物镜光学系统的制作方法

xiaoxiao2020-7-2  2

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专利名称:物镜光学系统的制作方法
技术领域
本发明涉及ー种具有对焦功能的物镜光学系统,特别是涉及一种能够靠近观察的内窥镜物镜及其它民用小型相机等的摄影透镜。
背景技术
以往,普通的内窥镜用的物镜不具有聚焦功能而具有距物体侧约5mm IOOmm的广范围的观察深度。在安装有这种物镜的内窥镜中,主要使用CCD等固体摄像元件来提供图像。近年来,为了提高诊断的精确度,要求内窥镜图像高像质化,不断推进CCD的高像素化。但是,在使用高像素的CCD的情况下,为了避免由衍射造成的 像质劣化而需要縮小物镜的Fno.,若CCD随着像素数的增加而增大则也需要增大物镜的焦距等,因此观察深度变狭小。因此,増加了即使较少但也扩大了观察深度的光学系统、以及为了确保与以往相同的观察深度而具有聚焦功能的物镜的必要性。作为谋求深度扩大的物镜光学系统,公知有通过将第I透镜设为弯月形状来抑制失真的产生、从而在确保相同视角的状态下缩小焦距的光学系统(例如,參照专利文献I)。另外,作为具有聚焦功能的物镜,公知有由负正两组、正正两组或负正正三组透镜构成、并通过使第2透镜组移动来进行聚焦的物镜(例如,參照专利文献2 专利文献4)。此外,作为能够对更近距离的物点进行聚焦的放大内窥镜物镜,公知有由正负正三个透镜组构成、并通过使负的第2透镜组移动来进行聚焦的类型的物镜(例如,參照专利文献4 专利文献6)。另外,公知有由负正负三个透镜组构成、并使正的第2透镜组移动来进行聚焦的类型的物镜(例如,參照专利文献7 )。专利文献I :日本特开2009-151191号公报专利文献2 日本特公昭55-15005号公报专利文献3 :日本特开2000-330015号公报专利文献4 :日本特开2002-28126号公报专利文献5 :日本特公昭61-44283号公报专利文献6 :日本特开平6-317744号公报专利文献7 :日本特开平11-316339号公报专利文献8 :日本特开2000-267002号公报在上述现有技术中,由于专利文献I所记载的内窥镜用的物镜的第I凹透镜为弯月形状,因此在内窥镜的顶端突出有透镜。因此,存在有观察时的除水性差这样的问题、由冲撞等造成的顶端透镜的划伤产生频度增高这样的问题。专利文献2及专利文献3所记载的内窥镜用的物镜是观察时的视野狭小,因此难以说是广角。因而,为了发现病变部而对生物体内进行筛选或者对病变部进行处理等的作业变困难,实际应用方面存在问题。专利文献4所记载的物镜是聚焦时的像面的变动较大,在性能方面不充分。专利文献5 专利文献8所记载的光学系统是由于能够聚焦的物点范围较广且能够更靠近观察,因此最靠近观察时的倍率较大,适合于进行放大观察。然而,虽然聚焦时的视角变化较大且在作为远距离物点的普通观察时为广角,但是当靠近时明显成为窄角。因而,在作为通常的内窥镜物镜使用的情况下,在进行筛选、活检、病变部的处理时,对作业产生困难。另外,在专利文献2、专利文献4及专利文献6中,虽然公开了将第I透镜设为弯月形状来谋求深度扩大的物镜光学系统,但是这些与专利文献I 一祥在布局方面不合适。

发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于,提供一种在能够根据物距的变化 进行聚焦的物镜光学系统中产生较少失真而与高像素摄像元件相对应的高性能的物镜光学系统。为了达到上述目的,本发明提供以下方案。本发明的第I技术方案是ー种物镜光学系统,该物镜光学系统由从物体侧依次排列的第I透镜组、第2透镜组及第3透镜组构成,上述第I透镜组由从物体侧依次排列的平凹透镜和凸面朝向像侧的弯月透镜构成,上述第2透镜组具有正光焦度,并借助光轴方向的移动进行聚焦。从作为远距离物点的普通内窥镜观察到作为近距离物点的靠近观察,在伴随着物点的变动进行对焦吋,需要使至少ー个透镜组移动来进行对焦。用于聚焦的可动透镜组也可以使所构成的多个透镜组中的任意透镜组移动。在此,通过将可动透镜组设为配置于光阑附近的第2透镜组,能够使透镜直径小型化,因此能够減少对驱动机构的负担。另外,该可动透镜组既可以是ー个透镜组也可以是多个透镜组,但是通过仅设置ー个透镜组,具有能够简化机械构造这样的优点。也存在有使整体或摄像元件自身移动的方法,但是使可动的透镜组或摄像元件的重量増大,而且机构自身也需要大型化,并不优选。本发明的第I技术方案的物镜光学系统只要使透镜组结构为两组以上就能够实现聚焦机构。假设在仅利用两组透镜组构成物镜光学系统的情况下,具有使聚焦时的像面变动增大的倾向。在该情况下,在能够对焦的物点范围狭小的情况下是没有问题的。但是,若考虑进行一定程度的广物点范围内的对焦,则透镜组结构需要有三组以上。若采用三组结构,就能够实现能够与高像素的摄像元件充分对应的高性能的物镜光学系统。期望的是,第I透镜组由配置在物体侧的平凹透镜及凸面朝向像侧的弯月透镜构成。为了在将视角保持恒定的状态下放大深度,需要縮小焦距。因此,必须校正失真。基于较好地进行观察过程中的除水及在外表面难以造成划伤等这样的理由,优选的是,第I透镜为透镜面未突出的平凹透镜。但是,这样的话,不能够使第I透镜为凹弯月透镜的形状来校正失真。因此,需要使其它透镜具有失真校正作用。期望的是,将该用于失真校正的透镜配置在第I透镜附近。像本发明的第I技术方案那样,通过将第2透镜设为最佳形状、即凸面朝向像侧的弯月透镜,能够具有失真校正效果。在上述第I技术方案中,优选的是,上述第I透镜组具有负光焦度,上述第3透镜组具有正光焦度。为了抑制聚焦时的像面变动,第I透镜组为负透镜组、第3透镜组为正透镜组的情况可成为最合适的。在上述第I技术方案中,优选的是,上述第2透镜组由凸面朝向物体侧的正弯月透镜构成,上述第3透镜组由第I正透镜和接合透镜构成,该接合透镜是接合第2正透镜与负透镜而成的。为了消除聚焦时的视角的变动,优选的是,作为可动透镜组的第2透镜组为正透镜组。在可动透镜组为负透镜组的情况下,入射光瞳位置的变动较大,与此相伴的视角变化増大,因此并不优选。而且,优选的是,可动透镜为凸面朝向物体侧的正弯月透镜。通过设为该形状,能够减小聚焦时的像面的变动。期望的是,第3透镜组由第I正透镜和接合透镜构成,该接合透镜由第2正透镜与负透镜构成。第I正透镜主要用于成像。由第2正透镜与负透镜构成的接合透镜担负着色像差校正的作用。在上述第I技术方案中,优选的是,该物镜光学系统满足以下条件式(I)及条件式
(2)。(I) I f/f2 I < O. 12(2) O. 92 < f/IH < I. 08其中,f为远点观察时的整个系统的焦距,F2为弯月透镜的焦距,IH为像高。期望的是,作为第2透镜的弯月透镜校正高次失真,是光焦度不大的正透镜或负透镜。若超过条件式(I)的范围,则较大地产生像面弯曲,而且失真的校正效果也减小,因此并不优选。条件式(2)是限制焦距与像高之比的条件式。在以一定的视角进行比较的情况下,若在条件式(2)的范围内,则焦距相对于像高减小,因此深度放大的效果増大。若低于条件式(2)的下限,则焦距过小,因此画面中心的倍率变小,难以观察病变部。另外,若高于条件式(2)的上限,则焦距増大,因此深度放大的效果降低,并不优选。本发明的第2技术方案是ー种物镜光学系统,该物镜光学系统由从物体侧依次排列的平凹透镜、凸面朝向像侧的弯月透镜、光阑、两面为凸面的第I正透镜、以及接合透镜构成,该接合透镜是接合第2正透镜与负透镜接合而成的,该物镜光学系统满足以下条件式(3)。(3) O. 08 < d/f < O. 32其中,d为弯月透镜与第I正透镜之间的空气间隔。条件式(3 )是用于减小像面弯曲的条件式。若低于条件式(3 )的下限,则子午像面向上傾斜,若高于条件式(3)的上限,则子午像面向下傾斜。因而,导致周边图像的性能方面劣化,并不优选。根据本发明的第I技术方案及第2技术方案,能够提供一种能够根据物距的变化进行聚焦、在各个物距处具有充分的景深的、与高像素摄像元件相对应的高性能的物镜光学系统。


图I是本发明的ー实施方式的物镜光学系统的整体结构图,表示普通观察状态。图2表示图I的物镜光学系统的靠近观察状态。、
图3是表示本发明的实施例I的物镜光学系统的结构的透镜剖视图,表示普通观察状态。图4表示图3的物镜光学系统的靠近观察状态。图5是表示图3的物镜光学系统的球面像差、像散、畸变像差及倍率色像差的像差图。图6是表示图4的物镜光学系统的球面像差、像散、畸变像差及倍率色像差的像差图。图7是表示本发明的实施例2的物镜光学系统的结构的透镜剖视图,表示普通观察状态。
图8表示图7的物镜光学系统的靠近观察状态。图9是表示图7的物镜光学系统的球面像差、像散、畸变像差及倍率色像差的像差图。图10是表示图8的物镜光学系统的球面像差、像散、畸变像差及倍率色像差的像差图。图11是表示本发明的实施例3的物镜光学系统的结构的透镜剖视图,表示普通观察状态。图12表示图11的物镜光学系统的靠近观察状态。图13是表示图11的物镜光学系统的球面像差、像散、畸变像差及倍率色像差的像差图。图14是表示图12的物镜光学系统的球面像差、像散、畸变像差及倍率色像差的像差图。
具体实施例方式以下,參照图I及图2说明本发明的ー实施方式。如图I及图2所示,本实施方式的物镜光学系统I由从物体侧依次排列的负光焦度的第I透镜组Gl、正光焦度的第2透镜组G2及正光焦度的第3透镜组G3构成。第I透镜组Gl由从物体侧依次排列的作为负透镜的第I透镜LI和作为光焦度较弱的正透镜或负透镜的第2透镜L2构成。第2透镜组G2由作为正透镜的第3透镜L3构成。第2透镜组G2通过使第3透镜L3在光轴上移动而在普通观察状态(參照图I)与靠近观察状态(參照图2)下具有对焦作用。第3透镜组G3由从物体侧依次排列的作为正透镜的第4透镜(第I正透镜)L4和将正透镜(第2正透镜)L5与负透镜L6粘贴而成的正的接合透镜L56构成。在第2透镜组G2与第3透镜组G3之间配置有孔径光阑S。孔径光阑S在对焦时固定在第3透镜组G3的前方。附图标记F1、F2表示平行平面板。平行平面板F1、F2是用于截止特定波长、例如YAG激光1060nm、半导体激光810nm或近红外区域的光等的滤光器等。平行平面板FI、F2适当地配置在光轴上,在图示的例子中,配置在第4透镜L4与接合透镜L56之间及第3透镜组G3的后段。本实施方式的物镜光学系统I与配置在像面附近的未图示的CXD等摄像元件共同构成摄像光学系统。附图标记2表示用于密封摄像元件表面的密封玻璃片。附图标记3表示玻璃盖片等光学构件。物镜光学系统I满足以下条件式(I)及条件式(2)。(I) I f/f2 I < O. 12(2) O. 92 < f/IH < I. 08其中,f表示远点观察时的整个系统的焦距,f2表示第2透镜L2的焦距,IH表示像尚。另外,物镜光学系统I满足以下条件式(3)。(3) O. 08 < d/f < O. 32其中,d表示第2透镜L2与第3透镜L3之间的空气间隔。而且,更优选的是,物镜光学系统I满足以下条件式(3)’。(3),O. 12 < d/f < O. 24根据以上述方式构成的物镜光学系统1,能够借助于第2透镜组G2的移动使物距改变而获得充分广的范围的景深。另外,能够抑制由失真造成的像质劣化,并且能够通过将各个透镜组Gl G3的焦距设为适当的值而使结构紧凑。而且,通过与高像素的摄像元件组合来构成摄像光学系统,能够在各个物点处获得高清晰的图像。在上述实施方式中,期望的是,满足以下条件式(4)。(4) - O. 94 < fl/f <- O. 72其中,fl表示第I透镜2的焦距。条件式(4)是关于视角的条件式。若低于条件式(4)的下限,则由于视角变狭小,因此观察视野范围变狭小且看漏病变部的情况增多,并不优选。另ー方面,若高于条件式
(4)的上限,则虽然能够确保视野范围,但是针对第I透镜LI像侧的面的视角的误差灵敏度増大,由于制造误差,在视野范围易于产生晕影,因此并不优选。另外,在上述实施方式中,期望的是,满足以下条件式(5)。(5) 5. I < f3/f < 8. 4其中,f3表示第3透镜L3的焦距。条件式(5)是关于作为可动透镜的第3透镜L3的移动量的条件式。若低于条件式(5)的下限,则由于第3透镜L3的光焦度增强,因此即使将透镜形状设为凸面朝向物体侧的正弯月透镜,聚焦时的像面弯曲的变动也増大。另ー方面,若高于条件式(5)的上限,则由于第3透镜L3的光焦度减弱,因此透镜移动量増大,导致机械驱动机构大型化,并不优选。另外,在上述实施方式中,期望的是,满足以下条件式(6)。(6) I. 2 < f4/f < 2. 6其中,f4表示第4透镜L4的焦距。第4透镜L4担负有用于使摄像面成像的作用。若低于条件式(6)的下限,则不能充分地确保后焦距。因此,不能充分地确保在最終透镜L6的后方进行的、由物镜光学系统I的制造误差引起的摄像位置的调整量,并不优选。另ー方面,若高于条件式(6)的上限,则靠近观察时的球面像差降低,不能够获得充分的分辨率。另外,在上述实施方式中,期望的是,满足以下条件式(7)。(7) O. 55 < I f5/f6 I < O. 94
其中,f5表示正透镜L5的焦距,F6表示负透镜L6的焦距。条件式(7)是主要关于轴上色像差校正的条件式。若低于条件式(7)的下限,则C-线向上方増大,F-线向下方増大,因此并不优选。另ー方面,若高于条件式(7)的上限,则相反地C-线向下方増大,F-线向上方増大,因此并不优选。另外,在上述实施方式中,期望的是,满足以下条件式(8)。

(8) O. 95 < I r/f I < I. 3其中,r表示正透镜L5与负透镜L6之间的接合面的曲率半径。条件式(8)是主要关于倍率色像差的条件式。若低于条件式(8)的下限,则C-线向上方増大,F-线向下方増大,因此并不优选。另ー方面,若高于条件式(8)的上限,则相反地C-线向下方増大,F-线向上方増大,成为渗色的原因并招致周边分辨率降低。另外,在上述实施方式中,期望的是,满足以下条件式(9)。(9) 6 < LTL/f < 8其中,LTL表示透镜系统全长。若低于条件式(9)的下限,则透镜系统全长过短,因此难以确保期望的透镜片数。另ー方面,若高于条件式(9)的上限,则招致包括用于保持透镜的镜筒部分在内的透镜系统大型化而难以进行内窥镜顶端部上的布局。另外,在上述实施方式中,期望的是,满足以下条件式(10)。(10) O. 8 < ωη/ω < I. 2其中,of表示远距离观察时的最大半视角,cof表示接近观察时的最大半视角。条件式(10)是关于聚焦时的观察视角的条件式。期望的是,在聚焦时视角尽可能不发生变化。若视角变化量増大,则在调焦时视野范围的变化显著。其结果,成为进行电子放大那样的外观,因此并不优选。若视角变化在条件式(10)的范围内,则不会被操作者识别为观察范围变化较大,能够进行无别扭感的聚焦。在被摄体的位置从远距离物点变为近距离物点并进行聚焦时,若低于条件式(10)的下限,则成为在聚焦于模糊图像的同时放大被摄体那样的外观,因此并不优选。另一方面,若高于条件式(10)的上限,则成为被摄体缩小那样的外观,因此并不优选。而且,由于远距离观察时的焦点深度变浅,因此在筛选等观察时等,使用方便性变差。而且,在上述实施方式中,期望的是,满足以下条件式(10)’。(10),O. 9 < ωη/ω · < I. I在条件式(10)’的范围中,由于视角变化量进ー步减小,因此能够进ー步増大条件式(10)中的效果。另外,在上述实施方式中,期望的是,满足以下条件式(11)。(11) COf >60条件式(11)是限制作为视野范围的半视角的条件式。为了降低在生物体内筛选时看漏病变部的风险,期望的是尽可能为广角,最低也需要在整个物点区域中使视场角为120°以上。进ー步期望的是,满足以下条件式(11)’,将视野范围设为140°以上即可。(11),(of >70实施例接着,以下參照图3 图14说明上述实施方式的实施例I 实施例3。
另外,在所參照的附图中,r表示透镜的面的曲率半径,d表示透镜的面间隔,标注在r或d的后面的编号表示面编号。另外,在本说明书所记载的透镜数据中,曲率半径与面间隔的单位是Kim。在像差图内,(a)表不球面像差,(b)表不像散,(C)表不崎变像差,Cd)表不倍率色像差。实施例I在图3及图4中表示实施例I的物镜光学系统的结构,下面表示其透镜数据。图3表示普通观察状态(远距离物点),图4表示靠近观察状态(近距离物点)。在本实施例的物镜光学系统中,第I透镜组由从物体侧依次排列的负透镜和光焦度较弱的正透镜构成,第2透镜组由正透镜构成,第3透镜组由从物体侧依次排列的正透镜、平行平面板、以及将正透镜与负透镜粘贴而成的正的接合透镜构成。在第3透镜组的后方配置有平行平面板。在表I中表示了以上述方式构成的物镜光学系统的普通观察状态与靠近观察状态这两个状态下的变动參数的值,在图5及图6中表示各个状态下的像差图。透镜数据
权利要求
1.一种物镜光学系统,该物镜光学系统由从物体侧依次排列的第I透镜组、第2透镜组及第3透镜组构成, 上述第I透镜组由从物体侧依次排列的平凹透镜和凸面朝向像侧的弯月透镜构成, 上述第2透镜组具有正光焦度,并借助光轴方向的移动进行聚焦。
2.根据权利要求I所述的物镜光学系统,其中, 上述第I透镜组具有负光焦度, 上述第3透镜组具有正光焦度。
3.根据权利要求I所述的物镜光学系统,其中, 上述第2透镜组由凸面朝向物体侧的正弯月透镜构成, 上述第3透镜组由第I正透镜和接合透镜构成,该接合透镜是接合第2正透镜与负透镜而成的。
4.根据权利要求I所述的物镜光学系统,其中, 该物镜光学系统满足以下条件式(I)及条件式(2)(1)I f/f2 I < 0. 12(2)0. 92 < f/IH < I. 08其中, f :远点观察时的整个系统的焦距; f2 :弯月透镜的焦距; IH :像闻。
5.一种物镜光学系统,该物镜光学系统由从物体侧依次排列的平凹透镜、凸面朝向像侧的弯月透镜、光阑、两面为凸面的第I正透镜、以及接合透镜构成,该接合透镜是接合第2正透镜与负透镜而成的,该物镜光学系统满足以下条件式(3)(3)0. 08 < d/f < 0. 32其中, d :弯月透镜与第I正透镜之间的空气间隔。
全文摘要
本发明提供一种能够根据物距的变化进行聚焦、在各个物距处具有充分的景深的、与高像素摄像元件相对应的高性能的物镜光学系统。该物镜光学系统(1)由从物体侧依次排列的第1透镜组(G1)、第2透镜组(G1)及第3透镜组(G1)构成,第1透镜组(G1)由从物体侧依次排列的平凹透镜(L1)和凸面朝向像侧的弯月透镜(L2)构成,第2透镜组(G2)具有正光焦度,并借助光轴方向的移动进行聚焦。
文档编号G02B13/04GK102687053SQ20108004686
公开日2012年9月19日 申请日期2010年11月29日 优先权日2009年12月11日
发明者高头英泰 申请人:奥林巴斯医疗株式会社

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