JP2014056097A - 双眼鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】視野の中央部（注目している部位）と、視野の周縁部（注目部位から離れている部位）とを同時に視認することができ、しかも、視野の周縁部の倍率よりも、視野の中央部の倍率を高くして視認することができる双眼鏡を提供することを目的とする。
【解決手段】画角が１２０度〜２００度のワイドレンズであって、光軸から離れるに従って曲率が大きくなるワイドレンズと、上記ワイドレンズを通過した光を、所定の平面に結像させる結像レンズとを具備する光学系を、２つ設けることによって構成されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、双眼鏡に関する。

従来の双眼鏡として、双眼鏡を使用した立体映像撮影再生装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００５−１１５２５１公報

しかし、従来の双眼鏡は、視野の中央部（注目している部位）と、視野の周縁部（注目部位から離れている部位）とを同時に視認することができるが、視野の周縁部の倍率よりも、視野の中央部の倍率を高くして視認することができないという問題がある。

本発明は、視野の中央部（注目している部位）と、視野の周縁部（注目部位から離れている部位）とを同時に視認することができ、しかも、視野の周縁部の倍率よりも、視野の中央部の倍率を高くして視認することができる双眼鏡を提供することを目的とする。

本発明の双眼鏡は、画角が１２０度〜２００度のワイドレンズであって、光軸から離れるに従って曲率が大きくなるワイドレンズと、上記ワイドレンズを通過した光を、所定の平面に結像させる結像レンズとを具備する光学系を、２つ設けることによって構成されることを特徴とする。

本発明によれば、視野の中央部（注目している部位）と、視野の周縁部（注目部位から離れている部位）とを同時に視認することができ、しかも、視野の周縁部の倍率よりも、視野の中央部の倍率を高くして視認することができるという効果を奏する。

本発明の実施例１である双眼鏡Ｂ１を示す図である。 双眼鏡Ｂ１を構成する光学系１００を示す図である。 光学系１００を介して視認しようとする被写体４０を示す図である。 光学系１００で撮影した画像５０がディスプレイＤ１に表示されている状態を示す図である。 本発明の実施例２である双眼鏡Ｂ２を示す図である。 双眼鏡Ｂ２を構成する光学系２００を示す図である。 光学系２００を介して撮影された画像５０ａがディスプレイＤ２に表示されている状態を示す図である。 本発明の実施例３である内視鏡ＥＳ１の先端部分を示す図である。

発明を実施するための形態は、以下の実施例である。

図１は、本発明の実施例１である双眼鏡Ｂ１を示す図である。

双眼鏡Ｂ１は、鏡胴Ｃ１、Ｃ２と、２つの光学系１００とを有する。つまり、鏡胴Ｃ１に、１つ目の光学系１００が収納され、鏡胴Ｃ２に、２つ目の光学系１００が収納されている。なお、鏡胴Ｃ１に、ポロプリズムＰＰ１、ＰＰ２が設けられ、鏡胴Ｃ２に、ポロプリズムＰＰ１、ＰＰ２が設けられている。

また、ポロプリズムＰＰ１、ＰＰ２の代わりに、シュミットプリズム（直胴プリズム）であってもよい。双眼鏡Ｂ１は、ポロプリズム式双眼鏡であるが、ガリレオ式、ダハプリズム式等、他の種類の双眼鏡であってもよい。

図２は、双眼鏡Ｂ１を構成する光学系１００を示す図である。

光学系１００は、ワイドレンズ１０と、テレセントリック結像レンズ２０とを有する。

ワイドレンズ１０は、画角が１２０度〜２００度であり、光軸から離れるに従って曲率が大きくなるワイドレンズである。すなわち、光軸近傍の曲率が所定の値であり、上記光軸から離れた部位の曲率が、上記所定の値よりも大きいレンズである。つまり、ワイドレンズ１０は、光軸近傍の倍率が大きく、上記光軸から離れた部位の倍率が、光軸近傍の倍率よりも小さいレンズである。なお、ワイドレンズ１０は、その光軸から周縁に向かって、曲率が連続的に変化し、曲率が次第に大きくなっている。

なお、画角は、１２０度、１３０度、１４０度、１５０度、１６０度、１７０度、１８０度、２００度のいずれでもよく、また、それらの間の画角であってもよい。画角１８０度〜２００度を、レンズのみで実現することが困難であれば、ミラー等を使用することによって、画角１８０度〜２００度を実現することが可能である。また、上記画角は、好ましくは、１２０度〜１８０度であり、より好ましくは、１６０度〜１８０度である。

テレセントリック結像レンズ２０は、ワイドレンズ１０を通過した光を、目３０の網膜に結像させるレンズである。また、テレセントリック結像レンズ２０は、ワイドレンズ１０を通過した光を、目３０の網膜にほぼ垂直に結像させる結像レンズである。つまり、結像面に対して光軸が垂直な状態で結像する。また、テレセントリック結像レンズ２０は、像側テレセン性を有し、この像側テレセン性は、結像面に対して光軸が垂直に入射する性質である。

なお、人間の目３０の代わりに、受光素子等に結像させる場合には、結像レンズ２０は、ワイドレンズ１０を通過した光を、所定の平面にほぼ垂直に結像させる結像レンズである。

次に、光学系１００の動作について説明する。

図３は、光学系１００を介して視認しようとする被写体４０を示す図である。

被写体４０は、英文字のＦであり、上側の横線４１と、縦線４２と、中央部の横線４３とによって構成されている。横線４１、縦線４２と、横線４２とは、その太さが互いに同じである。

図４は、光学系１００で撮影した画像５０がディスプレイＤ１に表示されている状態を示す図である。

光学系１００は、双眼鏡Ｂ１に格納され、この光学系１００を介して、人間の目３０で視認するが、説明の都合上、目３０の網膜に相当する位置に受光素子を配置し、この受光素子で受光し、受光素子が出力した電気信号に基づいて、ディスプレイＤ１に表示した場合における画像５０が、図４に記載されている。

図４に示すように、英文字Ｆである被写体４０の画像５０は、横線５１と、縦線５２と、横線５３とによって構成され、横線５１、縦線５２、横線５３は、それぞれ、横線４１、縦線４２、横線４３に対応している。そして、横線５１、縦線５２の太さが細く、横線５３の太さが太い。つまり、横線５３は、視野の中央部に位置する像の一部分であり、これがワイドレンズ１０の中央部によって拡大されるので、横線５３の太さが太くなる。一方、横線５１、縦線５２が、視野の縁部分に位置する像であり、この像の光がワイドレンズ１０の周縁部を通過し、ワイドレンズ１０の周辺部では、像の拡大が少なく、しかも中央部（光軸上の位置）から遠い位置に存在しているので、横線５１、縦線５２の太さは細くなる。

光学系１００を使用した双眼鏡Ｂ１によれば、画角が広いので、注目部位（視野の中央部）から離れている部位を、注目部位と同時に視認できるので、注目部位が景色全体のうちで、どの部分であるのかを、双眼鏡Ｂ１を覗いただけで推測することができる。しかも、ワイドレンズ１０の光軸近傍の曲率が、ワイドレンズ１０の周辺部における曲率よりも小さいので、注目部位の視野の倍率が高くなり、双眼鏡Ｂ１を覗けば、注目部位を詳細に視認することができる。

実施例１において、ワイドレンズ１０は、その光軸から遠ざかるに従って、その曲率が連続的に変化するが、このようにする代わりに、段階的に曲率が変化するレンズであってもよい。この場合、双眼鏡Ｂ１を覗いた画像５０に連続性が無いが、双眼鏡Ｂ１を覗いた画像５０の中央部に表示される画像に欠落がないようにレンズ設計することができる。また、着目点（視野の中央部）から離れた部位の映像は、従来の双眼鏡では視野の外であり、ファインダーから見ることができないが、実施例１では、着目点（視野の中央部）から離れた部位の映像が、視野の周縁部に映るので、ファインダーから見ることができる。つまり、双眼鏡を向けている外界の全体の映像のうちで着目点がどの位置に存在しているかを、ファインダーを覗いている状態で、操作者が容易に把握することができる。

また、テレセントリック結像レンズ２０を使用しているので、ワイドレンズ１０を通過した光が、目３０の網膜にほぼ垂直に結像される。したがって、目３０の網膜と、テレセントリック結像レンズ２０との距離が、多少変化しても、網膜における像の倍率が変わらない。つまり、テレセントリック結像レンズ２０から目３０の網膜までの距離が、製造上、多少変化しても、ピントが変化するものの、結像の倍率が変化しないので、製造上、位置決めの許容度が高い。

なお、実施例１において、テレセントリック結像レンズ２０の代わりに、テレセントリックではない結像レンズを使用するようにしてもよい。ただ、この場合、目３０の位置が、光軸方向にずれると、目３０の網膜に結像される像の倍率が変化する。

双眼鏡Ｂ１は、目の欠陥部分（たとえば、盲点）を補完することができるので、よりリアルな画像を見ることができる。つまり、左目の盲点を、右目の盲点以外の部分で補完するので、完全な映像を視覚的に認識することができる。また、双眼鏡Ｂ１は、立体感が向上する。つまり、双眼鏡Ｂ１を覗いた場合の視野の中心部が拡大され、その視野の周縁部が中心部よりも小さいので、奥行感が強調され、この結果、立体感が向上する。

双眼鏡Ｂ１を覗きながら双眼鏡Ｂ１を動かした場合、つまり、双眼鏡Ｂ１を左右または上下に移動して視野を動かした場合でも、目がまわらない。すなわち、双眼鏡Ｂ１を覗いた視野の中心部が拡大されるので、人間の意識が視野の中心部に集中し、また、上記中心部から離れた被写体も双眼鏡Ｂ１の視野に入る。一方、人間が物体を見る場合、物体の中心部に意識が集中し、また、物体の中心部の周辺も視野に入っている。したがって、双眼鏡Ｂ１を覗きながら双眼鏡Ｂ１を動かした場合の感覚は、双眼鏡Ｂ１を使用せずに人間が目視した場合の自然な感覚に近い。よって、双眼鏡Ｂ１を使用した場合に違和感がないので、双眼鏡Ｂ１を覗きながら双眼鏡Ｂ１を動かしても目がまわらない。

図５は、本発明の実施例２である双眼鏡Ｂ２を示す図である。

双眼鏡Ｂ２は、双眼鏡Ｂ１において、光学系１００の代わりに、光学系２００を設けたものである。

図６は、双眼鏡Ｂ２を構成する光学系２００を示す図である。

光学系２００は、テレセントリック結像レンズ２０を２枚のレンズ２１、２２で構成し、ワイドレンズ１０とテレセントリック結像レンズ２０との間に、リレーレンズＬ１が設けられている。

図７は、光学系２００を介して撮影された画像５０ａがディスプレイＤ２に表示されている状態を示す図である。

図７に示すように、英文字Ｆである被写体４０の画像５０ａは、横線５１ａと、縦線５２ａと、横線５３ａとによって構成されているが、横線５１ａ、縦線５２ａの太さが細く、横線５３ａの太さが太い。このようになるのは、横線５１ａ、縦線５２ａが、視野の縁部分に対応する像であるので、それらの太さが細くなる。一方、横線５３ａは、視野の中央部に対応する像であり、しかも、ワイドレンズ１０の光軸近傍の曲率が比較的小さいので、そこを通過する像が拡大され、横線５３ａの太さが太くなる。

なお、テレセントリック結像レンズ２０が、３枚以上のレンズで構成されていてもよい。つまり、テレセントリック結像レンズ２０は、少なくとも１枚のレンズで構成されている。

また、実施例１、２では、ワイドレンズ１０が１枚のレンズで構成されているが、２枚以上で構成されていてもよく、つまり、ワイドレンズ１０は、少なくとも１枚のレンズで構成されている。

図８は、本発明の実施例３である内視鏡ＥＳ１の先端部分を示す図である。

内視鏡ＥＳ１の先端部分は、双眼鏡Ｂ１と、光ファイバー群ＦＧ１、ＦＧ２の端部とによって構成されている。双眼鏡Ｂ１の一方の単眼鏡（鏡胴Ｃ１に収納されている光学系１００）で結像された画像が、光ファイバー群ＦＧ１の一端から他端に導かれる。また、双眼鏡Ｂ１の他方の単眼鏡（鏡胴Ｃ２に収納されている光学系１００）で結像された画像が、光ファイバー群ＦＧ２の一端から他端に導かれる。つまり、光ファイバー群ＦＧ１、ＦＧ２は、双眼鏡Ｂ１によって結像された像を導く。

なお、内視鏡は近年、その管の直径が小さくなっているが、双眼鏡Ｂ１の幅をたとえば３ｍｍ以下、または１ｍｍ以下で製造することができるので、光ファイバー群ＦＧ１、ＦＧ２の先端に双眼鏡Ｂ１を設けても、内視鏡全体の太さが太くはならい。

また、双眼鏡Ｂ１の代わりに、双眼鏡Ｂ２を使用するようにしてもよい。

つまり、実施例１、２において、テレセントリック結像レンズ２０による像の結像位置と、人間の目３０との間に、光ファイバー群ＦＢ１、ＦＢ２を設け、この太さを、喉または鼻を通る程度の太さに設定すれば、内視鏡になり、食道、胃、大腸等の消化器系を視認することができる。この場合、内視鏡ＥＳ１が撮影した視野の中央部の倍率が高いので、注目点を鮮明に視認することができ、同時に、実施例１、２における画角が広いので、現在の注目点が、たとえば胃のどの部位であるのかを正確に把握することができる。

また、光ファイバー群ＦＢ１、ＦＢ２を介して、双眼鏡Ｂ１、Ｂ２を覗いた場合の視野の中心部が拡大され、その視野の周縁部が中心部よりも小さいので、奥行感が強調され、この結果、立体感が向上する。また、内視鏡ＥＳ１において、視差が少ないとはいえ、視差があるので、立体感が出る。したがって、内視鏡ＥＳ１を使用する医師等が、三次元画像としてより認識することができ、内視鏡ＥＳ１の先端部分の周囲の状況をより正確に把握することができる。

本発明の実施例４は、図示しないが、光学系１００、２００が遠隔手術装置（遠隔操作装置）に使用されている実施例である。

遠隔手術は、手術を受ける患者と手術を行う医者とが離れている状態で行う手術である。たとえば、都会の病院に勤務する医者が、離島の病院に入院している患者を手術する場合、患者の周囲にマニピュレータ（マジックハンド）を設け、このマニピュレータがメス等の医療器具をハンドリングし、遠隔地の医者が、患者の状態を観察しつつ、操作手段を操作し、この操作手段による操作内容（指令信号）が電気信号として、上記マニピュレータに有線または、無線で送信され、この電気信号に応じた動きをマニピュレータが実行し、手術が行われる。

つまり、上記実施例４は、双眼鏡Ｂ１、Ｂ２が遠隔手術装置に使用され、遠隔からの指令信号によって手術器具を操作する際に、患者の手術対象である患部（手術部位）を中心とする領域を観察するために使用されている。

この場合、実施例４では、患者の手術対象である患部（手術部位）だけではなく、患部の周囲の画像も医師側の表示装置に送信され、しかも、着目部位である患部の画像の倍率が、患部の周囲の画像よりも高いので、医者は、患部の状態を鮮明に視認することができるとともに、患部の周囲の状況をも確実に把握することができ、したがって、的確な手術を行うことができる。

さらに、双眼鏡Ｂ１、Ｂ２は、いわば人間の両目であるので、遠隔手術装置（遠隔操作装置）を使用する医師等が、画像を立体的に認識することができ（三次元画像で認識することができ）、遠隔手術装置（遠隔操作装置）の周囲の状況をより正確に把握することができる。

本発明の実施例５は、図示しないが、双眼鏡Ｂ１、Ｂ２が観察ロボットに使用されている実施例である。

観察ロボットのうちでも、移動可能なロボットに双眼鏡Ｂ１、Ｂ２が取り付けられている場合、実施例５は、画角が広いので、観察ロボットの足元を確実に撮影することができる。上記観察ロボットを、人間が入ると障害のある領域（粉塵が多い領域、高温高湿の領域、爆発の可能性がある領域、放射線が強い領域等）を観察するのに適しているが、このような領域では、足元等の観察ロボットの周辺に障害物が散乱していることが多い。この場合、観察ロボットにＣＣＤカメラを搭載し、このＣＣＤカメラの前に双眼鏡Ｂ１、Ｂ２を装着すれば、双眼鏡Ｂ１、Ｂ２によって得た画像情報を、有線又は無線で離れたコントロールセンター等に送信することができる。そして、観察ロボットが移動する際に、遠隔地に存在しているオペレータが、上記障害物を確実に視認できるので、観察ロボットが障害物に衝突したり、接触したりすることがなく、また、視野狭窄による見落としが減少し、したがって、効率的かつ見落としが少ない観察を行うことができる。

しかも、双眼鏡Ｂ１、Ｂ２は、いわば人間の両目であるので、コントロールセンターにおけるオペレータ等が、画像を立体的に認識することができ（三次元画像で認識することができ）、ロボットの周囲の状況をより適切に把握することができる。

Ｂ１、Ｂ２…双眼鏡、
１００、２００…光学系、
Ｃ１、Ｃ２…鏡胴、
１０…ワイドレンズ、
２０…テレセントリック結像レンズ、
３０…目、
ＥＳ１…内視鏡。

Claims (8)

1. 画角が１２０度〜２００度のワイドレンズであって、光軸から離れるに従って曲率が大きくなるワイドレンズと、上記ワイドレンズを通過した光を、所定の平面に結像させる結像レンズとを具備する光学系を、２つ設けることによって構成されることを特徴とする双眼鏡。
2. 請求項１において、
   上記結像レンズは、上記ワイドレンズを通過した光を、上記所定の平面にほぼ垂直に結像させるテレセントリック結像レンズであることを特徴とする双眼鏡。
3. 請求項１において、
   上記ワイドレンズは、少なくとも１枚のレンズで構成され、上記結像レンズは、少なくとも１枚のレンズで構成されていることを特徴とする双眼鏡。
4. 請求項１において、
   上記ワイドレンズは、上記光軸から遠ざかるに従って、上記曲率が連続的にまたは段階的に変化するレンズであることを特徴とする双眼鏡。
5. 請求項１において、
   上記画角は、好ましくは、１２０度〜１８０度であり、より好ましくは、１６０度〜１８０度であることを特徴とする双眼鏡。
6. 請求項１において、
   上記双眼鏡は、遠隔手術装置に使用され、遠隔からの指令信号によって手術器具を操作する際に、手術部位を中心とする領域を観察するために使用されていることを特徴とする双眼鏡。
7. 請求項１において、
   上記双眼鏡は、観察ロボットの周囲を観察するために使用されていることを特徴とする双眼鏡。
8. 画角が１２０度〜２００度のワイドレンズであって、光軸から離れるに従って曲率が大きくなるワイドレンズと、上記ワイドレンズを通過した光を、所定の平面に結像させる結像レンズとを具備する光学系を、２つ設けることによって構成される双眼鏡と；
   上記双眼鏡によって結像された像を導く光ファイバー群と；
   を有することを特徴とする内視鏡。

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