JP2011227380A

JP2011227380A - 内視鏡用対物レンズおよび撮像装置

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Publication number: JP2011227380A
Application number: JP2010098816A
Authority: JP
Inventors: Takashi Miyano; 俊宮野
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2011-11-10

Abstract

【課題】内視鏡用対物レンズにおいて、広い波長域で良好に使用可能なものとする。
【解決手段】内視鏡用対物レンズは、下記条件式（１）を満たすように構成されている。内視鏡用対物レンズは、絞りより像側に接合レンズを含む４群５枚構成、あるいは、絞りより物体側および像側に接合レンズを含む４群６枚構成とすることができる。
｜δｈ−δＣ｜／ｆ＜２ … （１）
ただし、
δｈ：最大半画角におけるｄ線に対するｈ線の倍率色収差量（単位はμｍ）
δＣ：最大半画角におけるｄ線に対するＣ線の倍率色収差量（単位はμｍ）
ｆ：全系の焦点距離（単位はｍｍ）
【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡用対物レンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、広い波長域において使用可能な内視鏡用対物レンズ、および該内視鏡用対物レンズを備えた撮像装置に関するものである。

従来、内視鏡用の対物レンズを使用する時の照明光源として水銀灯が用いられている。水銀灯は、波長４０４．７ｎｍ（ｈ線）、波長４３５．８ｎｍ（ｇ線）、波長５４６．１ｎｍ（ｅ線）、波長５７７．０ｎｍ、波長５７９．１ｎｍの輝線スペクトルからなる緑がかった青白色の光を放射し、さらに波長２５３．７ｎｍ、波長３６５．０ｎｍ（ｉ線）の紫外域の光も放射する。ただし、大半の光学用材質のｉ線に対する透過率は低いため、通常の光学系ではこの紫外域の光は無視することができる。

可視域での光学用材質の屈折率は、短波長側（青）で高く、長波長側（赤）で低いので、色収差の補正を行っていない結像光学系では赤色の光よりも青色の光に対する焦点距離の方が短くなる。そこで通常は、正レンズと負レンズにアッベ数の異なる種々の材質を用いて色収差の補正を行うようにしている。通常多用されているｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数νｄは、ｄ線における屈折率ｎｄと、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）における屈折率ｎＦと、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）における屈折率ｎＣを用いて、νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）で表される。可視域用の光学系を設計する際は、一般にはｄ線基準で、Ｆ線、Ｃ線に対して色収差の補正をすることが多い。

例えば、本願の発明者は、アッベ数の異なる正レンズと負レンズを組み合わせて可視域の色収差補正が良好に行われた光学系として、下記特許文献１〜３に記載のものを考案している。特に、特許文献２においては、正レンズと負レンズのアッベ数の差を用いた所定の条件式を満たすように構成することにより、良好に倍率色収差を補正できることを開示している。

特開２００８−２５７１０８号公報特開２００８−１５２２１０号公報特願２００９−１３０３７７号

ところで近年では、医療分野の診断等において波長４００ｎｍ付近の光を利用する機会が増えてきている。そのため、このような診断において、ｄ線基準でＦ線、Ｃ線に対して色収差を補正した従来の光学系より更に短波長まで色収差を補正した光学系が求められるようになってきている。

図２５、図２６を参照しながら、倍率色収差の補正について詳しく説明する。ｄ線、Ｆ線、Ｃ線の三色に注目して、ｄ線基準でのＦ線、Ｃ線の画角に伴う倍率色収差を見ると、一般には図２５に示すように、Ｃ線についてはプラス側にふれ（オーバーの状態）、Ｆ線についてはマイナス側にふれる（アンダーの状態）傾向がある。なお、図２５の縦軸は画角であり、横軸はｄ線を基準とした倍率色収差量であり、縦軸の最大値は最大半画角に対応しており、ｄ線基準でのＦ線、Ｃ線の倍率色収差をそれぞれＦ、Ｃという符号を付して模式的に破線で示している。

図２５に示すような状態から補正を行い、ｄ線に対する倍率色収差のプラス、マイナスの量を減らしていく場合、図２６に示すように、Ｆ線の倍率色収差が最大半画角になる途中でプラス側に転じ、最大半画角ではＣ線のものと同程度の量になるまで補正することが多い。なお、図２６は模式図であり、その図示方法は図２５のものと同様である。ただ図２６に示す程度にまで補正すると、短波長側は波長に対する色収差の変化量が激しいため、Ｆ線よりさらに短波長であるｇ線、ｈ線の倍率色収差は、図２６の符号ｇｏｒｈを付した破線で示すように、ｄ線に対して大幅にプラスの値となってしまう。これでは、色ごとに像の大きさが異なって見え、像の鮮明度や解像性を低下させてしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、広い波長域で良好に使用可能な内視鏡用対物レンズ、該内視鏡用対物レンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明の内視鏡用対物レンズは、下記条件式（１）を満たすことを特徴とするものである。
｜δｈ−δＣ｜／ｆ＜２（１）
ただし、
δｈ：最大半画角におけるｄ線に対するｈ線の倍率色収差量（単位はμｍ）
δＣ：最大半画角におけるｄ線に対するＣ線の倍率色収差量（単位はμｍ）
ｆ：全系の焦点距離（単位はｍｍ）

なお、「最大半画角」は、対物レンズの仕様、あるいは対物レンズが適用される系の仕様により決めることができる。例えば、対物レンズがその像面に配置される撮像素子と組み合わせて使用されるときには、この撮像素子の撮像面の寸法に基づいて最大半画角を決めるようにしてもよい。

本発明の内視鏡用対物レンズは、物体側から順に、物体側に平面を有する平凹レンズもしくは物体側に凸面を有する負メニスカスレンズと、正レンズおよび負レンズの貼り合わせもしくは負レンズおよび正レンズの貼り合わせからなる第１の接合レンズと、絞りと、像側に凸面を有する正レンズと、正レンズおよび負レンズの貼り合わせもしくは負レンズおよび正レンズの貼り合わせからなる全体で正の屈折力を持つ第２の接合レンズとが配列された４群６枚構成としてもよい。

本発明の内視鏡用対物レンズが上記４群６枚構成を採る場合は、下記条件式（２）を満たすことが好ましい。

ただし、
Ｎθ_１ｈｇ：第１の接合レンズ中の負レンズのｈ線とｇ線間の部分分散比
Ｐθ_１ｈｇ：第１の接合レンズ中の正レンズのｈ線とｇ線間の部分分散比
Ｒ_１Ｃ：第１の接合レンズの接合面の曲率半径
Ｎθ_２ｈｇ：第２の接合レンズ中の負レンズのｈ線とｇ線間の部分分散比
Ｐθ_２ｈｇ：第２の接合レンズ中の正レンズのｈ線とｇ線間の部分分散比
Ｒ_２Ｃ：第２の接合レンズの接合面の曲率半径
Ｂｆ：全系のバックフォーカス
ｄ：最も像側のレンズの中心厚
ｎ：最も像側のレンズのｄ線における屈折率

または、本発明の内視鏡用対物レンズは、物体側から順に、像側に凹面を有する負レンズと、物体側に凸面を有する正レンズと、絞りと、像側に凸面を有する正レンズと、正レンズおよび負レンズの貼り合わせもしくは負レンズおよび正レンズの貼り合わせからなる全体で正の屈折力を持つ接合レンズとが配列された４群５枚構成としてもよい。

本発明の内視鏡用対物レンズが上記４群５枚構成を採る場合は、下記条件式（３）を満たすことが好ましい。

ただし、
Ｎθ_ｈｇ：接合レンズ中の負レンズのｈ線とｇ線間の部分分散比
Ｐθ_ｈｇ：接合レンズ中の正レンズのｈ線とｇ線間の部分分散比
Ｒ_Ｃ：接合レンズの接合面の曲率半径
Ｂｆ：全系のバックフォーカス
ｄ：最も像側のレンズの中心厚
ｎ：最も像側のレンズのｄ線における屈折率

なお、ｈ線とｇ線間の部分分散比とは、レンズのｈ線における屈折率をｎｈとし、ｇ線における屈折率をｎｇとし、Ｆ線における屈折率をｎＦとし、Ｃ線における屈折率をｎＣとしたとき、（ｎｈ−ｎｇ）／（ｎＦ−ｎＣ）で表されるものである。

なお、上記４群５枚構成、上記４群６枚構成において述べた各レンズの符号、面形状は、当該レンズが非球面レンズの場合は近軸領域におけるものとする。また、上記条件式（２）、（３）で用いられるバックフォーカスは、空気換算長を用いるものとする。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の内視鏡用対物レンズを備えたことを特徴とするものである。

本発明の撮像装置において、内視鏡用対物レンズの像面に配置される撮像素子をさらに備える場合には、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
｜δｈ−δＣ｜＜３×Ｐ … （４）
ただし、
Ｐ：撮像素子の画素の配列のピッチ（単位はμｍ）

なお、撮像素子の画素の配列のピッチが水平方向と垂直方向で異なる場合は例えば、下記のようにＰを決めてもよい。
Ｐ＝（ＰＨ×ＰＶ）^１／２
ただし、
ＰＨ：撮像素子の水平方向画素ピッチ
ＰＶ：撮像素子の垂直方向画素ピッチ

なお、特に断りの無い限り本明細書における「倍率色収差が小さい」、「倍率色収差が大きい」とはそれぞれ、倍率色収差量の絶対値が小さい、大きいことを意味するものである。

本発明の内視鏡用対物レンズによれば、条件式（１）を満たすように構成しているため、Ｆ線よりも短波長のｈ線の倍率色収差を抑制することができ、近年需要が増加している波長４００ｎｍ付近の光にも対応可能となり、従来の一般的な可視域用の内視鏡用対物レンズよりも広い波長域で良好に使用可能となる。

本発明の撮像装置によれば、本発明の内視鏡用対物レンズを備えているため、近年需要が増加している波長４００ｎｍ付近の光にも対応可能となり、従来の一般的な可視域用の内視鏡用対物レンズを用いた場合よりも広い波長域で良好に使用可能となる。

本発明の実施形態にかかる対物レンズの倍率色収差を説明するための図本発明の実施例１の対物レンズの構成および光路を示す断面図本発明の実施例２の対物レンズの構成および光路を示す断面図本発明の実施例３の対物レンズの構成および光路を示す断面図本発明の実施例４の対物レンズの構成および光路を示す断面図本発明の実施例５の対物レンズの構成および光路を示す断面図本発明の実施例１の対物レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図本発明の実施例２の対物レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図本発明の実施例３の対物レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図本発明の実施例４の対物レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図本発明の実施例５の対物レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図比較例１の対物レンズの構成および光路を示す断面図比較例２の対物レンズの構成および光路を示す断面図比較例３の対物レンズの構成および光路を示す断面図比較例４の対物レンズの構成および光路を示す断面図比較例５の対物レンズの構成および光路を示す断面図比較例１の対物レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図比較例２の対物レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図比較例３の対物レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図比較例４の対物レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図比較例５の対物レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図本発明の実施例１〜５と比較例１〜５の倍率色収差量を示す図本発明の実施形態にかかる内視鏡の概略構成を示す図内視鏡の先端硬質部の要部断面図一般的な倍率色収差の傾向を模式的に示す図従来の色収差補正を説明するための倍率色収差図

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる対物レンズの倍率色収差図であり、横軸はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準とした倍率色収差量であり、縦軸は画角であり、縦軸の最大値は最大半画角に対応する。図１では、ｄ線を基準としたときのｈ線（波長４０４．７ｎｍ）、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）についての倍率色収差をそれぞれｈ、ｇ、Ｆ、Ｃという符号を付して破線で示している。なお、図１に示す倍率色収差は一例であり、本発明の対物レンズの倍率色収差は図１に示すものに限定されない。

本実施形態の対物レンズは、ｈ線とＣ線に着目したものであり、下記条件式（１）を満たすように構成されている。
｜δｈ−δＣ｜／ｆ＜２（１）
ただし、
δｈ：最大半画角におけるｄ線に対するｈ線の倍率色収差量（単位はμｍ）
δＣ：最大半画角におけるｄ線に対するＣ線の倍率色収差量（単位はμｍ）
ｆ：全系の焦点距離（単位はｍｍ）

従来、可視域用の対物レンズはｄ線基準でＦ線、Ｃ線に対して色収差補正したものが多く、このような従来のレンズでは、課題の項で述べたようにｄ線基準のｇ線、ｈ線の倍率色収差が大きくなるという不具合があった。この点を考慮し、本実施形態の対物レンズは、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）の代わりにより波長の短いｈ線（波長４０４．７ｎｍ）を用いて色収差補正を行ったものである。

上記条件式（１）を満たすことにより、ｈ線とＣ線の間の波長についても倍率色収差を抑制することが可能になる。例えば図１に示すように、δｈとδＣをプラス側の小さな値にしながら上記条件式（１）を満たすように収差補正した場合には、ｄ線に対するＦ線の倍率色収差はマイナス側の小さな値、ｄ線に対するｇ線の倍率色収差はプラスまたはマイナスの小さな値をとりやすく、結果として広い波長域において倍率色収差を小さくすることが可能になる。

このように構成された本実施形態の対物レンズによれば、従来の一般的な可視域用対物レンズが対応していた波長域に加え、近年需要が増加している波長４００ｎｍ付近の波長域も含めた広い波長域で良好な色収差補正を確保することができ、このような広い波長域で良好に使用可能となる。波長４００ｎｍ付近の光は近年医療分野等で応用が進められている分光画像の取得に用いられることが多いため、有用である。

本発明の実施形態にかかる対物レンズは例えば以下に述べる第１の態様、または第２の態様のレンズ構成を採用することができる。第１の態様の構成例を図２〜５に示し、第２の態様の構成例を図６に示す。図２〜図６に示す構成例はそれぞれ後述の実施例１〜実施例５の対物レンズに対応する。

なお、図２〜図６においては図の左側が物体側、右側が像側であり、軸上光束２と、最大半画角に対応する軸外光束３も合わせて示している。図２〜図６で図示される開口絞りＳｔは形状や大きさを表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。対物レンズを撮像装置に適用する際には撮像装置の構成に応じてカバーガラスや各種フィルタ、プリズム等を設けることが好ましく、図２〜図６では最も像側のレンズの像側にこれらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰを配置し、この光学部材ＰＰの像側の面に結像位置Ｐが位置するように構成した例を示している。

第１の態様は、物体側から順に、物体側に平面を有する平凹レンズもしくは物体側に凸面を有する負メニスカスレンズと、正レンズおよび負レンズの貼り合わせもしくは負レンズおよび正レンズの貼り合わせからなる第１の接合レンズと、絞りと、像側に凸面を有する正レンズと、正レンズおよび負レンズの貼り合わせもしくは負レンズおよび正レンズの貼り合わせからなる全体で正の屈折力を持つ第２の接合レンズとが配列された４群６枚構成である。

図２に示す構成例は、光軸Ｚに沿って物体側から像側へ向かって順に、負メニスカスレンズである第１レンズＬ２１と、平凸レンズである第２レンズＬ２２および平凹レンズである第３レンズＬ２３の貼り合わせからなる第１の接合レンズと、開口絞りＳｔと、平凸レンズである第４レンズＬ２４と、両凸レンズである第５レンズＬ２５および負メニスカスレンズである第６レンズＬ２６の貼り合わせからなる全体で正の屈折力を持つ第２の接合レンズとが配列されてなる。

図３に示す構成例は、光軸Ｚに沿って物体側から像側へ向かって順に、平凹レンズである第１レンズＬ２１と、負メニスカスレンズである第２レンズＬ２２および平凸レンズである第３レンズＬ２３の貼り合わせからなる第１の接合レンズと、開口絞りＳｔと、平凸レンズである第４レンズＬ２４と、両凸レンズである第５レンズＬ２５および負メニスカスレンズである第６レンズＬ２６の貼り合わせからなる全体で正の屈折力を持つ第２の接合レンズとが配列されてなる。

図４、図５に示す構成例は、光軸Ｚに沿って物体側から像側へ向かって順に、負メニスカスレンズである第１レンズＬ２１と、負メニスカスレンズである第２レンズＬ２２および平凸レンズである第３レンズＬ２３の貼り合わせからなる第１の接合レンズと、開口絞りＳｔと、平凸レンズである第４レンズＬ２４と、両凸レンズである第５レンズＬ２５および負メニスカスレンズである第６レンズＬ２６の貼り合わせからなる全体で正の屈折力を持つ第２の接合レンズとが配列されてなる。

第１の態様では正負のレンズからなる接合レンズを開口絞りＳｔの物体側および像側の両方に配置することで、倍率色収差の補正に非常に有利な構成となっている。第１の態様における第２の接合レンズについては、正負のレンズで構成されていればよいが、図２〜図５に示す例のように、物体側から正レンズ、負レンズの順に配列した構成とした方が倍率色収差の良好な補正により有効となる。

また、最も物体側に配置されるレンズを物体側に平面を有する平凹レンズもしくは物体側に凸面を有する負メニスカスレンズとすることで、広い画角の確保に有利となる。対物レンズが保護部材なしで使用される場合は、最も物体側に配置されるレンズは外部に露出される可能性があるため、ゴミや液体等が滞留しにくい形状にすることが好ましく、物体側の面は平面または凸面とすることが好ましく、さらにコストを重視する場合は平面とすることが好ましい。

開口絞りＳｔをレンズ系の中央付近に配置することでレンズ径の小型化を図ることができる。上記第１の態様のレンズ構成を採用することで、小型に構成しながら広い画角と長いバックフォーカスを確保しつつ倍率色収差を含めた諸収差が良好に補正されたレンズ系を実現することが容易になる。

本対物レンズが第１の態様の４群６枚構成を採る場合は、さらに下記条件式（２）を満たすことが好ましい。

ここで、ｈ線とｇ線間の部分分散比とは、レンズのｈ線における屈折率をｎｈとし、ｇ線における屈折率をｎｇとし、Ｆ線における屈折率をｎＦとし、Ｃ線における屈折率をｎＣとしたとき、（ｎｈ−ｎｇ）／（ｎＦ−ｎＣ）で表されるものである。前述したアッベ数の定義νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）と比較すると、この部分分散比はｈ線とｇ線の屈折率の差である部分分散を分子としているのが特徴である。

波長による屈折率の変化は材質により異なり、短波長側ではより顕著に表れるため、より短波長側での色収差補正が必要とされる場合、アッベ数だけではなく、短波長側の部分分散比を考慮することが好ましい。このような観点から上記条件式（２）は、ｈ線とｇ線間の部分分散比と接合面に着目して、短波長領域の倍率色収差の好適な補正度合いを規定するものである。

ここで、条件式（２）の第１項、第２項をそれぞれＦθ、Ｒθとおく。Ｆθ、Ｒθは下式（２Ａ）、（２Ｂ）のように変形することができる。

条件式（２）のＦθの項は、開口絞りＳｔより物体側の第１の接合レンズに関するものであり、条件式（２Ａ）からわかるように、この接合レンズを構成する正レンズと負レンズの部分分散比の比からなる第１の成分と、接合面の曲率半径の絶対値を焦点距離で規格化した第２の成分とに分けて考えることができる。これら第１、第２の成分は、開口絞りＳｔより物体側に配置された接合レンズの短波長領域の倍率色収差の補正に有利な２つの条件を示している。第１の態様のレンズ構成においては、倍率色収差の補正は、第１の成分が小さく、第２の成分が大きい方が有利となる。

条件式（２）のＲθの項は、開口絞りＳｔより像側の後群収束系の第２の接合レンズに関するものであり、条件式（２Ｂ）からわかるように、この接合レンズを構成する負レンズと正レンズの部分分散比の比からなる第３の成分と、接合面の曲率半径の絶対値を焦点距離で規格化した第４の成分と、全系のバックフォーカスと最も像側のレンズの光軸上の空気換算長との和、すなわち接合面から結像面までの距離、を焦点距離で規格化した第５の成分とに分けて考えることができる。

なお、開口絞りＳｔより物体側の第１の接合レンズと像側の第２の接合レンズでは、倍率色収差の補正に関して逆の作用を有するため、第１の成分と第３の成分における正負レンズの分子分母は逆となり、また、条件式（２）の左辺ではこのＦθとＲθの差を求めるようにしている。

これら第３〜第５の成分は、開口絞りＳｔより像側に配置された接合レンズの短波長領域の倍率色収差の補正に有利な３つの条件を示している。第１の態様のレンズ構成においては、倍率色収差の補正は、第３の成分が大きく、第４の成分が小さく、第５の成分が小さいほど有利である。

一般に、倍率色収差を補正するには、開口絞りＳｔより離れた位置に倍率色収差補正を担う光学部材が配置されていること、特に開口絞りＳｔより像側では、結像面に近い位置に配置されているほどその効果がより顕著である。しかし、フィルタやプリズム等を配置するために長いバックフォーカスが必要とされるレンズ系においては、結像面に近い位置に倍率色収差補正用の光学部材を配置できず、倍率色収差の補正は容易ではなかった。本実施形態の対物レンズによれば、条件式（２）を満たすように構成することで、実用上十分な長さのバックフォーカスを保ったまま、広い波長域で良好に倍率色収差を保つことが可能になる。

次に、第２の態様について説明する。第２の態様は、物体側から順に、像側に凹面を有する負レンズと、物体側に凸面を有する正レンズと、絞りと、像側に凸面を有する正レンズと、正レンズおよび負レンズの貼り合わせもしくは負レンズおよび正レンズの貼り合わせからなる全体で正の屈折力を持つ接合レンズとが配列された４群５枚構成である。

図５に示す構成例は、光軸Ｚに沿って物体側から像側へ向かって順に、平凹レンズである第１レンズＬ１１と、物体側に凸面を有する平凸レンズである第２レンズＬ１２と、開口絞りＳｔと、像側に凸面を有する正メニスカスレンズである第３レンズＬ１３と、両凸レンズである第４レンズＬ１４および負メニスカスレンズである第５レンズＬ１５の貼り合わせからなる全体で正の屈折力を持つ接合レンズとが配列されてなる。

最も物体側に配置される第１レンズＬ１１は、広角化と長いバックフォーカスの確保のために負レンズとすることが好ましく、また、第１の態様において述べたようにその物体側の面は凸面または平面とすることが好ましいことから、第１レンズＬ１１の像側の面は凹面となる。図５に示すように第１レンズＬ１１を像側に凹面を有する平凹レンズとすることで、広角化、長いバックフォーカス、低コスト化を図ることができる。

この第２の態様の対物レンズも、正レンズおよび負レンズの貼り合わせもしくは負レンズおよび正レンズの貼り合わせからなる接合レンズを備えることで色収差の補正に有利となる。また、開口絞りＳｔをレンズ系の中央付近に配置することでレンズ径の小型化を図ることができる。上記第２の態様のレンズ構成を採用することで、小型に構成しながら広い画角と長いバックフォーカスを確保しつつ倍率色収差を含めた諸収差が良好に補正されたレンズ系を実現することが容易になる。

本対物レンズが第２の態様の４群５枚構成を採る場合は、さらに下記条件式（３）を満たすことが好ましい。

条件式（３）は、前述の条件式（２）と同様に、開口絞りＳｔより像側の接合レンズを構成する正レンズと負レンズのｈ線とｇ線間の部分分散比と接合面に着目して、短波長領域の倍率色収差の好適な補正度合いを規定するものである。条件式（３）は以下の式（３Ａ）のように変形することができる。

条件式（３Ａ）からわかるように、条件式（３）の左辺は、接合レンズを構成する負レンズと正レンズの部分分散比の比からなる第６の成分と、接合面の曲率半径の絶対値を焦点距離で規格化した第７の成分と、全系のバックフォーカスと最も像側のレンズの光軸上の空気換算長との和、すなわち接合面から結像面までの距離、を焦点距離で規格化した第８の成分とに分けて考えることができる。

これら第６〜第８の成分は、開口絞りＳｔより像側に配置された接合レンズの短波長領域の倍率色収差の補正に有利な３つの条件を示している。第２の態様のレンズ構成においては、倍率色収差の補正は、第６の成分が大きく、第７の成分が小さく、第８の成分が小さいほど有利である。条件式（３）を満たすように構成することで、実用上十分な長さのバックフォーカスを保ったまま、広い波長域で良好に倍率色収差を保つことが可能になる。

上述した本実施形態の対物レンズは、例えば内視鏡用の対物レンズとして適用可能である。内視鏡用の対物レンズなど、画角の大きな対物レンズや被写界深度を深くするためにＦナンバーを大きくしている対物レンズでは、球面収差やコマ収差が画質を決める重要な要因となるのではなく倍率色収差が画質劣化の大きな要因となることがある。倍率色収差は、画像周辺部に行くほど顕著に表れるため、画像周辺部の画質を向上させるためには、倍率色収差を良好に補正することが非常に有効である。

本実施形態の対物レンズが、該対物レンズの像面に配置される撮像素子とともに撮像装置に適用される際には、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
｜δｈ−δＣ｜＜３×Ｐ … （４）
ただし、
δｈ：最大半画角におけるｄ線に対するｈ線の倍率色収差量（単位はμｍ）
δＣ：最大半画角におけるｄ線に対するＣ線の倍率色収差量（単位はμｍ）
Ｐ：撮像素子の画素の配列のピッチ（単位はμｍ）

ここで、撮像素子が矩形の場合には、矩形の対角線の半分の長さを最大像高とし、この最大像高に対応する画角を最大半画角と定めることができる。

条件式（４）を満たすように撮像素子の画素ピッチに留意して対物レンズを構成することで、近年高画素化が進んでいる撮像素子にも対応可能となり、像の鮮明度や解像性の向上を図ることができる。また、像の画質向上のために従来行われてきた電気的な補正の負担を軽減することも可能になる。

対物レンズが保護部材なしで内視鏡や車載用カメラ等の撮像装置に搭載される場合、最も物体側に配置されるレンズは、体液、洗浄液、直射日光、風雨、油脂等にさらさることになる。したがって、この材質には、耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高いものを用いることが好ましく、例えば、日本光学硝子工業会が定める粉末耐水性、粉末耐酸性規格の減量率ランク、表面法耐候性ランクが１のものを用いることが好ましい。

次に、本発明の対物レンズの数値実施例について説明する。実施例１〜５の対物レンズのレンズ断面図はそれぞれ図２〜図６に示したものである。実施例１〜４が４群６枚構成、実施例５が４群５枚構成である。

実施例１〜５の対物レンズのレンズデータをそれぞれ表１〜表５に示す。各実施例のレンズデータの表において、Ｓｉの欄は最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄はｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示し、Ｎｄｊの欄は最も物体側の光学要素を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線に対する屈折率を示し、νｄｊの欄はｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示し、θｈ，ｇｊの欄はｊ番目の光学要素のｈ線とｇ線間の部分分散比を示している。

なお、レンズデータには、開口絞りＳｔおよび光学部材ＰＰも含めて示しており、開口絞りＳｔに対応する面の面番号の欄には（開口絞り）という語句も記載している。また、各レンズデータの欄外下には焦点距離とＦ値をそれぞれｆ、Ｆｎｏ．として記載している。

曲率半径の符号は、物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。レンズデータにおける曲率半径および面間隔の単位としては、「ｍｍ」を用いているが、これは一例であり、光学系は比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、他の適当な単位を用いることもできる。なお、本明細書に記載の表の数値は所定の桁でまるめたものである。

図７（Ａ）〜図７（Ｄ）にそれぞれ実施例１の対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率色収差）の各収差図を示す。球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差図には、ｄ線についての収差を示す。非点収差図にはサジタル方向の収差を実線で、タンジェンシャル方向の収差を点線で示している。倍率色収差図には、ｄ線を基準としたときのｈ線、ｇ線、Ｆ線、Ｃ線についての収差をそれぞれｈ、ｇ、Ｆ、Ｃという符号を付して破線で示している。球面収差図のＦｎｏ．はＦ値を意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。

同様に、図８（Ａ）〜図８（Ｄ）、図９（Ａ）〜図９（Ｄ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）に、実施例２〜５の対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率色収差）の各収差図を示す。各収差図からわかるように、上記実施例１〜実施例５は各収差が良好に補正されている。

次に、比較例の対物レンズについて説明する。比較例１〜５の対物レンズは上述した条件式（１）を満たさないものである。比較例１〜５の対物レンズの断面図を図１２〜１６に示す。図１２〜図１６の図示方法は基本的に図２〜図６のものと同様であり、軸上光束２、最大半画角に対応する軸外光束３、光学部材ＰＰも合わせて示している。

比較例１〜３が４群６枚構成、比較例４、５が４群５枚構成である。比較例１の対物レンズは、物体側から順に、負メニスカス形状の第１レンズＬ２１’と、正の第２レンズＬ２２’および負の第３レンズＬ２３’の貼り合わせからなる第１の接合レンズと、開口絞りＳｔと、正の第４レンズＬ２４’と、正の第５レンズＬ２５’および負の第６レンズＬ２６’の貼り合わせからなる第２の接合レンズとが配列されてなる。

比較例２の対物レンズは、物体側から順に、平凹レンズである第１レンズＬ２１’と、負の第２レンズＬ２２’および正の第３レンズＬ２３’の貼り合わせからなる第１の接合レンズと、開口絞りＳｔと、正の第４レンズＬ２４’と、正の第５レンズＬ２５’および負の第６レンズＬ２６’の貼り合わせからなる第２の接合レンズとが配列されてなる。比較例３の対物レンズは、物体側から順に、平凹レンズである第１レンズＬ２１’と、負の第２レンズＬ２２’および正の第３レンズＬ２３’の貼り合わせからなる第１の接合レンズと、開口絞りＳｔと、正の第４レンズＬ２４’と、負の第５レンズＬ２５’および正の第６レンズＬ２６’の貼り合わせからなる第２の接合レンズとが配列されてなる。

比較例４の対物レンズは、物体側から順に、負メニスカス形状の第１レンズＬ１１’と、正の第２レンズＬ１２’と、開口絞りＳｔと、正の第３レンズＬ１３’と、正の第４レンズＬ１４’および負の第５レンズＬ１５’の貼り合わせからなる接合レンズとが配列されてなる。比較例５の対物レンズは、物体側から順に、負メニスカス形状の第１レンズＬ１１’と、正の第２レンズＬ１２’と、開口絞りＳｔと、正の第３レンズＬ１３’と、負の第４レンズＬ１４’および正の第５レンズＬ１５’の貼り合わせからなる接合レンズとが配列されてなる。

上記比較例１〜５の対物レンズのレンズデータをそれぞれ表６〜表１０に示す。表６〜表１０の記号の意味は、前述の実施例１〜５のレンズデータのものと同様である。

図１７（Ａ）〜図１７（Ｄ）、図１８（Ａ）〜図１８（Ｄ）、図１９（Ａ）〜図１９（Ｄ）、図２０（Ａ）〜図２０（Ｄ）、図２１（Ａ）〜図２１（Ｄ）にそれぞれ上記比較例１〜５の対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率色収差）の各収差図を示す。比較例１〜５の収差図の図示方法は、前述の実施例１〜５の収差図のものと同様である。

表１１に、上記実施例１〜５および上記比較例１〜５のｄ線基準での各波長についての倍率色収差量（単位はμｍ）と、焦点距離（単位はｍｍ）を示す。また、表１２に、上記実施例１〜５および上記比較例１〜５のｄ線基準での各波長についての倍率色収差量（単位はμｍ）を各対物レンズの焦点距離（単位はｍｍ）で規格化した値と、(δｈ−δＣ)／ｆの値を示す。(δｈ−δＣ)／ｆの値の絶対値をとったものが条件式（１）の左辺に対応する。表１１、表１２ともに各波長の上には対応する輝線スペクトル名を記載している。

図２２に、表１２の実施例１〜５および上記比較例１〜５の数値をグラフ化したものを示す。図２２の横軸は波長であり、縦軸はｄ線基準での各波長についての倍率色収差量（単位はμｍ）を各対物レンズの焦点距離（単位はｍｍ）で規格化した値である。図２２から、約４００ｎｍ〜６５０ｎｍの広い波長域において、実施例１〜５は倍率色収差が小さく抑えられているのに対し、比較例１〜５は大きくなっていることがわかる。比較例１〜３は補正過剰、比較例４はやや補正不足、比較例５は補正不足の様相を示している。

表１３、表１４にそれぞれ、上記実施例１〜５、上記比較例１〜５の各種データを示す。表１３、表１４のデータは、ｄ線を基準としたものであり、長さの単位は全てｍｍであり、角度の単位は度である。

表１３、表１４に記載の語句について説明する。「構成枚数」の欄には全系を構成するレンズ群とレンズ枚数を示している。「前群接合」の欄には開口絞りＳｔより物体側の接合レンズを構成する２枚のレンズのパワーの符号と配列順を示し、「後群接合」の欄には開口絞りＳｔより像側の接合レンズを構成する２枚のレンズのパワーの符号と配列順を示し、例えば「凸凹接合」は物体側から順に正レンズと負レンズが配列されて接合された接合レンズを意味し、「凹凸接合」は物体側から順に負レンズと正レンズが配列されて接合された接合レンズを意味する。

「バックフォーカス」の欄には、最も像側のレンズの像側の面から像面までの光軸上の空気換算長を記載している。「物体距離」の欄には最も物体側のレンズ面から物体までの光軸方向の距離、「物体面曲率半径」の欄には物体面の曲率半径、「最大像高」の欄には最大の像高、「最大半画角」の欄には最大の半画角を示しており、いずれも設計仕様に基づく値を示している。

「条件式（１）対応値」、Ｆθ、Ｒθ、「条件式（２）対応値」、「条件式（３）対応値」の欄にはそれぞれ、条件式（１）の左辺、Ｆθ、Ｒθ、条件式（２）の左辺、条件式（３）の左辺に対応する値を示している。

上述した本発明の実施形態にかかる対物レンズは、内視鏡用対物レンズとして好適に使用可能である。次に、本発明の実施形態にかかる対物レンズが搭載される撮像装置の一例である内視鏡について、図２３、図２４を参照しながら説明する。図２３は、内視鏡の概略的な構成図であり、図２４は内視鏡の先端硬質部の要部断面図である。

図２３に示す内視鏡１００は、主として、操作部１０２と、挿入部１０４と、ユニバーサルコード１０６を引き出すコネクタ部（不図示）を備える。操作部１０２の先端側には、患者の体内に挿入される挿入部１０４が連結され、操作部１０２の基端側からは、光源装置等と接続するためのコネクタ部に接続するためのユニバーサルコード１０６が引き出されている。

挿入部１０４の大半は挿入経路に沿って任意の方向に曲がる軟性部１０７であり、この軟性部１０７の先端には、湾曲部１０８が連結される。湾曲部１０８は、先端硬質部１１０を所望の方向に向けるために設けられるものであり、操作部１０２に設けられた湾曲走査ノブ１０９を回動させることにより湾曲操作が可能となっている。湾曲部１０８の先端には、先端硬質部１１０が連結されている。

図２４に示すように、先端硬質部１１０の内部には本実施形態にかかる対物レンズ１が配設される。なお、図２４の断面図は、対物レンズ１の光軸Ｚを含む断面におけるものであり、図２４に示す対物レンズ１は、レンズ形状を示すものではなく、概念的に図示されたものである。対物レンズ１の像側には光路を９０度折り曲げるための光路変換プリズム５が配置され、光路変換プリズム５の像側の面には撮像素子１０が接合されている。撮像素子１０の撮像面は対物レンズ１の像面に一致するように配置されており、対物レンズ１と撮像素子１０は上述した条件式（４）を満たすように構成されている。図２４に示す構成では、光路変換プリズム５を用いて光路を折り曲げて撮像素子１０を配置することにより、先端硬質部１１０の下半分に直視型の観察光学系を構成し、先端硬質部１１０の上半分に処置具挿通チャンネル１１を構成し、細径の挿入部内に多数の要素を配設するようにしている。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

例えば、上述した条件式（２）、（３）ではｈ線とｇ線間の部分分散比を用いているが、対物レンズの用途に応じて、ｈ線とｇ線の部分分散比の代わりに任意の２つの波長間の部分分散比を用いて所定の限界値を満足するように構成してもよい。短波長領域で補正が必要とされる場合には、ｄ線より短い波長域における任意の２つの輝線の間の部分分散比を用いてもよく、逆に長波長領域で補正が必要とされる場合には、ｄ線より長い波長域における任意の２つの輝線の間の部分分散比を用いてもよい。

１対物レンズ
２軸上光束
３軸外光束
５光路変換プリズム
１０撮像素子
１００内視鏡
１０２操作部
１０４挿入部
１０６ユニバーサルコード
１０７軟性部
１０８湾曲部
１０９湾曲走査ノブ
１１０先端硬質部
Ｌ１１、Ｌ２１第１レンズ
Ｌ１２、Ｌ２２第２レンズ
Ｌ１３、Ｌ２３第３レンズ
Ｌ１４、Ｌ２４第４レンズ
Ｌ１５、Ｌ２５第５レンズ
Ｌ２６第６レンズ
Ｐ結像位置
ＰＰ光学部材
Ｓｔ開口絞り
Ｚ光軸

Claims

下記条件式（１）を満たすことを特徴とする内視鏡用対物レンズ。
｜δｈ−δＣ｜／ｆ＜２（１）
ただし、
δｈ：最大半画角におけるｄ線に対するｈ線の倍率色収差量（単位はμｍ）
δＣ：最大半画角におけるｄ線に対するＣ線の倍率色収差量（単位はμｍ）
ｆ：全系の焦点距離（単位はｍｍ）
前記内視鏡用対物レンズが、物体側から順に、物体側に平面を有する平凹レンズもしくは物体側に凸面を有する負メニスカスレンズと、正レンズおよび負レンズの貼り合わせもしくは負レンズおよび正レンズの貼り合わせからなる第１の接合レンズと、絞りと、像側に凸面を有する正レンズと、正レンズおよび負レンズの貼り合わせもしくは負レンズおよび正レンズの貼り合わせからなる全体で正の屈折力を持つ第２の接合レンズとが配列された４群６枚構成であることを特徴とする請求項１記載の内視鏡用対物レンズ。
下記条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項２記載の内視鏡用対物レンズ。

ただし、
Ｎθ_１ｈｇ：前記第１の接合レンズ中の前記負レンズのｈ線とｇ線間の部分分散比
Ｐθ_１ｈｇ：前記第１の接合レンズ中の前記正レンズのｈ線とｇ線間の部分分散比
Ｒ_１Ｃ：前記第１の接合レンズの接合面の曲率半径
Ｎθ_２ｈｇ：前記第２の接合レンズ中の前記負レンズのｈ線とｇ線間の部分分散比
Ｐθ_２ｈｇ：前記第２の接合レンズ中の前記正レンズのｈ線とｇ線間の部分分散比
Ｒ_２Ｃ：前記第２の接合レンズの接合面の曲率半径
Ｂｆ：全系のバックフォーカス
ｄ：最も像側のレンズの中心厚
ｎ：最も像側のレンズのｄ線における屈折率
前記内視鏡用対物レンズが、物体側から順に、像側に凹面を有する負レンズと、物体側に凸面を有する正レンズと、絞りと、像側に凸面を有する正レンズと、正レンズおよび負レンズの貼り合わせもしくは負レンズおよび正レンズの貼り合わせからなる全体で正の屈折力を持つ接合レンズとが配列された４群５枚構成であることを特徴とする請求項１記載の内視鏡用対物レンズ。
下記条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項４記載の内視鏡用対物レンズ。

ただし、
Ｎθ_ｈｇ：前記接合レンズ中の前記負レンズのｈ線とｇ線間の部分分散比
Ｐθ_ｈｇ：前記接合レンズ中の前記正レンズのｈ線とｇ線間の部分分散比
Ｒ_Ｃ：前記接合レンズの接合面の曲率半径
Ｂｆ：全系のバックフォーカス
ｄ：最も像側のレンズの中心厚
ｎ：最も像側のレンズのｄ線における屈折率
請求項１から５のいずれか１項に記載の内視鏡用対物レンズを備えたことを特徴とする撮像装置。
前記内視鏡用対物レンズの像面に配置される撮像素子をさらに備え、
下記条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
｜δｈ−δＣ｜＜３×Ｐ … （４）
ただし、
Ｐ：前記撮像素子の画素の配列のピッチ（単位はμｍ）