内窥镜用变倍光学系统及内窥镜
技术领域
本发明涉及用于内窥镜物镜单元的内窥镜用变倍光学系统及内窥镜。
背景技术
当今，为了检查人体内部的活体组织而使用内窥镜。内窥镜在插入到人体内的前端部具备对用照明光照明的活体组织拍摄的拍摄元件和附随于拍摄元件的物镜单元。为了物镜单元的前端部的小型化，要求物镜单元是极小的尺寸且具有高光学性能。
为了细致地进行对病变部的观察，在内窥镜中搭载有变倍功能的变倍光学系统。由于需要保持从物体侧的透镜前端到像面的距离一定不变，并放大病变部，所以作为这样的变倍光学系统，一般使用至少具有一个可动的透镜组的结构。
在这样的变倍光学系统中，在用有正焦度的透镜组来构成最靠近物体侧的第一透镜组的情况下，由于在各正透镜组内对像差的校正变得容易，所以能够抑制由变倍导致的性能降低，但是由于需要一定程度的数量的透镜，所以存在全长变长的问题。
虽然在用有负焦度的透镜组来构成最靠近物体侧的第一透镜组的情况下能够缩短光学系统的全长，但是由于有正焦度的透镜组可动而像差的变化变大，所以为了抑制其影响，需要使其他透镜也可动。
例如，已知如下的对应高像素拍摄元件的高性能物镜光学系统：能够根据物点距离的变化调焦且那时几乎不发生视场角变化(专利文献1)。
在该物镜光学系统中，从物体侧开始依次由负第一透镜组、正第二透镜组、孔径光阑以及正第三透镜组构成，通过仅第二透镜组运动来针对物点距离的变化进行调焦，关于远距离观察时的最大半视场角、近距离观察时的最大半视场角、第一透镜组的焦距以及远距离观察时的整个系统的焦距，满足预定的条件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特许第4819969号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在上述的物镜光学系统中，虽然在变倍时几乎不发生视场角变化，但是远距离观察时的半视场角最大也就是80.8度(参照0118段)。
在当今的内窥镜中，在维持变倍率的同时，要求宽广的可视角度，例如，作为远距离观察时可视角度超过160度(半视场角80度)，优选在165度以上。
所以，本发明目的在于提供虽然小型却在常规观察时(远距离观察时)有宽广的可视角度，并且在不降低放大观察时的倍率的情况下保持了适于观察的透镜性能的内窥镜用变倍光学系统及内窥镜。
用于解决课题的手段
本发明的一方面是用于内窥镜物镜单元的内窥镜用变倍光学系统。该内窥镜用变倍光学系统
从物体侧开始依次至少具备：
有负焦度的第一透镜组；以及
有正焦度的第二透镜组，
构成为通过在保持从所述第一透镜组的最靠物体侧的透镜面到像面的距离一定的同时，使所述第二透镜组相对于作为固定透镜组的所述第一透镜组在光轴方向的广角端位置与远摄端位置之间移动来使光学像变倍。
所述第一透镜组
从物体侧开始依次至少具有凹面朝向像侧的负透镜和凸面朝向物体侧的正透镜，
所述第二透镜组
从物体侧开始依次至少具有凸面朝向物体侧的正透镜以及通过接合负透镜和正透镜而成的接合透镜。
在将所述第一透镜组的合成焦距设为f1[mm]，将所述第二透镜组的合成焦距设为f2[mm]，将当所述第二透镜组在所述广角端位置时的整个系统的合成焦距设为fw[mm]，将当所述第二透镜组在所述远摄端位置时的整个系统的合成焦距设为ft[mm]，将所述第一透镜组内的所述正透镜的焦距设为fs1时，满足：
(1)0.6＜|fs1/f1|＜1.6、
(2)1.2＜ft/fw＜1.4、
(3)0.5＜|f2/f1|＜0.8。
优选，所述内窥镜用变倍光学系统满足：
(4)2.0＜|fs1/fw|＜4.0。
另外，优选，所述内窥镜用变倍光学系统满足：
(5)2.0＜|f1/fw|＜4.0。
优选，在将所述第一透镜组内的所述正透镜的物体侧的面的曲率半径设为rp1[mm]，将所述第一透镜组内的所述正透镜的像侧的面的曲率半径设为rp2(rp2≠rp1)[mm]，定义SF1＝(rp1+rp2)/(rp1-rp2)时，
所述内窥镜用变倍光学系统满足：
(6)-8.0＜SF1＜-2.0。
优选，所述内窥镜用变倍光学系统相对于所述第二透镜组在像侧具备是固定透镜组的第三透镜组，所述第三透镜组至少具备凸面朝向物体侧的正透镜。
优选，在所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的、所述第二透镜组的物体侧设置有光阑，
所述光阑与所述第二透镜组一起一体地移动。
本发明另一方面是内窥镜，具备：
所述内窥镜用变倍光学系统；以及
拍摄元件，接收通过所述内窥镜用变倍光学系统成像的物体的像的光。
发明的效果
根据上述的内窥镜用变倍光学系统及内窥镜，虽然小型，却在常规观察时(远距离观察时)有宽广的可视角度，并且能够在不降低放大观察时的倍率的情况下保持适于观察的透镜性能。
附图说明
图1是示意性示出搭载有本实施方式的内窥镜用变倍光学系统的内窥镜的结构的一个例子的图。
图2的(a)、(b)是示出一实施方式的内窥镜用变倍光学系统的结构的一个例子的图。
图3的(a)、(b)是示出另一实施方式的内窥镜用变倍光学系统的结构的一个例子的图。
图4的(a)、(b)是示出另外又一实施方式的内窥镜用变倍光学系统的结构的一个例子的图。
图5的(a)、(b)是示出另外又一实施方式的内窥镜用变倍光学系统的结构的一个例子的图。
图6的(a)、(b)是示出另外又一实施方式的内窥镜用变倍光学系统的结构的一个例子的图。
图7的(a)、(b)是示出另外又一实施方式的内窥镜用变倍光学系统的结构的一个例子的图。
图8的(a)～(d)是在实施例1中第二透镜组G2在广角端位置时的各种像差图，(e)～(h)是在实施例1中第二透镜组G2在远摄端位置时的各种像差图。
图9的(a)～(d)是在实施例2中第二透镜组G2在广角端位置时的各种像差图，(e)～(h)是在实施例2中第二透镜组G2在远摄端位置时的各种像差图。
图10的(a)～(d)是在实施例3中第二透镜组G2在广角端位置时的各种像差图，(e)～(h)是在实施例3中第二透镜组G2在远摄端位置时的各种像差图。
图11的(a)～(d)是在实施例4中第二透镜组G2在广角端位置时的各种像差图，(e)～(h)是在实施例4中第二透镜组G2在远摄端位置时的各种像差图。
图12的(a)～(d)是在实施例5中第二透镜组G2在广角端位置时的各种像差图，(e)～(h)是在实施例5中第二透镜组G2在远摄端位置时的各种像差图。
图13的(a)～(d)是在实施例6中第二透镜组G2在广角端位置时的各种像差图，(e)～(h)是在实施例6中第二透镜组G2在远摄端位置时的各种像差图。
具体实施方式
以下参照附图就本实施方式的内窥镜用变倍光学系统及内窥镜进行说明。图1是示出本发明的一实施方式涉及的内窥镜1的外观的外观图。
如图1所示，内窥镜1具备外部由具有可挠性的护套11a包装的插入部挠性管11。设置于插入部挠性管11的前端部分的弯曲部14根据从连结到插入部挠性管11的根端的手操作部分13开始的、弯曲操作把手13a的旋转操作而弯曲。弯曲机构是内嵌于一般的内窥镜的公知的机构，通过与弯曲操作把手13a的旋转操作连动的操作线的牵引使弯曲部14弯曲。在弯曲部14的前端连结有外部由具有硬质性的树脂制壳体包装的前端部12的根端。前端部12的方向根据通过弯曲操作把手13a的旋转操作而实现的弯曲动作而变化，由此内窥镜1的摄影区域移动。
在这样的前端部12的树脂制壳体的内部内嵌作为物镜单元使用的内窥镜用变倍光学系统100，所述内窥镜用变倍光学系统100在常规观察时(远距离观察时)具有宽广的可视角度，并且在不降低放大观察时的倍率的情况下保持了适于观察的透镜性能。为了采集摄影区域中的被摄体的图像数据，内窥镜用变倍光学系统100使来自被摄体的光的像在拍摄元件(省略图示)的受光面上成像并使拍摄元件接收光。作为拍摄元件，例如可以举出CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)图像传感器、CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器。
图2的(a)、(b)是示出一实施方式的内窥镜用变倍光学系统100的结构的一个例子的图。图2的(a)示出了第二透镜组G2在广角端位置并在内窥镜1中进行常规观察(远距离观察)的状态。图2的(b)示出了第二透镜组G2在远摄端位置并在内窥镜1中进行放大观察的状态。
如图2的(a)、(b)所示，内窥镜用变倍光学系统100从物体(被摄体)侧开始依次具有有负焦度的第一透镜组G1、光阑S、有正焦度的第二透镜组G2、有正焦度的第三透镜组G3。内窥镜用变倍光学系统100成为了如下结构，即、在保持从第一透镜组G1的最靠物体侧的透镜面到像面的距离(即、内窥镜用变倍光学系统100的全长)一定的同时使第二透镜组G2相对于是固定透镜组的第一透镜组G1在光轴方向AX的广角端位置与远摄端位置之间移动，由此来在保持聚焦状态的同时使整个系统的焦距(从第一透镜组G1到第三透镜组G3的合成焦距)变化，并使光学像变倍。即、若从最靠物体侧的透镜面到物体的被摄体距离变近了，则使第二透镜组G2移动以保持聚焦状态，以便被摄体根据该被摄体距离在拍摄元件的受光面成像。在第二透镜组G2在广角端位置时，内窥镜用变倍光学系统100的可视角度超过160°(半视场角超过80°)。构成各透镜组G1、G2、G3的各透镜具有以内窥镜用变倍光学系统100的光轴AX为中心旋转对称的形状。在第三透镜组G3的后段配置有拍摄元件用的校正滤色器。校正滤色器粘接到保护拍摄元件的未图示的玻璃罩。图中的“×”表示光轴AX上的成像位置。
在第二透镜组G2在广角端位置的情况下，在内窥镜1中进行常规观察(远距离观察)，在倍率最低的状态下观察。在第二透镜组G2在远摄端位置的情况下，在内窥镜1中进行对病变部等的放大观察，在倍率最高的状态下观察。第二透镜组G2能够根据从被摄体到第一透镜组G的物体侧的面的被摄体距离的远近移动到在广角端位置与远摄端位置之间的任意位置，以便在拍摄元件的受光面上成像。在广角端位置可视角度扩展得最宽广。
第一透镜组G1从物体侧开始依次至少具有凹面朝向像侧的负透镜(在图2的例子中为透镜L1)、凸面朝向物体侧的正透镜L3，是比光阑S配置得更靠物体侧的有负焦度的透镜组。所谓“至少具有”意指在第一透镜组G1中在透镜L1与透镜L3之间可以具有其他的透镜、平板等光学元件，在透镜L3的像侧可以具有光学元件。在后述的第二透镜组G2和第三透镜组G3中，也以相同的意思内容表达为“至少具有”。如图2的(a)所示，在第一透镜组G1中设置有物体侧的面为平面而像侧的面为凸面的正透镜L2。
第二透镜组G2是紧接光阑S的后面配置的有正焦度的透镜组，为了抑制色差的发生，其构成为，从物体侧开始依次具有凸面朝向物体侧的是正透镜的透镜L4、通过接合正负两个透镜L5、L6而成的接合透镜CL1。在图2的(a)示出的例子中，第二透镜组G2在接合透镜CL1的像侧具备是正透镜的透镜L7。
需要说明的是，在接合透镜CL1中，是负透镜的透镜L5配置在物体侧，是正透镜的透镜L6配置在像侧，在一实施方式中，也可以将正透镜配置在物体侧而将负透镜配置在像侧。
为了对在拍摄元件的受光面上成像的光学像变倍，第二透镜组G2与光阑S一体地在光轴AX方向上移动。通过使第二透镜组G2与光阑S一体地移动，能够有效地抑制当第二透镜组G2在远摄端位置时发生像散。
光阑S是具有以光轴AX为中心的预定的圆形开口的板状部件，或者是在第二透镜组G2的、距离光阑S最近的透镜面中，具体地，在图2的(a)示出的例子中是在透镜L4的物体侧面中涂镀以光轴AX为中心的预定的圆形区域以外的区域得到的遮光膜。光阑S的厚度与构成内窥镜用变倍光学系统100的各光学透镜的厚度相比非常薄，在计算内窥镜用变倍光学系统100的光学性能方面可以忽略。
在第二透镜组G2的像侧设置有第三透镜组G3。第三透镜组G3由有正焦度且凸面朝向物体侧的是正透镜的透镜L8构成。第三透镜组G3与第一透镜组G1相同，是固定透镜组。虽然在图2的(a)示出的例子中设置有第三透镜组G3，但是也可以不设置第三透镜组G3。从通过将凸面朝向物体侧的正透镜设置为第三透镜组G3抑制从变倍时的出射光瞳朝向拍摄元件的光的出射角度方面考虑，优选设置第三透镜组G3。
所谓透镜组，除了像第一透镜组G1或者第二透镜组G2那样地是设置有多个透镜的结构以外，也可以像第三透镜组G3那样地，是由单一的透镜构成的透镜组。
在这样的内窥镜用变倍光学系统100中，通过将第一透镜组G1内的在最靠光阑侧的是正透镜的透镜L3设为凸面朝向物体侧的正凹凸透镜，能够抑制入射光线高度。如上所述，通过使光阑S与第二透镜组G2一体地移动，能够抑制在放大观察时发生像散。
另外，通过在第二透镜组G2的中央附近配置接合透镜CL1能够抑制变倍时的色差变化。
在这里，当将第一透镜组G1的合成焦距设为f1[mm]，将第二透镜组G2的合成焦距设为f2[mm]，将第二透镜组G2在广角端位置时的整个系统的合成焦距设为fw[mm]，将第二透镜组G2在远摄端位置时的整个系统的合成焦距设为ft[mm]，将在第一透镜组G1内在最靠像侧处的正透镜(在图2的(a)示出的例子中是透镜L3)的焦距设为fs1时，内窥镜用变倍光学系统100满足：
式(1)0.6＜|fs1/f1|＜1.6、
式(2)1.2＜ft/fw＜1.4、
式(3)0.5＜|f2/f1|＜0.8。
上述式(1)表示第一透镜组G1内的是凹凸透镜的透镜L3的焦距fs1与第一透镜组G1的合成焦距f1的比范围。通过满足该式(1)能够在使得常规观察(远距离观察)时的可视角度为宽广的状态的同时，缩小内窥镜用变倍光学系统100的直径。若焦距fs1与第一透镜组G1的合成焦距f1的比的绝对值|fs1/f1|变为1.6以上，透镜L3的正焦度则会变弱且第一透镜组G1的外径会变小，但是由于透镜的中心偏离光轴AX1(由于离心)透镜性能会变得容易大幅度降低。另外，会发生大幅度的慧差、畸变像差，而变得难以校正。另一方面，若比的绝对值|fs1/f1|变为0.6以下，透镜L3的正焦度会变强，为了确保可视角度，第一透镜组G1的外径变大且内窥镜用变倍光学系统100的全长也变长。
上述式(2)表示常规观察(远距离观察)时的整个系统的焦距fw与放大观察时的整个系统的焦距fw的比ft/fw的范围。式(2)是用于相对于观察距离将像的变倍纳入恰当的范围的条件式。若比ft/fw变为1.4以上，由变倍导致的F数的变化则会变大，且放大观察时的解像降低。若比ft/fw变为1.2以下，放大观察时的像倍率则会变小，不能够充分地观察。
上述式(3)是表示第二透镜组G2的合成焦距f2与第一透镜组G1的合成焦距f1的比的范围。通过满足式(3)，内窥镜用变倍光学系统100虽然小型，却能够确保变倍所需的第二透镜组G2的移动量。若比的绝对值|f2/f1|变为0.8以上，第二透镜组G2的焦度则会变弱，由于伴随变倍的移动量变长，内窥镜用变倍光学系统100的全长变长。若比的绝对值|f2/f1|变为0.5以下，第二透镜组G2的焦度则会变强，伴随变倍的移动量会变小，但是匹兹阀和为负值且其绝对值变大，且变得难以校正像面弯曲。
因此，内窥镜用变倍光学系统100通过构成为满足上述式(1)～(3)，能够设为虽然小型却在常规观察时(远距离观察时)具有宽广的可视角度、并且在不降低放大观察时的倍率的情况下保持了适于观察的透镜性能内窥镜用变倍光学系统。
图3的(a)、(b)是示出另一实施方式的内窥镜用变倍光学系统100的结构的一个例子的图。图3的(a)示出了第二透镜组G2在广角端位置并在内窥镜1中进行常规观察(远距离观察)的状态。图3的(b)示出了第二透镜组G2在远摄端位置并在内窥镜1进行放大观察的状态。
如图3的(a)、(b)所示，内窥镜用变倍光学系统100从物体(被摄体)侧开始依次具有有负焦度的第一透镜组G1、光阑S、有正焦度的第二透镜组G2、有正焦度的第三透镜组G3。
与图2的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构相比，在图3的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构中，没有透镜L2，取而代之，将在物体侧具有凸面且在像侧也有凸面的是正透镜的透镜L9设置为第三透镜组G3。进一步地，与图2的(a)、(b)示出的结构不同，在图3的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构中，透镜L8成为第二透镜组G2的一部分从而成为了移动的结构。
在这样的结构的情况下，通过满足上述的式(1)～(3)，能够在将常规观察(远距离观察)时的可视角度维持为宽广的状态的同时，缩小内窥镜用变倍光学系统100的直径，还能够相对于观察距离将像的变倍纳入恰当的范围，并且能够确保变倍所需的第二透镜组G2的移动量。即、能够设为虽然小型却在常规观察时(远距离观察时)具有宽广的可视角度、并且在不降低放大观察时的倍率的情况下保持了适于观察的透镜性能的内窥镜用变倍光学系统。
图4的(a)、(b)是示出另外又一实施方式的内窥镜用变倍光学系统100的结构的一个例子的图。图4的(a)示出了第二透镜组G2在广角端位置并在内窥镜1中进行常规观察(远距离观察)的状态。图4的(b)示出了第二透镜组G2在远摄端位置并在内窥镜1中进行放大观察的状态。
如图4的(a)、(b)所示，内窥镜用变倍光学系统100从物体(被摄体)侧开始依次具有有负焦度的第一透镜组G1、光阑S、有正焦度的第二透镜组G2、有正焦度的第三透镜组G3。
虽然是与图2的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构相同的结构，但是图4的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构中使用平板以代替图2的(a)、(b)示出的透镜L2。在图4的(a)、(b)中，虽然示出了相同符号L2，却是平板L2。
即便是在这样的结构的情况下，通过满足上述的式(1)～(3)，也能够在将常规观察(远距离观察)时的可视角度维持为宽广的状态的同时，缩小内窥镜用变倍光学系统100的直径，还能够相对于观察距离将像的变倍纳入恰当的范围，并且能够确保变倍所需的第二透镜组G2的移动量。即、能够设为虽然小型却在常规观察时(远距离观察时)具有宽广的可视角度、并且在不降低放大观察时的倍率的情况下保持了适于观察的透镜性能的内窥镜用变倍光学系统。
图5的(a)、(b)是示出另外又一实施方式的内窥镜用变倍光学系统100的结构的一个例子的图。图5的(a)示出了第二透镜组G2在广角端位置并在内窥镜1中进行常规观察(远距离观察)的状态。图5的(b)示出了第二透镜组G2在远摄端位置并在内窥镜1中进行放大观察的状态。
如图5的(a)、(b)所示，内窥镜用变倍光学系统100从物体(被摄体)侧开始依次具有有负焦度的第一透镜组G1、光阑S、有正焦度的第二透镜组G2。
与图2的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构相比，在图5的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构中没有透镜L2。与图3的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构相比也没有透镜L9。即、图5的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100成为了没有第三透镜组G3且透镜L4～L8与光阑S一体地移动的结构。
即便是在这样的结构的情况下，通过满足上述的式(1)～(3)，也能够在将常规观察(远距离观察)时的可视角度维持为宽广的状态的同时，缩小内窥镜用变倍光学系统100的直径，还能够相对于观察距离将像的变倍纳入恰当的范围，并且能够确保变倍所需的第二透镜组G2的移动量。即、能够设为虽然小型却在常规观察时(远距离观察时)具有宽广的可视角度、并且在不降低放大观察时的倍率的情况下保持了适于观察的透镜性能的内窥镜用变倍光学系统。
图6的(a)、(b)是示出另外又一实施方式的内窥镜用变倍光学系统100的结构的一个例子的图。图6的(a)示出了第二透镜组G2在广角端位置并在内窥镜1中进行常规观察(远距离观察)的状态。图6的(b)示出了第二透镜组G2在远摄端位置并在内窥镜1中进行放大观察的状态。
如图6的(a)、(b)所示，内窥镜用变倍光学系统100从物体(被摄体)侧开始依次具有有负焦度的第一透镜组G1、光阑S、有正焦度的第二透镜组G2、有正焦度的第三透镜组G3。
与图2的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构相比，在图6的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构中没有透镜L2。另外，与图5的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构不同，在图6的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构中，如图6的(b)所示，透镜L8作为第三透镜组G3成为了不移动的结构。
即便是在这样的结构的情况下，通过满足上述的式(1)～(3)，也能够在将常规观察(远距离观察)时的可视角度维持为宽广的状态的同时，缩小内窥镜用变倍光学系统100的直径，还能够相对于观察距离将像的变倍纳入恰当的范围，并且能够确保变倍所需的第二透镜组G2的移动量。即、能够设为虽然小型却在常规观察时(远距离观察时)具有宽广的可视角度、并且在不降低放大观察时的倍率的情况下保持了适于观察的透镜性能的内窥镜用变倍光学系统。
图7的(a)、(b)是示出另外又一实施方式的内窥镜用变倍光学系统100的结构的一个例子的图。图7的(a)示出了第二透镜组G2在广角端位置在并内窥镜1中进行常规观察(远距离观察)的状态。图7的(b)示出了第二透镜组G2在远摄端位置并在内窥镜1中进行放大观察的状态。
如图7的(a)、(b)所示，内窥镜用变倍光学系统100从物体(被摄体)侧开始依次具有有负焦度的第一透镜组G1、光阑S、有正焦度的第二透镜组G2、有正焦度的第三透镜组G3。
虽然是与图2的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构相同的结构，但是在图7的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构中，图7的(a)、(b)示出的透镜L2不是像侧的面为凸面的正透镜，而是像侧的面为凹面的负透镜。
即便是在这样的结构的情况下，通过满足上述的式(1)～(3)，也能够在将常规观察(远距离观察)时的可视角度维持为宽广的状态的同时，缩小内窥镜用变倍光学系统100的直径，还能够相对于观察距离将像的变倍纳入恰当的范围，并且能够确保变倍所需的第二透镜组G2的移动量。即、能够设为虽然小型却在常规观察时(远距离观察时)具有宽广的可视角度、并且不降低放大观察时的倍率的情况下保持了适于观察的透镜性能的内窥镜用变倍光学系统。
在这样的图2～图7示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构中，优选具备以下说明的方式。
即、根据内窥镜用变倍光学系统100的一实施方式，优选，内窥镜用变倍光学系统100满足：
式(4)2.0＜|fs1/fw|＜4.0。
式(4)表示第一透镜组G1内的在最靠光阑S侧的是正透镜的透镜L3的焦距fs1与常规观察(远距离观察)时的整个系统的焦距fw的比的范围。通过满足式(4)，能够抑制在第一透镜组G1内发生的像差，并能够抑制透镜性能在变倍时变化。若比的绝对值|fs1/fw|变为4.0以上，透镜L3的正焦度则会变弱，且变得难以抵消在负透镜发生的像差。另外，若想要将透镜像差抑制在恰当的范围内，可视角度则会变窄。若比的绝对值|fs1/fw|变为2.0以下，由于透镜L3的正焦度变得过强，在常规观察时畸变像差的发生变得严重且周边解像降低。另外，由于变得难以校正放大观察时在正透镜发生的像差，所以变得难以维持光学性能。
另外，根据内窥镜用变倍光学系统100的一实施方式，优选，内窥镜用变倍光学系统100满足：
式(5)2.0＜|f1/fw|＜4.0。
式(5)是表示第一透镜组G1的合成焦距f1与常规观察(远距离观察)时的整个系统的焦距fw的比|f1/fw|的范围。通过满足该条件式(5)，能够抑制第一透镜组G1的有效直径。若比的绝对值|f1/fw|变为2.0以下，第一透镜组G1的负焦度则会变强，由于物体侧的透镜L1的负焦度变强，慧差变大。若比的绝对值|f1/fw|变为4.0以上，为了确保第一透镜组G1的负焦度，则必须增大位于最靠物体侧的负透镜的有效直径。
另外，根据内窥镜用变倍光学系统100的一实施方式，优选，内窥镜用变倍光学系统100满足：
式(6)-8.0＜SF1＜-2.0。
在这里，当将第一透镜组G1内在最靠像侧的正透镜、在图2的(a)示出的例子中为透镜L3的物体侧的面的曲率半径设为rp1[mm]，并将第一透镜组G1内在最靠像侧的正透镜的像侧的面的曲率半径设为rp2(rp2≠rp1)[mm]时，定义SF1＝(rp1+rp2)/(rp1-rp2)。
SF1规定第一透镜组G1内在最靠像侧的正透镜、在图2的(a)示出的例子中透镜L3的形状。通过满足式(6)，能够在维持可视角度为宽广的状态不变并抑制在常规观察(远距离观察)时由透镜导致的像失真，并且能有抑制由透镜的中心偏离光轴AX1而导致的(由离心导致的)透镜像差变化。若SF1变为-8.0以下，物体侧的面的曲率半径rp1则会变大，由于抑制各像差的发生，而变得难以校正变倍时的透镜的像差。若SF1变为-2.0以上，物体侧的面的曲率半径rp1则会变小，且形变会变大。另外，由透镜的中心偏离光轴AX1导致的(由离心导致的)透镜像差的变化增大且透镜性能降低变大。
接下来，使用实施例1～6对图2～图7示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构中的透镜性能进行说明。
(实施例1)
将图2的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构用作实施例1。将实施例1的具体数值(设计值)在表1中示出。表1的上栏(面数据)中示出的面编号NO除了对应光阑S的面编号7之外，均与图2的(a)中的面符号rn(n是自然数)相对应。在表1的上栏中，R[mm]表示包括透镜的光学部件的各面的曲率半径，D[mm]表示光轴AX上的光学部件的厚度或者光学部件间隔，N(d)表示d线(波长588nm)的折射率，VD表示d线的阿贝数。
表1的下栏(各种数据)示出了实施例1的规格(有效F数、整个系统的合成焦距[mm]、光学倍率、半视场角[度]、像高[mm]、组间隔D6[mm]、组间隔D14[mm])。
组间隔D6是第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的间隔。组间隔D14是第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的间隔。组间隔D6、组间隔D14根据变倍位置(广角端位置和远摄端位置)变化。在表1中，内窥镜用变倍光学系统100所位于的广角端位置表示为“广角”，远摄端位置表示为“远摄”。
【表1】
图8的(a)～(d)是在实施例1中第二透镜组G2在广角端位置时的各种像差图。图8的(e)～(h)是在实施例1中第二透镜组G2在远摄端位置时的各种像差图。图8的(a)、(e)表示d线、g线(波长436nm)、C线(波长656nm)下的球面像差和轴向色差。图8的(b)、(f)表示d线、g线、C线下的倍率色差。在图8的(a)、(b)、(e)、(f)中，实线表示d线下的像差，虚线表示g线下的像差，单点划线表示C线下的像差。图8的(c)、(g)示出像散。在图8的(c)、(g)中，实线表示弧矢成分“S”，虚线表示径向成分“M”。图8的(d)、(h)示出畸变像差。图8的(a)～(c)和(e)～(g)的纵轴表示像高，横轴表示像差量。图8的(d)、(h)的纵轴表示像高，横轴表示失真率(％表示)。需要说明的是，对于实施例1的表1或图8的(a)～(h)的说明在后续的实施例的各表或各附图中也适用。
在实施例1中，在将第二透镜组G2在广角端位置时的半视场角设为85.6度(可视角度171.2度)的同时，能够抑制透镜L1的有效直径，并成为了能够抑制整个内窥镜用变倍光学系统100的径向的尺寸的结构。并且，在不降低放大观察时的倍率的情况下，无论在广角端位置、远摄端位置中的任一位置均良好地抑制了像差(参照图8的(a)～(h))。
(实施例2)
将图3的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构用作实施例2。
实施例2的具体数值(设计值)在表2中示出。
在表2的下栏(各种数据)中，代之以表1的组间隔D6[mm]，变为了组间隔D4[mm]，组间隔D4是第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的间隔。
【表2】
图9的(a)～(d)是在实施例2中第二透镜组G2在广角端位置时的各种像差图。图9的(e)～(h)是在实施例2中第二透镜组G2在远摄端位置时的各种像差图。
即便是实施例2中也能够在将第二透镜组G2在广角端位置时的半视场角设为88.0度(可视角度176.0度)的同时，抑制透镜L1的有效直径，并成为抑制了整个内窥镜用变倍光学系统100的径向的尺寸的结构。并且，在不降低放大观察时的倍率的情况下，无论在广角端位置、远摄端位置中的任一位置均良好地抑制了像差(参照图9的(a)～(h))。
(实施例3)
将图4的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构用作实施例3。
实施例3的具体数值(设计值)在表3中示出。
【表3】
图10的(a)～(d)是在实施例3中第二透镜组G2在广角端位置时的各种像差图。图10的(e)～(h)是在实施例3中第二透镜组G2在远摄端位置时的各种像差图。
即便是在实施例3中也能够在将第二透镜组G2在广角端位置时的半视场角设为86.7度(可视角度173.4度)的同时抑制透镜L1的有效直径，并成为了抑制了整个内窥镜用变倍光学系统100的径向的尺寸的结构。并且，在不降低放大观察时的倍率的情况下，无论在广角端位置、远摄端位置中的任一位置均良好地抑制了像差(参照图10的(a)～(h))。
(实施例4)
将图5的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构用作实施例4。
将实施例4的具体数值(设计值)在表4中示出。在表4的下栏(各种数据)中，代之以表1的组间隔D6[mm]，变为了组间隔D4[mm]，组间隔D4是第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的间隔。
【表4】
图11的(a)～(d)是在实施例4中第二透镜组G2在广角端位时的各种像差图。图11的(e)～(h)是在实施例4中第二透镜组G2在远摄端位置时的各种像差图。
即便是在实施例4中也能够在将第二透镜组G2在广角端位置时的半视场角设为86.6度(可视角度173.2度)的同时，抑制透镜L1的有效直径，并成为了抑制了整个内窥镜用变倍光学系统100的径向的尺寸的结构。并且，在不降低放大观察时的倍率的情况下，无论在广角端位置、远摄端位置中的任一位置均良好地抑制了像差(参照图11的(a)～(h))。
(实施例5)
将图6的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构用作实施例5。
将实施例5的具体数值(设计值)在表5中示出。在表5的下栏(各种数据)中，代之以表1的组间隔D6[mm]，变成了组间隔D4[mm]，代之以组间隔D14变成了组间隔D12，组间隔D4是第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的间隔。组间隔D12为第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的间隔。
【表5】
图12的(a)～(d)是在实施例5中第二透镜组G2在广角端位置时的各种像差图。图12的(e)～(h)是在实施例5中第二透镜组G2在远摄端位置时的各种像差图。
即便是在实施例5中，也能够在将第二透镜组G2在广角端位置时的半视场角设为86.3度(可视角度172.6度)的同时抑制透镜L1的有效直径，并成为了抑制了整个内窥镜用变倍光学系统100的径向的尺寸的结构。并且，在不降低放大观察时的倍率的情况下，无论在广角端位置、远摄端位置中的任一位置均良好地抑制了像差(参照图12的(a)～(h))。
(实施例6)
将图7的(a)、(b)示出的内窥镜用变倍光学系统100的结构用作实施例6。
将实施例6的具体数值(设计值)在表6中示出。
【表6】
图13的(a)～(d)为在实施例6中第二透镜组G2在广角端位置时的各种像差图。图13的(e)～(h)为在实施例6中第二透镜组G2在远摄端位置时的各种像差图。
即便是在实施例6中，也能够在将第二透镜组G2在广角端位置时的半视场角设为86.2度(可视角度172.4度)的同时，抑制透镜L1的有效直径，并成为了抑制了整个内窥镜用变倍光学系统100的径向的尺寸的结构。并且，在不降低放大观察时的倍率的情况下，无论在广角端位置、远摄端位置中的任一位置均良好地抑制了像差(参照图13的(a)～(h))。
表7示出根据表1～6示出的各尺寸算出的式(1)～(6)的比或者比的绝对值。
【表7】
如表7所示，在实施例1～6的各实施例中满足上述的式(1)～(3)。由此，在本实施例1～6的各实施例中，虽然小型却在常规观察时(远距离观察时)具有宽广的可视角度，并且能够在不降低放大观察时的倍率的情况下保持适于观察的透镜性能。并且，在满足式(4)～(6)的各实施例中，具有更进一步的上述效果。
以上就本发明的内窥镜用变倍光学系统及内窥镜进行了详细说明，但是本发明的内窥镜用变倍光学系统及内窥镜不限于上述实施方式或者实施例，不用说在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种改良、变更。
附图标记说明
1...内窥镜；11...插入部挠性管；11a...护套；12...前端部；13...手操作部分；13a...弯曲操作把手；14...弯曲部；100...内窥镜用变倍光学系统。
