JP2018180043A - 変倍光学系及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本件発明の課題は、観察光学系を小型に維持しつつ、観察光学系の作動距離を変化させずとも、観察視野を任意に変更することができる高解像度の観察画像表示システムを実現することが可能な変倍光学系及び当該変倍光学系を備えた撮像装置を提供することにある。【解決手段】上記課題を解決するため、本件発明に係る変倍光学系は、観察光学系に接続され、最も観察光学系側に配置される第１レンズ群Ｇ１と、最も像側に配置される最終レンズ群（Ｇ４）と、第１レンズ群Ｇ１と最終レンズ群との間に配置され、光軸方向に移動可能な複数の可動レンズ群（Ｇ２、Ｇ３）とを備え、第１レンズ群Ｇ１と最終レンズ群とを光軸方向に固定し、複数の可動レンズ群を光軸方向に移動させることで、変倍し、複数の可動レンズ群のうち、少なくとも一つの可動レンズ群を光軸方向に移動させることで、最遠点物体から最近点物体への合焦を行わせる。【選択図】図１

Description

本件発明は、変倍光学系及び撮像装置に関し、特に観察光学系に接続される変倍光学系及び撮像装置に関する。

従来より、狭小部の内部観察を可能とした硬性鏡が医療分野或いは工業分野などで用いられている。硬性鏡は、一般に、体内等の狭小部に挿入される細い筒状の挿入部と、当該挿入部に連結された接眼部とを備え、挿入部内には対物レンズ系等が収容され、接眼部には接眼レンズ系が収容される。このような硬性鏡では接眼部を介して、被写体像を直接観察することができる。また、近年では、この接眼部に撮像光学系や撮像素子を備えた撮像装置を接続し、硬性鏡により取得した被写体像をモニターなどの表示装置に表示可能にした硬性鏡画像表示システムの利用が進んでいる。

医療分野においては、当該硬性鏡画像表示システムを利用した内視鏡外科手術が行われている。内視鏡外科手術では、医師や技師が表示装置に表示された被写体像を観察しながら、患部の状態に応じた必要な処置を行う。内視鏡外科手術では、鏡性鏡の挿入部や鉗子、電気メスなどの手術器具を体内に挿入するための小さな穴をいくつか開けるだけでよいため、従来の開腹手術や開胸手術等と比較すると、患者の体への負担が少ない。また、術後の回復も早いため、入院期間を短縮することができる。そのため、医療費の公的負担の軽減も図ることができる。さらに、今後、遠隔地にいる医師が表示装置に表示された患部の状態等に基づいて、実際に施術を行う他の医師に必要な処置に関する指示を行ったり、手術ロボットを遠隔操作するなどの遠隔手術システムの進展も想定される。特に、医師不足の過疎地などでは、このような遠隔手術システムの普及が求められる。このように患者への身体的及び経済的な負担低減だけではなく、社会的観点からも内視鏡外科手術の一層の普及・進展が求められている。

ところで、内視鏡外科手術においては、患部を高精細に観察可能であることの他、手術の進行に応じて、患部の全体観察、患部の部分観察等、観察倍率が可変の硬性鏡画像表示システムが求められる。工業分野で利用される硬性鏡画像表示システムにおいても同様の要求がある。

このような背景の下、特許文献１では、最も物体側のレンズ群を除く少なくとも一つ以上のレンズ群を光軸に沿って移動させることでフォーカシングを行う内視鏡用対物レンズ（対物レンズ系）が提案されている。この特許文献１に記載の内視鏡用対物レンズでは、作動距離（当該内視鏡用対物レンズの先端と患部（被写体）との間の距離）を変化させ、作動距離を小さくすることにより患部の拡大観察を可能としている。しかしながら、特許文献１に記載の内視鏡用対物レンズでは、可動レンズ群を移動させるためのカム等の合焦機構を挿入部内に設ける必要がある。そのため、挿入部の小径化を図ることが困難である。また、患部の拡大観察を行うには、内視鏡用対物レンズの先端を患部に近づける必要があるが、手術器具との干渉を避けるためなどの理由から内視鏡用対物レンズの先端を患部に近接することができない場合があり、患部の拡大観察を十分に行うことができない場合があった。

特許文献２では、正の屈折力を有する前群レンズと、負の屈折力を有する後群レンズとを備え、後群レンズを第１の後群レンズ位置と第２の後群レンズ位置との２位置間で移動させることにより、作動距離又は画角を可変とした視野角可変内視鏡用対物レンズが提案されている。この特許文献２に記載の視野角可変内視鏡用対物レンズでは、後群レンズを上記所定の２位置間で移動させればピントが合うことから、硬性鏡の挿入部には合焦機構を設ける必要がない。そのため、挿入部の小径化を図ることが容易になる。しかしながら、特許文献２に記載の視野角可変内視鏡用対物レンズは、作動距離又は画角のどちらかを変更すれば、それに応じた画角又は観察距離が決められてしまう。つまり、観察距離を変えずに、観察倍率を任意に変更することができない。そのため、特許文献１と同様に、手術器具との干渉を避けるためなどの理由から、患部の拡大観察を十分に行うことができない場合がある。

特許文献３には、硬性鏡の接眼部に接続されて使用される撮像光学系が提案されている。特許文献３に記載の撮像光学系では、接眼部側から順に第１レンズ群〜第４レンズ群を備え、変倍時に負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とをそれぞれ移動させ、合焦時に第１レンズ群全体或いはその一部を光軸方向に移動させることでフォーカシングを行う。当該撮像光学系を硬性鏡の接眼部に接続することで、硬性鏡の挿入部内に変倍機構や合焦機構を設けずとも、フォーカシング及びズーミングが行える。そのため、当該特許文献３に開示の撮像光学系を用いれば、挿入部の小型化を図ると共に、手術器具との干渉を避けることのできる作動距離を維持しつつ、患部の拡大観察等を任意に行うことが可能になる。しかしながら、特許文献３に開示の撮像光学系では、最も観察光学系側に配置される第１レンズ群を光軸方向に移動させてフォーカシングを行うため、フォーカシングの際に光学全長が変動する。撮像光学系は鏡筒内に配置され、レンズユニットとして構成される。撮像光学系の光学全長が変動すると、撮像光学系を収容する鏡筒部分も鏡筒長を可変にすることが求められる。ところで、手術の際は、当該レンズユニットについても消毒、除菌、滅菌等が求められる。しかしながら、鏡筒長が可変である場合、鏡筒構造が複雑になることから、当該レンズユニットを消毒、除菌、滅菌等が可能な水密構造或いは防水構造とすることが困難になる。

特開２０１５−２２１６１号公報 特開平８−５４５６１号公報 特開平１１−１２５７７０号公報

以上のことから、本件発明の課題は、観察光学系を小型に維持しつつ、観察光学系の作動距離を変化させずとも、観察視野を任意に変更することができる高解像度の観察画像表示システムを実現することが可能な変倍光学系及び当該変倍光学系を備えた撮像装置を提供することにある。

本発明者等は、鋭意研究を行った結果、以下の変倍光学系を採用することで上記課題を達成するに到った。

本件発明に係る変倍光学系は、観察光学系に接続される変倍光学系であって、最も観察光学系側に配置される第１レンズ群と、最も像側に配置される最終レンズ群と、当該第１レンズ群と当該最終レンズ群との間に配置され、光軸方向に移動可能な複数の可動レンズ群とを備え、前記第１レンズ群と前記最終レンズ群とを光軸方向に固定し、前記複数の可動レンズ群を光軸方向に移動させることで、変倍し、前記複数の可動レンズ群のうち、少なくとも一つの可動レンズ群を光軸方向に移動させることで、最遠点物体から最近点物体への合焦を行うことを特徴とする。

本件発明に係る撮像装置は、上記記載の変倍光学系と、その像側に当該変倍光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする。

本件発明によれば、観察光学系を小型に維持しつつ、観察光学系の作動距離を変化させずとも、観察視野を任意に変更することができる高解像度の観察画像表示システムを実現することが可能な変倍光学系及び当該変倍光学系を備えた撮像装置を提供することができる。

本件発明の実施例１の変倍光学系のレンズ構成例を示す図である。上段が広角端におけるレンズ構成図であり、下段が望遠端におけるレンズ構成図である。 本件発明の実施例１の変倍光学系の広角端状態における最遠点物体合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差である。 本件発明の実施例１の変倍光学系の中間焦点位置における最遠点物体合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差である。 本件発明の実施例１の変倍光学系の望遠端状態における最遠点物体合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差である。 本件発明の実施例１の変倍光学系の望遠端状態における横収差図である。 本件発明の実施例２の変倍光学系のレンズ構成例を示す図である。上段が広角端におけるレンズ構成図であり、下段が望遠端におけるレンズ構成図である。 本件発明の実施例２の変倍光学系の広角端状態における最遠点物体合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差である。 本件発明の実施例２の変倍光学系の中間焦点位置における最遠点物体合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差である。 本件発明の実施例２の変倍光学系の望遠端状態における最遠点物体合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差である。 本件発明の実施例２の変倍光学系の望遠端状態における横収差図である。 本件発明の実施例３の変倍光学系のレンズ構成例を示す図である。上段が広角端におけるレンズ構成図であり、下段が望遠端におけるレンズ構成図である。 本件発明の実施例３の変倍光学系の広角端状態における最遠点物体合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差である。 本件発明の実施例３の変倍光学系の中間焦点位置における最遠点物体合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差である。 本件発明の実施例３の変倍光学系の望遠端状態における最遠点物体合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差である。 本件発明の実施例３の変倍光学系の望遠端状態における横収差図である。 本件発明の実施例４の変倍光学系のレンズ構成例を示す図である。上段が広角端におけるレンズ構成図であり、下段が望遠端におけるレンズ構成図である。 本件発明の実施例４の変倍光学系の広角端状態における最遠点物体合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差である。 本件発明の実施例４の変倍光学系の中間焦点位置における最遠点物体合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差である。 本件発明の実施例４の変倍光学系の望遠端状態における最遠点物体合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差である。 本件発明の実施例４の変倍光学系の望遠端状態における横収差図である。 本件発明の実施例５の変倍光学系のレンズ構成例を示す図である。上段が広角端におけるレンズ構成図であり、下段が望遠端におけるレンズ構成図である。 本件発明の実施例５の変倍光学系の広角端状態における最遠点物体合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差である。 本件発明の実施例５の変倍光学系の中間焦点位置における最遠点物体合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差である。 本件発明の実施例５の変倍光学系の望遠端状態における最遠点物体合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差である。 本件発明の実施例５の変倍光学系の望遠端状態における横収差図である。 本件発明の撮像装置の一例を示す模式図である。

以下、本件発明に係る変倍光学系及び撮像装置の実施の形態を説明する。

１．変倍光学系
本件発明に係る変倍光学系は、観察光学系に接続される変倍光学系であって、最も観察光学系側に配置される第１レンズ群と、最も像側に配置される最終レンズ群と、当該第１レンズ群と当該最終レンズ群との間に配置され、光軸方向に移動可能な複数の可動レンズ群とを備え、第１レンズ群と最終レンズ群とを光軸方向に固定し、上記複数の可動レンズ群を光軸方向に移動させることで、変倍し、上記複数の可動レンズ群のうち、少なくとも一つの可動レンズ群を光軸方向に移動させることで、最遠点物体から最近点物体への合焦を行うことを特徴とする。

１−１．観察光学系
まず、観察光学系について説明する。観察光学系は、一般に、対物レンズ系と、接眼レンズ系とを備え、対物レンズ系により一次被写体像（実像）を形成し、接眼レンズ系によってそれを略平行光となるように構成された光学系である。なお、観察光学系によっては、対物レンズ系と接眼レンズ系との間にリレーレンズ系が配置され、リレーレンズ系によりレンズ全長を延長させ、複数の中間被写体像を形成するようにしたものもある。

本件発明に係る変倍光学系は、例えば、観察光学系の接眼部に接続される。ここで、観察光学系の接眼部とは、主として、接眼レンズ系が収容された鏡筒部分をいい、一般に接眼レンズ、或いは、アイピースなどと称される部品、或いは、部位をいう。観察者は接眼部を介して被写体像を観察することができる。

観察光学系として、具体的には、顕微鏡、硬性内視鏡（硬性鏡）等を挙げることができる。当該変倍光学系は、これらの観察光学系の接眼部に接続されて使用される。以下では、特に硬性鏡の接眼部に接続されて使用される場合を例に挙げて説明する。

硬性鏡は、一般に、狭小部に挿入される細い筒状の挿入部と、当該挿入部に連結された接眼部とを備え、挿入部内には上記対物レンズ系が収容され、接眼部には上述のとおり接眼レンズ系が収容される。医療分野で用いられる硬性鏡の場合、挿入部は患者の体に開けられた穴などを介して体内に挿入され、接眼部は体外に配置される。挿入部の長さを確保するため、挿入部には対物レンズ系と共に上記リレーレンズ系が収容されることもあるし、挿入部と接眼部との間にリレーレンズ系を収容したリレー部が接続されることもある。当該変倍光学系や撮像素子等を備えた撮像装置を硬性鏡の接眼部に接続することで、硬性鏡により取得した被写体像をモニターなどの表示装置に表示させる硬性鏡画像表示システムを実現することができる。

但し、本件発明に係る変倍光学系は硬性鏡の接眼部に接続される態様に限定されるものではなく、顕微鏡等、種々の観察光学系の接眼部に接続することができ、これらの観察光学系の接眼部に接眼することで、上記と同様な観察画像表示システムを実現することができる。また、当該変倍光学系は観察光学系の接眼部に接続せずとも、当該変倍光学系単独で撮像光学系等の結像光学系として用いることができる。

１−２．変倍光学系の構成
次に、当該変倍光学系の光学構成について説明する。上述したとおり、当該変倍光学系は、最も観察光学系側に配置される第１レンズ群と、最も像側に配置される最終レンズ群と、当該第１レンズ群と当該最終レンズ群との間に配置され、光軸方向に移動可能な複数の可動レンズ群とを備える。

当該変倍光学系では、第１レンズ群と最終レンズ群とを光軸方向に固定し、複数の可動レンズ群を光軸方向に移動させることで、例えば、硬性鏡により形成された被写体像を変倍（拡大等）する。当該変倍光学系では、各可動レンズ群の移動量等を調整することにより、撮像視野（観察画角）を連続的に調整して、患部の観察倍率を任意に変化させることができる。そのため、硬性鏡画像表示システムを利用した内視鏡外科手術などの際に、手術の進行に応じて、患部の拡大観察、部分観察等を任意に行うことができる。その際、硬性鏡の挿入部の先端（正確には対物レンズの先端）と患部（被写体）との間の距離、すなわち、硬性鏡の作動距離を変化させる必要がない。従って、手術器具等と干渉しない位置に硬性鏡の挿入部の先端を配置しつつ、手術の進行に応じて要求される観察視野及び観察倍率に調整することができる。さらに、硬性鏡側に変倍機構を設ける必要がないため、硬性鏡の光学構成を簡素にすることができ、硬性鏡の大型化、特に挿入部の大型化を抑制することができる。なお、ここでいう変倍機構とは、被写体像の観察倍率を変化させるために設けられる可動レンズ群や、可動レンズ群を光軸方向に移動させるためのカム等の駆動機構などを指す。

また、当該変倍光学系では、上記複数の可動レンズ群のうち、少なくとも一つの可動レンズ群を光軸方向に移動させることで、最遠点物体から最近点物体への合焦を行う。そのため、観察視野及び／又は観察倍率を変化させたときも、観察対象となる患部にピントを合わせることができ、高解像度の被写体像を得ることができる。

当該変倍光学系において、第１レンズ群と最終レンズ群との間に可動レンズ群は少なくとも２つあればよい。２つの可動レンズ群があれば、変倍時にはその２つの可動レンズ群を光軸方向に移動させることで、被写体像の観察倍率を連続的に変化させることができる。そして、合焦時には、少なくとも一つのレンズ群を移動させることにより、合焦を行うことができる。

そのため、硬性鏡側に合焦機構を設ける必要がなく、硬性鏡の光学構成を簡素にすることができる。従って、当該観点からも、硬性鏡の大型化を抑制することができる。なお、ここでいう合焦機構とは、合焦位置を調整するために設けられる可動レンズ群や、可動レンズ群を光軸方向に移動させるためのカムなどの駆動機構などを指す。

さらに、当該変倍光学系では、最も観察光学系側に配置される第１レンズ群と、最も像側に配置される最終レンズ群は、変倍時及び合焦時光軸方向に固定されるため、当該変倍光学系の光学全長が変倍時及び合焦時に変化しない。変倍光学系は、鏡筒内に収容され、レンズユニットとして構成される。光学全長が固定であれば、当該変倍光学系を収容する鏡筒の長さも固定にすることができるため、鏡筒構造を簡易にすることができる。そのため、当該レンズユニットを消毒、除菌、滅菌等が可能な水密構造、防水構造、或いは密閉構造とすることが容易になる。

当該変倍光学系では、第１レンズ群と最終レンズ群との間に、上記接眼部側から順に、負の屈折力を有する負可動レンズ群と、正の屈折力を有する正可動レンズ群とを備えることが好ましい。当該実施の形態では、変倍光学系は観察光学系の接眼部に接続されて使用される。そのような条件下では、当該変倍光学系に対して直接外光が入射することはなく、第１レンズ群の接眼部側に硬性鏡によって規定される所定の開口径の絞りを仮想的に備えることになる。このような場合に、可動レンズ群として、上記接眼部側から順に、負の屈折力を有する負可動レンズ群と、正の屈折力を有する正可動レンズ群とを配置することにより、観察画角と作動距離とを任意に選択可能になり、また、球面収差を良好に行うことができ、且つ、当該変倍光学系の小型化を図ることができる。

この場合、負可動レンズ群を光軸方向に移動させることで、最遠点物体から最近点物体への合焦を行うようにすることが好ましい。このように負可動レンズ群を変倍時に移動させる変倍群として用いると共に、合焦時に移動させる合焦群としても用いることで、当該変倍光学系の光学構成を簡素にすることができ、駆動機構の簡素化を図ることもできる。これらのことから、上記レンズユニットの小型化及び軽量化を実現することができる。

当該変倍光学系において、第１レンズ群及び最終レンズ群に配置する屈折力の符号は特に限定されるものではないが、上述の負可動レンズ群と正可動レンズ群とを備える構成とする場合、第１レンズ群は正の屈折力を有することが好ましく、最終レンズ群は負の屈折力を有することが好ましい。すなわち、当該変倍光学系を接眼部側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負可動レンズ群、正可動レンズ群、負の屈折力を有する最終レンズ群とを備える構成とすることにより、観察画角と作動距離とを任意に選択可能になり、また、光学性能の高い小型の変倍光学系を実現することが容易になる。なお、負可動レンズ群と正可動レンズ群との間に、他の固定レンズ群又は可動レンズ群を配置してもよい。この場合、当該他の固定レンズ群又は可動レンズ群は正の屈折力を有することが好ましい。レンズ群の数が多い程、変倍比を高くしつつ、収差補正を良好に行う上で好ましい。しかしながら、当該変倍光学系のメカ構造が複雑になるため、小型化を図る上では好ましくない。

また、上記構成の変倍光学系において、例えば、最終レンズ群を光軸に対して垂直方向に移動可能に構成し、当該最終レンズ群を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、手振れなど撮像時に生じた像ブレを補正するようにしてもよい。すなわち、最終レンズ群をいわゆる防振群として構成してもよい。

更に、当該変倍光学系において、第１レンズ群に含まれるレンズの外径が最終レンズ群に含まれるレンズの外径よりも小さいことが好ましい。より具体的には、第１レンズ群に含まれるレンズのうち最大径のレンズの外径が、最終レンズ群に含まれるレンズのうち最小径のレンズの外径より小さいことが好ましい。硬性鏡は、体内等の狭小部に挿入されるため、小径のレンズにより構成される。当該変倍光学系がこのような構成を有することで、小径の硬性鏡と好適に接続することができるとともに、当該変倍光学系の小型化と軽量化を図りつつ、硬性鏡画像を像面に良好に結像させることができる。

１−３．条件式
次に、当該変倍光学系が満足することが好ましい条件について説明する。

１−３−１．条件式（１）
当該変倍光学系は、以下の条件を満足することが好ましい。
（１） ｂｔ ≦ −０．８０
但し、
ｂｔ：当該変倍光学系の望遠端における最大撮像倍率

条件式（１）は、当該変倍光学系の望遠端における最大撮像倍率、すなわち、当該変倍光学系の最短撮像距離における最大撮像倍率の上限値を規定する式である。このとき、撮像倍率とは、像面の高さ（像高）と被写体の高さとの比を指し、条件式（１）を満足する場合、当該変倍光学系により、像面に対して被写体（被写体像）の実寸の０．８倍以上の大きさで結像させることができる。このように、当該変倍光学系を最短撮像距離の短いマクロレンズのように構成することで、硬性鏡の接眼部と当該変倍光学系を接続したときも硬性鏡の最短撮像距離を短くすることができ、患部をより拡大して観察することができる。従来であれば、患部近傍組織の生体検査が必要な場合は、その幹部近傍の組織を採取して体外に取り出し、顕微鏡で別途観察し、ガン細胞であるか否等を判断する必要があった。しかしながら、当該変倍光学系を硬性鏡の接眼部に接続することで、硬性鏡の観察倍率を顕微鏡と同等或いはそれ以上とすることができ、患部近傍の組織を採取して体外で観察することなく、体内で患部及び患部近傍を観察視野を変更しながら直接拡大観察することができる。そのため、医師は、手術中に正常組織と病変組織との境界部分を都度確認しながら、切除する領域を適切に、且つ、迅速に見極めることが可能になり、患者の負担のより少ない、正確な手術を行うことが可能になる。

また、上述したとおり、硬性鏡の接眼部と接続することなく、当該変倍光学系単独で撮像光学系として用いることができる。その場合、マクロズームレンズとして利用することができる。

上記効果を得る上で、条件式（１）の上限値は、−０．９０であることがより好ましく、−１．００であることがさらに好ましい。なお、条件式（１）をｂｔ＜−０．８０、ｂｔ＜−０．９０、ｂｔ＜−１．００とすることも好ましい。また、上記条件式（１）の下限値を設ける光学的な意義は特にはないが、下限値は−１０．０程度とすることができ、或いは−５．０程度とすることができる。条件式（１）の下限値を−１０．０未満、或いは−５．０未満とすると、合焦群の移動量が大きくなるため、当該変倍光学系の光学全長が長くなり、好ましくない。

１−３−２．条件式（２）
当該変倍光学系は、以下の条件を満足することが好ましい。
（２） １．００ ≦ ｂｉｔ ≦ ３．００
但し、
ｂｉｔ：望遠端における最遠点物体合焦時の最終レンズ群の横倍率

条件式（２）は、望遠端における最遠点物体合焦時の最終レンズ群の横倍率の範囲を規定する式である。条件式（２）を満足させることにより、当該変倍光学系をＦナンバーの小さい明るい光学系とすることが容易になり、球面収差の補正も良好に行うことができる。また、当該変倍光学系の小型化を図る上でも有効である。

これに対して、条件式（２）の数値が下限値未満になると、望遠端における最遠点物体合焦時の最終レンズ群の横倍率が小さすぎるため、第１レンズ群から最終レンズ群の物体側に配置されるレンズ群までのレンズ群により構成される系の焦点距離が長くなり光学全長が長くなることから、当該変倍光学系の小型化を図る上で好ましくない。一方、条件式（２）の数値が上限値を超えると、望遠端における最遠点物体合焦時の最終レンズ群の横倍率が大きくなりすぎるため、Ｆナンバーを小さくすることが困難になり、明るい光学系を実現することができず好ましくない。

上記効果を得る上で、条件式（２）の下限値は、１．１０であることがより好ましく、１．２０であることがさらに好ましく、１．３０であることが一層好ましい。また、条件式（２）の上限値は、２．６０であることがより好ましく、２．４０であることがさらに好ましく、２．２０であることが一層好ましく、２．００であることがより一層好ましい。

１−３−３．条件式（３）
当該変倍光学系において、上述したように、第１レンズ群と最終レンズ群との間に、接眼部側から順に負の屈折力を有する負可動レンズ群と、正の屈折力を有する正可動レンズ群とを備える構成とした場合、以下の条件を満足することが好ましい。

（３） ０．４０ ≦ ｍｎ／ｍｐ ≦ ２．００
但し、
ｍｎ：広角端から望遠端への変倍時における負可動レンズ群の光軸方向における移動量（像側への移動に対して、符号を正とする）
ｍｐ：広角端から望遠端への変倍時における正可動レンズ群の光軸方向における移動量（像側への移動に対して、符号を正とする）

条件式（３）は、変倍時における負可動レンズ群の光軸方向における移動量と、変倍時における正可動レンズ群の光軸方向における移動量との比を規定する式である。なお、ここでいう変倍時とは広角端から望遠端へ変倍するときのことをいう。条件式（３）を満足する場合、負可動レンズ群と正可動レンズ群が光軸方向に沿って同じ方向に移動することを意味する。第２レンズ群としての正可動レンズ群と、第３レンズ群としての負可動レンズ群の移動の向きを同じにすると共に、その比を条件式（３）の範囲内とすることで、両可動レンズ群の移動量を確保して、高い変倍比を実現しつつ、当該変倍光学系の光学全長が長くなることを抑制することができる。

これに対して、条件式（３）の数値が下限値未満になると、正可動レンズ群の移動量に対する負可動レンズ群の移動量が小さくなりすぎる。移動の向きが像側であるとした場合、変倍比の大きな変倍光学系とすることが困難になる。一方、条件式（３）の数値が上限値を超えると、正可動レンズ群の移動量に対する負可動レンズ群の移動量が大きくなりすぎる。移動の向きが像側であるとした場合、通常、望遠端において負可動レンズ群を像側に移動させるか、若しくは正可動レンズ群を物体側に移動させることにより、最遠点物体から最近点物体への合焦を行う。望遠端において負可動レンズ群と正可動レンズ群との間の距離が短いと、合焦時における負可動レンズ群の移動量を確保することができない。合焦時における負可動レンズ群の移動量を確保するには、望遠端において負可動レンズ群と正可動レンズ群との間の距離を確保する必要がある。よって、当該変倍光学系の光学全長が長くなり好ましくない。

上記効果を得る上で、条件式（３）の下限値は、０．５０であることがより好ましく、０．５５であることがさらに好ましい。また、上限値は、１．８０であることがより好ましく、１．６０であることがさらに好ましく、１．４０であることが一層好ましい。

１−３−４．条件式（４）
当該変倍光学系は、以下の条件を満足することが好ましい。
（４） ０．２０ ≦ ｜ｆｉ｜／√（ｆｗ×ｆｔ） ≦ １．２０
但し、
ｆｉ：最終レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における最遠点物体合焦時の当該変倍光学系全系の焦点距離
ｆｔ：望遠端における最遠点物体合焦時の当該変倍光学系全系の焦点距離

ここで、「√（ｆｗ×ｆｔ）」は、中間焦点距離位置における当該変倍光学系の焦点距離（以下、「中間焦点距離」と称する。）を示す。条件式（４）は、最終レンズ群の焦点距離と、当該変倍光学系の中間焦点距離の比を規定する式である。条件式（４）を満足する場合、最終レンズ群において発生する諸収差を小さくすることができる。そのため、最終レンズ群を光軸に対して垂直方向に移動可能に構成し、当該最終レンズ群を防振群として光軸に対して垂直方向に移動させることにより、像ブレを補正するよう構成した場合、最終レンズ群を光軸に対して垂直方向に移動させたときの偏芯コマ収差、偏芯非点収差、偏芯色収差を小さくすることができる。そのため、防振時も少ないレンズ枚数で良好な光学性能を得ることができ、防振機能を設けた場合も当該変倍光学系を小型に構成することができる。また、防振時における最終レンズ群の光軸に対して垂直方向の移動量を適切な範囲内にすることができるため、当該変倍光学系を収容する鏡筒径の大型化も抑制することができる。

これに対して、条件式（４）の数値が下限値未満の場合、最終レンズ群の屈折力が強くなりすぎるため、最終レンズ群を防振群として用いることが困難になる。すなわち、最終レンズ群を光軸に対して垂直方向に移動させたときの偏芯コマ収差、偏芯非点収差、偏芯色収差が大きくなる。そのため良好な光学性能を維持するには、収差補正のために多くのレンズ枚数を要する。従って、レンズ枚数の増加により、最終レンズ群が大きく重くなるため、当該変倍光学系の小型化を図る上で好ましくない。また、防振群が重くなると、防振群を駆動するための駆動機構も大型化するため、好ましくない。一方、条件式（４）の数値が上限値を超えると、最終レンズ群の屈折力が弱くなりすぎるため、防振補正角度を確保するには、防振時における最終レンズ群の光軸に対して垂直方向の移動量を大きくする必要がある。従って、この場合、当該変倍光学系を収容する鏡筒径を大きくする必要があるため、上記レンズユニットの小型化を図る上で好ましくない。

上記効果を得る上で、条件式（４）の下限値は、０．３０であることがより好ましく、０．４０であることがさらに好ましい。また、条件式（４）の上限値は、１．００であることがより好ましく、０．９０であることがさらに好ましく、０．８０であることが一層好ましい。

２．撮像装置
次に、本件発明に係る撮像装置について説明する。本件発明に係る撮像装置は、上記変倍光学系と、その像側に当該変倍光学系によって形成された光学像（被写体像）を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする。ここで、撮像素子等に特に限定はないが、本件発明に係る変倍光学系は、高解像度の像高の大きい固体撮像素子に好適であるため、当該固体撮像素子はフルハイビジョン以上の解像度であることが好ましく、４Ｋ以上の解像度であることがより好ましく、８Ｋ以上の解像度であることがさらに好ましい。

当該撮像装置は、静止画像を取得するデジタルスチルカメラとして構成されていてもよいし、動画を取得するデジタルビデオカメラとして構成されていてもよい。上記変倍光学系では、例えば、上述した負可動レンズ群を合焦群とすることにより、迅速に合焦することができる。そのため、本件発明に係る変倍光学系を用いることで、観察倍率や観察視野を適宜変化させながら、被写体像を表示装置に拡大表示させたときも、被写体の細部まで良好に観察可能とすることができる。従って、内視鏡外科手術など、患部の状況等に応じた迅速で正確な判断が求められるようなときも、当該撮像装置を硬性鏡の接眼部に接続することにより、それらの判断を行うための正確な情報、すなわち被写体の細部の情報を提供することが可能になる。なお、当該撮像装置は、上記変倍光学系が筐体に固定されたレンズ固定式の撮像装置であってもよいし、変倍光学系が取り外し自在に構成されたレンズ交換式の撮像装置であってもよい。

３．観察画像表示システム
次に、本件発明に係る変倍光学系及び撮像装置を適用した硬性鏡画像表示システム（観察画像表示システム）について説明する。当該硬性鏡画像表示システムは、変倍光学系により生成された光学像に関する画像データを電気的に加工する画像処理部を有することが好ましい。当該画像処理部は、上記撮像装置本体に設けられてもよいし、表示装置の画像表示動作を制御する制御装置（例えば、パーソナルコンピュータ等）に設けられてもよい。

上記本件発明に係る変倍光学系において、高い変倍比を実現しつつ、小型で高解像度の光学系を得ようとした場合、像形状の歪みが生じやすくなる。そこで、当該観察画像表示システムにおいて、上記画像データに対して像形状の歪みを電気的に加工する画像処理部を設けることにより、像形状の歪みの少ない観察被写体画像を画像出力装置等に出力させることができる。なお、画像処理部は、像形状の歪みを補正するための補正用データを予め記憶した記憶部と、観察撮像装置において取得された画像データと、補正用データとを関連づけて、画像データを補正する演算処理部（ＣＰＵ）等を備えていることが好ましい。

ここで、上記画像処理部は、変倍光学系により形成された光学像に関する画像データのうち、歪曲収差に関するデータを電気的に加工することが好ましい。画像処理部において、歪曲収差に関するデータを電気的に加工することができれば、上記変倍光学系の負可動レンズ群を小さな径のレンズにより構成しつつ、強い屈折力を配置しても、観察被写体像を歪みなく画像出力装置等に表示させることができる。

また、上記画像処理部は、変倍光学系により形成された光学像に関する画像データのうち、倍率色収差に関するデータを電気的に加工することが好ましい。画像処理部において、倍率色収差に関するデータを電気的に加工することができれば、色収差の小さい被写体像を画像出力装置等に表示させることができる。そのため、変倍光学系を構成するレンズ枚数を削減することが可能になり、当該変倍光学系の小型化を図ることが容易にある。

次に、実施例を示して本件発明を具体的に説明する。但し、本件発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下に挙げる各実施例の光学系は、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置（光学装置）に用いられる撮像光学系としての観察光学系であり、特に、顕微鏡や、狭小空間の内部観察を行うための観察撮像装置に好ましく適用することができる。また、各レンズ断面図において、図面に向かって左方が観察被写体側（物体側・観察光学系側）、右方が像側である。

本発明による変倍光学系の実施例を図面を参照して説明する。図１は、本実施例１の変倍光学系のレンズ構成例を示す図である。上段が広角端状態におけるレンズ構成図であり、下段が望遠端状態におけるレンズ構成図である。

図１に示すように、本実施例１の変倍光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４から構成されている。当該変倍光学系は、図示しない硬性鏡の接眼部に接続されて使用される。なお、各レンズ群の具体的なレンズ構成は図１に示すとおりである。また、図１において、第１レンズ群Ｇ１の物体側に示す「Ｓ」は、硬性鏡の接眼部が接続された場合の仮想的な絞り位置を示す。また、「ＣＧ」は、カバーガラス、ローパスフィルター、赤外線フィルターなどをさす。「Ｉ」は像面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子の撮像面、或いは、銀塩フィルムのフィルム面等を示す。これらの点は、他の実施例で示す各レンズ断面図においても同様であるため、以下では説明を省略する。

広角端から望遠端にかけて変倍する際に、第１レンズ群Ｇ１と第４レンズ群Ｇ４とを光軸方向に固定し、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３はそれぞれ異なる軌跡で像側に移動する。また、最遠点物体から最近点物体への合焦の際には、第２レンズ群Ｇ２が像側に移動する。また、第４レンズ群Ｇ４は光軸に対して垂直方向に移動可能に構成されており、当該第４レンズ群Ｇ４を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、手振れなど撮像時に生じた像ブレを補正することができる。

なお、本実施例１の変倍光学系において、第２レンズ群Ｇ２は本件発明にいう負可動レンズ群であり、第３レンズ群Ｇ３は正可動レンズ群であり、第４レンズ群Ｇ４は最終レンズ群である。

図２〜図４に、本実施例１の変倍光学系の広角端状態、中間焦点距離状態及び望遠端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差をそれぞれ示す。球面収差図において、縦軸はＦナンバー（図中、ＦＮＯで示す）を表し、実線はｄ線（波長λ=587.56nm）、短破線はｇ線（波長λ=435.84nm）、長破線はＣ線（波長λ=656.27nm）の特性である。非点収差図において、縦軸は画角（図中、Ｗで示す）を表し、実線はサジタル平面（図中、Ｓで示す）、破線はメリディオナル平面（図中、Ｍで示す）の特性である。歪曲収差図において、縦軸は画角（図中、Ｗで示す）を表す。但し、これらは、当該変倍光学系自体の特性であり、当該変倍光学系を硬性鏡の接眼部に接続せずに単独で用いたときの特性である。次に説明する横収差についても同様である。

また、図５は、実施例１の変倍光学系の望遠端における横収差図である。図５に示す各横収差図において、図面に向かって左側に位置する３つの収差図は、望遠端における手振れ補正を行っていない基本状態に対応する（防振補正量０ｄｅｇ）。また、図面に向かって右側に位置する３つの収差図は、防振群としての第４レンズ群を光軸と垂直な方向に所定量移動させた望遠端における手振れ補正状態に対応する。また、ｄｅｃは防振群の移動量を表す。

基本状態の各横収差図のうち、上段は最大像高の７０％の像点における横収差、中段は軸上像点における横収差、下段は最大像高の−７０％の像点における横収差に、それぞれ対応する。手振れ補正状態の各横収差図のうち、上段は最大像高の７０％の像点における横収差、中段は軸上像点における横収差、下段は最大像高の−７０％の像点における横収差に、それぞれ対応する。また各横収差図において、横軸は瞳面上での主光線からの距離を表し、実線はｄ線、短破線はｇ線、長破線はＣ線の特性である。また、当該変倍光学系について、手振れ補正時に防振群を光軸に対して垂直な方向に所定量移動させることによる角度変化量は０．３度である。また、そのときの防振群の移動量は０．８３６ｍｍである。

図５から明らかなように、軸上像点における横収差の対称性は良好であることがわかる。また、＋７０％像点における横収差と−７０％像点における横収差とを基本状態で比較すると、いずれも湾曲度が小さく、収差曲線の傾斜がほぼ等しいことから、偏心コマ収差、偏心非点収差が小さいことがわかる。このことは、手振れ補正状態であっても充分な結像性能が得られていることを意味している。また、いずれのズーム位置であっても、０．３°までの手振れ補正角に対して、結像特性を低下させることなく充分な手振れ補正を行うことが可能である。さらに、光軸に対して垂直な方向における防振群の移動量を更に大きくとることで、手振れ補正角度を０．３°よりも更に大きく取ることも可能である。これらの点は、後述する他の実施例についても同様である。

次に、当該本実施例１において、具体的数値を適用した数値実施例１のレンズデータを表１に示す。表１に示すレンズデータは次のものである。「面番号」は、物体側から数えたレンズ面の順番を示す。「ｒ」はレンズ面の曲率半径を示し、「ｄ」はレンズ厚又は、互いに隣接するレンズ面の光軸上の間隔を示し、「ｎｄ」はｄ線に対する屈折率を示し、「ｖｄ」はｄ線に対するアッベ数を示す。また、「ｒ」の欄に記載の「∞」は曲率半径が∞（無限大）であることを意味する。また、「ｄ」の欄に記載の「ｄ５」等の「ｄｎ（但し、ｎは面番号）」と表記された欄は、変倍時における可変間隔であることを示す。なお、各表中の長さの単位は全て「ｍｍ」であり、画角の単位は全て「°」である。

表２に、当該変倍光学系の各種データを示す。表２には、広角端、中間焦点距離位置、望遠端における当該変倍光学系の「焦点距離」、「Ｆナンバー」、「半画角」、「レンズ全長（光学全長）」、「バックフォーカス」、表１に示した変倍時における光軸上の可変間隔（但し、無限遠合焦時）「ｄｎ」を示す。また、表２に、当該変倍光学系の変倍比、像高を併せて示す。

表３に、当該変倍光学系を構成する各レンズ群の「始面」、「焦点距離」、各レンズ群の始面から終面までの光軸上の長さに相当する「構成長」、変倍時における各レンズ群の光軸上の「移動量」を示す。但し、像側への移動に対して、符号を正とする。

表４に、広角端、中間焦点距離位置、望遠端における各レンズ群の横倍率を各レンズ群の始面と共に示す。

表５に、当該変倍光学系の望遠端における最大撮像倍率と、望遠端における最近点物体合焦時の光軸上の可変間隔を示す。なお、最近点物体は、当該変倍光学系の最短撮像距離位置にある物体を意味する。

そして、表２６に当該変倍光学系の上記条件式（１）〜条件式（４）の数値を示す。

これらの図面及び表に関する事項は、他の実施例においても同様であるため、以下では説明を省略する。

（１）光学系の構成
図６は、本件発明に係る実施例２の変倍光学系のレンズ構成例を示す断面図である。図６に示すように、本実施例２の変倍光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４から構成されている。当該変倍光学系は、図示しない硬性鏡の接眼部に接続されて使用される。なお、各レンズ群の具体的なレンズ構成は図６に示すとおりである。なお、第２レンズ群Ｇ２は本件発明にいう負可動レンズ群であり、第３レンズ群Ｇ３は正可動レンズ群であり、第４レンズ群Ｇ４は最終レンズ群である。

広角端から望遠端にかけて変倍する際に、第１レンズ群Ｇ１と第４レンズ群Ｇ４とを光軸方向に固定し、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３はそれぞれ異なる軌跡で像側に移動する。また、最遠点物体から最近点物体への合焦の際には、第２レンズ群Ｇ２が像側に移動する。また、第４レンズ群Ｇ４は光軸に対して垂直方向に移動可能に構成されており、当該第４レンズ群Ｇ４を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、手振れなど撮像時に生じた像ブレを補正することができる。また、手振れ補正時に防振群を光軸に対して垂直な方向に所定量移動させることによる角度変化量を０．３度としたときの防振群の移動量は０．７７９ｍｍである。

（２）数値実施例
次に、当該変倍光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表６に当該変倍光学系の面データを示し、表７に各種データを示し、表８に当該変倍光学系を構成する各レンズ群に関するデータを示し、表９に各レンズ群の横倍率等を示し、表１０に当該変倍光学系の望遠端における最大撮像倍率等を示す。そして、表２６に当該変倍光学系の上記条件式（１）〜条件式（４）の数値を示す。

図７〜図９に、本実施例２の変倍光学系の広角端状態、中間焦点距離状態及び望遠端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差をそれぞれ示す。図１０に、実施例２の変倍光学系の望遠端における横収差図を示す。

（１）光学系の構成
図１１は、本件発明に係る実施例３の変倍光学系のレンズ構成例を示す断面図である。図１１に示すように、本実施例３の変倍光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４から構成されている。当該変倍光学系は、図示しない硬性鏡の接眼部に接続されて使用される。なお、各レンズ群の具体的なレンズ構成は図１１に示すとおりである。なお、第２レンズ群Ｇ２は本件発明にいう負可動レンズ群であり、第３レンズ群Ｇ３は正可動レンズ群であり、第４レンズ群Ｇ４は最終レンズ群である。

広角端から望遠端にかけて変倍する際に、第１レンズ群Ｇ１と第４レンズ群Ｇ４とを光軸方向に固定し、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３はそれぞれ異なる軌跡で像側に移動する。また、最遠点物体から最近点物体への合焦の際には、第２レンズ群Ｇ２が像側に移動する。また、第４レンズ群Ｇ４は光軸に対して垂直方向に移動可能に構成されており、当該第４レンズ群Ｇ４を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、手振れなど撮像時に生じた像ブレを補正することができる。また、手振れ補正時に防振群を光軸に対して垂直な方向に所定量移動させることによる角度変化量を０．３度としたときの防振群の移動量は０．６４０ｍｍである。

（２）数値実施例
次に、当該変倍光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表１１に当該変倍光学系の面データを示し、表１２に各種データを示し、表１３に当該変倍光学系を構成する各レンズ群に関するデータを示し、表１４に各レンズ群の横倍率等を示し、表１５に当該変倍光学系の望遠端における最大撮像倍率等を示す。そして、表２６に当該変倍光学系の上記条件式（１）〜条件式（４）の数値を示す。

図１２〜図１４に、本実施例３の変倍光学系の広角端状態、中間焦点距離状態及び望遠端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差をそれぞれ示す。図１５に、実施例３の変倍光学系の望遠端における横収差図を示す。

（１）光学系の構成
図１６は、本件発明に係る実施例４の変倍光学系のレンズ構成例を示す断面図である。図１６に示すように、本実施例４の変倍光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４から構成されている。当該変倍光学系は、図示しない硬性鏡の接眼部に接続されて使用される。なお、各レンズ群の具体的なレンズ構成は図１６に示すとおりである。なお、第２レンズ群Ｇ２は本件発明にいう負可動レンズ群であり、第３レンズ群Ｇ３は正可動レンズ群であり、第４レンズ群Ｇ４は最終レンズ群である。

広角端から望遠端にかけて変倍する際に、第１レンズ群Ｇ１と第４レンズ群Ｇ４とを光軸方向に固定し、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３はそれぞれ異なる軌跡で像側に移動する。また、最遠点物体から最近点物体への合焦の際には、第２レンズ群Ｇ２が像側に移動する。また、第４レンズ群Ｇ４は光軸に対して垂直方向に移動可能に構成されており、当該第４レンズ群Ｇ４を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、手振れなど撮像時に生じた像ブレを補正することができる。また、手振れ補正時に防振群を光軸に対して垂直な方向に所定量移動させることによる角度変化量を０．３度としたときの防振群の移動量は１．４１６ｍｍである。

（２）数値実施例
次に、当該変倍光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表１６に当該変倍光学系の面データを示し、表１７に各種データを示し、表１８に当該変倍光学系を構成する各レンズ群に関するデータを示し、表１９に各レンズ群の横倍率等を示し、表２０に当該変倍光学系の望遠端における最大撮像倍率等を示す。そして、表２６に当該変倍光学系の上記条件式（１）〜条件式（４）の数値を示す。

図１７〜図１９に、本実施例４の変倍光学系の広角端状態、中間焦点距離状態及び望遠端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差をそれぞれ示す。図２０に、実施例４の変倍光学系の望遠端における横収差図を示す。

（１）光学系の構成
図２１は、本件発明に係る実施例５の変倍光学系のレンズ構成例を示す断面図である。図２１に示すように、本実施例５の変倍光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ４とから構成されている。当該変倍光学系は、図示しない硬性鏡の接眼部に接続されて使用される。なお、各レンズ群の具体的なレンズ構成は図１６に示すとおりである。
なお、第２レンズ群Ｇ２は本件発明にいう負可動レンズ群であり、第３レンズ群Ｇ３は正可動レンズ群であり、第５レンズ群Ｇ５は最終レンズ群である。

広角端から望遠端にかけて変倍する際に、第１レンズ群Ｇ１と第４レンズ群Ｇ４とを光軸方向に固定し、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４はそれぞれ異なる軌跡で像側に移動する。また、最遠点物体から最近点物体への合焦の際には、第２レンズ群Ｇ２が像側に移動する。また、第５レンズ群Ｇ５は光軸に対して垂直方向に移動可能に構成されており、当該第５レンズ群Ｇ５を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、手振れなど撮像時に生じた像ブレを補正することができる。また、手振れ補正時に防振群を光軸に対して垂直な方向に所定量移動させることによる角度変化量を０．３度としたときの防振群の移動量は０．８２３ｍｍである。

（２）数値実施例
次に、当該変倍光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表２１に当該変倍光学系の面データを示し、表２２に各種データを示し、表２３に当該変倍光学系を構成する各レンズ群に関するデータを示し、表２４に各レンズ群の横倍率等を示し、表２５に当該変倍光学系の望遠端における最大撮像倍率等を示す。そして、表２６に当該変倍光学系の上記条件式（１）〜条件式（４）の数値を示す。

図２１〜図２３に、本実施例５の変倍光学系の広角端状態、中間焦点距離状態及び望遠端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差をそれぞれ示す。図２５に、実施例５の変倍光学系の望遠端における横収差図を示す。

（撮像装置の実施例）
次に、本件発明に係る撮像装置の実施例について説明する。本件発明に係る撮像装置１０は、硬性鏡２０（観察光学系）に接続されて使用される。当該撮像装置１０は、本件発明に係る変倍光学系１１を収容するレンズユニットと、当該レンズユニットが交換自在に取り付けられる撮像装置本体１２とを備えている。レンズユニットには、例えば、上記実施例１〜実施例５のいずれかの変倍光学系を収容することができる。各実施例の第１レンズ群Ｇ１において最も物体側に配置される平板（面番号１、２）はカバーガラスであり、当該カバーガラスによりレンズユニット筐体（鏡筒）内に物体側（接眼部側）から埃や水分などが侵入するのを防止する。また、当該変倍光学系１１において最も像側に配置されるレンズと、レンズユニットの筐体とは密閉されており、レンズユニット筐体内に像側からの埃や水分などの侵入も防止されている。このようにレンズユニットは密閉構造とされているため、消毒、除菌、滅菌等を容易に行うことができる。撮像装置本体１２内には、撮像素子１３（Ｉ）が配置され、撮像素子１３の物体側にはカバーガラス（ＣＧ）が配置される。撮像装置本体の背面側には液晶モニターなどの表示装置１４が設けられている。

硬性鏡２０は、物体側から順に、対物レンズ系（図示略）、リレーレンズ系（図示略）、接眼レンズ系（図示略）が収容される鏡筒部２１と、光源２２と、照明光学系２３とを備えている。鏡筒部２１は、光学全長方向に長尺に形成されており、その物体側が上述した挿入部に相当し、例えば、患者の体内等に挿入される。鏡筒部２１の像側は上述した接眼部に相当し、当該接眼部を介して医師等は、患者の体内、すなわち患部等を観察することができる。また、当該接眼部にレンズユニットが接続される。光源２２は、鏡筒部２１の外側であって接眼部の近傍に設けられる。照明光学系２３は、光源２２からの照明光を鏡筒部２１の物体側まで伝達し、患部等を照明する。図２６には記載を省略したが、撮像装置本体１１と、上述した画像処理部を備えるパーソナルコンピュータ等とを通信接続手段を介して接続し、パーソナルコンピュータ等の表示装置に硬性鏡２０及び撮像装置１０により取得した患部等の硬性鏡画像（観察画像）を表示させてもよい。また、当該撮像装置本体又は、撮像装置本体と接続されたパーソナルコンピュータ等と、遠隔地にあるパーソナルコンピュータ等とをインターネット等の通信接続手段を介して接続し、遠隔地にある表示装置に患部等の硬性鏡画像を表示させてもよい。このような構成により、上記硬性鏡画像表示システム（観察画像表示システム）を実現することができる。

なお、当該撮像装置の実施例では、撮像装置１０と硬性鏡２０とは接続自在に接続されている。また、当該撮像装置の実施例では、変倍光学系１１を収容するレンズユニットは、撮像装置本体１２に対して交換自在に取り付けられている。しかしながら、本件発明に係る撮像装置はこれらの態様に限定されるものではなく、レンズユニットと撮像装置本体１２とが一体に（分離不能に）構成されていてもよいし、撮像装置１０と硬性鏡２０とが一体に構成されていてもよいのは勿論である。

本件発明によれば、観察光学系を小型に維持しつつ、観察光学系の作動距離を変化させずとも、観察視野を任意に変更することができる高解像度の観察画像表示システムを実現することが可能な変倍光学系及び当該変倍光学系を備えた撮像装置を提供することができる。

Ｇ１・・・第１レンズ群
Ｇ２・・・第２レンズ群
Ｇ３・・・第３レンズ群
Ｇ４・・・第４レンズ群
Ｇ５・・・第５レンズ群
Ｆ・・・合焦群
ＶＣ・・・防振群
Ｓ・・・仮想絞り位置
１０・・・撮像装置
１１・・・変倍光学系
１２・・・撮像装置本体
１３・・・撮像素子
１４・・・表示装置
２０・・・観察光学系
２１・・・鏡筒部
２２・・・光源
２３・・・照明光学系

Claims (9)

1. 観察光学系に接続される変倍光学系であって、
   最も観察光学系側に配置される第１レンズ群と、最も像側に配置される最終レンズ群と、当該第１レンズ群と当該最終レンズ群との間に配置され、光軸方向に移動可能な複数の可動レンズ群とを備え、
   前記第１レンズ群と前記最終レンズ群とを光軸方向に固定し、前記複数の可動レンズ群を光軸方向に移動させることで、変倍し、
   前記複数の可動レンズ群のうち、少なくとも一つの可動レンズ群を光軸方向に移動させることで、最遠点物体から最近点物体への合焦を行うことを特徴とする変倍光学系。
2. 以下の条件を満足する請求項１に記載の変倍光学系。
   （１） ｂｔ ≦ −０．８０
   但し、
   ｂｔ：当該変倍光学系の望遠端における最大撮像倍率
3. 以下の条件を満足する請求項１又は請求項２に記載の変倍光学系。
   （２） １．００ ≦ ｂｉｔ ≦ ３．００
   但し、
   ｂｉｔ：望遠端における最遠点物体合焦時の前記最終レンズ群の横倍率
4. 前記可動レンズ群として、前記観察光学系側から順に負の屈折力を有する負可動レンズ群と、正の屈折力を有する正可動レンズ群とを備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の変倍光学系。
5. 前記負可動レンズ群を光軸方向に移動させることで、前記合焦を行う請求項４に記載の変倍光学系。
6. 以下の条件を満足する請求項４又は請求項５に記載の変倍光学系。
   （３） ０．４０ ≦ ｍｎ／ｍｐ ≦ ２．００
   但し、
   ｍｎ：広角端から望遠端への変倍時における前記負可動レンズ群の光軸方向における移動量（像側への移動に対して、符号を正とする）
   ｍｐ：広角端から望遠端への変倍時における前記正可動レンズ群の光軸方向における移動量（像側への移動に対して、符号を正とする）
7. 以下の条件を満足する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の変倍光学系。
   （４） ０．２０ ≦ ｜ｆｉ｜／√（ｆｗ×ｆｔ） ≦ １．２０
   但し、
   ｆｉ：前記最終レンズ群の焦点距離
   ｆｗ：広角端における最遠点物体合焦時の当該変倍光学系全系の焦点距離
   ｆｔ：望遠端における最遠点物体合焦時の当該変倍光学系全系の焦点距離
8. 前記最終レンズ群を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、像ブレを補正する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の変倍光学系。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の変倍光学系と、その像側に当該変倍光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。

Images