JP2008064933A - 光学ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】
顕微鏡などの光学系に交換レンズと干渉フィルタのような中間物を装着し、ＣＣＤなどの受光部に物体像を投影するとき、交換レンズと中間物の特性、特徴を生かしたままで投影する。
【解決手段】
物体からの像を交換レンズ３、コンバータレンズ、中間物７を経て受光部５に向かわせる。コンバータレンズはフィールドレンズ１４、第１結像レンズ１５、絞り１６、第２結像レンズ１７を順に配置してテレセントリック光学系を形成する。フィールドレンズ１４は交換レンズの焦点距離位置近傍に位置するよう位置決めし、このフィールドレンズが受けた交換レンズからの入射光を前記コンバータレンズの通過によって光軸にほぼ平行な光束に変更する。変更された平行光束中の第２結像レンズ１７と受光部５間に中間物７を装着自在に設置し、その通過光を受光部５に投影する。


【選択図】 図４

Description

本発明は写真撮影用の交換レンズを取り付けた光学系にデジタルカメラなどを装着した時、その受光部に一定品質の像が投影できるようにした光学ユニットを提供しようとするもので、特にテレセントリック光学系を備えた光学ユニットを用意する事で、干渉フィルタのような平行光束で使用する光学素子のような中間物や交換レンズなどの特性、特徴をそのまま利用できるようにしたものである。

試料を拡大して寸法や形状を精密測定する光学顕微鏡や投影機は、非接触で高精度の測定が容易に行えるため各種の分野で広く利用されている。一方、近年は通常の風景や人物、生物などの撮影でもデジタルカメラが多用され、画像のデータ化が進行している。

デジタルカメラの場合、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳなどの受光部に投影された画像をデジタルデータとしてメモリに保存し、それを必要に応じてモニタに表示する事ができる。そのため前記顕微鏡や測定器にもデジタルカメラが取り付けられ、画像データの記録装置として利用されてきている。ところでカメラや顕微鏡などを用いて風景や各種の試料を撮影する場合、受光部全体での像品質を一定化するため均一濃度にするための工夫や、物体（被写体）全体を一定の波長で撮影するための工夫が求められる。このようなことに対処するため光調整用としての干渉フィルタ（波長可変液晶フィルタなど）や拡散板、波長板、マイクロレンズなどが中間物として光学系中に設置されることが行われている。
しかしこれら各種の中間物を設置したとしても、入射角が大きなものはその性能だけでは処理しきれないケースが発生し、撮影した画像中の中央部と周辺部とでは品質が変わってしまうという場合が生じる。例えば撮影用の交換レンズとして広角レンズを使用し、更に前記中間物を光学系中に装着したような時、広角レンズを経て中間物に入射する光束には光軸外からの斜光線も生じる。この斜光線が生じると中間物としてマイクロレンズを使用したような時はマイクロレンズを通過する事ができず、干渉フィルタを使用した時は干渉フィルタの中心光軸に沿って進行する光と光軸外からの斜光線として進行する光の間に色の違いが発生してしまう。拡散板を使用としたときも、中心光軸に沿って進行した光と斜光線とでは拡散率が変化してしまう。波長板を使用する時も波長の特性に差が生じてしまう。このように平行光束で使用する各種光学素子のような中間物に対して斜光線が入射すると、例えば広角レンズを用いて空を撮影するような時、干渉フィルタの中心光軸に沿って進んだ光と斜光線として進行した光とでは空の色に違いが生じてしまう。これは空を撮影するような時だけでなく、海上での海の色、地上での植物分布状況などを撮影して温暖化や大気の汚れなどを把握し、地球環境の変化や予測を行うような時に重要な問題となる。
このようにこれまでは中間物を光学系中に設置するという手段だけでは像品質を安定させることは出来なかった。

図1を用いて更に説明する。この図は従来例を説明するための光学系概略図であるが、図Ａにおいて物体1Ａの像は鏡筒２に収容した交換レンズ３によってデジタルカメラ等の筐体４内に設置した受光部５に投影される。受光部５はＣＣＤやＣ−ＭＯＳなどで構成され、鏡筒２はねじ込み方式などによって筐体４に装着自在に連結されている。６は交換レンズ３の光軸を示し、この交換レンズ３に対して物体１Ａの光軸外に位置する先端部１ａからの光は角α１で入射する。この角α１で入射した光軸外の斜光線は交換レンズ３を通過後、そのまま直進して鏡筒２内を通過し受光部５に向かう。したがってこの図Ａでは入射角α１以内の角度の光であれば、交換レンズ３の特性、特徴に応じた物体像を受光部５上に投影することができる。

図Ｂは図Ａの鏡筒２を別種の鏡筒２ａに交換した時の例で、この鏡筒２ａには交換レンズ３に対して更に広角とした特性の交換レンズ３ａが収容されている。そのため物体１Ｂ（１Ｂ＞１Ａ）の光軸外先端部１ｂからの斜光線は角α２（α２＞α１）で入射し受光部５に向かう。したがってこの図Ｂでは入射角α２以内の角度の光であれば、交換レンズ３の特性、特徴に応じた物体像を受光部５上に投影することができる。

図Ｃは特定波長だけを選択して撮影するようなときの例で、交換レンズ３の鏡筒２と筐体４間に干渉フィルタや位相板などの中間物７を収容した鏡筒８を装着して連結したものである。このような中間物７を交換レンズ３と受光部５間に設置した光学系に角αの斜光線が入射したとすると、中間物７は平行光束の入射角を前提として設計されているから、前記したような中間物７通過時の障害が発生し、受光部５に投影される像の品質を変化させてしまう。例えば図Ａのように光学系中に中間物７を設置しない時と、図Ｃのように光学系中に中間物７を設置したときとでは、受光部５に得られる像は斜光線による影響が発生し、例えば図Ｄのように中心光軸６近域の投影像９ａと光軸外の投影像９ｂ、９ｃとに、色違いが発生してしまう。

これは中間物７に要求される垂直入射が、使用する交換レンズの種類によって例えば図ＡとＢのように入射角αに差が生じるためであり、受光部での検出濃度が不均一になったり色が変化したりする因となる。さらに設置する中間物の種類、例えば材質や厚さ等によっても受光部での検出濃度や色に差が出てしまう。結局画像が劣化することになって中間物や交換レンズの特性、特長を生かした撮影が自由に行えないということになる。

一方、特許文献１、２などにはテレセントリックレンズや光学系が紹介されている。このようなレンズや光学系を光学顕微鏡や投影機に導入すれば、例えば被写体を平行光束で照明することができる。そのため照明系にピント合わせの誤差が生じていたような時でも像倍率は変化しないという効果が得られる。しかしこのような光学系は被写体の照明や、照明された物体からの像を受光部に導くための光学系であって、交換レンズや中間物を光学系中に装着した時に、斜光線の問題や中間物の種類による前記問題をクリアして、その交換レンズや中間物の特性、特徴を生かした像を安定した状態の品質で受光部に送り出すものではない。
また特許文献３にはレーザ光源１１から出射された光が瞳投影レンズ１４、第１結像レンズ１５、対物レンズの瞳１７、対物レンズ１８、観察試料Ｓが配置された光学系が示されている（図１）。この光学系はテレセントリック光学系を形成し、そして第１結像レンズ１５と瞳１７間には１／４波長板１６が設置されている。この１／４波長板１６はレーザ光源１１が通過するとき、直線偏向を円偏向に変換するものであるが、これは受光部での像品質を安定化するものとみなせるから、前記した中間物７に相当する。しかしこの１／４波長板１６が設置される位置は、テレセントリック光学系中の第１結像レンズ１５と対物レンズ１８間であり、第１結像レンズ１５から１／４波長板１６に向かう光束は光軸に対して平行になっていない斜光線も含まれる箇所である。従って前記した中間物に対する斜光線の問題は何も解決されず、本願発明の前記目的を達成することは出来ない。
特開２００６−６５１４１号公報 特開２００４−３６１６５１号公報 特開２００６−２３３７１号公報

従って本発明の課題は、顕微鏡やデジタルカメラなどの光学系に各種の交換レンズや中間物を装着自在とし、装着した交換レンズ、中間物の特性、特徴を生かしたままＣＣＤなどの受光部に一定品質の鮮明な像を投影できるようにする事である。そして交換レンズ通過後の像を更に倍率変換できるようにする事である。これらによって顕微鏡やカメラなどの光学系機能を高め、汎用性を向上できるようにする事である。

上記課題を解決するため本発明は、入射光に対してフィールドレンズ、第1結像レンズ、絞り、第2結像レンズを順に配置してテレセントリックな光学系として作用するよう形成したコンバータレンズと、このコンバータレンズの前段に装着自在に連結され、前記フィールドレンズ位置が焦点距離位置近傍となるよう位置決めされる交換レンズと、前記コンバーレンズの後段に装着自在に連結され、コンバータレンズからの光を光軸にほぼ平行な光束として受ける中間物を収容した中間物鏡筒と、この中間物鏡筒の後段に装着自在に連結される受光部を収容した筐体と、で構成した事を特徴とする。
請求項２の発明によるものは、入射光に対してフィールドレンズ、第1結像レンズ、絞り、第2結像レンズを順に配置してテレセントリックな光学系として作用するよう形成したコンバータレンズと、このコンバータレンズの前段に装着自在に連結され、前記フィールドレンズ位置が焦点距離位置近傍となるよう位置決めされる交換レンズと、前記コンバーレンズのフィールドレンズと第１結像レンズ間に装着自在に連結され、フィールドレンズからの光を光軸にほぼ平行な光束として受ける中間物を収容した中間物鏡筒と、前記コンバーレンズの後段に装着自在に連結される受光部を収容した筐体と、で構成した事を特徴とする。
請求項３の発明によるものは、前記請求項１、２記載の光学ユニットにおいてフィールドレンズを交換レンズの入射角に応じて光軸上で移動自在にして位置決めするようにしたことを特徴とする。
請求項４の発明によるものは、前記請求項１、２記載の光学ユニットにおいてフィールドレンズをズームレンズとし、交換レンズの焦点距離位置に応じて光軸上で移動自在にしてフィールドレンズの自動位置決めを行うようにしたことを特徴とする。
請求項５の発明によるものは前記請求項１、２記載の光学ユニットにおいて交換レンズと、その焦点距離位置近傍に位置決めしたフィールドレンズを1つの鏡筒内に収容し、この鏡筒を交換レンズの種類ごとに用意してコンバータレンズの前段に装着自在に連結するようにしたことを特徴とする。
請求項６の発明によるものは、前記請求項１、２記載の光学ユニットにおいて第２結像レンズをズームレンズとし、この第２結像レンズと受光部間の距離を変化させて交換レンズからの入射光倍率を変換するようにしたことを特徴とする。
請求項７の発明によるものは、前記請求項１、２記載の光学ユニットにおいて第２結像レンズをピント調整可能とし、受光部を収容した筐体とコンバータレンズ間に装着自在に連結される中間物鏡筒内の収容中間物の種類に応じてピント位置を光軸上で移動し、中間物装着後の光路長を自動補正するようにしたことを特徴とする。
請求項８の発明によるものは、前記請求項１記載の光学ユニットにおいて第２結像レンズと中間物を１つの中間物鏡筒内に収容し、収容する中間物の種類に応じて前記第２結像レンズに色収差の補正を施し、この中間物鏡筒を中間物の種類ごとに用意してコンバータレンズの後段に装着自在に連結するようにしたことを特徴とする。

この発明はテレセントリックな光学系としたコンバータレンズを交換レンズの後段に装着自在に連結し、さらにコンバータレンズの後段に中間物を装着自在に連結し、この中間物の後段にＣＣＤなどの受光部を装着自在に連結して構成した事を特徴とする。それによって交換レンズからの光は先ずコンバータレンズに入射し、その光が、たとえ光軸外からの斜光線であっとしても光軸にほぼ平行な光束に変換されて中間物に送り出される。これは交換レンズをどのような特性、特徴のものに交換したとしてもコンバータレンズ内で平行光束に変換されるということになるから、中間物に向かう光束の品質を常に一定に保つ事ができる。そしてこのことは中間物に入射する光束を光軸にほぼ平行な光束として扱えることになるから、中間物の特性、特徴などを生かした像を受光部に投影する事ができる。

またコンバータレンズの最前列にはフィールドレンズが位置するよう構成し、このフィールドレンズを光軸上で移動自在にして、あるいはズームレンズとしてその位置を変えられるようにしたので、交換レンズの特性，特長などによって変化する交換レンズの焦点距離位置近傍にフィールドレンズを位置決めする事ができる。それによって交換レンズをどのような特性、特徴のものに交換したとしても、その焦点距離位置近傍にフィールドレンズを位置させることができる。

更にコンバータレンズの最後列には第２結像レンズが位置するよう構成し、この第２結像レンズを光軸上で移動自在にして、あるいはピント調整可能としてその位置を変えられるようにしたので、中間物を光学系中に設置したとき、その中間物の設置によって変化する受光部までの焦点距離の変化（光学的な伸び量）を補正したり、交換レンズからの入射光の倍率をさらに変換する事ができる。また第２結像レンズに中間物の種類に応じた色収差の補正を施し、この色収差の補正をした第２結像レンズをその中間物と共に１つの鏡筒内に収容し、この鏡筒を中間物の種類ごとに用意して受光部に対して装着自在に連結するようにした。これによって中間物をどのような材質、厚みや、特性、特徴といった種類に交換したとしても、色収差による光学的な伸び量の補正を行うことが出来る。
これらによって交換レンズと中間物の特性、特徴を活かしての撮影ができるようになり、光学系としての機能や汎用性を高める事ができる。また１つのコンバータレンズに対して各種の交換レンズや中間物を連結することになるが、その連結や交換作業などの取り扱いはこれまでの光学系と同様に扱う事ができる。

以下にこの発明による光学ユニットＵについて添付図面に基づいて説明する。

図２はこの発明になる光学ユニットＵの全体的な構成について説明する概略図である。図において左側に示した物体１の像は、鏡筒２に収容した交換レンズ３によってこの鏡筒２の後段に装着自在に連結したコンバータレンズ鏡筒１０に送られる。コンバータレンズ鏡筒１０にはコンバータレンズが収容され、その入射光を中間物７を収容した鏡筒８に送り出し、中間物７を通過した光束は筐体４内に保持されている受光部５に向かう。受光部５の像はパソコン１１を経由してモニタ１２に送り出されて表示される。パソコン１１にはキーボードやマウスなどの入力部１３が接続され、さらにＣＤ−ＲＯＭやＭＯなどの記憶装置も収容される。デジタルカメラの場合、パソコン１１やモニタ１２、入力部１３などの相当品は筐体４の内外部に取り付けられる。交換レンズ鏡筒３とコンバータレンズ鏡筒１０、コンバータレンズ鏡筒１０とその後段の中間物鏡筒８、及び中間物鏡筒８と筐体４の夫々は、ねじ込み方式などによって装着自在に連結され一体に構成される。
コンバータレンズ鏡筒１０の具体的な内部形成については後に図３を用いて説明するが、この鏡筒１０は交換レンズ３が仮に広角レンズのように斜光線を利用するものであったとしてもテレセントリックな光学系として作用し、その主光線を光軸にほぼ平行な光束に変更して中間物鏡筒８に送り出す。中間物鏡筒８には前記のように中間物７が収容されるが、光軸にほぼ平行な光束に変更された光束がこの中間物７を通過する。以下詳しく説明する。

図３はコンバータレンズ鏡筒１０の内部具体例を示した説明用の一部断面図である。コンバータレンズの全体はコンバータレンズ鏡筒１０に収容され、鏡筒２内の交換レンズ３からの入射光に対しフィールドレンズ１４、第１結像レンズ１５、絞り１６、第２結像レンズ１７が順に同一光軸線上に配置され形成される。フィールドレンズ１４は鏡筒１０内の内筒１８に収容され、交換レンズ３の焦点距離位置近傍に位置するよう位置決めされる。この位置決めは例えば内筒１８の外側面に施したねじを鏡筒１０の内側面に設けたねじを螺合して、内筒１８に植立したピン１９などを外部から手動で操作するなどして光軸６上で移動して行う。顕微鏡などではパルスモータを顕微鏡本体に取り付け、このモータを回転することで内筒１８を光軸６に沿って移動させるという方法が採用されている。このように光軸６上で内筒１８を移動してフィールドレンズ１４を位置決めしていくが、この移動は交換レンズ３を他種のものに交換した時に変化する焦点距離位置の変化時にもその調整用位置決めの手段として使用される。
第１と第２の結像レンズ１５、１７と絞り１６は１つの内筒２０に収容され、内筒２０は鏡筒１０内部に収容される。第２結像レンズ１７はその焦点距離位置が筐体４内の受光部５となるよう位置決めされる。これらレンズ群１４、１５、１７や絞り１６が鏡筒１０に収容されてコンバータレンズが形成されるが、図では便宜上、各レンズは単眼として示してある。

図３において、交換レンズ鏡筒２からその後段に装着自在に連結されるコンバータレンズ鏡筒１０に向かう光束のうち、光軸６近域からフィールドレンズ１４の光軸近域に進んだ光束は、そのまま光軸６に沿って直進し、第１結像レンズ１５、絞り１６、第２結像レンズ１７を通過して受光部５の光軸６近域に投影される。また交換レンズ３の光軸６外から角αでフィールドレンズ１４に入射した斜光線は、フィールドレンズ１４によってその主光線が光軸６にほぼ平行な光に変更され、第１結像レンズ１５、絞り１６、第２結像レンズ１７を経て光軸６にほぼ平行な光束として受光部５の光軸外の位置に投影される。この受光部５は前記のように筐体４に保持され、筐体４はコンバータレンズ鏡筒１０の後段に装着自在に連結される。以上のように光軸６外から角αでフィールドレンズ１４に入射した斜光線は、コンバータレンズ鏡筒１０内でテレセントリック光学系としての作用を受けて通過し、受光部５に対し光軸にほぼ平行な光束として進んで行く。それによって光軸外の外周部像も含めた全体像が一定品質の像として受光部５に投影される。尚、図では光軸６に対して１つの斜光線だけを示したものとなっており、また図２で示した中間物鏡筒８は省略されている。

図４はコンバータレンズ鏡筒１０の後段に中間物鏡筒８を連結したときの説明図である。図Ａにおいて中間物７を収容した中間物鏡筒８は、コンバーレンズ鏡筒１０の後段に装着自在に連結され、さらに中間物鏡筒８は受光部５を収容した筐体４の前段に装着自在に連結される。またコンバータレンズ鏡筒１０の前段には、交換レンズ３とフィールドレンズ１４を一体に収容した鏡筒２ａが装着自在に連結されている。このように構成された光学ユニットＵにおいて交換レンズ３、フィールドレンズ１４を通過した光束はコンバータレンズ鏡筒１０内でその主光線が光軸６にほぼ平行な光束に変更され、中間物鏡筒８に収容した中間物７をほぼ垂直方向から通過して受光部５に向かう。中間物７はその材質、厚さ、特性、特徴などの種類ごとに用意されて鏡筒８内に収容され、鏡筒８の交換が中間物７の交換となるよう筐体４とコンバータレンズ鏡筒１０間に設置される。
この中間物７が光学系中に装着自在に設置される位置は、コンバータレンズでほぼ平行光束に変更された後の光束が受光部５に向かう光路上の途中となる。そのため受光部５に向かう光束はみな中間物７に対してほぼ垂直方向に通過した光束となり、同じ条件で中間物７を通過することになる。それによって中間物７の中心光軸６近域を通過して受光部５に向かう光束も、光軸５近域から離れた位置を通過して受光部５に向かう光束も同じ条件で受光部５に向かうことになる。従ってたとえば干渉フィルタや波長板を中間物７として設置したとしても、受光部５に投影される像は光軸近域と周辺部とで色違いや波長の変化が生じることがなく、中間物７の特性、特長を活かした像を受光部５に投影することが出来る。このような光学ユニットＵとしたことによって各種の交換レンズ３と中間物７を自在に使用することが出来る。

但し、図４Ａの場合、中間物７を光学系中に設置するため光路長が図３に比して中間物７の厚さ相当分だけ変化する。これは中間物７の厚さだけでなく、材質や特性といった種類によっても光学的な伸びが発生し、それが光路長を変化させることになる。そのため図Ｂに示したように内筒２０を２つに分離し、第１結像レンズ１５側の内筒２０ａと第２結像レンズ１７側の内筒２０ｂとして独立させ、第２結像レンズ１７側の内筒２０ｂを光軸方向に移動できるようにしておく。この移動機構についての詳細は省略するが、例えば内筒２０ｂを図３の内筒１８と同じように鏡筒１０内で移動できるようにしておけばよい。
上記のように第２結像レンズ１７を光軸方向に移動できるような構成としておけば、各種の中間物７を光学系中に装着したとしても光路長の補正をして対処することが出来る。そしてこのことは中間物７の種類に応じて位置決めをした第２結像レンズ１７を予め用意し、それをその対応させた中間物７と１つにして中間物鏡筒８内に収容しておくことができるようになる。つまり内筒２０ｂと中間物鏡筒８を１つの鏡筒として準備することが出来る。それによって中間物の交換ごとに、その中間物に対応して位置決めされた第２結像レンズ１７を使用することが出来る。
この図４で説明したような中間物鏡筒８をコンバータレンズと連結した光学ユニットＵとすることで、中間物７の特性、特徴などの種類を利用した像を受光部で求めることが出来る。
尚、図４Ａでは交換レンズ３とフィールドレンズ１４を１つの鏡筒２ａに収容したものとしてある。つまり図３の鏡筒２と内筒１８を一体にして鏡筒２ａとしてある。この一体型の鏡筒２ａでは交換レンズ３の種類ごとに、その交換レンズの焦点距離位置近傍にフィールドレンズ１４を予め対応させて位置決めして配置しておくことができる。そのため交換レンズ３の交換がフィールドレンズ１４の交換となり、同時にフィールドレンズ１４の位置決めが実施される。この場合、フィールドレンズ１４は鏡筒２ａ側に収容されるから、コンバータレンズは第１結像レンズ１５、絞り１６、第２結像レンズ１７という構成となる。

図５は図４で説明したコンバータレンズの応用例を示した説明用の一部断面図で、図４Ｂの内筒２０ｂに収容する第２結像レンズ１７をズームレンズなどを利用してピント調整可能としてある。図においてフィールドレンズ１４と第１結像レンズ１５間の距離をｆ１とし、ピント調整可能とした第２結像レンズ１７ａと受光部５間の距離をｆ２としたとき、受光部５で得られる倍率Ｍはｆ１／ｆ２で求められる。従ってズームレンズ化などによってピント調整可能とした第２結像レンズ１７ａを移動してｆ２の値を変化すれば、交換レンズ３から伝えられる入射光束をさらに倍率変換した像を得ることが出来る。

第２結像レンズ１７によるピント調整は前記図４Ｂで述べた光学的な光路長の補正にも対処することが出来る。つまり内筒２０ｂ自身を光軸方向に移動する代わりに第２結像レンズ１７ａを移動してピント調整するようにすれば、伸び量相当分の光路長補正をオートフォーカス化することが出来る。ただしその場合、倍率Ｍは等倍となるよう配慮が必要である。さらにこの第２結像レンズ１７ａの移動は受光部５のサイズを選択出来るようになる。受光部５のサイズは使用目的によって制限される場合が多い。たとえば顕微鏡で試料の撮影を行う場合、静止画であればそのカメラに合わせたサイズとしてあるＣ−ＭＯＳやＣＣＤで確認するこができる。しかし試料を動画として確認するときは動画用のカメラに合わせたサイズとてしてあるＣＣＤなどで確認することになる。通常静止画用のＣＣＤと動画用のＣＣＤを１つの光学系で使い分けることは出来ないが、移動自在とした第２結像レンズ１７ａを使用すると、図５のｆ２距離を長くしたときの大サイズＣＣＤの光学系と、ｆ２の距離を短くしたときの小サイズＣＣＤ光学系を使い分けることが出来る。

図６は実施例２を説明するもので、中間物７を収容した鏡筒８ａをフィールドレンズ１４と第１結像レンズ１５ａ間に装着自在にして連結したもので、第１結像レンズ１５ａはズームレンズとしてある。図において交換レンズ３とフィールドレンズ１４は図４Ａと同じように１つの鏡筒２ａに収容され、この鏡筒２ａの後段に中間物７を収容した中間物鏡筒８ａが装着自在に連結される。中間物鏡筒８ａはコンバータレンズ鏡筒１０と装着自在に連結され、コンバータレンズ鏡筒１０は受光部５を収容した筐体４と装着自在に連結される。コンバータレンズ鏡筒１０には図４Ｂと同じように２つに分割された内筒２０ａ、２０ｂが収容され、内筒２０ａにはズーム化した第１結像レンズ１５ａが収容され、他方の内筒２０ｂには第２結像レンズ１７が収容される。これで光軸６上には交換レンズ３からの入射光に対してフィールドレンズ１４、中間物７、第１結像レンズ１５ａ、絞り１６、第２結像レンズ１７が順に配置され、光学ユニットＵが形成される。中間物７を必要としない撮影のときは中間物鏡筒８ａを外して、交換レンズ鏡筒２ａとコンバータレンズ鏡筒１０を連結することになる。
交換レンズ３からフィールドレンズ１４に入射した光は、その全ての主光線が光軸６にほぼ平行な光束に変更されて中間物７を通過し第１結像レンズ１５ａに向かう。中間物７を通過する光束は光軸６に平行な光束として通過するので、即ち中間物に対してほぼ垂直方向に入射するので中間物７通過による障害は発生しない。ただし、光路長としては中間物７の厚さなどに相当する分だけ変化するから、ピント調整が出来るようにした第１結像レンズ１５ａによってそれを補正する。つまりｆ１間の距離を変化させることで補正する。第１結像レンズ１５ａを通過した光は絞り１６、第２結像レンズ１７を経て筐体４内の受光部５に向かう。

上記のようにこの例では、中間物７をフィールドレンズ１４とピント調整が出来るようにした第１結像レンズ１５ａ間に設置する。前記した図２、４の例では第２結像レンズ１７と受光部５間に設置するようにしているが、その位置はどちらも光軸に対してほぼ平行な光束中であり光学的には等価である。

図７は実施例３の説明図で色収差の補正について示している。図Ａはコンバータレンズから光軸６に沿って進んできた光束２１が第２結像レンズ１７ｂによって光軸６上の位置２２に結像した状態を示している。この位置２２は受光部５の設置位置に相当するが、光束２１は例えばＲ、Ｇ、Ｂの合成光である。Ｒ、Ｇ、Ｂの各光は波長が異なるにもかかわらず、光軸上の同一位置２２に結像するよう第２結像レンズ１７ｂで調整される。つまり色収差補正の加工が第２結像レンズ１７ｂに施される。図３、４、６などに示したコンバータレンズの第２結像レンズ１７はこのように色収差補正の加工がされたものであり、それによって受光部５にはＲ、Ｇ、Ｂの各光が収差補正された状態で投影される。
このような第２結像レンズ１７ｂを使用し、或る特定波長による画像を求めようとすると、図４のようにその波長に適する中間物７を選択して光学系中に設置する。すると第２結像レンズ１７ｂ（図４では１７）に向かった光束２１は中間物７を通過するとき、第２結像レンズ１７ｂに施された色収差補正のための加工条件のまま通過しようとする。しかし中間物７を通過するとき、その厚さやＲ、Ｇ、Ｂごとの屈折率の差などによって光学的な結像位置が変化して、図７Ａの同一位置２２にＲ、Ｇ、Ｂの光を向かわせることが出来なくなる。

図７Ｂはこの状態を示したもので、中間物７を通過したＲ、Ｇ、Ｂの光はそれぞれの波長によって光軸６上の異なる位置２２ｒ、２２ｇ、２２ｂに結像する。この位置２２ｒ、２２ｇ、２２ｂは前記したように中間物７の種類、例えば材質、厚さやＲ、Ｇ、Ｂごとの屈折率の差などによって異なってくるが、中間物７を光学系中に設置したことによって変化する光学的な伸び量は下記の式によって求められる。
ｄ（１−１／ｎ）
これを図７Ｃで説明すると、ｄは中間物７の厚さで、ｎは中間物７の屈折率である。図において光束２１中のＢ光は中間物７を通過するとき高い屈折率で屈折して２１ｂとして射出し、図Ｂの位置２２ｂに結像する。光束２１中のＲ光は中間物７を通過するとき低い屈折率で屈折して２１ｒとして射出し、図Ｂの位置２２ｒに結像する。同様に光束２１中のＧ光は中間物７を通過するとき中程度の屈折率で屈折して２１ｇとして射出し、図Ｂの位置２２ｇに結像する。

図８は上記のように中間物７を設置したことによって生じる光学的な伸び量の変化を補正するようにした中間物鏡筒８ｂの説明図である。図においてコンバータレンズ鏡筒１０には図５と同様に第１結像レンズ１５や絞り１６が内筒２０ａに収容される。このコンバータレンズ鏡筒１０は中間物鏡筒８ｂと装着自在に連結され、中間物鏡筒８ｂは筐体４と装着自在に連結される。中間物鏡筒８ｂには第２結像レンズ１７ｃを収容した内筒２０ｂと中間物７が収容される。第２結像レンズ１７ｃは図７Ａで示した第２結像レンズ１７ｂをさらに加工し、同時に収容される中間物７に相当する分の色収差補正が施される。つまり中間物鏡筒８ｂ内に収容する中間物７の種類、例えば材質、厚さやＲ、Ｇ、Ｂ毎の屈折率の差などに対応する光学的伸び量分の色収差補正が加えられたものとなっている。従って中間物鏡筒８ｂは収容される中間物７の種類ごとに用意され、それを必要に応じて選択し、コンバータレンズ鏡筒１０と筐体４間に設置して使用する。
このような中間物鏡筒８ｂを選択的に使用することで、図７Ｂで説明した色収差の補正をした像を受光部５で得ることが出来る。

以上、実施例１、２、３として本発明の光学ユニットｕについて説明してきた。これら実施例において交換レンズ鏡筒２、コンバータレンズ鏡筒１０、中間物鏡筒８、筐体４間の連結方法や手段については特に詳しく説明していない。同様に各鏡筒２、１０、８や筐体４の具体的構造についても詳しく説明していない。これらは既存のものの組み合わせや許容範囲内での設計品を使用することで解決することが出来る。

従来例を説明するための光学系概略図。 この発明の光学ユニットの全体的な構成について説明する図。 コンバータレンズ鏡筒の内部具体例を示した説明用一部断面図。 コンバータレンズと中間物について説明する一部断面図。 コンバータレンズの応用例を示した説明用の一部断面図。 実施例２について説明する図。 実施例３について説明する図。 実施例３の中間物鏡筒について説明する図。

符号の説明

１・・・物体 ２・・・交換レンズ鏡筒 ３・・・交換レンズ ４・・・筐体 ５・・・受光部 ６・・・光軸 ７・・・中間物 ８・・・中間物鏡筒 １０・・・コンバータレンズ鏡筒 １１・・・パソコン １２・・・モニタ １４・・・フィールドレンズ １５・・・第１結像レンズ １６・・・絞り １７・・・第２結像レンズ １８・・・内筒 ２０・・・内筒 ２１・・・光束 Ｕ・・・光学ユニット

Claims (8)

1. 入射光に対してフィールドレンズ、第1結像レンズ、絞り、第2結像レンズを順に配置してテレセントリックな光学系として作用するよう形成したコンバータレンズと、このコンバータレンズの前段に装着自在に連結され、前記フィールドレンズ位置が焦点距離位置近傍となるよう位置決めされる交換レンズと、前記コンバーレンズの後段に装着自在に連結され、コンバータレンズからの光を光軸にほぼ平行な光束として受ける中間物を収容した中間物鏡筒と、この中間物鏡筒の後段に装着自在に連結される受光部を収容した筐体と、で構成した事を特徴とする光学ユニット。
2. 入射光に対してフィールドレンズ、第1結像レンズ、絞り、第2結像レンズを順に配置してテレセントリックな光学系として作用するよう形成したコンバータレンズと、
   このコンバータレンズの前段に装着自在に連結され、前記フィールドレンズ位置が焦点距離位置近傍となるよう位置決めされる交換レンズと、
   前記コンバーレンズのフィールドレンズと第１結像レンズ間に装着自在に連結され、フィールドレンズからの光を光軸にほぼ平行な光束として受ける中間物を収容した中間物鏡筒と、
   前記コンバーレンズの後段に装着自在に連結される受光部を収容した筐体と、で構成した事を特徴とする光学ユニット。
3. フィールドレンズを交換レンズの入射角に応じて光軸上で移動自在にして位置決めするようにしたことを特徴とする前記請求項1、２記載の光学ユニット。
4. フィールドレンズをズームレンズとし、交換レンズの焦点距離位置に応じて光軸上で移動自在にしてフィールドレンズの自動位置決めを行うようにしたことを特徴とする前記請求項1、２記載の光学ユニット。
5. 交換レンズと、その焦点距離位置近傍に位置決めしたフィールドレンズを1つの鏡筒内に収容し、この鏡筒を交換レンズの種類ごとに用意してコンバータレンズの前段に装着自在に連結するようにしたことを特徴とする前記請求項1、２記載の光学ユニット。
6. 第２結像レンズをズームレンズとし、この第２結像レンズと受光部間の距離を変化させて交換レンズからの入射光倍率を変換するようにしたことを特徴とする前記請求項１、２記載の光学ユニット。
7. 第２結像レンズをピント調整可能とし、受光部を収容した筐体とコンバータレンズ間に装着自在に連結される中間物鏡筒内の収容中間物の種類に応じてピント位置を光軸上で移動し、中間物装着後の光路長を自動補正するようにしたことを特徴とする前記請求項1、２記載の光学ユニット。
8. 第２結像レンズと中間物を１つの中間物鏡筒内に収容し、収容する中間物の種類に応じて前記第２結像レンズに色収差の補正を施し、この中間物鏡筒を中間物の種類ごとに用意してコンバータレンズの後段に装着自在に連結するようにしたことを特徴とする前記請求項1記載の光学ユニット。