JPH0412311A - 撮像光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、テレビジョンカメラ、電子スチルカメラ、電
子内視鏡等に用いられる撮像光学系に関するものである
。

［従来の技術］ テレビジョンカメラ、電子スチルカメラ、電子内視鏡な
どのように、固体撮像素子や撮像管を用いてカラー画像
を得るようにした光学装置においては、固体撮像素子の
画素配列や固体撮像素子。

撮像管の前に設けられた色符号化フィルタのピッチによ
り定まるサンプリング周波数と、これらの受光面上に形
成される物体像の空間周波数成分との干渉により、モア
レ、エリアジング等と呼ばれる偽信号が発生し、画質劣
化の大きな要因となっている。斯かる偽信号を除去する
ため、従来から撮像素子の受光面上に物体像を形成する
撮像光学系中に、水晶等の複屈折板から成る光学的ロー
パスフイルターを設けることが行なわれている（例えば
特公昭５１−１４０３３号公報参照）。

ところが、従来の光学的ローパスフィルターは、特定の
空間周波数に大きな空間周波数を持つ物体を撮像する場
合には物体の結像条件が変化すると偽信号の除去が不充
分になるかあるいは全く出来なくなり、著しい画質の劣
化を生ずるという問題があった。このような現象は、フ
ァイバースコープの接眼部にテレビジョンカメラを取付
けて撮像を行なう場合などに顕著に生ずるので、この例
について詳しく説明する。

第２０図はファイバースコープの接眼部にテレビジョン
カメラを取付けた状態を模式的に描いたもので、イメー
ジガイドファイバー束ｌと接眼レンズ２とを内蔵したフ
ァイバースコープ３の接眼部に、撮影レンズ４．複屈折
板から成る光学的ローパスフィルター５．ＣＣＤ撮像素
子６を内蔵したテレビジョンカメラ７が取付けられてお
りイメージガイドファイバー束ｌの射出端面に形成され
た物体像を接眼レンズ２．撮影レンズ４により光学的ロ
ーパスフィルター５を介してＣＣＤ撮像素子６の受光面
上に再結像させることにより、撮像な行なうようになっ
ている。周知のように、イメージガイドファイバー束は
多数の光学ファイバーをいわゆる六方稠密に束ねたもの
で、その射出端面を拡大すると、第２１図に示すように
規則的に配列された各ファイバーのコア一部８のみが明
るく光るようなものである。したがって、射出端面に形
成された像はこのコア一部８の光斑配列が物体の明るさ
分布で変調されたものと考えることができ、この物体像
の空間周波数スペクトルはコア一部の配列によって定ま
る基本周波数に大きなスペクトル成分を有するものであ
る。この基本周波数とＣＣＤ撮像素子６のサンプリング
周波数との干渉により偽信号が発生するが、一つのテレ
ビジョンカメラに種々のファイバースコープを取り付け
て撮影を行なう、と偽信号の除去が不充分になる。

第２２図、第２３図は、これを説明するためのもので、
内視鏡（ファイバースコープ）の接眼部にテレビカメラ
を取付けた際に形成される撮像光学系の構成を示す図で
ある。図中１はファイバースコープのイメージガイドフ
ァイバー束、２は接眼レンズ、１４．１４°は接眼レン
ズの射出瞳、４はテレビカメラの撮影レンズ、６は撮像
素子で、イメージガイドｌの射出端面に現われる物体像
を接眼レンズ２と撮影レンズ４とからなる撮像光学系に
より撮像素子６上に結像させるようになっている。ファ
イバースコープにおいては、イメージガイドファイバー
束１の各ファイバーから射出光のＮＡは一定であるので
、接眼レンズ４と射出瞳１４．１４°の大きさにより撮
像光学系のＦナンバーが決定される。

又ファイバースコープは、用途に応じて太いものから細
いものまで種々雑多であり、各ファイバースコープ毎に
使用されるイメージガイドファイバー束の太さもまちま
ちである。しかし接眼レンズを覗いた時に見える視野の
大きさは、大体同じである方が見易いために、細いイメ
ージガイドファイバー束のファイバースコープの接眼レ
ンズは高倍率、太いイメージガイドファイバー束のファ
イバースコープの接眼レンズは低倍率であって、接眼レ
ンズの倍率もまちまちである。この時見える像の明るさ
を揃えるためには、各ファイバーから射出する光のＮＡ
が一定であることから第２３図（Ａ）に示すように接眼
レンズの倍率が低い（焦点距離が長い）場合は瞳１４を
太き（し、又第２３図（Ｂｌ　に示すように接眼レンズ
の倍率が高い場合には瞳１４°を小さくすることになる
。そのため撮影レンズ４の側から見ると、接眼レンズの
倍率が低い場合はＦナンバーが小さ（、高い場合にはＦ
ナンバーが大きいことになる。

今、仮りにイメージガイドを構成する各ファイバーの太
さが同じで、その配列ピッチがＰ、接眼レンズ２が低倍
率の場合の接眼レンズ２と撮影レンズ４との合成の倍率
がβい高い倍率の場合の接眼レンズ２と撮影レンズ４と
の合成の倍率がβ、であるとすると、接眼レンズが低倍
率の場合は、イメージガイドファイバー束の各ファイバ
ーによる網目状のパターンが撮像素子の受光面上に周波
数１７　（Ｐ・β、）で細かく投影され、高倍率の場合
には１／　（Ｐ・β、）で粗く投影される。したがって
低倍率の接眼レンズを備えた内視鏡により撮像する場合
、つまりＦナンバーが小さい場合には、物体像の基本周
波数は高くなり、高倍率の接眼レンズを備えた内視鏡に
より撮像する場合、つまりＦナンバが大きい場合は物体
像の基本周波数が低くなる。

［発明が解決しようとする課題］ 光学的ローパスフィルタは特定の空間周波数より高周波
側において物体の解像度を低下させることにより、物体
像の空間周波数成分と撮像素子のサンプリング周波数と
の干渉を防ぐものであるが、ＭＴＦを縦軸、空間周波数
を横軸にとって光学的ローパスフィルタの周波数特性を
示すとき、第２５図の実線で示すようにＦナンバーが小
さい時に基本周波数１／（Ｐ・βＬ）でＭＴＦが零にな
るように光学的ローパスフィルタを構成すると、Ｆナン
バーが小さい時には充分な偽信号除去効果があるが、Ｆ
ナンバーが大きい時の基本周波数１／　（Ｐ・βＬ）に
対してはＭＴＦが大きな値を有するため解像度が充分低
下せず、偽信号を除去することができない。一方、Ｆナ
ンバーが大きい時に偽信号が除去されるように周波数１
／　（Ｐ・βｌｌ）でＭＴＦが零になるように構成する
と、Ｆナンバーが小さい時には１／（Ｐ・βＬ）以下の
周波数ではＭＴＦが大きな値を有する方が望ましいにも
拘らず、ｌ／　（Ｐ・β□）の周波数でＭＴＦが零にな
ってしまうため、必要以上に解像度が低下し過ぎ、画質
を損ねてしまうことになる。

このように、従来の光学的ローパスフィルターを用いた
撮像光学系では、特定の空間周波数に大きなスペクトル
成分を有する物体の撮像を行なう場合に、偽信号の除去
に関して種々の問題を有している。

本発明は、これらの諸問題に鑑みなされたもので種々の
状況において常に良好な偽信号除去効果の得られる撮像
光学系を提供することを目的とするものである。

［課題、を解決するための手段］ 本発明は、開口絞りと撮像レンズとを備えた撮像光学系
において、開口絞りの開口の大きさの変動の範囲内で開
口の大きさが小さくなるにつれて空間周波数レスポンス
が低下するような撮像レンズを備えたことを特徴とする
ものである。

このような特性は、開口絞りの開口の大きさが小さくな
るほど錯乱円の大きさが大きくなるように撮影レンズの
球面収差の補正状態を調節することにより実現出来る。

このような特性を持った球面収差は、撮影レンズに非球
面を導入して高次の収差を意識的に発生させることによ
って実現できる。

以下本発明の撮像光学系について詳細に説明する。

既に述べたようにファイバースコープの、接眼部に取付
けられ、その射出瞳を明るさ絞りとしてイメージガイド
の射出端面の像を撮像する撮像光学系においては、イメ
ージガイドのファイバーの配列の周波数（すなわち物体
の空間周波数）と撮像光学系の明るさ絞りの径との間に
は第２４図に示すような関係がある。図中（Ａ）は第２
３図（Ａｌ、（Ｂ）は第２３図（Ｂ＋の場合を夫々示し
ている。

このような撮像光学系において、物体像と固体撮像素子
等の撮像手段との間の干渉によるモアレ縞を効果的に除
去するためには、第２５図に実線で示すように、瞳径が
小さい場合は、カットオ）周波数を低くし、瞳径が大き
い場合には、図中に破線で示すようにカットオフ周波数
を高くすれば、種々のファイバースコープに応じてＮＴ
Ｆが変化し、常に良好な偽信号除去効果が得られること
になる。

次に上記のような空間周波数レスポンスを示す撮像レン
ズの結像性能について説明する。

第１２図は撮像レンズ系の像面における像点の結像の様
子を示す図であって縦軸を開口の大きさ横軸を光軸に垂
直な平面内における距離として結像状態を横収差で表わ
したものである。又ΔＡは開口の変化する範囲を示しで
ある。

開口を小さくするとＭＴＦのカットオフ周波数が下り、
開口を大にするとＭＴＦのカットオフ周波数が上がるよ
うにするためには、開口の変化する範囲△Ａでの錯乱円
径、が、開口の変化する範囲での開口が最小の時の錯乱
円径φ□、。より小である必要がある。つまり下記式（
１）の関係を有する。

φ・・・〉φＡ（１） その場合錯乱円径は第１３図（Ａ）　、　（Ｂｌ　、　
ｆｃｌのようになる。これらの図は、縦軸を点像の強度
（最大値を１に規格化しである）横軸を光軸に垂直な面
内の距離として結像スポットの形状を示したもので、（
Ａｌは絞りの開口が最小の場合、（Ｃ）は最大の場合、
ｆＢｌはその中間の開口状態に関するものである。第１
２図から明らかなように、この撮像レンズ系では、最小
開口値までは横収差が一定であるからスポット形状も（
Ａｌに示すように横収差値φｆｆｌ　ｉ　ｎを直径とす
る円柱形となる。開口の大きさが最小値より大きくなる
と横収差φ。に対応する光束が増加するためスポットは
ｆＢｌ　に示すように直径ＤＡの成分が中心に突出した
形状になり、それに応して錯乱円の直径もｌｌ５ｍ　ｉ
　ｎよりも小さくなって行く。更に開口の大きさが最大
になると横収差φヶに対応する光束が最も多くなるので
、スポットの形状はＴＣ）に示すように直径ψ、で突出
部分が高くなり、錯乱円の直径も更に小さくなってφヶ
に近い値をとるようになる。

現実には、横収差がある開口の大きさの範囲内で完全に
一定値をもつことはなかなか実現し難いと考えられるの
で、スポットの結像状態も第１３図に示すような段のつ
いた形ではなく連続的に外径が変化して行（ものになる
が概念的には以上のような考察で充分その特性を表現す
ることができるのである。

次に以上のような結像特性を空間周波数の角度から検討
するがここでは、ジェー・グツドマン（Ｊ−Ｇｏｏｄｍ
ａｎ）著「イントロダクション　トウ　フリニオブティ
クス（Ｉｎｔｒｏｄａｃｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｆｏｕｒｉｅ
ｒＯｐｔｉｃｓ）　Ｊで定義されている特殊関数を用い
て考察を進めることにする。

第１３図は、２次元的にみれば高さ１、直径φ、、、Ｉ
ｎの円筒形状であるが、この形状を表わす関数をシリン
ダー関数ｃｙｌ　（ｘ）と呼び、以下のように定義する
。即ち２次元極座標を用いることにし、原点からの距離
をｒとすると である。この関数を用いると第１３図（Ａ）は次のよう
に表現出来る。

ｃｙｌ　（ｒ／φ、、ｎｌ　　　　　　　（ｉ）ただし
ｒは実空間の原点からの距離である。

この関数のフーリエ変換が空間周波数特性を与えること
になるが、２次元座標平面において回転対称な関数のフ
ーリエ変換は、極座標を用いると０次のバンケル変換に
変形されることになる。ここで任意の関数ｆ　（ｒ）と
そのバンケル変換Ｆ（ρ）との関係は、下記の通りであ
る。

Ｆ（ｐ　）　＝　２　ｘ　５：ｆ（ｒ’）Ｊｏ（２ｘ　
ｐ　ｒ’ｌｒ’ｄｒ’Ｎｒ　）＝２πｆ：１）　ｐ’１
Ｊｏ（２ｘｒｐ’ｌｄρただしＪ。（２πρｒ’１等は
０次のベッセル関数である。

又（１））式で示すシリンダー関数の０次のハングル変
換は、ソンブレロ（ｓｏｍｂｒｅｒｏ）関数ｓｏｍｂ　
（ｘ）を用いて次の式（ｉｌのように表わされる。

（πφｍ＋ｎ”／４）ｓｏｍｂ（φ１ｎρ）（ｉ）ただ
しソンブレロ関数は次のように定義される。

ここでＪｌ（（π／ｄｌｒ）は１次のベッセル関数であ
る。

式（ｉ）が第１３図ＴＡ）のようなスポット強度を示す
撮像レンズ系のＭＴＦとなり、そのカットオフ周波数（
最初の零点）をρ、。とするとρ□。

は下記のようになる。

ρＩＩｌ、ｎ＝１．２２／φ１ｎ 尚ρは周波数平面における原点からの距離すなわち空間
間周波数である。

次に第１３図（Ｃ１の場合を同様に考察する。

第１３図（Ｃ）は、２次元的にみると第１４図（Ａ）。

（Ｂｌの二つの成分を重ね合わせたものと考えることが
できる。

計算の便宜上、第１４図（Ａｌの像高を１、第１４図（
Ｂ）の像高をａとすると、このスポットの形状は、次の
式で表わすことが出来る。

ｆ　（ｒｌ　＝　ｃｙｌ　ｆｒ／φｗｉｎ）　＋　ａ　
ｃｙｌ　（ｒ／φＡ）第２項のバンケル変換は （ｘａφａ２／４）　ｓｏｍｂ　（φｈｐ）で、カット
オフ周波数はψ＝　１．２２／φ、である。

したがってｆ　（ｒｌのバンケル変換すなわち第１３図
（Ｃ１のようなスポットを与える撮像光学系のＭＴＦは
次のようになる。

Ｆ（ρ）＝π／４（φｍ＋ｎ”８０１）ｂ（φｌｌａ　
ｉ　ｎρ）＋ａφｍ”ｓｏｍｂ（φａ　ｐ））　　　　
　　（ｉｘ）ここで各ソンブレロ関数ｓｏｍｂ　（ρ）
の係数は、第１４図（Ａｌ　、　ｆＢｌの体積を表わし
ているので、その比をＡとするとＡは次の式（Ｘ）の通
りである。

Ａ＝ａ・φ８／φｗｉｎ　　　　　　　　　　（Ｘ１式
（１ｘ）の両辺を開口の大きさを変えても変化しない定
数に＝π・φ、、　、　ｒ、２／４で割ると式（ｘｉ）
のようになる。

１／に４ｆｐ　ｌ　　＝　　ｓｏｍｂ（φｍ＋ｎｐ　ｌ
＋Ａｓｏｍｂ（φ−ｐ）　　　（ｘｉ）係数Ａを表わす
式ｆＸ）におけるａの値を決めるのは開口の面積である
。第１５図において開口１５．１６は開口の変化の範囲
の最大と最小を表わし、最小の開口１５の径で規格化し
た最大開口１６の径をＲとすると式（Ｘ）は次の式（ｘ
ｉｉｌのようになる。

Ａ＝φＡ／φｅａｉｎ　（Ｒ”−１）　　　　　　　　
　　　（ｘｉｉｌ式［ｘｉｉｌを式（ｘｌ）に代入する
と下記式（ｘｉ）のようになる。

（１／Ｋ）・Ｆ（ｐ　）　　＝　　ｓｏｗ＋ｂ（φ−＋
ａｐｌ＋（φＡ／φｍ＋ｎ）（Ｒ２−１）ｓｏｎｂｉ　
φ＾ρ　）・・・・（ｘｉｌ この式（ｘｉ）の第２項は、Ｒとともに大きさが変化す
る。したがってＲ＝１つまり開口の大きさが最小値のと
きは　ＴＩ／ＫＩ　Ｆ　ｌρ）は第１項のみになり撮像
レンズ系のＭＴＦはρ＝１．２２／φｍｍ１ｎをカット
オフ周波数とするなだらかなカーブを描く。しかし開口
の大きさが大きくなるにつれて、式（ｉｌの第２項が加
わるためにＭＴＦは周波数ρ＝１．２２／φ、、、ｎで
は零でなくなり、第２項の値すなわ（φＡ／φｍ＋−］
Ｒ２−１Ｒ２−１）ｓｏ、２２（φＡ／φ、、、ｎｌ）
なる値を持つことになる。この値は、Ｒの増大とともに
急速に大きくなるから、開口が大きくなるにつれて、ρ
＝１．２２／φｌ１ｌＩｎはカットオフ周波数ではなく
なる。

一方、ソンブロ関数は、最初の零点より高周波側ではそ
の値が急速に小さくなる。（ベッセル関係の性質）から
、Ｒの値が大きくなるとρ＝１．２２／φ１が実質的な
意味でのカットオフ周波数になってくる。

以上のように式（ｘｉｉ）で与えられるＭＴＦ特性は、
絞り開口の大きさが最小値から最大値へと移行するにつ
れて当初カットオフ周波数であったρ＝　１．２２／φ
、１．、におけるＭＴＦの値が徐々に大きくなる一方、
それよりも高周波側のρ＝１．２２／φ４が新たなカッ
トオフ周波数として徐々に明確になってくるような性質
を持っており、開口の大きさの大小に応じてカットオフ
周波数が高低に変化するという当初の目的に適ったもの
であることが理解される。

次に上記のようなＭＴＦ特性をもった撮像レンズ系を得
るための具体的な手段について説明する。

本発明においては、撮像レンズ系に特別な球面収差を発
生させることにより上記の特性を実現した。

第１６図（Ａｌ　、　（Ｂｌは、このような球面収差を
横収差表示で示した図である。いずれも開口の小さい部
分で球面収差が大きなふくらみを有し、開口の大きい部
分では、球面収差のふくらみが小さくなっていて、はぼ
第１２図に示したものと同様の特性になっていることが
わかる。

ここで第１６図（Ａｌ　、　ｆＢｌの二つの場合を比較
してみると、この図の（Ａｌに示すタイプのものは、は
ぼガウス像面での所望のＭＴＦが得られるのに対して、
（Ｂ）に示すタイプのものは、ガウス像面から一定距離
デフォーカスすることによって所望のＭＴＦが得られる
という違いがある。

このようなＭＴＦとデフォーカス量との関係を示したあ
が第１７図である。この図で縦軸はＭＴＦ値、横軸はデ
フォーカス量（ベスト像面からのずれ量）を表わしてい
る。第１６図（Ａｌ　、　ＦＢ＋のいずれのタイプも、
夫々のベスト像面において所望のＭＴＦ値をもつが、（
Ｂｌのタイプのものは、光線の像面への入射位置が光軸
に対して一方の側に片寄っているため、ベスト像面から
離れると急激にＭＴＦ値が小さくなってしまう特性があ
る。したがって、デフォーカスに対して撮像レンズ系の
ＭＴＦ特性が不安定である。これに対して第１６図ＦＡ
）のタイプのものは、比較的安定した特性をもっている
。しかもこの形状の球面収差は、非球面を用いることで
容易に実現できる。

以上の考察では、撮像レンズ系については、格別の限定
を設けていないが、このレンズ系がズームレンズ等の変
倍レンズ系である場合には、変倍機能を持つレンズ群よ
りも入射側で球面収差を発生させることが望ましい。

第１８図は、変倍レンズ系の一例として最も物体側に入
射瞳を有するフロント絞りタイプのレンズ系を示しであ
る。この図において９は固定レンズ群、１７は水晶板か
らなる光学的ローパスフィルター、１０はバリエータレ
ンズ群、１２はコンペンセーターレンズ群である。

このレンズ系では、固定レンズ群９で所望の球面収差を
発生させるようにすれば、バリエータレンズ群１０によ
る結像倍率の変化に応じて球面収差の大きさも変化する
ためズーミングによらず常に良好なモアレ除去効果が得
られる。

またこの例では、本発明の方式に加えて水晶板も備えて
いるため、両者の特性を加え合わせたモアレ除去効果が
ある。この例のようにＭＴＦを制御する手段を組合わせ
る場合には、両者の関係が第１９図に示すようになるこ
とが望ましい。

この図において、実線ａは水晶フィルターのＭＴＦ曲線
で、水晶の場合その特徴としてデフォーカスに対して影
響が全くな（、また低周波でのＭＴＦの劣化が少ない。

しかし欠点として、高周波でＭＴＦが再度高くなりモア
レの除去が不充分である。一方球面収差のカットオ）周
波数は高周波でのＭＴＦは充分小さくおさえられるが、
デフォカスによって特に高周波のＭＴＦが変動する欠点
がある。尚−点鎖線すが球面収差によるＭＴＦである。

以上のことから水晶板等の複屈折板と球面収差とを組合
わせることによって両者の欠点を補うことが出来る。そ
して次の条件を満足するようにして、両者を組合わせて
所望のＭＴＦを得るようにすればデフォーカスに強く、
低周波での劣化が少なくかつ高周波でのＭＴＦを充分お
さえたモアレ除去に適したＭＴＦが得られる。

ν。〈ν□ 第１９図における破線Ｃが両者を組合わせた時のＭＴＦ
である。

［実施例］ 次に本発明の撮像光学系の実施例を示す。

実施例１ ｆ　＝　１８．２８５　（ワイド端）　、　２８．２５
２　（テレ端）Ｆ／３．４５７　　（ワイド端）　、Ｆ
１５．１２５　　（テレ端）ｒ＋＝　（３） ｄ　＝０．３０００ ｒ２＝■ ｄ２＝１．０００Ｏｎ、＝１．５１６３３ｒ３＝　■ ｄ３＝　３．５０００ ｒ４＝■ ｄ４”　１．００００　　　　ｎｔ＝　１．５１６３３
ｒ、＝■ ｄ５＝　３．２０００ ｒａ＝　（資） ｄ、”　９．００００　　　　ｎ３＝　１．７９９５２
ｒ、＝　■ ｄ？＝ＤＩ（可変） ｒ、＝　９．０３１０　（非球面） ｄ、＝　３．０７０Ｏｎ、＝　１．５１６３３ｒ９＝　
２５．３３５０ ｄ９＝Ｄｚ（可変） ｒｌｏ　：ｏ。

ｄ１ｏ＝　７．４６００　　　　　ｎｓ＝　１．５４８
６９ｒ目＝００ ｄ、、＝　１．２０００ ν＋”６４．１５ ６４．１５ ν３＝４２．２４ シ、＝６４．１５ ４５．５５ ８．６１９０ ｄ１□ ０．８０００ １．８８３００ ４０．７８ ｒ、３　＝　１６．９８４０ ｄ＋ｘ＝Ｄｚ（可変） ｒ１４　　＝　ｌ ｄ＋　４＝　３．０００Ｏ ｒ、５　＝−１０，１０１０ ｄ、５＝　０．２００Ｏ ｒ、６　＝　３０．５０００ ｄ、６＝　２．５００Ｏ ｒ、、　　＝−２６７，８８６０ ｄ、、＝　０．２００Ｏ ｒ＋ｓ　　＝９．８３５０ ｄ、、＝　４．００００ ｒ１９　＝　■ ｄ、、＝　０．９７０Ｏ ｒ２０　　＝　１７．４０１０ ｄ２ｏ＝　２．２０００ ｒ２．　＝■ ｄｚ＋＝６．５０００ １．６９６８０ シフ＝５５．５２ １．５１６３３ ν８ ６４．１５ ｎ９＝　１．６９６８０ 、）９＝　５５．５２ ｎＩｏ　　＝１．８４６６６ ン、。＝　２３．７８ 旧、　＝１．５４８６９　　シ、、＝４５．５５１”２
ｇ：００ 非球面係数 Ｐ　＝　０．９８３３　　、　　　Ｅ　＝　０．２３９
５８　　ｘ　１０−２　　Ｂ二〇Ｆ＝−０，２８８５６
ｘｌＯ−２，Ｇ＝０．１３７８６　ｘｌＯ−２Ｈ＝−０
，３３６９５Ｘ　１０−”　　　Ｉ　＝　０．４４５４
６　Ｘ　１０−’Ｊ　＝　−０，３０２７７ｘ　１０−
５．　　Ｋ　＝　０．８２７９６　ｘ　１０−７ワイド
端　　テレ端 り、　　　１．１００　　　１．１００Ｄ２１．０００
　　　３．５４０ Ｄ３３．３４０　　　０．８００ 実施例２は、実施例１と同じ諸元を有するもので、非球
面の形状（非球面係数）が異なっている。

実施例２の非球面係数 ｐ＝ｔ、ｏｏｏｏ、　　　Ｅ＝０．２４０４９　　Ｘｌ
０−２　　　Ｂ二〇Ｆ　　＝　−０，２８９４９ｘ　１
０−２　、　　　Ｇ　＝０．１３８０１　　ｘ　１Ｏ−
２Ｈ＝　−０，３３６５９ｘ　１０−”　　、　　　Ｉ
　　＝　０．４４４３６　　ｘ　１０−’Ｊ＝−０．３
０１８８ｘｌＯ−’　　、　　　Ｋ＝０．８２６１２　
　ｘｌＯ−’上記データーで、ｒ＋−ｒａ＋−・・は各
レンズ面の曲率半径、ｄ＋、　ｄ２．−・・は各レンズ
の肉厚およびレンズ間隔、ｎｌ、ｎ２＋・・・は各レン
ズの屈折率、シ１．シ２・・・は各レンズのアツベ数で
ある。

実施例１は、第１図に示す構成で、（Ａ）はワイド端、
ｆｉｌ　はテレ端を示す。球面収差を発生させる面は第
１群の凸面である。

この実施例の非球面の形状は、次の式で表わされる。

＋Ｈｙ１０＋Ｉｙ＋２＋Ｊｙ１４＋Ｋｙ１６４−・・こ
こでｘ、ｙは光軸をＸ軸にとって像の方向を正方向にと
り、ｙ軸を面と光軸との交点を原点としてＸ軸に直交し
た方向にとった座標の値、Ｃは光軸近傍でこの非球面と
接する円の曲率半径の逆数、Ｐは非球面の形状をあられ
すパラメーターＢ、Ｅ、Ｆ、Ｇ・・・は夫々２次、４次
、６次、８次・・・の非球面係数である。

Ｐ＝１でＢ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、　・・・がすべてｏの場合は
上記式は球面を表す。

第２図はこの実施例１の球面収差で ワイド端で　φユ、、？０．０３、　φＡ弁０．０１７
５テレ端で　　φ□、＃０．０４、　φ−１，０２であ
る。

又第３図は同実施例のＭＴＦで、開口の変化および変倍
で生ずるＭＴＦの変化は、内視鏡のニズにしたがって開
口を絞るとＭＴＦは下がり、ワイド端からテレ端になる
にしたがってＭＴＦは下がる。尚図中（Ａ）　、　（Ｂ
）　、　ｆｃｌ　、　ｆ０３は夫々ワイド端開口最大、
テレ端開口最大、ワイド端間口最小、テレ端開口最小の
ものである。

この実施例１には、バリエータ−前の水晶フィルターは
１枚だけ挿入した例を示しである。この水晶フィルター
による点の分離方向は、ＣＣＤの水平走査方向に一致さ
せてあり、厚さは２．５８７ｍｍである。

水晶による点の分離に対する後群の倍率は、ワイド端で
ｘ　Ｏ，７６１３、テレ端でＸｌ、１３０９であり、そ
のためＭＴＦは第４図の（Ａ）（ワイド端）、（ＢｌＦ
テレ端）に実線にて示す通りである。ただしこの曲線は
水晶フィルターによる効果の他に開口の回折による影響
も含めである。又第４図の（Ａ）における点線は開口が
最大の時の球面収差によるＭＴＦを掛けたもので、（Ｂ
ｌにおける点線は、開口最小の時の球面収差によるＭＴ
Ｆを掛けたものである。

これら図から明らかなように複屈折板によるＭＴＦと球
面収差によるＭＴＦの長所が出ており、カットオ）周波
数が確実に決められ、複屈折板の欠点である高周波での
ＭＴＦの持ち上がりが低く押えられている。

実施例２は、非球面の形状（非球面係数）のみが実施例
１と異なっている。第５図に示す球面収差も実施例１の
ものとほとんど同じで、ワイド端で　φ１，１４０．０
３、　φａ＝　ｏ、　０１６５テレ端で　　φ、、、ｌ
ｌ＃０．０４、　φ、４０．０２である。

第６図にはワイド端におけるＭＴＦを、又第７図にはテ
レ端におけるＭＴＦを示してあり、これによりデフォー
カスに対するＭＴＦの変動がわかる。尚これら図でｆＡ
）　、　ｆＢｌは夫々開口最大でデフ フォーカス量がガウス面より０．０５．０．ｌ　、又（
Ｃ）。

（Ｄｌ　は夫々開口最小でデフォーカス量がガウス面よ
り０．０５．０．１の場合である。

ただしワイド端とテレ端では、デフォーカスの幅が同一
であるが、中央値は、ガウス像面ではない。それは第５
図に示すワイド端の球面収差からもわかるように、全体
的にプラス側に傾いているためにベスト像面が多少布ヘ
シフトしているためである。このシフト量が多いか少な
いかは、第８図をみればわかる。第８図（Ａ）は実施例
２の開口が最大の時のテレ端における２０本／ｍｍ、３
０本／ｍｍ、４０本／ｍ１ＩｌのＭＴＦ値のデフォーカ
スに対する変動量である。又第８図（Ｂｌは、同一の近
軸量持つある程度球面収差を除去した光学系である（実
施例１．２において非球面係数のＰ＝１．ＥＦ、−・・
＝０）に関するものである。これらから第８図（Ａ）は
非常に安定していることがわかる。

この実施例２は、光学フィルターとして第９図（Ａｌ　
に示すような３枚構成のフィルターが配置されている。

このフィルターを構成する水晶１８゜１９．２０はＣＣ
Ｄの水平走査方向に対して常光線と異常光線の分離方向
は第９図ｆＢ）の通りで、第９図（Ｃ１に示すように１
点を８点に分離する作用を有している。

ファイバースコープとＣＣＤの組合わせの場合、イメー
ジガイドが六方稠密であるためＣＣＤとの傾きは第９図
（Ｃ１のように１５°が好ましい。

上記のような水晶フィルターを用いることによって第１
０図の実線のようなＭＴＦが得られ、ＭＴＦはＨ方向（
ＣＯＤの水平走査方向）に対して描いである。この図で
（Ａ）はワイド端、［Ｂ）はテレ端であり、変倍と共に
変化する。これに光学系の球面収差によるＭＴＦが掛か
ると点線で示したＭＴＦになる。又ｆＡ）は開口が最大
の時、（Ｂ）は開口が最小の時である。

各実施例では、バリエータ−よりも前に配置する水晶の
みを考えたが、ＣＣＤの直前にも水晶等のローパスフィ
ルターを配置してもよい。

各実施例においては光学的ローパスフィルターをレンズ
とは別に設ける構成としているが、レンズ系を構成する
複数のレンズのいずれかを水晶等の複屈折物質で作り、
そのレンズに光学的ローパスフィルターの機能を負担さ
せても良い。この場合は該レンズとバリエータ−レンズ
とのは配置関係を各実施例における光学的ローパスフィ
ルターとバリエータレンズの配置関係と同様に設定すれ
ば、所期の目的を達成することができる。

高次の球面収差を発生させる手段は、非球面のみでなく
、不均質レンズを用いてもよい。又非球面は、屈折力を
有する面だけでなく、ハーフプリズムの面やカバーガラ
スの面を上記手段である非球面にしてもよい。

尚実施例においては、本発明の目的を達成するための高
次の球面収差を発生させるために第１）図に示すような
非球面形状（図中縦軸は光軸からの高さ、横軸は基準球
面からのずれ量）にしてあり、第５図の球面収差になっ
ている。つまり、非球面形状としては変曲を多数持ち、
この変曲点は、少なくとも開口が最小以下で一つ有する
ことが必要であり、又開口の変化する範囲でも一つ有す
ることが必要であり、合計二つ以上の変曲点が必要であ
る。

［発明の効果］ 本発明の撮像光学系は、例えば高次の球面収差を発生さ
せる等の開口が小さくなると周波数レスポンスの低下す
る光学手段を有するもので、これによって種々の影響状
態において最も効果的に偽信号を除去し得るものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学系の実施例の断面図、第２図は実
施例１の球面収差曲線図、第３図、第４図は上記実施例
のＭＴＦを示す図、第５図は実施例２の球面収差曲線図
、第６図乃至第８図は実施例２のＭＴＦを示す図、第９
図は水晶フィルターの構成を示す図、第１Ｏ図は水晶フ
ィルターを含むＭＴＦを示す図、第１）図は本発明で用
いる非球面の１例の基準球面からのずれ量を示す図、第
１２図乃至第１４図は光学系の開口の大きさとスポット
の横収差の関係を示す図、第１５図は光学系の開口の変
化範囲を示す図、第１６図は本発明の目的を達成するた
めの球面収差の一例を示す図、第１７図はデフォーカス
によるＭＴＦのずれを示す図、第１８図は複屈折板を配
置した光学系の一例を示す図、第１９図は複屈折板およ
びこれと組合わせた光学系のＭＴＦを示す図、第２０図
はファイバースコープとテレビカメラを組合わせた構成
を示す図、第２１図はイメージガイド端面の図、第２２
図、第２ｊ図は従来の撮像光学系の構成を示す図、第２
４図は上記従来例の絞り径とイメージガイドファイバー
による空間周波数との関係を示す図、第２５図は上記従
来例のＭＴＦを示す図である。 出願人　オリンパス光学工業株式会社 代理人　　　向　　　　寛　　二 （Ａ） （Ｃ） （Ｂ） （Ｄ） １υυ 瞭 ６コ 之 ＼や ■ 昧 Ｃ） 法 手　　続　　補　　正　　書 特許庁長官　殿　　　　　平成３年８月１日１、　事件
の表示 特願平２−１）５１０７号 ２、　発明の名称 撮像光学系 ３、　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 東京都渋谷区幡ケ谷二丁目４３番２号 （０３７）オリンパス光学工業株式会社代表者　下　山
　敏　部 ４、　　代　　理　　人 東京都港区虎ノ門２−５−２ ５、　補正命令の日付 自発 ６、　補正の対象 セ フ、補正の内容 （１）明細書５頁１０行の「から射出光」を「からの射
出光」に訂正する。 （２）明細書１０頁８行のｒＮＴＦＪをｊＭＴＦＪに訂
正する。 （３）明細書２０頁１行乃至２行の「固定レンズ群」を
「固定レンズ群またはコンペンセーターレンズ群」に訂
正する。 （４）明細書２０頁３行乃至４行の「コンペンセーター
レンズ群」を「コンペンセーターレンズ群または固定レ
ンズ群」に訂正する。 。（５）明細書２４頁１７行と１８行との間に次の文を
挿入する。 「実施例３は、実施例１と同じ諸元を有するもので、非
球面の形状（非球面係数）が下記の通り異なっている。 実施例３の非球面係数 Ｐ　＝　０．８８１８．Ｂ　＝　Ｏ，Ｅ　＝　−０，２
４０４０ｘ　１Ｏ−２Ｆ　＝　０．２８９４９　ｘ　１
０−２．Ｇ　＝　−０，１３８０１ｘ　１Ｏ−２Ｈ＝　
０．３３６５９　ｘ　１０−３．Ｉ　＝−〇、４４４３
６　ｘ　１０−’Ｊ　＝　０．３０１８８　ｘ　１０−
５．Ｋ　＝　−０，８２６１２ｘ　１０−’実施例４は
実施例３において、非球面量が開口最小の位置の近傍で
最初に零になる点より光軸から離れた部分の非球面量を
すべて零にしたものである。従って、非球面部分を表わ
す非球面係数は実施例３と同じである。」 （６）明細書２９頁１６行と１７行との間に次の文を挿
入する。 「実施例３は非球面の形状（非球面係数）のみが実施例
２と異なっており、非球面量の正・負が基準球面に対し
て実施例２とは逆になっている。その非球面量は第２６
図に示す通りである。球面収差は第２７図に示しである
が、第２図や第５図に示す実施例１や実施例２の球面収
差と比較すると正・負の傾向が逆になるが収差形状は良
（似ている。錯乱円の大きさは ワイド端で　φＭ、Ｎ＃０．０３　　　φ−■、０２テ
レ端で　　φＭ＋Ｎ＃０．０４　　　φＡ〜０．０２２
５である。ＭＴＦ特性はほぼ実施例２と同様である。 実施例４は実施例３において、開口がほぼ最小の時の最
大マージナル光線高よりも上の部分の非球面量をゼロに
したものである。非球面係数は光軸から高さ１．７５ま
では実施例３と同じであるが、光軸からの高さが１．７
５以上では非球面係数はＰ＝ＩＳＢ＝Ｅ＝・・・＝に−
０ となり、非球面係数はすべてゼロになる。第２８図はこ
の実施例の非球面形状を表しており、はぼ開口が最小の
時の最大マージナル光線高よりも上の部分で非球面量が
ゼロになっている。このときの球面収差の様子を第２９
図に示す。最小開口の近傍から下では大きな球面収差が
発生しているのに対し、それより上では球面収差は非常
に小さい。これにより、 ワイド端で　φＭＩＮ＃０．０３　　　φＡＬｔＯテレ
端で　　φｖｕｖ＃ｏ、０４　　　φρ■となっている
。 第３０図はテレ端における開口の変化とＭＴＦの変化の
様子を示したものである。第３０図（Ａ）が開口最大の
場合であり、縦軸はＭＴＦ、横軸はガウス像面からのデ
フォーカス量である。像面上での空間周波数が各々ｌＯ
本／ｍｍ、３０本／ｍｍ、５０本／　ｍ　ｍの時のＭＴ
Ｆが図示されている。第３０図（Ｂ）は開口最小の場合
のＭＴＦである。（Ａ）と（Ｂ）とを対比すると、開口
の大きさの変化に伴うＭＴＦの変化の様子が良く分かる
。特に、１０本／　ｍ　ｍのような低周波のＭＴＦの劣
化は開口が変化しても少なく、３０本／　ｍ　ｍや５０
本／　ｍ　ｍの高周波でのレスポンスを低下させること
ができる。ｊ（７）明細書３０頁１４行乃至３１頁３行
の「尚実施例に・・・必要である。」を下記のよう゛に
訂正する。 「なお、実施例においては、高次の球面収差を発生させ
るために第１）図のような非球面量を持たせている。こ
の場合、各実施例では基準球面の状態で球面収差が良好
に補正されているため、非球面量（基準球面からのずれ
）の１次微分が球面収差曲線の形に近くなる。このため
、非球面形状としてはその非球面量が開口の最小値以下
の高さにおいて少なくとも１つ以上の変曲点を有するこ
とが必要である。本発明の実施例において、基準球面だ
けで球面収差は良く補正されているため、その非球面量
（基準球面からのずれ）の１次微分が球面収差曲線の形
状に近（なる。つまり、非球面形状としては、その非球
面量が最小の開口より光軸に近（である。 なお、本発明は内視鏡用に限定されるものではなく、一
般のＴＶカメラにおいても絞り（開口）を調整すること
により光学的ローパスフィルタの効果を変化させ、被写
体によってモアレ除去効果を可変にすることができる。 また、開口の形状を光軸に関して回転対称でない形状と
することによって、ＭＴＦ特性に方向性を持たせること
もできる。」（８）明細書３２頁１３行の「示す図であ
る。」を「示す図、第２６図は実施例３で用いる非球面
の基準球面からのずれ量を示す図、第２７図は実施例３
の球面収差曲線図、第２８図は実施例４で用いる非球面
の基準球面からのずれ量、第２９図は実施例４の球面収
差曲線図、第３０図は開口の変化とＭＴＦの変化の様子
を示す図である。」 （９）図面第１）図尽び第１６図を別紙の通り訂正する
。 （ｌＯ）別紙図面第２６図乃至第３０図を追加する。 １゛仲高１ Ｃつｈ悴） 第２８図 １＊＊炉θ６１＄づ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体面を所定の結像面に形成するための撮像光学
   系において、前記光学系内にそのＦナンバーを決める開
   口絞りと、前記開口絞りの開口の変化の範囲内で開口が
   小さくなると共に光学系の周波数レスポンスが低下する
   光学手段を備えた撮像光学系。
2. （２）前記光学手段が高次の球面収差を発生させる非球
   面である請求項（１）の撮像光学系。
3. （３）撮像光学系が変倍系で、前記非球面が前記開口絞
   りの近傍で光学系のバリエーターよりも物体側に配置さ
   れ変倍により非球面による高次球面収差が拡大されると
   共に光学系の周波数レスポンスが低下するようにしたこ
   とを特徴とする請求項（１）又は（２）の撮像光学系。
4. （４）上記光学手段が水晶等の複屈折板と共に用いられ
   、組合わせた時のＭＴＦカットオフ周波数が複屈折板よ
   り決められることを特徴とする請求項（１）、（２）又
   は（３）の撮像光学系。