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立体内窥镜物镜光学系统以及具备其的内窥镜

申请号 CN201980025152.8 申请日 2019-02-21 公开(公告)号 CN111954840B 公开(公告)日 2022-06-21
申请人 奥林巴斯株式会社; 发明人 榛泽丰治; 菅武志;
摘要 提供一种具有广视 角 、能够获得适当的立体感且小型的立体 内窥镜 物镜光学系统以及具备该 立体内窥镜 物镜光学系统的内窥镜。立体内窥镜物镜光学系统具有从物体侧起依次配置的负折射 力 的第一透镜组(G1)、正折射力的第二透镜组(G2)以及正折射力的后侧透镜组(GR),后侧透镜组(GR)具有第一后组(GR1)和第二后组(GR2),第一透镜组(G1)和第二透镜组(G2)配置为各自的光轴一致,第一透镜组(G1)的光轴、第一后组(GR1)的光轴以及第二后组(GR2)的光轴位于同一平面上,第一透镜组(G1)的光轴位于第一后组(GR1)的光轴与第二后组(GR2)的光轴之间,第一后组(GR1)和第二后组(GR2)各自由第一副组、孔径 光圈 以及第二副组构成,第一副组具有负透镜,该立体内窥镜物镜光学系统满足下面的条件式(1)。0
权利要求

1.一种立体内窥镜物镜光学系统,其特征在于,
所述立体内窥镜物镜光学系统由从物体侧起依次配置的负折射的第一透镜组、正折射力的第二透镜组以及正折射力的后侧透镜组构成,
所述后侧透镜组具有第一后组和第二后组,
所述第一透镜组与所述第二透镜组配置为各自的光轴一致,
所述第一透镜组的光轴、所述第一后组的光轴以及所述第二后组的光轴位于同一平面上,
所述第一透镜组的光轴位于所述第一后组的光轴与所述第二后组的光轴之间,所述第一后组和所述第二后组各自由第一副组、孔径光圈以及第二副组构成,所述第一副组具有负透镜,
所述立体内窥镜物镜光学系统满足下面的条件式(1),
0<‑f21n/f SUB≤3   (1)
在此,
f21n为所述第一副组的所述负透镜的焦距,
fSUB为所述第一后组的焦距、或所述第二后组的焦距。
2.根据权利要求1所述的立体内窥镜物镜光学系统,其特征在于,所述第一副组具有正的折射力,并且由从物体侧起依次配置的所述负透镜和正透镜构成,
所述立体内窥镜物镜光学系统满足下面的条件式(2),
0.2mm≤‑L×f1/f2≤2mm    (2)
在此,
L为所述第一后组的光轴与所述第二后组的光轴的间隔,
f1为所述第一透镜组的焦距,
f2为所述第二透镜组的焦距。
3.根据权利要求1所述的立体内窥镜物镜光学系统,其特征在于,所述第二副组由负折射力的前侧副组和正折射力的后侧副组构成,所述立体内窥镜物镜光学系统通过所述前侧副组沿着光轴移动来进行聚焦。
4.根据权利要求3所述的立体内窥镜物镜光学系统,其特征在于,在所述后侧副组的最靠物体侧的位置存在正透镜,
所述立体内窥镜物镜光学系统满足下面的条件式(3),
0.6≤f22R1/f22R≤1.9    (3)
在此,
f22R1为所述正透镜的焦距,
f22R为所述后侧副组的焦距。
5.根据权利要求3所述的立体内窥镜物镜光学系统,其特征在于,所述第一副组由从物体侧起依次配置的所述负透镜和正透镜构成,所述第二副组的所述后侧副组由从物体侧起依次配置的正透镜、负透镜以及正透镜构成,
所述立体内窥镜物镜光学系统满足下面的条件式(4),
0.9≤‑f21n/f21p≤1.5    (4)
在此,
f21p为所述第一副组的所述正透镜的焦距。
6.根据权利要求3所述的立体内窥镜物镜光学系统,其特征在于,所述第一副组由从物体侧起依次配置的所述负透镜和正透镜构成,所述第二副组的所述后侧副组由从物体侧起依次配置的正透镜、正透镜以及负透镜构成,
所述立体内窥镜物镜光学系统满足下面的条件式(4’),
0.5≤‑f21n/f21p≤1    (4’)
在此,
f21p为所述第一副组的所述正透镜的焦距。
7.根据权利要求1所述的立体内窥镜物镜光学系统,其特征在于,所述第一副组由从物体侧起依次配置的所述负透镜和正透镜构成,所述第二副组由负折射力的前侧副组和正折射力的后侧副组构成,所述第二副组的所述后侧副组由从物体侧起依次配置的正透镜、负透镜以及正透镜构成,
所述立体内窥镜物镜光学系统满足下面的条件式(4),
0.9≤‑f21n/f21p≤1.5    (4)
在此,
f21p为所述第一副组的所述正透镜的焦距。
8.根据权利要求1所述的立体内窥镜物镜光学系统,其特征在于,所述第一副组由从物体侧起依次配置的所述负透镜和正透镜构成,所述第二副组由负折射力的前侧副组和正折射力的后侧副组构成,所述第二副组的所述后侧副组由从物体侧起依次配置的正透镜、正透镜以及负透镜构成,
所述立体内窥镜物镜光学系统满足下面的条件式(4’),
0.5≤‑f21n/f21p≤1    (4’)
在此,
f21p为所述第一副组的所述正透镜的焦距。
9.根据权利要求1所述的立体内窥镜物镜光学系统,其特征在于,所述第一后组和所述第二后组各自由从物体侧起依次配置的所述第一副组、所述孔径光圈以及所述第二副组构成。
10.一种内窥镜,具有:
根据权利要求1至9中的任一项所述的立体内窥镜物镜光学系统;以及摄像元件,其拍摄由所述立体内窥镜物镜光学系统形成的光学像。

说明书全文

立体内窥镜物镜光学系统以及具备其的内窥镜

技术领域

[0001] 本发明涉及一种立体内窥镜物镜光学系统以及具备该立体内窥镜物镜光学系统的内窥镜。

背景技术

[0002] 在利用内窥镜的观察中,能够更精细地掌握组织的立体结构的放大观察是有效的。在进行放大观察的光学系统中,通过使聚焦的物点位置从远点移动到近点,能够将组织放大显示。
[0003] 将能够聚焦的范围(下面称为“聚焦范围”)中的离光学系统最远的物点的位置设为远点,将离光学系统最近的物点的位置设为近点。另外,将近点观察设为聚焦于近点的物体的状态下的观察,将远点观察设为聚焦于远点的物体的状态下的观察。
[0004] 在远点观察中,期望能够观察广范围。另一方面,在近点观察中,期望能够获得物体的立体信息。
[0005] 立体信息能够通过进行立体观察来获得。在立体观察中,使用具有视差的一对图像。具有视差的一对图像是根据具有视差的一对光学像来获得的。具有视差的一对光学像能够通过将一对光学系统并列配置来获得。
[0006] 形成一对光学像的光学系统在专利文献1、专利文献2中有所公开。
[0007] 在专利文献1中公开了具备具有负折射的第一负透镜组、具有正折射力的第一正透镜组以及具有正折射力的第二正透镜组的成像光学系统。第一负透镜组与第一正透镜组沿着共同的中心轴配置,第二正透镜组以将共同的中心轴夹在中间的方式在视差方向上并列配置。
[0008] 在专利文献2中公开了由负的第一透镜组、正的第二透镜组以及一对第三透镜组构成的内窥镜物镜光学系统。一对第三透镜组在视差方向上彼此并列配置。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1:日本专利第6072381号公报
[0012] 专利文献2:日本专利第5945649号公报

发明内容

[0013] 发明要解决的问题
[0014] 在专利文献1的光学系统、专利文献2的光学系统中,当要提高立体感时,轴外主光线向光学系统的入射变大。在该情况下,一对光学系统中的光束变大。其结果是,一对光学系统中的透镜直径变大。
[0015] 当一对光学系统中的透镜直径变大时,两个光学系统接触。为了避免接触,只要使两个光学系统分离、或者减小一对光学系统的有效口径即可。然而,如果使两个光学系统分离,则整体的光学系统变大。另外,如果减小有效口径,则难以确保广视角。
[0016] 本发明是鉴于这样的问题而完成的,其目的在于提供一种具有广视角、能够获得适当的立体感且小型的立体内窥镜物镜光学系统以及具备该立体内窥镜物镜光学系统的内窥镜。
[0017] 用于解决问题的方案
[0018] 为了解决上述问题并达到目的,本发明的至少几个实施方式所涉及的立体内窥镜物镜光学系统的特征在于,
[0019] 具有从物体侧起依次配置的负折射力的第一透镜组、正折射力的第二透镜组以及正折射力的后侧透镜组,
[0020] 后侧透镜组具有第一后组和第二后组,
[0021] 第一透镜组与第二透镜组配置为各自的光轴一致,
[0022] 第一透镜组的光轴、第一后组的光轴以及第二后组的光轴位于同一平面上,[0023] 第一透镜组的光轴位于第一后组的光轴与第二后组的光轴之间,
[0024] 第一后组和第二后组各自由第一副组、孔径光圈以及第二副组构成,
[0025] 第一副组具有负透镜,
[0026] 所述内窥镜用物镜光学系统满足下面的条件式(1),
[0027] 0<‑f21n/f SUB≤3   (1)
[0028] 在此,
[0029] f21n为第一副组的负透镜的焦距,
[0030] fSUB为第一后组的焦距、或第二后组的焦距。
[0031] 另外,本发明的至少几个实施方式所涉及的内窥镜具有:
[0032] 立体内窥镜物镜光学系统;以及
[0033] 摄像元件,其拍摄由立体内窥镜物镜光学系统形成的光学像。
[0034] 发明的效果
[0035] 根据本发明,能够提供一种具有广视角、能够获得适当的立体感且小型的立体内窥镜物镜光学系统以及具备该立体内窥镜物镜光学系统的内窥镜。附图说明
[0036] 图1是示出轴外光成像的情形的图。
[0037] 图2是实施例1的立体内窥镜物镜光学系统的透镜截面图。
[0038] 图3是实施例1的立体内窥镜物镜光学系统的像差图。
[0039] 图4是实施例2的立体内窥镜物镜光学系统的透镜截面图。
[0040] 图5是实施例2的立体内窥镜物镜光学系统的像差图。
[0041] 图6是实施例3的立体内窥镜物镜光学系统的透镜截面图。
[0042] 图7是实施例3的立体内窥镜物镜光学系统的像差图。
[0043] 图8是实施例4的立体内窥镜物镜光学系统的透镜截面图。
[0044] 图9是实施例4的立体内窥镜物镜光学系统的像差图。
[0045] 图10是实施例5的立体内窥镜物镜光学系统的透镜截面图。
[0046] 图11是实施例5的立体内窥镜物镜光学系统的像差图。
[0047] 图12是示出本实施方式的内窥镜的图。

具体实施方式

[0048] 下面,关于本实施方式所涉及的立体内窥镜物镜光学系统和内窥镜,使用附图来说明采用这种结构的理由和作用。此外,本发明并不限定于下面的实施方式。下面的说明中的正透镜包括正折射力的单透镜和正折射力的接合透镜。负透镜包括负折射力的单透镜和负折射力的接合透镜。
[0049] 本实施方式的立体内窥镜物镜光学系统的特征在于,具有从物体侧起依次配置的负折射力的第一透镜组、正折射力的第二透镜组以及正折射力的后侧透镜组,后侧透镜组具有第一后组和第二后组,第一透镜组和第二透镜组配置为各自的光轴一致,第一透镜组的光轴、第一后组的光轴以及第二后组的光轴位于同一平面上,第一透镜组的光轴位于第一后组的光轴与第二后组的光轴之间,第一后组和第二后组各自由第一副组、孔径光圈以及第二副组构成,第一副组具有负透镜,该立体内窥镜物镜光学系统满足下面的条件式 (1),
[0050] 0<‑f21n/f SUB≤3   (1)
[0051] 在此,
[0052] f21n为第一副组的负透镜的焦距,
[0053] fSUB为第一后组的焦距、或第二后组的焦距。
[0054] 本实施方式的立体内窥镜物镜光学系统具有从物体侧起依次配置的负折射力的第一透镜组、正折射力的第二透镜组以及正折射力的后侧透镜组。第一透镜组与第二透镜组配置为各自的光轴一致。
[0055] 第一透镜组的光轴、第一后组的光轴以及第二后组的光轴位于同一平面上。第一透镜组的光轴位于第一后组的光轴与第二后组的光轴之间。因此,第一后组与第二后组并列配置。
[0056] 第一后组和第二后组是相同的光学系统。第一后组和第二后组各自由第一副组、孔径光圈以及第二副组构成。第一副组具有负透镜。
[0057] 其结果是,在本实施方式的立体内窥镜物镜光学系统中,能够实现广视角的确保、适当的立体感的确保以及光学系统的小型化。对这一点进行说明。
[0058] 图1是示出轴外光成像的情形的图。图1的(a)是示出以往的光学系统中的轴外光成像的情形的图,图1的(b)是示出本实施方式的立体内窥镜物镜光学系统中的轴外光成像的情形的图。在图1的(a)和图1的(b)中,以简略图的形式表示透镜。
[0059] 如图1的(a)和图1的(b)所示,光学系统具有从物体侧起依次配置的负折射力的第一透镜组G1和正折射力的第二透镜组G2。通过这样,能够扩大光学系统的视角。
[0060] 在视角广的光学系统中,入射到第一透镜组的轴外主光线LB的角度ε1 大。在该情况下,如果要确保适当的立体感,则在以往的光学系统中,入射到后侧透镜组GR的轴外主光线的角度ε2变大。其结果是,后侧透镜组GR中的光束直径变大。
[0061] 在后侧透镜组GR中,透镜组GR1和透镜组GR2并列配置。当后侧透镜组 GR中的光束直径变大时,透镜组GR1和透镜组GR2各组中的透镜直径变大。其结果是,透镜组GR1与透镜组GR2接触。
[0062] 为了不使透镜组GR1与透镜组GR2接触,只要加宽透镜组GR1与透镜组 GR2的间隔、或者减小透镜组GR1和透镜组GR2各组中的透镜直径即可。
[0063] 然而,当加宽透镜组GR1与透镜组GR2的间隔时,光学系统变大。当减小透镜组GR1和透镜组GR2各组中的透镜直径时,有效口径变小。因此,导致视角变窄。
[0064] 与此相对,在本实施方式的立体内窥镜物镜光学系统中,在后侧透镜组 GR配置有负透镜NL。负透镜NL位于物体侧且配置于第二透镜组G2附近。在负透镜NL的像侧配置有孔径光圈AS。
[0065] 通过这样,入射到后侧透镜组GR的轴外主光线的角度ε2’与角度ε2相比变小。在该情况下,后侧透镜组GR中的光束直径变小。其结果是,透镜组GR1与透镜组GR2不会接触。
[0066] 由于透镜组GR1与透镜组GR2不接触,因此不需要加宽透镜组GR1与透镜组GR2的间隔、或者减小透镜组GR1和透镜组GR2各组中的透镜直径。其结果是,能够兼顾广视角的确保和光学系统的小型化。另外,由于能够使透镜组GR1与透镜组GR2的间隔适当,因此能够确保适当的立体感。
[0067] 图1的(b)中的间隔A和间隔L在近轴上通过下面的式子进行定义。
[0068] A(mm)=‑L×f1/f2(mm)
[0069] 在此,
[0070] A为规定的间隔,
[0071] L为透镜组GR1的光轴AX1与透镜组GR2的光轴AX2的间隔,
[0072] f1为第一透镜组G1的焦距,
[0073] f2为第二透镜组G2的焦距,
[0074] 规定的间隔是在第一透镜组G1的物体侧的、透镜组GR1的光轴AX1与透镜组GR2的光轴AX2的间隔。
[0075] 间隔L是后侧透镜组GR中的透镜组GR1的光轴AX1与透镜组GR2的光轴 AX2的间隔。间隔L被第一透镜组G1和第二透镜G2变换。其结果是,在第一透镜组的物体侧,透镜组GR1的光轴AX1与透镜组GR2的光轴AX2的间隔成为间隔A。
[0076] 在透镜组GR1和透镜组GR2各组中配置有孔径光圈AS。当将孔径光圈 AS视为物体时,通过第一透镜组G1和第二透镜组G2形成孔径光圈AS的像。孔径光圈AS的像被称为入射光瞳。在图1的(b)中,入射光瞳用ENP表示。
[0077] 一方的入射光瞳的中心与另一方的入射光瞳的中心的间隔(下面称为“入射光瞳的中心间隔”)的值能够用间隔A的值来近似。入射光瞳的中心间隔相当于人的眼睛的间隔。中心间隔的值是决定立体感的值。
[0078] 本实施方式的立体内窥镜物镜光学系统满足条件式(1)。条件式(1)是用于减小入射到后侧透镜组的轴外主光线的斜率的条件式。
[0079] 在值低于条件式(1)的下限值的情况下,使负透镜的折射力过大。在该情况下,像差校正变难,因此无法形成清晰的光学像。在值高于条件式(1)的上限值的情况下,无法充分地减小轴外主光线的斜率。因此,光学系统变大、或者无法确保广视角。
[0080] 优选的是,满足下面的条件式(1’)来代替条件式(1)。
[0081] 0.3<‑f21/f SUB≤3   (1’)
[0082] 在本实施方式的立体内窥镜物镜光学系统中,优选的是,第一副组具有正的折射力,并且具有从物体侧起依次配置的负透镜和正透镜,该立体内窥镜物镜光学系统满足下面的条件式(2)。
[0083] 0.2(mm)≤‑L×f1/f2≤2(mm)   (2)
[0084] 在此,
[0085] L为第一后组的光轴与第二后组的光轴的间隔,
[0086] f1为第一透镜组的焦距,
[0087] f2为第二透镜组的焦距。
[0088] 另外,优选为满足条件式(2)。条件式(2)是与间隔A有关的条件式。如上所述,间隔A相当于中心间隔,因此条件式(2)相当于与入射光瞳的中心间隔有关的条件式。因此,通过满足条件式(2),能够获得适当的立体感。
[0089] 在值低于条件式(2)的下限值的情况下,立体感变得过弱。因此,无法进行实用的立体观察。在值高于条件式(2)的上限值的情况下,立体感变得过强。在该情况下,难以进行融像,因此无法进行实用的立体观察。
[0090] 优选的是,满足下面的条件式(2’)来代替条件式(2)。通过满足条件式(2’),能够获得更适当的立体感。
[0091] 0.35≤‑L×f1/f2≤2   (2)
[0092] 在本实施方式的立体内窥镜物镜光学系统中,优选的是,第二副组由负折射力的前侧副组和正折射力的后侧副组构成,通过前侧副组沿着光轴移动来进行聚焦。
[0093] 在立体内窥镜下的观察中,最初观察广的范围,从该范围中找到患部。一旦找到患部,就使顶端部接近患部来对患部进行放大观察。期望在广范围的观察和放大观察两方都能够获得适当的立体感。
[0094] 为此,期望使光学系统具有聚焦功能。在本实施方式的立体内窥镜物镜光学系统中,前侧副组沿着光轴移动。前侧副组的焦距形成得比第一透镜组的焦距、第二透镜组的焦距短。因此,能够减少聚焦时的移动量。
[0095] 当能够减少聚焦时的移动量时,能够使移动机构小型化。另外,能够使与相邻的透镜之间的间隔变窄,因此能够降低前侧副组中的光线高。因此,能够实现小型且具有聚焦功能的光学系统。
[0096] 另外,前侧副组在第一后组和第二后组两方中均配置。在该情况下,能够使两个前侧副组一体地移动,因此能够减小移动范围内的体积。其结果是,能够使移动机构小型化。
[0097] 另外,由于使负折射力的透镜移动,因此能够增大放大观察时的观察倍率。其结果是,能够获得更大的放大效果。
[0098] 在本实施方式的立体内窥镜物镜光学系统中,优选的是,在后侧副组的最靠物体侧的位置存在正透镜,该立体内窥镜物镜光学系统满足下面的条件式(3)。
[0099] 0.6≤f 22R1/f 22R≤1.9   (3)
[0100] 在此,
[0101] f22R1为正透镜的焦距,
[0102] f22R为后侧副组的焦距。
[0103] 在后侧副组的物体侧配置有前侧副组。前侧副组的折射力为负折射力,因此从前侧副组射出的光束容易发散。通过在后侧副组的最靠物体侧的位置配置正透镜,能够抑制从前侧副组射出的光束的发散。
[0104] 在值高于条件式(3)的上限值的情况下,难以抑制从前侧副组射出的光束的发散。在该情况下,后侧副组中的透镜直径变大。在后侧透镜组中,两个后侧副组并列配置。在两个后侧副组的各组中,透镜直径变大。其结果是,两个后侧副组接触。
[0105] 为使两个后侧副组不接触,只要加宽两个后侧副组的间隔、或者在两个后侧副组的各组中减小透镜直径即可。
[0106] 然而,当加宽两个后侧副组的间隔时,光学系统变大。当在两个后侧副组的各组中减小透镜直径时,有效口径变小。因此,导致视角变窄。
[0107] 在值低于条件式(3)的下限值的情况下,轴外主光线被较大地折射。因此,彗星像差增大。其结果是,光学像的周边部的成像性能劣化。
[0108] 在本实施方式的立体内窥镜物镜光学系统中,优选的是,第一副组具有从物体侧起依次配置的负透镜和正透镜,第二副组的后侧副组由从物体侧起依次配置的正透镜、负透镜以及正透镜构成,该立体内窥镜物镜光学系统满足下面的条件式(4)。
[0109] 0.9≤‑f21n/f21p≤1.5   (4)
[0110] 在此,
[0111] f21n为第一副组的负透镜的焦距,
[0112] f21p为第一副组的正透镜的焦距。
[0113] 通过后侧副组具有正透镜、负透镜以及正透镜,能够使各透镜的折射力大。因此,能够容易地进行后侧副组的组成。
[0114] 在值低于条件式(4)的下限值的情况下,难以校正由第一副组的负透镜和第一副组的正透镜产生的像场弯曲。在值高于条件式(4)的上限值的情况下,通过第一副组使光线折射的效果减少。在该情况下,在第一透镜组中位于最靠物体侧的位置的透镜的外径变大。因此,光学系统的小型化变难。
[0115] 在本实施方式的立体内窥镜物镜光学系统中,优选的是,第一副组具有从物体侧起依次配置的负透镜和正透镜,第二副组的后侧副组由从物体侧起依次配置的正透镜、正透镜以及负透镜构成,该立体内窥镜物镜光学系统满足下面的条件式(4’)。
[0116] 0.5≤‑f21n/f21p≤1   (4’)
[0117] 在此,
[0118] f21n为第一副组的负透镜的焦距,
[0119] f21p为第一副组的正透镜的焦距。
[0120] 通过后侧副组具有正透镜、正透镜以及负透镜,通过后侧副组进行的像差校正变得容易。其结果是,能够形成分辨率高的光学像。
[0121] 在值低于条件式(4’)的下限值的情况下,轴外主光线被第一副组折射得大。因此,轴外像差的校正变难。在值高于条件式(4’)的上限值的情况下,第一副组的负透镜的折射力变小、或者第一副组的正透镜的折射力变大。因此,球面像差的校正变难。
[0122] 本实施方式所涉及的内窥镜的特征在于,具有:本实施方式所涉及的立体内窥镜物镜光学系统;以及摄像元件,其拍摄由立体内窥镜物镜光学系统形成的光学像。
[0123] 根据本实施方式所涉及的内窥镜,能够在近点观察时以适当的立体感观察到清晰的立体像。
[0124] 下面,基于附图来详细地说明立体观察光学系统的实施例。此外,本发明不限定于该实施例。
[0125] 对各实施例的透镜截面图进行说明。图2是最清晰地聚焦于像场的物体位置被固定的光学系统的透镜截面图。另外,图2以外的透镜截面图为能够改变聚焦的物体位置的光学系统的透镜截面图。在这些透镜截面图中,(a) 为远点聚焦时(远点观察时)的透镜截面,(b)为近点聚焦时(近点观察时)的透镜截面图。
[0126] 第一透镜组用G1表示,第二透镜组用G2表示,第三透镜组用G3表示,孔径光圈用S表示,像场(摄像面)用I表示。另外,在第三透镜组G3与像场I 之间配置有护罩玻璃C1和护罩玻璃C2。
[0127] 第三透镜组G3为后侧透镜组。第三透镜组G3具有第一后组和第二后组。在第二后组中使用了与第一后组相同的光学系统。
[0128] 对各实施例的像差图进行说明。在图3中,(a)表示横向像差(DZY),(b) 表示像散(AS),(c)表示畸变像差(DT)。均为像场上最清晰地聚焦的物体位置处的像差图。
[0129] 在图3以外的像差图中,(a)表示横向像差(DZY),(b)表示像散(AS),(c) 表示畸变像差(DT)。均为远点聚焦时的像差图。(d)表示横向像差(DZY),(e) 表示像散(AS),(f)表示畸变像差(DT)。均为近点聚焦时的像差图。
[0130] 在各像差图中,横轴表示像差量。关于横向像差和像散,像差量的单位为mm。另外,关于畸变像差,像差量的单位为%。像差曲线的波长的单位为nm。
[0131] 实施例1的立体内窥镜物镜光学系统具有从物体侧起依次配置的负折射力的第一透镜组G1、正折射力的第二透镜组G2以及正折射力的第三透镜组 G3。
[0132] 第一透镜组G1具有使平面朝向物体侧的平凹负透镜L1、双凹负透镜L2、双凸正透镜L3以及双凹负透镜L4。在此,由双凹负透镜L2和双凸正透镜L3 形成接合透镜。
[0133] 第二透镜组G2具有双凸正透镜L5、双凹负透镜L6以及双凸正透镜L7。在此,由双凹负透镜L6和双凸正透镜L7形成接合透镜。
[0134] 第三透镜组G3具有第一后组和第二后组。第一后组和第二后组均具有双凹负透镜L8、双凸正透镜L9、使平面朝向物体侧的平凹负透镜L10、双凸正透镜L11、使平面朝向物体侧的平凸正透镜L12、双凹负透镜L13、使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L14、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L15、使凸面朝向物体侧的负弯月透镜L16以及双凸正透镜L17。
[0135] 在此,由双凹负透镜L8和双凸正透镜L9形成第一接合透镜。由平凹负透镜L10和双凸正透镜L11形成第二接合透镜。由平凸正透镜L12和双凹负透镜 L13形成第三接合透镜。由负弯月透镜L16和双凸正透镜L17形成第四接合透镜。
[0136] 第一后组和第二后组均由正折射力的第一副组SUB1、以及第二副组 SUB2构成。孔径光圈(光圈)S配置于第一副组SUB1与第二副组SUB2之间。
[0137] 第一副组SUB1由第一接合透镜和第二接合透镜构成。第二副组SUB2由负折射力的前侧副组SUBF和正折射力的后侧副组SUBR构成。前侧副组 SUBF由第三接合透镜构成。后侧副组SUBR由正透镜、负透镜以及第四接合透镜构成。
[0138] 实施例1的立体内窥镜物镜光学系统不具备聚焦功能。
[0139] 非球面设置于双凹负透镜L4的物体侧面和双凹负透镜L6的物体侧面共两个面。
[0140] 实施例2的立体内窥镜物镜光学系统具有从物体侧起依次配置的负折射力的第一透镜组G1、正折射力的第二透镜组G2以及正折射力的第三透镜组 G3。
[0141] 第一透镜组G1具有使平面朝向物体侧的平凹负透镜L1、双凹负透镜L2、双凸正透镜L3以及双凹负透镜L4。在此,由双凹负透镜L2和双凸正透镜L3 形成接合透镜。
[0142] 第二透镜组G2具有双凸正透镜L5、双凹负透镜L6以及双凸正透镜L7。在此,由双凹负透镜L6和双凸正透镜L7形成接合透镜。
[0143] 第三透镜组G3具有第一后组和第二后组。第一后组和第二后组均具有双凹负透镜L8、双凸正透镜L9、使平面朝向物体侧的平凹负透镜L10、双凸正透镜L11、使平面朝向物体侧的平凸正透镜L12、双凹负透镜L13、使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L14、使凸面朝向像侧的负弯月透镜L15、使凸面朝向物体侧的负弯月透镜L16以及双凸正透镜L17。
[0144] 在此,由双凹负透镜L8和双凸正透镜L9形成第一接合透镜。由平凹负透镜L10和双凸正透镜L11形成第二接合透镜。由平凸正透镜L12和双凹负透镜 L13形成第三接合透镜。由负弯月透镜L16和双凸正透镜L17形成第四接合透镜。
[0145] 第一后组和第二后组均由正折射力的第一副组SUB1、以及第二副组SUB2构成。孔径光圈(光圈)S配置于第一副组SUB1与第二副组SUB2之间。
[0146] 第一副组SUB1由第一接合透镜和第二接合透镜构成。第二副组SUB2由负折射力的前侧副组SUBF和正折射力的后侧副组SUBR构成。前侧副组 SUBF由第三接合透镜构成。后侧副组SUBR由正透镜、负透镜以及第四接合透镜构成。
[0147] 实施例2的立体内窥镜物镜光学系统具备聚焦功能。在从远点向近点聚焦时,前侧副组SUBF向像侧移动。在实施例2的立体观察光学系统中,使第一后组的前侧副组SUBF和第二后组的前侧副组SUBF同时移动,因此能够使移动机构简单化。
[0148] 非球面设置于双凹负透镜L4的物体侧面和双凹负透镜L6的物体侧面共两个面。
[0149] 实施例3的立体内窥镜物镜光学系统具有从物体侧起依次配置的负折射力的第一透镜组G1、正折射力的第二透镜组G2以及正折射力的第三透镜组 G3。
[0150] 第一透镜组G1具有使平面朝向物体侧的平凹负透镜L1、双凹负透镜L2、双凸正透镜L3以及双凹负透镜L4。在此,由双凹负透镜L2和双凸正透镜L3 形成接合透镜。
[0151] 第二透镜组G2具有双凸正透镜L5、双凹负透镜L6以及双凸正透镜L7。在此,由双凹负透镜L6和双凸正透镜L7形成接合透镜。
[0152] 第三透镜组G3具有第一后组和第二后组。第一后组和第二后组均具有双凹负透镜L8、双凸正透镜L9、使平面朝向物体侧的平凹负透镜L10、双凸正透镜L11、使平面朝向物体侧的平凸正透镜L12、双凹负透镜L13、使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L14、使平面朝向像侧的平凸正透镜L15、使平面朝向物体侧的平凹负透镜L16、双凹负透镜L17以及双凸正透镜L18。
[0153] 在此,由双凹负透镜L8和双凸正透镜L9形成第一接合透镜。由平凹负透镜L10和双凸正透镜L11形成第二接合透镜。由平凸正透镜L12和双凹负透镜 L13形成第三接合透镜。由平凸正透镜L15和平凹负透镜L16形成第四接合透镜。由双凹负透镜L17和双凸正透镜L18形成第五接合透镜。
[0154] 第一后组和第二后组均由正折射力的第一副组SUB1、以及第二副组 SUB2构成。孔径光圈(光圈)S配置于第一副组SUB1与第二副组SUB2之间。
[0155] 第一副组SUB1由第一接合透镜和第二接合透镜构成。第二副组SUB2由负折射力的前侧副组SUBF和正折射力的后侧副组SUBR构成。前侧副组 SUBF由第三接合透镜构成。后侧副组SUBR由正透镜、第四接合透镜以及第五接合透镜构成。
[0156] 实施例3的立体内窥镜物镜光学系统具备聚焦功能。在从远点向近点聚焦时,前侧副组SUBF向像侧移动。在实施例3的立体观察光学系统中,使第一后组的前侧副组SUBF和第二后组的前侧副组SUBF同时移动,因此能够使移动机构简单化。
[0157] 非球面设置于双凹负透镜L4的物体侧面和双凹负透镜L6的物体侧面共两个面。
[0158] 实施例4的立体内窥镜物镜光学系统具有从物体侧起依次配置的负折射力的第一透镜组G1、正折射力的第二透镜组G2以及正折射力的第三透镜组 G3。
[0159] 第一透镜组G1具有使平面朝向物体侧的平凹负透镜L1、双凹负透镜L2、双凸正透镜L3以及双凹负透镜L4。在此,由双凹负透镜L2和双凸正透镜L3 形成接合透镜。
[0160] 第二透镜组G2具有双凸正透镜L5、双凹负透镜L6以及双凸正透镜L7。在此,由双凹负透镜L6和双凸正透镜L7形成接合透镜。
[0161] 第三透镜组G3具有第一后组和第二后组。第一后组和第二后组均具有双凹负透镜L8、双凸正透镜L9、使平面朝向物体侧的平凹负透镜L10、双凸正透镜L11、使平面朝向物体侧的平凸正透镜L12、双凹负透镜L13、使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L14、双凸正透镜L15、双凹负透镜L16、双凹负透镜 L17以及双凸正透镜L18。
[0162] 在此,由双凹负透镜L8和双凸正透镜L9形成第一接合透镜。由平凹负透镜L10和双凸正透镜L11形成第二接合透镜。由平凸正透镜L12和双凹负透镜 L13形成第三接合透镜。由双凸正透镜L15和双凹负透镜L16形成第四接合透镜。由双凹负透镜L17和双凸正透镜L18形成第五接合透镜。
[0163] 第一后组和第二后组均由正折射力的第一副组SUB1、以及第二副组 SUB2构成。孔径光圈(光圈)S配置于第一副组SUB1与第二副组SUB2之间。
[0164] 第一副组SUB1由第一接合透镜和第二接合透镜构成。第二副组SUB2由负折射力的前侧副组SUBF和正折射力的后侧副组SUBR构成。前侧副组 SUBF由第三接合透镜构成。后侧副组SUBR由正透镜、第四接合透镜以及第五接合透镜构成。
[0165] 实施例4的立体内窥镜物镜光学系统具备聚焦功能。在从远点向近点聚焦时,前侧副组SUBF向像侧移动。在实施例4的立体观察光学系统中,使第一后组的前侧副组SUBF和第二后组的前侧副组SUBF同时移动,因此能够使移动机构简单化。
[0166] 非球面设置于双凹负透镜L4的物体侧面和双凹负透镜L6的物体侧面共两个面。
[0167] 实施例5的立体内窥镜物镜光学系统具有从物体侧起依次配置的负折射力的第一透镜组G1、正折射力的第二透镜组G2以及正折射力的第三透镜组 G3。
[0168] 第一透镜组G1具有使平面朝向物体侧的平凹负透镜L1、双凹负透镜L2、双凸正透镜L3以及双凹负透镜L4。在此,由双凹负透镜L2和双凸正透镜L3 形成接合透镜。
[0169] 第二透镜组G2具有双凸正透镜L5、使凸面朝向物体侧的负弯月透镜L6 以及双凸正透镜L7。在此,由负弯月透镜L6和双凸正透镜L7形成接合透镜。
[0170] 第三透镜组G3具有第一后组和第二后组。第一后组和第二后组均具有双凹负透镜L8、双凸正透镜L9、使平面朝向物体侧的平凹负透镜L10、双凸正透镜L11、使平面朝向物体侧的平凹负透镜L12、使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L13、双凸正透镜L14、使平面朝向像侧的平凸正透镜L15、使凸面朝向物体侧的正弯月透镜L16以及使凸面朝向物体侧的负弯月透镜L17。
[0171] 在此,由双凹负透镜L8和双凸正透镜L9形成第一接合透镜。由平凹负透镜L10和双凸正透镜L11形成第二接合透镜。由平凹负透镜L12和正弯月透镜 L13形成第三接合透镜。由正弯月透镜L16和负弯月透镜L17形成第四接合透镜。
[0172] 第一后组和第二后组均由正折射力的第一副组SUB1、以及第二副组 SUB2构成。孔径光圈(光圈)S配置于第一副组SUB1与第二副组SUB2之间。
[0173] 第一副组SUB1由第一接合透镜和第二接合透镜构成。第二副组SUB2由负折射力的前侧副组SUBF和正折射力的后侧副组SUBR构成。前侧副组 SUBF由第三接合透镜构成。后侧副组SUBR由正透镜、正透镜以及第四接合透镜构成。
[0174] 实施例5的立体内窥镜物镜光学系统具备聚焦功能。在从远点向近点聚焦时,前侧副组SUBF向像侧移动。在实施例5的立体观察光学系统中,使第一后组的前侧副组SUBF和第二后组的前侧副组SUBF同时移动,因此能够使移动机构简单化。
[0175] 下面,示出上述各实施例的数值数据。在面数据中,r为各透镜面的曲率半径,d为各透镜面间的间隔,nd为各透镜的针对d线的折射率,νd为各透镜的阿贝数。
[0176] 另外,在将光轴方向取为z、将与光轴正交的方向取为y、将圆锥系数设为k、将非球面系数设为A4、A6、A8、A10、A12…时,非球面形状通过下式来表示。
[0177] z=(y2/r)/[1+{1‑(1+k)(y/r)2}1/2]
[0178] +A4y4+A6y6+A8y8+A10y10+A12y12+…
[0179] 另外,在非球面系数中,“E‑n”(n为整数)表示“10‑n”。此外,这些各种值的记号在后述的实施例的数值数据中也是共通的。
[0180] 在本实施例中,从物体面侧的透镜起依次计算合成焦距,将焦距最大的透镜范围(负的折射力最大的透镜范围)定义为第一透镜组G1。第一透镜组G1 的定义并不限定于上述定义。
[0181] 另外,在各种数据中,IH为像高,φ为孔径光圈的直径,L为第一后组的光轴与第二后组的光轴的间隔,NA为物体侧的数值孔径,ΔI为像场的偏移量。
[0182] 关于第三透镜组的偏移量,只要根据第一透镜组的光轴与第一后组的光轴的间隔、或第一透镜组的光轴与第二后组的光轴的间隔来求出即可。
[0183] 在第一后组的像场形成第一光学像。在第二后组的像场形成第二光学像。第一后组的光轴及第二后组的光轴位置均相对于第一透镜组的光轴发生了偏移。因此,第一透镜组的光轴上的物点的像不形成在第一后组的光轴上、第二后组的光轴上。即,第一光学像的中心与第一后组的光轴不一致,第二光学像的中心与第二后组的光轴不一致。
[0184] 关于像场的偏移量,只要根据第一后组的光轴与第一光学像的中心之差来求出,或根据第二后组的光轴与第二光学像的中心之差来求出即可。关于像场的偏移量的符号的正负,将第一光学像的中心位于比第一后组的光轴靠第一透镜组的光轴侧的位置的情况、以及第二光学像的中心位于比第二后组的光轴靠第一透镜组的光轴侧的位置的情况设为负。
[0185] 数值实施例1
[0186] 单位mm
[0187] 面数据
[0188]
[0189]
[0190] 非球面数据
[0191] 第6面
[0192] k=‑1.0541
[0193] A4=‑4.4267E‑02,A6=6.8814E‑03,A8=3.0686E‑03
[0194] 第10面
[0195] k=‑0.2974
[0196] A4=‑2.3416E‑02,A6=‑7.5181E‑03
[0197] 各种数据
[0198]
[0199] 数值实施例2
[0200] 单位mm
[0201] 面数据
[0202]
[0203]
[0204] 非球面数据
[0205] 第6面
[0206] k=‑1.0541
[0207] A4=‑4.4267E‑02,A6=6.8814E‑03,A8=3.0686E‑03
[0208] 第10面
[0209] k=‑0.2974
[0210] A4=‑2.3416E‑02,A6=‑7.5181E‑03
[0211] 各种数据
[0212]
[0213] 数值实施例3
[0214] 单位mm
[0215] 面数据
[0216]
[0217]
[0218] 非球面数据
[0219] 第6面
[0220] k=‑1.0541
[0221] A4=‑4.4267E‑02,A6=6.8814E‑03,A8=3.0686E‑03
[0222] 第10面
[0223] k=‑0.2974
[0224] A4=‑2.3416E‑02,A6=‑7.5181E‑03
[0225] 各种数据
[0226]
[0227] 数值实施例4
[0228] 单位mm
[0229] 面数据
[0230]
[0231]
[0232] 非球面数据
[0233] 第6面
[0234] k=‑1.0541
[0235] A4=‑4.4267E‑02,A6=6.8814E‑03,A8=3.0686E‑03
[0236] 第10面
[0237] k=‑0.2974
[0238] A4=‑2.3416E‑02,A6=‑7.5181E‑03
[0239] 各种数据
[0240]
[0241]
[0242] 数值实施例5
[0243] 单位mm
[0244] 面数据
[0245]
[0246]
[0247] 各种数据
[0248]
[0249] 接着,在下面列举各实施例中的条件式的值。‑(短横线)表示没有符合的结构。关于实施例2~5,记载了条件式(1)的两个值。上部的值为近点观察时的值,下部的值为远点观察时的值。
[0250]
[0251] 图12是示出本实施方式的内窥镜的图。本实施方式的内窥镜为立体观察内窥镜。立体观察内窥镜1具有主体部2、光源装置3、摄像机控制单元4(下面称为“CCU 4”)、扫描转换器5、监视器6以及快式眼镜7。
[0252] 主体部2具有插入部8和把持部9。插入部8为被插入到体腔内等的部分,由硬质的外套管形成。外套管为圆管形状且由不锈等金属等形成。像这样,立体观察内窥镜1为硬性内窥镜。把持部9为由手术操作者把持的部分。
[0253] 在把持部9设置有光导管头10。光导线缆11的一端与光导管头10连接。在光导线缆11的另一端设置有光导件连接器12。光导线缆11装卸自如地与把持部9及光源装置3连接。
[0254] 光源装置3具有灯13和透镜14。灯13例如产生白色光的照明光。透镜14 对照明光进行聚光。通过透镜14聚光后的照明光被照射至光导件连接器12的端面。照射至端面的照明光通过光导线缆11内的光导件被传输至主体部2。
[0255] 在主体部2设置有光导件15。光导件15在把持部9内被弯折后被插通于插入部8内。光导件15将从光导线缆11供给的照明光传输至被固定在插入部8的顶端部16的顶端面。由此,从顶端面向前方射出照明光。
[0256] 在顶端部16内配置有本实施方式的立体观察光学系统。立体观察光学系统具有第一透镜组18a、第二透镜组18b以及后侧透镜组18c。后侧透镜组18c 具有第一后组18c1和第二后组18c2。
[0257] 通过照明光对物体17进行照明。来自物体17的光入射至第一透镜组18a 和第二透镜组18b。从第二透镜组18b射出的光入射至第一后组18c1,由此在成像位置形成第一光学像。从第二透镜组18b射出的光入射至第二后组18c2,由此在成像位置形成第二光学像。
[0258] 第一光学像和第二光学像形成在同一区域。因此,在对第一光学像和第二光学像进行拍摄的情况下,使用一个摄像元件或两个摄像元件即可。在立体观察内窥镜1中,在成像位置配置有摄像元件19a和摄像元件19b。
[0259] 信号线缆21的一端与输出部20连接。信号线缆21的另一端与CCU 4连接。从摄像元件19输出的信号经由信号线缆21输入到CCU 4。
[0260] 在CCU 4中,对从摄像元件19输出的信号进行信号处理。由CCU 4进行信号处理而得到的图像信号被输入到扫描转换器5。在扫描转换器5中,将从 CCU 4输出的信号转换为影像信号。
[0261] 影像信号被输入到监视器6。监视器6显示所输入的影像信号。在监视器 6交替地显示具有视差的两个图像。快门式眼镜7具有快门功能。通过使用快门式眼镜7,能够以立体方式视觉识别显示于监视器6的图像。
[0262] (附记)
[0263] 此外,基于这些实施例导出以下结构的发明。
[0264] (附记项1)
[0265] 立体内窥镜物镜光学系统的特征在于,负折射力最小的负透镜位于第一透镜组的最靠像侧的位置。
[0266] (附记项2)
[0267] 立体内窥镜物镜光学系统的特征在于,第一透镜组由4片透镜构成。
[0268] (附记项3)
[0269] 立体内窥镜物镜光学系统的特征在于,第一后组中的入射光瞳与第二后组中的入射光瞳的间隔处于0.4mm至4mm之间。立体内窥镜物镜光学系统的特征在于,第一后组中的入射光瞳与第二后组中的入射光瞳的间隔处于 0.7mm至1mm之间。
[0270] (附记项4)
[0271] 立体内窥镜物镜光学系统的特征在于,从第一透镜的入射侧观察的第一后组内的孔径光圈与第二后组内的孔径光圈的间隔(入射光瞳的间隔)为 0.2mm至1.6mm。优选的是,入射光瞳的间隔为0.35mm至1.0mm。
[0272] 产业上的可利用性
[0273] 如上所述,本发明适合于具有广视角、能够获得适当的立体感且小型的立体内窥镜物镜光学系统以及具备该立体内窥镜物镜光学系统的内窥镜。
[0274] 附图标记说明
[0275] G1:第一透镜组;G2:第二透镜组;G3:第三透镜组;SUB1:第一副组;SUB2:第二副组;SUBF:前侧副组;SUBR:后侧副组;S:孔径光圈 (光圈);C1、C2:护罩玻璃;I:像场;1:立体观察内窥镜;2:主体部;3:光源装置;4:摄像机控制单元(CCU);5:扫描转换器;6:监视器;7:快门式眼镜;8:插入部;9:把持部;10:光导管头;11:光导线缆;12:光导件连接器;13:灯;
14:透镜;15:光导件;16:顶端部;17:物体;18a:第一透镜组;18b:第二透镜组;18c:后组透镜组;18c1:第一后组;18c2:第二后组;19、19a、19b:摄像元件;20:输出部;21:信号线缆。