CN105474067A - 摄像装置 - Google Patents

Abstract

能够将观察方向在直视与斜视之间切换，并且获取焦点聚焦于适当的位置的图像。提供一种摄像装置(1)，其具备：形成物体的光学像的物镜光学系统(2)；摄像元件(3)，其对由该物镜光学系统(2)形成的光学像进行摄影；光学构件(4)，其能够插入和脱离于物镜光学系统(2)的光轴的中途位置；以及移动机构，其使该光学构件(4)在物镜光学系统(2)的光轴上的位置与偏离光轴的位置之间移动，其中，光学构件(4)具有使物镜光学系统(2)的光轴偏转的偏转面(4a)以及具有焦度的折射面(4b)。

Description

摄像装置

技术领域

本发明涉及一种摄像装置。

背景技术

以往，已知一种具备设置在物镜光学系统的光轴上的棱镜来对倾斜方向的视野进行摄影的斜视型的内窥镜(例如参照专利文献1。)。棱镜是具有相对于物镜光学系统的光轴倾斜的倾斜面的楔形，通过该倾斜面使物镜光学系统的入射侧的光轴偏转，由此能够观察倾斜方向的视野。

专利文献1：日本特开2002-550号公报

发明内容

发明要解决的问题

通过使这种楔形的棱镜插入和脱离于直视用的物镜光学系统的光轴上，能够将观察方向在直视与斜视之间切换。然而，存在以下问题：在将棱镜插入于物镜光学系统的光轴上时，物镜光学系统的光轴上的空气换算长度变化，由此导致焦点偏离适当的位置。

本发明是鉴于上述的情形而完成的，其目的在于提供一种能够将观察方向在直视与斜视之间切换且能够获取焦点聚焦于适当的位置的图像的摄像装置。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明提供以下方案。

本发明的一个方式是一种摄像装置，具备：物镜光学系统，其形成物体的光学像；摄像元件，其对由该物镜光学系统形成的光学像进行摄影；光学构件，其能够插入和脱离于所述物镜光学系统的光轴的中途位置；以及移动机构，其使该光学构件在所述物镜光学系统的光轴上的第一位置与偏离该光轴的第二位置之间移动，其中，所述光学构件具有使所述物镜光学系统的光轴偏转的偏转面以及具有焦度的折射面。

根据本方式，在光学构件被配置在偏离物镜光学系统的光轴的第二位置时，物镜光学系统的光轴成为一条直线，能够观察物镜光学系统的正面前方的视野。另一方面，在光学构件被配置在物镜光学系统的光轴上的第一位置时，通过偏转面使入射至物镜光学系统的光的光轴偏转，由此能够观察物镜光学系统的斜前方的视野。因而，通过移动机构使光学构件在这些第一位置与第二位置之间移动，能够将观察方向在直视与斜视之间切换。

在该情况下，能够通过折射面所具有的焦度来校正由于将光学构件插入于光轴上而产生的焦点的偏移。由此，在斜视观察中也能够通过摄像元件获取焦点聚焦于适当的位置的图像。

在上述方式中，也可以为，所述折射面具有正焦度。

通过这样，利用折射面的正焦度来抵消由于将光学构件插入到光轴上而产生的焦点向物体侧的偏移。因而，在斜视观察中，能够获取焦点聚焦于物镜光学系统的近前侧的图像。

在上述方式中，也可以为，所述光学构件具有沿所述光轴相互相向配置的两个面，所述两个面中的一方为所述偏转面，另一方为所述折射面。

通过这样，能够使光学构件的形状简单。

在上述方式中，也可以为，所述光学构件是具有所述偏转面和所述折射面的大致楔形，所述偏转面由相对于所述物镜光学系统的光轴倾斜的平面构成，所述折射面由以所述物镜光学系统的光轴为对称轴的球面或非球面构成。

通过这样，能够使光学构件的形状简单。

在上述方式中，也可以为，还具备配置在所述光学构件附近的光圈，该光圈具备具有短轴和长轴的细长形状的开口，并且被配置成该开口的所述短轴与通过所述偏转面使所述物镜光学系统的光轴偏转的偏转方向一致，所述移动机构使所述光学构件与所述光圈一体地移动。

通过这样，由于被插入于物镜光学系统的光轴的光学构件而产生像差，特别是在通过偏转面使所述光轴偏转的偏转方向上产生非对称像差。因此，通过使光圈的开口的尺寸在所述偏转方向上减小，能够有效地抑制非对称像差的产生。

发明的效果

根据本发明，起到以下效果：能够将观察方向在直视与斜视之间切换，并且能够获取焦点聚焦于适当的位置的图像。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式所涉及的摄像装置的直视观察状态下的整体结构图。

图2是本发明的一个实施方式所涉及的摄像装置的斜视观察状态下的整体结构图。

图3A是从物体侧看到的图2所示的光学构件和光圈的主视图。

图3B是图3A的光学构件和光圈的侧视图。

图4是表示移动机构的结构和动作的图。

图5是表示图3A的光圈的开口的变形例的图。

图6是表示图3A的光圈的开口的另一个变形例的图。

图7是表示图3A的光圈的开口的另一个变形例的图。

图8是表示图3A的光圈的开口的另一个变形例的图。

图9是表示图2的摄像装置的变形例的整体结构图。

图10是由图1的直视观察状态的摄像装置获取到的直视图像的一例。

图11是由图2的斜视观察状态的摄像装置获取到的斜视图像的一例。

图12是表示图1和图2的摄像装置所具备的棱镜的变形例的侧视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的一个实施方式所涉及的摄像装置1。

如图1和图2所示，本实施方式所涉及的摄像装置1具备：物镜光学系统2，其形成物体的光学像；摄像元件3，其对由物镜光学系统2形成的光学像进行摄影；楔形的棱镜(光学构件)4；以及移动机构5，其使该棱镜4插入和脱离于物镜光学系统2的光轴A上。此外，在图1、图2以及图9中，为了避免使图复杂，仅图示了移动机构5的结构中的架5a(在后面记述)。

图1示出了在光轴A上不包含棱镜4来观察物镜光学系统2的正面前方的直视观察状态。图2示出了在光轴A上包含棱镜4来观察物镜光学系统2的斜前方的斜视观察状态。这样，物镜光学系统2在直视观察状态下具有沿着其中心轴的一条直线状的光轴A，在斜视观察状态下具有由于棱镜4的偏转作用而在棱镜4的入射侧相对于中心轴倾斜的光轴A。因而，本实施方式所涉及的摄像装置1如后面详细记述的那样，仅通过棱镜4的移动就能够将观察方向在直视与斜视之间切换，能够较佳地应用于难以变更物镜光学系统2的姿势的内窥镜。

在本例中，物镜光学系统2从物体侧起依次具备第一组G1、亮度光圈S以及第二组G2。第一组G1和第二组G2具有至少一个透镜。附图标记F是滤光片等平行平板，附图标记CG是覆盖摄像元件3的摄像面3a的玻璃盖片。物镜光学系统2被优化为在图1的直视观察状态下能够获得良好的光学性能。

棱镜4具有相互相向的偏转面4a和折射面4b。偏转面4a是相对于规定的光轴B倾斜的平坦面。偏转面4a相对于光轴B的倾斜角度为例如10.5°。折射面4b是以规定的光轴B为对称轴的凸的球面或非球面，针对沿着光轴B从偏转面4a侧入射的光具有正焦度。

如图3A、图3B以及图4所示，移动机构5具备保持棱镜4的周缘部分的环状的架5a、一端与该架5a连接的臂5b以及使该臂5b以另一端为中心摆动的未图示的电动机。附图标记6表示将物镜光学系统2保持在内部的透镜架。移动机构5通过臂5b的摆动能够在实线所示的插入位置(第一位置)与两点划线所示的退避位置(第二位置)之间移动棱镜4。插入位置是棱镜4的规定的光轴B与物镜光学系统2的光轴A一致的位置。在插入位置处，棱镜4被配置为使偏转面4a朝向入射侧。退避位置是棱镜4整体被配置在构成物镜光学系统2的透镜的半径方向外侧从而棱镜4不与通过物镜光学系统2的光相干扰的位置。

移动机构5在光线高度较低的亮度光圈S附近使棱镜4插入和脱离于光轴A上。由此，棱镜4和移动机构5的直径尺寸可以较小，能够使摄像装置1整体形成为细径。此外，棱镜4的插入位置不限定于亮度光圈S附近，也可以适当地变更。

如图3A和图3B所示，架5a被固定在棱镜4的折射面4b，并构成具有在与棱镜4的中心部对应的部分形成的开口5c的光圈。由此，形成为光圈与棱镜4一体地在退避位置与插入位置之间移动。开口5c呈具有短轴和长轴的细长形状，短轴的方向C1与偏转面4a相对于光轴B的倾斜方向D一致。箭头C2表示长轴的方向。

图5至图8表示开口5c的形状的变形例。如图5至图7所示，开口5c可以是长方形或椭圆形，也可以是长方形的角部被加工为圆倒角后的形状。

另外，根据被配置在插入位置时的架5a与偏转面4a的相对的朝向，适当地变更形成于架5a的开口5c的短轴的方向C1。例如在图1中倾斜方向D为纵深方向(与纸面垂直的方向)的情况下，开口5c如图8所示那样需要相对于图3A旋转90°。

接着，对于像这样构成的摄像装置1的作用进行说明。

根据本实施方式所涉及的摄像装置1，通过移动机构5将棱镜4的位置在退避位置与插入位置之间变更，能够将观察方向在直视与斜视之间变更。

具体地说，在棱镜4被配置于退避位置的直视观察状态下，物镜光学系统2的光轴A沿着物镜光学系统2的中心轴成为一条直线，从位于物镜光学系统2的正面前方的物体向物镜光学系统2入射光，因此能够获取物镜光学系统2的正面方向的视野的直视图像。另一方面，在棱镜4被配置于插入位置的斜视观察状态下，通过偏转面4a使物镜光学系统2的入射侧的光轴A偏转，从位于物镜光学系统2的斜前方的物体向物镜光学系统2入射光，因此能够获取物镜光学系统2的斜前方的视野的斜视图像。

在此，在斜视观察状态下，由于具有比空气的折射率大的折射率的棱镜4而物镜光学系统2的光轴A上的空气换算长度变短，焦点向远离物镜光学系统2的方向移动。另一方面，通过折射面4b所具有的正焦度，使焦点向靠近物镜光学系统2的方向移动。即，根据本实施方式，通过折射面4b的正焦度对由于棱镜4的插入而产生的焦点的偏移进行校正，能够防止在从直视观察状态切换为斜视观察状态时焦点变远。这在例如应用了摄像装置1的内窥镜中对从内窥镜前端突出的处置器具进行观察的情况下是有效的，能够获取焦点聚焦于位于内窥镜前端的近前侧的处置器具的斜视图像。

并且，由于偏转面4a相对于光轴A倾斜，因此在棱镜4的倾斜方向D(光轴A的偏转方向)上棱镜4的形状以光轴A为中心形成为非对称，其结果，通过了棱镜4和开口5c的光产生作为非对称像差的彗形象差以及像散。一般地，彗形象差的产生量与开口5c的尺寸的平方成比例，像散的产生量与开口5c的尺寸成比例。因此，通过使开口5c的尺寸在产生非对称像差的倾斜方向D上减小，能够降低非对称像差的产生量，能够获得画质良好的斜视图像。

在本实施方式中，设为棱镜4的折射面4b具有正焦度，但是也可以取而代之地，折射面4b为凹的球面或非球面，具有负焦度。

通过这样，在从直视观察状态切换为斜视观察状态时，焦点向更远处移动。因而，在对位于远处的对象进行斜视观察的用途中，通过这样能够获得清晰地拍摄到观察对象的斜视图像。

在本实施方式中，设为架5a兼作光圈，光圈与棱镜4一体地形成，但是也可以取而代之地，光圈与架5a和棱镜4相独立。在该情况下，只要具备另一个移动机构使得与棱镜4的移动联动地光圈也移动即可。

在本实施方式中，也可以如图9所示那样构成为能够沿光轴A方向相对于第一组G1和第二组G2调整包括棱镜4、移动机构5以及亮度光圈S的第三组G3的位置。具体地说，第一组G1、第二组G2以及第三组G3被保持在相互独立的筒状的透镜架61、62、63内。保持第三组G3的透镜架63的两端部嵌套式地嵌合于与保持第一组G1的透镜架61和保持第二组G2的透镜架62的端部，透镜架63能够相对于透镜架61、62沿光轴A方向移动。由此，能够通过透镜架63的移动来调整第三组G3相对于第一组G1和第二组G2的位置，沿光轴A方向调整焦点。

如前述那样能够通过折射面4b所具有的正焦度来校正由插入棱镜4引起的焦点的偏移，但是由于棱镜4的面形状的制造误差，有可能无法获得足够的焦点精度。因此，通过棱镜4的在光轴A方向上的位置的微调，来最终调整斜视观察状态中的焦点，之后，通过将透镜架63相对于透镜架61、62固定，能够容易且可靠地获得只通过提高棱镜4的尺寸公差而难以实现的高的焦点精度。

在本实施方式中，也可以对直视图像和斜视图像实施叠加具有开口部的视野掩模的掩模处理，将掩模处理后的图像显示在显示器上。在该情况下，优选的是，如图10所示，摄像装置1针对直视图像X使用具有八角形的开口部的一般的视野掩模，如图11所示，针对斜视图像Y使用具有圆形的开口部的视野掩模，该圆形的开口部具有比所述八角形的开口部的直径小的直径。在图10和图11中，黑色部分表示视野掩模，白色部分表示开口部。

如图2所示，在斜视观察状态下，相对于光轴A位于半径方向外侧的视野的一部分区域的视角接近90°。从这种视角大的区域朝向物镜光学系统2的光被物镜光学系统2周边的透镜架6等构件挡住而入射不到物镜光学系统2。其结果，由摄像元件3获取到在周边部的一部分内像有缺失的斜视图像Y。

在图11所示的例子中，使用具有约65°的半视角的物镜光学系统2，使观察方向相对于直视方向向下方倾斜了15°。在该情况下，在视野的上半部分内，与直视时同样地能够获得半圆状的像，但是在视野的下半部分内，在右下部分和左下部分内视角为80°(实际上，由于失真的影响而视角为大致90°)，导致在斜视图像Y内的右下部分和左下部分内像有缺失。其结果，就整体而言，视野成为上下非对称。

因此，通过使用具有小的圆形的开口部的视野掩模来遮蔽像有缺失的部分，能够显示不让观察者感觉到不自然的斜视图像Y。

在本实施方式中，在插入位置处，棱镜4也可以被设置为能够以光轴A为中心旋转。

通过使棱镜4以光轴A为中心旋转，来使被偏转面4a偏转的入射侧的光轴A的朝向变化，从而观察方向变化。由此，能够扩大可观察的范围。例如在图2中，能够观察纸面中斜下方的视野，但是在使棱镜4旋转90°时，能够观察斜左方向和斜右方向的视野，在使棱镜4旋转180°时，能够观察斜上方的视野。另外，通过使棱镜4连续地旋转，能够环视直视时的视野的周边。

在本实施方式中，对于具有焦度的棱镜4进行了说明，但是也可以如图12所示那样采用不具有焦度的棱镜4’。即，棱镜4’也可以具有与轴B垂直地交叉的平坦面4c来代替折射面4b。

在该情况下，无法校正由棱镜4插入到光轴A引起的焦点的偏移，但是能够通过偏转面4a有效地抑制所产生的像散，能够获取画质良好的斜视图像。

附图标记说明

1：摄像装置；2：物镜光学系统；3：摄像元件；3a：摄像面；4：棱镜(光学构件)；4a：偏转面；4b：折射面；4c：平坦面；5：移动机构；5a：架(光圈)；6、61、62、63：透镜架；A：光轴；X：直视图像；Y：斜视图像。

Claims (5)

1.一种摄像装置，具备：

物镜光学系统，其形成物体的光学像；

摄像元件，其对由该物镜光学系统形成的光学像进行摄影；

光学构件，其能够插入和脱离于所述物镜光学系统的光轴的中途位置；以及

移动机构，其使该光学构件在所述物镜光学系统的光轴上的第一位置与偏离该光轴的第二位置之间移动，

其中，所述光学构件具有使所述物镜光学系统的光轴偏转的偏转面以及具有焦度的折射面。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，

所述折射面具有正焦度。

3.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，

所述光学构件具有沿所述光轴相互相向配置的两个面，

所述两个面中的一方为所述偏转面，另一方为所述折射面。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的摄像装置，其特征在于，

所述光学构件是具有所述偏转面和所述折射面的大致楔形，所述偏转面由相对于所述物镜光学系统的光轴倾斜的平面构成，所述折射面由以所述物镜光学系统的光轴为对称轴的球面或非球面构成。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的摄像装置，其特征在于，

还具备配置在所述光学构件附近的光圈，

该光圈具备具有短轴和长轴的细长形状的开口，并且被配置成该开口的所述短轴与通过所述偏转面使所述物镜光学系统的光轴偏转的偏转方向一致，

所述移动机构使所述光学构件与所述光圈一体地移动。