内視鏡用光学系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を参照しつつ、本実施形態の内視鏡用光学系１００について詳細に説明する。
【００２２】
内視鏡用光学系１００は、図２に示されるように、物体（被写体）側から順に前群Ｇ１、後群Ｇ２を少なくとも有している。より詳細には、絞りＳよりも物体側に配置された光学レンズ群が前群Ｇ１を構成し、絞りＳよりも像側に配置された光学レンズ群が後群Ｇ２を構成する。各群Ｇ１、Ｇ２を構成する各光学レンズは、内視鏡用光学系１００の光軸ＡＸを中心とした回転対称形状を有している。後群Ｇ２の後段には、固体撮像素子の受光面全面を覆うフィルタ類Ｆが配置されている。フィルタ類Ｆは、色補正フィルタやカバーガラスなど複数の層を含む。本明細書及び図面においては、説明の便宜上、フィルタ類Ｆは単層で表現する。
【００２３】
上記において「少なくとも有している」としたのは、本発明の技術的思想の範囲において、別の光学素子を追加する構成例もあり得るからである。例えば、本発明に係る内視鏡用光学系に対して光学性能に実質的に寄与しない平行平板を追加する構成例や、本発明に係る内視鏡用光学系の構成及び効果を維持しつつ別の光学素子を付加する構成例が想定される。前群Ｇ１、後群Ｇ２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。
【００２４】
前群Ｇ１は、負のパワーを持つレンズ群であり、物体側から順に、負レンズＬ１、正レンズＬ２を少なくとも有している。
【００２５】
後群Ｇ２は、正のパワーを持つレンズ群であり、物体側から順に、正レンズＬ３、正負の各レンズを接合した接合レンズＬ４を少なくとも有している。
【００２６】
以下において、説明の便宜上、各光学部品の物体側の面、像側の面をそれぞれ、第一面、第二面と記す。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、又は前群Ｇ１の絞りＳに最も近いレンズ面（図２の構成例においては、正レンズＬ２の第二面ｒ４）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０とみなして説明を進める。
【００２７】
内視鏡用光学系１００は、全系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、像面から内視鏡用光学系１００の射出瞳までの射出瞳距離をＥＸ（単位：ｍｍ）と定義し、後群Ｇ２の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）、（２）
−１０＜ＥＸ／ｆ＜−６・・・（１）
１．１５＜ｆ２／ｆ＜１．３５・・・（２）
を満たすように構成されている。なお、像面は固体撮像素子の受光面であり、図２中、フィルタ類Ｆの第二面ｒ１２と実質的に同位置の面である。射出瞳距離ＥＸは、像面より物体側に伸び、マイナスの符号をとる。
【００２８】
条件式（１）の上限を上回ると射出瞳距離ＥＸが短いため、固体撮像素子の受光面に対する入射角が大きく、シェーディングによる周辺光量不足が大きい。特に、メガピクセル等の多画素撮像素子では個々の画素サイズが小さく受光効率が低いため、マイクロレンズアレイによるシェーディング抑制効果が小さく周辺光量不足が大きい。なお、本実施形態では、固体撮像素子が微細なチップであることから、固体撮像素子の受光面とマイクロレンズアレイの光軸方向の位置を実質的に同じ位置とする。
【００２９】
条件式（１）の下限を下回ると、広視野角な（例えば１２０°以上の）電子スコープ１において体腔内の微細構造を観察するのに必要な光学性能を確保するため、接合レンズＬ４のレンズ径を大きく設計する必要がある。そのため、外径の小さい先端部１２への搭載が難しい。
【００３０】
正のパワーを持つ後群が絞り近傍に配置されている光学系においては、一般に、後群の前側焦点位置は絞りよりも物体側に位置している。そのため、後群のパワーが弱くなる（焦点距離が長くなる）と正の倍率が小さくなり、射出瞳距離が短くなる。条件式（２）の上限を上回ると、後群Ｇ２のパワーが弱く正の倍率が小さいため射出瞳距離ＥＸが短くなり、シェーディングによる周辺光量不足が大きい。
【００３１】
条件式（２）の下限を下回ると、体腔内観察に必要な光学性能の確保のため接合レンズＬ４のレンズ径を大きく設計する必要がある。接合レンズＬ４の大径化に伴い像面湾曲（特にメリディオナル像面の湾曲）が大きく発生するため、全像高での非点収差の補正が難しい。
【００３２】
条件式（１）、（２）が同時に満たされると、広視野角な内視鏡用光学系１００を体腔内の微細構造を観察するのに必要な光学性能を確保しつつ外径の小さい先端部１２への搭載に適した寸法に抑えて設計することができる。特に、射出瞳距離ＥＸを確保することで結像面に対する入射角が抑えられるため、例えばメガピクセル等の多画素撮像素子に結像させる場合もシェーディングによる周辺光量不足が少ない。また、結像面に対する入射角を抑えつつもテレセントリック光学系にしないことにより、内視鏡用光学系１００が小径に抑えられる。
【００３３】
内視鏡用光学系１００は、更に、結像面に近い側の光学面にパワーを持たせて射出瞳距離ＥＸをより一層好適に確保するため、接合レンズＬ４の焦点距離をｆｃ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（３）
２＜ｆｃ／ｆ２＜３．２・・・（３）
を満たすように構成されている。
【００３４】
正のパワーを持つ後群が絞り近傍に配置されている光学系においては、一般に、後群内で最も像側に配置されたレンズのパワーが弱くなると、後群の前側主点位置が物体側（絞りに近い側）へ近付くため正の倍率が小さくなり、射出瞳距離が短くなる。条件式（３）の上限を上回ると、接合レンズＬ４のパワーが弱く正の倍率が小さいため射出瞳距離ＥＸが短くなり、シェーディングによる周辺光量不足が大きい。
【００３５】
条件式（３）の下限を下回ると、接合レンズＬ４のパワーが強くレンズ面の曲率が大きいため、先端部１２に収まる寸法の（つまり外径の小さい）接合レンズＬ４ではコバ厚の確保が難しい。また、接合レンズＬ４のパワーが強すぎて、組立誤差（偏心）による収差性能の劣化（特にメリディオナル像面の湾曲に伴う非点収差の発生）が大きい。
【００３６】
内視鏡用光学系１００は、更に、コマ収差や色収差等の諸収差をより一層良好に補正するため、前群Ｇ１の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（４）
−２．５＜ｆ１／ｆ＜−１．２・・・（４）
を満たすように構成されている。
【００３７】
条件式（４）の上限を上回ると、前群Ｇ１の負のパワーが大きいため、体腔内観察に必要な広視野角設計を試みるとコマ収差や色収差等の諸収差を良好に補正するのが難しい。また、後群Ｇ２の倍率を高く設定せざるを得ないため、組立時の前群Ｇ１と後群Ｇ２との群間隔の誤差に伴う後群Ｇ２の倍率変化を抑えることが難しい。更には後群Ｇ２の倍率変化に伴う視野角変化も大きくなるため、仕様を満足する安定した視野角の保証が難しい。
【００３８】
条件式（４）の下限を下回ると、内視鏡用光学系１００の各光学レンズの外径を抑えて設計することが難しく、外径の小さい先端部１２への搭載に不向きである。また、前群Ｇ１の倍率を高く設定せざるを得ないため、前群Ｇ１が光軸ＡＸに対して偏心して組み付けられた際の像面倒れが大きく、観察視野周辺で画質劣化が生じやすい。なお、像面倒れは、理想的には光軸を基準に対称に残存する像面湾曲が、結像レンズの組立時の偏心量及び偏心方向に依存して光軸を基準に非対称に残存する現象をいう。
【００３９】
内視鏡用光学系１００は、更に、射出瞳距離ＥＸをより一層好適に確保するため、接合レンズＬ４の第一面ｒ８の曲率半径をＲ８（単位：ｍｍ）と定義し、接合レンズＬ４の第二面ｒ１０の曲率半径をＲ１０（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（５）又は（６）
−０．５＜Ｒ１０／｜Ｒ８｜≦０・・・（５）
｜Ｒ８｜／Ｒ１０＜−２・・・（６）
を満たすように構成されている。
【００４０】
条件式（５）の上限を上回ると、後群Ｇ２の最も像側に位置する第二面ｒ１０が凹面となり射出瞳距離ＥＸが短くなるため、シェーディングによる周辺光量不足が大きくなる。
【００４１】
条件式（５）の下限を下回る又は条件式（６）の上限を上回ると、接合レンズＬ４のパワーが弱く正の倍率が小さいため射出瞳距離ＥＸが短くなり、シェーディングによる周辺光量不足が大きい。
【００４２】
内視鏡用光学系１００は、更に、コマ収差や非点収差等の諸収差をより一層良好に補正するため、図２に示されるように、正レンズＬ３が物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであって、正レンズＬ３の焦点距離をｆ２１（単位：ｍｍ）と定義し、正レンズＬ３の第一面ｒ６の曲率半径をＲ６（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（７）、（８）
１．３＜ｆ２１／ｆ＜１．８・・・（７）
−１＜ｆ／Ｒ６＜−０．３・・・（８）
を同時に満たすように構成されている。
【００４３】
条件式（７）の上限を上回ると、正レンズＬ３のパワーが弱くコマ収差が増加する。具体的には、正のパワーを確保するために曲率半径を大きくすることができない正レンズＬ３の第二面ｒ７（凸面）に代わり、第一面ｒ６（凹面）の曲率半径が極端に小さくなるため、コマ収差が増加する。後群Ｇ２のパワーを維持するためには接合レンズＬ４のパワーを大きく設定する必要があり、組立偏心誤差による収差性能の劣化（特にメリディオナル像面の湾曲に伴う非点収差の発生）が懸念される。
【００４４】
条件式（７）の下限を下回ると、正レンズＬ３のパワーが強すぎて良好な収差性能が得られない。具体的には、正レンズＬ３のパワーの増加に伴い球面収差が発生すると共に、ペッツバール和の増加により像面湾曲が大きく発生し、また、組立偏心誤差による非点収差が増加する。
【００４５】
条件式（８）の上限を上回ると、正レンズＬ３の第一面ｒ６（凹面）の曲率半径が大きいため、非点収差の補正が困難になる。
【００４６】
条件式（８）の下限を下回ると、正レンズＬ３の第一面ｒ６（凹面）の曲率半径が小さいため、正レンズＬ３のパワーが弱くコマ収差が増加する。
【００４７】
次に、これまで説明した内視鏡用光学系１００の具体的数値実施例を７例説明し、各数値実施例１〜７と比較する比較例を２例説明する。各数値実施例１〜７の内視鏡用光学系１００及び比較例１、２の内視鏡用光学系は、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】
【００４８】
上述したように、本発明の実施例１の内視鏡用光学系１００の構成は、図２に示される通りである。
【００４９】
本実施例１の内視鏡用光学系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に示される面番号ＮＯは、絞りＳに対応する面番号５を除き、図２中の面符号ｒｎ（ｎは自然数）に対応する。表１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。表２は、内視鏡用光学系１００の仕様を示す。ここで示す仕様は、実効Ｆナンバー、光学倍率、半画角（単位：ｄｅｇ）、像高（単位：ｍｍ）、バックフォーカスＢＦ（単位：ｍｍ）、内視鏡用光学系１００の全長（単位：ｍｍ）、全系の焦点距離ｆ（単位：ｍｍ）、射出瞳距離ＥＸ（単位：ｍｍ）、前群Ｇ１の焦点距離ｆ１（単位：ｍｍ）、後群Ｇ２の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）、正レンズＬ３の焦点距離ｆ２１（単位：ｍｍ）、接合レンズＬ４の焦点距離ｆｃ（単位：ｍｍ）である。
【００５０】
【表１】
【表２】
【００５１】
図３（ａ）〜（ｄ）は、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００の各種収差図である。具体的には、図３（ａ）は、ｄ線（５８８ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）、Ｃ線（６５６ｎｍ）、Ｆ線（４８６ｎｍ）、ｅ線（５４６ｎｍ）での球面収差及び軸上色収差を示す。図３（ｂ）は、ｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線、ｅ線での倍率色収差を示す。図３（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、短破線はＦ線での収差を、長破線はｅ線での収差を、それぞれ示す。図３（ｃ）は、非点収差を示す。図３（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（ｄ）は、歪曲収差を示す。図３（ａ）〜（ｃ）の各図の縦軸は像高を、横軸は収差量を、それぞれ示す。図３（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又は比較例で提示される各表又は各図面においても適用する。
【実施例２】
【００５２】
図４は、本実施例２の内視鏡用光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。本実施例２の内視鏡用対物レンズ１００は、図４に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図５（ａ）〜（ｄ）は、本実施例２の内視鏡用対物レンズ１００の各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表３は、本実施例２の内視鏡用対物レンズ１００を含む各光学部品の具体的数値構成を、表４は、本実施例２の内視鏡用対物レンズ１００の仕様を、それぞれ示す。
【００５３】
【表３】
【表４】
【実施例３】
【００５４】
図６は、本実施例３の内視鏡用光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。本実施例３の内視鏡用対物レンズ１００は、図６に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図７（ａ）〜（ｄ）は、本実施例３の内視鏡用対物レンズ１００の各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表５は、本実施例３の内視鏡用対物レンズ１００を含む各光学部品の具体的数値構成を、表６は、本実施例３の内視鏡用対物レンズ１００の仕様を、それぞれ示す。
【００５５】
【表５】
【表６】
【実施例４】
【００５６】
図８は、本実施例４の内視鏡用光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。本実施例４の内視鏡用対物レンズ１００は、図８に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図９（ａ）〜（ｄ）は、本実施例４の内視鏡用対物レンズ１００の各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表７は、本実施例４の内視鏡用対物レンズ１００を含む各光学部品の具体的数値構成を、表８は、本実施例４の内視鏡用対物レンズ１００の仕様を、それぞれ示す。
【００５７】
【表７】
【表８】
【実施例５】
【００５８】
図１０は、本実施例５の内視鏡用光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。本実施例５の内視鏡用対物レンズ１００は、図１０に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図１１（ａ）〜（ｄ）は、本実施例５の内視鏡用対物レンズ１００の各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表９は、本実施例５の内視鏡用対物レンズ１００を含む各光学部品の具体的数値構成を、表１０は、本実施例５の内視鏡用対物レンズ１００の仕様を、それぞれ示す。
【００５９】
【表９】
【表１０】
【実施例６】
【００６０】
図１２は、本実施例６の内視鏡用光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。本実施例６の内視鏡用対物レンズ１００は、図１２に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図１３（ａ）〜（ｄ）は、本実施例６の内視鏡用対物レンズ１００の各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表１１は、本実施例６の内視鏡用対物レンズ１００を含む各光学部品の具体的数値構成を、表１２は、本実施例６の内視鏡用対物レンズ１００の仕様を、それぞれ示す。
【００６１】
【表１１】
【表１２】
【実施例７】
【００６２】
図１４は、本実施例７の内視鏡用光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。本実施例７の内視鏡用対物レンズ１００は、図１４に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図１５（ａ）〜（ｄ）は、本実施例７の内視鏡用対物レンズ１００の各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表１３は、本実施例７の内視鏡用対物レンズ１００を含む各光学部品の具体的数値構成を、表１４は、本実施例７の内視鏡用対物レンズ１００の仕様を、それぞれ示す。
【００６３】
【表１３】
【表１４】
【００６４】
（比較例１）
図１６は、比較例１の内視鏡用光学系１００Ｃを含む各光学部品の配置を示す断面図である。比較例１の内視鏡用対物レンズ１００Ｃは、図１６に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図１７（ａ）〜（ｄ）は、比較例１の内視鏡用対物レンズ１００Ｃの各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表１５は、比較例１の内視鏡用対物レンズ１００Ｃを含む各光学部品の具体的数値構成を、表１６は、比較例１の内視鏡用対物レンズ１００Ｃの仕様を、それぞれ示す。
【００６５】
【表１５】
【表１６】
【００６６】
（比較例２）
図１８は、比較例２の内視鏡用光学系１００Ｃを含む各光学部品の配置を示す断面図である。比較例２の内視鏡用対物レンズ１００Ｃは、図１８に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図１９（ａ）〜（ｄ）は、比較例２の内視鏡用対物レンズ１００Ｃの各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表１７は、比較例２の内視鏡用対物レンズ１００Ｃを含む各光学部品の具体的数値構成を、表１８は、比較例２の内視鏡用対物レンズ１００Ｃの仕様を、それぞれ示す。
【００６７】
【表１７】
【表１８】
【００６８】
（比較検証）
表１９は、本実施例１〜７、比較例１、２の各例において、条件式（１）〜（８）のそれぞれを適用したときに算出される値の一覧表である。
【００６９】
【表１９】
【００７０】
表１９に示されるように、比較例１、２の内視鏡用光学系１００Ｃは、条件式（１）、（２）を共に満たさない。比較例１の内視鏡用光学系１００Ｃは、図１６又は図１７に示されるように、接合レンズＬ４のレンズ径が大きいため、先端部１２への搭載に適さないと共に像面湾曲（特にメリディオナル像面の湾曲）に伴う非点収差の発生が大きい。比較例２の内視鏡用光学系１００Ｃは、表１８に示されるように、射出瞳距離ＥＸが短いため、特許文献１〜６に記載の内視鏡用光学系と同様にシェーディングによる周辺光量不足が大きい。
【００７１】
これに対して、本実施例１〜７の内視鏡用光学系１００は、表１９に示されるように、条件式（１）、（２）を同時に満たすことにより、各実施例の説明で提示した図又は表に示す通り、体腔内の微細構造を観察するのに必要な光学性能を確保しつつ外径の小さい先端部１２への搭載に適した寸法に抑えられている。特に、射出瞳距離ＥＸを確保することで結像面に対する入射角が抑えられるため、メガピクセル等の多画素撮像素子に結像させる場合もシェーディングによる周辺光量不足が少ない。
【００７２】
本実施例１〜７の内視鏡用光学系１００は、条件式（３）〜（８）も更に満たす。従って、本実施例１〜７の内視鏡用光学系１００では、条件式（１）及び（２）を満たすことにより奏する効果のみならず、各条件式（３）〜（８）に関して既述したような種々の効果も更に奏される。
【００７３】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、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。
【符号の説明】
【００７４】
１ 電子スコープ
１００ 内視鏡用光学系
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体腔内観察に適した光学性能を有する内視鏡光学系、及び該内視鏡光学系が組み込まれた内視鏡に関する。
【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、電子内視鏡が一般に知られ、実用に供されている。この種の内視鏡の具体的構成例は、特許文献１〜６に記載されている。特許文献１〜６に記載の内視鏡は、４群５枚構成の内視鏡用光学系を有している。
【０００３】
内視鏡は体腔内挿入時の患者の負担を軽減するため、外径が細く設計されている。特許文献１〜６においては内視鏡外径を抑えるため、内視鏡用光学系の射出瞳距離を短くして内視鏡用光学系を小径に設計している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２９３７０９号公報
【特許文献２】特開平６−３０８３８１号公報
【特許文献３】特開平８−１２２６３２号公報
【特許文献４】特開２００４−６１７６３号公報
【特許文献５】特開２００４−３５４８８８号公報
【特許文献６】特開２００７−２４９１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜６に記載の内視鏡用光学系は、画素数の少ない撮像素子での使用を想定している。しかし、近年、メガピクセル等の多画素撮像素子を搭載した電子スコープが実用化されている。
【０００６】
メガピクセル等の多画素撮像素子を搭載する電子スコープでは、個々の画素サイズが小さく受光効率が低い。そのため、特許文献１〜６に記載の内視鏡用光学系を適用した場合、撮像素子周辺部への光線入射角度が大きいため、シェーディングによる周辺光量不足が大きい。マイクロレンズアレイを実装した撮像素子であってもシェーディングを十分に抑制することは難しい。但し、マイクロレンズアレイの精度を向上させればシェーディングを十分に抑制できる可能性がある。しかし、生産技術面や製造コスト面等を考えると、マイクロレンズアレイの精度を向上させてシェーディングを抑制するという対応は安易には採用することができない。
【０００７】
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、シェーディングによる周辺光量不足を抑えるのに好適な内視鏡用光学系、及び該内視鏡用光学系を有する内視鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る内視鏡用光学系は、絞りを挟んで前群と後群が物体側から順に配置されている。前群は、物体側から順に、負レンズ、正レンズを有している。後群は、物体側から順に、正レンズ、接合レンズを有している。本発明に係る内視鏡用光学系は、全系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、像面から射出瞳までの距離（但し、像面より物体側にマイナスの符号をとる。）をＥＸ（単位：ｍｍ）と定義し、後群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）、（２）
−１０＜ＥＸ／ｆ＜−６・・・（１）
１．１５＜ｆ２／ｆ＜１．３５・・・（２）
を満たすことを特徴とする。
【０００９】
条件式（１）、（２）が同時に満たされると、広視野角な内視鏡用光学系を体腔内の微細構造を観察するのに必要な光学性能を確保しつつ外径の小さい内視鏡への搭載に適した寸法に抑えて設計することができる。特に、射出瞳距離ＥＸを確保することで結像面に対する入射角が抑えられるため、例えばメガピクセル等の多画素撮像素子に結像させる場合もシェーディングによる周辺光量不足が少ない。また、結像面に対する入射角を抑えつつもテレセントリック光学系にしないことにより、内視鏡用光学系が小径に抑えられる。
【００１０】
本発明に係る内視鏡用光学系は、結像面に近い側の光学面にパワーを持たせて射出瞳距離ＥＸをより一層好適に確保するため、接合レンズの焦点距離をｆｃ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（３）
２＜ｆｃ／ｆ２＜３．２・・・（３）
を満たす構成としてもよい。
【００１１】
本発明に係る内視鏡用光学系は、コマ収差や色収差等の諸収差をより一層良好に補正するため、前群の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（４）
−２．５＜ｆ１／ｆ＜−１．２・・・（４）
を満たす構成としてもよい。
【００１２】
本発明に係る内視鏡用光学系は、射出瞳距離ＥＸをより一層好適に確保するため、接合レンズの物体側面の曲率半径をＲ８（単位：ｍｍ）と定義し、該接合レンズの像側面の曲率半径をＲ１０（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（５）又は（６）
−０．５＜Ｒ１０／｜Ｒ８｜≦０・・・（５）
｜Ｒ８｜／Ｒ１０＜−２・・・（６）
を満たす構成としてもよい。
【００１３】
本発明に係る内視鏡用光学系は、コマ収差や非点収差等の諸収差をより一層良好に補正するため、後群の正レンズが物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズであり、後群の正レンズの焦点距離をｆ２１（単位：ｍｍ）と定義し、該後群の正レンズの物体側面の曲率半径をＲ６（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（７）、（８）
１．３＜ｆ２１／ｆ＜１．８・・・（７）
−１＜ｆ／Ｒ６＜−０．３・・・（８）
を満たす構成としてもよい。
【００１４】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る内視鏡は、上記内視鏡用光学系を挿入部可撓管の先端に搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シェーディングによる周辺光量不足を抑えるのに好適な内視鏡用光学系、及び該内視鏡用光学系を有する内視鏡が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の電子スコープの外観を示す外観図である。
【図２】本発明の実施形態（実施例１）の内視鏡用光学系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３】本発明の実施例１の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図４】本発明の実施例２の内視鏡用光学系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５】本発明の実施例２の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図６】本発明の実施例３の内視鏡用光学系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７】本発明の実施例３の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図８】本発明の実施例４の内視鏡用光学系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９】本発明の実施例４の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図１０】本発明の実施例５の内視鏡用光学系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１１】本発明の実施例５の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図１２】本発明の実施例６の内視鏡用光学系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１３】本発明の実施例６の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図１４】本発明の実施例７の内視鏡用光学系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１５】本発明の実施例７の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図１６】比較例１の内視鏡用光学系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１７】比較例１の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【図１８】比較例２の内視鏡用光学系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１９】比較例２の内視鏡用光学系の各種収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の内視鏡用光学系、及び内視鏡用光学系を有する電子スコープについて説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態の電子スコープ１の外観を示す外観図である。図１に示されるように、電子スコープ１は、可撓性を有するシース（外皮）１１ａによって外装された挿入部可撓管（以下、単に「可撓管」と記す。）１１を有している。可撓管１１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が連結されている。可撓管１１と先端部１２との連結箇所にある湾曲部１４は、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）によって屈曲自在に構成されている。この屈曲機構は、一般的な電子スコープ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を屈曲させるように構成されている。先端部１２の方向が上記操作による屈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。
【００１９】
先端部１２の樹脂製筐体の内部には、内視鏡用光学系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、被写体からの反射光を固体撮像素子（図示省略）の受光面上に結像させる。固体撮像素子には、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサが想定される。
【００２０】
本実施形態の電子スコープ１は、例えば下部消化器の観察を想定して設計されている。そのため、内視鏡用光学系１００の視野角が狭い場合は、病変部等の見落としが懸念される。そこで、本実施形態では、いわゆる一般的なデジタルスチルカメラよりも広視野、例えば１２０°以上の視野角を想定している。
【００２１】
図２は、本発明の実施例１（詳しくは後述）の内視鏡用光学系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を参照しつつ、本実施形態の内視鏡用光学系１００について詳細に説明する。
【００２２】
内視鏡用光学系１００は、図２に示されるように、物体（被写体）側から順に前群Ｇ１、後群Ｇ２を少なくとも有している。より詳細には、絞りＳよりも物体側に配置された光学レンズ群が前群Ｇ１を構成し、絞りＳよりも像側に配置された光学レンズ群が後群Ｇ２を構成する。各群Ｇ１、Ｇ２を構成する各光学レンズは、内視鏡用光学系１００の光軸ＡＸを中心とした回転対称形状を有している。後群Ｇ２の後段には、固体撮像素子の受光面全面を覆うフィルタ類Ｆが配置されている。フィルタ類Ｆは、色補正フィルタやカバーガラスなど複数の層を含む。本明細書及び図面においては、説明の便宜上、フィルタ類Ｆは単層で表現する。
【００２３】
上記において「少なくとも有している」としたのは、本発明の技術的思想の範囲において、別の光学素子を追加する構成例もあり得るからである。例えば、本発明に係る内視鏡用光学系に対して光学性能に実質的に寄与しない平行平板を追加する構成例や、本発明に係る内視鏡用光学系の構成及び効果を維持しつつ別の光学素子を付加する構成例が想定される。前群Ｇ１、後群Ｇ２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。
【００２４】
前群Ｇ１は、負のパワーを持つレンズ群であり、物体側から順に、負レンズＬ１、正レンズＬ２を少なくとも有している。
【００２５】
後群Ｇ２は、正のパワーを持つレンズ群であり、物体側から順に、正レンズＬ３、正負の各レンズを接合した接合レンズＬ４を少なくとも有している。
【００２６】
以下において、説明の便宜上、各光学部品の物体側の面、像側の面をそれぞれ、第一面、第二面と記す。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、又は前群Ｇ１の絞りＳに最も近いレンズ面（図２の構成例においては、正レンズＬ２の第二面ｒ４）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０とみなして説明を進める。
【００２７】
内視鏡用光学系１００は、全系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、像面から内視鏡用光学系１００の射出瞳までの射出瞳距離をＥＸ（単位：ｍｍ）と定義し、後群Ｇ２の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）、（２）
−１０＜ＥＸ／ｆ＜−６・・・（１）
１．１５＜ｆ２／ｆ＜１．３５・・・（２）
を満たすように構成されている。なお、像面は固体撮像素子の受光面であり、図２中、フィルタ類Ｆの第二面ｒ１２と実質的に同位置の面である。射出瞳距離ＥＸは、像面より物体側に伸び、マイナスの符号をとる。
【００２８】
条件式（１）の上限を上回ると射出瞳距離ＥＸが短いため、固体撮像素子の受光面に対する入射角が大きく、シェーディングによる周辺光量不足が大きい。特に、メガピクセル等の多画素撮像素子では個々の画素サイズが小さく受光効率が低いため、マイクロレンズアレイによるシェーディング抑制効果が小さく周辺光量不足が大きい。なお、本実施形態では、固体撮像素子が微細なチップであることから、固体撮像素子の受光面とマイクロレンズアレイの光軸方向の位置を実質的に同じ位置とする。
【００２９】
条件式（１）の下限を下回ると、広視野角な（例えば１２０°以上の）電子スコープ１において体腔内の微細構造を観察するのに必要な光学性能を確保するため、接合レンズＬ４のレンズ径を大きく設計する必要がある。そのため、外径の小さい先端部１２への搭載が難しい。
【００３０】
正のパワーを持つ後群が絞り近傍に配置されている光学系においては、一般に、後群の前側焦点位置は絞りよりも物体側に位置している。そのため、後群のパワーが弱くなる（焦点距離が長くなる）と正の倍率が小さくなり、射出瞳距離が短くなる。条件式（２）の上限を上回ると、後群Ｇ２のパワーが弱く正の倍率が小さいため射出瞳距離ＥＸが短くなり、シェーディングによる周辺光量不足が大きい。
【００３１】
条件式（２）の下限を下回ると、体腔内観察に必要な光学性能の確保のため接合レンズＬ４のレンズ径を大きく設計する必要がある。接合レンズＬ４の大径化に伴い像面湾曲（特にメリディオナル像面の湾曲）が大きく発生するため、全像高での非点収差の補正が難しい。
【００３２】
条件式（１）、（２）が同時に満たされると、広視野角な内視鏡用光学系１００を体腔内の微細構造を観察するのに必要な光学性能を確保しつつ外径の小さい先端部１２への搭載に適した寸法に抑えて設計することができる。特に、射出瞳距離ＥＸを確保することで結像面に対する入射角が抑えられるため、例えばメガピクセル等の多画素撮像素子に結像させる場合もシェーディングによる周辺光量不足が少ない。また、結像面に対する入射角を抑えつつもテレセントリック光学系にしないことにより、内視鏡用光学系１００が小径に抑えられる。
【００３３】
内視鏡用光学系１００は、更に、結像面に近い側の光学面にパワーを持たせて射出瞳距離ＥＸをより一層好適に確保するため、接合レンズＬ４の焦点距離をｆｃ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（３）
２＜ｆｃ／ｆ２＜３．２・・・（３）
を満たすように構成されている。
【００３４】
正のパワーを持つ後群が絞り近傍に配置されている光学系においては、一般に、後群内で最も像側に配置されたレンズのパワーが弱くなると、後群の前側主点位置が物体側（絞りに近い側）へ近付くため正の倍率が小さくなり、射出瞳距離が短くなる。条件式（３）の上限を上回ると、接合レンズＬ４のパワーが弱く正の倍率が小さいため射出瞳距離ＥＸが短くなり、シェーディングによる周辺光量不足が大きい。
【００３５】
条件式（３）の下限を下回ると、接合レンズＬ４のパワーが強くレンズ面の曲率が大きいため、先端部１２に収まる寸法の（つまり外径の小さい）接合レンズＬ４ではコバ厚の確保が難しい。また、接合レンズＬ４のパワーが強すぎて、組立誤差（偏心）による収差性能の劣化（特にメリディオナル像面の湾曲に伴う非点収差の発生）が大きい。
【００３６】
内視鏡用光学系１００は、更に、コマ収差や色収差等の諸収差をより一層良好に補正するため、前群Ｇ１の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（４）
−２．５＜ｆ１／ｆ＜−１．２・・・（４）
を満たすように構成されている。
【００３７】
条件式（４）の上限を上回ると、前群Ｇ１の負のパワーが大きいため、体腔内観察に必要な広視野角設計を試みるとコマ収差や色収差等の諸収差を良好に補正するのが難しい。また、後群Ｇ２の倍率を高く設定せざるを得ないため、組立時の前群Ｇ１と後群Ｇ２との群間隔の誤差に伴う後群Ｇ２の倍率変化を抑えることが難しい。更には後群Ｇ２の倍率変化に伴う視野角変化も大きくなるため、仕様を満足する安定した視野角の保証が難しい。
【００３８】
条件式（４）の下限を下回ると、内視鏡用光学系１００の各光学レンズの外径を抑えて設計することが難しく、外径の小さい先端部１２への搭載に不向きである。また、前群Ｇ１の倍率を高く設定せざるを得ないため、前群Ｇ１が光軸ＡＸに対して偏心して組み付けられた際の像面倒れが大きく、観察視野周辺で画質劣化が生じやすい。なお、像面倒れは、理想的には光軸を基準に対称に残存する像面湾曲が、結像レンズの組立時の偏心量及び偏心方向に依存して光軸を基準に非対称に残存する現象をいう。
【００３９】
内視鏡用光学系１００は、更に、射出瞳距離ＥＸをより一層好適に確保するため、接合レンズＬ４の第一面ｒ８の曲率半径をＲ８（単位：ｍｍ）と定義し、接合レンズＬ４の第二面ｒ１０の曲率半径をＲ１０（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（５）又は（６）
−０．５＜Ｒ１０／｜Ｒ８｜≦０・・・（５）
｜Ｒ８｜／Ｒ１０＜−２・・・（６）
を満たすように構成されている。
【００４０】
条件式（５）の上限を上回ると、後群Ｇ２の最も像側に位置する第二面ｒ１０が凹面となり射出瞳距離ＥＸが短くなるため、シェーディングによる周辺光量不足が大きくなる。
【００４１】
条件式（５）の下限を下回る又は条件式（６）の上限を上回ると、接合レンズＬ４のパワーが弱く正の倍率が小さいため射出瞳距離ＥＸが短くなり、シェーディングによる周辺光量不足が大きい。
【００４２】
内視鏡用光学系１００は、更に、コマ収差や非点収差等の諸収差をより一層良好に補正するため、図２に示されるように、正レンズＬ３が物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであって、正レンズＬ３の焦点距離をｆ２１（単位：ｍｍ）と定義し、正レンズＬ３の第一面ｒ６の曲率半径をＲ６（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（７）、（８）
１．３＜ｆ２１／ｆ＜１．８・・・（７）
−１＜ｆ／Ｒ６＜−０．３・・・（８）
を同時に満たすように構成されている。
【００４３】
条件式（７）の上限を上回ると、正レンズＬ３のパワーが弱くコマ収差が増加する。具体的には、正のパワーを確保するために曲率半径を大きくすることができない正レンズＬ３の第二面ｒ７（凸面）に代わり、第一面ｒ６（凹面）の曲率半径が極端に小さくなるため、コマ収差が増加する。後群Ｇ２のパワーを維持するためには接合レンズＬ４のパワーを大きく設定する必要があり、組立偏心誤差による収差性能の劣化（特にメリディオナル像面の湾曲に伴う非点収差の発生）が懸念される。
【００４４】
条件式（７）の下限を下回ると、正レンズＬ３のパワーが強すぎて良好な収差性能が得られない。具体的には、正レンズＬ３のパワーの増加に伴い球面収差が発生すると共に、ペッツバール和の増加により像面湾曲が大きく発生し、また、組立偏心誤差による非点収差が増加する。
【００４５】
条件式（８）の上限を上回ると、正レンズＬ３の第一面ｒ６（凹面）の曲率半径が大きいため、非点収差の補正が困難になる。
【００４６】
条件式（８）の下限を下回ると、正レンズＬ３の第一面ｒ６（凹面）の曲率半径が小さいため、正レンズＬ３のパワーが弱くコマ収差が増加する。
【００４７】
次に、これまで説明した内視鏡用光学系１００の具体的数値実施例を７例説明し、各数値実施例１〜７と比較する比較例を２例説明する。各数値実施例１〜７の内視鏡用光学系１００及び比較例１、２の内視鏡用光学系は、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】
【００４８】
上述したように、本発明の実施例１の内視鏡用光学系１００の構成は、図２に示される通りである。
【００４９】
本実施例１の内視鏡用光学系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に示される面番号ＮＯは、絞りＳに対応する面番号５を除き、図２中の面符号ｒｎ（ｎは自然数）に対応する。表１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。表２は、内視鏡用光学系１００の仕様を示す。ここで示す仕様は、実効Ｆナンバー、光学倍率、半画角（単位：ｄｅｇ）、像高（単位：ｍｍ）、バックフォーカスＢＦ（単位：ｍｍ）、内視鏡用光学系１００の全長（単位：ｍｍ）、全系の焦点距離ｆ（単位：ｍｍ）、射出瞳距離ＥＸ（単位：ｍｍ）、前群Ｇ１の焦点距離ｆ１（単位：ｍｍ）、後群Ｇ２の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）、正レンズＬ３の焦点距離ｆ２１（単位：ｍｍ）、接合レンズＬ４の焦点距離ｆｃ（単位：ｍｍ）である。
【００５０】
【表１】
【表２】
【００５１】
図３（ａ）〜（ｄ）は、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００の各種収差図である。具体的には、図３（ａ）は、ｄ線（５８８ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）、Ｃ線（６５６ｎｍ）、Ｆ線（４８６ｎｍ）、ｅ線（５４６ｎｍ）での球面収差及び軸上色収差を示す。図３（ｂ）は、ｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線、ｅ線での倍率色収差を示す。図３（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、短破線はＦ線での収差を、長破線はｅ線での収差を、それぞれ示す。図３（ｃ）は、非点収差を示す。図３（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（ｄ）は、歪曲収差を示す。図３（ａ）〜（ｃ）の各図の縦軸は像高を、横軸は収差量を、それぞれ示す。図３（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又は比較例で提示される各表又は各図面においても適用する。
【実施例２】
【００５２】
図４は、本実施例２の内視鏡用光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。本実施例２の内視鏡用対物レンズ１００は、図４に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図５（ａ）〜（ｄ）は、本実施例２の内視鏡用対物レンズ１００の各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表３は、本実施例２の内視鏡用対物レンズ１００を含む各光学部品の具体的数値構成を、表４は、本実施例２の内視鏡用対物レンズ１００の仕様を、それぞれ示す。
【００５３】
【表３】
【表４】
【実施例３】
【００５４】
図６は、本実施例３の内視鏡用光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。本実施例３の内視鏡用対物レンズ１００は、図６に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図７（ａ）〜（ｄ）は、本実施例３の内視鏡用対物レンズ１００の各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表５は、本実施例３の内視鏡用対物レンズ１００を含む各光学部品の具体的数値構成を、表６は、本実施例３の内視鏡用対物レンズ１００の仕様を、それぞれ示す。
【００５５】
【表５】
【表６】
【実施例４】
【００５６】
図８は、本実施例４の内視鏡用光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。本実施例４の内視鏡用対物レンズ１００は、図８に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図９（ａ）〜（ｄ）は、本実施例４の内視鏡用対物レンズ１００の各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表７は、本実施例４の内視鏡用対物レンズ１００を含む各光学部品の具体的数値構成を、表８は、本実施例４の内視鏡用対物レンズ１００の仕様を、それぞれ示す。
【００５７】
【表７】
【表８】
【実施例５】
【００５８】
図１０は、本実施例５の内視鏡用光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。本実施例５の内視鏡用対物レンズ１００は、図１０に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図１１（ａ）〜（ｄ）は、本実施例５の内視鏡用対物レンズ１００の各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表９は、本実施例５の内視鏡用対物レンズ１００を含む各光学部品の具体的数値構成を、表１０は、本実施例５の内視鏡用対物レンズ１００の仕様を、それぞれ示す。
【００５９】
【表９】
【表１０】
【実施例６】
【００６０】
図１２は、本実施例６の内視鏡用光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。本実施例６の内視鏡用対物レンズ１００は、図１２に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図１３（ａ）〜（ｄ）は、本実施例６の内視鏡用対物レンズ１００の各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表１１は、本実施例６の内視鏡用対物レンズ１００を含む各光学部品の具体的数値構成を、表１２は、本実施例６の内視鏡用対物レンズ１００の仕様を、それぞれ示す。
【００６１】
【表１１】
【表１２】
【実施例７】
【００６２】
図１４は、本実施例７の内視鏡用光学系１００を含む各光学部品の配置を示す断面図である。本実施例７の内視鏡用対物レンズ１００は、図１４に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図１５（ａ）〜（ｄ）は、本実施例７の内視鏡用対物レンズ１００の各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表１３は、本実施例７の内視鏡用対物レンズ１００を含む各光学部品の具体的数値構成を、表１４は、本実施例７の内視鏡用対物レンズ１００の仕様を、それぞれ示す。
【００６３】
【表１３】
【表１４】
【００６４】
（比較例１）
図１６は、比較例１の内視鏡用光学系１００Ｃを含む各光学部品の配置を示す断面図である。比較例１の内視鏡用対物レンズ１００Ｃは、図１６に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図１７（ａ）〜（ｄ）は、比較例１の内視鏡用対物レンズ１００Ｃの各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表１５は、比較例１の内視鏡用対物レンズ１００Ｃを含む各光学部品の具体的数値構成を、表１６は、比較例１の内視鏡用対物レンズ１００Ｃの仕様を、それぞれ示す。
【００６５】
【表１５】
【表１６】
【００６６】
（比較例２）
図１８は、比較例２の内視鏡用光学系１００Ｃを含む各光学部品の配置を示す断面図である。比較例２の内視鏡用対物レンズ１００Ｃは、図１８に示されるように、本実施例１の内視鏡用対物レンズ１００と同じ枚数構成である。図１９（ａ）〜（ｄ）は、比較例２の内視鏡用対物レンズ１００Ｃの各種収差（球面収差、軸上色収差、倍率色収差、非点収差、歪曲収差）図である。表１７は、比較例２の内視鏡用対物レンズ１００Ｃを含む各光学部品の具体的数値構成を、表１８は、比較例２の内視鏡用対物レンズ１００Ｃの仕様を、それぞれ示す。
【００６７】
【表１７】
【表１８】
【００６８】
（比較検証）
表１９は、本実施例１〜７、比較例１、２の各例において、条件式（１）〜（８）のそれぞれを適用したときに算出される値の一覧表である。
【００６９】
【表１９】
【００７０】
表１９に示されるように、比較例１、２の内視鏡用光学系１００Ｃは、条件式（１）、（２）を共に満たさない。比較例１の内視鏡用光学系１００Ｃは、図１６又は図１７に示されるように、接合レンズＬ４のレンズ径が大きいため、先端部１２への搭載に適さないと共に像面湾曲（特にメリディオナル像面の湾曲）に伴う非点収差の発生が大きい。比較例２の内視鏡用光学系１００Ｃは、表１８に示されるように、射出瞳距離ＥＸが短いため、特許文献１〜６に記載の内視鏡用光学系と同様にシェーディングによる周辺光量不足が大きい。
【００７１】
これに対して、本実施例１〜７の内視鏡用光学系１００は、表１９に示されるように、条件式（１）、（２）を同時に満たすことにより、各実施例の説明で提示した図又は表に示す通り、体腔内の微細構造を観察するのに必要な光学性能を確保しつつ外径の小さい先端部１２への搭載に適した寸法に抑えられている。特に、射出瞳距離ＥＸを確保することで結像面に対する入射角が抑えられるため、メガピクセル等の多画素撮像素子に結像させる場合もシェーディングによる周辺光量不足が少ない。
【００７２】
本実施例１〜７の内視鏡用光学系１００は、条件式（３）〜（８）も更に満たす。従って、本実施例１〜７の内視鏡用光学系１００では、条件式（１）及び（２）を満たすことにより奏する効果のみならず、各条件式（３）〜（８）に関して既述したような種々の効果も更に奏される。
【００７３】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、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。
【符号の説明】
【００７４】
１ 電子スコープ
１００ 内視鏡用光学系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絞りを挟んで前群と後群が物体側から順に配置され、
前記前群は、物体側から順に、負レンズ、正レンズを有し、
前記後群は、物体側から順に、正レンズ、接合レンズを有し、
全系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、像面から射出瞳までの距離（但し、像面より物体側にマイナスの符号をとる。）をＥＸ（単位：ｍｍ）と定義し、前記後群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）、（２）
−１０＜ＥＸ／ｆ＜−６・・・（１）
１．１５＜ｆ２／ｆ＜１．３５・・・（２）
を満たすことを特徴とする内視鏡用光学系。
【請求項２】
前記接合レンズの焦点距離をｆｃ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（３）
２＜ｆｃ／ｆ２＜３．２・・・（３）
を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡用光学系。
【請求項３】
前記前群の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（４）
−２．５＜ｆ１／ｆ＜−１．２・・・（４）
を満たすことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の内視鏡用光学系。
【請求項４】
前記接合レンズの物体側面の曲率半径をＲ８（単位：ｍｍ）と定義し、該接合レンズの像側面の曲率半径をＲ１０（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（５）
−０．５＜Ｒ１０／｜Ｒ８｜≦０・・・（５）
を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の内視鏡用光学系。
【請求項５】
前記接合レンズの物体側面の曲率半径をＲ８（単位：ｍｍ）と定義し、該接合レンズの像側面の曲率半径をＲ１０（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（６）
｜Ｒ８｜／Ｒ１０＜−２・・・（６）
を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の内視鏡用光学系。
【請求項６】
前記後群の正レンズは物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズであり、
前記後群の正レンズの焦点距離をｆ２１（単位：ｍｍ）と定義し、該後群の正レンズの物体側面の曲率半径をＲ６（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（７）、（８）
１．３＜ｆ２１／ｆ＜１．８・・・（７）
−１＜ｆ／Ｒ６＜−０．３・・・（８）
を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の内視鏡用光学系。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか一項に記載の内視鏡用光学系を挿入部可撓管の先端に搭載したことを特徴とする内視鏡。
【請求項１】
絞りを挟んで前群と後群が物体側から順に配置され、
前記前群は、物体側から順に、負レンズ、正レンズを有し、
前記後群は、物体側から順に、正レンズ、接合レンズを有し、
全系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、像面から射出瞳までの距離（但し、像面より物体側にマイナスの符号をとる。）をＥＸ（単位：ｍｍ）と定義し、前記後群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）、（２）
−１０＜ＥＸ／ｆ＜−６・・・（１）
１．１５＜ｆ２／ｆ＜１．３５・・・（２）
を満たすことを特徴とする内視鏡用光学系。
【請求項２】
前記接合レンズの焦点距離をｆｃ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（３）
２＜ｆｃ／ｆ２＜３．２・・・（３）
を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡用光学系。
【請求項３】
前記前群の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（４）
−２．５＜ｆ１／ｆ＜−１．２・・・（４）
を満たすことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の内視鏡用光学系。
【請求項４】
前記接合レンズの物体側面の曲率半径をＲ８（単位：ｍｍ）と定義し、該接合レンズの像側面の曲率半径をＲ１０（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（５）
−０．５＜Ｒ１０／｜Ｒ８｜≦０・・・（５）
を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の内視鏡用光学系。
【請求項５】
前記接合レンズの物体側面の曲率半径をＲ８（単位：ｍｍ）と定義し、該接合レンズの像側面の曲率半径をＲ１０（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（６）
｜Ｒ８｜／Ｒ１０＜−２・・・（６）
を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の内視鏡用光学系。
【請求項６】
前記後群の正レンズは物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズであり、
前記後群の正レンズの焦点距離をｆ２１（単位：ｍｍ）と定義し、該後群の正レンズの物体側面の曲率半径をＲ６（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（７）、（８）
１．３＜ｆ２１／ｆ＜１．８・・・（７）
−１＜ｆ／Ｒ６＜−０．３・・・（８）
を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の内視鏡用光学系。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか一項に記載の内視鏡用光学系を挿入部可撓管の先端に搭載したことを特徴とする内視鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−１６８２４５（Ｐ２０１２−１６８２４５Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７０９１（Ｐ２０１１−２７０９１）
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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