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WO2014208373A1 - 内視鏡対物光学系 - Google Patents

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Publication number
WO2014208373A1
WO2014208373A1 PCT/JP2014/065815 JP2014065815W WO2014208373A1 WO 2014208373 A1 WO2014208373 A1 WO 2014208373A1 JP 2014065815 W JP2014065815 W JP 2014065815W WO 2014208373 A1 WO2014208373 A1 WO 2014208373A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lens
optical system
objective optical
group
endoscope objective
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2014/065815
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
五十嵐　勉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Medical Systems Corp
Original Assignee
Olympus Medical Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Medical Systems Corp filed Critical Olympus Medical Systems Corp
Priority to JP2014560150A priority Critical patent/JP5753326B2/ja
Priority to CN201480009752.2A priority patent/CN105026978B/zh
Priority to EP14817759.5A priority patent/EP3015895A4/en
Publication of WO2014208373A1 publication Critical patent/WO2014208373A1/ja
Priority to US14/824,666 priority patent/US9622652B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/307—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for the urinary organs, e.g. urethroscopes, cystoscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00163—Optical arrangements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00163—Optical arrangements
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    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/055—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances having rod-lens arrangements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2407—Optical details
    • G02B23/2423—Optical details of the distal end
    • G02B23/243—Objectives for endoscopes

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope objective optical system applied to a medical endoscope.
  • the observation space is filled with urine, and a relatively transparent visual field is secured by perfusing a perfusate such as physiological saline. Since the perfusate and urine are mainly water, and the concentration of salt, sugar, etc. is not so high, the refractive index can be considered to be equivalent to that of water. Therefore, in an endoscope for observing these organs, the optical specifications and performance at the time of underwater observation in which the object-side medium is regarded as water affects the practicality.
  • the most important point for the endoscope objective optical system for underwater observation is the narrowing of the angle of view of the underwater view angle with respect to the air.
  • the d-line refractive index of water is 1.333 at room temperature, and the relationship between the angle of view in air and the angle of view in water when the outer surface of the endoscope objective optical system is a plane is shown below.
  • Angle of view in air 180 ° 160 ° 140 ° 120 °
  • Patent Document 1 discloses an objective optical system with a maximum angle of view of 138.3 ° in air
  • Patent Document 2 discloses an angle of view in air.
  • An objective optical system of 180 ° or more is disclosed in Patent Document 3
  • an objective optical system having an angle of view in air of 190 ° to 227 ° is disclosed.
  • Patent Document 1 has a wide angle as the angle of view in air, but when converted into water according to Snell's law based on the fact that the first surface is a plane, the angle of view in water is 89 °, which is sufficient for practical use. It's not an angle of view.
  • the first lens of the objective optical system is a concave meniscus lens having a strong convex surface on the object side. With such a shape, the lens is damaged by an unexpected object collision, such as scratches and cracks. Prone to occur.
  • a device for projecting the frame to prevent damage to the first lens is also disclosed, but in this configuration, the illumination distribution is blocked by the projecting portion of the frame, so that the light distribution deteriorates. Further, in the configuration having a step between the frame and the lens, it is difficult to remove the stain on the step portion, and in the case of medical use, there are problems of cleaning, disinfection, and sterilization.
  • a high-hardness optical material such as sapphire as the material of the first lens in order to increase scratch and crack resistance.
  • a high-hardness optical material is generally poor in workability and has a concave meniscus with a large convex surface protruding. The shape is difficult to process.
  • the concave meniscus first lens is dropped from the object side, and this lens fixing structure has a problem in securing reliability for medical use.
  • an adhesive is used for fixing the first lens
  • the deterioration of the adhesive due to chemical or temperature / humidity accumulates due to repeated disinfection and sterilization for each medical use.
  • soldering may be considered as a lens fixing method that is more reliable than an adhesive.
  • a concave meniscus lens there is a risk that the lens may be broken due to shrinkage stress during solidification of the solder, and a soldering structure is difficult to adopt.
  • Patent Document 2 since the optical axis of the illumination optical system is inclined outward, it is difficult to reduce the outer diameter of the tip.
  • the reduction of the diameter is prioritized and the optical axis of the illumination optical system is made parallel to the objective optical system, flare is expected due to direct illumination light on the projecting convex surface of the objective optical system.
  • the objective optical system of Patent Document 3 has the same problem as the objective optical system of Patent Document 2 described above because the tip surface of the objective optical system is a strong convex surface.
  • the present invention provides the following means.
  • One embodiment of the present invention provides an endoscope objective optical system that is used for underwater observation and satisfies the following conditional expression. 1 ⁇ Iw / ft ⁇ 1.8 (1) 0.6 ⁇ Ia / Iw ⁇ 0.95 (2)
  • Iw is the maximum image height during underwater observation
  • ft is the focal length of the entire objective optical system during underwater observation
  • Ia is the maximum image height through which the principal ray can be transmitted during underwater observation.
  • the above equation (1) is a condition regarding the angle of view during underwater observation, and the right inequality (Iw / ft ⁇ 1.8) of the equation (1) is for avoiding excessive widening during underwater observation. . If Iw / ft is below the lower limit of equation (1), the underwater angle of view becomes narrow and insufficient, and if it exceeds the upper limit, the underwater angle of view becomes too wide and the brightness at the periphery of the image decreases (arrangement on the illumination optical system side). Insufficient light and a decrease in the amount of light around the objective optical system).
  • Equation (2) is a condition that prescribes the relationship between the maximum image height during underwater observation and underwater observation. If the upper limit of equation (2) is exceeded, the underwater angle of view that is obtained as a price for in-air observation is widened. Insufficient and undesirable. Also, if the lower limit of the expression (2) is not reached, the effective image area during observation in the air becomes excessively small, which may hinder detection of imperfect lighting and surrounding image defects during white balance acquisition and assembly / quality inspection during manufacturing. Come on. Therefore, according to this aspect, the angle of view is wide even in underwater observation, and mounting design can be easily performed while ensuring the reliability as a medical endoscope.
  • the first side having negative refractive power is provided on the object side, and the first group is a first lens of a single lens, and the following conditional expression is satisfied.
  • DL1 / RL1a ⁇ 0.4 (3) -3 ⁇ fL1 / ft ⁇ -1 (4)
  • DL1 is the outer diameter of the first lens
  • RL1a is the radius of curvature of the object side surface of the first lens
  • fL1 is the focal length of the first lens.
  • Equation (4) is a condition regarding the focal length of the first lens.
  • Iw the focal length of the first lens.
  • the absolute amount of power has an appropriate range. If the lower limit of the formula (4) is not reached, it is difficult to widen the angle in water because the power is too weak. If the upper limit of the formula (4) is exceeded, the negative power is too strong and the field curvature is excessively corrected. Produces a trend.
  • the first lens is preferably a plano-concave lens having a flat object side surface.
  • the image side surface is concave, but the object side surface can be flat, convex, or concave.
  • the first lens is a plano-concave lens from the viewpoint of processability and cost, and furthermore, a hard-to-process material such as sapphire with poor processability can be employed, and scratch resistance can be improved.
  • Another aspect of the present invention is used for underwater observation and includes, in order from the object side, a front group having a negative refractive power, an aperture stop, and a rear group having a positive refractive power. It consists of a first group having a negative refractive power and a second group having a negative refractive power.
  • the first group is a first lens of a single lens
  • the second group is a single lens or a cemented lens.
  • An endoscope objective optical system that satisfies the following conditional expression is provided. 1 ⁇ Iw / ft ⁇ 1.8 (5)
  • Iw is the maximum image height during underwater observation
  • ft is the focal length of the entire objective optical system during underwater observation.
  • a so-called retrofocus type composed of a negative front group and a positive rear group is formed across the aperture stop, so that a wide angle and sufficient field curvature correction in underwater observation can be realized. it can.
  • the first group is composed of a single lens that can be thinned.
  • the second group may be composed of a single lens or a cemented lens.
  • Equation (6) described above is a condition in which the degree of unevenness on the side surface of the first lens object is reduced to make the configuration relatively close to a flat surface.
  • the first group is made of a flat plate
  • the light beam that can be transmitted through the image side surface of the flat plate in contact with air has the same angle as the object side surface in the air observation state, so that Iw cannot be made larger than Ia.
  • the lens thickness is strongly related to the ray height, and increasing the thickness increases the lens outer diameter. For this reason, it is necessary to avoid the use of a cemented lens that increases the lens thickness in the first group and to reduce the thickness with a single lens.
  • the protrusion from the lens outer diameter end becomes too large, and it becomes difficult to design a machine that avoids damage to the lens and incident illumination light.
  • the upper limit of the above expression (6) is exceeded on the concave surface, the retraction from the outer end of the lens becomes too large, resulting in a decrease in detergency and an increase in Fresnel reflectivity at the periphery of the concave surface.
  • (7) is a condition regarding the focal length of the first lens. In addition to making the power of the first lens negative, it is necessary to satisfy equation (7) in order to set the absolute amount of power within an appropriate range. If the lower limit of the expression (7) is not reached, the power is too weak to make it difficult to widen the angle in water. If the upper limit of the expression (7) is exceeded, the negative power is too strong and the field curvature is excessively corrected. Produces a trend.
  • the first lens is preferably a plano-concave lens having a flat object side surface.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the endoscope objective optical system.
  • the endoscope objective optical system includes, in order from the object side, a front group GF having a negative refractive power, an aperture stop S, and a rear group GB having a positive refractive power.
  • the front group GF includes, in order from the object side surface, a first lens L1 as a first lens group and a second lens L2 as a second lens group G2.
  • Each of the first lens L1 and the second lens L2 is a plano-concave lens having a flat object side surface.
  • a color correction filter F is provided between the front group GF and the brightness stop S.
  • Equation (2) is a condition that defines the relationship between the maximum image height during underwater observation and during air observation.
  • the fact that Ia / Iw is smaller than 1 corresponds to the fact that the size of an image that can be used in air observation is smaller than that in water observation.
  • the image range between Ia and Iw is a region where the principal ray incident from the object space cannot reach the range during observation in the air, but a normal image of the object space filled with water is observed during underwater observation. Imaged.
  • the estimation results of Ia / Iw with the maximum value of the underwater chief ray incident angle ⁇ w as a variable are shown in the table below. However, the estimation conditions are as follows.
  • Projection formula during observation of objective optical system in air image height in air
  • Ha ft * sin ( ⁇ a)
  • Projection system for underwater observation of objective optical system underwater image height
  • Hw ft * nw * sin ( ⁇ w)
  • ft 1 (for simplification of calculation)
  • an objective optical system designed for an underwater angle of view of 140 ° based on the above conditions has an image height ratio of 79.8% during underwater observation.
  • a so-called fish-eye lens with an angle of view in air of 180 ° is formed, and an image from the object space in air cannot be formed in the image range outside the image lens.
  • the work that must consider the observation state in the air includes white balance acquisition by imaging a white subject and assembly / quality inspection at the time of manufacture. Therefore, it is necessary to pay attention to the direction in which Ia / Iw is too small.
  • the underwater angle of view obtained as a price for observation in the air is insufficient, which is not desirable.
  • the effective image area during observation in the air becomes too small, which may hinder detection of inadequate light control and surrounding image defects during white balance acquisition and assembly / quality inspection during manufacturing. It is not desirable because it will come.
  • the endoscope objective optical system satisfies the following expression (3).
  • DL1 is the outer diameter of the first lens
  • RL1a is the radius of curvature of the object side surface of the first lens.
  • the first lens group located closest to the object side needs to have a negative refractive power in relation to satisfying the expression (2).
  • the first lens when the first lens is made of a flat plate, the light beam that can be transmitted through the image side surface of the flat plate in contact with the air has the same angle as the object side surface in the air observation state, so that Iw cannot be made larger than Ia. Since a light bundle having a very large angle passes through the first lens group, the lens thickness is strongly related to the light beam height, and the lens outer diameter increases as the thickness increases. For this reason, it is necessary to avoid the use of a cemented lens that increases the lens thickness in the first lens group and to reduce the thickness with a single lens.
  • the expression (3) is a condition that the degree of unevenness of the side surface of the first lens object is reduced to make the configuration relatively close to a plane.
  • 0.4
  • the ratio of the convex surface height (or concave surface depth) to the outer diameter DL1 is 5.05%.
  • DL1 is a small-diameter endoscope with a diameter of 2 mm
  • the convex surface height (or concave surface depth) is 0.1 mm, and the amount of protrusion (retraction) from the lens outer diameter end is sufficiently small.
  • Equation (4) is a condition regarding the focal length of the first lens.
  • the power of the first lens is made negative, but also the absolute amount of power has an appropriate range. If fL1 / ft is smaller than ⁇ 3, the power is too weak and it is difficult to widen the angle in water, which is not desirable. If fL1 / ft is larger than ⁇ 1, the negative power is too strong, and an overcorrection tendency of field curvature is not preferable.
  • a so-called retrofocus type consisting of a negative front group and a positive rear group with an aperture stop interposed therebetween is used. It is preferable to apply. Further, since it is difficult to cover the negative refractive power of the front group with only one group depending on the underwater angle of view, it is preferable to divide into two negative groups of the first group and the second group. Further, as described above, it is preferable that the first lens group is composed of a single lens that can be thinned. In the second lens group, the angle is relaxed by the refraction in the first lens group, and the ray height is lowered. It is possible to apply a single lens or a cemented lens.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing the imaging range of underwater observation and in-air observation, and intuitively shows that the effective imaging area in the in-air observation state is narrower than in the underwater observation state as described above. It is.
  • FIG. 2A shows an imaging area on a solid-state imaging device in an underwater observation state, and shows that all effective imaging areas in the hatched octagonal mask can be used on the assumption that an octagonal electric field mask is attached.
  • the maximum image height in the octagonal mask is Iw.
  • FIG. 2B shows the imaging area on the solid-state imaging device in the air observation state.
  • the hatched circle of radius Ia becomes the imaging area in the air observation state, and is hatched between the octagonal mask and the circle.
  • the no area is an optically ineffective area where no subject image is formed. In this way, by allowing the presence of the optically ineffective area in the air observation, wide-angle underwater observation is possible even if the object side surface of the first lens is a flat surface.
  • the material of the first lens is sapphire with high hardness, and it is possible to provide materials with excellent mechanical durability as material properties. Furthermore, a highly reliable lens frame structure can be provided by metallizing the outer periphery of sapphire and soldering it to the frame.
  • the second group of plano-concave lenses uses a high refractive index material to prevent over-correction of field curvature, which tends to be over-corrected by the negative refractive power that increases with super-wide angle.
  • a high refractive index material for the concave lens of the rear group cemented lens similarly prevents overcorrection of field curvature.
  • a wide angle of view can be obtained in underwater observation, and mounting design can be easily performed while ensuring reliability as a medical endoscope.
  • r is a radius of curvature (unit: mm)
  • d is a surface interval (mm)
  • Nd is a refractive index with respect to the d line
  • Vd is an Abbe number with respect to the d line.
  • Example 1 shows the lens configuration of the endoscope objective optical system according to Example 1 of the present invention.
  • 4A shows the underwater observation state
  • FIG. 4B shows the underwater observation state.
  • FIG. 5 shows aberration diagrams in the underwater observation state.
  • the image height Iw in the underwater observation state in FIG. 4A is 0.7510 mm, and it is assumed that this image height matches the effective image pickup area of the solid-state image pickup device. Use the entire imaging area.
  • the underwater angle of view at this time is 129.4 °, which is a very wide angle for underwater observation, and an object in water can be observed using the entire effective image pickup area of the solid-state image sensor.
  • the lens data of the endoscope objective optical system according to Example 1 is shown below.
  • Example 2 shows the lens configuration of the endoscope objective optical system according to Example 1 of the present invention.
  • 7A shows an underwater observation state
  • FIG. 7B shows an in-air observation state.
  • FIG. 8 shows aberration diagrams in the underwater observation state.
  • the endoscope objective optical system according to Example 2 includes, in order from the object side, a first group (first lens) composed of plano-concave lenses, a second group composed of concave meniscus lenses, a color correction filter, an aperture stop, and positive refraction. It consists of a rear group with power. The rear group consists of three groups, all having positive refractive power, as in the first embodiment.
  • Example 1 the combination with the solid-state image sensor with a smaller size than Example 1 is assumed, and the image height Iw in an underwater observation state is 0.6520 mm. Ia is 0.5195 mm, Ia / Iw is 0.797, underwater angle of view is 129.8 °, the same specifications as in Example 1 can be realized even if the size of the solid-state image sensor is different, underwater observation and air
  • the imaging range for middle observation is also in the state shown in FIG.
  • the lens data of the endoscope objective optical system according to Example 2 is shown below.
  • Example 3 show the lens configuration of the endoscope objective optical system according to Example 3 of the present invention.
  • 10A shows an underwater observation state
  • FIG. 10B shows an in-air observation state.
  • FIG. 11 shows aberration diagrams in the underwater observation state.
  • the endoscope objective optical system according to Example 3 includes, in order from the object side, a first group (first lens) including a plano-concave lens, a second group including a concave meniscus lens, a color correction filter, an aperture stop, and positive refraction. It consists of a rear group with power. The rear group consists of three groups, all having positive refractive power.
  • a combination with a solid-state imaging device having a smaller size than that of Example 2 is assumed, and the image height Iw in the underwater observation state is 0.4480 mm. Ia is 0.3585 mm, Ia / Iw is 0.800, the underwater angle of view is 129.6 °, and the same specifications as in the first and second embodiments can be realized even if the size of the solid-state imaging device is further reduced.
  • Example 4 12 and 13 show the lens configuration of an endoscope objective optical system according to Example 4 of the present invention.
  • 13A shows an underwater observation state
  • FIG. 13B shows an in-air observation state
  • FIG. 14 shows aberration diagrams in the underwater observation state.
  • the endoscope objective optical system according to Example 4 includes, in order from the object side, the first group (first lens) composed of plano-concave lenses, the second group composed of negative cemented lenses, a color correction filter, an aperture stop, and a positive aperture. It consists of a rear group having refractive power. The rear group consists of three groups, all having positive refractive power. A combination with a solid-state imaging device having a size larger than that of Example 1 is assumed, and the image height Iw in the underwater observation state is 0.9120 mm.
  • Ia is 0.7301 mm
  • Ia / Iw is 0.801
  • the underwater angle of view is 129.8 °
  • the same specifications as in the first to third embodiments can be realized even when the size of the solid-state imaging device is large.
  • the large solid-state imaging device can be made high in pixels, and in order to perform aberration correction corresponding thereto, the second group is constituted by a cemented lens to enhance the aberration correction capability.
  • a sapphire plano-concave lens having the same outer diameter and shape is used for the first lenses of Examples 1 to 4 having substantially the same underwater angle of view.
  • the maximum outer diameter of the optical system tends to be determined by the first lens outer diameter having a light ray height higher than the solid-state image sensor size, and the size of the solid-state image sensor can be freely selected. There is a degree.
  • Iw / DL1 0.2 or less, the number of pixels or the dynamic range is insufficient, which is not a preferable setting from the viewpoint of image quality. Further, when Iw / DL1 is 0.5 or more, it means that the solid-state imaging device side becomes a limiting factor of the outer diameter of the distal end, and at the same time, DL1 is unnecessarily small, and the balance of the endoscope distal end design is not good.
  • Example 5 and 16 show the lens configuration of an endoscope objective optical system according to Example 5 of the present invention.
  • 16A shows an underwater observation state
  • FIG. 16B shows an in-air observation state.
  • FIG. 17 shows aberration diagrams in the underwater observation state.
  • the endoscope objective optical system of Example 5 assumes a solid-state imaging device having the same size as that of Example 4, and has a wider underwater angle of view than that of Example 4.
  • the underwater angle of view is 139.8 °. .
  • the endoscope objective optical system according to Example 5 includes, in order from the object side, a first group (first lens) composed of plano-concave lenses, a second group composed of negative cemented lenses, a color correction filter, an aperture stop, and a positive aperture. It consists of a rear group having refractive power.
  • the rear group consists of three groups, all having positive refractive power.
  • the image height Iw in the underwater observation state is 0.9120 mm. Ia was 0.7019 mm, Ia / Iw was 0.770, and Ia was smaller than Example 4 because Ia became smaller by shortening the focal length ft along with the widening of the angle.
  • Example 6 show the lens configuration of an endoscope objective optical system according to Example 6 of the present invention.
  • 19A shows an underwater observation state
  • FIG. 19B shows an in-air observation state.
  • FIG. 20 shows aberration diagrams in the underwater observation state.
  • the endoscope objective optical system of Example 6 has substantially the same optical specifications as Example 5, except that it has a convex lens for exit pupil adjustment closest to the image plane.
  • the endoscope objective optical system according to Example 6 includes, in order from the object side, a first group (first lens) composed of plano-concave lenses, a second group composed of negative cemented lenses, a color correction filter, an aperture stop, and a positive aperture. It consists of a rear group having refractive power. The rear group consists of four groups, and has positive-positive-negative-positive refractive power in order from the aperture stop side. Lens data of the endoscope objective optical system according to Example 6 is shown below.
  • FIG. 21 and FIG. 22 show the lens configuration of the endoscope objective optical system according to Example 7 of the present invention.
  • 22A shows an underwater observation state
  • FIG. 22B shows an underwater observation state.
  • FIG. 23 shows aberration diagrams in the underwater observation state.
  • the endoscope objective optical system of Example 7 has the same underwater image height Iw as that of Example 1, has an underwater angle of view suppressed to 105.0 °, and the front group has only one negative group. It is composed of If the underwater angle of view is about this level, the front group can be composed of only one negative group.
  • the endoscope objective optical system according to the seventh embodiment includes, in order from the object side, a first group (first lens) including a plano-concave lens, a color correction filter, an aperture stop, and a rear group having a positive refractive power.
  • the rear group consists of three groups, all having positive refractive power.
  • Ia / Iw is 0.937, which is the largest as an example of the present invention, and the outer diameter DL1 of the first lens is the smallest as compared with other examples having substantially the same underwater image height Iw. Therefore, this embodiment is suitable for widening the angle in water with a thinner endoscope.
  • the lens data of the endoscope objective optical system according to Example 7 is shown below.
  • Example 8 24 and 25 show the lens configuration of the endoscope objective optical system according to Example 8 of the present invention.
  • 25A shows an underwater observation state
  • FIG. 25B shows an underwater observation state.
  • FIG. 26 shows aberration diagrams in the underwater observation state.
  • the endoscope objective optical system of Example 8 has an underwater image height Iw substantially equal to that of Example 1, but the underwater angle of view is 144.8 °, which is about 15 ° wider than that of Example 1, and the object of the first lens.
  • the feature is that the side surface is convex.
  • An endoscope objective optical system according to Example 8 includes, in order from the object side, a first group (first lens) composed of a concave meniscus lens having a convex surface facing the object side, a second group composed of plano-concave lenses, a color correction filter, It consists of an aperture stop and a rear group having positive refractive power.
  • the rear group consists of three groups, all having positive refractive power.
  • the present invention is a design philosophy that does not cause much protrusion or retraction on the object side surface of the first lens, the convex surface has the effect of improving distortion in an underwater observation state. Satisfied convex surface.
  • the distortion in the underwater observation state of Example 8 is -61.7% at the maximum image height.
  • the distortion when the image height was changed so that Example 1 with the object side surface being flat has the same underwater angle of view as in this example is -64.4%, and the object side surface of the first lens is made convex to provide a barrel. Mold distortion can be reduced.
  • the first lens is a plano-concave lens
  • sapphire is assumed as the first lens material.
  • the first lens material is generally used in view of the workability of the concave meniscus lens.
  • Example 9 27 and 28 show the lens configuration of the endoscope objective optical system according to Example 9 of the present invention.
  • 28A shows an underwater observation state
  • FIG. 28B shows an underwater observation state
  • FIG. 29 shows aberration diagrams in the underwater observation state.
  • the endoscope objective optical system of Example 9 has the widest underwater angle of view among all the above-described examples.
  • the endoscope objective optical system according to the ninth example is assumed to be mounted in order from the object side, a first group (first lens) including a plano-concave lens, a second group including a plano-concave lens, a color correction filter, and a thin plate.
  • the aperture stop consists of a rear group having positive refractive power.
  • the rear group consists of three groups, all having positive refractive power.
  • Example 9 The underwater angle of view of Example 9 is 164.4 °. Accordingly, Ia / Iw is 0.708, which is the smallest in the example of the present invention.
  • the ninth embodiment has an ultra-wide angle that is unparalleled as an endoscope objective optical system, but the outer diameter DL1 of the first lens is not so large as ⁇ 2.4 mm, and a small-diameter endoscope with a treatment channel. It is the outer diameter of the level that can be realized. Lens data of the endoscope objective optical system according to Example 9 is shown below.
  • Table 2 shows various data in the configurations of the above-described Examples 1 to 9, and Table 3 shows values related to the above formulas (1) to (8).

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Abstract

　水中で画角が広く、医療用内視鏡としての信頼性を確保しつつ、実装設計を容易に行う。　水中観察に用いられ、以下の条件式を満足する内視鏡対物光学系を提供する。　１＜Ｉｗ／ｆｔ＜１．８　・・・（１）　０．６＜Ｉａ／Ｉｗ＜０．９５　・・・（２）　但し、Ｉｗは水中観察時の最大像高、ｆｔは空気中観察時の対物光学系全系の焦点距離、Ｉａは空気中観察時に主光線が透過可能な最大像高である。

Description

内視鏡対物光学系
　本発明は、医療用内視鏡に適用される内視鏡対物光学系に関する。
　例えば、泌尿器系臓器を内視鏡で観察する場合、観察空間は尿で満たされており、生理食塩水等の灌流液を灌流させることで比較的透明な視野を確保する。灌流液も尿も水を主体とするものであり、塩分や糖分等の濃度もさほど高くないため、屈折率は水と同等と考えることができる。よって、これらの臓器を観察対象とする内視鏡では物体側媒質を水とみなした水中観察時の光学仕様・性能が実用性を左右する。
　水中観察用の内視鏡対物光学系にとって最も注意すべき点は水中画角の空気中に対する狭角化である。水のｄ線屈折率は常温で１．３３３であり、内視鏡対物光学系の外表面を平面とした場合の空気中画角と水中画角の関係を以下に示す。
　空気中画角　１８０°　　　１６０°　　　１４０°　　　１２０°
　水中画角　　　９７．２°　　９５．３°　　８９．７°　　８１．０°
　膀胱用内視鏡を例に挙げると、比較的広角な空気中画角１２０°の場合でも、実際の膀胱内観察時は水中画角８１°となり、水中では視野範囲がかなり狭まる。膀胱内面全域の病変を探索するためには、術者は内視鏡の先端湾曲操作・挿入部挿脱・挿入部捻りの組合せ操作を行うが、水中画角が狭いとこれらの操作頻度を増加させることとなり、作業効率の観点で望ましくない。水中画角をより広くすることで術者の内視鏡操作にかかる負担を軽減することができ、診断・処置の効率改善が期待できる。このため、内視鏡の水中観察もしくは広角観察に関する対物光学系として、例えば、特許文献１には最大で空気中画角１３８．３°の対物光学系が、特許文献２には空気中画角１８０°以上の対物光学系が、特許文献３には空気中画角１９０°～２２７°の対物光学系が夫々開示されている。
特開平５－２８８９８６号公報 特開平１０－２８８７４２号公報 特許第４８１９２０３号公報
　しかしながら、上記した各特許文献は、いずれも以下のような課題があった。
　すなわち、特許文献１の対物光学系は、空気中画角として広角であるが、第１面が平面であることを基にスネルの法則で水中換算すると水中画角８９°となり、実用時に十分な画角とは言えない。
　特許文献２の対物光学系では、対物光学系の第１レンズが物体側に強い凸面を有する凹メニスカスレンズであり、このような形状では予期せぬ物体衝突によりレンズにキズや割れ等の破損が生じやすい。第１レンズ破損防止のために枠を突出させる工夫も開示されているが、この構成では照明光が枠突出部で遮蔽されることにより配光が劣化する。さらに、枠とレンズ間で段差を有する構成では段差部の汚れ除去が困難となり、医療用の場合は洗浄・消毒・滅菌性の課題を生じる。一方、キズ・割れ耐性を高めるには第１レンズの素材にサファイア等の高硬度光学素材を用いる必要があるが、高硬度光学素材は一般的に加工性が悪く、凸面が大きく突出した凹メニスカス形状では加工難易度が高い。
　また、特許文献２の対物光学系における枠構造では、凹メニスカス第１レンズを物体側から落とし込んでおり、このレンズ固定構造は医療用としての信頼性確保に課題がある。つまり、第１レンズの固定に接着剤を用いると、医療用では使用毎の消毒・滅菌繰り返しにより化学的もしくは温湿度による接着剤劣化が少なからず蓄積するため、劣化の蓄積に起因してレンズが物体側に脱落する虞がある。一方、接着剤よりも信頼性の高いレンズ固定方法として半田付けすることも考えられるが、凹メニスカスレンズでは半田固化時の収縮応力によりレンズが破壊する虞があり、半田付け構造は採用し難い。
　さらに、特許文献２では、照明光学系の光軸を外側に傾けているため、先端外径の細径化が困難である。細径化を優先し照明光学系の光軸を対物光学系と平行にした場合には、対物光学系の大きく突出した凸面への照明光直射によるフレアの発生が予想される。
　特許文献３の対物光学系は、対物光学系先端面が強い凸面であるため、上記した特許文献２の対物光学系と同様の課題を有する。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、水中観察においても画角が広く、医療用内視鏡としての信頼性を確保しつつ、実装設計を容易に行うことのできる対物光学系を提供することを目的とする。
　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、水中観察に用いられ、以下の条件式を満足する内視鏡対物光学系を提供する。
　　１＜Ｉｗ／ｆｔ＜１．８　　　・・・（１）
　　０．６＜Ｉａ／Ｉｗ＜０．９５　　　・・・（２）
　但し、Ｉｗは水中観察時の最大像高、ｆｔは空気中観察時の対物光学系全系の焦点距離、Ｉａは空気中観察時に主光線が透過可能な最大像高である。
　上記した（１）式は水中観察時の画角に関する条件であり、（１）式の右側不等式（Ｉｗ／ｆｔ＜１．８）は水中観察時に過剰な広角化を回避するためのものである。Ｉｗ／ｆｔが（１）式の下限を下回ると、水中画角が狭く不十分となり、上限を超えると水中画角が広くなり過ぎて画像周辺部の明るさ低下（照明光学系側での配光不足、対物光学系の周辺光量低下）が生じる。
　（２）式は水中観察時と空気中観察時の最大像高の関係を規定する条件であり、（２）式の上限を超えると、空気中観察の代償として得られる水中画角広角化が不十分であり望ましくない。また、（２）式の下限を下回ると、空気中観察時の有効画像面積が過度に小さくなり、ホワイトバランス取得や製造時の組立・品質検査時に、調光不備や周辺画像欠陥検出に支障をきたす。
　したがって、本態様によれば、水中観察においても画角が広く、医療用内視鏡としての信頼性を確保しつつ、実装設計を容易に行うことができる。
　上記態様において、物体側に負の屈折力を有する第１群を備え、該第１群は単レンズの第１レンズであり、以下の条件式を満足することが好ましい。
　　｜ＤＬ１／ＲＬ１ａ｜＜０．４　　　・・・（３）
　　－３＜ｆＬ１／ｆｔ＜－１　　　・・・（４）
　但し、ＤＬ１は第１レンズの外径であり、ＲＬ１ａは第１レンズの物体側面の曲率半径であり、ｆＬ１は第１レンズの焦点距離である。
　上記した（３）式は、第１レンズ物体側面の凸凹度合いを小さくして比較的平面に近い構成とする条件である。例えば、第１群が平板からなる場合、空気と接する平板の像側面を透過可能な光線が空気中観察状態の物体側面と同じ角度となるため、ＩｗをＩａより大きくすることができなくなる。第１群には、非常に大きな角度の光線束が通るので、レンズ厚みが光線高に強く関連し、厚みを増やすとレンズ外径が増えることになる。このため、第１群にはレンズ厚みが増える接合レンズの使用は避けて、単レンズで薄肉化を図る必要がある。
　凸面で上記（３）式の上限を超えると、レンズ外径端からの出っ張りが大きくなり過ぎてレンズ破損や照明光入射を回避する機械設計が困難となる。また、凹面で上記（３）式の上限を超えると、レンズ外径端からの引っ込みが大きくなり過ぎて洗浄性低下や凹面周辺部でのフレネル反射率が増加する。
　（４）式は、第１レンズの焦点距離に関する条件である。（２）式に関連してＩｗをＩａより大きくするためには、第１レンズのパワーを負とする必要があり、パワーの絶対量にも適切な範囲がある。（４）式の下限を下回ると、パワーが弱過ぎて水中での広角化を図ることが困難となり、（４）式の上限を超えると、負のパワーが強過ぎて像面湾曲の補正過剰傾向を生じる。
　また、上記態様において、前記第１レンズは、物体側面が平面の平凹レンズであることが好ましい。
　このようにすることで、加工性が良好であり、かつ低コストの対物光学系を提供することができる。なお、第１レンズ全体として負のパワーとするために像側面は凹面となるが、物体側面は平面、凸面又は凹面のいずれも採用可能である。第１レンズを平凹レンズとすることが、加工性及びコストの観点から最も好ましく、さらに、加工性の悪いサファイア等の高硬度難加工素材を採用することができ、擦傷性を改善することができる。
　また、本発明の他の態様は、水中観察に用いられ、物体側から順に、負の屈折力を有する前群、明るさ絞り、正の屈折力を有する後群を備え、前記前群は、負の屈折力を有する第１群と負の屈折力を有する第２群からなり、前記第１群は単レンズの第１レンズであり、前記第２群は単レンズ又は接合レンズであり、以下の条件式を満足する内視鏡対物光学系を提供する。
　　１＜Ｉｗ／ｆｔ＜１．８　　　・・・（５）
　但し、Ｉｗは水中観察時の最大像高、ｆｔは空気中観察時の対物光学系全系の焦点距離である。
　このようにすることで、明るさ絞りを挟んで負の前群－正の後群からなる所謂レトロフォーカス型を構成するので、水中観察における広角化と十分な像面湾曲補正を実現することができる。
　具体的には、前群の負の屈折力を１つの群だけでまかなうことは水中画角によっては厳しいため、第１群、第２群の２つの負の群に分割することが望ましい。また、第１群は、薄肉化可能な単レンズで構成するのが望ましい。第２群では第１群での屈折により角度が緩和され光線高が下がるので、単レンズで構成しても接合レンズで構成してもよい。
　このように構成し、上記（５）式の条件を満足することで、水中観察においても十分に広角な内視鏡対物光学系を現実的なレンズとして構成することができる。
　また、上記態様において、以下の条件式を満足することが好ましい。
　　｜ＤＬ１／ＲＬ１ａ｜＜０．４　　　・・・（６）
　　－３＜ｆＬ１／ｆｔ＜－１　　　・・・（７）
　但し、ＤＬ１は第１レンズの外径であり、ＲＬ１ａは第１レンズの物体側面の曲率半径であり、ｆＬ１は第１レンズの焦点距離である。
　上記した（６）式は、第１レンズ物体側面の凸凹度合いを小さくして比較的平面に近い構成とする条件である。例えば、第１群が平板からなる場合、空気と接する平板の像側面を透過可能な光線が空気中観察状態の物体側面と同じ角度となるため、ＩｗをＩａより大きくすることができなくなる。第１群には、非常に大きな角度の光線束が通るので、レンズ厚みが光線高に強く関連し、厚みを増やすとレンズ外径が増えることになる。このため、第１群にはレンズ厚みが増える接合レンズの使用は避けて、単レンズで薄肉化を図る必要がある。
　凸面で上記（６）式の上限を超えると、レンズ外径端からの出っ張りが大きくなり過ぎてレンズ破損や照明光入射を回避する機械設計が困難となる。また、凹面で上記（６）式の上限を超えると、レンズ外径端からの引っ込みが大きくなり過ぎて洗浄性低下や凹面周辺部でのフレネル反射率が増加する。
　（７）式は、第１レンズの焦点距離に関する条件である。第１レンズのパワーを負とするだけでなく、パワーの絶対量も適切な範囲とするために（７）式を満たすことが必要となる。（７）式の下限を下回ると、パワーが弱過ぎて水中での広角化を図ることが困難となり、（７）式の上限を超えると、負のパワーが強過ぎて像面湾曲の補正過剰傾向を生じる。
　また、上記態様において、前記第１レンズは物体側面が平面の平凹レンズであることが好ましい。
　このようにすることで、加工性が良好であり、かつ低コストの対物光学系を提供することができる。
　本発明によれば、水中観察においても画角が広く、医療用内視鏡としての信頼性を確保しつつ、実装設計を容易に行うことができるという効果を奏する。
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。 本発明の第１の実施形態に係る内視鏡対物光学系による水中観察及び空気中観察の撮像範囲を示す概念図であり、（ａ）は水中観察状態、（ｂ）は空気中観察状態を示す。 本発明の実施例１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。 本発明の実施例１に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図であり、（ａ）は水中観察状態、（ｂ）は空気中観察状態を示す。 本発明の実施例１に係る内視鏡対物光学系の水中観察状態の収差図である。 本発明の実施例２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。 本発明の実施例２に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図であり、（ａ）は水中観察状態、（ｂ）は空気中観察状態を示す。 本発明の実施例２に係る内視鏡対物光学系の水中観察状態の収差図である。 本発明の実施例３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。 本発明の実施例３に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図であり、（ａ）は水中観察状態、（ｂ）は空気中観察状態を示す。 本発明の実施例３に係る内視鏡対物光学系の水中観察状態の収差図である。 本発明の実施例４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。 本発明の実施例４に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図であり、（ａ）は水中観察状態、（ｂ）は空気中観察状態を示す。 本発明の実施例４に係る内視鏡対物光学系の水中観察状態の収差図である。 本発明の実施例５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。 本発明の実施例５に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図であり、（ａ）は水中観察状態、（ｂ）は空気中観察状態を示す。 本発明の実施例５に係る内視鏡対物光学系の水中観察状態の収差図である。 本発明の実施例６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。 本発明の実施例６に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図であり、（ａ）は水中観察状態、（ｂ）は空気中観察状態を示す。 本発明の実施例６に係る内視鏡対物光学系の水中観察状態の収差図である。 本発明の実施例７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。 本発明の実施例７に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図であり、（ａ）は水中観察状態、（ｂ）は空気中観察状態を示す。 本発明の実施例７に係る内視鏡対物光学系の水中観察状態の収差図である。 本発明の実施例８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。 本発明の実施例８に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図であり、（ａ）は水中観察状態、（ｂ）は空気中観察状態を示す。 本発明の実施例８に係る内視鏡対物光学系の水中観察状態の収差図である。 本発明の実施例９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。 本発明の実施例９に係る内視鏡対物光学系の全体構成を示す断面図であり、（ａ）は水中観察状態、（ｂ）は空気中観察状態を示す。 本発明の実施例９に係る内視鏡対物光学系の水中観察状態の収差図である。
（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、負の屈折力を有する前群ＧＦ、明るさ絞りＳ、正の屈折力を有する後群ＧＢを備えている。
　前群ＧＦは、物体側面から順に、第１レンズ群としての第１レンズＬ１、及び、第２レンズ群Ｇ２としての第２レンズＬ２を備えている。第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は、何れも物体側面が平面の平凹レンズである。また、図１においては、前群ＧＦと明るさ絞りＳとの間に色補正フィルタＦが設けられている。
　後群ＧＢは、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とが接合した接合レンズＣＬ１、及び第６レンズＬ６と第７レンズＬ７とが接合した接合レンズＣＬ２を備えている。第３レンズＬ３、接合レンズＣＬ１及び接合レンズＣＬ２は、何れも正の屈折力を有している。
　また、内視鏡対物光学系は、以下の条件式を満足するように構成されている。
　　１＜Ｉｗ／ｆｔ＜１．８　　　・・・（１）
　　０．６＜Ｉａ／Ｉｗ＜０．９５　　　・・・（２）
　但し、Ｉｗは水中観察時の最大像高、ｆｔは空気中観察時の対物光学系全系の焦点距離、Ｉａは空気中観察時に主光線が透過可能な最大像高である。
　（１）式は水中観察時の画角に関する条件である。対物光学系全系の焦点距離であるｆｔは、物体側の第１面が局率を有する場合は物体側媒質の影響で変動するため、一般的なレンズ焦点距離定義と同様に物体側媒質を空気とした際の焦点距離とする。
　Ｉｗ／ｆｔが小さくなると水中画角が狭まり、Ｉｗ／ｆｔが大きくなると水中画角は広まる。空気中観察用に設計された内視鏡対物光学系では、像高Ｈが焦点距離ｆｔと空気中主光線入射角θａの正弦に比例する、所謂Ｈ＝ｆｔ＊ｓｉｎ（θａ）型の対物光学系が知られており、Ｈ／ｆｔは１以下となる。
　これと比較して、（１）式の左側不等式（Ｉｗ／ｆｔ＞１）は、水中観察時の最大像高を空気中観察時に想定される像高よりも大きくとることを意味し、水中観察時の広角化に寄与する。また、（１）式の右側不等式（Ｉｗ／ｆｔ＜１．８）は水中観察時に過剰な広角化を回避するためのものである。Ｉｗ／ｆｔが（１）式の下限以下では水中画角が狭く不十分となり、上限以上では水中画角が広くなり過ぎて画像周辺部の明るさ低下（照明光学系側での配光不足、対物光学系の周辺光量低下）が生じ、望ましくない。
　（２）式は水中観察時と空気中観察時の最大像高の関係を規定する条件である。Ｉａ／Ｉｗが１より小さいことは、空気中観察時に使用可能な像の大きさが水中観察時よりも小さいことに相当する。ＩａとＩｗの間の像範囲は、空気中観察時において物体空間から入射する主光線がその範囲には到達できない領域となるが、水中観察時は水で満たされた物体空間の正常な画像が結像される。水中主光線入射角θｗの最大値を変数としたＩａ／Ｉｗの見積結果を下表に示す。但し、見積条件は以下の通りである。
　内視鏡対物光学系の外表面：平面
　水のｄ線屈折率：ｎｗ＝１．３３３
　対物光学系の空気中観察時射影式：空気中像高Ｈａ＝ｆｔ＊ｓｉｎ（θａ）
　対物光学系の水中観察時射影式：水中像高Ｈｗ＝ｆｔ＊ｎｗ＊ｓｉｎ（θｗ）
　　ｆｔ＝１（計算簡略化のため）
　　Ｉａ＝ｆｔ＊ｓｉｎ（θａ最大値）＝ｆｔ＊ｓｉｎ（９０°）＝１
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
　上表のθｗ＝７０°（水中画角１４０°）を例として解説すると、先に示した条件に基づく水中画角１４０°設計の対物光学系は、水中観察時像高比７９．８％の像高において、空気中画角１８０°の所謂魚眼レンズとなり、その外側の像範囲では空気中物体空間からの像を結像できないことになる。
　このように、Ｉａ／Ｉｗを１より小さくし、空気中観察時の周辺画像欠損を多少は許容することで水中画角の広角化が図れる。このような設計思想は空気中観察用の内視鏡としては好ましくないが、水中観察用の内視鏡としては十分実用性がある。さらに、空気中観察に対して水中観察と同等の像範囲を確保するという制約を取り払うことで、レンズ先端面に強い凸面をもたせる必要が無くなり、強い凸面に起因する各種課題を解消できるという大きな利点が得られる。
　尚、医療行為そのものではないが、空気中観察状態を考慮せねばならない作業として、白被写体撮像によるホワイトバランス取得、及び、製造時の組立・品質検査が挙げられる。よって、Ｉａ／Ｉｗを小さくし過ぎる方向に対しても注意を払う必要がある。
　（２）式の上限以上では空気中観察の代償として得られる水中画角広角化が不十分であり望ましくない。また、（２）式の下限以下では、空気中観察時の有効画像面積があまりに小さくなり過ぎるため、ホワイトバランス取得や製造時の組立・品質検査時に、調光不備や周辺画像欠陥検出に支障をきたすため望ましくない。
　さらに、内視鏡対物光学系は、以下の（３）式を満足することがより好ましい。
　　｜ＤＬ１／ＲＬ１ａ｜＜０．４　　　・・・（３）
　ただし、ＤＬ１は、第１レンズの外径であり、ＲＬ１ａは、第１レンズの物体側面の曲率半径である。
　最も物体側に位置する第１レンズ群は、上記（２）式を満足させることに関連して負の屈折力を有することが必要となる。例えば、第１レンズが平板からなる場合、空気と接する平板の像側面を透過可能な光線が空気中観察状態の物体側面と同じ角度となるため、ＩｗをＩａより大きくすることができなくなる。
　第１レンズ群には、非常に大きな角度の光線束が通るので、レンズ厚みが光線高に強く関連し、厚みを増やすとレンズ外径が増えることになる。このため、第１レンズ群にはレンズ厚みが増える接合レンズの使用は避け、単レンズで薄肉化を図る必要がある。
　これを実現するため、（３）式は、第１レンズ物体側面の凸凹度合いを小さくして比較的平面に近い構成とする条件である。
　｜ＤＬ１／ＲＬ１ａ｜＝０．４の場合、凸面高さ（もしくは凹面深さ）の外径ＤＬ１に対する比率は、５．０５％である。ＤＬ１がφ２ｍｍの細径内視鏡と仮定すると、凸面高さ（もしくは凹面深さ）が０．１ｍｍとなり、レンズ外径端からの出っ張り（引っ込み）量は十分に小さい。
　凸面の場合、この程度の出っ張り量であれば、特許文献２や特許文献３の課題としたレンズ破損や照明光入射に対する回避構造が可能なレベルである。凹面の場合、この程度の引っ込み量であれば、レンズ面洗浄時の汚物残りや、凹面周辺部でのフレネル反射による反射損失増加を気にする必要も無い。
　凸面で｜ＤＬ１／ＲＬ１ａ｜が０．４より大きくなると、レンズ外径端からの出っ張りが大きくなり過ぎてレンズ破損や照明光入射を回避する機械設計が困難となるため望ましくない。凹面で｜ＤＬ１／ＲＬ１ａ｜が０．４より大きくなると、レンズ外径端からの引っ込みが大きくなり過ぎて洗浄性低下や凹面周辺部でのフレネル反射率増加につながるため望ましくない。
　内視鏡対物光学系は、以下の（４）式を満足することがより好ましい。
　　－３＜ｆＬ１／ｆｔ＜－１　　　・・・（４）
　但し、ｆＬ１は第１レンズの焦点距離である。
　（４）式は、第１レンズの焦点距離に関する条件である。（２）式に関連してＩｗをＩａより大きくするためには、第１レンズのパワーを負とするだけでなく、パワーの絶対量にも適切な範囲がある。ｆＬ１／ｆｔが－３より小さいと、パワーが弱過ぎて水中での広角化を図ることが困難であり望ましくない。ｆＬ１／ｆｔが－１より大きいと、負のパワーが強過ぎて像面湾曲の補正過剰傾向を生じるため好ましくない。
　第１レンズは物体側面が平面の平凹レンズとすることにより、加工性が良好であり、かつ低コストの対物光学系を提供することができる。第１レンズ全体として負のパワーとするために像側面は凹面となるが、物体側面は平面・凸面・凹面のいずれも採用可能である。但し、加工性観点で最も好ましいのは平面であるため、第１レンズを平凹レンズで構成するのが加工性・コストの観点で最も好ましい。さらに、平凹レンズとすることで加工性の悪いサファイア等の高硬度難加工素材の採用が可能となり、擦傷性の改善等に寄与できる。
　なお、上記した実施形態において、前群ＧＦが第１レンズ群と第２レンズ群とを備える構成について説明したが、これに限られるものでなく、例えば、第２レンズ群を備えない構成とすることもできる。また、第２レンズ群に単レンズを適用した例について説明したが、接合レンズを適用することもできる。そして、前群ＧＦが第２レンズ群を有する場合には、上記（２）式を余裕を持って満足することとなる。
　つまり、本実施形態のように、水中観察における広角化と十分な像面湾曲補正を実現するためには、明るさ絞りを挟んで負の前群－正の後群からなる所謂レトロフォーカス型を適用することが好ましい。また、前群の負の屈折力を１つの群だけでまかなうことは水中画角によっては厳しいため、第１群、第２群の２つの負の群に分割することが好ましい。さらに、第１レンズ群は上述したように、薄肉化可能な単レンズで構成することが好ましく、第２レンズ群においては、は第１レンズ群における屈折により角度が緩和され光線高が下がるので、単レンズを適用することも接合レンズを適用することも可能となる。
　このように構成し、上記（１）式の条件を満足するように構成することで、水中観察においても十分な広角化を図ることができる。また、前群ＧＦを第１レンズ群、第２レンズ群の２つの負の群に分割した、第２レンズ群を有する構成においては、上記（２）式を余裕を持って満足することとなる。
　なお、図２は、水中観察と空気中観察の撮像範囲を示す概念図で、上述したように空気中観察状態での有効撮像エリアが水中観察状態よりも狭くなることを直感的に示したものである。図２（ａ）は水中観察状態での固体撮像素子上撮像エリアを示すもので、八角形の電気的視野マスクをつける前提で、ハッチングした八角マスク内の有効撮像エリアを全て活用できることを示しており、八角マスク内での最大像高がＩｗである。
　図２（ｂ）は空気中観察状態での固体撮像素子上撮像エリアを示すもので、ハッチングした半径Ｉａの円内が空気中観察状態での撮像エリアとなり、八角マスクと円で挟まれたハッチング無し領域は被写体像が結像されない光学的無効領域となる。このように空気中観察にて光学的無効領域の存在を許容することにより、第１レンズの物体側面が平面であっても広角な水中観察が可能となる。
　第１レンズの物体側面を平面とした構造は内視鏡先端構造として一般的であり、図１で示していない照明系からの直接光入射フレアに対して特殊な工夫を必要としない。また、平面で出っ張りがないことは、物体側から物が衝突して第１レンズが傷付く確率を増やすことがない。さらに、一般的には魚眼レンズに分類されてもよい画角にもかかわらず、第１レンズの外径ＤＬ１はφ２．２ｍｍと極めて小さく、内視鏡先端構造設計に負担をかけない。
　第１レンズの素材は硬度の高いサファイアを想定しており、素材特性としても機械的耐久性に優れたものを提供できる。さらに、サファイアの外周にメタライズを行い枠とはんだ付けすることで非常に信頼性の高い鏡枠構造を提供できる。
　第２群の平凹レンズには高屈折率素材を用いており、超広角化に伴い強まる負の屈折力で過剰補正となりやすい像面湾曲の過剰補正防止を図っている。また、後群の接合レンズの凹レンズにも高屈折率素材を使用することで、同様に像面湾曲の過剰補正防止を図っている。
　このように、本実施形態によれば、水中観察においても画角が広く、医療用内視鏡としての信頼性を確保しつつ、実装設計を容易に行うことができる。
　続いて、上述した実施形態に係る内視鏡対物光学系の実施例１～実施例９について、図３～図２９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）、Ｎｄはｄ線に対する屈折率、Ｖｄはｄ線に対するアッベ数を示している。
（実施例１）
　本発明の実施例１に係る内視鏡対物光学系のレンズ構成を図３及び図４に示す。なお、図４（ａ）は水中観察状態、図４（ｂ）は空気中観察状態を示している。また、水中観察状態の収差図を図５に示す。
　実施例１の内視鏡対物光学系は、物体側から順に、平凹レンズからなる第１群（第１レンズ）、平凹レンズからなる第２群、色補正フィルタ、薄板での実装を想定した明るさ絞り、正の屈折力を有する後群からなる。後群は３つの群からなり、全て正の屈折力を有する。尚、像面には固体撮像素子の撮像面が配置されることを想定している。
　図４（ａ）の水中観察状態での像高Ｉｗは０．７５１０ｍｍで、この像高は固体撮像素子の有効撮像エリアに一致させることを想定しており、水中観察状態において固体撮像素子の有効撮像エリア全体を使用する。この際の水中画角は１２９．４°で水中観察としては非常に広角であり、水中にある被写体を固体撮像素子の有効撮像エリア全てを使用して観察できる。
　図４（ｂ）の空気中観察状態では第１レンズが平面であることにより、空気中画角１８０°の光線までしかレンズに入射できない。第１レンズの平面とほぼ平行に入射した主光線は像面上ではＩｗより低い位置に結像し、空気中最大像高に相当するＩａは０．５９９５ｍｍとなり、Ｉａ／Ｉｗが０．７９８という関係になる。これにより、空気中観察状態では固体撮像素子の有効撮像エリアを部分的に使用した画像となる。
　水中観察と空気中観察の撮像範囲は、図２に示したような状態となる。
　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。
　レンズデータ
面番号　　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　　　Ｎｄ　　　　　　Ｖｄ
　１　　　　　∞　　　　　０．２５　　１．７６８２０　　７１．７９
　２　　　　０．６３９　　０．２７
　３　　　　　∞　　　　　０．２５　　２．００３３０　　２８．２７
　４　　　　１．９６１　　０．１１
　５　　　　　∞　　　　　０．３０　　１．５２１３４　　７４．９８
　６　　　　　∞　　　　　０．０３
　７（ＳＴＯ）∞　　　　　０．８７　　２．００３３０　　２８．２７
　８　　－１．２４３　　　０．０５
　９　　　－９．８１３　　０．３０　　２．００３３０　　２８．２７
１０　　　　１．７１７　　０．８６　　１．７２９１６　　５４．６８
１１　　　－１．３４５　　０．０５
１２　　　　２．８３８　　０．８７　　１．４８７４９　　７０．２３
１３　　　－１．１０８　　０．３０　　１．９２２８６　　１８．９０
１４　　　－２．４３９　　０．２８
１５　　　　　∞　　　　　１．１０　　１．５１６３３　　６４．１４
１６（像面）　∞
（実施例２）
　本発明の実施例１に係る内視鏡対物光学系のレンズ構成を図６及び図７に示す。なお、図７（ａ）は水中観察状態、図７（ｂ）は空気中観察状態を示している。また、水中観察状態の収差図を図８に示す。
　実施例２の内視鏡対物光学系は、物体側から順に、平凹レンズからなる第１群（第１レンズ）、凹メニスカスレンズからなる第２群、色補正フィルタ、明るさ絞り、正の屈折力を有する後群からなる。後群は３つの群からなり、全て正の屈折力を有する点は実施例１と同様である。
　尚、実施例１よりサイズの小さい固体撮像素子との組合せを想定しており、水中観察状態での像高Ｉｗは０．６５２０ｍｍである。Ｉａは０．５１９５ｍｍ、Ｉａ／Ｉｗが０．７９７、水中画角は１２９．８°で、固体撮像素子のサイズが違っても実施例１と同様の仕様を実現できており、水中観察と空気中観察の撮像範囲も実施例１と同様に図２に示したような状態となる。
　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。
　レンズデータ
面番号　　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　　　Ｎｄ　　　　　　Ｖｄ
　１　　　　　∞　　　　　０．２５　　１．７６８２０　　７１．７９
　２　　　　０．６３９　　０．２７
　３　　　　９．７８９　　０．２５　　２．００３３０　　２８．２７
　４　　　　１．２４３　　０．１０
　５　　　　　∞　　　　　０．３０　　１．５２１３４　　７４．９８
　６　　　　　∞　　　　　０．０３
　７（ＳＴＯ）∞　　　　　０．９３　　２．００３３０　　２８．２７
　８　　　－１．１３２　　０．０５
　９　　　－７．３３１　　０．３０　　２．００３３０　　２８．２７
１０　　　　１．４８５　　０．８３　　１．７２９１６　　５４．６８
１１　　　－１．３５４　　０．０５
１２　　　　２．６２１　　０．７８　　１．５１６３３　　６４．１４
１３　　　－１．１６１　　０．３０　　１．９２２８６　　１８．９０
１４　　　－２．４１７　　０．２９
１５　　　　　∞　　　　　１．１０　　１．５１６３３　　６４．１４
１６（像面）　∞
（実施例３）
　本発明の実施例３に係る内視鏡対物光学系のレンズ構成を図９及び図１０に示す。なお、図１０（ａ）は水中観察状態、図１０（ｂ）は空気中観察状態を示している。また、水中観察状態の収差図を図１１に示す。
　実施例３の内視鏡対物光学系は、物体側から順に、平凹レンズからなる第１群（第１レンズ）、凹メニスカスレンズからなる第２群、色補正フィルタ、明るさ絞り、正の屈折力を有する後群からなる。後群は３つの群からなり、全て正の屈折力を有する。実施例２よりさらにサイズの小さい固体撮像素子との組合せを想定しており、水中観察状態での像高Ｉｗは０．４４８０ｍｍである。Ｉａは０．３５８５ｍｍ、Ｉａ／Ｉｗが０．８００、水中画角は１２９．６°で、固体撮像素子のサイズがさらに小さくなっても実施例１及び２と同様の仕様を実現できる。
　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。
　レンズデータ
面番号　　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　　　Ｎｄ　　　　　　Ｖｄ
　１　　　　　∞　　　　　０．２５　　１．７６８２０　　７１．７９
　２　　　　０．６３９　　０．２７
　３　　　　９．４０６　　０．３０　　１．８８３００　　４０．７６
　４　　　　０．４６２　　０．１７
　５　　　　　∞　　　　　０．３０　　１．５２１３４　　７４．９８
　６　　　　　∞　　　　　０．０３
　７（ＳＴＯ）∞　　　　　０．７１　　１．８０１００　　３４．９７
　８　　　－０．９１５　　０．０５
　９　　　　６．５２６　　０．３０　　２．００３３０　　２８．２７
１０　　　　１．３５４　　０．８３　　１．５１７４２　　５２．４３
１１　　　－１．１０８　　０．０５
１２　　　　１．９８８　　０．７９　　１．５８９１３　　６１．１４
１３　　　－１．０４１　　０．３０　　１．９２２８６　　１８．９０
１４　　　－２．５５１　　０．３３
１５　　　　　∞　　　　　１．１０　　１．５１６３３　　６４．１４
１６（像面）　∞
（実施例４）
　本発明の実施例４に係る内視鏡対物光学系のレンズ構成を図１２及び図１３に示す。なお、図１３（ａ）は水中観察状態、図１３（ｂ）は空気中観察状態を示している。また、水中観察状態の収差図を図１４に示す。
　実施例４の内視鏡対物光学系は、物体側から順に、平凹レンズからなる第１群（第１レンズ）、負の接合レンズからなる第２群、色補正フィルタ、明るさ絞り、正の屈折力を有する後群からなる。後群は３つの群からなり、全て正の屈折力を有する。実施例１より大きいサイズの固体撮像素子との組合せを想定しており、水中観察状態での像高Ｉｗは０．９１２０ｍｍである。Ｉａは０．７３０１ｍｍ、Ｉａ／Ｉｗが０．８０１、水中画角は１２９．８°で、固体撮像素子のサイズが大きい場合でも実施例１～３と同様の仕様を実現できる。大きめの固体撮像素子は高画素化可能でありそれに対応した収差補正を行うために、第２群を接合レンズで構成し、収差補正能力を高めた。
　尚、ほぼ同一の水中画角を有する実施例１～４の第１レンズには同じ外径と形状を有するサファイア平凹レンズを用いている。本実施形態のような超広角レンズの場合、光学系の最大外径は固体撮像素子サイズよりも光線高の高い第１レンズ外径で決まる傾向にあり、固体撮像素子のサイズに関しては選択の自由度がある。
　超広角化で被写界深度が確保しやすくなることから、固体撮像素子は大きい方が画素数もしくはダイナミックレンジを向上できて望ましいが、大きすぎると固体撮像素子側が内視鏡先端外径に影響することとなる。よって、固体撮像素子のサイズを反映する水中像高Ｉｗと第１レンズ外径ＤＬ１の関係を、次の（８）式を満足するように設定するのが望ましい。
　０．２＜Ｉｗ／ＤＬ１＜０．５　　　・・・（８）
　Ｉｗ／ＤＬ１が０．２以下では、画素数もしくはダイナミックレンジが不足気味となり、画質の観点で好ましい設定ではない。また、Ｉｗ／ＤＬ１が０．５以上は固体撮像素子側が先端外径の制約要因となるのと同時にＤＬ１が不必要に小さいことを意味し、内視鏡先端設計としてバランスがよろしくない。
　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。
　レンズデータ
面番号　　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　　　Ｎｄ　　　　　　Ｖｄ
　１　　　　　∞　　　　　０．２５　　１．７６８２０　　７１．７９
　２　　　　０．６３９　　０．３３
　３　　　－２．５８２　　０．２５　　２．００３３０　　２８．２７
　４　　　　１．１０８　　０．５１　　１．８０１００　　３４．９７
　５　　　－２．４６１　　０．０３
　６（ＳＴＯ）∞　　　　　０．３０　　１．５２１３４　　７４．９８
　７　　　　　∞　　　　　０．０３
　８　　　　　∞　　　　　０．４８　　２．００３３０　　２８．２７
　９　　　－１．３４５　　０．１０
１０　　　－４．０７９　　０．２５　　２．００３３０　　２８．２７
１１　　　　１．８９１　　０．７５　　１．７２９１６　　５４．６８
１２　　　－１．３５４　　０．０５
１３　　　　３．４７３　　０．７５　　１．７２９１６　　５４．６８
１４　　　－１．１３２　　０．３０　　２．００３３０　　２８．２７
１５　　－１７．１１５　　０．２８
１６　　　　　∞　　　　　１．５０　　１．５１６３３　　６４．１４
１７（像面）　∞
（実施例５）
　本発明の実施例５に係る内視鏡対物光学系のレンズ構成を図１５及び図１６に示す。なお、図１６（ａ）は水中観察状態、図１６（ｂ）は空気中観察状態を示している。また、水中観察状態の収差図を図１７に示す。
　実施例５の内視鏡対物光学系は、実施例４と同じサイズの固体撮像素子を想定し、実施例４より水中画角を広角化したもので、水中画角は１３９．８°である。実施例５の内視鏡対物光学系は、物体側から順に、平凹レンズからなる第１群（第１レンズ）、負の接合レンズからなる第２群、色補正フィルタ、明るさ絞り、正の屈折力を有する後群からなる。後群は３つの群からなり、全て正の屈折力を有する。水中観察状態での像高Ｉｗは０．９１２０ｍｍである。Ｉａは０．７０１９ｍｍ、Ｉａ／Ｉｗが０．７７０で、広角化に伴い焦点距離ｆｔを短くしたことでＩａが小さくなったため、Ｉａ／Ｉｗが実施例４よりも小さい。
　実施例５に係る内視鏡対物光学系のレンズデータを以下に示す。
　レンズデータ
面番号　　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　　　Ｎｄ　　　　　　Ｖｄ
　１　　　　　∞　　　　　０．２５　　１．７６８２０　　７１．７９
　２　　　　０．６３９　　０．３３
　３　　　－２．２１１　　０．２５　　２．００３３０　　２８．２７
　４　　　　１．１０８　　０．５４　　１．８０１００　　３４．９７
　５　　　－２．２８０　　０．０３
　６（ＳＴＯ）∞　　　　　０．３０　　１．５２１３４　　７４．９８
　７　　　　　∞　　　　　０．０３
　８　　　　　∞　　　　　０．４８　　２．００３３０　　２８．２７
　９　　　－１．４２５　　０．１０
１０　　　－４．２８８　　０．２５　　２．００３３０　　２８．２７
１１　　　　１．８６９　　０．７５　　１．７２９１６　　５４．６８
１２　　　－１．２９８　　０．０５
１３　　　　３．４２３　　０．７５　　１．７２９１６　　５４．６８
１４　　　－１．１０８　　０．３０　　２．００３３０　　２８．２７
１５　　－１９．３７６　　０．２９
１６　　　　　∞　　　　　１．５０　　１．５１６３３　　６４．１４
１７（像面）　∞
（実施例６）
　本発明の実施例６に係る内視鏡対物光学系のレンズ構成を図１８及び図１９に示す。なお、図１９（ａ）は水中観察状態、図１９（ｂ）は空気中観察状態を示している。また、水中観察状態の収差図を図２０に示す。
　実施例６の内視鏡対物光学系は、実施例５と光学仕様ほぼ同一であるが、最も像面に近いところに射出瞳調整用の凸レンズを有する点が異なる。実施例６の内視鏡対物光学系は、物体側から順に、平凹レンズからなる第１群（第１レンズ）、負の接合レンズからなる第２群、色補正フィルタ、明るさ絞り、正の屈折力を有する後群からなる。後群は４つの群からなり、明るさ絞り側から順に、正－正－負－正の屈折力を有する。
　実施例６に係る内視鏡対物光学系のレンズデータを以下に示す。
　レンズデータ
面番号　　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　　　Ｎｄ　　　　　　Ｖｄ
　１　　　　　∞　　　　　０．２５　　１．７６８２０　　７１．７９
　２　　　　０．６３９　　０．３９
　３　　　－１．５８１　　０．２８　　２．００３３０　　２８．２７
　４　　　　０．９４２　　０．５２　　１．８０１００　　３４．９７
　５　　　－１．８００　　０．０３
　６（ＳＴＯ）∞　　　　　０．３０　　１．５２１００　　６５．１３
　７　　　　　∞　　　　　０．０３
　８　　　　　∞　　　　　０．６５　　２．００３３０　　２８．２７
　９　　　－１．３８１　　０．０５
１０　　　－４．５０２　　０．３０　　２．００３３０　　２８．２７
１１　　　　１．５３５　　０．７７　　１．７８８００　　４７．３７
１２　　　－１．５３５　　０．０５
１３　　　　２．９２０　　０．７２　　１．７２９１６　　５４．６８
１４　　　－１．２４３　　０．３０　　２．００３３０　　２８．２７
１５　　　　３．６０２　　０．４５
１６　　　　３．２５４　　１．５０　　１．５１６３３　　６４．１４
１７（像面）　∞
（実施例７）
　本発明の実施例７に係る内視鏡対物光学系のレンズ構成を図２１及び図２２に示す。なお、図２２（ａ）は水中観察状態、図２２（ｂ）は空気中観察状態を示している。また、水中観察状態の収差図を図２３に示す。
　実施例７の内視鏡対物光学系は、実施例１と水中像高Ｉｗがほぼ同じで水中画角を１０５．０°と抑え気味としたものであり、前群を１つの負の群のみで構成したものである。この程度の水中画角であれば前群を１つの負の群のみで構成することも可能である。実施例７の内視鏡対物光学系は、物体側から順に、平凹レンズからなる第１群（第１レンズ）、色補正フィルタ、明るさ絞り、正の屈折力を有する後群からなる。後群は３つの群からなり、全て正の屈折力を有する。Ｉａ／Ｉｗが０．９３７で本発明の実施例としては最も大きく、第１レンズの外径ＤＬ１はほぼ同じ水中像高Ｉｗを有する他の実施例と比べて最も小さい。よって、本実施例はより細径の内視鏡で水中での広角化を図る際に好適である。
　実施例７に係る内視鏡対物光学系のレンズデータを以下に示す。
　レンズデータ
面番号　　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　　　Ｎｄ　　　　　　Ｖｄ
　１　　　　　∞　　　　　０．２０　　１．７６８２０　　７１．７９
　２　　　　０．６１４　　０．５０
　３　　　　　∞　　　　　０．３０　　１．５２１３４　　７４．９８
　４　　　　　∞　　　　　０．０３
　５（ＳＴＯ）∞　　　　　０．７８　　２．００３３０　　２８．２７
　６　　　－１．３９２　　０．０５
　７　　　－７．４０８　　０．３０　　２．００３３０　　２８．２７
　８　　　　１．６４１　　０．８６　　１．７２９１６　　５４．６８
　９　　　－１．５０２　　０．０５
１０　　　　２．４６１　　０．８７　　１．４８７４９　　７０．２３
１１　　　－１．２４３　　０．３０　　１．９２２８６　　１８．９０
１２　　　－２．１３２　　０．２７
１３　　　　　∞　　　　　１．１０　　１．５１６３３　　６４．１４
１４（像面）　∞
（実施例８）
　本発明の実施例８に係る内視鏡対物光学系のレンズ構成を図２４及び図２５に示す。なお、図２５（ａ）は水中観察状態、図２５（ｂ）は空気中観察状態を示している。また、水中観察状態の収差図を図２６に示す。
　実施例８の内視鏡対物光学系は、実施例１とほぼ同等の水中像高Ｉｗを有するが、水中画角が１４４．８°と実施例１より約１５°広く、第１レンズの物体側面を凸面とした点が特徴である。実施例８の内視鏡対物光学系は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第１群（第１レンズ）、平凹レンズからなる第２群、色補正フィルタ、明るさ絞り、正の屈折力を有する後群からなる。
　後群は３つの群からなり、全て正の屈折力を有する。本発明は第１レンズの物体側面であまり出っ張りや引っ込みを生じさせない設計思想であるが、凸面とすることで水中観察状態でのディストーションを改善できる効果があるので実施例８では（３）式を満足する凸面とした。
　実施例８の水中観察状態でのディストーションは最大像高で－６１．７％である。物体側面が平面の実施例１を本実施例と同一水中画角となるように像高変更した際のディストーションは－６４．４％であり、第１レンズの物体側面を凸面とすることで樽型のディストーションを低減できている。尚、第１レンズが平凹レンズからなる本発明の他の実施例では第１レンズ素材としてサファイアを想定しているが、実施例８では凹メニスカスレンズの加工性を鑑み第１レンズ素材として一般的な光学ガラスを想定している。
　実施例８に係る内視鏡対物光学系のレンズデータを以下に示す。
　レンズデータ
面番号　　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　　　Ｎｄ　　　　　　Ｖｄ
　１　　　　７．００４　　０．３０　　１．８８３００　　４０．７６
　２　　　　０．５８０　　０．３１
　３　　　　　∞　　　　　０．２５　　２．００３３０　　２８．２７
　４　　　　１．４２５　　０．０８
　５　　　　　∞　　　　　０．３０　　１．５２１３４　　７４．９８
　６（ＳＴＯ）∞　　　　　０．０５
　７　　　　３．９６８　　０．９９　　１．８０１００　　３４．９７
　８　　　－１．２６２　　０．０５
　９　　　　８．４０２　　０．３０　　２．００３３０　　２８．２７
１０　　　　１．２９８　　０．８９　　１．７２９１６　　５４．６８
１１　　　－１．５３５　　０．０５
１２　　　　２．８５５　　０．８３　　１．４８７４９　　７０．２３
１３　　　－１．１６１　　０．３０　　１．９２２８６　　１８．９０
１４　　　－２．５５１　　０．２９
１５　　　　　∞　　　　　１．１０　　１．５１６３３　　６４．１４
１６（像面）　∞（ＩＰ）
（実施例９）
　本発明の実施例９に係る内視鏡対物光学系のレンズ構成を図２７及び図２８に示す。なお、図２８（ａ）は水中観察状態、図２８ｂ）は空気中観察状態を示している。また、水中観察状態の収差図を図２９に示す。
　実施例９の内視鏡対物光学系は上記した実施例全てのうちで最も広い水中画角を有する。実施例９の内視鏡対物光学系は、物体側から順に、平凹レンズからなる第１群（第１レンズ）、平凹レンズからなる第２群、色補正フィルタ、薄板での実装を想定した明るさ絞り、正の屈折力を有する後群からなる。後群は３つの群からなり、全て正の屈折力を有する。
　実施例９の水中画角は１６４．４°であり、これに伴いＩａ／Ｉｗが０．７０８で本発明の実施例としては最も小さくなる。実施例９は内視鏡対物光学系として類を見ないレベルの超広角であるが、第１レンズの外径ＤＬ１はφ２．４ｍｍとさほど大きくはなく、処置用チャンネル付きの細径内視鏡を実現できるレベルの外径である。
　実施例９に係る内視鏡対物光学系のレンズデータを以下に示す。
　レンズデータ
面番号　　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　　　Ｎｄ　　　　　　Ｖｄ
　１　　　　　∞　　　　　０．２５　　１．７６８２０　　７１．７９
　２　　　　０．６３９　　０．２７
　３　　　　　∞　　　　　０．２５　　２．００３３０　　２８．２７
　４　　　　１．５２２　　０．１１
　５　　　　　∞　　　　　０．３０　　１．５２１３４　　７４．９８
　６　　　　　∞　　　　　０．０３
　７（ＳＴＯ）∞　　　　　０．９８　　２．００３３０　　２８．２７
　８　　　－１．２４３　　０．０５
　９　　　－７．９８５　　０．３０　　２．００３３０　　２８．２７
１０　　　　１．６８６　　０．８６　　１．７２９１６　　５４．６８
１１　　　－１．３２２　　０．０５
１２　　　　２．５８２　　０．８７　　１．４８７４９　　７０．２３
１３　　　－１．１０８　　０．３０　　１．９２２８６　　１８．９０
１４　　　－２．３６６　　０．２８
１５　　　　　∞　　　　　１．１０　　１．５１６３３　　６４．１４
１６（像面）　∞
　なお、上記した実施例１～実施例９の構成における各種データを表２に、上記（１）～（８）式に係る値を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
  
　ＧＦ　前群
　ＧＢ　後群
　Ｇ１　第１レンズ群
　Ｇ２　第レンズ群
　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
 

Claims (6)

  1. 　水中観察に用いられ、以下の条件式を満足する内視鏡対物光学系。
    　　１＜Ｉｗ／ｆｔ＜１．８　　　・・・（１）
    　　０．６＜Ｉａ／Ｉｗ＜０．９５　　　・・・（２）
    　但し、Ｉｗは水中観察時の最大像高、ｆｔは空気中観察時の対物光学系全系の焦点距離、Ｉａは空気中観察時に主光線が透過可能な最大像高である。
  2. 　物体側に負の屈折力を有する第１群を備え、該第１群は単レンズの第１レンズであり、以下の条件式を満足する請求項１記載の内視鏡対物光学系。
    　　｜ＤＬ１／ＲＬ１ａ｜＜０．４　　　・・・（３）
    　　－３＜ｆＬ１／ｆｔ＜－１　　　・・・（４）
    　但し、ＤＬ１は第１レンズの外径であり、ＲＬ１ａは第１レンズの物体側面の曲率半径であり、ｆＬ１は第１レンズの焦点距離である。
  3. 　前記第１レンズは、物体側面が平面の平凹レンズである請求項１又は請求項２記載の内視鏡対物光学系。
  4. 　水中観察に用いられ、
    　物体側から順に、負の屈折力を有する前群、明るさ絞り、正の屈折力を有する後群を備え、
    　前記前群は、負の屈折力を有する第１群と負の屈折力を有する第２群からなり、
    　前記第１群は単レンズの第１レンズであり、前記第２群は単レンズ又は接合レンズであり、以下の条件式を満足する内視鏡対物光学系。
    　　１＜Ｉｗ／ｆｔ＜１．８　　　・・・（５）
    　但し、Ｉｗは水中観察時の最大像高、ｆｔは空気中観察時の対物光学系全系の焦点距離である。
  5. 　以下の条件式を満足する請求項４記載の内視鏡対物光学系。
    　　｜ＤＬ１／ＲＬ１ａ｜＜０．４　　　・・・（６）
    　　－３＜ｆＬ１／ｆｔ＜－１　　　・・・（７）
    　但し、ＤＬ１は第１レンズの外径であり、ＲＬ１ａは第１レンズの物体側面の曲率半径であり、ｆＬ１は第１レンズの焦点距離である。
  6. 　前記第１レンズは物体側面が平面の平凹レンズである請求項４又は請求項５記載の内視鏡対物光学系。
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