JP2984954B2

JP2984954B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP2984954B2
Application number: JP3281995A
Authority: JP
Inventors: 公彦西岡
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-10-03
Filing date: 1991-10-03
Publication date: 1999-11-29
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: JPH05103271A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子内視鏡用撮像装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子内視鏡は、図１６に示すよう
にほぼ正方形のＣＣＤ１１に円形のレンズ系１２によっ
て物体像を結像させ、これを映像処理回路１３を径てテ
レビモニター１４の表示部１５上に画像１６を映し出す
ものが多かった。

【０００３】現行のテレビ方式（ＮＴＳＣ方式）では、
テレビモニターの表示部１５のアスペクト比は、Ｈ：Ｖ
＝４：３である。そのため図１６に示すように表示部１
５の一部に画像１６を正方形表示しても、テレビ画面が
無駄になることは少なかった。

【０００４】しかしながら、高品位テレビは、表示部７
のアスペクト比がＨ：Ｖ＝１６：９で横長である。その
ため高品位テレビの電子内視鏡を考えると、その横長の
表示部に電子内視鏡による正方形の映像を映したので
は、表示部の無駄が多くなる。

【０００５】又横長の固体撮像素子を用いればよいが、
内視鏡内に横長の撮像素子を配置すると、内視鏡の太さ
が大になり好ましくない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高品位テレ
ビのテレビモニターの横長の表示部を有効に利用した迫
力のある画像を観察できるようにした電子内視鏡の撮像
装置を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、ほ
ぼ正方形のＣＣＤ等の固体撮像素子と、光軸に対して非
対称な非球面を有する対物レンズと、電気的な伸長手段
とを備えている。すなわち本発明の撮像装置は、対象物
の像を形成する対物レンズと、前記対物レンズによる像
を受ける固体撮像素子と、前記撮像素子からの出力信号
を生成する信号処理手段と、前記映像信号により対象物
の像を表示する表示手段とを備え、前記対物レンズが下
記Ｑ式（５）で表わされる回転非対称な屈折面を有し対
象物の像を前記固体撮像素子に変形して投影し、前記信
号処理手段が前記の変形した像を更に変形させて表示す
ることを特徴としている。ただしｘ，ｙ，ｚは光軸方向をｘ軸とし面の頂点を原点
とした時のｘｙｚ座標の座標値である。

【０００８】図１は、本発明の撮像素子の構成を示す図
で、１は撮像素子、２は対物光学系、３はサンプリング
回路、４はホールド回路、５は映像信号作製回路、６は
テレビモニター、７は横長表示部、８は光源、９はライ
トガイドである。

【０００９】又対物光学系中には光軸に対して非回転対
称の非球面レンズが設けられており、ほぼ長方形の物体
をほぼ正方形の固体撮像素子１上に結像する。

【００１０】撮像素子１よりの信号を、サンプリング回
路３にて読み出し、その際横方向（ＣＣＤの水平走査方
向）の読み出し速度を通常の場合より遅くすることによ
って画像を横方向に伸長させる。

【００１１】Ｂ_v を物体の垂直方向の寸法、Ｂ_H を物体
の水平方向の寸法、Ｃ_V をＣＣＤ１の垂直方向の寸法、
Ｃ_H をＣＣＤ１の水平方向の寸法、Ｎ_H をＣＣＤ１の水
平方向の画素数、Ｎ_V をＣＣＤ１の垂直方向の画素数と
すると物体は、対物光学系２によって下記の式（１）に
示すｋ倍だけ縮められてＣＣＤ１に結像される。（Ｃ_H/Ｂ_H ）／（Ｃ_V/Ｂ_V ）≡ｋ（１）ここでＣ_v/Ｃ_H ＞Ｖ／Ｈである。したがって１／ｋ倍だ
けＣＣＤ１の読み出し速度を遅くすればよい。

【００１２】高品位テレビの水平走査時間をＴ_H （≒３
３μｓ）、高品位テレビのアスペクト比をＡ（≒16/9）
とし、テレビモニター６上の表示部７上のＮ_V 本の走査
線にＣＣＤ１の縦画素が対応するとすれば、水平方向に
伸長がない。つまり通常のＣＣＤ１の使い方をすると、
ＣＣＤの画素の読み出し時間間隔ｔ_H は、次の式（２）
で与えられる。ｔ_H ≒ Ｎ_V/Ｎ_HD・Ｃ_H/Ｃ_V ・1/Ａ・Ｔ_H/Ｎ_H （２）ただし水平、垂直走査のブランキング期間は充分小さい
と仮定する。

【００１３】ここでＮ_ＨＤは高品位テレビの垂直方向走
査線数で、日本では１，１２５本である。

【００１４】したがってＣＣＤを１画素当り1/ｋ・ｔ_H
間隔で読み出せば水平方向にｋ倍だけ伸長した画像が得
られる。

【００１５】サンプリング回路３でサンプリングされた
信号は、ホールド回路４でホールドされ、映像信号作製
回路５で輝度信号，色差信号となり表示部７に表示され
る。

【００１６】図２は一方向にｋ倍縮小されて撮像した画
像を1/ｋ倍に拡大するための他の例である。

【００１７】固体撮像素子１から取り出した画像を一度
メモリー１０にたくわえて、このメモリー１０内の画像
をコンピューターによる画像処理回路１１によって1/ｋ
倍に拡大する方法である。

【００１８】この方法では、画像処理回路により1/ｋ倍
に画像を拡大するだけでなく、レンズ系の歪曲収差（非
回転対称の像の歪曲収差も含めて）も補正できる。その
ため、図１に示す構成に比べてより正しい画像が得られ
る。更に自由に変形された画像が得られる。ここで、映
像作成回路で作成されたＲ．Ｇ．Ｂ方式の信号はテレビ
モニター上に表示される。次にレンズ系２の構成につい
て説明する。

【００１９】前述のようにレンズ系２は、水平方向と垂
直方向とで倍率が異なっており次の式（４）の関係を満
足する。 β_z/β_y ≒ｋ（４）ただしβ_z は水平方向の倍率、β_y は垂直方向の倍率で
ある。

【００２０】例えば図３のアナモルフィック光学系で、
（Ａ）は水平走査方向から見た断面図、（Ｂ）は垂直方
向から見た断面図で、レトロフォーカスタイプのレンズ
系で絞りの前と絞りの後ろとに夫々１面以上の非回転対
称非球面（Ａ_Ｓ）を設けた構成である。この非球面（Ａ
_Ｓ）は図３（Ａ）においては、曲率半径が小で、（Ｂ）
においては曲率半径が大である。

【００２１】この非球面レンズは、図４のようにラグビ
ーボールのような形状をしており、次の式（５）で表わ
される。

【００２２】この式でｉは面の番号を示している。この
式においてｙ，ｚの奇数次の項がないのは、水平方向断
面と垂直方向断面に関して非球面が対称であるためであ
る。又Ｒ_i は球面の半径であり、第１項は軸対称球面の
成分を表わす。図４の原点は非球面の面頂である。また
面頂における接放物楕円体のｙ方向、ｚ方向の曲率Ｒ
_y ，Ｒ_z は夫々次の式（６）、（７）で与えられる。 1/Ｒ_y ＝２Ｂ_y （６） 1/Ｒ_z ＝２Ｂ_z （７）前記の式（５）で与えられる非球面は、レンズ系中に少
なくとも一つ設ける必要があり、また図３に示すように
絞りをはさんで２面以上設ければ、非点収差、像面湾曲
の補正および光軸上の非点収差Δの補正のために有利で
ある。

【００２３】この光軸上の非点収差Δとは水平方向の近
軸像点と垂直方向の近軸像点との差で、この値が充分小
さくないと画面全体にわたって像がぼける。

【００２４】このΔが小さくてかつ水平方向に像を縮小
し得るための条件は次の通りである。

【００２５】図４に示すようなアナモルフィック面（ト
ーリック面）が絞りの前のｉ面と絞りの後のｊ面にある
とし、ｉ面の前後の媒質の屈折率を夫々ｎ_i-1 およびｎ
_i又ｊ面の前後の媒質の屈折率を夫々ｎ_j-1 およびｎ_j
とした時、ｉ面，ｊ面の水平方向（ｚ方向）と垂直方向
（ｙ方向）のパワーを次の式のように定義する。 φ_yi＝２（ｎ_i −ｎ_i-1 ）Ｂ_yi （１０） φ_zi＝２（ｎ_i −ｎ_i-1 ）Ｂ_zi （１１） φ_yj＝２（ｎ_j −ｎ_j-1 ）Ｂ_yj （１２） φ_zj＝２（ｎ_j −ｎ_j-1 ）Ｂ_zj （１３）上記式でφ_yiは垂直方向のｉ面のパワー、φ_ziは水平方
向のｉ面のパワー、φ_yjは垂直方向のｊ面のパワー、φ
_zjは水平方向のｊ面のパワーである。

【００２６】水平方向の画像を縮小するためには、絞り
の前では式（１４）を又絞りの後では式（１５）を満足
すればよい。 φ_yi＞φ_zi （１４） φ_yj＜φ_zj （１５）ｉ面、ｊ面としては、マージナル光線高より主光線高の
高い面である最も物体側のレンズあるいは最も像側のレ
ンズの近傍に設ければよい。

【００２７】一方Δの値を０にするためには近軸光線に
対する収束作用を考え、次の式（１６）を満足しなけれ
ばならない。（φ_zi−φ_yi）（φ_zj−φ_yj）＜０（１６）上記式（１６）は、式（１４），（１５）が満足されれ
ば成立つ。

【００２８】したがって、絞りの前後に式（１４），
（１５）を満足するアナモルフィック面を設ければ、Δ
の値の小さい水平方向に像を縮小して撮像する光学系が
得られる。

【００２９】又絞りの前後に少なくとも各１面設け合わ
せて３面以上のアナモルフィック面を設ける場合、水平
方向（ｚ方向）の縮小を行なうためにはいずれか一つの
面が式（１４）又は式（１５）を満足する必要がある。

【００３０】Δ＝０であるためには、少なくとも１組の
面ｍ，ｎについて式（１７）を満足する必要がある。（φ_zm−φ_ym）（φ_zn−φ_yn）＜０（１７）ここでφ_zmはｍ面のｚ方向のパワー、φ_ymはｍ面のｙ方
向のパワー、φ_znはｎ面のｚ方向のパワー、φ_ynはｎ面
のｙ方向のパワーである。

【００３１】或は、式（１４）および式（１５）の代わ
りに夫々次の式（１８）および式（１９）を満足する必
要がある。又Δ＝０のために式（１７）を満足する代わりに次
に式（２０）を満足するようにしてもよい。ただしｈ_zn，ｈ_ynはそれぞれｚ方向、ｙ方向のｎ面
での近軸光線高である。この式（２０）は、ｚ方向とｙ
方向とで近軸光線に対する屈折角の和がほぼ０になると
いう意味であり、Δ＝０のために必要な条件である。し
かし実用的には、式（２１）の代りに次の式（２２）を
満足すれば十分である。

【００３２】ここでφ_z ＝1/f_Z、φ_y ＝1/f_yで、ｆ_z ，ｆ_y は夫
々ｚ方向，ｙ方向の焦点距離、ｈ_z0、ｈ_y0は夫々ｚ方向
およびｙ方向の第１面の近軸入射光線高である。

【００３３】この光学系で、絞りの前だけ又は絞りの後
だけにアナモルフィック面をおいた場合、１面では水平
方向の像の縮小と、Δ＝０とは両立しないがアナモルフ
ィック面のマージナル光線の高さが、アナモルフィック
面の主光線の高さに比べ小さい場合には近似的にΔ≒０
となるので一応満足できる効果がでる。そのためにはア
ナモルフィック面を絞りから離れた面つまりレンズ系の
最も物体側の面の近傍あるいは最も像側の面の近傍にお
けばよい。そして絞りの前の面のときは式（１４）を又
絞りの後の面のときは式（１５）のいずれかを満足すれ
ばよい。

【００３４】絞りの前だけ又は絞りの後だけにアナモル
フィック面を２面以上設ける場合は、水平方向の縮小と
Δ＝０とを両立させることは、次の条件をみたせば可能
である。即ち、水平方向の縮小条件は、絞りの前では少
なくとも一つの面が条件（１４）を満たすことであり、
絞りの後では式（１５）を満足することである。

【００３５】又Δ＝０を実現するためには、少なくとも
一組の面ｋ，ｌについて式（２２）を満足する必要があ
る。

【００３６】アナモルフィック面の形状としては、水平
方向断面形状又は垂直方向断面形状の少なくともいずれ
かが円形でない方がよい。なぜなら、非球面形状を自由
に選べるようになり、収差補正を良好に行ない得るから
である。（φ_zk−φ_yk）（φ_zl−φ_zl）＜０（２２）以上述べた例におけるΔの許容値は、次の（２３）に示
す通りである。

【００３７】ただしＦ_Noy ，Ｆ_Noz は夫々ｙ方向，ｚ方
向のＦナンバー、Ｐ_V ，Ｐ_H はＣＣＤの１画素の垂直方
向，水平方向の長さである。

【００３８】ＣＣＤ１の光軸上の位置としては、水平方
向の近軸結像点と垂直方向の近軸結像点との中央付近、
あるいは像面湾曲を考慮してそれよりもややレンズ寄り
におくのがよい。

【００３９】

【実施例】次に本発明の各実施例を示す。実施例１（ｚ方向）ｆ_z ＝1.000 ，Ｆ_N0z ＝4.218 ，ＮＡ＝-0.0105 ，ω＝43.874° ＩＨ＝0.7280 ，β_z ＝-0.08859 ，φ_z ＝1.0 物体距離＝-10.8696 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.3304 ｎ₁ ＝1.88300 ν₁ ＝40.78 ｒ₂ ＝0.6783 ｄ₂ ＝0.6000 ｒ₃ ＝3.5348 ｄ₃ ＝1.3652 ｎ₂ ＝1.72916 ν₂ ＝54.68 ｒ₄ ＝-1.3600 ｄ₄ ＝0.0870 ｒ₅ ＝∞（絞り）ｄ₅ ＝0.3478 ｎ₃ ＝1.52287 ν₃ ＝59.89 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0.0261 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝0.5391 ｎ₄ ＝1.52000 ν₄ ＝74.00 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈＝0.1391 ｒ₉＝2.9104 ｄ₉＝1.2609 ｎ₅ ＝1.69680 ν₅ ＝55.52 ｒ₁₀＝-0.9191 ｄ₁₀＝0.2609 ｎ₆ ＝1.84666 ν₆ ＝23.78 ｒ₁₁＝-3.8252 ｄ₁₁＝0.0870 ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝0.3478 ｎ₇ ＝1.52287 ν₇ ＝59.89 ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝0.5739 ｒ₁₄＝∞ ｄ₁₄＝0.8696 ｎ₈ ＝1.51633 ν₈ ＝64.15 ｒ₁₅＝∞ 近軸光線高ｋＹ１ 0.114130 ２ 0.115973 ３ 0.212861 ４ 0.305687 ５ 0.301659 ６ 0.291079 ７ 0.289870 ８ 0.273440 ９ 0.266996 １０ 0.185074 １１ 0.173763 １２ 0.163457 １３ 0.136384 １４ 0.068359 １５ 0.000386 （ｙ方向）ｆ_y ＝1.404 ，Ｆ_Noy ＝6.100 ，ＮＡ＝-0.0105 ，ω＝27.596° ＩＨ＝0.7280 ，β_y ＝-0.12852 ，φ_y ＝0.7122 ，Δ＝0.003 物体距離=-10.8696 ｒ₁ ＝∞（非球面）ｄ₁ ＝0.3304 ｎ₁ ＝1.88300 ν₁ ＝40.78 ｒ₂ ＝0.6783 ｄ₂ ＝0.6000 ｒ₃ ＝3.5348 ｄ₃ ＝1.3652 ｎ₂ ＝1.72916 ν₂ ＝54.68 ｒ₄ ＝-1.3600 ｄ₄ ＝0.0870 ｒ₅ ＝∞（絞り）ｄ₅ ＝0.3478 ｎ₃ ＝1.52287 ν₃ ＝59.89 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0.0261 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝0.5391 ｎ₄ ＝1.52000 ν₄ ＝74.00 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝0.1391 ｒ₉＝2.9104 ｄ₉＝1.2609 ｎ₅ ＝1.69680 ν₅ ＝55.52 ｒ₁₀＝-0.9191 ｄ₁₀＝0.2609 ｎ₆ ＝1.84666 ν₆ ＝23.78 ｒ₁₁＝-3.8252 ｄ₁₁＝0.0870 ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝0.3478 ｎ₇ ＝1.52287 ν₇ ＝59.89 ｒ₁₃＝∞（非球面）ｄ₁₃＝0.5739 ｒ₁₄＝∞ ｄ₁₄＝0.8696 ｎ₈ ＝1.51633 ν₈ ＝64.15 ｒ₁₅＝∞ 非球面係数（第１面）Ｂ＝0.14670 ，（第１３面）Ｂ＝0.25000 近軸光線高ｋＹ１ 0.114503 ２ 0.111146 ３ 0.186486 ４ 0.255252 ５ 0.250925 ６ 0.239561 ７ 0.238263 ８ 0.220616 ９ 0.213693 １０ 0.138704 １１ 0.127643 １２ 0.118377 １３ 0.094040 １４ 0.046998 １５ −0.000008 Ｅ_i ＝0 ，Ｆ_i ＝0 ，Ｇ_i ＝0 ，φ_y1＝0.25907 ，φ_y14 ＝-0.2614 φ_z1＝0 ，φ_z14 ＝0 （φ_zi−φ_yi）・（φ_zj−φ_yj）＝（−φ₁ ）・（−φ₁₄）＝-0.06772＜0 Σ（φ_znｈ_zn−φ_ynｈ_yn）＝0.00508 ，1/3(φ_zｈ_zo＋φ_yhyo）＝0.0653 φ_y1ｈ_y1＝0.02966 ,φ_z1 h_z1 =0, φ_y14 h_y14=-0.02458, φ_z14h_z14=0, h_yo =h_zo =0.114503, φ_yh_yo =0.08155, φ_zh_zo =0.1145 実施例２（ｚ方向）ｆ_z ＝1.000 ，Ｆ_N0z ＝5.906 ，ＮＡ＝-0.0075 ，ω＝57.282° ＩＨ＝0.8948 ，β_z ＝-0.08859 物体距離＝-10.8696 ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.3304 ｎ₁ ＝1.88300 ν₁ ＝40.78 ｒ₂ ＝0.6783 ｄ₂ ＝0.6000 ｒ₃ ＝3.5348 ｄ₃ ＝1.3652 ｎ₂ ＝1.72916 ν₂ ＝54.68 ｒ₄ ＝-1.3600 ｄ₄ ＝0.0870 ｒ₅ ＝∞（絞り）ｄ₅ ＝0.3478 ｎ₃ ＝1.52287 ν₃ ＝59.89 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0.0261 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝0.5391 ｎ₄ ＝1.52000 ν₄ ＝74.00 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈＝0.1391 ｒ₉＝2.9104 ｄ₉＝1.2609 ｎ₅ ＝1.69680 ν₅ ＝55.52 ｒ₁₀＝-0.9191 ｄ₁₀＝0.2609 ｎ₆ ＝1.84666 ν₆ ＝23.78 ｒ₁₁＝-3.8252 ｄ₁₁＝0.0870 ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝0.3478 ｎ₇ ＝1.52287 ν₇ ＝59.89 ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝0.5739 ｒ₁₄＝∞ ｄ₁₄＝0.8696 ｎ₈ ＝1.51633 ν₈ ＝64.15 ｒ₁₅＝∞ 近軸光線高ｋＹ１ 0.081522 ２ 0.082838 ３ 0.152044 ４ 0.218348 ５ 0.215471 ６ 0.207913 ７ 0.207050 ８ 0.195315 ９ 0.190711 １０ 0.132196 １１ 0.124117 １２ 0.116755 １３ 0.097417 １４ 0.048828 １５ 0.000276 （ｙ方向）ｆ_y ＝1.000 ，Ｆ_N0y ＝5.924 ，ＮＡ＝-0.0075 ，ω＝41.248° ＩＨ＝0.8948 ，β_y ＝-0.08859 ，Δ＝0 ，物体距離＝-10.8696 ｒ₁ ＝∞（非球面）ｄ₁ ＝0.3304 ｎ₁ ＝1.88300 ν₁ ＝40.78 ｒ₂ ＝0.6783 ｄ₂ ＝0.6000 ｒ₃ ＝3.5348 ｄ₃ ＝1.3652 ｎ₂ ＝1.72916 ν₂ ＝54.68 ｒ₄ ＝-1.3600 ｄ₄ ＝0.0870 ｒ₅ ＝∞（絞り）ｄ₅ ＝0.3478 ｎ₃ ＝1.52287 ν₃ ＝59.89 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0.0261 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝0.5391 ｎ₄ ＝1.52000 ν₄ ＝74.00 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝0.1391 ｒ₉＝2.9104 ｄ₉＝1.2609 ｎ₅ ＝1.69680 ν₅ ＝55.52 ｒ₁₀＝-0.9191 ｄ₁₀＝0.2609 ｎ₆ ＝1.84666 ν₆ ＝23.78 ｒ₁₁＝-3.8252 （非球面）ｄ₁₁＝0.0870 ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝0.3478 ｎ₇ ＝1.52287 ν₇ ＝59.89 ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝0.5739 ｒ₁₄＝∞ ｄ₁₄＝0.8696 ｎ₈ ＝1.51633 ν₈ ＝64.15 ｒ₁₅＝∞ 非球面係数（第１面）Ｅ＝0.13000 ，（第１１面）Ｅ＝0.18000 近軸光線高ｋＹ１ 0.081275 ２ 0.082587 ３ 0.151583 ４ 0.217686 ５ 0.214818 ６ 0.207284 ７ 0.206423 ８ 0.194723 ９ 0.190134 １０ 0.131796 １１ 0.123741 １２ 0.116401 １３ 0.097122 １４ 0.048680 １５ 0.000275 B_y1=B_z1=F_j1=G_j1・・・・・=0，E₁₁=0.13, E₂₁=0.065, E₃₁=
0, E₁₁₄=0.18, E₂₁₄=0.09, E₃₁₄=0,B_y14=B_z14 =F_j14=G
_j14・・・・=0 (j=1,2,3,・・・・) ただしｒ₁ ，ｒ₂ ，・・・はレンズ各面の曲率半径、ｄ
₁ ，ｄ₂ ，・・・は各レンズの肉厚およびレンズ間隔、ｎ
₁ ，ｎ₂ ，・・・は各レンズの屈折率、ν₁ ，ν₂ ，・・・
は各レンズのアッベ数である。

【００４０】実施例１は、図５，図６に示す構成で、そ
のうち図５はｚ方向の断面図、図６はｙ方向の断面図で
ある。この実施例１は、絞りの前後に夫々シリンドリカ
ルレンズを用い長方形の物体範囲を正方形のＣＣＤに写
し込むことが出来るようにしたものである。

【００４１】ただしβ_H はβ_z と同一のものであり、β
_v はβ_y と同一のものである。

【００４２】この実施例の光学系は、β_z ＝-0.08859，
β_y ＝-0.12852で、β_z/β_y ＝0.6893≒9/16≒0.5625で
ある。

【００４３】β_z/β_y の値と9/16との間に差があるよう
にみえるが、水平方向半画角ω_H＝-43 °87で、垂直方
向半画角ω_V ＝-27 °596 であって、撮像される物体面
の縦と横の比は下記の通りである。 tan27 °596/tan43 °87＝0.5437≒9/16 したがって物体面の寸法で考えると、高品位テレビのア
スペクト比に合っている。

【００４４】上記のくいちがいは、歪曲収差により生ず
る。

【００４５】したがって、実用的にはβ_z/β_y の値は、
9/16からかなり離れていてもよい。文字等のデーターを
画像と一緒に表示することもあるので、この点を考慮し
てもβ_z/β_y は、次の範囲内であればよい。 0.25＜β_z/β_y ＜0.97 （２４）図７，図８は、本発明の実施例２の構成を示す図で、図
７はｙ方向、図８はｚ方向の断面図である。

【００４６】この実施例２は、垂直、水平方向の近軸倍
率が等しいが、ｚ方向の歪曲収差の発生量を変えて横長
の物体範囲を横方向に縮めて撮像するようにした。

【００４７】この実施例では、４次の項に回転非対称成
分を持つ非球面を絞りの前後に一つづつ設けたものであ
る。

【００４８】絞りの前の非球面の面番号をｐ、絞りの後
の非球面の面番号をｑとする時、Ｅ_1p（ｎ_p −ｎ_p-1 ）＝ψ_yp （２５）Ｅ_3p（ｎ_p −ｎ_p-1 ）＝ψ_zp （２６）とすると（ｐをｑにおきかえれば式（２５），式（２
６）は、ｑ面に対しても同様に定義できる）、ｙ，ｚ方
向それぞれの像面湾曲を小さくするためには、次の式
（２７），（２８）を満足することが望ましい。 ψ_yp・ψ_yq＜０（２７） ψ_zp・ψ_zq＜０（２８）それは４次の項Ｅ_ap（ａ＝１又は３）は、Ｐ面の３次の
非点収差Ａ_p に次のように寄与するからである。Ａ_p ＝８ｈ_ap ² ・ｈ_bp ² ・ψ_yp （２９）同様にｑ面について、３次の非点収差係数Ａ_q は次のよ
うになる。Ａ_q ＝８ｈ_aq ² ・ｈ_bq・ψ_yp （３０）上記式（２９）中のｈ_ap，ｈ_bpは夫々ｐ面での近軸マー
ジナル光線高、近軸主光線高である。同様に式（３０）
中のｈ_aq，ｈ_bqはｑ面における近軸マージナル光線高、
近軸主光線高である。

【００４９】上記の式から、Ａ_p ＋Ａ_q ≒０にするため
には、ψ_ypとψ_yqは、異符号でなければならない。

【００５０】同様にｚ方向のψ_zp，ψ_zqも異符号でなけ
ればならない。

【００５１】この実施例２は、β_y ＝β_z 、ｆ_y ＝ｆ_z
であって、Δ＝０であるが、水平方向の半画角ω_H ＝57
°282 、垂直方向の半画角ω_V ＝41°248 である。

【００５２】したがって下記の通りになる。（tan ω_H ／tan ω_V ）^-1＝0.5634≒9/16 即ち、この実施例２は、歪曲収差のコントロールによっ
て、水平方向と垂直方向の画角をコントロールした例で
ある。

【００５３】このように実施例２は、Δ＝０であるの
で、重要な視野中心の解像が良いことが特徴である。

【００５４】以上の説明は、一般に固体撮像素子を用い
てテレビモニターで観察する等のために使用される撮像
装置に本発明を適用した場合について述べたが、例え
ば、内視鏡で固体撮像素子を用いてテレビモニター等に
て観察する電子内視鏡等においても、前述の本発明をそ
のまま適用することが出来る。

【００５５】図１３は、本発明の電子内視鏡で用いられ
る照明光学系を示す図である。本発明で撮像される物体
は横長なので、照明光学系も横長の範囲を照明するもの
でなければならない。図１３はその一つの例を示すもの
で、ライトガイド２１の前方に凹レンズ２２を配置し、
この凹レンズをライトガイドに対しｚ方向偏芯させたも
のである。これによって照明光をｚ方向に広げている。
この時、凹レンズ２２は図１３に示すようにｚ方向でラ
イトガイドに対して内側に偏芯させるとよい。

【００５６】図１４は本発明で用いる他の照明光学系の
例で、端面の丸いライトガイドの前にアナモルフィック
凹レンズ２４を配置している。図１５は、図１４の断面
図で（Ａ）は水平方向、（Ｂ）は垂直方向の図である。
図のように凹レンズのパワーは、垂直方向の断面の方が
水平方向の断面より弱くなっている。この面形状は、同
様に式（５）にて表わされる。この図のようにして丸い
ライトガイドを用いても水平方向に広がった配光が得ら
れる。

【００５７】尚、本発明は電子内視鏡に限らずテレビカ
メラ、電子カメラ等の撮像装置にも応用出来る。また電
子回路による形状補正を行なわなくともよく、あるいは
必要に応じて可変にしてもよい。又ハイビジョンテレビ
に限らずＮＴＳＣ、ＰＡＬ等のテレビ方式も表示画面形
状が正方形でないので、本発明を応用することが可能で
ある。

【００５８】固体撮像素子の形状がテレビモニター表示
部と相似形である場合でも、文字データー等をあわせて
表示するため表示画像の形状を変えたい場合にも、本発
明を応用することが出来る。

【００５９】更に縦横比に限らず斜め方向の比率を変え
て撮像し、それを電子回路で変形してテレビモニターに
表示してもよい。その場合斜めの直交する二つの方向の
倍率が前述の本発明におけるβ_H ，β_v に対応する。又
前記の二つの方向がｙ方向、ｚ方向に対応する。

【００６０】尚本発明に用いるＣＣＤは、水平方向の１
画素の長さが垂直方向の１画素の長さより小さいものを
用いるのが望ましい。その理由は、水平方向に広げて画
像を表示するため、水平方向の画素ピッチが密である方
が良いからである。これは、現行のＮＴＳＣ方式のＣＣ
Ｄが今後そのようになると思われることから有望であ
る。この場合、アスペクト比は、4/3 であるので、Ａ＝
4/3 とすれば本発明の式はそのまま適用出来、次の式
（２９），（３０）に示すようであればよい。 β_z/β_y ≒1/A ＝０．７５（３１）（tan ω_H ／tan ω_v ）^-1≒1/A ＝０．７５（３２）

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、小型でかつ迫力のある
映像をテレビモニター表示部の無駄なしに表示出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像装置の構成を示す図

【図２】本発明の他の例の構成を示す図

【図３】本発明の撮像装置で用いる光学系の構成を示す
例

【図４】前記光学系で用いる非球面形状の概略図

【図５】本発明で用いる光学系の実施例１の水平方向の
断面図

【図６】上記実施例１の垂直方向の断面図

【図７】本発明で用いる光学系の実施例２の断面図

【図８】上記実施例２の垂直方向の断面図

【図９】上記実施例１の水平方向の収差曲線図

【図１０】上記実施例１の垂直方向の収差曲線図

【図１１】上記実施例２の水平方向の収差曲線図

【図１２】上記実施例２の垂直方向の収差曲線図

【図１３】本発明撮影装置を適用した電子内視鏡で用い
る照明光学系の構成を示す図

【図１４】上記電子内視鏡で用いる照明光学系の他の例
を示す図

【図１５】図１４に示す照明光学系の水平および垂直方
向断面図

【図１６】従来の撮像装置の構成の概要を示す図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｎ 5/225 Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｃ 7/18 7/18 Ｍ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物の像を形成する対物レンズと、前記
対物レンズによる像を受ける固体撮像素子と、前記撮像
素子からの出力信号を生成する信号処理手段と、前記映
像信号により対象物の像を表示する表示手段とを備え、
前記対物レンズが下記の式（５）で表わされる回転非対
称な屈折面を有し対象物の像を前記固体撮像素子に変形
して投影し、前記信号処理手段が前記の変形した像を更
に変形させて表示する撮像装置。ただしｘ，ｙ，ｚは光軸方向をｘ軸とし面の頂点を原点
とした時のｘｙｚ座標の座標値である。
【請求項２】対象物を照明する照明手段と、対象物の像
を形成する対物レンズと、前記対物レンズによる像を受
ける固体撮像素子と、前記固体撮像素子からの出力信号
から映像信号を生成する信号処理手段と、前記映像信号
により対象物の像を表示する表示手段とを備え、前記対
物レンズが回転非対称な屈折面を有し水平方向の倍率を
βｚ、垂直方法の倍率をβｙとするとき下記の式（２
４）で表わされる条件を満足するものであって、対象物
の像を前記固体撮像素子に変形して投影し、前記信号処
理手段が前記の変形した像を更に変形させて表示する電
子内視鏡。０．２５＜βｚ／βｙ＜０．９７（２４）