JP2000266979A

JP2000266979A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2000266979A
Application number: JP11069377A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Suga; 武志菅; Noriyuki Fujimori; 紀幸藤森
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】回転非対称な表面形状を有する光学素子を含
む光学系の正確且つ高精度な位置決めが可能な撮像装置
を提供すること。【解決手段】撮像装置は、回転非対称な表面形状を有
す光学素子４を含んだ対物光学系と、回転非対称な開口
形状を有する明るさ絞り１７と、固体撮像素子８と、こ
れらを保持する保持手段１，５を備えており、前記固体
撮像素子４と保持手段１，５には、光軸に対する回転方
向の位置出し手段（非円形部）４ａ，１ａ，１ｂ，５ａ
がそれぞれ設けられ、前記明るさ絞り１７は前記光学素
子４の表面に蒸着されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転非対称な表面
形状を有する光学素子を少なくとも一つ含んだ対物光学
系と、回転非対称な開口形状を有する明るさ絞りと、固
体撮像素子とを有する撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、内視鏡の細長い挿入先端部にＣＣ
Ｄなどの固体撮像素子を内蔵させ、固体撮像素子の撮像
面上に観察対象部位の観察像を対物レンズで結像させて
得られる電気信号を、信号ケーブルを介して内視鏡の外
部に設置した画像処理装置へ伝送し、画像信号に変換し
てモニター上に観察対象部位の画像を表示させることに
より観察が行えるようにした電子内視鏡が広く利用され
ている。

【０００３】また、観察像を固体撮像素子上に結像させ
るのに用いられる対物レンズも多様化しており、複雑な
表面形状を有する対物レンズが組み込まれることもあ
る。例えば、ＰＣＴ／ＵＳ９６／０１５１４などに開
示されているように、回転非対称な光学素子を用いて光
学系の空間周波数特性を変換し、光学系の被写界深度を
拡大するようにした技術が提案されている。この技術の
場合、回転非対称な光学素子により回転非対称なボケ
（回転非対称な収差）が発生するため、電気的な信号処
理によりこのボケを補正し、結果として通常のレンズ系
を用いる場合よりも遙かに広い被写界深度範囲に渡って
高画質の画像が得られるという特徴を有している。

【発明が解決しようとする課題】

【０００４】ところで、通常、この目的で用いられる信
号処理系は、光学像が或る特定の状態にあることを前提
として構成されているので、光学像が予定のものとは異
なる状態になると、補正が効かなくなり、画質が大きく
劣化してしまうという問題点がある。また、この種の撮
像装置では、回転非対称な表面形状を有する光学素子を
用いるので、回転対称な通常のレンズを用いる場合とは
異なり、光学素子の高精度の位置決めと回転方向の正確
な位置決めが必要となる。

【０００５】本発明は、従来技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、回転非対称な表面形状を有する光学素子を含む光
学系の正確且つ高精度の位置決めが可能な撮像装置を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による撮像装置は、回転非対称な表面形状を
有する光学素子を少なくとも一つ含んだ光学系と、回転
非対称な開口形状を有する明るさ絞りと、固体撮像素子
と、前記光学素子，明るさ絞り及び固体撮像素子を夫々
保持する保持手段とを有する撮像装置において、前記光
学素子と明るさ絞りの光軸に対する回転方向の位置出し
手段を設けたことを特徴としている。

【０００７】本発明によれば、Ｚを光学系の光軸、Ａを
係数、Ｘを固体撮像素子の画素配列の水平（走査）方向
（モニターの水平方向）と平行で前記Ｚ軸に直交する
軸、Ｙを固体撮像素子の画素配列の垂直（走査方向に直
交）方向（モニター上の垂直方向）と平行で前記Ｚ軸に
直交する軸としたとき、前記光学素子はＺ＝Ａ（Ｘ³＋
Ｙ³）を満たす３次元曲面で表わされる表面形状を有し
ている。

【０００８】また、本発明によれば、前記光学素子及び
／又は明るさ絞りは、非円形部分を含む外形を有してい
て、該非円形部分により前記固体撮像素子に対する回転
位置決めが行われるようになっている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
した実施例に基づき説明する。実施例１図１は本発明に係る（内視鏡用）撮像装置の第１実施例
の全体構成を示す断面図、図２（ａ）は図１の撮像装置
に用いられる回転非対称な表面形状を有する光学素子の
正面図、図２（ｂ）はその斜視図、図３（ａ）は図２に
示した回転非対称な表面形状を有する光学素子の変形例
の正面図、図３（ｂ）はその斜視図、図４は図１のＡ−
Ａ線断面図である。図中、１はレンズ保持枠、２はレン
ズ保持枠１に保持された凹レンズ、３はレンズ保持枠１
に保持された凸レンズ、４はレンズ保持枠１に接着保持
された回転非対称な表面形状を有する光学素子（以下、
回転非対称光学素子と云う）、５はレンズ保持枠１に嵌
着されたＣＣＤ保持枠、６はＣＣＤ保持枠５に接着固定
された凸レンズ、７はＣＣＤ保持枠５に接着固定された
カバーガラス、８は凸レンズ６と光学的中心を一致させ
た状態でカバーガラス７に接着固定されていて撮像面側
の面の端部にフレキシブルリード９がバンプ接合されて
いるＣＣＤなどの固体撮像素子、１０は開口中心が凸レ
ンズ６の光学的中心と一致するようにＣＣＤ保持枠５に
取り付けられたフレア絞り、１１は固体撮像素子８の撮
像面とは反対側の面に電気絶縁性接着剤により接着固定
された電子部品（トランジスタ）１２を介して保持され
ていて両側面にフレキシブルリード９の各自由端が半田
付けされている回路基板、１３はＣＣＤ保持枠５の嵌着
されたシールドケース、１４はシールドケース１３の開
口端を閉塞するケーブルホルダー、１５は回路基板１１
に接続固定された複数の接続端子１１ａに夫々接続され
た複数の信号ケーブル、１６は複数の信号ケーブル１５
を束ねてケーブルホルダー１４に挿通された信号ケーブ
ル束である。

【００１０】凸レンズ６とカバーガラス７と固体撮像素
子８は、紫外線硬化と熱硬化併用型の光学接着剤によ
り、フレア絞り１０や固体撮像素子８の光学的中心を凸
レンズ６の光軸と一致させた状態で互いに接着固定され
ているが、回転非対称光学素子４にて発生する回転非対
称な収差が大きい場合などは、フレア絞り１０や固体撮
像素子８の光学的中心を光軸に対して偏心させて設けて
も良い。回路基板１１の電子部品１２が設けられている
側とは反対側の面には、図示しないがチップコンデンサ
やチップ抵抗などの電子部品が高融点クリーム半田によ
り接続固定されている。フレキシブルリード９には電気
絶縁のためポリイミドテープが貼られており、ＣＣＤ保
持枠５とシールドケース１３とケーブルホルダー１４と
で画成された空間には接着剤が充填されていて、これら
の構成部品を一体的に固定している。

【００１１】回転非対称光学素子４の表面（凸レンズ３
側の面）の形状は、凹レンズ２と凸レンズ３及び６を含
む対物光学系の光軸中心をＸ軸及びＹ軸の原点としたと
き、Ｚ＝Ａ（Ｘ³＋Ｙ³）を満たす３次元曲面である。
この場合、Ｚ軸とＸ軸とＹ軸は互いに直交しており、Ｚ
軸は対物光学系の光軸、Ａは係数、Ｘ軸は固体撮像素子
８の画素配列の水平（走査）方向（モニターの水平方
向）と平行、Ｙ軸は固体撮像素子８の画素配列の垂直
（走査方向に直交）方向（モニター上の垂直方向）と平
行である。この表面には、図２に示すように正方形の開
口部１７ａを有する明るさ絞り１７が蒸着により設けら
れていて、凹レンズ２と凸レンズ３を透過して入射して
来た光束を所定の大きさに絞るようになっている。

【００１２】回転非対称光学素子４の裏面（凸レンズ６
側の面）は平面であり、レンズ保持枠１に設けられた突
当部に付き当てられて位置決めされた状態で外周部がレ
ンズ保持枠１に接着固定されている。また、回転非対称
光学素子４の円周の一部には非円形部４ａが設けられて
いて、この非円形部４ａがこれに対応してレンズ保持枠
１の内周面に形成された非円形部１ａ（図４参照）と係
合することにより、回転非対称光学素子４の回転方向の
位置決めが行われている。この例では、円形のレンズの
外周部の対向する一部分を平坦にすることにより非円形
部が形成されている。従って、回転非対称光学素子４は
レンズ保持枠１に対し光軸を中心とする回転方向にも高
精度の位置決めがなされ得る。図２に示す実施例では、
非円形部４ａが回転非対称光学素子４の一箇所のみに設
けられているが、図３に示すように対向する二箇所に設
けられても良く、その数は限定されない。この場合、レ
ンズ保持枠１にも対応して非円形部１ａが二箇所に設け
られることは云うまでもない。図示しないが同様にレン
ズ保持枠１とＣＣＤ保持枠５にそれぞれ非円形部を設
け、レンズ保持枠１の非円形部１ｂとＣＣＤ保持枠５の
非円形部５ａを係合させることにより回転方向の位置決
めを行っている。即ち、回転非対称光学素子４と固体撮
像素子８は光軸を中心とした回転方向に高精度に位置決
めされることになる。以上により、回転非対称光学素子
４の表面形状がＺ＝Ａ（Ｘ³＋Ｙ³）を満たす形状の場
合、Ｘ軸は固体撮像素子８の画素配列の水平（走査）方
向（モニター上の水平方向）と平行、且つ、Ｙ軸は固体
撮像素子８の画素配列の垂直（走査方向に直交）方向
（モニター上の垂直方向）と平行となるように、光軸
（Ｚ軸）を中心とした回転方向に高精度に位置決めする
ことが可能となる。

【００１３】ここで、回転非対称光学素子４の製造方法
について説明する。この回転非対称光学素子４はモール
ドまたはプレス等により形成されるが、その形成工程に
おいて、図２に示すように素子表面の光学的に光束が通
過することのない部分にアライメントマーク（基準マー
ク）４ｂを設ける。例えば、図示しないがプレス型に素
子の表面形状と共にアライメントマーク４ｂの型が刻み
込まれており、プレス工程で素子の表面形状を形成する
のと同時にアライメントマーク４ｂが打ち込まれる。ア
ライメントマーク４ｂは図２及び３に示すように少なく
とも二つ設けられ、例えば十字型をしている。次に、こ
のアライメントマーク４ｂを基準として、蒸着によって
形成される明るさ絞り１７の開口部１７ａをパターニン
グする。実施例では開口部１７ａの形状を正方形とした
が、長方形，八角形，円形その他何れにしても良い。ま
た、回転非対称光学素子４の中心と開口部１７ａの中心
とを所定量ずらしても良い。非円形部４ａも同様にして
アライメントマーク４ｂを基準にして加工される。

【００１４】このように、回転非対称な光学素子であっ
ても製造時にアライメントマーク４ｂが刻み込まれてい
るので、次工程において素子の方向性を容易に判別する
ことができ、また、このアライメントマーク４ｂを基準
として、蒸着により素子の表面上に高精度で光学絞りを
形成することが可能である。素子外形の非円形部もアラ
イメントマーク４ｂを基準に高精度で位置決めされてか
ら加工処理されるので、精度の高いこの種光学素子を製
造することが可能となり、レンズ枠内への素子の高精度
な位置決め及び保持が容易である。また、アライメント
マーク４ｂは光線が通過しない部分に刻設されているの
で、光学的に何らの影響を及ぼすこともない。

【００１５】ところで、本発明による撮像装置では、回
転非対称光学素子４により回転非対称なボケ（回転非対
称な収差）が発生しているため、通常のピント出しはで
きない。通常のピント出し（光軸方向（Ｚ方向）の調
整）作業では、所定位置にチャート等の被写体を置き、
その像をモニターで観察しながらピントが合うようにレ
ンズ保持枠１とＣＣＤ保持枠５の光軸方向の調整を行
い、両者を固定するようにしている。しかし、本実施例
では、回転非対称光学素子４により回転非対称なボケ
（回転非対称な収差）が発生しているため、上記のよう
な通常のピント出しはできない。従って、本実施例の場
合は、電気的な信号処理を併用し、回転非対称なボケ
（回転非対称な収差）を補正した像をモニターで観察し
ながら、上述のピント出し作業を行なうようにする。

【００１６】また、レンズ保持枠１の外周面に形成され
た非円形部１ｂ（図４参照）とＣＣＤ保持枠５の内周面
に対応して形成される非円形部５ａ（図１参照）に自由
度（アソビ）を残して置くようにして、上記の信号処理
を併用したピント出し作業の際に、レンズ保持枠１とＣ
ＣＤ保持枠５の回転方向の調整を行って固定するように
しても良い。この場合には、光学系のピント出し作業と
回転非対称光学素子４の回転方向の位置出し作業とを同
時に行えるので便利である。また、画像を基に調整を行
なうため、信号処理で想定している収差と実際の光学系
で発生している収差との間のズレ量を最小にすることが
できる。従って、画質を向上させることができると共
に、製造段階での歩留まりも向上させることが可能とな
る。

【００１７】このように、本実施例によれば、回転非対
称な表面形状を有する光学素子を用いても、この光学素
子とこの光学素子を保持するレンズ保持枠とに、対応す
る非円形部の如き光軸に対する回転方向の位置出し手段
を設けたから、この光学素子を高精度で位置決めするこ
とができ、また、回転非対称な開口形状を有する明るさ
絞りもこの光学素子の表面に蒸着されているので、同様
に高精度で位置決めされて十分な光学性能を実現するこ
とができる。

【００１８】実施例２図５は本発明に係る（内視鏡用）撮像装置の第２実施例
の全体構成を示す断面図、図６は図５に示した撮像装置
の外観斜視図、図７は図５に示した撮像装置に用いられ
ている回転非対称光学素子の斜視図、図８は図５のＢ−
Ｂ線断面図、図９（ａ）は図７に示したのとは異なる回
転非対称光学素子の正面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の
Ｃ−Ｃ線断面図である。図中、第１実施例に示したのと
実質上同一の部材及び部分には同一符号が用いられ、説
明は省略されている。この実施例は、回転非対称光学素
子４の構造と該素子４のレンズ保持枠１への取り付け構
造が、第１実施例とは異なる。即ち、回転非対称光学素
子４の表面（凸レンズ３側の面）には、図７に明示され
たように円形の外形の一部に非円形部（光軸方向のキー
溝）４ａとアライメントマーク４ｂの穿設された環状の
平面部４ｃと、この平面部４ｃよりも僅かに突出した第
１実施例と同様の３次元曲面部４ｄとが形成されてい
て、この３次元曲面部４ｄ上に開口１７ａを有する明る
さ絞り１７が蒸着により設けられている。この場合、３
次元曲面部４ｄは図９に示すように平面部４ｃよりも凹
んだ位置に形成して明るさ絞り１７を蒸着するようにし
ても良い。

【００１９】回転非対称光学素子４の裏面（凸レンズ６
側の面）は平面であって、この素子４は、図５に示され
た如く、平面部４ｃをレンズ保持枠１に設けられた突当
部に突き当てて位置決めした状態で外周部をレンズ保持
枠１に接着することにより固定される。この実施例で
は、回転非対称光学素子４の回転方向の位置決めは、非
円形部４ａとこれに対応してレンズ保持枠１及びＣＣＤ
保持枠５に形成された非円形部（キー溝）１ｃ及び５ｂ
とに共通にキー１８を嵌装することにより、行われる。
これにより、回転非対称光学素子４は、レンズ保持枠１
とＣＣＤ保持枠５に対して光軸の周りの回転方向にも高
精度で位置決めされ得る。

【００２０】本実施例では、非円形部１ｃ，４ａ，５ｂ
がレンズ保持枠１，回転非対称光学素子４，ＣＣＤ保持
枠５にそれぞれ一つずつ何れも凹型溝として形成された
が、これらは複数箇所に設けられても良く、また、Ｖ型
溝（図９（ａ）参照）またはＵ型溝として一箇所または
複数箇所に形成され、これに対応してキー１８も横断面
形状がＶ型またはＵ型に形成されたものを用いるように
しても良い。更に、凹型溝の代わりに凸型を形成して、
この凸型をキー溝１ｃに係合されるようにしても良い。
また、明るさ絞り１７は３次元曲面４ｄ上に蒸着により
形成されたが、図９に示すように平面部４ｃに例えばリ
ン青銅板などで作られた開口部１７ａ′を有する平面板
状明るさ絞り１７′を接合することにより構成してもよ
い。この場合、明るさ絞り１７′を回転非対称光学素子
４と接合して一体化した後、凸型，Ｖ型溝またはＵ型溝
などの非円形部４ａを設けて置くと、同様に回転方向の
位置決めが可能である。なお、明るさ絞り１７，１７′
の開口部１７ａ，１７ａ′の各辺はＸ軸，Ｙ軸とそれぞ
れ平行であり、その中心は光軸と一致している。その他
本実施例の作用効果は第１実施例のそれらと同様である
ので、説明を省略する。

【００２１】以上説明したように、本発明の撮像装置
は、特許請求の範囲に記載した特徴のほかに、下記の特
徴を有している。（１）前記位置出し手段は、前記光学素子の表面上に設
けられたアライメントマークを基準として前記光学素子
に形成されている請求項１に記載の撮像装置。

【００２２】（２）前記明るさ絞りは前記光学素子の表
面に蒸着されている請求項１に記載の撮像装置。

【００２３】（３）前記明るさ絞りは非円形部を有する
前記光学素子表面の所定位置に一体的に付設されてお
り、前記光学素子は前記非円形部を前記保持枠に対応し
て形成された非円形部に係合させることにより前記保持
枠に保持されるようになっている請求項１に記載の撮像
装置。

【００２４】（４）前記明るさ絞りの開口形状は長方形
または正方形である請求項１に記載の撮像装置。

【００２５】（５）前記光学素子を含む対物光学系と前
記固体撮像素子との位置決めを、画像処理を併用して前
記固体撮像素子からの画像信号をテレビモニターで観察
しながら行なうようにした請求項１に記載の撮像装置。

【００２６】（６）回転非対称な表面形状を有する光学
素子を製造する方法において、前記表面形状を形成する
と同時に基準マークを刻設し、該基準マークをもとに前
記光学素子の後加工処理を行なうようにしたことを特徴
とする方法。

【００２７】（７）Ｚを前記対物光学系の光軸、Ａを係
数、Ｘを前記固体撮像素子の画素配列の水平（走査）方
向（モニターの水平方向）と平行で前記Ｚ軸に直交する
軸、Ｙを前記固体撮像素子の画素配列の垂直（走査方向
に直交）方向（モニター上の垂直方向）と平行で前記Ｚ
軸に直交する軸としたとき、前記光学素子の表面形状は
Ｚ＝Ａ（Ｘ³＋Ｙ³）を満たす３次元曲面である請求項
１に記載の光学素子の製造方法。

【００２８】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、簡単な構成
にも拘わらず、回転非対称な表面形状を有する光学素子
を含む対物光学系の高精度な位置決めが可能であり、広
い被写界深度範囲に渡って高画質の画像を得ることので
きる撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る撮像装置の第１実施例の全体構成
を示す断面図である。

【図２】（ａ）は第１実施例に用いられている回転非対
称な表面形状を有する光学素子の正面図、（ｂ）はその
斜視図である。

【図３】（ａ）は図２に示した光学素子の変形例の正面
図、（ｂ）はその斜視図である。

【図４】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図５】本発明に係る撮像装置の第２実施例の全体構成
を示す断面図である。

【図６】図５に示した撮像装置の外観斜視図である。

【図７】第２実施例に用いられている回転非対称な表面
形状を有する光学素子の斜視図である。

【図８】図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図９】（ａ）は図７に示したのとは異なる回転非対称
な表面形状を有する光学素子の正面図、（ｂ）は（ａ）
のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【符号の説明】

１レンズ保持枠１ａ非円形部１ｂ非円形部１ｃ非円形部２凹レンズ３，６凸レンズ４回転非対称な表面形状を有する光学素子４ａ非円形部４ｂアライメントマーク４ｃ平面部４ｄ３次元曲面部５ＣＣＤ保持枠５ａ非円形部５ｂ非円形部７カバーガラス８固体撮像素子９フレキシブルリード１０フレア絞り１１回路基板１１ａ接続端子１２電子部品１３シールドケース１４ケーブルホルダー１５信号ケーブル１６信号ケーブル束１７，１７′ 明るさ絞り１７ａ，１７ａ′ 開口部１８キー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｃ５Ｃ０５４ 5/335 5/335 Ｖ 7/18 7/18 ＭＦターム(参考） 2H040 AA02 CA22 GA02 GA05 2H044 AB25 4C061 AA00 BB02 CC06 DD00 FF40 FF45 JJ06 JJ19 LL02 NN01 PP08 PP11 RR15 UU03 5C022 AA09 AB45 AB62 AC42 AC54 AC65 AC75 AC78 CA00 5C024 AA01 BA03 CA33 EA02 EA04 FA01 FA16 GA51 5C054 AA01 AA05 CA04 CC05 CD01 CE02 CG08 CH07 DA01 EA01 HA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転非対称な表面形状を有する光学素子
を少なくとも一つ含んだ光学系と、回転非対称な開口形
状を有する明るさ絞りと、固体撮像素子と、前記光学素
子，明るさ絞り及び固体撮像素子を夫々保持する保持手
段とを有する撮像装置において、前記光学素子と明るさ
絞りの光軸に対する回転方向の位置出し手段を設けたこ
とを特徴とする撮像装置。
【請求項２】Ｚを光学系の光軸、Ａを係数、Ｘを固体
撮像素子の画素配列の水平（走査）方向（モニターの水
平方向）と平行で前記Ｚ軸に直交する軸、Ｙを固体撮像
素子の画素配列の垂直（走査方向に直交）方向（モニタ
ー上の垂直方向）と平行で前記Ｚ軸に直交する軸とした
とき、前記光学素子はＺ＝Ａ（Ｘ³＋Ｙ³）を満たす３
次元曲面で表わされる表面形状を有している請求項１に
記載の撮像装置。
【請求項３】前記光学素子及び／又は明るさ絞りは、
非円形部分を含む外形を有していて、該非円形部分によ
り前記固体撮像素子に対する回転位置決めが行われるよ
うになっている請求項１に記載の撮像装置。