JP2008083398A - Compound-eye optics and optical apparatus using the same - Google Patents

Compound-eye optics and optical apparatus using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound-eye optics that has a wide angle, less distortion, and high resolution, and to provide an optical apparatus using the same. <P>SOLUTION: The compound-eye optics 1 has a plurality of single-eyes 2 composed of at least two lens groups. The single eyes 2 are arranged nonparallel to each other. An image is formed on a curved face or polyhedron formed by them. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、広角の撮像光学系及びそれを用いた光学装置に関するものである。   The present invention relates to a wide-angle imaging optical system and an optical apparatus using the same.

広角の撮像光学系は、内視鏡、カプセル内視鏡、監視カメラ、ロボットの眼等に採用される撮像装置に用いられている。しかし、そのような撮像光学系として、従来のように共軸系広角レンズを用いた場合、周辺部に形成される像が縮小されて写る負の歪曲収差が発生してしまうという欠点があった。   Wide-angle imaging optical systems are used in imaging devices employed in endoscopes, capsule endoscopes, surveillance cameras, robot eyes, and the like. However, when a coaxial wide-angle lens is used as such an imaging optical system as in the prior art, there is a drawback in that negative distortion occurs in which an image formed at the peripheral portion is reduced. .

この欠点を解決する方法として、複眼光学系を用いることが特許文献1、2及び非特許文献1に記載されている。
特公平6−14141号公報 特開昭58−219522号公報 「SCIENCE VOL 312 28 APRIL 2006」 557〜561頁 The American Association for the Advancement of Science出版
As a method for solving this drawback, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1 describe the use of a compound eye optical system.
Japanese Patent Publication No. 6-14141 JP 58-219522 A "SCIENCE VOL 312 28 APRIL 2006" pp. 557-561 The American Association for the Advancement of Science published

しかし、特許文献1、2及び非特許文献1に記載されているような複眼光学系を用いた場合、複眼を構成する個眼の視野が重複してしまうため、解像力が低いと言う欠点があった。   However, when compound eye optical systems such as those described in Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1 are used, the field of view of the single eye composing the compound eye overlaps, so there is a drawback that the resolving power is low. It was.

本発明は、このような従来技術の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、広角であり歪曲収差の発生が少なく、解像力の高い複眼光学系及びそれを用いた光学装置を提供することである。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is a compound-eye optical system having a wide angle, a small amount of distortion, and a high resolving power, and an optical system using the same. Is to provide a device.

上記の目的を達成するために、本発明の複眼光学系は、少なくとも2つのレンズ群より構成される個眼を複数個有し、前記個眼同士を非平行に配列し、曲面上又は多面体上に像を形成した。   In order to achieve the above object, the compound eye optical system of the present invention has a plurality of single eyes composed of at least two lens groups, and the single eyes are arranged non-parallel to each other on a curved surface or a polyhedron. An image was formed.

また、上記の目的を達成するために、本発明の光学装置は、複数の個眼を有する複眼光学系と撮像面が曲面形状又は多面体形状を有する撮像素子を組み合わせた。   In order to achieve the above object, the optical apparatus of the present invention combines a compound-eye optical system having a plurality of single eyes and an imaging element whose imaging surface has a curved surface shape or a polyhedral shape.

本発明の複眼光学系及びそれを用いた光学装置によれば、広角であっても従来のように歪曲収差の発生が少なく、解像力の高い像を得ることができる。   According to the compound eye optical system and the optical apparatus using the same of the present invention, an image having a high resolving power can be obtained with less occurrence of distortion aberration as in the related art even at a wide angle.

以下、図示した実施例に基づき、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on illustrated embodiments.

図1は、本実施例に係る光学装置を示す模式図である。図2は、図1の本実施例の複眼光学系を構成する個眼の拡大図である。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an optical device according to the present embodiment. FIG. 2 is an enlarged view of a single eye constituting the compound eye optical system of the present embodiment of FIG.

まず、図1を用いて、本実施例の複眼光学系1の構成を説明する。複眼光学系1は、複数の個眼2により構成されている。また、それらの個眼2は、その光軸Lが点Qにおいて交わるように、放射状に配置されている。なお、個眼2の像面となる位置には、点Qを球心とする球面状の撮像面を有する撮像素子3が配置されている。また、個眼2は3群のレンズにより構成されている。   First, the configuration of the compound eye optical system 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. The compound eye optical system 1 is composed of a plurality of individual eyes 2. The individual eyes 2 are arranged radially so that their optical axes L intersect at a point Q. Note that an image pickup device 3 having a spherical image pickup surface with the point Q as a spherical center is disposed at a position serving as the image plane of the individual eye 2. The individual eye 2 is composed of three groups of lenses.

本実施例及び後述する他の実施例に用いられる撮像素子3は、CCDやC−MOS撮像素子等である。そして、その撮像面の形状は、撮像面上に形成される像面の形状にほぼ一致していれば良いため、球面状に限らず、曲面や、非球面や、自由曲面であっても構わない。さらに、多面体形状であっても構わない。なお、そのような形状の撮像面を有する撮像素子を作製するためには、ボール半導体や有機半導体等を用いると良い。   The image sensor 3 used in this embodiment and other embodiments described later is a CCD, a C-MOS image sensor, or the like. Since the shape of the imaging surface only needs to substantially match the shape of the image surface formed on the imaging surface, it is not limited to a spherical shape, and may be a curved surface, an aspherical surface, or a free curved surface. Absent. Furthermore, it may be a polyhedral shape. Note that a ball semiconductor, an organic semiconductor, or the like is preferably used for manufacturing an imaging element having such an imaging surface.

本実施例において、個眼2により結像され撮像素子3により撮影された像は、撮像素子3から信号処理回路9に送信され、映像信号に変換される。そのようにして得られた映像信号は、画像処理装置10により処理される。その後、処理された映像信号に基いて、表示装置11に画像が表示される。   In this embodiment, an image formed by the single eye 2 and photographed by the image sensor 3 is transmitted from the image sensor 3 to the signal processing circuit 9 and converted into a video signal. The video signal thus obtained is processed by the image processing apparatus 10. Thereafter, an image is displayed on the display device 11 based on the processed video signal.

なお、本実施例の複眼光学系1は、構成する個眼2の数が多いほど、より広角の撮影を行うことが可能である。また、本願の光学装置に共通して言えることであるが、画像処理を行わない場合には、画像処理装置10はなくても良い。   Note that the compound-eye optical system 1 of the present embodiment can perform wide-angle imaging as the number of the individual eyes 2 that are configured increases. In addition, as is common to the optical apparatus of the present application, the image processing apparatus 10 may be omitted when image processing is not performed.

次に、図1及び図2を用いて、本実施例の複眼光学系1を構成する個眼2について説明する。なお、物体面は点Qを球心とする球面であると仮定する。   Next, the individual eye 2 constituting the compound-eye optical system 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. It is assumed that the object surface is a spherical surface with the point Q as a sphere center.

複眼光学系1を構成する個眼2は、物体側から順に、対物レンズ2aと、フィールドレンズ2bと、リレーレンズ2cとにより構成されている。なお、対物レンズ2aの側面からリレーレンズ2cの側面には、隔壁4が配置されている。   The single eye 2 constituting the compound-eye optical system 1 is composed of an objective lens 2a, a field lens 2b, and a relay lens 2c in order from the object side. A partition wall 4 is disposed from the side surface of the objective lens 2a to the side surface of the relay lens 2c.

物体面5上にある物体6を観察する場合、まず、対物レンズ2aにより、その物体6の倒立像6aが、フィールドレンズ2b上に形成される。そして、その倒立像6aの倒立した像、つまり、物体6の正立像6bが、リレーレンズ2cにより、撮像素子3の撮像面上に形成される。本実施例の場合には、このように複数の個眼2により形成される各々の物体像はいずれも正立像であるため、それらの像を互いになめらかにつなげることができる。   When observing the object 6 on the object plane 5, first, an inverted image 6a of the object 6 is formed on the field lens 2b by the objective lens 2a. Then, an inverted image of the inverted image 6a, that is, an erect image 6b of the object 6 is formed on the imaging surface of the imaging element 3 by the relay lens 2c. In the case of the present embodiment, since each object image formed by the plurality of individual eyes 2 is an erect image, these images can be smoothly connected to each other.

また、本実施例の個眼2は、以下の条件式(1)を満足するように構成されている。
ただし、
1 : 球心から物体面までの距離
2 : 球心から像面までの距離
β : 個眼の倍率
β1 : 対物レンズの倍率
β2 : リレーレンズの倍率
である。
In addition, the individual eye 2 of the present embodiment is configured to satisfy the following conditional expression (1).
However,
R 1 : Distance from the spherical center to the object plane R 2 : Distance from the spherical center to the image plane β : Magnification of individual eye β 1 : magnification of objective lens β 2 : magnification of relay lens.

従って、本実施例の複眼光学系1を用いた場合には、複眼光学系1の複数の個眼2により、物体面5における物体6のβ倍の大きさの像が、撮像素子3の撮像面上に形成されることになる。   Therefore, when the compound eye optical system 1 of the present embodiment is used, an image that is β times as large as the object 6 on the object plane 5 is captured by the image sensor 3 by the plurality of individual eyes 2 of the compound eye optical system 1. It will be formed on the surface.

球心Qから物体面5が十分遠い位置にある場合、すなわち、球心Qから撮像素子3の撮像面までの距離、対物レンズ2aの焦点距離及びリレーレンズ2cの焦点距離と比較して、球心Qから物体面5までの距離が十分に大きい場合には、以下の条件式(2)及び(3)が成り立つ。
ただし、
1 : 対物レンズの焦点距離
である。
When the object plane 5 is sufficiently far from the spherical center Q, that is, compared with the distance from the spherical center Q to the imaging surface of the imaging device 3, the focal length of the objective lens 2a, and the focal length of the relay lens 2c, When the distance from the center Q to the object plane 5 is sufficiently large, the following conditional expressions (2) and (3) are satisfied.
However,
f 1 is the focal length of the objective lens.

なお、上記実施例1の光学装置に用いる複眼光学系1は、以下のように構成しても良い。   The compound eye optical system 1 used in the optical apparatus of Example 1 may be configured as follows.

上記実施例1の複眼光学系1は、対物レンズ2a、フィールドレンズ2b及びリレーレンズ2cはそれぞれ単レンズにより構成されているが、複数のレンズからなるレンズ群により構成しても構わない。また、対物レンズ2a、フィールドレンズ2b及びリレーレンズ2cは、屈折率が分布した不均質レンズにより構成しても構わない。なお、不均質レンズにより構成する場合は、レンズ同士が結合されていても構わない。   In the compound eye optical system 1 according to the first embodiment, the objective lens 2a, the field lens 2b, and the relay lens 2c are each configured by a single lens, but may be configured by a lens group including a plurality of lenses. Further, the objective lens 2a, the field lens 2b, and the relay lens 2c may be configured by heterogeneous lenses having a distributed refractive index. In addition, when comprising by a heterogeneous lens, lenses may be couple | bonded.

また、上記実施例1の複眼光学系1は、対物レンズ2aの側面からリレーレンズ2cの側面にかけて光を遮断する隔壁4を配置することにより、隣接する他の個眼2からの光の入り込みによるゴースト、フレア等の発生を防止している。なお、フィールドレンズ2bは、光束が像面まで通過できる場合には、なくても良い。   In the compound eye optical system 1 according to the first embodiment, the partition wall 4 that blocks light from the side surface of the objective lens 2a to the side surface of the relay lens 2c is disposed, thereby allowing light from the other adjacent eyes 2 to enter. Generation of ghosts and flares is prevented. The field lens 2b may be omitted when the light beam can pass to the image plane.

また、上記実施例1の複眼光学系1は、一つの個眼2により形成される像を、撮像素子3の複数の画素により撮像するように構成すると、得られる画像の解像度が向上する。   Further, when the compound eye optical system 1 of the first embodiment is configured to capture an image formed by one single eye 2 with a plurality of pixels of the image sensor 3, the resolution of the obtained image is improved.

また、上記実施例1の複眼光学系1は、実用上は画像の多少のボケは許容されるため、上記の条件式(1)ではなく、以下の条件式(4)を満たすように、個眼2を構成してもかまわない。
ただし、
1 : 球心から物体面までの距離
2 : 球心から像面までの距離
β : 個眼の倍率
である。
In addition, since the compound eye optical system 1 of Example 1 is practically allowed to have some blurring of the image, it is not necessary to satisfy the following conditional expression (4) instead of the conditional expression (1). The eye 2 may be configured.
However,
R 1 : Distance from the spherical center to the object plane R 2 : Distance from the spherical center to the image plane β : Single eye magnification.

さらに、上記実施例1の複眼光学系1は、複眼光学系1に用いられる撮像素子3の画素が粗い場合等においては、上記の条件式(4)ではなく、以下の条件式(5)を満たすように、個眼2を構成しても構わない。
ただし、
1 : 球心から物体面までの距離
2 : 球心から像面までの距離
β : 個眼の倍率
である。
Further, in the compound eye optical system 1 of the first embodiment, when the pixels of the image pickup device 3 used in the compound eye optical system 1 are rough, the following conditional expression (5) is used instead of the conditional expression (4). The individual eye 2 may be configured so as to satisfy.
However,
R 1 : Distance from the spherical center to the object plane R 2 : Distance from the spherical center to the image plane β : Single eye magnification.

また、上記実施例1の複眼光学系1を構成する個眼2は、以下の条件式(6)が成り立つ場合がある。
ただし、
1 : 球心から物体面までの距離
2 : 球心から像面までの距離
β : 個眼の倍率
である。
Moreover, the following conditional expression (6) may be satisfied for the individual eye 2 constituting the compound-eye optical system 1 of the first embodiment.
However,
R 1 : Distance from the spherical center to the object plane R 2 : Distance from the spherical center to the image plane β : Single eye magnification.

この場合、ある個眼2により撮像される範囲は、隣接する他の個眼2により撮像される範囲と、一部において重なることになる。そのような場合には、画像処理装置10によって、それぞれの個眼2により形成された像同士をつなぎ合わせる処理を行えば良い。なお、このような場合には、リレーレンズ2cと撮像素子3との間にも、隔壁を備えると良い。   In this case, the range imaged by one individual eye 2 partially overlaps the range imaged by another adjacent individual eye 2. In such a case, the image processing apparatus 10 may perform a process of joining the images formed by the individual eyes 2 together. In such a case, a partition wall may be provided between the relay lens 2 c and the image sensor 3.

また、上記実施例1の複眼光学系1を構成する個眼2は、以下の条件式(7)が成り立つ場合がある。
ただし、
1 : 球心から物体面までの距離
2 : 球心から像面までの距離
β : 個眼の倍率
である。
Moreover, the following conditional expression (7) may be satisfied in the individual eye 2 constituting the compound-eye optical system 1 of the first embodiment.
However,
R 1 : Distance from the spherical center to the object plane R 2 : Distance from the spherical center to the image plane β : Single eye magnification.

この場合、ある個眼2により形成される像と、隣接する他の個眼2により形成される像とが重なり合うことになる。そのような場合には、画像処理装置10によって、重なりあった像を分離させ後、つなぎ合わせる処理を行えば、なお良い。   In this case, an image formed by one individual eye 2 and an image formed by another adjacent individual eye 2 overlap each other. In such a case, it is more preferable that the image processing apparatus 10 separates the overlapped images and then performs a process of joining them.

なお、画像処理装置10により、個眼2により形成された画像の処理を行う場合には、上記の条件式(4)、(5)を満たすように個眼2を構成しなくても良い。   When the image processing apparatus 10 processes an image formed by the individual eye 2, the individual eye 2 may not be configured to satisfy the conditional expressions (4) and (5).

最後に、本実施例に係る複眼光学系1の数値データを示す。
球心から対物レンズまでの距離 : R = 1.5mm
球心から物体面までの距離 : R1 = 10mm
球心から像面までの距離 : R2 = 0.5mm
個眼の焦点距離 : f = −0.5mm
対物レンズの焦点距離 : f1 = 0.5mm
リレーレンズの焦点距離 : f2 = 0.125mm
フィールドレンズの焦点距離 : f3 =1/(f1 -1+(2×f2-1
= 0.1667mm
対物レンズの直径 : D = 0.16mm
フィールドレンズの最小必要直径 : D3 = 0.05318mm
個眼のFナンバー : Fno = 3.125
対物レンズのFナンバー : Fno1 = 3.125
個眼の倍率 : β = 0.05
対物レンズの倍率 : β1 ≒ −0.05
リレーレンズの倍率 : β2 = −1
個眼の視野角 : ΔΦ = tan-1(2×f2/Fno/(2×f2+R2))
=6.089度
複眼光学系の視野角 : 2ω = 180度
個眼の像高 :IH = f1×tan(ΔΦ/2) = 0.02659mm
複眼光学系を構成する個眼の個数:N=2π/(0.000239×ΔΦ2
≒ 709
なお、1ピクセルが直径0.03mmとすれば、
1つの個眼に含まれる画素数 : Nk = π×IH2/(π×0.00152
≒ 314
複眼光学系に含まれる画素の総数 : Np = 709×314 =222626
である。
Finally, numerical data of the compound eye optical system 1 according to the present example is shown.
Distance from sphere center to objective lens: R = 1.5mm
Distance from sphere center to object surface: R 1 = 10 mm
Distance from sphere center to image plane: R 2 = 0.5 mm
Focal length of individual eye: f = -0.5mm
Focal length of objective lens: f 1 = 0.5 mm
Focal length of relay lens: f 2 = 0.125 mm
Focal length of field lens: f 3 = 1 / (f 1 −1 + (2 × f 2 ) −1 )
= 0.1667mm
Objective lens diameter: D = 0.16mm
Minimum required diameter of field lens: D 3 = 0.05318 mm
Individual F number: Fno = 3.125
F number of objective lens: Fno 1 = 3.125
Single eye magnification: β = 0.05
Objective lens magnification: β 1 ≒ -0.05
Magnification of relay lens: β 2 = −1
Viewing angle of a single eye: ΔΦ = Tan −1 (2 × f 2 / Fno / (2 × f 2 + R 2 ))
= 6.089 degrees Viewing angle of compound eye optical system: 2ω = 180 degrees Individual eye image height: IH = F 1 × tan (ΔΦ / 2) = 0.02659 mm
Number of eyes constituting the compound eye optical system: N = 2π / (0.000239 × ΔΦ 2 )
≒ 709
If one pixel has a diameter of 0.03 mm,
Number of pixels contained in one individual eye: N k = π × IH 2 /(π×0.0015 2 )
≒ 314
Total number of pixels included in compound-eye optical system: N p = 709 × 314 = 222226
It is.

また、上記実施例1の光学装置には、以下に示すような構成を有する複眼光学系を用いても良い。   In addition, a compound eye optical system having the following configuration may be used for the optical device of the first embodiment.

図3は、本発明の光学装置に用いられる複眼光学系の他の構成例を示す部分拡大図である。図3に示す複眼光学系1’は、個眼2’、2’’、2’’’・・・を互いに非平行となるように配置されて構成されており、上記実施例1の光学装置に用いた複眼光学系1とは異なり、それらの光軸L’、L’’、L’’’・・・は、特定の一点において交わらない。また、個眼2’、2’’、2’’’・・・の像面には、撮像面が凸面の自由曲面形状である撮像素子3’が配置されている。   FIG. 3 is a partially enlarged view showing another configuration example of the compound eye optical system used in the optical apparatus of the present invention. The compound eye optical system 1 ′ shown in FIG. 3 is configured by arranging the individual eyes 2 ′, 2 ″, 2 ′ ″,... So as not to be parallel to each other. Unlike the compound-eye optical system 1 used in the above, their optical axes L ′, L ″, L ′ ″... Do not intersect at a specific point. In addition, on the image planes of the individual eyes 2 ′, 2 ″, 2 ′ ″..., An imaging element 3 ′ having a free-form surface with a convex imaging surface is disposed.

なお、個眼2’、2’’2’’’・・・は、図3に示すように、光軸L’、L’’、L’’’・・・が複数の点で交わるように配置しても構わないし、光軸同士が互いにねじれの関係となるように配置しても構わない。これは、いずれの場合であっても、画像処理により、各個眼により形成される画像を適宜つなぎ合わせれば、一つの広角の画像を得ることができるからである。   In addition, as shown in FIG. 3, the individual eyes 2 ′, 2 ″ 2 ′ ″... Have their optical axes L ′, L ″, L ′ ″. You may arrange | position and may arrange | position so that optical axes may mutually have a twist relationship. This is because, in any case, a single wide-angle image can be obtained by appropriately connecting images formed by the individual eyes by image processing.

また、個眼2’、2’’、2’’’・・・は、必ずしも互いに同一の構造や特性を有していなくても構わない。例えば、それぞれの視野角が異なるように構成しても良いし、構成するレンズの大きさ等が異なっても構わない。   Further, the individual eyes 2 ′, 2 ″, 2 ′ ″... Do not necessarily have the same structure and characteristics. For example, the viewing angles may be different from each other, or the sizes of the lenses to be configured may be different.

図4は、光ファイバーを用いた本発明に係る光学装置を示す模式図である。   FIG. 4 is a schematic diagram showing an optical device according to the present invention using an optical fiber.

本実施例の光学装置は、上記実施例1の光学装置に用いたものと同様の複眼光学系1を用いて構成されている。本実施例の光学装置は、上記実施例1とは異なり、複眼光学系1と撮像面の形状が平面である撮像素子3’’との間に、物体側から順に、入射端7aが放射状に形成された光ファイバー7の束、レンズ8、が配置されている。また、この光学装置は、信号処理回路9、画像処理装置10、表示装置11を備えている。   The optical apparatus of the present embodiment is configured using a compound eye optical system 1 similar to that used in the optical apparatus of the first embodiment. Unlike the first embodiment, the optical apparatus according to the present embodiment is configured such that the incident end 7a is radiated in order from the object side between the compound-eye optical system 1 and the imaging element 3 ″ having a flat imaging surface. A bundle of formed optical fibers 7 and a lens 8 are arranged. In addition, the optical device includes a signal processing circuit 9, an image processing device 10, and a display device 11.

本実施例の光学装置では、まず、複眼光学系1から出射された光は、光ファイバー7の入射端7aに入射する。そして、その光は光ファイバー7の出射端7bから出射され、レンズ8により、撮像素子3’’上に像を形成する。その後、撮像素子3’’により撮影された像は、信号処理回路9に送信されて映像信号に変換され、画像処理装置10により処理され、表示装置11に画像として表示される。   In the optical apparatus of the present embodiment, first, the light emitted from the compound eye optical system 1 enters the incident end 7 a of the optical fiber 7. Then, the light is emitted from the emission end 7 b of the optical fiber 7, and an image is formed on the image sensor 3 ″ by the lens 8. Thereafter, an image photographed by the image sensor 3 ″ is transmitted to the signal processing circuit 9, converted into a video signal, processed by the image processing device 10, and displayed as an image on the display device 11.

なお、本実施例においては、光導波路の一例として光ファイバー7を用いているが、他の光導波路を用いても良い。   In the present embodiment, the optical fiber 7 is used as an example of the optical waveguide, but another optical waveguide may be used.

図5は、本発明に係る光学装置であるカプセル内視鏡を示す模式図である。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a capsule endoscope that is an optical device according to the present invention.

本実施例のカプセル内視鏡12は、カプセルの両端の透明な部材により形成されているドーム部12aの内部に、上記実施例1、2に用いたものと同様の複眼光学系1と、撮像素子3とが配置されている。また、電源12bや、信号処理回路9等は、二つのドーム部12aの間に配置されている。なお、光源として照明用白色LED12cが配置されている。画像処理装置10と表示装置11は、カプセル内視鏡12の外部に配置されている。   The capsule endoscope 12 of the present embodiment includes a compound eye optical system 1 similar to that used in the first and second embodiments, and an image pickup device inside a dome portion 12a formed by transparent members at both ends of the capsule. Element 3 is arranged. Further, the power source 12b, the signal processing circuit 9 and the like are disposed between the two dome portions 12a. An illumination white LED 12c is disposed as a light source. The image processing device 10 and the display device 11 are disposed outside the capsule endoscope 12.

このカプセル内視鏡12により撮影され得られた像は、まず、カプセル内視鏡12内部に配置されている信号処理回路9により映像信号に変換される。その後、その映像信号は、無線によりカプセル内視鏡12の外部に配置されている画像処理装置10に送信されて処理され、表示装置11に画像として表示される。   An image obtained by the capsule endoscope 12 is first converted into a video signal by the signal processing circuit 9 disposed inside the capsule endoscope 12. Thereafter, the video signal is wirelessly transmitted to the image processing device 10 disposed outside the capsule endoscope 12, processed, and displayed as an image on the display device 11.

なお、このようなカプセル内視鏡12に、複眼光学系1を用いる場合、各複眼光学系1の視野角は180度を超える範囲を撮影することができるように構成することが好ましく、この構成例においては、視野角は210度となるように構成されている。   In addition, when using the compound eye optical system 1 for such a capsule endoscope 12, it is preferable to configure the compound eye optical system 1 so that the viewing angle of the compound eye optical system 1 can be photographed in a range exceeding 180 degrees. In the example, the viewing angle is configured to be 210 degrees.

図6は、本発明に係る光学装置である電子内視鏡の先端部周辺を示す模式図である。   FIG. 6 is a schematic diagram showing the periphery of the distal end portion of an electronic endoscope that is an optical apparatus according to the present invention.

本実施例の電子内視鏡13は、先端に、上記実施例1〜3に用いたものと同様の複眼光学系1と、撮像素子3が配置されている。また、複眼光学系1の周囲には、光源として照明用白色LED13aが配置されている。   In the electronic endoscope 13 of the present embodiment, the compound eye optical system 1 similar to that used in Embodiments 1 to 3 and the image sensor 3 are disposed at the tip. Further, around the compound eye optical system 1, an illumination white LED 13a is disposed as a light source.

この電子内視鏡13により撮影され得られた像は、撮像素子3から不図示の信号処理回路に送信され、映像信号に変換される。そのようにして得られた映像信号は、不図示の画像処理装置により処理される。その後、処理された映像信号に基いて、不図示の表示装置に画像が表示される。なお、本願で述べる曲面には多面体も含むものとする。   An image captured by the electronic endoscope 13 is transmitted from the image sensor 3 to a signal processing circuit (not shown) and converted into a video signal. The video signal thus obtained is processed by an image processing device (not shown). Thereafter, an image is displayed on a display device (not shown) based on the processed video signal. Note that the curved surface described in this application includes a polyhedron.

最後に、上記の説明において用いた用語の定義を以下に述べる。   Finally, the definitions of terms used in the above description are described below.

光学装置とは、光学系または光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくても良い。つまり、装置の一部でも良い。   An optical device is a device including an optical system or an optical element. The optical device alone may not function. That is, a part of the apparatus may be used.

光学装置には、撮像装置、観察装置、表示装置、照明装置、信号処理装置等が含まれる。   The optical device includes an imaging device, an observation device, a display device, a lighting device, a signal processing device, and the like.

撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、PDA(携帯情報端末)用デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、VTRカメラ、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、電子内視鏡、カプセル内視鏡、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、監視装置のカメラ、各種センサーの眼、録音装置のデジタルカメラ、人工視覚、レーザ走査型顕微鏡等がある。デジタルカメラ、カード型デジタルカメラ、テレビカメラ、VTRカメラ、動画記録カメラ、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、録音装置のデジタルカメラ等はいずれも電子撮像装置の一例である。   Examples of imaging devices include film cameras, digital cameras, PDA (personal digital assistant) digital cameras, robot eyes, interchangeable lens digital single lens reflex cameras, television cameras, video recording devices, electronic video recording devices, camcorders, VTRs. Cameras, mobile phone digital cameras, mobile phone TV cameras, electronic endoscopes, capsule endoscopes, in-vehicle cameras, satellite cameras, planetary explorer cameras, space probe cameras, surveillance camera cameras, various types Sensor eyes, digital cameras for recording devices, artificial vision, laser scanning microscopes, etc. Digital camera, card-type digital camera, TV camera, VTR camera, video recording camera, mobile phone digital camera, mobile phone TV camera, in-vehicle camera, satellite camera, planetary explorer camera, space probe camera, A digital camera or the like of a recording device is an example of an electronic imaging device.

観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファインダー、ビューファインダー、コンタクトレンズ、眼内レンズ、人工視覚等がある。   Examples of the observation apparatus include a microscope, a telescope, glasses, binoculars, a loupe, a fiberscope, a viewfinder, a viewfinder, a contact lens, an intraocular lens, and artificial vision.

表示装置の例としては、液晶ディスプレイ、ビューファインダー、ゲームマシン(ソニー社製プレイステーション)、ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、頭部装着型画像表示装置(head mounted display:HMD)、PDA、携帯電話、人工視覚等がある。   Examples of the display device include a liquid crystal display, a viewfinder, a game machine (a Sony PlayStation), a video projector, a liquid crystal projector, a head mounted display (HMD), a PDA, a mobile phone, and artificial vision. Etc.

照明装置の例としては、カメラのストロボ、自動車のヘッドライト、内視鏡の照明、内視鏡光源、顕微鏡光源等がある。   Examples of the illumination device include a camera strobe, an automobile headlight, an endoscope illumination, an endoscope light source, and a microscope light source.

信号処理装置の例としては、携帯電話、パソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、光計算機の演算装置、光インターコネクション装置、光情報処理装置、PDA等がある。   Examples of the signal processing device include a mobile phone, a personal computer, a game machine, an optical disk reading / writing device, an optical computer arithmetic device, an optical interconnection device, an optical information processing device, and a PDA.

なお、信号処理装置には、情報発信装置が含まれる。情報発信装置とは、携帯電話、固定式の電話、ゲームマシン、テレビ、ラジカセ、ステレオ等のリモコンや、パソコン、パソコンのキーボード、マウス、タッチパネル等の何らかの情報を入力し、送信することができる装置を指す。撮像装置のついたテレビモニター、パソコンのモニター、ディスプレイも含むものとする。   The signal processing device includes an information transmission device. An information transmission device is a device that can input and transmit any information such as a remote control such as a mobile phone, a fixed phone, a game machine, a TV, a radio cassette, a stereo, a personal computer, a keyboard of a personal computer, a mouse, a touch panel, etc. Point to. It shall also include a television monitor with an imaging device, a personal computer monitor, and a display.

撮像素子は、例えばCCD、C−MOS、撮像管、固体撮像素子、写真フィルム等を指す。   The image pickup device refers to, for example, a CCD, C-MOS, image pickup tube, solid-state image pickup device, photographic film or the like.

以上の本発明の複眼光学系及びそれを用いた光学装置は、特許請求の範囲の記載の他に、例えば次のように構成することができる。   The compound eye optical system of the present invention and the optical apparatus using the compound eye optical system can be configured as follows in addition to the description of the scope of claims.

(1) 少なくとも3つのレンズ群より構成される個眼を複数個有し、前記個眼同士を非平行に配列し、曲面状に像を形成することを特徴とする複眼光学系。 (1) A compound eye optical system comprising a plurality of single eyes composed of at least three lens groups, wherein the single eyes are arranged non-parallel to form an image on a curved surface.

(2) 前記像が正立像であることを特徴とする請求項1又は上記(1)に記載の複眼光学系。 (2) The compound eye optical system according to (1) or (1), wherein the image is an erect image.

(3) 前記像が物体に向かって凸面形状であることを特徴とする請求項1又は上記(1)に記載の複眼光学系。 (3) The compound-eye optical system according to (1) or (1), wherein the image has a convex shape toward the object.

(4) 以下の条件式(5)を満たすことを特徴とする請求項1又は上記(1)に記載の複眼光学系。
ただし、
1 : 球心から物体面までの距離
2 : 球心から像面までの距離
β : 個眼の倍率
である。
(4) The compound eye optical system according to claim 1 or (1), wherein the following conditional expression (5) is satisfied.
However,
R 1 : Distance from the spherical center to the object plane R 2 : Distance from the spherical center to the image plane β : Single eye magnification.

(5) 前記像の面に光導波路の入射端を配置したことを特徴とする請求項1又は上記(1)に記載の複眼光学系。 (5) The compound-eye optical system according to (1) or (1), wherein an incident end of an optical waveguide is disposed on the surface of the image.

(6) 前記レンズ群の間に隔壁を設けたことを特徴とする請求項1又は上記(1)に記載の複眼光学系。 (6) The compound eye optical system according to (1) or (1), wherein a partition wall is provided between the lens groups.

(7) 前記撮像素子が半導体により構成されていることを特徴とする請求項2に記載の光学装置。 (7) The optical apparatus according to (2), wherein the image sensor is made of a semiconductor.

(8) 前記撮像素子が有機半導体により構成されていることを特徴とする請求項2に記載の光学装置。 (8) The optical device according to (2), wherein the image sensor is made of an organic semiconductor.

(9) 前記撮像素子がボール半導体により構成されていることを特徴とする請求項2に記載の光学装置。 (9) The optical device according to (2), wherein the image sensor is formed of a ball semiconductor.

(10) 前記撮像素子の撮像面が凸面形状であることを特徴とする請求項2に記載の光学装置。 (10) The optical apparatus according to claim 2, wherein the imaging surface of the imaging device has a convex shape.

(11) 前記個眼の一つにより形成される像が撮像素子の複数の画素により撮像されることを特徴とする請求項2に記載の光学装置。 (11) The optical apparatus according to claim 2, wherein an image formed by one of the single eyes is picked up by a plurality of pixels of an image pickup device.

(12) 請求項1又は上記(1)乃至(6)のいずれか1項に記載の複眼光学系と、撮像面が曲面形状を有する撮像素子とを組み合わせたことを特徴とする光学装置。 (12) An optical apparatus comprising a combination of the compound-eye optical system according to claim 1 or any one of (1) to (6) and an image pickup device having an image pickup surface having a curved surface shape.

(13) 前記個眼により形成された複数の像をつなぎ合わせ一つの像とする処理を行う画像処理装置を有することを特徴とする請求項2又は上記(7)乃至(11)のいずれか1項に記載の光学装置。 (13) The image processing apparatus according to any one of (2) and (7) to (11), further comprising an image processing device that performs a process of joining a plurality of images formed by the individual eyes to form one image. The optical device according to Item.

(14) 前記個眼により形成された複数の像をつなぎ合わせ一つの像とする処理を行う画像処理装置を有することを特徴とする上記(12)に記載の光学装置。 (14) The optical device according to (12), further including an image processing device that performs processing to connect a plurality of images formed by the individual eyes to form one image.

(15) 以下の条件式(6)を満たすことを特徴とする上記(13)又は(14)に記載の光学装置。
ただし、
1 : 球心から物体面までの距離
2 : 球心から像面までの距離
β : 個眼の倍率
である。
(15) The optical device according to (13) or (14), wherein the following conditional expression (6) is satisfied.
However,
R 1 : Distance from the spherical center to the object plane R 2 : Distance from the spherical center to the image plane β : Single eye magnification.

(16) 以下の条件式(7)を満たすことを特徴とする上記(13)又は(14)に記載の光学装置。
ただし、
1 : 球心から物体面までの距離
2 : 球心から像面までの距離
β : 個眼の倍率
である。
(16) The optical device according to (13) or (14), wherein the following conditional expression (7) is satisfied.
However,
R 1 : Distance from the spherical center to the object plane R 2 : Distance from the spherical center to the image plane β : Single eye magnification.

(17) 前記光学装置が内視鏡であることを特徴とする請求項2又は上記(7)乃至(16)のいずれか1項に記載の光学装置。 (17) The optical apparatus according to any one of (2) and (7) to (16), wherein the optical apparatus is an endoscope.

(18) 前記光学装置がカプセル内視鏡であることを特徴とする請求項2又は上記(7)乃至(16)のいずれか1項に記載の光学装置。 (18) The optical device according to any one of (2) and (7) to (16), wherein the optical device is a capsule endoscope.

(19) 上記(5)に記載の光学系と、撮像面の形状が平面の撮像素子とを組み合わせたことを特徴とする光学装置。 (19) An optical apparatus comprising a combination of the optical system according to (5) above and an imaging device having a planar imaging surface shape.

本発明の実施例1に係る光学装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the optical apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 図1の複眼光学系を構成する個眼の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a single eye constituting the compound eye optical system of FIG. 1. 本発明の実施例1に係る光学装置の複眼光学系の他の構成例を示す部分拡大図である。It is the elements on larger scale which show the other structural example of the compound eye optical system of the optical apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例2に係る光ファイバーを用いた光学装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the optical apparatus using the optical fiber which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係る光学装置であるカプセル内視鏡を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the capsule endoscope which is an optical apparatus which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に係る光学装置である電子内視鏡の先端部周辺を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the front-end | tip part periphery of the electronic endoscope which is an optical apparatus which concerns on Example 4 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 複眼光学系
2、2’、2’’、2’’’ 個眼
2a 対物レンズ
2b フィールドドレンズ
2c リレーレンズ
3、3’、3’’ 撮像素子
4 隔壁
5 物体面
6 物体
6a 物体の倒立像
6b 物体の正立像
7 光ファイバー
7a 光ファイバーの入射端
7b 光ファイバーの射出端
8 レンズ
9 信号処理回路
10 画像処理装置
11 表示装置
12 カプセル内視鏡
12a ドーム部
12b 電源
12c、13a 照明用白色LED
13 電子内視鏡
L、L’、L’’、L’’’ 個眼の光軸
Q 撮像素子の球心
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compound eye optical system 2, 2 ', 2'',2''' single eye 2a Objective lens 2b Fielded lens 2c Relay lens 3, 3 ', 3''Image sensor 4 Bulkhead 5 Object surface 6 Object 6a Inverted object Image 6b Erect image of object 7 Optical fiber 7a Optical fiber entrance end 7b Optical fiber exit end 8 Lens 9 Signal processing circuit 10 Image processing device 11 Display device 12 Capsule endoscope 12a Dome portion 12b Power supply 12c, 13a White LED for illumination
13 Electronic endoscope L, L ′, L ″, L ′ ″ Optical axis of single eye Q Ball of imaging element

Claims (2)

少なくとも2つのレンズ群より構成される個眼を複数個有し、前記個眼同士を非平行に配列し、曲面上又は多面体上に像を形成することを特徴とする複眼光学系。   A compound eye optical system comprising a plurality of single eyes composed of at least two lens groups, wherein the single eyes are arranged non-parallel to form an image on a curved surface or a polyhedron. 複数の個眼を有する複眼光学系と撮像面が曲面形状又は多面体形状を有する撮像素子を組み合わせた光学装置。   An optical apparatus in which a compound-eye optical system having a plurality of individual eyes and an imaging element having an imaging surface having a curved surface shape or a polyhedral shape are combined.
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