JP2008292513A - Variable power optical system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、観察物体を電子画像立体観察する立体画像観察装置の実体顕微鏡に適した変倍光学系に関するものである。 The present invention relates to a variable magnification optical system suitable for a stereomicroscope of a stereoscopic image observation apparatus that stereoscopically observes an observation object.
工業用での微細部分の加工や、手術での患者の患部の狭い領域で顕微手術に実体顕微鏡が用いられてきた。 Stereomicroscopes have been used for microsurgery in a narrow area of an affected part of a patient in an industrial use or in a patient in an operation.
最近は、更に観察物体の状態を把握するために、紫外線や赤外線の目に見えない光線を使っての観察や、蛍光を利用した微光の変化を観察することが望まれている。 Recently, in order to further grasp the state of an observation object, it is desired to observe using an invisible light ray such as ultraviolet rays or infrared rays, or to observe a change in faint light using fluorescence.
また、工業用では、加工物の汚れの状況を把握するために、蛍光観察を行なうことや、医療用では悪性腫瘍を他と区別するために、蛍光観察や皮膚の奥に見える血管を見るための赤外観察等が行なわれている。 For industrial use, to observe the state of dirt on the workpiece, perform fluorescence observation, and for medical use, to distinguish malignant tumors from others, to observe blood vessels that are visible in the back of the skin. Infrared observation is performed.
このような観察を行なうためには、電子撮影装置を使って観察物体を撮影し、観察像と重ね合わせる構成をとると装置が大型化し、観察物体への作業を行なう際に観察物体を直視しにくく、又、顕微鏡を覗く位置が観察物体から離れ、観察者が無理な姿勢をとらざるを得なくなり観察者の疲労が増えるという問題がある。 In order to perform such observations, an observation object is photographed using an electronic photographing device, and when the observation image is superimposed, the device becomes large, and the observation object is directly viewed when working on the observation object. In addition, there is a problem that the position of looking through the microscope is away from the observation object, and the observer is forced to take an unreasonable posture, which increases the fatigue of the observer.
これに対して光学顕微鏡による観察に代わって、次の文献1に記載されているような、電子画像を撮影して、この画像を表示して観察する装置が知られている。
この装置において観察物体の加工や腫瘍の摘出等の作業を加える場合、この装置の物体に近い部分をなるべく小さくすることが観察物体の作業の効率がよくなる。さらに、高度な作業を行なう場合、複数の人が、同時に別方向から観察物体に作業を行なう必要がある。このような場合、観察者それぞれが、観察物体の表示画像を直視した際の像の向きをほぼ合わせることにより、画面への加工具の像の現われ方が手の動きと一致し、疲労の少ない観察ができる。 In this apparatus, when an operation such as processing of an observation object or removal of a tumor is added, it is possible to improve the efficiency of the operation of the observation object by minimizing a portion close to the object of the apparatus as much as possible. Furthermore, when performing advanced work, it is necessary for a plurality of people to work on the observation object from different directions at the same time. In such a case, each of the observers almost matches the orientation of the image when directly viewing the display image of the observation object, so that the appearance of the image of the processing tool on the screen matches the movement of the hand, and less fatigue Can observe.
前記の特許文献1の装置は、1方向の観察者の像を与えるのみで、光路の引き回しが複雑になるために2方向以上の観察像を撮影することは難しい。 The apparatus of the above-mentioned Patent Document 1 only gives an image of an observer in one direction, and it is difficult to take an observation image in two or more directions because the routing of the optical path becomes complicated.
また、この立体観察装置は、人が立体認識する手がかりが両眼視差と輻輳に限られるため、更に最適で、立体感のよいことが望まれる。 Further, this stereoscopic observation apparatus is desired to be more optimal and have a good three-dimensional effect because the clues that a person can recognize stereoscopically are limited to binocular parallax and convergence.
そのため、左右共通のアフォーカルズーム光学系を用いると、変倍により内向角が変わるため立体感が変わる。 For this reason, when an afocal zoom optical system common to the left and right is used, the inward angle changes due to zooming, and the stereoscopic effect changes.
立体感を一定に保つため、特許文献2が考案された。しかし観察者付近が大型化し、また複数の観察方向に対応するためには構成が複雑になり、実用化されていない。 In order to keep the stereoscopic effect constant, Patent Document 2 has been devised. However, the size of the vicinity of the observer is increased, and the configuration becomes complicated in order to cope with a plurality of observation directions.
本発明は、電子立体画像を撮影し、その画像を表示して観察装置において用いられる変倍光学系で、変倍による作動距離の変化の少ない作動距離を変える機構を備えた変倍光学系を提供するものである。 The present invention relates to a variable magnification optical system that is used in an observation apparatus by taking an electronic stereoscopic image, displaying the image, and a variable magnification optical system having a mechanism for changing a working distance with a small change in the working distance due to variable magnification. It is to provide.
また、本発明は、変倍の際に内向角を一定に保つ機構を備えた変倍光学系を提供するものである。 The present invention also provides a variable magnification optical system having a mechanism for keeping the inward angle constant during variable magnification.
本発明の電子画像装置用変倍光学系は、物体側から順に一つの対物レンズ光学系と、一つの一回結像アフォーカルリレー光学系と、一つのアフォーカルズーム光学系と、少なくとも二つの結像光学系とからなり視差のある画像を撮影する撮影光学系を含む光学系であって、一回結像アフォーカルリレー光学系の結像系より像側にあるレンズを光軸方向に移動させて作動距離を変えるようにしたことを特徴とする。 The variable magnification optical system for an electronic image apparatus according to the present invention includes, in order from the object side, one objective lens optical system, one once-imaging afocal relay optical system, one afocal zoom optical system, and at least two An optical system that includes an imaging optical system that captures images with parallax, and moves the lens closer to the image side than the imaging system of the one-time imaging afocal relay optical system in the optical axis direction. It is characterized by changing the working distance.
上記のような構成の光学系にすることにより、視差方向を変えることや複数の視差を撮影しやすくなる。 By using the optical system configured as described above, it becomes easy to change the parallax direction and to capture a plurality of parallaxes.
前述のように実体顕微鏡を用いての作業を行なう場合、観察物体を直視しやすいことや、観察物体に作業を行なう加工具や処置具を観察物体まで持っていきやすいことが重要である。そのために観察装置の観察物体に近い部分は、小さくすることが望ましい。 As described above, when performing a work using a stereomicroscope, it is important that it is easy to look directly at the observation object, and it is easy to bring the processing tool or treatment tool that operates on the observation object to the observation object. Therefore, it is desirable to make the part near the observation object of the observation apparatus small.
一方、撮像素子の解像の改善や、色再現の向上により、電子画像装置の性能が向上しており、それにより電子画像装置による立体視の実用化が考えられる。
人は、両眼視差、輻輳、調節、運動視差を使って立体的な認識を行なっている。
On the other hand, the performance of the electronic image device has been improved by improving the resolution of the image sensor and improving the color reproduction, and thus the practical application of stereoscopic vision by the electronic image device can be considered.
Humans perform stereoscopic recognition using binocular parallax, convergence, accommodation, and motion parallax.
電子画像は、両眼視差と輻輳により立体観察を行なうものが多い。 Many electronic images are stereoscopically observed by binocular parallax and convergence.
一方、光学像を観察する光学顕微鏡である実体顕微鏡は、両眼視差と、輻輳に加えて調節も再現し得るため電子画像装置による立体視との差は歴然としている。 On the other hand, a stereomicroscope, which is an optical microscope for observing an optical image, can reproduce binocular parallax and accommodation in addition to convergence, so the difference between stereoscopic viewing by an electronic image device is obvious.
立体観察による作業において、高度な作業は無理であっても、簡単な作業であって、短時間使用の作業では電子画像装置が使用できる場合が多い。しかし、このような対象に使用する装置は、安価にせざるを得ない。そのためには、構成を簡単にせざるを得ない。 In the work by stereoscopic observation, even if an advanced work is impossible, it is a simple work and the electronic image apparatus can often be used for a work for a short time. However, an apparatus used for such an object must be inexpensive. For this purpose, the configuration must be simplified.
一般の実体顕微鏡のように、複数の変倍光学系を使用する場合、左右の像の差を立体情報として認識するため、焦点位置、倍率や像の中心を精密に合わせないとならない。そのためには、どうしても高度な技能者による調整作業が必要になり、価格が上がり、安価に作るという目的に合わない。そのため、調整を簡単にするためにはズーム系を一つにすることが好ましい。ズーム系を一つにした場合、左右の撮像系の光軸間隔が一定であると、ズーム倍率に比例して入射側の光軸間隔が変化し、立体感が変わってしまう。 When a plurality of variable magnification optical systems are used as in a general stereomicroscope, the difference between the left and right images is recognized as three-dimensional information, so the focus position, magnification, and image center must be precisely matched. For that purpose, adjustment work by highly skilled technicians is inevitably required, and the price increases and it does not meet the purpose of making it inexpensively. Therefore, in order to simplify the adjustment, it is preferable to use a single zoom system. When a single zoom system is used, if the distance between the optical axes of the left and right imaging systems is constant, the distance between the optical axes on the incident side changes in proportion to the zoom magnification, and the stereoscopic effect changes.
これを補うためには、立体感を一定にするように補正する機構が必要になる。また左右の開口と対物レンズが離れると、対物レンズの直径が大になり、リレーレンズが必要になる。そのため光学系を支える機械機構が大型になり、光学系を移動部分であるこれら機構は、物体から離れた位置に配置することが好ましい。 In order to compensate for this, a mechanism for correcting the stereoscopic effect to be constant is required. Further, if the left and right apertures are separated from the objective lens, the diameter of the objective lens becomes large and a relay lens is necessary. Therefore, the mechanical mechanism that supports the optical system becomes large, and it is preferable to dispose the optical system as a moving part at a position away from the object.
この点を考慮して、本発明の電子画像実体顕微鏡用変倍光学系は、前述のような構成にした。 Considering this point, the variable magnification optical system for an electronic image stereomicroscope according to the present invention is configured as described above.
また、このような構成の立体画像観察装置に用いる変倍光学系において、視界のよい装置にするためには、レンズの直径を小さくし、光学系の移動部分を像側にもっていくのが有効である。 In addition, in the variable magnification optical system used in the stereoscopic image observation apparatus having such a configuration, in order to make the apparatus having a good field of view, it is effective to reduce the diameter of the lens and move the moving part of the optical system to the image side. It is.
前記の光学系おいて、レンズの直径を小さくするためには、左右の光束に分割する左右開口部の共役位置が対物レンズ付近になるようにすることが望ましい。そのためには1回結像のアフォーカルリレー光学系を配置する必要がある。 In the optical system described above, in order to reduce the diameter of the lens, it is desirable that the conjugate position of the left and right openings divided into the right and left light beams is in the vicinity of the objective lens. For this purpose, it is necessary to arrange an afocal relay optical system that forms a single image.
またレンズを移動させるためには、機械的な移動機構が必要になり、装置が大型化する。 Further, in order to move the lens, a mechanical movement mechanism is required, and the apparatus becomes large.
また、光学系において、レンズ等を移動させる必要があるものとして、ズーミングと、作動距離の変更がある。 Further, in the optical system, zooming and a change in working distance are necessary as the lens or the like needs to be moved.
これらのうち、ズーミングは、ズーム光学系を1回結像のアフォーカルリレー光学系の後に(像側に)配置することにより対物光学系の側の小型化を実現し得る。 Among these, zooming can reduce the size of the objective optical system by disposing the zoom optical system after the afocal relay optical system that forms a single image (on the image side).
一方、作動距離の変更のためにレンズを移動させる場合、装置の大型化をさけるためには、1回結像のアフォーカルリレー光学系の結像点より像側にあるレンズを移動させればよい。 On the other hand, when the lens is moved to change the working distance, in order to avoid an increase in the size of the apparatus, the lens located on the image side from the image forming point of the afocal relay optical system that forms an image once is moved. Good.
以上の理由から、本発明の光学系は、1回結像のアフォーカルリレー光学系の結像点より像側のレンズを移動させて作動距離を変えるようにしている。 For the above reasons, the optical system of the present invention changes the working distance by moving the lens on the image side from the imaging point of the afocal relay optical system that forms an image once.
そのため、本発明の前記構成の変倍光学系のアフォーカルリレー光学系の結像点より像側のレンズの移動により作動距離を変えるか、アフォーカルリレー光学系の最も物体側のズーム群の移動により作動距離を変えるとズームの変倍による作動距離の変動が少なくてよい。 Therefore, the working distance is changed by moving the lens on the image side from the imaging point of the afocal relay optical system of the variable magnification optical system having the above-described configuration of the present invention, or the zoom group on the most object side of the afocal relay optical system is moved. If the working distance is changed by the above, it is possible to reduce the fluctuation of the working distance due to zoom magnification.
また、本発明の立体電子画像撮影用変倍光学系は、一つの対物レンズ光学系と、一つの1回結像アフォーカルリレー光学系と、一つのアフォーカルズーム光学系と、少なくとも二つの結像光学系からなり視差のある画像を撮影する撮影光学系とを含むもので、アフォーカルズーム光学系と結像光学系との間に光軸間隔調整機構(撮影光学系の各結像光学系の光軸間隔を調整する機構)を配置したことを特徴とするもので、これによりズーム倍率の変化に伴う内向角の変化が生じないようにし、内向角を一定に保つようにした。 The variable magnification optical system for photographing a three-dimensional electronic image according to the present invention includes at least two connections, one objective lens optical system, one once-imaging afocal relay optical system, and one afocal zoom optical system. And an optical system for adjusting an optical axis distance between the afocal zoom optical system and the imaging optical system (each imaging optical system of the imaging optical system). The mechanism for adjusting the distance between the optical axes is arranged to prevent the change of the inward angle due to the change of the zoom magnification, and the inward angle is kept constant.
このように、本発明の光学系は、ズーム倍率の変化に伴う内向角の変化を光軸間隔調整機構により一定に保つようにした。ここで、光軸間隔調整機構がアフォーカルズームレンズの光軸方向の移動であると、アフォーカルズームレンズの移動による変倍と光軸間隔調整機構の移動機構が連動させやすいため望ましい。 As described above, the optical system of the present invention keeps the change of the inward angle accompanying the change of the zoom magnification constant by the optical axis interval adjusting mechanism. Here, it is desirable that the optical axis interval adjustment mechanism is a movement of the afocal zoom lens in the optical axis direction because the zooming due to the movement of the afocal zoom lens and the movement mechanism of the optical axis interval adjustment mechanism are easily linked.
また、上記のように光軸間隔調整機構がアフォーカルズームレンズの光軸方向に移動させて調整を行う構成であると、1回アフォーカルリレー光学系の結像点より像側のレンズの移動による作動距離を変える機構とも連動させやすいため望ましい。これにより、前述のように物体側の光学系の小型化が可能になる。 Further, when the optical axis interval adjusting mechanism is moved in the optical axis direction of the afocal zoom lens as described above to perform adjustment, the lens on the image side is moved from the imaging point of the afocal relay optical system once. It is desirable because it is easy to work with a mechanism that changes the working distance. As a result, the optical system on the object side can be downsized as described above.
ここで光軸間隔調整機構が、アフォーカルズーム光学系を射出した光束を左右の光束に分割する光束分割ミラーと、分割された両光束の光軸をアフォーカルズーム光学系を射出する光束の光軸方向に平行になるようにする光偏向部材とを少なくとも備えた構成で、アフォーカルリレー光学系の倍率が1倍のときの光軸間隔をa、アフォーカルズーム光学系の倍率がβazのときの光束分割ミラーの移動量をΔxとすると、次の条件(1)を満足させることにより、物体側の内向角を一定に保つことができ、立体感の変化がないので好ましい。
(1) Δx=a(βaz−1)/2βaz
ただし、Δxはアフォーカルズーム光学系から遠ざかる方向を正とする。
Here, the optical axis interval adjusting mechanism is a light beam splitting mirror that splits the light beam emitted from the afocal zoom optical system into left and right light beams, and the light beam emitted from the afocal zoom optical system for the optical axes of both the divided light beams. When the afocal relay optical system has a magnification of 1 and the afocal zoom optical system has a magnification of βaz, with a configuration including at least a light deflecting member that is parallel to the axial direction. If the movement amount of the light beam splitting mirror is Δx, it is preferable that the inward angle on the object side can be kept constant by satisfying the following condition (1), and there is no change in stereoscopic effect.
(1) Δx = a (βaz−1) / 2βaz
However, Δx is positive in the direction away from the afocal zoom optical system.
また、本発明の立体電子画像撮影用変倍光学系は、物体側から順に、一つの対物レンズ光学系と一つの1回結像アフォーカルリレー光学系と、一つのアフォーカルズーム光学系と少なくとも二つの結像光学系からなり、視差のある画像を撮影する撮影光学系とを含む光学系であって、アフォーカルズーム光学系と撮像光学系との間のアフォーカル光束中に少なくとも2方向の視差のある画像を作る光束に分割する光束分割素子を配置したことを特徴とする。 Further, the variable magnification optical system for photographing a three-dimensional electronic image of the present invention includes, in order from the object side, one objective lens optical system, one single-imaging afocal relay optical system, one afocal zoom optical system, and at least An optical system that includes two imaging optical systems and includes an imaging optical system that captures an image with parallax, and includes at least two directions in an afocal light beam between the afocal zoom optical system and the imaging optical system. It is characterized in that a light beam splitting element that splits a light beam that forms an image with parallax is arranged.
これによって、複数の観察者によるその視線方向のあった像を撮影することを可能にした。 As a result, it was possible to take an image with the line of sight by a plurality of observers.
また、この本発明の光学系は、立体感を一定に保つために、光束分割素子が、変倍により変化する内向角が一定に保たれるように変倍に連動してアフォーカルズームレンズの光軸方向に動くようにしている。また、1回結像アフォーカルリレー光学系の結像点より像側にあるレンズを光軸方向に移動することにより作動距離を変化させ得るようにして、複数の観察者による適切な視差の画像が得られた上で対物側が小型化でき、視界のよい観察装置になし得る。 In addition, the optical system according to the present invention has an afocal zoom lens that interlocks with zooming so that the inward angle that changes due to zooming is kept constant so that the stereoscopic effect is kept constant. It moves in the direction of the optical axis. In addition, by moving the lens located on the image side from the imaging point of the once-imaging afocal relay optical system in the optical axis direction, the working distance can be changed, so that images of appropriate parallax by a plurality of observers can be obtained. Thus, the object side can be reduced in size, and an observation apparatus with a good field of view can be obtained.
本発明によれば、物体側が小さく、視差の異なる複数の画像を供給することにより複数の観察者が観察物体に作業や処置を加えやすい構成であって、立体感の変わらない立体画像撮影に適した変倍光学系を実現し得たという効果を有する。 According to the present invention, by providing a plurality of images having a small object side and different parallax, it is easy for a plurality of observers to add work or treatment to the observed object, and suitable for stereoscopic image shooting that does not change the stereoscopic effect. This has the effect that a variable magnification optical system can be realized.
次に本発明の立体電子画像撮影用変倍光学系の実施の形態を、図示する各実施例にもとづいて説明する。 Next, embodiments of the variable power optical system for photographing a three-dimensional electronic image of the present invention will be described based on the respective examples shown in the drawings.
本発明の変倍光学系の実施例1は、図1に示す通りの構成である。 Example 1 of the variable magnification optical system of the present invention has a configuration as shown in FIG.
即ち、実施例1の変倍光学系は、対物レンズ光学系1と、レンズ2、4、6より構成されるアフォーカルリレー光学系と、正、負、正の三つのズーム群よりなるズーム光学系7と、夫々レンズ11L、11Rよりなる二つの結像レンズにて構成された撮影光学系とよりなる。
In other words, the variable magnification optical system of Example 1 is a zoom optical system including an objective lens optical system 1, an afocal relay optical
また、プリズムSは対物レンズ光学系1よりの光軸を45°曲げるもので、プリズム8および反射ミラー9L、9Rは光路を分割する光学系で、光軸間隔調整機構を備えている。
The prism S bends the optical axis from the objective lens optical system 1 by 45 °, and the
この図1に示す、本発明の実施例1の立体電子画像撮影用変倍光学系は、対物レンズ光学系1からの光束を物体像を1回結像アフォーカルリレー光学系に入射し、結像点5に一度結像させた後にアフォーカル光束として射出し、この光束をアフォーカルズーム光学系7に入射させ、アフォーカルズーム光学系7を射出した光束を光束分割ミラー8により左右の光束に分ける。左右に分割された光束は、左右のミラー9Lおよび9Rによりアフォーカルズーム光学系7の光軸の延長線に平行な方向に向けられ、左右の絞り10Lおよび10Rを通り左右の結像レンズ11Lおよび11Rにより、CCDやCMOS、撮像管等の撮像素子12Lおよび12Rの撮像面上に結像してこれら撮像素子12L、12Rにて撮影される。
In the variable power optical system for photographing a three-dimensional electronic image shown in FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention, a light beam from the objective lens optical system 1 is incident on an image forming afocal relay optical system once, and then coupled. An image is formed once at the
この実施例1の立体電子画像撮影用変倍光学系において、対物レンズ光学系1は、固定焦点でよいが作動距離が変化するため対物レンズの一部または全体を移動させることが好ましい。しかし、対物レンズを移動させる機械機構による大型化が問題である。 In the variable magnification optical system for photographing a three-dimensional electronic image of the first embodiment, the objective lens optical system 1 may be a fixed focus, but it is preferable to move a part or the whole of the objective lens because the working distance changes. However, an increase in size due to a mechanical mechanism that moves the objective lens is a problem.
この実施例1の対物レンズは、凹レンズと凸レンズとよりなり、凹レンズの直径を小型化でき、そのため、この凹レンズを移動させることにより移動のための機構を凸レンズと凹レンズとの直径の差を利用して配置することにより対物レンズの鏡筒を大型化せずに凹レンズの移動が可能になる。 The objective lens of Example 1 is composed of a concave lens and a convex lens, and the diameter of the concave lens can be reduced. Therefore, by moving the concave lens, a mechanism for movement is utilized using the difference in diameter between the convex lens and the concave lens. Accordingly, the concave lens can be moved without increasing the size of the lens barrel of the objective lens.
このように、実施例1の変倍光学系は、対物レンズ光学系の一つのレンズの移動により作動距離を変えることが可能である。しかも前記のように移動するレンズの径を小にし得る対物レンズ系のレンズ構成が可能であり、したがって観察者による観察物体の直視が容易である立体画像撮影用装置を実現出来るという本発明の目的を達成し得る。 As described above, the variable power optical system of Embodiment 1 can change the working distance by moving one lens of the objective lens optical system. In addition, an objective lens system that can reduce the diameter of the moving lens as described above is possible, and therefore it is possible to realize a stereoscopic image capturing apparatus that allows an observer to easily view an observation object. Can be achieved.
しかし、この実施例1の変倍光学系は、1回結像アフォーカルリレー光学系の結像点より像側のレンズ即ちレンズ6により作動距離を変えることも可能である。
However, in the variable power optical system of the first embodiment, the working distance can be changed by the lens on the image side from the imaging point of the one-time imaging afocal relay optical system, that is, the
次に、1回結像のアフォーカルリレー光学系は、レンズ2、レンズ4、レンズ6にて構成されている。この撮影用変倍光学系を小型化するためには、1回結像アフォーカルリレー光学系の径を小さくすることが好ましい。そのためには、アフォーカル倍率を1に近い値にすることが望ましい。
Next, an afocal relay optical system that forms a single image is composed of a lens 2, a
この実施例1は(本発明は)このアフォーカル倍率βが次の範囲内になるように設定してある。 In the first embodiment (in the present invention), the afocal magnification β is set within the following range.
0.9≦β≦1.1
βが上記の範囲内であれば、それ程大きな差にならず実用上問題がない。
0.9 ≦ β ≦ 1.1
If β is within the above range, the difference is not so great and there is no practical problem.
このアフォーカル倍率βが上記条件の下限値0.9より小になると像側のレンズが大になり、また、上限値1.1より大になると物体側のレンズが大になる。したがって、いずれも装置が大型になる。特にβ=1であれば、対物レンズ光学系1からアフォーカルズーム光学系のレンズの最大径を小にし得る。 When the afocal magnification β is smaller than the lower limit value 0.9 of the above condition, the image side lens becomes larger, and when the afocal magnification β is larger than the upper limit value 1.1, the object side lens becomes larger. Therefore, the apparatus becomes large in any case. In particular, if β = 1, the maximum diameter of the lenses of the objective lens optical system 1 to the afocal zoom optical system can be reduced.
また、1回結像アフォーカルリレー光学系のレンズ4を結像点5の近くに配置することにより軸外収差の補正が行ない易い。
Further, by arranging the
また、反射部材3は、光束を観察物体平面に対し45°の方向に反射させるためのもので、観察者が立体撮影装置の画像を、立体ビュアー、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)、立体モニター等にて観察する際に観察し易くするためのものである。観察者の覗く位置と観察物体との距離は、観察物体に近い方が作業性がよく好ましい。また、工具や処置具が撮影装置にぶつからないようにすることが望ましい。そのために、実施例1では、対物レンズ光学系の光軸と1回結像アフォーカルリレー光学系の光軸とが45°傾くような構成にした。
The reflecting
図2は、観察者から見た図で、立体画像を一つの表示面に表示し、見る方向による像の変化により立体モニター14と立体観察装置13との干渉により、左右別々の表示素子を使用し、左右別々のレンズにて像を覗き込む立体ビュアー15に比べて、観察像を遮り易い。
FIG. 2 is a view seen by an observer. A stereoscopic image is displayed on one display surface, and separate display elements are used on the left and right sides due to interference between the stereoscopic monitor 14 and the stereoscopic observation device 13 due to an image change depending on the viewing direction. However, compared with the
ここで、対物レンズ光学系の光軸と1回結像リレー光学系の光軸とのなす角をθとすると、このθが次の範囲内であることが立体ビュアー15にての観察像が見易く、作業性をよくし得る。
Here, if the angle formed by the optical axis of the objective lens optical system and the optical axis of the one-time imaging relay optical system is θ, an observation image on the
20°≦θ≦70°
また、立体モニター14にての観察の場合は、θは下記の範囲内であることが好ましい。
20 ° ≦ θ ≦ 70 °
In the case of observation on the stereoscopic monitor 14, θ is preferably within the following range.
20°≦θ≦50°
何れの場合も角θが条件の下限値20°よりも小になると工具や処置具が撮影装置と干渉しやすくなる。またθが上限値の70°あるいは50°より大になると立体表示装置との干渉が起きやすいか、表示画像を遮りやすくなる。
20 ° ≦ θ ≦ 50 °
In any case, when the angle θ is smaller than the lower limit value of 20 °, the tool or the treatment instrument easily interferes with the imaging apparatus. If θ is larger than the upper limit of 70 ° or 50 °, interference with the stereoscopic display device is likely to occur or the display image is likely to be blocked.
次に、1回結像アフォーカルリレー光学系を射出したアフォーカル光束は、アフォーカルズーム光学系7に入射する。このアフォーカルズーム光学系7は、入射した光束を変倍してアフォーカル光束を射出する。この光束は、光束分割プリズム8により左右の光束に分割される。分割された光束は、ミラー9L、9Rによりアフォーカルズーム光学系7の光軸の延長線に平行な光束になる。ここで左右に分割された光束のうち、左眼用像の光学系、光学素子は、符号の後にLをまた右眼用像の光学系、光学素子は符号の後にRをつけて記載する。
Next, the afocal light beam emitted from the one-time imaging afocal relay optical system enters the afocal zoom
ミラー9L、9Rにて反射後の光束は、アフォーカルズーム光学系7の光軸と偏心し、その光軸に対し共役位置が対象になる開口絞り10L、10Rが配置されている。これら開口絞り10L、10R通過後にアフォーカル光束を結像するための結像レンズ11L、11Rが配置されている。この結像レンズ11L、11Rにより結像した像をCCDやCMOS、撮像管等の撮像素子12L、12Rにて撮像する。
The light beams reflected by the mirrors 9L and 9R are decentered from the optical axis of the afocal zoom
図3は、アフォーカルズーム光学系7から撮像素子12L、12Rまでの構成を示す。アフォーカルズーム光学系7により、開口絞りを対物レンズ光学系付近に投影することにより、すべてのレンズ系の最大径を小さくすることができる。しかし、ズーム光学系はズーミングにより瞳位置が変動する。このズームレンズ系の瞳位置の変動を小さくするには、瞳位置近くにレンズを配置すればよい。そのため、この実施例1の光学系は、3群ズームにて構成し、開口絞り10L、10Rに近い第3ズーム群7Cをズーミング中固定にすることが望ましい。
FIG. 3 shows a configuration from the afocal zoom
また、光束分割ミラー8を固定にすると、アフォーカルズーム光学系の変倍により立体感が変わる。そのため、立体感の変化が問題にならない範囲にズーム倍率を限定することが考えられる。一方より高度な作業を観察物体に加える場合、ズーム倍率を大にする必要がある。したがって、アフォーカルズーム光学系7の変倍に伴って、光分割ミラー8を移動させる必要がある。その場合アフォーカルズーム光学系の倍率が1倍の時の左右の光束が夫々左右開口10Lおよび10Rを通って撮像素子11Lおよび11Rに形成される像の中心を通る観察光軸がアフォーカルズーム光学系7に入射する光束または射出する光束の光軸の間隔をa、アフォーカルズーム光学系のアフォーカルズーム倍率をβazとした時、その時の光分割ミラー8の移動量Δxを下記条件(1)に示すようににすることが望ましい。ただし、Δxは光分割ミラーがアフォーカルズーム光学系7から遠ざかる方向を正とする。
In addition, when the light
(1) Δx=a(βaz−1)/2βaz
この場合、アフォーカルズーム光学系の第1群7aおよび第2群7bの移動曲線およびその際の光束分割ミラーの移動による物体側内向角を一定にするための移動曲線は図3に示すように移動する。つまり、第1群7aと第2群7bが夫々図3の移動曲線16、17にて示すように移動する時、光分割ミラー8は移動曲線18に示すように移動する。これにより変倍時内向角は一定に保たれる。
(1) Δx = a (βaz−1) / 2βaz
In this case, the movement curves for the first group 7a and the second group 7b of the afocal zoom optical system and the movement curve for making the object-side inward angle constant by the movement of the beam splitting mirror at that time are as shown in FIG. Moving. That is, when the first group 7a and the second group 7b move as indicated by the movement curves 16 and 17 in FIG. 3, the
この実施例1は、アフォーカルズーム光学系7と光分割ミラー8が近くに配置されており、変倍時のアフォーカルズーム光学系のレンズ群の移動方向と光分割ミラーの移動方向とが同じ方向であるため光分割ミラー8の移動は、アフォーカルズーム光学系の変倍の際の可動群が一つ増えたと同じであり、同じカム機構により、変倍のための可動群と移動と立体感を一体にするための機構の移動とが一体化され機械機構が大型化せず単純な機構にし得る。
In Example 1, the afocal zoom
また、図4に示すように観察者のきき腕の違いにより、撮像装置20の配置が異なる。このように撮像装置20の配置位置が違っても、観察物体21を表示装置22にてみた時に左右の像の23L、23Rが図示するように見える必要がある。
Further, as shown in FIG. 4, the arrangement of the
一般に2画像を撮影する立体装置は、対物レンズ光学系の像側が2本の光学系であるため、撮影方向を変えようとすると、対物レンズの後側全体を動かすか、対物レンズの像側にイメージローテータを入れ、これを回転することになる。
いずれにしても、一般的な2画像を撮影する立体装置においては先端が大型になり、更に、回転部分が大型化することにより強度上の問題も生ずる。
In general, a stereoscopic apparatus that captures two images has two optical systems on the image side of the objective lens optical system. Therefore, when the shooting direction is changed, the entire rear side of the objective lens is moved or the image side of the objective lens is moved to the image side. Insert an image rotator and rotate it.
In any case, in a general stereoscopic apparatus that captures two images, the tip becomes large, and further, the rotating part becomes large, which causes a problem in strength.
この実施例1の立体電子画像撮影用変倍光学系は、光束分割ミラー8から撮像素子12L、12Rまでを一体化して、アフォーカルズーム光学系7の光軸を回転軸として回転し、画像23L、23Rにあわせることができる。この場合、アフォーカルズーム光学系7と連動して動く光分割ミラー8も動かすために、構成しにくいという問題がある。
The variable magnification optical system for photographing a three-dimensional electronic image according to the first embodiment integrates the light
この点を考慮して、アフォーカルズーム光学系7から光学素子12L、12Rまでを一体にし、アフォーカルズーム光学系7の光軸を回転軸にして回転させて、画像にあわせる構成にすることが望ましい。
In consideration of this point, the afocal zoom
この場合、移動部分が大きくなるが、その部分は物体面から最も離れているので、その部分がやや大きめになっても観察部分への作業性にはあまり影響がない。 In this case, the moving part becomes large, but since this part is farthest from the object surface, even if the part becomes slightly larger, the workability to the observation part is not significantly affected.
この実施例1の変倍光学系の対物レンズ光学系のレンズ径を少にすることにより、対物レンズ光学系のレンズを移動させて作動距離を変えるようにした実施例であるが、アフォーカルズーム光学系による変倍に連動させて光軸間隔調整機構の光束分割ミラーを条件にもとづいて移動させて内向角を一定に保つようにしたことを特徴とする実施例である。 In this embodiment, the working distance is changed by moving the lens of the objective lens optical system by reducing the lens diameter of the objective lens optical system of the variable magnification optical system of the first embodiment. This is an embodiment characterized in that the inward angle is kept constant by moving the beam splitting mirror of the optical axis interval adjusting mechanism based on conditions in conjunction with zooming by the optical system.
以上述べたように、実施例1は、対物レンズ光学系の一つのレンズの移動によっても本発明の目的を達成し得る手段にての作動距離を変えることのできる変倍光学系であるため、上記の構成、手段についての説明を行なった。 As described above, the first embodiment is a variable power optical system that can change the working distance in the means that can achieve the object of the present invention by moving one lens of the objective lens optical system. The above configuration and means have been described.
しかし、前述のようにこの実施例1は、1回結像アフォーカルリレー光学系のレンズの6の移動により作動距離を変えることのできる実施例であり、前述の本発明の特徴を有する実施例である。
However, as described above, the first embodiment is an embodiment in which the working distance can be changed by moving the
本発明の実施例2の立体電子画像撮影用変倍光学系は、図5に示す通りの構成である。この実施例2は、図5に示すように、物体側より順に、観察物体からの光束をアフォーカル光束にする固定の対物レンズ光学系24と、対物レンズ光学系24より射出するアフォーカル光束を1回結像28した後にアフォーカル光束として射出するアフォーカルリレー光学系(25、27、29)と、アフォーカルリレー光学系(25、27、29)の後に配置されたアフォーカルズーム光学系7と、アフォーカルズーム光学系を射出した光束を四つの光束に分割する分割プリズム30と、分割された夫々の光束に配置された開口絞り31mL、31mR、31sL、31sRと、結像レンズ33mL、33mR、33sL、33sRと撮像素子34mL、34mR、34sL、34sRとよりなる。
The variable power optical system for photographing a three-dimensional electronic image according to the second embodiment of the present invention has a configuration as shown in FIG. In the second embodiment, as shown in FIG. 5, in order from the object side, a fixed objective lens
また、アフォーカルリレー光学系のレンズ25とレンズ27の間には光路を対物レンズ光学系24の光軸方向に対して45°偏向させるプリズム26が配置されている。
A
この実施例2は、対物レンズ光学系24からズームリレー光学系7までの光学系の基本構成は、対物レンズ光学系が固定の一つのレンズ24からなり、1回結像リレーアフォーカル光学系中のレンズ29を光軸に沿って移動させて作動距離の変更を行なう点を除いて、実施例1と同じである。
In the second embodiment, the basic configuration of the optical system from the objective lens
しかし、この実施例2は図6に示すように、光束分割プリズム30により、アフォーカルズーム光学系7を射出した光束を4分割して四つの光束とする点で実施例1とは相違する。したがって、開口絞りを通過した後の光束は、夫々反射ミラー32mL、32mR、32sL、32sRにて反射されて夫々がアフォーカルズーム光学系の光軸に平行な四つの光束となり、夫々結像レンズ33mL、33mR、33sL、33sRにより撮像素子34mL、34mR、34sL、34sRの撮像面上に結像し撮像される。
However, the second embodiment is different from the first embodiment in that the light beam emitted from the afocal zoom
ここで、開口絞りと撮像面の中心を結ぶ線が撮影光軸となり、この撮像光軸が物体面において交わる。そのなす角度が視差となり、立体観察が行なわれる。尚、ミラー32mL、32mR、32sL、32sR、結像レンズ33mL、33mR、33sL、33sR、撮像素子34mL、34mR、34sL、34sR等のm,sは夫々主観察者、副観察者を示している。 Here, a line connecting the aperture stop and the center of the imaging surface becomes the imaging optical axis, and this imaging optical axis intersects in the object plane. The angle formed is parallax, and stereoscopic observation is performed. Note that m and s such as mirrors 32 mL, 32 mR, 32 sL, 32 sR, imaging lenses 33 mL, 33 mR, 33 sL, 33 sR, and image sensors 34 mL, 34 mR, 34 sL, 34 sR indicate a main observer and a sub-observer, respectively.
尚、図5においては、主観察者側のみを示し、副観察者側は省略しているが、副観察者用光学系は、図示する主観察者用光学系をアフォーカルズーム光学系の光軸を90°回転させたもので同様の構成になる。また、図6において明るさ絞りを記入すると素子等が重なり合って、配置を認識しにくいため、明るさ絞りは省略してある。 In FIG. 5, only the main observer side is shown and the secondary observer side is omitted, but the secondary observer optical system is the light of the afocal zoom optical system. A similar structure is obtained by rotating the shaft by 90 °. In FIG. 6, when the aperture stop is entered, elements and the like overlap and it is difficult to recognize the arrangement, so the aperture stop is omitted.
この実施例2の変倍光学系による観察状態を図7に示す。この図7に示すように、この実施例2の変倍光学系を備えた撮影装置で観察物体36を撮影する場合、図に示すように撮像素子上に画像が形成される。即ち、主観察者37は、主観察者用立体表示装置38上の左右の画像(39L、39R)を観察する。一方副観察者40は副観察者用立体表示装置41上に表示された左右の画像(42L、42R)を観察する。
FIG. 7 shows an observation state by the variable magnification optical system of Example 2. As shown in FIG. 7, when the
また、この実施例2においても、光束分割ミラー30を固定にすると、アフォーカルズーム光学系の変倍により立体感が変わる。したがって、アフォーカルズーム光学系7の変倍に伴って、光分割ミラー30を移動させる必要がある。その場合アフォーカルズーム光学系の倍率が1倍の時の左右の光束が夫々左右開口31mLおよび31mRを通って撮像素子34mLおよび34mRに形成される像の中心を通る観察光軸がアフォーカルズーム光学系7に入射する光束または射出する光束の光軸の間隔をa、アフォーカルズーム光学系のアフォーカルズーム倍率をβazとした時、その時の光分割ミラー30の移動量Δxを下記条件(1)に示すようににすることが望ましい。ただし、Δxは光分割ミラーがアフォーカルズーム光学系7から遠ざかる方向を正とする。
Also in the second embodiment, when the light
(1) Δx=a(βaz−1)/2βaz
このように、観察者37、40が観察物体36を直接観察した時の物体36の向きと、立体表示装置に表示される像39L、39Rと副観察者が観察する像42L、42Rとがほぼ合い、作業を行ないやすい。
(1) Δx = a (βaz−1) / 2βaz
Thus, the orientation of the
また、実施例1の変倍光学系のようにアフォーカルズーム光学系7から撮像素子34mL、34mR、34sL、34sRまでを一体にして、アフォーカルズーム光学系の光軸を回転軸として回転し、主観察者の像の向きを合わされる。この場合、副観察者は、理想的な像の向きとは一致しないが、細かい作業を行なわずに主観察の作業を補助しまたは簡単な介助を行なう程度の作業内容であれば、直角方向からの観察でも十分実用になる像の向きであるといえる。
Further, like the variable magnification optical system of the first embodiment, the afocal zoom
また、この実施例2は、フォーカシングを1回結像アフォーカルリレー光学系の結像点28よりも像側のレンズ29を光軸方向に動かすことにより行なう。この場合、先端部の光学系を動かす必要がないため、機械構造が簡単になり、レンズ29のフォーカシングによる移動による光束の広がりを考慮しても、物体側の大きさを小さくでき、工具や処置具等が観察装置にぶつかりにくく、観察物体を直視しやすくなる。
In the second embodiment, focusing is performed by moving the
本発明の実施例3は、図8に示す通りの構成である。 The third embodiment of the present invention has a configuration as shown in FIG.
この実施例3は、本発明の変倍光学系に照明系を備えた光学系である。そのためまずこの照明系の構成について簡単に説明する。 Example 3 is an optical system including an illumination system in the variable magnification optical system of the present invention. Therefore, first, the configuration of the illumination system will be briefly described.
この照明系は、図8に示すように、ライトガイド43の射出面より射出する照明光は、照明レンズ44により撮像装置のフォーカス範囲の中央付近にライトガイド43の射出端面に垂直な方向よりの光として集光される。つまり照明レンズ44を透過した照明光は、ミラー45により偏向され、ハーフミラー46により撮影光学系(変倍光学系)の光束の範囲に重なるように反射して観察物体を照明する。
In this illumination system, as shown in FIG. 8, the illumination light emitted from the exit surface of the
次に本、発明の実施例3の変倍光学系について説明する。 Next, a variable magnification optical system according to Example 3 of the present invention will be described.
この実施例3の立体電子画像撮影用変倍光学系は、物体側よりの光束をアフォーカル光束として射出する対物レンズ光学系47と、対物レンズ光学系を射出したアフォーカル光束を結像(50)するリレー系結像光学系48と1回結像した光束をアフォーカル光束として射出するリレー系コリメータレンズ51とよりなる1回結像アフォーカルリレー光学系と三つのレンズ群(ズーム群)よりなるアフォーカルズーム光学系52と、アフォーカルズーム光学系52より射出する光束を分割する光束8分割ミラー53と、分割された各光束中にに配置された開口絞り54mL、54mRと、分割された各光束をアフォーカルズーム光学系の光軸と平行に向ける反射ミラー55mL、55mRと分割された各光束を結像する結像レンズ57mL、57mRとよりなる。
The zoom optical system for photographing a three-dimensional electronic image according to the third embodiment forms an objective lens
この実施例3の変倍光学系は、上記のような構成であり、図8に示すように、対物レンズ射出後のアフォーカル光束が1回結像アフォーカルリレー光学系のリレー系結像光学系48により結像点50に結像し、更にリレー系コリメータ光学系51によりアフォーカル光束として1回結像アフォーカル光学系を射出する。この実施例3も撮影画像を表示する表示装置の表示画像を観察者が観察を遮りにくくするために、実施例1、2と同様に1回結像アフォーカルリレー光学系のリレー系結像光学系48と結像点50の間にプリズム49を配置して光束に角度をつけている。
The variable power optical system of the third embodiment has the above-described configuration, and as shown in FIG. 8, the afocal light beam after exiting the objective lens forms a single imaging afocal relay optical system. An image is formed at the image point 50 by the
次に1回結像アフォーカル光学系を射出した光束は、三つのズーム群52a,52b,52cより構成されるアフォーカルズーム光学系52に入射し、アフォーカル変倍してアフォーカル光束を射出する。この射出されたアフォーカル光束は、光束8分割ミラー53により8方向に分割され、アフォーカルズーム光学系の光軸に対称な8光束となる。これら分割された各光束は結像レンズ56mL、56mRにより撮像素子57mL、57mRに結像する。
Next, the light beam emitted from the once-imaging afocal optical system is incident on an afocal zoom optical system 52 including three zoom groups 52a, 52b, and 52c, and afocal magnification is performed to emit an afocal light beam. To do. The emitted afocal light beam is divided into eight directions by the light beam eight-dividing
この実施例3は、以上のような基本構成を有する立体電子画像撮影用変倍光学系であって、その基本構成は実施例1、2と実質上同じである。 The third embodiment is a variable magnification optical system for photographing a three-dimensional electronic image having the above basic configuration, and the basic configuration is substantially the same as the first and second embodiments.
また、光束8分割ミラー53を、アフォーカルズーム光学系による変倍(ズーム群の移動)に連動させて、式(1)を満足するように移動させることにより、立体感が変化しないようにし得る点も実施例1、2と同様である。
In addition, the stereoscopic effect can be prevented from changing by moving the light
尚、この時の変倍のためのズーム群の移動と光束8分割ミラーの移動は、図8に示す通りである。 Note that the movement of the zoom group and the movement of the beam splitting mirror for zooming at this time are as shown in FIG.
しかし、この実施例3は、光束分割プリズムが、光束8分割プリズムであり、これによりアフォーカルズーム光学系を射出したアフォーカル光束は、アフォーカルズーム光学系の光軸に対して対称な8方向に分割される点で、実施例1、2と相違する。 However, in Example 3, the light beam splitting prism is a light beam splitting eight beam prism, and thus the afocal light beam emitted from the afocal zoom optical system has eight directions symmetrical with respect to the optical axis of the afocal zoom optical system. This is different from the first and second embodiments in that it is divided into two.
ここで、光束8分割ミラー53にて8方向に分割された光束は、アフォーカルズーム光学系の光軸に対し対称な2光束により四つの組み合わせとなる。そのうちの光軸に対称な光束の一つの組み合わせが1方向の視差画像を形成する。このように四つの組み合わせの対称な光束により4方向の視差画像が形成される。
図8は、1方向である主観察者用の構成のみを示してある。
Here, the light beams split in eight directions by the light
FIG. 8 shows only the configuration for the main observer in one direction.
この実施例3において、光束8分割ミラーにより8分割された後の光束について、図9等にもとづき説明する。 In the third embodiment, the light beam that has been divided into eight by the light beam eight-dividing mirror will be described with reference to FIG.
光束8分割ミラーにより8分割された光束のうち、一つの組は、主観察者による観察物体を観察するための撮影画像を形成し、他の組は複数の副観察者(この実施例3では3人の副観察者)により観察物体を観察するための撮影画像を形成する。したがって、この実施例3は、主観察者の他3人の複数観察者により観察物体を観察、操作し得る点で実施例1、2と相違する。 Of the light beams divided into eight by the light beam eight-divided mirror, one set forms a captured image for observing the observation object by the main observer, and the other set is a plurality of sub-observers (in this embodiment 3). The three sub-observers) form a captured image for observing the observation object. Therefore, the third embodiment is different from the first and second embodiments in that the observation object can be observed and manipulated by the three other observers in addition to the main observer.
そのため、分割された後の光束、光学系、光学素子等は、主観察者側をm、副観察者側を夫々s1,s2,s3を付して示す。 Therefore, the divided light flux, the optical system, the optical element, and the like are shown with m on the main observer side and s1, s2, and s3 on the sub-observer side, respectively.
この実施例3の変倍光学系において、光束8分割ミラー53により分割された各光束は、図9、図10に示すように、各光束中に配置された開口絞り54mL、54mR、54s1L、54s1R、54s2L、54s2R、54s3L、54s3Rを通り、ミラー55mL、55mR、55s1L、55s1R、55s2L、55s2R、55s3L、55s3Rにより反射され、アフォーカルズーム光学系の光軸方向に対して特定角度の方向に反射される。尚この実施例3は、その角度が0°であり、各光束は前記光軸に平行(対称)に進み、装置が小型になるようにしている。
In the variable magnification optical system according to the third embodiment, the light beams divided by the light beam 8-dividing
また、図9では、構成がわかりにくくなるのをさけるため、開口絞り54mL、54mR、54s1L、54s1R、54s2L、54s2R、54s3L、54s3Rは図示していない。 Further, in FIG. 9, the aperture stops 54 mL, 54 mR, 54 s 1 L, 54 s 1 R, 54 s 2 L, 54 s 2 R, 54 s 3 L, and 54 s 3 R are not shown in order to avoid obfuscation of the configuration.
アフォーカルズーム光学系52は、前記のように第1ズーム群52a、第2ズーム群52b、第3ズーム群52cよりなり、そのうちの第1ズーム群52aと第2ズーム群52bが矢印のように移動して変倍を行ない、それと共に8分割ミラーも矢印のように又前記式(1)を満足するように移動する。これにより、内向角を一定に保ち立体感を一定に保つ。 As described above, the afocal zoom optical system 52 includes the first zoom group 52a, the second zoom group 52b, and the third zoom group 52c, and the first zoom group 52a and the second zoom group 52b are indicated by arrows. The zoom is moved and zoomed, and at the same time, the 8-divided mirror is moved as shown by the arrow and so as to satisfy the above formula (1). As a result, the inward angle is kept constant and the stereoscopic effect is kept constant.
ここで、アフォーカルリレー光学系側からみた開口絞り54mL、54mR、54s1L、54s1R、54s2L、54s2R、54s3L、54s3Rは、図10に示す通りである。ここで、実線で示したのが低倍で、破線で示したのが高倍である。また、1回結像アフォーカルリレー光学系により、これら開口絞り54mL、54mR、54s1L、54s1R、54s2L、54s2R、54s3L、54s3Rの共役位置が対物レンズ付近になるようにしている。 Here, the aperture stops 54 mL, 54 mR, 54 s 1 L, 54 s 1 R, 54 s 2 L, 54 s 2 R, 54 s 3 L, and 54 s 3 R viewed from the afocal relay optical system side are as shown in FIG. Here, the solid line indicates the low magnification, and the broken line indicates the high magnification. The conjugate position of these aperture stops 54 mL, 54 mR, 54 s 1 L, 54 s 1 R, 54 s 2 L, 54 s 2 R, 54 s 3 L, and 54 s 3 R is set near the objective lens by a one-time imaging afocal relay optical system.
次にミラー55mL、55mR、55s1L、55s1R、55s2L、55s2R、55s3L、55s3Rにて反射された各光束は、結像レンズ56mL、56mR、56s1L、56s1R、56s2L、56s2R、56s3L、56s3Rにより夫々撮像素子の撮像面上に結像する。
Next, the light beams reflected by the
つまり、結像レンズ56mL、56mRにより、主観察者用結像素子57mL、57mRの撮像面上に主観者用の画像を形成する。一方副観察用の各撮像素子を配置して、各結像レンズ56s1L、56s2R、56s3L、56s3Rにより結像される副観察者用の画像位置に夫々撮像素子を配置してもよいが、テレビカメラの台数が多くなり、コスト高になりまた装置の重量が大になり、操作性も悪くなる。 That is, an image for the subject is formed on the imaging surface of the imaging elements 57 mL and 57 mR for the main observer by the imaging lenses 56 mL and 56 mR. On the other hand, each image sensor for sub-observation may be arranged, and the image sensor may be arranged at the image position for the sub-observer formed by each imaging lens 56s1L, 56s2R, 56s3L, 56s3R. The number of devices increases, the cost increases, the weight of the device increases, and the operability also deteriorates.
そのため、実施例3においては、図11に示すように左右二つの副観察者用の画像を撮像する撮像素子57sL、57sRを配置し、これら画像素子57sL、57sRを一体にアフォーカルズーム光学系の光軸を回転軸として回転させることにより副観察者の観察方向を変えるようにしている。また、副観察用の左右の結像レンズと、この結像レンズの像位置に左右の撮像素子を配置し、両者を一体に観察方向を切り換えるようにしてもよい。この場合、移動部分が大きいため強度を考えると大型化や重量が大になり操作性が悪くなりやすい。 Therefore, in the third embodiment, as shown in FIG. 11, imaging elements 57sL and 57sR that capture images for two left and right sub-observers are arranged, and these image elements 57sL and 57sR are integrated into an afocal zoom optical system. The observation direction of the sub-observer is changed by rotating the optical axis as a rotation axis. Alternatively, the left and right imaging lenses for sub-observation and the left and right imaging elements may be arranged at the image position of the imaging lens, and the observation direction may be switched as a unit. In this case, since the moving part is large, considering the strength, the size and weight are increased, and the operability is likely to deteriorate.
この実施例3において、対物レンズ光学系と、照明系の光軸を同軸にすれば、穴のような深い部分を観察しても影がなく、良好観察が可能である。 In Example 3, when the objective lens optical system and the optical axis of the illumination system are coaxial, even if a deep part such as a hole is observed, there is no shadow and good observation is possible.
この装置において、最も物体からプリズム49までの距離を短くすることにより、物体側の作業性と、立体表示装置がみやすくなり有効である。 In this apparatus, by shortening the distance from the object to the prism 49 the most, the workability on the object side and the stereoscopic display device are easy to see and effective.
この部分を短くするためには、対物レンズ光学系47と1回結像アフォーカルリレー光学系中のリレー系結像光学系48とを固定にし、これらレンズの厚さを薄くすることが望ましい。そのため、これらレンズを夫々ダブレットにすることが考えられる。この場合、1回結像アフォーカルリレー光学系の性能を維持するために、リレーコリメータ光学系51は、対物レンズ光学系47とリレー結像光学系48の収差を含めて収差補正することが望ましい。この場合、リレー系コリメータ光学系51のレンズ枚数が多くなる。その場合、実施例2のように、リレーコリメーが光学系を移動させることによりフォーカス合わせを行なう場合、レンズ枚数の多い光学系を移動させることになり、移動部分が大になり、装置の大型化や重量の増加等の問題が生ずる。
In order to shorten this portion, it is desirable to fix the objective lens
この問題を解消するためにはアフォーカルズーム光学系の第1ズーム群52aを光軸方向に移動させてフォーカシングを行なうことが望ましい。この第1ズーム群52aは、レンズ枚数を比較的少なくし得ると共に観察物体から離れた位置にあるため、多少の大型化は問題にならない。 In order to solve this problem, it is desirable to perform focusing by moving the first zoom group 52a of the afocal zoom optical system in the optical axis direction. Since the first zoom group 52a can have a relatively small number of lenses and is located away from the observation object, a slight increase in size is not a problem.
また、本発明の変倍光学系におけるフォーカシングに関しては、特許文献3に記載されているような、光束をハーフミラーにて分割し、夫々の光束中でフォーカスの異なる位置に撮像素子を配置して表示する方法を適用することが可能である。これにより人の眼の調整機能を使えるため滑らかな面の立体情報が得やすく、また観察時の疲労も少なくできる。この場合、撮像位置の差は、あまり大きくない方がよく、焦点深度程度であることがよい。
As for focusing in the variable magnification optical system of the present invention, as described in
本発明の変倍光学系は、観察物体を電子画像にて立体的に観察し得る立体画像観察装置に用いられる光学系で、作動距離を変えるために像側のレンズを移動させることにより、変倍のためのアフォーカルズーム光学系の群の移動と共に移動機構を観察物体より離すようにして主観察者、副観察者による観察物体の直視を容易にし、立体撮影画像による立体視と直視による観察物体への作業を行ない易くした。 The variable magnification optical system of the present invention is an optical system used in a stereoscopic image observation apparatus capable of observing an observation object three-dimensionally with an electronic image, and is changed by moving an image side lens to change the working distance. Along with the movement of the group of afocal zoom optical systems for magnification, the moving mechanism is moved away from the observation object, making it easier for the main observer and the sub-observer to see the observation object directly, and stereoscopic observation and direct observation with stereoscopic images Made it easier to work on objects.
1 対物レンズ光学系
2、4、6 1回結像アフォーカルリレー光学系
3 光束偏向用反射部材
7 アフォーカルズーム光学系
8 光束分割ミラー
9L、9R 反射ミラー
10L、11R 絞り
11L、11R 結像レンズ
12L、12R 撮像素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Objective lens
Claims (10)
Δx=a(βaz−1)/2βaz
ただし、Δxはアフォーカルズーム光学系から遠ざかる方向を正とする。 The optical axis interval adjusting mechanism includes at least a light beam splitting mirror for splitting the light beam emitted from the afocal zoom optical system into at least two light beams, and image formation when the afocal magnification of the afocal zoom optical system is 1 5. The following condition is satisfied, where a is an optical axis interval of the optical system and a movement amount of the beam splitting mirror is Δx when the afocal magnification of the afocal zoom optical system is βaz. Variable magnification optical system.
Δx = a (βaz−1) / 2βaz
However, Δx is positive in the direction away from the afocal zoom optical system.
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-
2007
- 2007-05-22 JP JP2007134873A patent/JP2008292513A/en active Pending
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