内窥镜物镜光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种应用于医疗用内窥镜的内窥镜物镜光学系统。
【背景技术】
[0002] 例如，在通过内窥镜观察泌尿系统脏器的情况下，观察空间被尿液充满，通过使生 理盐水等灌流液进行灌流来确保比较透明的视野。无论是灌流液还是尿液都以水为主体， 盐分、糖分等的浓度也不那么高，因此能够认为折射率等同于水的折射率。因此，在将这些 脏器作为观察对象的内窥镜中，将物体侧介质视为水的水中观察时的光学设计、性能影响 实用性。
[0003] 对于水中观察用的内窥镜物镜光学系统来说最应注意的点是水中视角相对于空 气中视角变窄。水的d线折射率在常温下为1.333,下面示出将内窥镜物镜光学系统的外表 面设为平面的情况下的空气中视角与水中视角之间的关系。
[0004]空气中视角 180° 160° 140° 120°
[0005]水中视角 97.2。 95. 3° 89. 7° 81.0°
[0006]当列举膀胱用内窥镜为例时，即使是比较广的空气中视角120°的情况，实际的膀 胱内观察时也为水中视角81°，在水中，视野范围变得非常窄。为了搜索膀胱内表面整个区 域的病变，手术操作者进行内窥镜的前端弯曲操作、插入部插拔、插入部扭转的组合操作， 但是如果水中视角窄，则使它们的操作频率增加，以作业效率的观点来看并非所期望的。通 过进一步扩大水中视角能够减轻手术操作者的内窥镜操作上的负担，能够期待诊断、处置 的效率改善。因此，作为与内窥镜的水中观察或者广角观察有关的物镜光学系统，例如在专 利文献1中公开了空气中视角最大为138. 3°的物镜光学系统，在专利文献2中公开了空气 中视角为180°以上的物镜光学系统，在专利文献3中公开了空气中视角为190°~227° 的物镜光学系统。
[0007] 专利文献1:日本特开平5-288986号公报
[0008] 专利文献2:日本特开平10-288742号公报
[0009] 专利文献3:日本特许第4819203号公报
【发明内容】
[0010] 发明要解决的问题
[0011] 然而，上述的各专利文献都存在如下那样的问题。
[0012] S卩，专利文献1的物镜光学系统就空气中视角来说是广角，但是基于第一面是平 面的情况，当根据斯涅耳定律进行水中换算时，水中视角为89°，在实际使用时不能说是足 够的视角。
[0013] 在专利文献2的物镜光学系统中，物镜光学系统的第一透镜是在物体侧具有较强 的凸面的凹弯月透镜，这样的形状由于未预期的物体碰撞而容易在透镜上产生划痕、裂纹 等损坏。还公开了为了防止第一透镜损坏而使框突出的设计，但是在该结构中，照明光被框 突出部遮蔽，由此配光变差。并且，在框与透镜间具有台阶的结构中，难以去除台阶部的脏 污，在医疗用的情况下，产生清洗、消毒、灭菌性的问题。另一方面，为了提高抗划性、抗裂性 而需要在第一透镜的材料中使用蓝宝石等高硬度光学材料，但是高硬度光学材料一般加工 性差，凸面大幅突出的凹弯月形状使得加工难度高。
[0014] 另外，在专利文献2的物镜光学系统的框构造中，从物体侧落入凹弯月第一透镜， 该透镜固定构造的课题在于确保作为医疗用的可靠性。也就是说，当在第一透镜的固定中 使用粘结剂时，在医疗用时由于每次使用时的消毒、灭菌的反复进行而由化学或者温度、湿 度导致的粘结剂劣化积累了不少，因此由于劣化的积累而透镜有可能在物体侧脱落。另 一方面，作为与粘结剂相比可靠性更高的透镜固定方法，还考虑到焊接，但是在凹弯月透镜 中，由于焊料固化时的收缩应力而透镜有可能毁坏，从而难以采用焊接构造。
[0015] 并且，在专利文献2中，由于将照明光学系统的光轴向外侧倾斜，因此难以实现前 端外径的细径化。在优先细径化而使照明光学系统的光轴与物镜光学系统平行的情况下， 预计产生由于照明光直射向物镜光学系统的大幅突出的凸面而引起的光斑。
[0016] 专利文献3的物镜光学系统由于物镜光学系统前端面是较强的凸面，因此具有与 上述的专利文献2的物镜光学系统同样的问题。
[0017] 本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于提供一种即使在水中观察时也具有 广的视角且确保作为医疗用内窥镜的可靠性并能够容易地进行安装设计的物镜光学系统。
[0018] 用于解决问题的方案
[0019] 为了达成上述目的，本发明提供以下方案。
[0020] 本发明的一个方式提供一种内窥镜物镜光学系统，其用于水中观察，满足以下条 件式。
[0021] 1 <Iw<ft< 1. 8 …（1)
[0022] 0? 6 <Ia/Iw< 0? 95... (2)
[0023] 其中，Iw是水中观察时的最大像高，ft是空气中观察时的物镜光学系统整个系统 的焦距，la是在空气中观察时主光线能够透过的最大像高。
[0024] 上述的⑴式是与水中观察时的视角有关的条件，⑴式的右侧不等式（Iw/ ft〈l. 8)用于避免在水中观察时过度的广角化。如果Iw/ft低于（1)式的下限，则水中视角 窄而变得不足，如果超过上限，则水中视角变得过广而产生图像周边部的亮度下降（照明 光学系统侧的配光不足、物镜光学系统的周边光量下降）。
[0025] (2)式是对水中观察时与空气中观察时的最大像高的关系进行规定的条件，如果 超过（2)式的上限，则作为空气中观察的补偿而获得的水中视角广角化不足，不是所期望 的。另外，如果低于（2)式的下限，则空气中观察时的有效图像面积变得过小，在白平衡取 得、制造时的组装和品质检查时，导致调光不充分、妨碍周边图像缺陷检测。
[0026] 因而，根据本方式，在水中观察时也具有广的视角，能够确保作为医疗用内窥镜的 可靠性并容易地进行安装设计。
[0027] 在上述方式中，优选的是，具备在物体侧具有负的折射力的第一组，该第一组是单 透镜的第一透镜，满足以下条件式。
[0028] |DLl/RLla| < 0? 4…（3)
[0029] -3 <fLl/ft< -1... (4)
[0030] 其中，DL1是第一透镜的外径，RLla是第一透镜的物体侧面的曲率半径，fLl是第 一透镜的焦距。
[0031] 上述的（3)式是减小第一透镜物体侧面的凸凹程度而形成比较接近平面的结构 的条件。例如在第一组由平板构成的情况下，能够透过与空气接触的平板的像侧面的光线 形成与空气中观察状态的物体侧面相同的角度，因此无法使Iw大于la。在第一组中，由于 非常大的角度的光线束通过，因此透镜厚度与光线高度密切相关，如果使厚度增加，则透镜 外径增加。因此，在第一组中避免使用透镜厚度增加的接合透镜，从而需要通过单透镜实现 薄壁化。
[0032] 如果凸面侧超过上述（3)式的上限，则从透镜外径端起的突出变得过大而难以进 行避免透镜损坏、照明光入射的机械设计。另外，如果凹面侧超过上述（3)式的上限，则从 透镜外径端起的凹陷变得过大而清洗性下降、凹面周边部的菲涅尔反射率增加。
[0033] (4)式是与第一透镜的焦距有关的条件。为了与（2)式关联地使Iw大于Ia，而需 要将第一透镜的焦度设为负，焦度的绝对量也具有适当的范围。如果低于（4)式的下限，则 焦度过弱而难以实现水中的广角化，如果超过（4)式的上限，则负焦度过强而产生像面弯 曲的校正过度倾向。
[0034] 另外，在上述方式中，优选的是，上述第一透镜是物体侧面为平面的平凹透镜。
[0035] 通过这样，能够提供一种加工性良好且低成本的物镜光学系统。此外，为了第一透 镜整体上为负焦度，而像侧面成为凹面，但是物体侧面无论是平面、凸面还是凹面均能够采 用。将第一透镜设为平凹透镜从加工性和成本的观点出发是最优选的，并且，能够采用加工 性差的蓝宝石等高硬度难加工材料，能够改善磨损性。
[0036] 另外，本发明的另一方式提供一种内窥镜物镜光学系统，其用于水中观察，该内窥 镜物镜光学系统从物体侧起依次具备具有负的折射力的前组、亮度光圈以及具有正的折射 力的后组，上述前组包括具有负的折射力的第一组和具有负的折射力的第二组，上述第一 组是单透镜的第一透镜，上述第二组是单透镜或者接合透镜，该内窥镜物镜光学系统满足 以下的条件式。
[0037] 1 <Iw/ft< 1. 8 …（5)
[0038] 其中，Iw是水中观察时的最大像高，ft是空气中观察时的物镜光学系统整个系统 的焦距。
[0039] 通过这样来构成隔着亮度光圈地包括负的前组-正的后组的所谓反远距 (Retrofocus)型，因此能够实现水中观察时的广角化和充分的像面弯曲校正。
[0040] 具体地说，根据水中视角的不同很难仅通过一个组来提供前组的负的折射力，因 此期望分割为第一组、第二组两个负的组。另外，第一组期望通过能够薄壁化的单透镜来构 成。通过第一组的折射而使角度缓和从而光线高度下降，因此第二组可以通过单透镜构成， 也可以通过接合透镜构成。
[0041] 通过这样构成并满足上述（5)式的条件，能够将即使在水中观察时也具有足够的 广角的内窥镜物镜光学系统构成为现实的透镜。
[0042] 另外，在上述方式中，优选的是，满足以下条件式。
[0043] |DLl/RLla| < 0? 4…（6)
[0044] -3 <fLl/ft< -1... (7)
[0045] 其中，DL1是第一透镜的外径，RLla是第一透镜的物体侧面的曲率半径，fLl是第 一透镜的焦距。
[0046] 上述的（6)式是减小第一透镜物体侧面的凸凹程度而形成比较接近平面的结构 的条件。例如在第一组由平板构成的情况下，能够透过与空气接触的平板的像侧面的光线 形成与空气中观察状态的物体侧面相同的角度，因此无法使Iw大于la。在第一组中，由于 非常大的角度的光线束通过，因此透镜厚度与光线高度密切相关，如果使厚度增加，则透镜 外径增加。因此，在第一组中避免使用透镜厚度增加的接合透镜，从而需要通过单透镜实现 薄壁化。
[0047] 如果凸面侧超过上述（6)式的上限，则从透镜外径端起的突出变得过大而难以进 行避免透镜损坏、照明光入射的机械设计。另外，如果凹面侧超过上述（6)式的上限，则从 透镜外径端起的凹