CN111654598A - 观察摄像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可以相对于插入方向而拍摄所期望的视野的高分辨率、小型的观察摄像装置。本发明的观察摄像装置(1)具备插入部(2)、摄像镜头(5)及摄像元件(6),在将穿过摄像元件(6)的有效拍摄范围的中心、面积最小的插入部(2)的截面(S)的重心位置上穿过的法线设为法线(A)时,摄像镜头(5)以透镜(L1)的观察被摄体侧面的轴上主光线(B)相对于法线(A)而倾斜的方式加以配置,法线(A)与轴上主光线(B)的距离达到最小的轴上主光线(B)上的点(P)相较于透镜(L1)的观察被摄体侧面而言位于像侧而且相较于摄像元件(6)而言位于观察被摄体侧,满足规定条件式。
Description
技术领域
本发明涉及观察摄像装置。涉及使用固体摄像元件等的摄影摄像装置、例如观察生物体内部的内窥镜、观察人无法进入的狭小空间内部的装置等适于狭小空间的内部观察的观察摄像装置。
背景技术
近年来,数字静态相机等摄像装置已广为普及,固体摄像元件的高性能化、高像素也在不断推进。此外,近年来,监视器等图像显示装置的大画面化、高像素化也在不断推进。伴随于此,使由摄像装置获取到的被摄体像显示在图像显示装置的大画面上而可以供大量人员同时对被摄体像进行到细节程度的观察的观察系统的普及也在不断推进。观察系统例如在插入至生物体内部或者人无法直接进入的狭小空间内来观察内部的时等使用。
这种观察系统倾向使用极高像素的固体摄像元件,因此光学系统也在寻求进一步的高性能化、高分辨率化。此外,由于需要插入至狭小空间,因此配置在最靠观察对象侧的物镜一直在力求小型化、广角化。
因此,作为用于这种观察系统的光学系统,专利文献1提出了一种适于小型、高性能的硬性镜的光学系统。专利文献1记载的光学系统具备收容在细筒状的插入部内的物镜。专利文献1记载的光学系统可以通过小型、广角的物镜插入至生物体内部等狭小空间内来良好地观察内部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2017-203972号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而,专利文献1的前提是硬性镜的插入方向与光学系统的观察方向(轴上主光线)为相同方向,视野固定在硬性镜的插入方向上。为了达成相对于插入方向的倾斜方向的观察,不得不使光学系统支持超广角,但会导致光学系统的大型化、高价化。
此外,在专利文献1中,为了制成满足4K或8K的分辨率、最靠观察被摄体侧透镜到摄像元件的间隔较大(光学全长较长)的光学系统,成为如下构成:除了物镜以外还具备中继系光学系统和成像透镜系统,在光学系统中形成中间成像面。
本发明是鉴于上述问题而成,其主要目的在于提供一种可以相对于插入方向而拍摄所期望的视野的高分辨率、小型的观察摄像装置。
【解决问题的技术手段】
为了解决上述问题,本发明的一个方式的观察摄像装置具备:插入部,其为筒状;摄像光学系统,其配置在所述插入部的前端部,不具有中间成像面,包含1块以上的透镜;以及摄像元件,其在所述摄像光学系统的像侧将通过该摄像光学系统形成的光学像转换为电信号;该观察摄像装置的特征在于,在将穿过所述摄像元件的有效拍摄范围的中心的所述插入部的截面当中面积最小的所述插入部的截面S的重心位置上穿过的法线设为法线A时,所述摄像光学系统以配置在该摄像光学系统的最靠观察被摄体侧的透镜L1的观察被摄体侧面的轴上主光线B相对于所述法线A倾斜的方式固定配置在所述插入部中,所述法线A与所述轴上主光线B的距离达到最小的所述轴上主光线B上的点P相较于所述透镜L1的观察被摄体侧面而言位于像侧而且相较于所述摄像元件而言位于观察被摄体侧,满足以下条件式:
0.10<Dm/Ds<0.80·····(1)
其中,
Dm:所述摄像元件的有效拍摄范围的面积
Ds:所述截面S的面积。
发明的效果
由此,能够提供一种可以相对于插入方向而拍摄所期望的视野的高分辨率、小型的观察摄像装置。
附图说明
图1为表示本发明的一个实施方式的观察摄像装置的一例的图。
图2为示意性地表示本发明的一个实施方式的观察摄像装置的插入部中的摄像镜头的配置的图。
图3为示意性地表示本发明的一个实施方式的观察摄像装置中的、相对于插入部而倾斜配置摄像镜头时的角度的关系的图。
图4为示意性地表示由法线A及轴上主光线B所成的角度α和轴上主光线B形成的平面与摄像装置的配置关系的图。
图5为表示本发明的另一个实施方式的观察摄像装置的一例的图。
图6为表示本发明的实施例1的摄像镜头的镜头构成的剖视图。
图7为表示本发明的实施例1的摄像镜头的纵向像差的纵向像差图。
图8为表示本发明的实施例2的摄像镜头的镜头构成的剖视图。
图9为表示本发明的实施例2的摄像镜头的纵向像差的纵向像差图。
图10为表示本发明的实施例3的摄像镜头的镜头构成的剖视图。
图11为表示本发明的实施例3的摄像镜头的纵向像差的纵向像差图。
具体实施方式
<实施方式1>
参考图1,对本发明的一个实施方式的观察摄像装置进行说明。图1为表示本发明的一个实施方式的观察摄像装置1的一例的图。如图1所示,观察摄像装置1具备:插入部2,其为筒状;摄像镜头(摄像光学系统)5,其配置在插入部2的前端部3,不具有中间成像面;以及摄像元件6,其在所述摄像镜头的像侧将通过该摄像镜头形成的光学像转换为电信号。
〔插入部〕
插入部2具有筒状的形状,呈适于插入狭小空间的形状,以拍摄狭小空间。在本实施方式中,由于要将插入部2插入至狭小空间,因此插入部2优选为沿筒的插入方向(长度方向、轴向)延伸的细长的筒状构件,筒的外径越小越理想。插入部2例如当整体上为大致圆筒形时,向狭小空间的插入较为顺畅,对接触插入部2的狭小空间的负荷也较小,比较理想,但并不限定于此。例如,插入部2也可为垂直于插入方向的截面具有椭圆形状的筒,也可为具有三角形、四边形等多边形的截面的筒,也可为多边形的各角具有锥形状的形状的筒。
插入部2的前端部3以配置在内部的摄像镜头5可以拍摄插入部2的外部的方式配备有窗部4。在本实施方式中,窗部4由玻璃构成,但并无特别限定,也可由透明的树脂材料构成。
此外,窗部4优选以与垂直于后文叙述的摄像镜头5的最靠观察被摄体侧的透镜L1(第1透镜L1)的观察被摄体侧面的光轴的平面大致平行的方式设置。通过如此配置窗部4,可以将入射至摄像镜头5的光的畸变抑制在最小限度。
具体而言,插入部2的外径优选为以下,更优选为以下,进而优选为以下,进而优选为以下,进而优选为以下,进而优选为以下。外径越小,向狭小空间的插入便越容易,尤其是在运用于人体的手术等当中使用的内窥镜的情况下,可以减轻对人体的负担。
此外,插入部2的构成和构成插入部2的零件数量等无特别限定,可由一个零件构成,也可由多个零件构成。在由多个零件构成插入部2的情况下,可构成为能将前端部3与配置在前端部3的摄像镜头5(摄像镜头5将于后文叙述)一并从插入部2卸下。
就扩大拍摄场景这一点而言,插入部2的长度方向的长度优选较长,具体而言,所述插入部的长度L优选为100mm以上,更优选为300mm以上,进而优选为500mm以上,进而优选为1000mm以上,进而优选为1500mm以上。
〔摄像镜头〕
摄像镜头5配置在插入部2的前端部3。此外,摄像镜头5由1块以上的透镜构成,构成为该透镜系统中不具有中间成像面(在透镜系统的途中不形成成像面)。
此处,在以往的硬性内窥镜等摄像装置中,例如像专利文献1那样通过经由中继透镜系统对由物镜加以中间成像得到的观察被摄体像进行中继的后成像透镜使摄像元件成像,由此,一方面避免了径向的大型化,另一方面达成了较长的筒状的硬性内窥镜。但是,在以往的构成中,透镜块数增多,因此成本较高,也难以扩大相对于插入方向的视场角,要解决该问题,就需要将物镜设为超广角透镜或者在物镜中包含反射构件来改变光线的角度。然而,这些应对措施成本较高而且避免不了物镜的大型化,在小型化这一点上并不理想。因此,本实施方式的观察摄像装置1的摄像镜头5优选不具有中间成像面。
构成摄像镜头5的透镜块数无特别限定,但就获得高光学性能这一观点而言,优选具备至少5块透镜。另一方面,若透镜块数超过8块,则会妨碍摄像镜头的全长方向的小型化,因此透镜块数优选为8块以下。
此外,摄像镜头5能以可以通过空气间隔发生变化的2个以上的透镜组使焦距变倍的可变焦镜头的形式构成,也能以焦距不变的单焦镜头的形式构成,而本实施方式列举摄像镜头5为单焦镜头的情况为例来进行说明。再者,由于摄像镜头5配置在外径较小的插入部2的前端部3,因此,出于插入部2的小径化以及整个观察摄像装置1的构成的简化的观点,优选为单焦镜头。
摄像镜头5优选没有具有反射面的光学元件作为构成摄像镜头5的光学元件。此处,所谓具有反射面的光学元件,例如指反射镜、全反射棱镜等,所谓不具有反射面,意指摄像镜头5由折射透镜、衍射透镜、液晶透镜等光学元件构成。
例如,在观察摄像装置1为插入人体的内窥镜的情况下,在已将前端部3插入过体内一次时,出于卫生方面的观点,优选在再次使用观察摄像装置1时更换为新的前端部3。但是,若配置改变光轴的角度的棱镜,则摄像镜头5会变得昂贵,因此难以每次使用时都更换前端部3。在该情况下,每当插入前端部3时都需要进行洗净或煮沸消毒。此外,在进行煮沸消毒的情况下,难以使用不耐热的树脂透镜,因此导致摄像镜头5变得更贵。因此,通过不具有棱镜,可以抑制摄像镜头5的成本,即便每次使用都更换前端部3也能抑制费用。进而,通过每次使用都更换前端部3,不再需要煮沸消毒,因此可以在摄像镜头5中使用树脂透镜,能够进一步实现低成本化。此外,若配置反射镜,则会为了确保反射面的空间而难以达成小型化。
(镜头构成)
摄像镜头5的具体的镜头构成将在后文叙述的各实施例中进行说明,此处,首先对摄像镜头5的基本的镜头构成简单地进行说明。
配置在摄像镜头5的最靠观察被摄体侧的透镜L1优选具有负屈光力。通过在最靠观察被摄体侧配置具有负屈光力的透镜L1,一方面达成摄像镜头5的广角化,另一方面容易避免大型化。
优选在透镜L1的像侧配置具有正屈光力的透镜L2(实施例1、2中为第2透镜L2,实施例3中为第3透镜L3)。通过在具有负屈光力的透镜的像侧配置具有正屈光力的透镜,可以谋求透镜L1的径向的小型化。此外,更优选将透镜L2邻接配置在透镜L1的像侧。通过从观察被摄体侧起依序配置具有负屈光力的透镜L1、具有正屈光力的透镜L2,一方面可以谋求透镜L1的径向的小型化,另一方面可以谋求摄像镜头5的广角化。
此外,为了实现像面性的修正,优选在透镜L1的靠像侧具有至少1块具有负屈光力的透镜N。此处,为了实现提高摄像镜头5的像面性的修正,需要减小佩兹瓦尔和,而通过配置至少1块具有正屈光力的透镜N,容易在整个摄像镜头5中减小佩兹瓦尔和。更具体而言,在最靠观察被摄体侧配置具有负屈光力的透镜L1的情况下,通过在透镜L1的像侧配置具有负屈光力的透镜N,会发生像差的抵消,因此对于畸变像差、像面弯曲等的修正比较有效。
此外,将构成摄像镜头5的透镜中的至少1块透镜设为以树脂为材料的透镜(所谓的塑料透镜。后面也称为树脂透镜)在实现低成本化上比较理想。另外,优选将构成摄像镜头5的透镜当中具有正屈光力的树脂透镜与具有负屈光力的树脂透镜的组合设为树脂透镜。此外,优选将该组合增加为1组、2组、3组。由此,可以有效地相互消除具有与以玻璃为材料的透镜不一样的温度特性的树脂透镜造成的各像差,一方面可以实现低成本化,另一方面可以防止性能的降低。
进而,在树脂透镜的至少1个面具有减弱近轴曲率的屈光力的形状的非球面在高性能化这一点上比较理想。
〔摄像元件〕
摄像元件6配置在摄像镜头5的像侧,将通过摄像镜头5形成的观察被摄体像(光学像)转换为电信号(图像数据)。
此处,摄像元件6无特别限定,例如可以使用CCD(Charge Coupled Device)传感器、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)传感器等固体摄像元件。固体摄像元件的分辨率、大小也无特别限定,但优选为全高清以上的分辨率,更优选为4K以上的分辨率,进而优选为8K以上的分辨率。
随着摄像元件6的高像素化,摄像元件6的有效拍摄范围大型化,伴随于此,摄像镜头5也大型化,因此,为了兼顾整个观察摄像装置1的小型化和高像素化,需要采用最佳大小的摄像元件6。摄像元件6的大小将于后文叙述。
再者,本实施方式是列举摄像元件6由1个摄像元件组成的构成为例来进行说明,但并不限定于此。例如,在将多个摄像元件配置为使其拍摄面(通过摄像镜头5形成观察被摄体像那一面)相互不重叠、利用分割棱镜等对摄像镜头5的光路进行分割而分别聚光于各摄像元件的拍摄面这样的情况下,多个摄像元件整体具有与一个大摄像元件等价的功能。在像这样使用多个摄像元件的情况下,摄像元件6的拍摄面意指视为与多个摄像元件等价的一个大摄像元件的拍摄面。再者,后文叙述的摄像元件6的像素间距指拍摄面上相互邻接的像素的像素中心间隔,在以错开像素的方式配置多个摄像元件的情况下,指像素的错开量。
〔图像处理部〕
本实施方式的观察摄像装置1具备对摄像元件6中生成的图像数据进行电性加工的图像处理部7。图像处理部7对输入的图像数据进行电性加工,生成并输出修正图像数据。
摄像镜头5优选为小型且广角的光学系统,但这种光学系统容易发生成像于摄像元件6上的光学像的畸变。因此,通过配备对由摄像元件6生成的图像数据所示的观察被摄体图像的畸变进行电性加工的图像处理部7,可以生成畸变较少的修正后观察被摄体图像。在本实施方式中,图像处理部7具备:记录部,其预先记录有修正图像数据所示的观察被摄体图像的畸变用的修正用数据;以及运算处理部(例如CPU等),其根据从记录部读出的修正用数据对图像数据进行修正(均未图示)。
(观察被摄体图像的修正)
图像处理部7优选对表示观察被摄体图像的图像数据中的畸变像差相关的数据进行电性加工。由此,一方面可以通过在摄像镜头5的最靠观察被摄体侧配置具有负屈光力的透镜L1来谋求摄像镜头5的广角化,另一方面可以在图像处理部7中生成畸变像差较小的修正图像数据,因此,通过将修正图像数据所示的修正后观察被摄体图像显示到显示装置等而供用户参考,用户可以参考广视场角且畸变像差较小的图像。
此外,图像处理部7也可对图像数据中的倍率色像差相关的数据进行电性加工。若能对倍率色像差相关的数据进行电性加工,则可以获得色像差较小的修正后观察被摄体图像。由此,可以削减构成摄像镜头5的透镜块数,从而更容易谋求整个观察摄像装置1的小型化。
进而,摄像镜头5也可配置为能以后文叙述的法线A为旋转中心(也就是相对于插入部2的长度方向)进行旋转。此时,在插入部2不旋转仅摄像镜头5可以旋转的构成的情况下,窗部4优选以跨及前端部3整周的方式形成。此外,在构成为摄像镜头5可以与该前端部3成一体进行旋转的情况下,图像处理部7可对与一边使前端部3旋转一边拍摄得到的多个观察被摄体图像相对应的多个图像数据进行电性加工及结合,从而生成表示拍摄到广阔范围的一个结合图像的结合图像数据。
由此,可以获得以拟似方式拍摄到广阔范围的观察被摄体图像,因此,可以通过摄像镜头5和图像处理部7而不是仅靠摄像镜头5来谋求广角化。由此,无需追求必要程度以上的摄像镜头5的高性能化,可以削减构成摄像镜头5的透镜的块数,从而能谋求观察摄像装置1的小型化。
〔摄像镜头的倾斜配置〕
接着,参考图2,对插入部2(更具体为插入部2的前端部3)中的摄像镜头5的配置进行说明。图2为简易地表示插入部2内的摄像镜头5的配置的图。图2的(a)为观察摄像装置1的立体图,(b)为观察摄像装置1的插入方向的剖视图,(c)为插入部2的截面S上的剖视图。再者,为了简化配置在观察摄像装置1内部的摄像镜头5的配置位置的说明,图2的(a)及(c)中以虚线表示摄像镜头5。
如图2所示,为了进行狭小空间内的拍摄,观察摄像装置1在插入部2的前端部3以相对于插入部2的插入方向而倾斜的方式配置有摄像镜头5。换句话说,在将插入部2的截面而且是穿过摄像元件6的中心(摄像元件6的有效拍摄范围的中心)的截面当中面积最小的截面S的重心位置上穿过的法线设为法线A时,摄像镜头5以透镜L1的观察被摄体侧面的轴上主光线B相对于法线A而倾斜的方式(以具有角度的方式)固定配置在插入部2中。后面,将沿着透镜L1的观察被摄体侧面的轴上主光线B的方向也简记作摄像镜头5的拍摄方向。
如此,通过以摄像镜头5的拍摄方向朝向相对于插入部2的插入方向的倾斜方向的方式配置,观察摄像装置1可以高效地拍摄相对于插入部2的插入方向的倾斜方向。
此外,在将法线A与轴上主光线B的距离达到最小的轴上主光线B上的点(本实施方式中为法线A与轴上主光线B的交点)设为点P时,优选点P相较于摄像镜头5的最靠观察被摄体侧面而言存在于像侧而且相较于摄像元件6而言存在于观察被摄体侧。为了在谋求插入部2的小径化的情况下谋求摄像镜头5的高分辨率化,须针对插入部2的大小提高摄像镜头5的配置效率,而根据该构成,可以针对插入部2的大小在减小间隙(插入部2内的不配置摄像镜头5的空间)的情况下高效地配置摄像镜头5。
此外,随着摄像元件6的高像素化(有效拍摄范围的大型化),摄像镜头5也大型化,因此,要实现小型化和高像素化,优选以最佳倾斜量配置摄像镜头5。关于摄像镜头5的最佳倾斜量,需要考虑摄像镜头5的大小、插入部2的大小。
如图2的(b)所示,若将在点P相交的法线A与轴上主光线B所成的角度设为α,则角度α表示摄像镜头5的拍摄方向相对于插入部2的插入方向的斜率。角度α(也就是摄像镜头5的拍摄方向的斜率)的详情将与条件式一起于后文叙述。
在本实施方式中,摄像元件6及其有效拍摄范围的形状具有大致长方形。此时,在长方形的长边方向与包含法线A及轴上主光线B所成的角度α和轴上主光线B的平面平行(也就是摄像镜头5倾斜的方向与摄像元件6的长边方向为相同方向)的情况下,能使摄像镜头5倾斜的角度会变小。因此,摄像元件6优选配置为包含角度α及轴上主光线B的平面与摄像元件6的短边方向大致平行(平面与长边方向大致正交)。由此,可以增大摄像镜头5能倾斜的角度。
〔观察摄像装置的其他构成〕
本实施方式的观察摄像装置1可在插入部2的前端部3配备有照明部8。由此,即便在插入至狭小空间而从周边得不到拍摄所需的光量的情况下,也可以从照明部8确保所需光量。此外,在照明效率这一点上,照明部8优选其主要照明方向(照明部8进行照明的取向性的轴)与摄像镜头5配备的透镜L1的观察被摄体侧面的轴上主光线B大致平行(也就是照明方向与拍摄方向为相同方向)。
此外,本实施方式的观察摄像装置1具备显示装置9。显示装置9例如为液晶电视、有机EL电视、个人计算机的监视器等即可,无特别限定。由此,可以将观察摄像装置1中获取到的观察被摄体图像相关的图像数据(或者修正图像数据、结合图像数据)显示在显示装置9上而供大量人员同时对观察被摄体图像进行观察。
再者,本实施方式是以观察摄像装置1具备显示装置9的构成为例进行说明,但本发明并不限定于此,例如,也可区别于观察摄像装置1而另行准备显示装置9,只要能将图像数据从观察摄像装置1输出至显示装置9即可。此外,观察摄像装置1与显示装置9的连接方法不限于有线连接,例如也可通过Bluetooth(注册商标)、Wi-Fi等加以无线连接。在该情况下,例如也可以采用智能手机、平板电脑终端等移动终端作为显示装置9。
进而,本实施方式的观察摄像装置1也可在插入部2的前端部3具有进行对观察被摄体的操作(处置)的操作部。
此外,本实施方式的观察摄像装置1也可像上述那样构成为插入部2的前端部3可以与摄像镜头5一起相对于插入方向进行旋转。在该情况下,摄像镜头5与摄像元件6优选像图1所示那样配置为各自的光轴朝向同一方向。并且,摄像元件6与图像处理部7优选例如使用柔软的线加以有线连接或者无线连接在一起。由此,能使前端部3的旋转变得容易。
此外,本实施方式的观察摄像装置1也可构成为能在前端部3从插入部2卸下。例如,以如下方式构成即可:在配置有摄像镜头5及摄像元件6的前端部3中的与配置摄像镜头5那一侧不同的一端设置以能将从摄像元件6输出的图像数据传递至图像处理部7的方式可以进行电连接的安装部,可以经由插入部2的安装部连接至插入部2。此外,在将摄像元件6与图像处理部7无线连接的情况下,可仅在结构上连接前端部3与插入部2。
根据该构成,每当前端部3因观察摄像装置1的使用而受到污染时或者每当使用观察摄像装置1时,可以更换前端部3,因此能以洁净的状态使用观察摄像装置1而无须更换整个观察摄像装置1。在将观察摄像装置1用作观察人体内部的内窥镜的情况下,每使用一次都必须进行前端部3的杀菌消毒(例如高温下的煮沸消毒等),而若是能更换前端部3,则无须再反复使用因消毒而导致摄像性能发生了劣化的观察摄像装置1,还能以更卫生的方式加以使用。
〔摄像镜头的调整〕
本实施方式的观察摄像装置1优选构成为可以通过调整摄像镜头5内的各透镜的空气间隔来减小因制造误差而产生的误差量。例如,摄像元件6的像素间距PIT越微细,还有容许模糊圈越小,观察摄像装置1所要求的像差容许量便越小。因此,因透镜的加工、透镜框的加工、组装工序等当中产生的制造误差而产生的像差会增大。因此,通过调整摄像镜头5的各透镜的空气间隔来减小因制造误差而产生的误差量对于高性能化而言是必需的。
所谓因制造误差而产生的误差量,例如可以列举后焦距误差、球面像差、像面弯曲、色像差等。再者,各透镜的空气间隔的调整方法无特别限定,变更位置、变更个数、变更方法及变更次数可以酌情选择。
此外,观察摄像装置1优选构成为还可以通过使摄像镜头5内的至少1个透镜偏心来减小因制造误差而产生的偏心误差量。此处,所谓因制造误差而产生的偏心误差量,是指轴上彗差、单侧模糊、像高误差、色偏等。
并且,所谓使透镜偏心,是指使透镜朝与光轴垂直的方向偏心或者使透镜相对于光轴而倾斜来调整透镜的配置,其变更位置、变更个数、变更方法、变更次数及旋转中心可以任意决定。此外,用于偏心调整的透镜可为1块也可为多块,可以任意决定。
〔条件式的说明〕
除了上述构成以外,本发明的观察摄像装置1还优选满足以下所示的条件式中的任一个以上。
(条件式(1))
观察摄像装置1优选满足以下条件式:
0.10<Dm/Ds<0.80·····(1)
其中,
Dm:摄像元件6的有效拍摄范围的面积
Ds:截面S的面积。
条件式(1)是用于规定摄像元件6的有效拍摄范围的面积与插入部2的截面S的面积的比的式子。通过满足条件式(1),可以有效配置有效拍摄范围的面积较大的摄像元件6,从而可以选择相对于插入部2的大小而言大小适当的摄像元件6。
若超过条件式(1)的上限,则摄像元件6的有效拍摄范围相对于截面S的面积而言增大,难以在插入部2中配置摄像元件6。此外,若低于条件式(1)的下限,则摄像元件6的有效拍摄范围相对于截面S的面积而言减小,难以获得所需分辨率,在高性能这一点上不理想。此外,由于所述截面S的面积相对于所述摄像元件的有效拍摄范围而言变得过大,因此在小型化这一点上不理想。
再者,条件式(1)的下限优选为0.15,更优选为0.20,进而优选为0.25,进而优选为0.30,进而优选为0.35。此外,条件式(1)的上限优选为0.75,更优选为0.70,进而优选为0.65,进而优选为0.60,进而优选为0.55。
(条件式(2))
观察摄像装置1优选满足以下条件式:
-50.00<fL1/f<-0.01·····(2)
其中,
fL1:透镜L1的焦距
f:摄像镜头5的焦距。
条件式(2)是用于规定摄像镜头5的最靠观察被摄体侧的透镜L1的焦距与摄像镜头5的焦距之比的式子。通过满足条件式(2),一方面可以避免透镜L1的径向的大型化,另一方面可以达成广角化。
若超过条件式(2)的上限,则透镜L1的焦距相对于摄像镜头5的焦距而言变得过短,会导致畸变像差、像面弯曲、慧形像差的产生,因此在高性能化这一点上不理想。若低于条件式(2)的下限,则透镜L1的焦距相对于摄像镜头5的焦距而言变得过长,难以使入射光瞳位置处于摄像镜头5的观察被摄体侧,因此会导致透镜L1的径向的大型化,在小型化这一点上不理想。
再者,条件式(2)的下限更优选为-20.00,进而优选为-10.00,进而优选为-7.00,进而优选为-5.00,进而优选为-3.00。此外,条件式(2)的上限更优选为-0.05,进而优选为-0.10,进而优选为-0.15,进而优选为-0.20,进而优选为-0.30。
(条件式(3))
观察摄像装置1优选满足以下条件式(3):
0.02<fL2/|fL1|<20.00·····(3)
其中,
fL1:透镜L1的焦距
fL2:配置在透镜L1的像侧、具有正屈光力的透镜L2的焦距。
条件式(3)是用于规定摄像镜头5的最靠观察被摄体侧的透镜L1与配置在透镜L1的像侧、具有正屈光力的透镜L2的焦距之比的式子。通过在最靠观察被摄体侧配置具有负屈光力的透镜L1、在其像侧邻接配置具有正屈光力的透镜L2、并满足条件式(3),可以兼顾摄像镜头5的广角化和全长的小型化。
若超过条件式(3)的上限,则透镜L2的焦距相对于透镜L1的焦距的绝对值而言变长,因此透镜L2的会聚作用变弱,难以缩短全长,所以在小型化这一点上不理想。若低于条件式(3)的下限,则透镜L2的焦距相对于透镜L1的焦距的绝对值而言变得过短,因此会导致球面像差、像面弯曲、慧形像差的产生,在高性能化这一点上不理想。
再者,条件式(3)的下限更优选为0.08,进而优选为0.15,进而优选为0.25,进而优选为0.35,进而优选为0.45。此外,条件式(3)的上限更优选为5.00,进而优选为3.50,进而优选为2.50,进而优选为2.00,进而优选为1.50。
(条件式(4))
观察摄像装置1优选满足以下条件式:
1.500<NdN<2.200·····(4)
其中,
NdN:透镜N在d线下的折射率。
条件式(4)是用于规定摄像镜头5中配置在透镜L1的像侧的至少1块具有负屈光力的透镜N的折射率的式子。通过满足条件式(4),可以良好地修正摄像镜头5的像面性。
若超过条件式(4)的上限,则透镜N的折射率升高,材料变得昂贵,在低成本化这一点上不理想。此外,若低于条件式(4)的下限,则难以修正佩兹瓦尔和,在高性能化这一点上不理想。
再者,条件式(4)的下限更优选为1.510,进而优选为1.520,进而优选为1.530。此外,条件式(4)的上限更优选为2.060,进而优选为2.010,进而优选为1.960,进而优选为1.890,进而优选为1.850。
(条件式(5))
观察摄像装置1优选满足以下条件式:
0.2<OAL/YY<10.0·····(5)
其中,
OAL:透镜L1的观察被摄体侧面到成像面的距离
YY:摄像元件6的有效对角长。
条件式(5)是用于规定透镜L1的观察被摄体侧面到成像面的距离与摄像元件6的有效对角长之比的式子。此处,随着高像素化,摄像元件6的有效拍摄范围有大型化的倾向,而为了实现插入部2的小型化,须选择相对于摄像镜头5的大小而言大小适当的摄像元件6。通过满足条件式(5),可以配置相对于摄像镜头5的大小而言大小适当的摄像元件6来谋求插入部2的小型化。
若超过条件式(5)的上限,则摄像镜头5的全长相对于摄像元件的有效对角长而言变得过长,因此难以相对于插入部2而倾斜配置摄像镜头,并不理想。若低于条件式(5)的下限,则摄像镜头5的全长相对于摄像元件6的有效对角长而言变得过短,因此难以达成与高分辨率相对应的像差产生量较小的摄像镜头5,并不理想。
再者,条件式(5)的下限更优选为0.3,进而优选为0.4,进而优选为0.5,进而优选为0.6,进而优选为0.7。此外,条件式(5)的上限更优选为8.0,进而优选为6.0,进而优选为4.0,进而优选为3.0,进而优选为2.0。
(条件式(6))
观察摄像装置1优选满足以下条件式:
0.30<|fLP|/f<10.00·····(6)
其中,
fLP:以树脂为材料的透镜的焦距
f:摄像镜头的焦距。
条件式(6)是用于规定树脂透镜的焦距与摄像镜头5的焦距之比的式子。通过满足条件式(6),一方面可以使树脂透镜的屈光力变得恰当而谋求低成本化,另一方面可以谋求高性能化。此外,在摄像镜头5的全长方向的小型化方面也有效果。在摄像镜头5包含多块树脂透镜时,只要至少任一块树脂透镜满足条件式(6)即可。更优选所有树脂透镜都满足条件式(6),由此,可以进一步谋求高性能化。
条件式(6)是用于优化以树脂为材料的透镜的屈光力的条件。若超过条件式(6)的上限,则树脂透镜的焦距相对于摄像镜头5的焦距而言变得过长,因此树脂透镜的像差修正能力会不足,为了填补不足的像差的修正,不得不增加透镜块数,无法再达成低成本化和全长的小型化,并不理想。若低于条件式(6)的下限,则树脂透镜的焦距相对于摄像镜头5的焦距而言变得过短,因此树脂透镜的像差修正量过剩,难以实现高性能化,并不理想。
再者,条件式(6)的下限更优选为0.40,进而优选为0.45,进而优选为0.50,进而优选为0.55,进而优选为0.60。此外,条件式(6)的上限更优选为9.00,进而优选为8.00,进而优选为7.00,进而优选为6.00,进而优选为5.00。
(条件式(7))
观察摄像装置1优选满足以下条件式:
20.0<YY/PIT/Fno<800.0·····(7)
其中,
YY:摄像元件6的有效对角长
PIT:摄像元件6的像素间距
Fno:摄像镜头5的F值。
条件式(7)是用于规定摄像元件6的大小、像素间距以及摄像镜头5的Fno的式子。通过满足条件式(7),可以使摄像元件6的像素数(YY/PIT)与摄像镜头5的Fno的关系变得恰当、以较少的透镜块数良好地进行像差修正,因此可以获得小型、分辨率高的观察光学系统(包含摄像镜头5和摄像元件6的光学系统)。
若超过条件式(7)的上限也就是摄像镜头5的Fno相对于摄像元件6的像素数而言减小,则难以用较少的透镜块数良好地进行像差修正,当希望获得分辨率高的摄像镜头时,难以谋求摄像镜头5的小型化,所以不理想。另一方面,若条件式(7)的数值低于下限也就是摄像镜头5的Fno相对于摄像元件6的像素数而言变得过大,则会因衍射极限而导致高频分量的析像性能降低,所以不理想。
再者,条件式(7)的下限更优选为22.0,进而优选为25.0,进而优选为30.0,进而优选为35.0,进而优选为40.0。此外,条件式(7)的上限更优选为750.0,进而优选为700.0,进而优选为650.0,进而优选为600.0,进而优选为550.0。
(条件式(8))
观察摄像装置1优选满足以下条件式:
2.0<L/OAL·····(8)
其中,
L:插入部2的插入方向的长度
OAL:摄像镜头5的最靠观察被摄体侧的透镜面到成像面的距离。
条件式(8)是用于规定摄像镜头5的全长与插入部2的插入方向的长度之比的式子。为了进行狭小空间等的拍摄,观察摄像装置1需要使插入部2的插入方向的长度相对于摄像镜头5的全长而言长一定程度。通过满足条件式(8),可以相对于摄像镜头5的全长而言充分确保插入部2的插入方向的长度,因此能够制成适于狭小空间等的拍摄的形状。
若条件式(8)的数值低于下限,则插入部2的插入方向的长度相对于摄像镜头5的全长而言变得过短,狭小空间等纵深方向的拍摄受到限制,所以不理想。此外,条件式(8)的上限没有限制。但是,过长的插入部在使用时也不方便,因此,在观察摄像装置1的小型化这一点上,上限优选为500.0。
再者,条件式(8)的下限更优选为2.5,进而优选为3.0,进而优选为3.5,进而优选为4.0,进而优选为4.5。此外,条件式(8)的上限更优选为450.0,进而优选为400.0,进而优选为350.0,进而优选为300.0,进而优选为250.0。
(条件式(9))
观察摄像装置1优选满足以下条件式:
0.00≤tan(|β|-|α|)<2.00·····(9)
其中,
α:法线A与轴上主光线B所成的角度
β:摄像镜头5的最轴外主光线的半视场角。
条件式(9)是用于规定法线A与轴上主光线B所成的角度α与摄像镜头5的最轴外主光线的半视场角β的关系的式子。此处,如上所述,摄像镜头5相对于插入部2的截面S的法线A而倾斜配置,因此|α|取比0大的值。通过满足条件式(9),一方面可以使摄像镜头5的斜率与摄像镜头5的最轴外主光线的半视场角的关系变得恰当、避免在插入部2的插入方向上产生摄像镜头5的死角,另一方面,即便不使用超广角透镜也能在插入方向上确保广阔的拍摄范围。
由于条件式(9)取0以上的值,因此摄像镜头5配置为斜率α比最轴外主光线的半视场角β小。若低于条件式(9)的下限也就是角度α变为较大值,则与半视场角β的关系|β|-|α|中法线A的方向上会产生死角,并不理想。若超过条件式(9)的上限,则在插入方向的轴上无法再拍摄广阔的范围,所以不理想。
再者,条件式(9)的上限更优选为1.80,进而优选为1.60,进而优选为1.40,进而优选为1.20,进而优选为1.00。
(条件式(10))
观察摄像装置1优选满足以下条件式:
0.01<(OAL×sin|α|+YY×cos|α|)/DI<5.00······(10)
其中,
OAL:摄像镜头的最靠观察被摄体侧透镜面到成像面的距离
α:法线A与所述轴上主光线B所成的角度
YY:摄像元件的有效对角长
DI:截面S的外接圆直径。
条件式(10)是规定将摄像镜头5高效地配置于插入部2用的条件的式子。随着高像素化,摄像元件6的有效拍摄范围不断大型化,而为了使插入部2小型化,需要选择相对于配置在插入部2内部的摄像镜头5的大小而言大小适当的摄像元件6并优化摄像镜头5的倾斜量。
此处,图3示意性地表示相对于插入部2而倾斜配置摄像镜头5时的角度的关系。此外,如上所述,YY表示摄像元件6的有效对角长,在图3所示的例子中,摄像元件6配置为其一个对角线与包含角度α的平面平行。
如图3所示,可以通过OAL×sin|α|与YY×cos|α|的长度之和而以拟似方式表示插入部2的直径方向上的摄像镜头5的配置的高度。也就是说,条件式(10)规定了摄像镜头5在插入部2的直径方向上所占的比例。因而,通过满足条件式(10),可以提高相对于插入方向而倾斜配置摄像镜头5时的配置效率、谋求插入部2的小型化和配置效率的提高的兼顾。
若低于条件式(10)的下限,则相对于插入部2的大小而言的摄像镜头5的配置效率降低,会导致插入部2的大型化,所以不理想。此外,若超过条件式(10)的上限,则相对于插入部2的大小而言的摄像镜头5的配置在物理上变得困难,所以不理想。
此外,条件式(10)的下限更优选为0.10,进而优选为0.15,进而优选为0.20,进而优选为0.25,进而优选为0.30。此外,条件式(10)的上限更优选为4.00,进而优选为3.00,进而优选为2.00,进而优选为1.00,进而优选为0.80。
再者,图3是以摄像元件6配置为1个对角线与包含角度α的平面平行的构成为例来进行的说明,但并不限定于此。例如,也可配置为摄像元件6的短边方向与包含角度α的平面平行。在该情况下,可以沿包含角度α的平面配置摄像元件6的短边方向,因此可以在插入部2内最高效地配置摄像镜头5。
(条件式(11))
观察摄像装置1优选满足以下条件式:
0.00≤tan|γ|<0.60·····(11)
其中,
γ:由法线A及轴上主光线B所成的角度α和轴上主光线B形成的平面与摄像元件6的有效拍摄范围的短边方向所成的角度。
条件式(11)是用于规定倾斜摄像镜头5的方向与摄像元件6的配置相关的关系的条件式。
此处,图4示意性地表示由法线A及轴上主光线B所成的角度α和轴上主光线B形成的平面(包含法线A及轴上主光线B所成的角度α的平面)与摄像装置6的配置关系。此外,由法线A与轴上主光线B所成的角度α和轴上主光线B形成的平面表示摄像镜头5倾斜的方向上的插入部2的截面。
如图4的(a)所示,在摄像元件6相对于包含法线A及轴上主光线B所成的角度α的平面而倾斜配置时,平面与有效拍摄范围的短边方向所成的角度为γ,如(b)所示,在以平面与短边方向平行的方式配置摄像元件6的情况下,所成角度γ=0。
通过满足条件式(11),可以将摄像镜头5倾斜的方向与摄像元件6的短边方向设为大致相同的方向,从而可以谋求插入部2的小型化、进而谋求观察摄像装置1的小型化。若超过条件式(11)的上限,则摄像镜头5倾斜的方向与摄像元件6的短边方向不会成为相同方向(摄像镜头5的倾斜方向与摄像元件6的短边方向所成的角度增大),因此插入部2会大型化,并不理想。
再者,条件式(11)的上限更优选为0.57(γ=约30°),进而优选为0.50(γ=约26°),进而优选为0.45(γ=约24°),进而优选为0.40(γ=约22°),进而优选为0.35(γ=约19°),进而优选为0.25(γ=约15°),进而优选为0.17(=约10°,进而优选为0.10(γ=约5°)。
<实施方式2>
接着,参考图5,对本发明的另一个实施方式的观察摄像装置11进行说明。图5为表示本发明的另一个实施方式的观察摄像装置11的一例的图。图5的(a)为观察摄像装置11的立体图,(b)为插入部12的截面S上的剖视图,(c)为示意性地表示角度α的图。再者,为了简化配置在观察摄像装置11内部的摄像镜头5的配置位置的说明,图5的(a)及(b)中以虚线表示摄像镜头5。
如图5所示,本实施方式的观察摄像装置11中,摄像镜头5在插入部12中的配置位置不同于实施方式1,是以法线A与轴上主光线B不相交(也就是摄像镜头5偏离插入部12的轴的中心而配置)的方式配置摄像镜头5。除了这一点以外,观察摄像装置11的构成与实施方式1记载的观察摄像装置1相同。在本实施方式中,仅对不同于实施方式1的构成进行说明,对相同的构成标注与实施方式1同样的标号,并省略其说明。
〔摄像镜头的倾斜配置〕
如图5所示,为了在狭小空间内进行相对于插入方向倾斜的方向的拍摄,观察摄像装置11在插入部12的前端部13以拍摄方向相对于插入部12的插入方向而倾斜的方式配置有摄像镜头5。换句话说,在将插入部12的截面而且是穿过摄像元件6的有效拍摄范围的中心的截面当中面积最小的截面S的重心位置上穿过的法线设为法线A时,摄像镜头5以透镜L1的观察被摄体侧面的轴上主光线B相对于法线A而倾斜的方式固定配置在插入部2中。
此外,在实施方式1的观察摄像装置1中,以插入部2的截面S的法线A与透镜L1的轴上主光线B在点P相交的方式配置摄像镜头5,而在本实施方式的观察摄像装置11中,如图5所示,摄像镜头5配置在法线A与轴上主光线B不相交的位置。通过采取这种配置,容易在观察摄像装置11中将例如照明部、用于在狭小空间内进行作业的操作部(图5中均未图示)等配置在插入部12内。
此外,在本实施方式中,也与实施方式1一样,在将法线A与轴上主光线B的距离达到最小的轴上主光线B上的点设为点P时,也是优选点P相较于摄像镜头5的最靠观察被摄体侧面而言存在于像侧而且相较于摄像元件6而言存在于观察被摄体侧。再者,在本实施方式中,由于法线A与轴上主光线B不相交,因此如图5的(c)所示,将法线A射影到包含轴上主光线B且与法线A平行的平面得到的射影法线A'与轴上主光线B的交点设为点P。
此外,在本实施方式中,关于摄像镜头5的拍摄方向相对于插入部12的插入方向的斜率,如图5的(c)所示,将轴上主光线B与射影法线A'所成的角度设为角度α。
如此,通过以轴上主光线B上的点P相较于摄像元件6而言存在于观察被摄体侧的方式倾斜配置摄像镜头5的拍摄方向,可以针对插入部12的大小在减小间隙的情况下高效地配置摄像镜头5。
<实施例>
接着,展示实施例来对本发明的观察摄像装置1、11的配置在前端部3的摄像镜头5的构成进行具体说明。但本发明并不限定于以下实施例。再者,各实施例是利用上述实施方式1的观察摄像装置1中的摄像镜头5的配置关系来进行说明。以下列举的各实施例的光学系统(摄像镜头5)是作为例如用于数字相机、摄像机等摄像装置(光学装置)的摄像光学系统的观察光学系统,尤其可以理想地运用于进行狭小空间的内部观察用的显微镜、内窥镜等观察摄像装置。此外,各透镜剖视图中,朝向附图而左方为观察被摄体侧(物体侧)、右方为像面侧。
【实施例1】
首先,参考图6,对本发明的实施例1的摄像镜头进行说明。图6为表示本发明的实施例1的摄像镜头的镜头构成的剖视图。
该摄像镜头从观察被摄体侧起依序由具有负屈光力的第1透镜L1、具有正屈光力的第2透镜L2、具有正屈光力的第3透镜L3、具有负屈光力的第4透镜L4、以及具有正屈光力的第5透镜L5构成。孔径光阑配置在第2透镜L2的物体侧面。
下面,对透镜的形状进行说明。第1透镜L1是像侧面为凹形状的平凹透镜,第2透镜L2为双凸透镜,第3透镜L3为双凸透镜,第4透镜L4为双凹透镜,第5透镜L5是物体侧为凸形状的凹凸透镜。此外,在实施例1中,第1透镜L1到第5透镜L5这所有的透镜都是树脂透镜。
实施例1的摄像镜头如表7所示那样以α=45°配置在长度L及直径DI的观察摄像装置的插入部中,摄像元件以γ=0°加以配置。再者,摄像镜头及摄像元件的配置不限定于此,例如摄像镜头也能以α=30°、α=20°等加以配置,摄像元件也能以γ=5°、γ=10°等加以配置,这在后面的各实施例中也是一样的。
此外,图6所示的“IP”为成像面,配置摄像元件6。在成像面IP的物体侧具有玻璃罩等不具有实质屈光力的平行平板。这些内容在其他实施例中展示的各透镜剖视图中也是一样的,因此以下将省略说明。
表1展示实施例1的摄像镜头的面数据。表1中,“面编号”表示从物体侧数出的透镜面的顺序,“r”表示透镜面的曲率半径,“d”表示透镜面的光轴上的距离,“nd”表示对d线的屈光力,“vd”表示对d线的阿贝数。面编号旁边标注的“*”表示该透镜面具有非球面形状,“S”表示孔径光阑。进而,曲率半径的“∞”表示平面。各表中的长度的单位均为“mm”,角度的单位均为“°”。
表2展示各非球面的非球面系数。该非球面系数是以下式定义各非球面形状时的值。此外,表7展示各实施例的规格值,表8展示各条件式的数值。表7中的fL1~fL7分别表示第1透镜L1至第7透镜L7的焦距。
X(Y)=CY2/[1+{1-(1+K)·C2Y2}1/2]+A4·Y4+A6·Y6+A8·Y8+A10·Y10+A12·Y12
其中,表6中,“E-a”表示“×10-a”。此外,上述式子中,“X”设为光轴方向距基准面的位移量,“C”设为面顶点处的曲率,“Y”设为与光轴垂直的方向的距光轴的高度,“K”设为圆锥系数,“An”设为n次的非球面系数。
这些表相关的事项在其他实施例中展示的各表中也是一样的,因此以下将省略说明。
[表1]
[表2]
此外,图7表示实施例1的摄像镜头的纵向像差图。纵向像差图中,朝向附图从左侧起依序表示纵向像差图(mm)、像散(mm)、畸变像差(%)。表示球面像差的图中,纵轴取F值,横轴取散焦,实线表示d线(波长λ=587.6nm)下的球面像差,长虚线表示C线(波长λ=656.3nm)下的球面像差,短波状线表示g线(波长λ=435.8nm)下的球面像差。表示像散的图中,纵轴取像高,横轴取散焦,实线表示对应于d线的弧矢面,虚线表示对应于d线的子午截面。表示畸变像差的图中,纵轴取像高,横轴取%,表示畸变像差。这些纵向像差图相关的事项在其他实施例中展示的纵向像差图中也是一样的,因此以下将省略说明。
【实施例2】
接着,参考图8、图9,对本发明的实施例2的摄像镜头进行说明。图8为表示本发明的实施例2的摄像镜头的镜头构成的剖视图。图9为实施例2的摄像镜头的纵向像差图。
该摄像镜头从观察被摄体侧起依序由具有负屈光力的第1透镜L1、具有正屈光力的第2透镜L2、具有正屈光力的第3透镜L3、具有负屈光力的第4透镜L4、具有正屈光力的第5透镜L5、以及具有负屈光力的第6透镜L6构成。孔径光阑配置在第2透镜L2的物体侧面。
下面,对透镜的形状进行说明。第1透镜L1是物体侧面为凸形状的凹凸透镜,第2透镜L2是像侧为凸形状的凹凸透镜,第3透镜L3为双凸透镜,第4透镜L4为双凹透镜,第5透镜L5为双凸透镜,第6透镜L6是物体侧为凸形状的凹凸透镜。此外,在实施例2中,第1透镜L1到第6透镜L6这所有的透镜都是树脂透镜。
实施例2的摄像镜头以α=45°配置在表7所示的长度L及直径DI的观察摄像装置的插入部中,摄像元件以γ=0°加以配置。
表3展示实施例2的摄像镜头的面数据,表4展示各非球面的非球面系数。
[表3]
面编号 | r | d | nd | vd |
物体面 | ∞ | 8.000 | ||
1* | 30.000 | 0.300 | 1.5439 | 55.88 |
2* | 0.827 | 0.473 | ||
3S* | -2.380 | 0.561 | 1.5439 | 55.88 |
4* | -0.543 | 0.100 | ||
5* | 8.108 | 0.651 | 1.5439 | 55.88 |
6* | -1.387 | 0.112 | ||
7* | -1.179 | 0.300 | 1.6510 | 21.51 |
8* | 3.059 | 0.100 | ||
9* | 1.494 | 0.508 | 1.5439 | 55.88 |
10* | -8.114 | 0.100 | ||
11* | 2.383 | 0.300 | 1.6510 | 21.51 |
12* | 1.983 | 0.251 | ||
13 | ∞ | 0.400 | 1.5168 | 64.20 |
14 | ∞ | 0.045 |
[表4]
【实施例3】
接着,参考图10、图11,对本发明的实施例3的摄像镜头进行说明。图10为表示本发明的实施例3的摄像镜头的镜头构成的剖视图。此外,图11为实施例3的摄像镜头的纵向像差图。
该摄像镜头从观察被摄体侧起依序由具有负折射力屈光力的第1透镜L1、具有负折射力屈光力的第2透镜L2、具有正折射力屈光力的第3透镜L3、具有正折射力屈光力的第4透镜L4、具有正折射力屈光力的第5透镜L5、具有负折射力屈光力的第6透镜L6以及具有正折射力屈光力的第7透镜L7构成。孔径光阑配置在第3透镜L3与第4透镜L4之间。
下面,对透镜的形状进行说明。第1透镜L1是物体侧面为凸形状的凹凸透镜,第2透镜L2是物体侧为凸形状的凹凸透镜,第3透镜L3是物体侧为凸形状的凹凸透镜,第4透镜L4是像侧为凸形状的凹凸透镜,第5透镜L5为双凸透镜,第6透镜L6为双凹透镜,第7透镜L7为双凸透镜。此外,在实施例3中,第5透镜L5及第7透镜L7这2块透镜为树脂透镜。
实施例3的摄像镜头以α=45°配置在表7所示的长度L及直径DI的观察摄像装置的插入部中,摄像元件以γ=0°加以配置。
表5展示实施例3的摄像镜头的面数据,表6展示各非球面的非球面系数。
[表5]
[表6]
[表7]
表8展示各实施例中的各条件式(1)至条件式(11)的值。
[表8]
【工业可利用性】
如上所述,本发明例如可以较佳地用于分辨率高、人无法直接进入的狭小空间的内部观察。此外,本发明的观察摄像装置适于显微镜等的微细被摄体的观察。
【标号说明】
1、11 观察摄像装置
2、12 插入部
3、13 前端部
4 窗部
5 摄像镜头(摄像光学系统)
6 摄像元件
7 图像处理部
8 照明部
9 显示装置。
Claims (16)
1.一种观察摄像装置,其具备:
插入部,其为筒状;
摄像光学系统,其配置在所述插入部的前端部,不具有中间成像面,包含1块以上的透镜;以及
摄像元件,其在所述摄像光学系统的像侧将通过该摄像光学系统形成的光学像转换为电信号,该观察摄像装置的特征在于,
在将穿过所述摄像元件的有效拍摄范围的中心的所述插入部的截面当中面积最小的所述插入部的截面S的重心位置上穿过的法线设为法线A时,
所述摄像光学系统以配置在该摄像光学系统的最靠观察被摄体侧的透镜L1的观察被摄体侧面的轴上主光线B相对于所述法线A而倾斜的方式固定配置在所述插入部中,
所述法线A与所述轴上主光线B的距离达到最小的所述轴上主光线B上的点P相较于所述透镜L1的观察被摄体侧面而言位于像侧而且相较于所述摄像元件而言位于观察被摄体侧,
满足以下条件式:
0.10<Dm/Ds<0.80·····(1)
其中,
Dm:所述摄像元件的有效拍摄范围的面积
Ds:所述截面S的面积。
2.根据权利要求1所述的观察摄像装置,其特征在于,
所述摄像光学系统不具有配备反射面的光学元件。
3.根据权利要求1或2所述的观察摄像装置,其特征在于,
所述摄像光学系统由5块以上的透镜构成。
4.根据权利要求1所述的观察摄像装置,其特征在于,
满足以下条件式:
-50.00<fL1/f<-0.01·····(2)
其中,
fL1:所述透镜L1的焦距
f:所述摄像光学系统的焦距。
5.根据权利要求1所述的观察摄像装置,其特征在于,
所述摄像光学系统在所述透镜L1的像侧有具有正屈光力的透镜L2,
满足以下条件式:
0.02<fL2/|fL1|<20.00·····(3)
其中,
fL1:所述透镜L1的焦距
fL2:所述具有正屈光力的透镜L2的焦距。
6.根据权利要求1所述的观察摄像装置,其特征在于,
所述摄像光学系统在所述透镜L1的像侧具有至少1块具有负屈光力的透镜N,
满足以下条件式:
1.500<NdN<2.200·····(4)
其中,
NdN:所述透镜N的d线下的折射率。
7.根据权利要求1所述的观察摄像装置,其特征在于,
满足以下条件:
0.2<OAL/YY<10.0·····(5)
其中,
OAL:所述摄像光学系统的最靠观察被摄体侧的透镜面到所述摄像元件的距离
YY:所述摄像元件的有效对角长。
8.根据权利要求1所述的观察摄像装置,其特征在于,
所述摄像光学系统具有至少1块以树脂为材料的透镜,
满足以下条件:
0.30<|fLP|/f<10.00·····(6)
其中,
fLP:所述以树脂为材料的透镜的焦距
f:所述摄像光学系统的焦距。
9.根据权利要求1所述的观察摄像装置,其特征在于,
满足以下条件:
20.0<YY/PIT/Fno<2000.0·····(7)
其中,
YY:所述摄像元件的有效对角长
PIT:所述摄像元件的像素间距
Fno:所述摄像光学系统的F值。
10.根据权利要求1所述的观察摄像装置,其特征在于,
所述插入部由沿插入方向延伸的筒状构件构成,
满足以下条件:
2.0<L/OAL·····(8)
其中,
L:所述插入部的插入方向的长度
OAL:所述摄像光学系统的最靠观察被摄体侧的透镜面到成像面的距离。
11.根据权利要求1所述的观察摄像装置,其特征在于,
满足以下条件:
0.00≤tan(|β|-|α|)<2.00·····(9)
其中,
α:所述法线A与所述轴上主光线B所成的角度
β:所述摄像光学系统的最轴外主光线的半视场角。
12.根据权利要求1所述的观察摄像装置,其特征在于,
满足以下条件:
0.01<(OAL×sin|α|+YY×cos|α|)/DI<5.00······(10)
其中,
OAL:所述摄像光学系统的最靠观察被摄体侧透镜面到成像面的距离
α:所述法线A与所述轴上主光线B所成的角度
YY:所述摄像元件的有效对角长
DI:所述截面S的外接圆直径。
13.根据权利要求1所述的观察摄像装置,其特征在于,
所述摄像元件的有效拍摄范围具有大致长方形的形状,
满足以下条件:
0.00≤tan|γ|<0.60·····(11)
其中,
γ:由所述法线A及所述轴上主光线B所成的角度α和所述轴上主光线B形成的平面与所述摄像元件的有效拍摄范围的短边方向所成的角度。
14.根据权利要求1所述的观察摄像装置,其特征在于,
在所述插入部的前端具备用于对观察被摄体进行照明的照明部,
所述轴上主光线B与所述照明部进行照明的取向性的轴大致平行。
15.根据权利要求1所述的观察摄像装置,其特征在于,
该观察摄像装置具备图像处理部,所述图像处理部对由所述摄像元件拍摄到的图像数据进行电性加工而修正图像的畸变。
16.根据权利要求1所述的观察摄像装置,其特征在于,
所述摄像光学系统以能以所述法线A为旋转中心进行旋转的方式加以安装,
该观察摄像装置具备图像处理部,所述图像处理部对一边使所述摄像光学系统旋转一边通过所述摄像元件进行拍摄得到的图像进行合成。
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