JPH1123972A - 結像光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モアレ縞の発生がなく、広い画角においても
収差の発生がなく、明瞭で歪みの少ない像を与える小型
の結像光学装置。 【解決手段】 対物光学系１０４と電子撮像素子１０８
とを有する結像光学装置であり、対物光学系１０４は軸
上主光線に対して面全体が傾くように偏心配置された少
なくとも１つの反射作用面１０６、１０７を有し、その
反射作用面は、偏心により発生する回転非対称な偏心収
差を補正する回転非対称面形状を備え、かつ、電子撮像
素子１０８に導かれる光束中の物体像に関する高周波成
分をカットする作用を持ったローパス部材１０３が反射
作用面より物体側の瞳１０１面近傍に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結像光学装置に関
し、特に、形成する像が比較的小さな撮像装置に最適
な、少なくとも１つの像形成に必要な結像パワーを有す
る反射面が偏心して配置された対物光学系を用いた結像
光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型の反射偏心光学系の従来の周知なも
のとして特開昭５９−８４２０１号のものがある。しか
し、これはシリンドリカル反射面による１次元受光レン
ズの発明であり、２次元の撮像はできない。また、特開
昭６２−１４４１２７号のものは、上記発明の球面収差
を低減するために、同一シリンドリカル面を２回反射に
使うものである。

【０００３】また、特開昭６２−２０５５４７号は、反
射面の形状として非球面反射面を使うことを示している
が、反射面の形状には言及していない。さらに、米国特
許第３，８１０，２２１号、米国特許第３，８３６，９
３１号の２件には、何れもレフレックスカメラのファイ
ンダー光学系に回転対称非球面鏡と対称面を１面しか持
たない面を持ったレンズ系を用いた例が示されている。
ただし、対称面を１面しか持たない面は、観察虚像の傾
きを補正する目的で利用されている。

【０００４】また、特開平１−２５７８３４（米国特許
第５，２７４，４０６号）には、背面投影型テレビにお
いて、像歪みを補正するために対称面を１面しか持たな
い面を反射鏡に使用した例が示されているが、スクリー
ンへの投影には投影レンズ系が使われ、像歪みの補正に
対称面を１面しか持たない面が使われている。また、観
察光学系として、アナモルフィック面とトーリック面を
使用した裏面鏡タイプの偏心光学系の例が示されてい
る。しかし、像歪みを含め収差の補正が不十分である。
なお、上記何れの先行技術も対称面を１面しか持たない
面を使い折り返し光路用に裏面鏡として使用したもので
はない。

【０００５】また、特開平８−２９２３６８号、特開平
８−２９２３７１号、特開平８−２９２３７２号には、
何れも対称面を１面しか持たない面を反射面として用い
た撮像光学系（単焦点光学系、ズーム光学系）が示され
ている。しかし、回転非対称面を含む光学構成要素に入
射し射出するまで、若しくは、最も物体側の回転非対称
面から最も像側の回転非対称面に到る光路長が長く（途
中に１回結像する例有り。）、光学系が大型化するた
め、製造の困難な回転非対称面を用いるメリットがな
い。

【０００６】ところで、撮像装置において、撮像素子の
画素の繰り返し周期と物体像中に含まれるその周期に近
い空間周波数との重畳により発生するモアレ縞を除去す
るために瞳分割により２重像を形成する低コストでデフ
ォーカス状態でも有効なローパスフィルタが、特開平７
−３２５２６９号において提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の回転対称な光学
系では、屈折力を有する透過回転対称レンズに屈折力を
負担させていたため、収差補正のために多くの構成要素
を必要としていた。しかし、これら従来技術の偏心光学
系では、結像された像の収差が良好に補正され、なおか
つ、特に回転非対称なディストーションが良好に補正さ
れていないと、結像された図形等が歪んで写ってしま
い、正しい形状を記録することができなかった。

【０００８】また、光学系を構成する屈折レンズが光軸
を軸とした回転対称面で構成された回転対称光学系で
は、光路が直線になるために光学系全体が光軸方向に長
くなってしまい、撮像装置が大型になってしまう問題が
あった。

【０００９】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、広い画角におい
ても明瞭で、歪みの少ない像を与える小型の結像光学装
置であって、ＣＣＤ等の電子撮像素子を用いて撮像する
際に発生するモアレ縞を除去するローパスフィルタを備
えた結像光学装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の結像光学装置は、対物光学系と、前記対物光学系に
よって形成される物体像面に配置された電子撮像素子と
を有する結像光学装置において、前記対物光学系は、物
体中心を射出して瞳中心を通り物体像中心に到達する光
線を軸上主光線とするとき、前記軸上主光線に対して面
全体が傾くように偏心配置された少なくとも１つの反射
作用面を有し、前記反射作用面は、偏心により発生する
回転非対称な偏心収差を補正する回転非対称面形状を備
え、かつ、前記電子撮像素子に導かれる光束中の物体像
に関する高周波成分をカットする作用を持ったローパス
部材を前記反射作用面より物体側の瞳面近傍に配置した
ことを特徴とするものである。

【００１１】この場合、対物光学系は、屈折率（ｎ）が
１よりも大きい（ｎ＞１）媒質により形成されたプリズ
ム部材を有し、そのプリズム部材は、最も物体側に配置
され光束をプリズム内部に入射させる作用を持った第１
面と、プリズム内部に入射した光束を反射する上記の回
転非対称面形状を備えた反射作用面たる第３面と、光束
をプリズム外部へ射出させる作用を持った第２面との少
なくとも３つの光学作用面を有することが望ましい。

【００１２】その場合は、プリズム部材は、物体からの
光束を前記第１面から入射させ、入射光束をまず第２面
で反射させ、次に第３面で反射させ、第２面から射出さ
せるように形成されていることが望ましい。

【００１３】本発明においては、対物光学系が軸上主光
線に対して面全体が傾くように偏心配置された少なくと
も１つの反射作用面を有し、その反射作用面が偏心によ
り発生する回転非対称な偏心収差を補正する回転非対称
面形状を備え、また、電子撮像素子に導かれる光束中の
物体像に関する高周波成分をカットする作用を持ったロ
ーパス部材を反射作用面より物体側の瞳面近傍に配置し
たので、モアレ縞の発生がなく、広い画角においても収
差の発生がなく、明瞭で歪みの少ない像を与える小型の
結像光学装置が得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】まず、以下に、本発明の対物光学
系について説明する。以下の説明において用いる座標系
について説明すると、図１に示すように、物点中心を通
り、絞り１０１中心を通過し、像面１０８中心に到達す
る光線を軸上主光線１０２とし、本発明の対物光学系を
構成する偏心プリズム光学系１０４の第１面１０３に交
差するまでの直線によって定義される光軸をＺ軸とし、
そのＺ軸と直交しかつ偏心プリズム光学系１０４を構成
する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交し
かつＹ軸と直交する軸をＸ軸とする。

【００１５】一般に、球面レンズのみで構成された球面
レンズ系では、球面により発生する球面収差と、コマ収
差、像面湾曲等の収差をいくつかの面でお互いに補正し
あい、全体として収差を少なくする構成になっている。
一方、少ない面数で収差を良好に補正するためには非球
面等が用いられる。これは、球面で発生する各種収差自
体を少なくするためである。しかし、偏心した光学系に
おいては、偏心により発生する回転非対称な収差を回転
対称光学系で補正することは不可能である。

【００１６】回転対称な光学系が偏心した場合、回転非
対称な収差が発生し、これを回転対称な光学系でのみ補
正することは不可能である。この偏心により発生する回
転非対称な収差は、像歪、像面湾曲、さらに、軸上でも
発生する非点収差、コマ収差がある。図１６は偏心して
配置された凹面鏡Ｍにより発生する像面湾曲、図１７は
偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する非点収差、
図１８は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する軸
上コマ収差を示す図である。本発明の対物光学系は、上
記のような偏心により発生する回転非対称な収差の補正
のために、回転非対称な面を光学系中に配置して、その
回転非対称な収差を補正している。

【００１７】偏心して配置された凹面鏡により発生する
回転非対称な収差に、回転非対称な像面湾曲がある。例
えば、無限遠の物点から偏心した凹面鏡に入射した光線
は、凹面鏡に当たって反射結像されるが、光線が凹面鏡
に当たって以降、像面までの後側焦点距離は、光線が当
たった部分の曲率の半分になる。すると、図１６に示す
ように、軸上主光線に対して傾いた像面を形成する。こ
のような回転非対称な像面湾曲を補正することは、回転
対称な光学系では不可能であった。この傾いた像面湾曲
を補正するには、凹面鏡Ｍを回転非対称な面で構成し、
この例ではＹ軸正の方向（図の上方向）に対して曲率を
強く（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の方向（（図の下方
向）に対して曲率を弱く（屈折力を弱く）することによ
り補正することができる。また、上記構成と同様な効果
を持つ回転非対称な面を凹面鏡Ｍとは別に光学系中に配
置することにより、少ない構成枚数でフラットの像面を
得ることが可能となる。

【００１８】次に、回転非対称な非点収差について説明
する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍ
では軸上光線に対しても、図１７に示すような非点収差
が発生する。この非点収差を補正するためには、前記説
明と同様に、回転非対称面のＸ軸方向の曲率とＹ軸方向
の曲率を適切に変えることによって可能となる。

【００１９】さらに、回転非対称なコマ収差について説
明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡
Ｍでは、軸上光線に対しても図１８に示すようなコマ収
差が発生する。このコマ収差を補正するためには、回転
非対称面のＸ軸の原点から離れるに従って面の傾きを変
えると共に、Ｙ軸の正負によって面の傾きを適切に変え
ることによって可能となる。

【００２０】さらに、本発明の対物光学系を折り曲げ光
路を有するように構成すると、反射面にパワーを持たせ
ることが可能となり、透過型レンズを省略することが可
能となる。さらに、光路を折り曲げたことにより光学系
を小型に構成することが可能となる。

【００２１】また、その反射面は、臨界角を越えて光線
が入射するように、光線に対して傾いて配置された全反
射面で構成することにより、高い反射率にすることが可
能となり、また、反射作用と透過作用とを併せ持たすこ
とが可能となる。また、反射面を構成する面にアルミニ
ウム又は銀等の金属薄膜を表面に形成した反射面、又
は、誘電体多層膜で形成された反射面又は半透過反射面
で構成することが好ましい。金属薄膜で反射作用を有す
る場合は、手軽に高反射率を得ることが可能となる。ま
た、誘電体反射膜の場合は、波長選択性や吸収の少ない
反射膜を形成する場合に有利となる。

【００２２】さらに好ましくは、反射面に回転非対称面
を用いると、透過面に用いる場合と比べて、色収差は全
く発生しない。また、面の傾きが少なくても光線を屈曲
させることができるために、他の収差発生も少ない。つ
まり、同じ屈折力を得る場合に、反射面の方が屈折面に
比べて収差の発生が少なくてすむ。

【００２３】本発明の対物光学系において、偏心した回
転非対称面形状を有する反射作用面の少なくとも１面
は、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使用する
ことが望ましい。ここで、本発明で使用する自由曲面と
は、以下の式で定義されるものである。

【００２４】 Ｚ＝Ｃ₂ ＋Ｃ₃ ｙ＋Ｃ₄ ｘ ＋Ｃ₅ ｙ² ＋Ｃ₆ ｙｘ＋Ｃ₇ ｘ² ＋Ｃ₈ ｙ³ ＋Ｃ₉ ｙ² ｘ＋Ｃ₁₀ｙｘ² ＋Ｃ₁₁ｘ³ ＋Ｃ₁₂ｙ⁴ ＋Ｃ₁₃ｙ³ ｘ＋Ｃ₁₄ｙ² ｘ² ＋Ｃ₁₅ｙｘ³ ＋Ｃ₁₆ｘ⁴ ＋Ｃ₁₇ｙ⁵ ＋Ｃ₁₈ｙ⁴ ｘ＋Ｃ₁₉ｙ³ ｘ² ＋Ｃ₂₀ｙ² ｘ³ ＋Ｃ₂₁ｙｘ⁴ ＋Ｃ₂₂ｘ⁵ ＋Ｃ₂₃ｙ⁶ ＋Ｃ₂₄ｙ⁵ ｘ＋Ｃ₂₅ｙ⁴ ｘ² ＋Ｃ₂₆ｙ³ ｘ³ ＋Ｃ₂₇ｙ² ｘ⁴ ＋Ｃ₂₈ｙｘ⁵ ＋Ｃ₂₉ｘ⁶ ＋Ｃ₃₀ｙ⁷ ＋Ｃ₃₁ｙ⁶ ｘ＋Ｃ₃₂ｙ⁵ ｘ² ＋Ｃ₃₃ｙ⁴ ｘ³ ＋Ｃ₃₄ｙ³ ｘ⁴ ＋Ｃ₃₅ｙ² ｘ⁵ ＋Ｃ₃₆ｙｘ⁶ ＋Ｃ₃₇ｘ⁷ ・・・・・ ・・・（ａ） ただし、Ｃ_m （ｍは２以上の整数）は係数である。

【００２５】上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、
Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本発明ではｘ
の奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平
行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例え
ば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ₄ ，Ｃ₆ ，Ｃ₉ ，
Ｃ₁₁，Ｃ₁₃，Ｃ₁₅，Ｃ₁₈，Ｃ₂₀，Ｃ₂₂，Ｃ₂₄，Ｃ₂₆，Ｃ
₂₈，Ｃ₃₁，Ｃ₃₃，Ｃ₃₅，Ｃ₃₇，・・・の各項の係数を０
にすることによって可能である。

【００２６】また、ｙの奇数次項を全て０にすることに
よって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自
由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、
Ｃ₃，Ｃ₆ ，Ｃ₈ ，Ｃ₁₀，Ｃ₁₃，Ｃ₁₅，Ｃ₁₇，Ｃ₁₉，Ｃ
₂₁，Ｃ₂₄，Ｃ₂₆，Ｃ₂₈，Ｃ₃₀，Ｃ₃₂，Ｃ₃₄，Ｃ₃₆，・・
・の各項の係数を０にすることによって可能であり、ま
た、以上のような対称面を持つことにより製作性を向上
することが可能となる。

【００２７】上記Ｙ−Ｚ面と平行な対称面、Ｘ−Ｚ面と
平行な対称面の何れか一方を対称面とすることにより、
偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正す
ることが可能となる。

【００２８】上記定義式は、１つの例として示したもの
であり、本発明の特徴は対称面を１面のみ有する回転非
対称面で偏心により発生する回転非対称な収差を補正す
ることが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同
じ効果が得られることは言うまでもない。

【００２９】また、本発明の対物光学系のように、形成
される像が小さくなると、いわゆる係数倍の原理によっ
て、対物光学系も小型にすることが図面上は可能だが、
実際の製造を考慮すると、対物光学系をむやみに小型化
することは、レンズの縁の厚みや、中心の厚みが薄くな
ったり、レンズ径が小型になりすぎ、かえって製造コス
トの増大を招き好ましくない。一方、製造可能な大きさ
を保って光学系を構成すると、従来の屈折レンズによる
光学系では、光軸が直線であるために、パワーを持った
屈折面同士の間隔に空間的な無駄が生じる。そこで、反
射面を利用して光軸を空間的に折り返す構成にすれば、
比較的小さな空間を有効に利用して、結像に必要な光路
を確保することが可能となる。このとき、対物光学系の
光路長を不要に長くすると、偏心させ光軸を折り返す構
成により、空間を有効に使う目的に反して大型化するば
かりではなく、形成する像に比較して、光路長が長くな
りすぎると、光学像を取り込む電子撮像素子を配置する
ために必要なバックフォーカスを確保することが困難に
なる等の問題が生じる。

【００３０】次に、本発明において上記のような対物光
学系を構成する偏心プリズム光学系１０４と共に用いる
特開平７−３２５２６９号公報に記載されたローパスフ
ィルタについて説明する。こ特開平７−３２５２６９号
公報に記載されたローパスフィルタは、内視鏡像をテレ
ビモニタに表示する時に生ずるモアレ等の画質を低下さ
せる原因を除去できる機能が高く、かつ低コストで実現
可能なものであり、図８に示すように、両方のＡ，Ｂ面
を複数に分割して傾斜面にされたａ部，ｂ部と、ｃ部，
ｄ部との多面を有し、ａ部，ｂ部に立てた２つの法線が
光軸Ｏと等しい角θa となるねじれの関係にあり、他方
のｃ部，ｄ部に立てた法線も同様にねじれの関係にあ
り、２つのＡ，Ｂ面を通して形成した各２重像の距離の
２倍に対応する空間周波数成分を除去するフィルタ機能
を持たせて、ファイババンドルとか受光素子の配列等に
起因するモアレ等を除去するものである。

【００３１】図８は、特開平７−３２５２６９号公報
（以下、先願公報と呼ぶ）記載の第１実施例における光
学的ローパスフィルタの機能を有する光学素子としての
両面多面レンズ１を示す。この両面多面レンズ１は、図
９に示す先願公報第１実施例の変形例における片面多面
レンズ２の一方の面と同様に、プロペラのようにねじれ
た２つの分割面を持つ多面レンズを両側の面にそれぞれ
形成したものである。したがって、まずこの構成が簡単
な変形例における片面多面レンズ２を説明する。

【００３２】この片面多面レンズ２の一方の面（例えば
Ｂ面とする）には、光軸Ｏを共有し、２つの傾斜面が互
いに逆方向に傾斜するように形成した半円形のａ部とｂ
部とが設けられ、これらの２つの斜面の法線はねじれの
関係にあり、相互にθだけ傾いている。

【００３３】ねじれの関係になるように形成したことに
より、後述するようにピントがずれたデフォーカス状態
の場合でもモアレ等を除去するフィルタの機能を残すこ
とができるようにしている（図１４参照）。

【００３４】それぞれの面の法線の光軸Ｏに対する傾き
をθ1 ，θ2 とすると、 θ＝θ1 ーθ2 ・・・（１） である（θ1 ，θ2 は符号も含めて表しており、図９の
ものはθ1 ＝−｜θ2 ｜）。

【００３５】この片面多面レンズ２のＢ面の形状データ
は光軸Ｏの方向をＺ軸に、このＺ軸に垂直な面内にＸ軸
及びＹ軸を、例えばａ部とｂ部の境界線ｌの方向をＸ軸
に設定した場合には以下のようになる。

【００３６】ａ部はＹがゼロ又は正の範囲（つまり、Ｙ
≧０）で、ａ部の面はＺ＝Ｐ・Ｘ、ｂ部はＹが負の範囲
（つまり、Ｙ＜０）で、ｂ部の面はＺ＝−Ｐ・Ｘ、であ
る。ここで、傾斜面を表すパラメータＰは、例えばＰ＝
tan１′≒０．０００２９。ここで、１′≒０．０００
２９rad である。この場合には、上記θはθ＝２′とし
ている。また、この片面多面レンズ２のサイズは図９
（ｂ）に示すように直径がφ８ｍｍで、厚みＴo は例え
ばＴo ＝１ｍｍであり、さらに屈折率ｎは例えばｎ＝
１．５１６３３である。なお、図９（ｂ）の右側は平面
図、左側は側面図である。また、図９（ｂ）に示すよう
にＢ面にはこの光学素子の向きを判別するためのマーク
Ｍが付けてある。また、この片面多面レンズ２の他方の
面、つまりＡ面は平面である。

【００３７】この片面多面レンズ２を用いた先願公報第
１実施例の変形例の光学装置としての内視鏡装置３を図
１０に示す。この内視鏡装置３は、照明光学系と観察光
学系とを備えた硬性内視鏡５と、この硬性内視鏡５に装
着される撮像手段を内蔵したテレビカメラ６と、硬性内
視鏡５に照明光を供給する光源装置７と、テレビカメラ
６に内蔵されたＣＣＤ等の固体撮像素子８に対する信号
処理を行うＣＣＵ９と、このＣＣＵ９に接続され、映像
信号を表示するカラーモニタ１０とから構成される。

【００３８】この内視鏡装置３では光学部材としての固
体撮像素子８における２次元的に配列された受光素子
（モザイクフィルタの場合も含む）の配列に起因し、そ
の配列周期と干渉して発生するモアレとか、色変調との
干渉によるモアレ等を除去するものである。

【００３９】硬性内視鏡５は硬性の外套管で形成された
挿入部１１と、この挿入部１１の後端に形成され、把持
される太径の把持部１２と、この把持部１２の後端に形
成された接眼部１３とから構成される。この把持部１３
にはライトガイド口金１４が設けてあり、ライトガイド
ケーブル１５を介して光源装置７と着脱自在で接続され
る。

【００４０】光源装置７内のランプ１６の白色の照明光
はライトガイドケーブル１５内の照明光伝送手段となる
ライトガイドで伝送され、ライトガイド口金１４部分か
ら硬性内視鏡５内のライトガイド１７側に照明光を供給
する。そして、挿入部１１の先端部の照明窓に取り付け
た先端面から伝送した照明光を前方に出射する照明光学
系が形成されている。

【００４１】この先端部には照明窓に隣接して形成され
た観察窓に対物レンズ１８が取り付けてあり、この対物
レンズ１８により照明された被写体の像を結ぶ。この像
は対物レンズ１８の光軸と一致するようにその光軸上に
沿って挿入部１１内に配置された像伝送光学系となるリ
レーレンズ系１９によってリレーするようにして後方側
に像を結ぶようにして伝送し、最終的な像を接眼部１３
付近に形成する。

【００４２】この像は接眼レンズ（接眼光学系）２０を
介して肉眼で観察することができる観察光学系が形成さ
れている。この接眼部１３にテレビカメラ６が装着され
た場合には、リレーレンズ系１９によって伝送された像
は接眼レンズ２０、テレビカメラ６内に配置した光学的
ローパスフィルタの機能を有する片面多面レンズ２、結
像レンズ（撮像レンズ）２１を介して、モザイクフィル
タ等の色分離フィルタを有する固体撮像素子８に像を結
ぶようにして撮像できるようにしている。

【００４３】上記固体撮像素子８で光電変換された撮像
信号はＣＣＵ９によって標準的な映像信号に変換され、
カラーモニタ１０に映像を表示する。この固体撮像素子
８は例えば図１１のように光電変換面に、光電変換機能
を有する受光素子となる画素（絵素）が２次元マトリッ
クス状に規則的に配置された構成をしている。

【００４４】図１１は固体撮像素子８の画素配列を示し
ており、Ｒ，Ｇ，Ｂで示しているものは、画素の前にＲ
（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）のモザイクフィルタが配置
されていることを示しており、Ｒ，Ｇ，Ｂに色分離した
光を光電変換することによりカラー撮像を行う。ここ
で、 Ｐx …固体撮像素子８の１画素の水平方向の寸法、 Ｐy …固体撮像素子８の１画素の垂直方向の寸法、 Ｗy …固体撮像素子８の有効撮像エリアの垂直方向の寸
法、 Ｗx …固体撮像素子８の有効撮像エリアの水平方向の寸
法、 Ｍ …固体撮像素子８のモザイクフィルタの水平方向周
期を画素単位で表わしたもの。図１１の例ではＭ＝２、 Ｎ …固体撮像素子８のモザイクフィルタの垂直方向の
周期を画素単位で表わしたもの。図１１の例ではＮ＝
２、 である。なお、モザイクフィルタのない固体撮像素子８
ではＭ＝Ｎ＝１として扱う。

【００４５】図１２はテレビカメラの撮像光学系を示し
ており、図１２（ａ）は片面多面レンズ２の配置方向を
示し、ａ部とｂ部の境界線（分割線）ｌが水平方向、つ
まり固体撮像素子８の水平方向（横方向）に平行に配置
されていることを示す。この場合には固体撮像素子８の
水平走査方向に像が分離することになる。

【００４６】つまり、図１２（ｂ）はこの片面多面レン
ズ２を通して形成される２重像を示し、水平方向に距離
ｄ離れて形成される。なお、本説明では固体撮像素子８
の水平方向（横方向）はＸ軸、垂直方向（縦方向）はＹ
軸に設定されているとする。

【００４７】図１３は撮像光学系にこの片面多面レンズ
２を用いて２重像を形成することにより、縞模様を消去
する機能の説明図を示す。モアレ除去の基本的な考えと
しては、モアレは物体像をサンプリングする際に、サン
プリング周波数と物体像中に含まれる周波数成分とが近
い場合に生ずるので、光学的ローパスフィルタはこの周
波数成分を除くような周波数特性に設定する。

【００４８】図１３に示すように繰り返しの周期で明暗
の物体を片面多面レンズ２及び結像レンズ２１により
（固体撮像素子８の撮像面に）結像すると、ａ部を通っ
て結像された第１像とｂ部を通って結像された第２像と
が形成され、第１像と第２像との分離距離が周期の１／
２に設定すると、２つの像の強度分布を重ねると、一方
の山が他方の谷を埋めるため、一様な強度となり、縞模
様の存在が分からなくなる。つまり、２重像を形成する
と、像の分離距離の２倍の繰り返し周期を持つ周波数成
分がなくなる。したがって、サンプリングのための絵素
（画素）の間隔（繰り返し周期）と像分離距離との関係
を適切に設定すると、モアレを除去することができる。

【００４９】図１４は上記先願公報実施例等で採用され
ているねじれの関係を満足するものと、そうでないもの
で単に点対称のものとの作用の違いを説明する図であ
る。図１４（ａ）は、図９の光学素子、すなわち、傾斜
面の配置がねじれの関係を満足する片面多面レンズ２を
配置した光学系部分を示す。図１４（ｂ）は、一方の面
が平面で他方の面が山形に形成されたプリズム状部材
（特開平３ー２４８６９５号公報の第１図の素子）をレ
ンズと共に配置した光学系を示す。

【００５０】これらの素子が光路中に配置されることに
より、結像光学系は像面に物体の２重像を形成する。フ
ォーカス状態の像面ではどちらの素子を用いても同じ効
果が得られる（それぞれ２重像となる）が、デフォーカ
ス状態になると機能が異なる。デフォーカス状態を見る
には、像面から外れた位置での結像状態を見ればよい。

【００５１】図１４（ｂ）の構成では、プリズムの傾斜
面により屈折された光束は光軸の反対側に像を結ぶこと
になるが（例えば、図１４（ｂ）では光軸の上側の光が
像面において光軸の下側に像を結んでいる）、光軸の上
側から光側と下側からの光束とが交差するため、光軸近
傍の比較的狭い領域に光が集まる状態が存在する。この
ため、デフォーカスに伴い像の分離が行われない（ある
いは不十分となる）ことがあり、ローパスフィルタとし
ての機能がなくなってしまう（あるいは十分でなくな
る）ことがある。つまり、図１４（ｂ）では、フォーカ
ス位置から後方にずれたデフォーカス位置では２重像と
なるが、前側にずれたデフォーカス位置では分離しない
状態になり、ローパスフィルタとしての機能がなくなる
（あるいは十分でなくなる）。換言すると、点像の形が
デフォーカスにより変わっていくので、ＭＴＦが変化し
てしまう。

【００５２】これに対し、図１４（ａ）では傾斜面がね
じれの関係にあるために、かなりデフォーカスした状態
でも２つの像を形成する光束の分離が保たれるため、ロ
ーパスフィルタの機能が失われないのである。つまり、
図１４（ａ）では、フォーカス位置から後方にずれたデ
フォーカス位置で２重像となるし、前側にずれたデフォ
ーカス位置でも同様に２重像が形成され、その分離距離
（２重像の距離）も殆ど変化しないので、デフォーカス
の像に対しても、そのローパスフィルタとしての機能を
保持する。したがって、結像された像がフォーカス状態
にある部分のみならず、デフォーカスで結像された部分
に対しても、モアレが発生することを防止できる機能を
有することになる。換言すると、デフォーカスにして
も、点像は２つの形状を保ったままであり、ＭＴＦは２
重像にデフォーカスの影響を掛けたものとなる。

【００５３】図９のような傾斜面（斜面）を有する多面
レンズ２を製作する場合、金属型を作り、プラスチック
成形、ガラス成形で作ることができる。あるいは平面基
板に不均質にコーティングを行なって製作してもよい。

【００５４】このような場合、片面多面レンズ２の２つ
の斜面の境界部分（後述の図１７の一点鎖線で囲んだ部
分）の面形状は設計値通りの形にならず、乱れたものと
なる。この乱れた部分ではローパスフィルタ機能が低下
するし、この乱れた部分を光が通過することによりフレ
アが発生する。後述するように、これを防ぐために、例
えば乱れた部分に光を通さない物質を付けて遮光部等の
対策を施すようにしている。

【００５５】図１０のようにこの多面レンズ２を硬性内
視鏡５に装着されるテレビカメラ６（あるいは民生用の
ＶＴＲカメラ、一般ＴＶカメラ等）に用いる場合は、以
下に説明する条件式（２）〜（２１）の中の少なくとも
１つを満たすことが望ましい。この第１実施例の変形例
ではこれらの条件式を満たすように設定して、デフォー
カス状態においてもサンプリング周期等によりモアレ等
が発生する場合でも、そのモアレ等を有効に除去できる
ようにしている。この場合、条件式で表現するため、以
下のように倍率βr 、２重像の距離ｄ等を定義する。

【００５６】βr …多面レンズ２より結像面（ここでは
固体撮像素子８）までの間のレンズの倍率、 Ｓf …多面レンズ２より前方のレンズで作られる像の多
面レンズ２からの距離（図中、右を正とする。）、 ｄ …多面レンズ２によって作られる２重像の距離（図
１２（ｂ）参照）、 ｎ …多面レンズ２の屈折率、 なお、距離Ｓf は図１０では多面レンズ２の前に他のレ
ンズ（内視鏡５の接眼レンズ２０等）があるが、多面レ
ンズ２の前に何もない（直接物体を撮影する）場合は、
Ｓf は物体までの距離となる。

【００５７】まず、モザイクフィルタの水平方向サンプ
リングによるモアレを除去する場合には、 １/ ｜2(ｎ−1)θＳf βr ｜＝1/（Ｐx Ｍ） ・・・（２） となる。この式（２）における左辺の分母は像面におけ
る２重像の分離距離の２倍、右辺の分母はサンプリング
周期の距離を表し、これらの距離が等しくなるように設
定することによりモアレを除去する。

【００５８】実用的には多少のモアレは残ってもいいの
で、式（２）の条件を緩和して、 0.75/ （Ｐx Ｍ）≦１/ ｜2(ｎ−1)θＳf βr ｜≦1.5/（Ｐx Ｍ） ・・・（３） であればよい。

【００５９】式（３）の下限はＭＴＦの値が約４０％に
なる周波数に相当するもので、これより像の分離距離が
大きくなると低周波側のＭＴＦが小さくなって像のコン
トラストの低下が問題となる。上限はＭＴＦの値が約７
０％になる周波数に相当するもので、分離距離がこれ以
上小さくなるとモアレを除去する機能が低下する。

【００６０】また、輝度のサンプリングによるモアレを
除去する場合には、式（２），（３）でＭ＝Ｎ＝１と置
けばよい。

【００６１】ＮＴＳＣ方式のテレビカメラ、電子スコー
プ等の場合は色信号の変調によるモアレが発生する。そ
の時のモアレを除去する必要がある場合には、色副搬送
波の周波数は３．５８ＭＨｚなので、 0.75・40・3.58/ Ｗy ≦１/ ｜2(ｎ−1)θＳf βr ｜ ≦1.5 ・40・3.58/ Ｗy ・・・（４） すなわち、 107.4/Ｗy ≦１/ ｜2(ｎ−1)θＳf βr ｜≦214.8/Ｗy ・・・（５） であればよい。ここで、１ＭＨｚは８０ＴＶ本に相当す
ることを用いた。

【００６２】図１２（ａ）のように片面多面レンズ２を
置けば、トラップライン（ＭＴＦ＝０の線）は図１５
（この図は、トラップラインにより色変調によるモアレ
の発生を除去する作用を空間周波数平面で示す図であ
る）の点線のように入るが、色変調に伴うモアレは図１
５の丸印のところに発生するので、この点をトラップラ
インが通ればよく、多面レンズ２の分割方向が、ω＋９
０°水平方向に対して傾いているならば、その時トラッ
プラインは図１５の実線のように入るので、φの定義を φ＝arc tan 1.64/3.58 つまり 1.64/3.58 ＝tan φ ・・・（６） とする時、 cos(90°−ω−φ) ・0.75・40・A/Wy≦１/ ｜2(ｎ−1)θＳf βr ｜ ≦cos(90°−ω−φ) ・1.5 ・40・A ・・・（７） ここで、A ＝√(1.64 ・1.64+3.58 ・3.58) であり（こ
こで、√( ）は、( ）内の平方根を表す）、平方で表す
とA ・A ＝1.64・1.64+3.58 ・3.58である。なお、角度
は座標軸から時計回りに測る場合を正とする。

【００６３】式（７）は、書き換えると、 sin(ω+ φ)118.136/Wy ≦１/ ｜2(n-1)θＳf βr ｜ ≦sin(ω+ φ)236.27/Wy・・・（８） となり、これをを満たせばよい。つまり、式（７）ある
いは（８）の条件を満足するように、分割方向（境界線
ｌの方向）等を設定することにより、色変調によるモア
レを除去できる。なお、図１５において、Ux，Uyは像面
（この場合には固体撮像素子８の光電変換面）における
Ｘ方向及びＹ方向の空間周波数を示す。

【００６４】上記トラップラインについて補足説明す
る。電気回路と同じように、光学系において、空間周波
数〔１mm当たりの物体（像）の明暗の繰返し数〕と強度
との関係を周波数特性と言う。そして、周波数特性を表
わすグラフのことをＭＴＦ（modulation transfer func
tion）と呼ぶ。

【００６５】レンズの場合は電気信号と異なり、信号に
相当する物体（像）が２次元なので、周波数平面で考え
る。図１５は周波数平面を示しており、周波数応答の大
きさを示す座標軸は紙面に垂直な方向になる（したがっ
て、図１５では各周波数における周波数応答の大きさは
分からない）。トラップラインとはＭＴＦ＝０、つまり
周波数応答がゼロになる点を結んだラインことである。
なお、ＰＡＬ方式のＴＶカメラ等の場合は、式（４），
式（７）の３．５８ＭＨｚを４．４３ＭＨｚで置き換え
ればよい。

【００６６】高品位テレビジョン（ＨＤ−ＴＶと略記）
のテレビカメラ、電子スコープ等の撮像装置の場合に
は、１ライン（走査線）当たりの有効サンプル数は１９
２０と定められているので（テレビ技術誌１９９１年１
月号Ｐ２０）、 0.75・(1920/Wx) ≦１/ ｜2(ｎ−1)θＳf βr ｜≦1.5 ・(1920/Wx) ・・・（９） であれば、輝度デジタルサンプリングのモアレは除去で
きる。色信号サンプリングのモアレを除去するには色デ
ジタルサンプル数が９６０と定められているので（同
誌）、 0.75・(960/Wx)≦１/ ｜2(ｎ−1)θＳf βr ｜≦1.5 ・(960/Wx) ・・・（１０） であればよい。

【００６７】固体撮像素子８の水平画素数ｎpxが１９２
０に対して不足している場合は、式（９），（１０）に
対して、 ｎpx/1920 ・・・（１１） を左，右の項に掛ければよい（本説明では、式（１１）
という場合には、式（９）あるいは（１０）にｎpx/192
0 を掛けた不等式を簡略的に意味する）。

【００６８】多面レンズ２を、２次元的にファイババン
ドルを配列して各ファイバで画素を伝送する光学部材と
してのイメージガイドを像伝送手段に用いたファイバス
コープと、ＴＶカメラ等の電子撮像系とを組み合わせた
場合のモアレ除去に使うには、図１６にファイババンド
ルの像の配列を示すように、各ファイバを俵積み状配列
（隣接するファイバ間の距離がそれぞれ等しい）による
ファイババンドル像におけるファイバ間隔をPfとすれば
（この場合、像としては固体撮像素子８上の実像を考え
ればよい）、 0.75/(Pf・sin 60°) ≦１/ ｜2(n −1)θＳf βr ｜ ≦1.5/(Pf ・sin 60°) ・・・（１２） であればよい。

【００６９】いくつかのファイバスコープと電子撮像系
とを組み合わせる場合には何れかのファイバスコープの
Pfあるいは、各ファイバスコープのPfのおよそ平均値が
式（１２）を満たせばよい。これは後に述べる式（２
２），（２３），（２４）のPfにつても適用され得る。

【００７０】 Uo ＝1/｜2(n −1)θＳf βr ｜ ・・・（１３） とすれば、ＭＴＦは、 ＭＴＦ＝cos （U/Uo・π/2） ・・・（１４） で与えられるので、式（１２）の等号がなりたてば、そ
の時の周波数1/(Pf ・sin 60°) におけるＭＴＦは０．
５となり、モアレを半分以下に抑えることができるので
ある。

【００７１】図９のような多面レンズ２を製作する場
合、金属型を作り、プラスチック成形、ガラス成形で作
ることが多い。あるいは平面基板に不均一にコーティン
グを行なって製作してもよい。このような時、図１７
（ａ）中に一点鎖線で囲んだ多面レンズ２の２つの斜面
の境界部分の面形状は設計値通りの形にならず、乱れた
ものとなる。この多面レンズ２におけるマージナル光線
の占める面積をＳm とすると（図１７（ａ）で点線で囲
んだ部分）、乱れた部分の占める面積Ｓα（傾斜をつけ
た図１７（ａ）の部分）は、 Sα/Sm ＜0.3 ・・・（１５） であることが望ましい。

【００７２】これを越えると画像にフレアがかかり実用
上良くない。また、リレーレンズ、繊維数の多いイメー
ジファイバを用いた高級な光学性能の内視鏡等では、 Sα/Sm ＜0.12 ・・・（１６） とすれば、さらにコントラストのよい画像が得られる。
以上は、実験的に図９の片面多面レンズ２を用いて確か
めたことである。この時、不良部分Ｓαの面形状のズレ
の最大値は１０μ以下であった。

【００７３】図１８（ａ）に面形状が乱れた部分の詳細
図を示した。また、図１８（ｂ）は面相互にズレがある
場合での面形状が乱れた部分の詳細図を示す。図１８
（ａ）は例えば図１８（ｃ）において、線Ａに沿った断
面、図１８（ｂ）は線Ｂに沿った断面のような状況を表
わしている。つまり、図１８（ａ）は２つの傾斜面が同
じ高さの部分、図１８（ｂ）は高さが違う部分を示す。

【００７４】本来なら線Ａに沿う断面は一直線のはずで
あるが、図１８（ａ）のように真ん中に凹みができてし
まう。また、線Ｂに沿う断面は四角くなるはずである
が、図１８（ｂ）のように角が変形してしまう。まず、
図１８（ａ）の場合での面形状が乱れている部分という
のは、次のように定義される。境界線から離れた部分を
なめらかに延長して得られる面からのズレ量Ｈαがλを
利用するその波長の平均値として、 Ｈα＞λ ・・・（１７） であるか、あるいは、面上のその点における接平面の、
上記なめらかに延長して得られる面とのなす角αが、 α＞１° ・・・（１８） である部分を面形状が乱れている部分と呼ぶ。

【００７５】図１８（ｂ）のように面相互のズレがある
場合は、それぞれの面のなめらかな延長（図の点線）か
らのズレでＨαを定義する。αも同様である。２つの面
同志の面のズレ（図１８（ｂ）のＧ）は、 Ｇ＜１０μ ・・・（１９） を満たすことが望ましい。この値をＧが越えると、明る
い点状の物体等を見た時、物体のまわりに輝線が強く出
るので好ましくない。

【００７６】後記する本発明で使用するローパスフィル
タは有効径のサイズが大きくなるにつれて２つの傾斜面
の高さの差が大きくなるものとなるが、内視鏡に用いら
れる場合は瞳の大きさがせいぜい７mmφ程度なので、ロ
ーパスフィルタの大きさもこの程度になる。その場合、
式（１９）の条件を満足することが好ましい。

【００７７】面形状の乱れた部分を光が通過することに
よるフレアを防ぐために図１７のおよそＳαの部分に光
を通さない物質をつけてもよい。そのような物質として
は、ＣｒＯ₂ −Ｃｒ−ＣｒＯ₂ コート、あるいは、黒塗
料等が考えられる。この光の遮蔽部分は、多面レンズ２
の反対側の面の、略Ｓαを覆う位置に設けてもよく、図
１７（ｂ）にコートにより光遮蔽部２３を設けた例を示
した。

【００７８】同様に面形状の乱れを避けるために、図１
９に示すように、境界線の部分をマージナル光束に対し
て偏心させてもよい。このようにすると、マージナル光
束が太い場合には、面形状の乱れた部分ＳαがＳm に対
し小さくなるので問題なく（図１９のＡ）、かつ、Ｓm
が小さい時（図１９のＢ）は境界線ｌが光束の外へ出る
ので、モアレ除去機能はなくなるが、画像のコントラス
トは保つことができる。

【００７９】境界線の偏心量ｅは、 ｅ／Ｄa ≦0.25 ・・・（２０） を満たすことが望ましい。これを越えると、図１９のＡ
の状態でもモアレ除去機能が低下してくる。

【００８０】あるいは、図２０に示すように、多面レン
ズ２の中心部分に面の境界がこないように、面を３つの
面部分（つまりａ部，ｂ部、と中心付近のｅ部）に分け
てもよい。これは多面レンズ２の型を作る時、両面の研
削後中心部分のみ研磨して、面の乱れを除去したｅ部を
形成するようにしてもよい。この時、３つの面部分の分
割の境界は必ずしも明瞭でなくてもよい。

【００８１】あるいは、図１７（ａ）のＳαの領域に相
当する型の部分を、再研磨又は研削等で平滑にして、設
計値の形状よりも高い型の部分を除去してもよい。図１
７，図１９，図２０の例は瞳径の変化するテレビカメ
ラ、電子スコープ、アダプタ、硬性内視鏡、ファイバス
コープ等と組み合わせた場合、特に効果が大きい。

【００８２】多面レンズ２を光学系中に置く場合、瞳近
傍がよいことはすでに述べたが、さらに詳しく考察して
みる。図２１に瞳と多面レンズ２の配置関係を示す。図
２１でｈm ，ｈc はそれぞれ多面レンズ２の多面レンズ
面におけるマージナル光線高、軸外光線の主光線高であ
る。ここで、 ｜ｈc/ｈm ｜＜0.8 ・・・（２１） を満たすことが望ましい。式（２１）を越えてｈc が大
きくなると、軸外光束が多面レンズ２の２つの面を通過
する面積の比率が大きく異なることになり、モアレ除去
機能が減少するからである。式（２１）を満たさない場
合でも、瞳近くの位置に多面レンズ２を移動設定すれ
ば、式（２１）を満たすようにでき、瞳位置付近に設定
することが望ましい。

【００８３】なお、多面レンズ２は光軸Ｏに対して直交
していなくてもよく、ゴースト除去のために１０数度程
度までは傾けて配置してもよい。以上述べた先願公報第
１実施例の変形例によれば、モアレ除去の条件式を満た
すように設定することにより、固体撮像素子８の画素の
配列と、サンプリング周期等に伴うモアレが発生する場
合に対しても、ねじれの関係にある傾斜面を備えた光学
的なローパスフィルタ機能が大きい片面多面レンズ２を
採用しているので、フォーカス状態で固体撮像素子８の
撮像面に結像される像はもとより、デフォーカスで結像
された像に対しても、モアレを十分に除去できる（特開
平３ー２４８６９５号公報に開示された点対称の光学フ
ィルタよりも大きなモアレ除去機能が大きい）。

【００８４】したがって、カラーモニタ１０に表示され
る内視鏡画像はモアレが除去された画質の良いものとな
る。また、水晶フィルタを用いた場合よりもはるかに低
コストで実現できる。

【００８５】次に、片面多面レンズ２よりフィルタ機能
を大きくできる両面多面レンズ１及びこの両面多面レン
ズ１を用いた先願公報第１実施例の内視鏡装置について
説明する。図８は先願公報の第１実施例に用いられる両
面多面レンズ１で、片面多面レンズ２のＢ面と同様、プ
ロペラのようにねじれた２つの分割面を両面に有する。
つまり、図８（ａ）に示すようにこの両面多面レンズ１
のＡ面には片面多面レンズ２と同様に２つの傾斜面のａ
部とｂ部とが殆ど光軸Ｏを共有し、これに直交するよう
に通る境界線ｌa の両側に半円形状で形成されている。

【００８６】また、図８（ｂ）に示すように他方のＢ面
に片面多面レンズ２と同様に２つの傾斜面のｃ部とｄ部
とが殆ど光軸Ｏを共有し、これに直交するように通る境
界線ｌb の両側に半円形状で形成されている。また、図
８（ｃ）の右側に示すようにＡ面側の境界線ｌa とＢ面
側の境界線ｌb とは殆ど直交するように形成されてい
る。

【００８７】Ａ面における２つの斜面の殆ど中心に立て
た法線はねじれの関係にあり、相互に角θa だけ傾いて
いる。Ｂ面においても、２つの斜面の殆ど中心に立てた
法線はねじれの関係にあり、相互に角θb だけ傾いてい
る。

【００８８】このようにねじれの関係になるように形成
したことにより、上述のようにピントがずれたデフォー
カス状態の像の場合でもローパスフィルタの機能を十分
に残すことができるようにしている。図８ではこの角θ
a ，θb は、例えばθa ＝θb ＝２′４０″に設定され
ている。

【００８９】この両面多面レンズ１のＡ面の形状データ
は光軸Ｏの方向をＺ軸に、このＺ軸に垂直な面内にＸ軸
及びＹ軸を、例えばａ部とｂ部の境界方向をＸ軸に設定
した場合には以下のようになる。

【００９０】ａ部はＹがゼロ又は正の範囲（つまり、Ｙ
≧０）で、ａ部の面はＺ＝Ｐ・Ｘ、ｂ部はＹが負の範囲
（つまり、Ｙ＜０）で、ｂ部の面はＺ＝−Ｐ・Ｘであ
る。ここで、傾斜面を表すパラメータＰは、例えばＰ＝
tan １′２０″≒０．０００４である。また、この両面
多面レンズ１のサイズは図８（ｃ）に示すように直径が
φ８ｍｍで、また、厚みＴo は例えばＴo ＝１ｍｍであ
り、さらに屈折率ｎは例えばｎ＝１．５１６３３であ
る。

【００９１】なお、図８（ｃ）の右側は平面図、左側は
側面図である。また、図８（ｃ）に示すようにＡ面には
この光学素子の向きを判別するためのマークＭが付けて
ある。

【００９２】なお、両面多面レンズ１の角θa ，θb は
等しくなくてもよく、組み合わせるいくつかのファイバ
スコープのＰf の値の範囲、固体撮像素子８のＰx ，Ｐ
y ，Ｎ，Ｍ等に合せて適当に選べばよい。

【００９３】この時、角θを角θa 又はθb で置き換え
た式（２），式（３），式（５），式（７），式
（８），式（９），式（１０），式（１１）の少なくと
も２つを角θa 又はθb が満たすように設定することが
望ましい。その効果は図９の変形例に類似の効果を有す
ると共に、両面とも異なるフィルタ機能を持たせること
ができるので、観察等の際に画質を低下する原因をより
多く除去でき、片面多面レンズ２に比べてその効果が大
きい。また、変形例の場合と同様に、同等の作用効果を
持つ水晶フィルタに比べはるかに安くできる。

【００９４】両面多面レンズ１のＡ，Ｂ面は、式（１
５），式（１６），式（１９），式（２０），式（２
１）の少なくとも１つをそれぞれ満たすことように設定
することが望ましい。その効果は図９の片面多面レンズ
２と同じである。

【００９５】両面多面レンズ１のＭＴＦは片面それぞれ
のＭＴＦの積で与えられる。したがって、この両面多面
レンズ１ではトラップラインを増大でき、よりローパス
フィルタ機能を増すことができる。これは特にモアレの
強く出るファイバスコープとテレビカメラとを組合せる
場合に有効であり、図２２はそのような構成の光学装置
（より詳しくは撮像機能を備えた撮像装置）の先願公報
第１実施例の内視鏡装置３１を示す。

【００９６】この内視鏡装置３１は照明光学系と観察光
学系とを備えた軟性内視鏡となるファイバスコープ３２
と、このファイバスコープ３２に着脱自在で装着され、
撮像レンズを内蔵した撮像レンズアダプタ３３と、この
撮像レンズアダプタ３３に着脱自在で装着され、撮像手
段を内蔵したテレビカメラ３４と、ファイバスコープ３
２の照明光伝送手段に照明光を供給する光源装置３５
と、テレビカメラ３４に内蔵されたＣＣＤ等の固体撮像
素子８に対する信号処理を行うＣＣＵ３６と、このＣＣ
Ｕ３６に接続され、映像信号を表示するカラーモニタ３
７とから構成される。

【００９７】ファイバスコープ３２は可撓性を有し、体
腔内等に挿入される軟性で細長の挿入部４１と、この挿
入部４１の後端に形成され、図示しない湾曲操作手段等
が設けられた太幅の操作部４２と、この操作部４２の後
端に形成された接眼部４３とから構成され、この操作部
４３からライトガイドケーブル４５が延出され、光源装
置３５に着脱自在で接続される。

【００９８】光源装置３５内のランプ４６の白色の照明
光はライトガイドケーブル４５内のライトガイド４７に
照明光を供給する。そして、挿入部４１の先端部の照明
窓に取り付けた先端面から伝送した照明光を前方に出射
して、患部等の被写体を照明する照明光学系が形成され
ている。

【００９９】この先端部には照明窓に隣接して形成され
た観察窓に対物レンズ４８が取り付けてあり、この対物
レンズ４８により照明された被写体の像を結ぶ。この結
像位置にはファイバを束ねたファイババンドルで形成さ
れた像伝送機能を有するイメージガイド４９の先端面が
配置され、挿入部４１内を挿通されたこのイメージガイ
ド４９により後方側の後端面に像を伝送する。この後端
面に伝送された像は接眼部４３の接眼窓に設けた接眼レ
ンズ５０を介して肉眼で観察することができる観察光学
系が形成されている。

【０１００】この接眼部４３に撮像レンズアダプタ３３
を介してテレビカメラ３４が装着された場合には、像伝
送光学系としてのイメージガイド４９によって伝送され
た像は接眼レンズ５０、撮像レンズアダプタ３３内のア
イリス５２、第２の両面多面レンズ５１、撮像レンズ５
３、テレビカメラ３４内に配置した第１の両面多面レン
ズ１を介して、モザイクフィルタ等の色分離フィルタを
有する固体撮像素子８に像を結ぶ撮像手段（あるいは撮
像装置）が形成されている。上記固体撮像素子８で光電
変換された撮像信号はＣＣＵ３６によって標準的な映像
信号に変換され、カラー表示手段となるカラーモニタ３
７にカラーの映像を表示する。

【０１０１】このＣＣＵ３６は例えば輝度信号を１フレ
ーム期間積分して明るさの平均値となる調光のための調
光信号を生成し、撮像レンズアダプタ３３内のアイリス
５２の開閉量を変えるアイリス駆動装置５４に出力す
る。そして、輝度信号の平均レベルが高い場合にはアイ
リス５２を絞り、逆に低い場合にはアイリス５２を開く
ように制御、つまりオートアイリス制御機構を形成する
ことにより、カラーモニタ３７に表示される内視鏡画像
の明るさを常時観察に適した明るさとなるように自動制
御している。

【０１０２】この先願公報第１実施例における第１の両
面多面レンズ１はＡ面及びＢ面の多面レンズ面がそれぞ
れ式（２）（又は（３））と式（４）（又は（５）、あ
るいは（７）又は（８））とを満たすように設定してモ
ザイクフィルタによるモアレと色信号の変調によるモア
レとを除去するように設定されている。

【０１０３】また、第２の両面多面レンズ５１はＡ面及
びＢ面の多面レンズ面のそれぞれが式（１２）を満たす
ように設定され、図１６に示すようにファイババンドル
の像のファイバ間隔Ｐf に起因するモアレを２次元方向
で除去するように設定されている。

【０１０４】この第２の両面多面レンズ５１は後述する
図２７のように設定し、図２８のようにトラップライン
を設定して各ファイバのクラッド部分が黒く目立つファ
イバスコープ画像におけるクラッド部分を消去するよう
に設定してもよい。また、第２の両面多面レンズ５１の
代わりに片面多面レンズ２を用いて、式（１２）を満た
すように設定してもよい。

【０１０５】この先願公報第１実施例の内視鏡装置３１
によれば、片面多面レンズ２を用いた変形例と同様に、
フォーカス状態での画像はもとより、デフォーカス状態
での画像に対しても十分にモアレ等を除去する機能を有
するので、患部等を観察した場合にもモアレ等ない質の
良い画像を得ることができる。

【０１０６】また、この実施例では、両面に多面レンズ
が形成されているので、片面多面レンズ２を用いた変形
例の場合よりも、画質を低下させる原因をより多く解消
できるので質の良い画像が得られる。また、水晶フィル
タを用いた場合よりもはるかに低コストで同様の効果を
得ることが可能である。

【０１０７】図２２に示す先願公報第１実施例におい
て、撮像レンズアダプタ３３を交換して、両面多面レン
ズ５１の代わりに、カバーグラス５５を設けた撮像レン
ズアダプタ５６を取り付け、モアレの発生の小さいリレ
ーレンズ系を用いた硬性内視鏡５と組合せてもよい。

【０１０８】このようにすると、撮像レンズアダプタ３
３を撮像レンズアダプタ５６に交換するだけで、最適な
ローパスフィルタ機能を備えた内視鏡装置６０を実現で
きる。図２３はそのような内視鏡装置３１及び６０を実
現できる本発明の光学装置の第２実施例の内視鏡システ
ム６１の構成図（光源装置は省略）を示す。

【０１０９】図２３において、実線で示すものが内視鏡
装置６０であり、この内視鏡装置６０は図２２において
ファイバスコープ３２の代わりに硬性内視鏡５が使用さ
れ、これに応じて撮像レンズアダプタ３３を撮像レンズ
アダプタ５６に交換した構成であり、撮像レンズアダプ
タ５６には共用されるテレビカメラ３４が着脱自在で装
着されるようになっている。

【０１１０】この内視鏡装置６０においても、モザイク
フィルタによるモアレと色信号の変調によるモアレとを
除去することができ、質の良い画像が得られる。なお、
硬性内視鏡５は例えば図１０に示すものと基本的に同じ
構成である。

【０１１１】図２４は先願公報の光学装置の第３実施例
のファイバスコープ７０を示す。このファイバスコープ
７０では、接眼レンズ５０の瞳近傍に両面多面レンズ７
１を設けている。この両面多面レンズ７１のθa ，θb
は、 0.75/Pf ≦１/ ｜2(ｎ−1)θa Ｓf βr ｜≦1.5/Pf ・・・（２２） 0.75/Pf ≦１/ ｜2(ｎ−1)θb Ｓf βr ｜≦1.5/Pf ・・・（２３） を満たし、かつ、境界線ｌa ，ｌb のなす角ψが、 45°≦ψ≦75° ・・・（２４） を満たすように設定して、ファイババンドルの配列の基
本空間周波数を全て消すことができるようにしている。
なお、ここでβr は多面レンズ７１より結像面の位置ま
での間の接眼レンズ５０の倍率、Ｓf は多面レンズ７１
から前方の接眼レンズ５０で作られる像の多面レンズ７
１からの距離である。

【０１１２】つまり、図２５（ａ），（ｂ）に示すよう
に、ファイババンドルの並び（つまり水平方向への配列
方向Ｊ及び斜め上方向への配列方向Ｋ）と平行となるよ
うに、両面多面レンズ７１の境界線ｌa ，ｌb の方向を
設定している（境界線ｌa は方向Ｊと平行，境界線ｌb
は方向Ｋと平行）。したがって、ファイババンドルの水
平方向への配列方向Ｊと斜め上方向への配列方向Ｋのな
す角Ψと、境界線ｌa，ｌb のなす角ψは等しい（ψ＝
Ψ）。

【０１１３】この時のファイババンドルの像の空間周波
数スペクトル（丸印）と両面多面レンズ７１によるトラ
ップライン（点線）の様子を図２６に示した。なお、ラ
ンダム配列のイメージファイバの場合はPfとしては平均
値をとればよい。あるいは、図２４において、両面多面
レンズ７１の代わりに図８に示した両面多面レンズ１を
採用した第１の変形例の構成にしてもよい。

【０１１４】つまり、図２７（ｂ）のファイババンドル
の配列に対し、図２７（ａ）のように境界線ｌa ，ｌb
を直交させた図８に示す両面多面レンズ１を、境界線ｌ
a がＪと平行となるように配置してもよい。この時、角
θa ，θb の一方は、式（２２）又は（２３）を満たす
とよく、角θa ，θb の残りの方については式（１２）
のθをθa 又はθb で置き換えた式を満たすとよい。

【０１１５】この時のファイババンドルの像の空間周波
数スペクトル（丸印）と両面多面レンズ１によるトラッ
プライン（点線）の様子を図２８に示した。図２８に示
すように、ファイババンドルの基本周波数を０近くに落
とすことができるので、クラッド部が目立たず、ＴＶカ
メラと組み合わせたモアレも目立たない。

【０１１６】なお、図１０あるいは図２５、図２７の実
施例では、多面レンズのＭＴＦが０になるトラップライ
ンはＸ軸又はＹ軸に平行であったが、ファイバスコープ
にテレビカメラを取り付けた時のモアレ除去、クラッド
部の暗部除去、あるいはファイバスコープでの肉眼観察
時のクラッド部の暗部除去のためには必ずしも平行でな
くてもよい。

【０１１７】図２９（ａ）に示すように、境界線ｌa ，
ｌb をＸ軸に対して±４５°に配置し、図２９（ｂ）に
示すように、ファイバの基本周波数（又は、高次の周波
数）の点（図の丸印）の近傍をトラップライン（点線）
が通るようにすればよい。

【０１１８】また、図３０に示す先願公報の光学装置の
第４実施例の構造にして、例えばファイバスコープでの
肉眼観察時のクラッド部の暗部除去を行うようにしても
よい。つまり、図３０に示す暗部除去用接眼アダプタ７
５のように、この接眼アダプタ７５に収納した例えば両
面多面レンズ１を回転できるようにしてローパスフィル
タ機能を可変としてもよい。

【０１１９】既存のファイバスコープ（例えば図２２の
符号３２）の接眼部４３に接眼アダプタ７５の取り付け
部となるリング状枠体７６の先端側を外嵌し、固定ネジ
７７で（接眼アダプタ７５を着脱自在で接眼部４３に）
固定することができるようにしている。この枠体７６の
後端側には両面多面レンズ１が取り付けられたレンズ枠
７８が枠体７６の後端側の内周面に嵌合して回転自在に
収納されている。

【０１２０】この枠体７６には溝７６ａが周方向に９０
°以上の範囲で形成され、レンズ枠７８に突設されたピ
ン７８ａがこの溝７６ａを貫通して突出している。この
溝７６ａから突出するピン７８ａの突出部を回転するこ
とにより、両面多面レンズ１を回転できる。

【０１２１】そして例えば図２７に示す基準位置（例え
ばピン７８ａが上方向に突出する状態）からピン７８ａ
を４５°回転すると、図２９（ａ）に示す状態に設定で
きる。さらに回転すると、図３１（ａ）の状態に設定で
きる。図３１（ａ）のように境界線ｌa ，ｌb を±４５
°以外の斜めの角度でＸ軸と交わらせる状態でも、図３
１（ｂ）のようにファイバの周波数成分（図中の丸印）
の近傍をトラップラインが通るようにすれば、ローパス
フィルタの機能が出せるものとなる。

【０１２２】この実施例によれば、既存のファイバスコ
ープ３２の接眼部４３に接眼アダプタ７５を装着するこ
とにより、観察の妨げになったり、画質を低下するクラ
ッド部の暗部を消去でき、観察に適した画像が得られ
る。このような多面レンズアダプタはＴＶカメラ、ＴＶ
アダプタに装着してもよい。

【０１２３】また、回転量を調節することにより、最も
観察に適した画像状態に設定できる。つまり、回転でき
ない固定された角度の位置（方位と記す）では、例えば
図２７（ａ）の状態で図２８のように暗部を除去できる
望ましい状態に設定できない場合とか、あるいは図２９
（ａ）の状態で図２９（ｂ）のように暗部を除去できる
望ましい状態に設定できない場合が有り得る。このよう
な場合においても、回転量を調節することにより、その
両面多面レンズ１で最も観察しやすい画像が得られる状
態に設定できる。

【０１２４】ところで、両面に多面レンズ部を設けた両
面多面レンズ１，５１、７１等において、これを全ての
撮像光学系に適用する場合、両側の境界線のなす角ψ
は、ψ≦３０°の場合、両側の面の屈折作用がキャンセ
ルしないよう注意する必要がある。つまり、 ψ≦30°かつ θa −θb ≠0 ・・・（２５） ここで、ψ＝０、かつ、θa −θb ＝０の状態というの
は、図３２のように１つの光束のＡ面、Ｂ面それぞれで
の屈折方向の差ψ≦３０°の時は角θa ，θb が２つの
面でキャンセルしてしまうことを指す。

【０１２５】ψ≧３０°の時は、角θa ，θb は殆ど自
由に選ぶことができる。なお、多面レンズ２又は両面多
面レンズ１を光束に対して偏心量を可変できるようにし
て、ローパスフィルタ機能を可変としてもよい。

【０１２６】図３３（ａ）は光学的ローパスフィルタの
機能と結像機能との両方を備えた先願公報第５実施例に
おける光学素子６２を示す。この光学素子６２はその一
方の面を多面レンズ６２Ａとして、ローパスフィルタ機
能を有し、他方の面を通常の凸レンズ６２Ｂ等のレンズ
形状にして、結像機能を有する。

【０１２７】また、両面多面レンズ１と類似の効果を持
つ多面レンズの形状として、図３３（ｂ）に示すように
片面に４分割で多面レンズを形成した多面レンズ６５の
ように４つの面が、扇風機の羽のようなかっこうにねじ
れた多面レンズ面６５Ａを一方の面に有し、さらに他方
の面を通常の凸レンズ６５Ｂのようにしてもよい。

【０１２８】このように光学的ローパスフィルタ機能と
レンズ機能の両方の機能を持たせることにより、新たに
レンズを設ける必要がなくなると共に、別々の光学部品
を組み立てたり、それらの調整をする手間を省くことも
できるので、結果的に大幅なコストダウンを可能にす
る。また、製品間のバラツキの少なくできるし、よりコ
ンパクト化できる。この光学素子６２は例えば接眼レン
ズ５０あるいは撮像レンズ５３等に用いることができ
る。多面レンズ６５の分割面の数は４つであるが、３
つ、５つ等いくらでもよい。

【０１２９】図３４は多面レンズ６８，６９を２枚、Ｍ
ＴＦの低下する方向を変えて配置した先願公報第６実施
例における光学系の一例を示すものであり、例えば図２
２において、両面多面レンズ５１及び撮像レンズ５３の
代わりに用いることができる。多面レンズ６８，６９の
片面は多面レンズ面６８Ａ，６９Ｂであり、他方の面に
は通常のレンズ面６８Ｂ、６９Ｂが形成されている。こ
の片面多面レンズを２枚配置した場合の光学系の機能は
図８の第１実施例における両面多面レンズ１と殆ど同じ
機能を持たせることができ、かつ両面に形成する場合に
比べて加工が容易な点が優れている。

【０１３０】また、多面でない他方の面をレンズ面６８
Ｂ，６９Ｂとすることにより、別体のレンズを設けなく
ても済むようにできる。さらに３枚以上の片面多面レン
ズを並べて配置して光学系を形成したり、１枚の両面多
面レンズと１枚以上の片面レンズとを組み合わせて光学
系を形成してもよい。また、１枚の片面多面レンズと１
枚以上の両面レンズとを組み合わせて光学系を形成して
もよい。

【０１３１】図３５（ａ）に示す変形例のように、両面
多面レンズ１の少なくとも一方の面の多面レンズ側の分
割面を非球面８１ａとした両面多面レンズ８１にして、
ＭＴＦをコントロールしてもよい。このようにすると、
ローパスフィルタ機能を自在に変えることができる。

【０１３２】また、図９の片面多面レンズ２に対して
も、図３５（ｂ）に示すように、その分割面（２つの傾
斜面）を非球面として、ＭＴＦあるいはローパスフィル
タ機能をコントロールするようにしてもよい。あるい
は、ファイバの繊維のクラッド部分が黒く目立つファイ
バスコープの、クラッド部分を消すために用いてもよ
い。形加工が困難ではあるが、片側の面は平面あるいは
球面、非球面でもよいので、光学系設計の自由度が増
え、高機能化することができる。この例についても、式
（１５），（１６），（１９），（２０），（２１）の
少なくとも１つは適用でき、前述の効果が得られる。図
３５（ｂ）の多面レンズをオートアイリス付カメラと組
み合わせれば、ローパスフィルタ機能を絞り径の変化と
共に変えることができ便利である。

【０１３３】図３６は先願公報の第７実施例における両
面多面レンズ８５を示す。両側の面の境界線ｌa ，ｌb
が、−Ｚ方向からみた時、光軸を外れて複数箇所に存在
する多面レンズ８５の例で、光束が太い時は光束が３つ
に分割されて結像し、絞り径が変化する光学系、あるい
は光学系の組み合わせにおいては光束が細い時は光束は
分割されないので、ローパスフィルタ機能を絞り径によ
って変えることができる点で優れている。なお、片側の
面は３つ以上に分割されていてもよい。

【０１３４】図３７は、面の分割境界線ｌと直角な方向
について、断面形状が非球面である多面レンズ８６の例
で、図９の変形例ではＭＴＦのトラップラインを平行な
一組しか得ることができないが、この実施例では図３７
（ｄ）のように境界線ｌに平行な方向にもＭＴＦを低下
させることができる。図３７（ａ），（ｂ），（ｃ）は
先願公報第８実施例における片面多面レンズ８６を示
す。図３７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す多面レンズ８
６では、トラップ数を増加するように非球面にされ、図
３７（ｄ）に示すような空間周波数特性を実現してい
る。この実施例では、実質的にその部分で皿の像を複数
に分割する機能を持っていることになるので、例えば途
中で変曲点のある非球面であったり、図３８に示すよう
に、多光軸の非球面（ａ）であったり、（ｂ），（ｃ）
のように山形の非球面等でもよい。

【０１３５】図３９は先願公報の第９実施例における片
面多面レンズ９２を示す。この片面多面レンズ９２は４
つの分割面を持つ例である。境界に段差ができない点で
図９，図３３（ｂ）とは異なる。この実施例についても
式（１５），（１６），（２０），（２１）の何れか少
なくもと１つを満たすことが望ましい。片面多面レンズ
９２の、隣合わない２面は、互いにプロペラのようにね
じれの関係にある。

【０１３６】図４０は変形例における片面多面レンズ９
４で、略平行に区分された分割面９４ａを持ち、各面９
４ａの法線方向を選ぶことでＭＴＦをコントロールする
ことができる。この例についても、式（１５），（１
６），（１９），（２０），（２１）の何れか１つを少
なくとも満たすことが望ましい。図４０のような多面レ
ンズ９４をプラスチック成型、ガラス成型等で作る場
合、幾つかの分割面は型が製作しやすいように型研削の
砥石が研削済みの面に当たらないように、図４０（ｂ）
のような形状が望ましい。

【０１３７】以上のようなローパスフィルタでは、光を
幾何光学的に扱ってきた。しかし、図８，図１８の例何
れにおいても、分割面同志の高さの差は１μ〜数μ程度
で、このような場合は、波動光学的な考察が必要にな
る。つまり、楔形プリズムのＭＴＦに加えて、位相フィ
ルタ的効果が多面レンズにはあるのである。例えば、図
４１は図８の実施例における両面多面レンズ１をＺ方向
に見た時の光路長Ｌo を示したものである。直線は光路
長Ｌo の等高線を示す。

【０１３８】 Ｌo ＝Ｔz(ｎ−1)/ λc ・・・（２６） ここで、Ｔz はＺ方向の両面多面レンズ１の厚さでＸ，
Ｙの関数である。また、ｎは両面多面レンズ１の屈折
率、λc は使用波長又はその平均である。

【０１３９】Ｔz は、具体的には以下のようになる。 Ｘ≧０，Ｙ≧０の時、Ｔz ＝（−Ｙ＋Ｘ）Ｐ＋Ｔo Ｘ≧０，Ｙ＜０の時、Ｔz ＝（−Ｙ−Ｘ）Ｐ＋Ｔo Ｘ＜０，Ｙ≧０の時、Ｔz ＝（Ｙ＋Ｘ）Ｐ＋Ｔo Ｘ＜０，Ｙ＜０の時、Ｔz ＝（Ｙ−Ｘ）Ｐ＋Ｔo ここで、Ｔo ＝１ｍｍで、Ｔo はＸ＝Ｙ＝０における両
面多面レンズ１の厚さを示す。

【０１４０】波動光学的なＭＴＦ Ｒ（Ux′，Uy′）
は、この時、およそ次式（２７）で与えられる。 Ｈ(X,Y) ＝Ａ(X,Y)exp[2πi Ｌo(X,Y)] ・・・（２７） で瞳関数を定義する。Ａ(X,Y) は瞳の振幅透過率であ
る。この瞳関数Ｈ(X,Y) を用いると、 Ｒ( Ux′, Uy′) ＝(1/C) ∬Ｈ(X,Y) Ｈ^* (X-Xo,Y-Yo)dXdY ・・（２８） ただし、積分は瞳全面にわたって行い、^* はＨ(X,Y) の
複素共役を表わす。また、C は規格化の定数である。

【０１４１】 Xo＝λc Ux′S ，Yo＝λc Uy′S ・・・（２９） ここで、S は多面レンズのローパスフィルタ効果のある
面を通過した後の、ローパスフィルタ効果のある面から
中間像（多面レンズの後ろ（射出側）のレンズ系がない
と仮定した場合に形成される像）までの距離である。そ
して、その中間像での空間周波数をUx′，Uy′で表わ
す。

【０１４２】中間像のファイババンドル像のファイバ間
隔をPf′で表わすと、式（１２），（２２），（２３）
に代って、 0 ＜Ｒ( Ux′，Uy′) ＜0.5 ・・・（３０） √( Ux′・Ux′＋Uy′・Uy′) ＝1/( Pf′sin 60°) ・・・（３１） を満たすようにＴz(X,Y)を選べば、ファイバスコープと
組み合わせたモアレを５０％以下に減少することができ
るのである。なお、式（３１）の左辺における√はの平
方根を表す。

【０１４３】式（３１）を満たす全てのUx′，Uy′に対
して式（３０）を満たす必要はなく、ファイババンドル
の像の基本の空間周波数スペクトル近傍の式（３１）を
満たすUx′，Uy′に対して式（３０）が満たされればよ
い。ここで、ファイバのみの製造誤差が数％程度、レン
ズの倍率誤差が数％なので、これらを合せてファイババ
ンドルの像の基本の空間周波数±１０％程度の範囲はそ
のスペクトル近傍を意味する。

【０１４４】同様に式（３）に代わって、式（３２）が
満たされればよい。 0 ＜Ｒ(1/PxM，Uy′) ＜0.5 ・・・（３２） ただし、Ｐx ′は上記中間像位置でのＸ方向の固体撮像
素子８の１画素の像寸法である。

【０１４５】同様に式（５）に代わって、式（３３）で
あればよい。 0 ＜Ｒ(40 ・3.58/Wy ′，Uy′) ＜0.5 ・・・（３３） Ｗy ′は上記中間像位置に換算した固体撮像素子８の有
効部分の垂直方向寸法である。

【０１４６】同様に式（９）に代って式（３４）であれ
ばよい。 0 ＜Ｒ(1920/Wx′，Uy′) ＜0.5 ・・・（３４） Wx′は上記中間像位置に換算した固体撮像素子８の有効
部分の水平方向寸法である。

【０１４７】同様に式（１０）に代って式（３５）であ
ればよい。 0 ＜Ｒ(960/Wx ′，Uy′) ＜0.5 ・・・（３５） 同様に水平方向画素数が不足の場合は、式（３４），
（３５）のＲの１番目の引数にｎpx/1920 を掛ければよ
い。

【０１４８】光路長Ｌo(X,Y)の関数型について考察す
る。光軸上では非点収差が発生しない方がよいが、その
ためにはＬo(X,Y)は、Ｚ軸まわりに３６０°／ｎr 回転
させた時、Ｌo(X,Y)と一致するとよい。ただし、ｎr は
自然数、かつ、 ｎr ≧3 ・・・（３６） である。両面多面レンズ１はｎr ＝４の例である。

【０１４９】以上のように波動光学的に多面レンズを扱
うことによって、より多様なローパスフィルタの性能を
引き出すことができる。

【０１５０】さて、以下に、本発明の結像光学装置の実
施例１、２について説明する。各実施例の構成パラメー
タは後記するが、その各実施例の構成パラメータにおい
ては、図１に示すように、光学系の基準面と記載された
１つの面（図１の場合は、絞り１０１の面）を偏心面の
原点として、軸上主光線１０２を物体中心（図では省
略）を出て、絞り１０１の中心を通る光線で定義し、物
体中心から光学系の第１面まで軸上主光線１０２に沿っ
て進む方向をＺ軸、このＺ軸と像面８中心を含む平面を
Ｙ−Ｚ平面とし、Ｙ軸をＹ−Ｚ平面内のＺ軸に直交する
方向に取り、物点から光学系第１面に向かう方向をＺ軸
の正方向とし、Ｙ軸の正方向を図の上方向（第１反射面
６で反射する方向）とする。そして、Ｙ軸、Ｚ軸と右手
直交座標系を構成する軸をＸ軸とする。

【０１５１】実施例１、２では、このＹ−Ｚ平面内で各
面の偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲面の
唯一の対称面をＹ−Ｚ面として構成している。そして、
偏心面については、その面の面頂位置の光学系の原点の
中心からのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量（そ
れぞれｘ、ｙ、ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面につ
いては、前記の（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸そ
れぞれを中心とする傾き角（それぞれα、β、γ）とが
与えられている。なお、その場合、αとβの正はそれぞ
れの軸の正方向に対しての反時計回りを、γの正はＺ軸
の正方向に対しての時計回りを意味する。

【０１５２】また、各実施例の光学系を構成する光学面
の中、特定の面とそれに続く面が同軸系を構成する場合
には面間隔が与えられており、その他、媒質の屈折率、
アッベ数が慣用法に従って与えられている。

【０１５３】また、自由曲面の面の形状は前記の式
（ａ）により定義し、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸
となる。なお、データの記載されていない非球面に関す
る項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８
７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単
位はｍｍである。

【０１５４】なお、自由曲面の他の定義式としてＺｅｒ
ｎｉｋｅ多項式がある。この面の形状は以下の式（ｂ）
により定義する。その定義式のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多
項式の軸となる。 Ｘ＝Ｒ×cos(A) Ｙ＝Ｒ×sin(A) Ｚ＝Ｄ₂ ＋Ｄ₃ Ｒcos(A)＋Ｄ₄ Ｒsin(A) ＋Ｄ₅ Ｒ² cos(2A)＋Ｄ₆ （Ｒ² −１）＋Ｄ₇ Ｒ² sin(2A) ＋Ｄ₈ Ｒ³ cos(3A) ＋Ｄ₉ （３Ｒ³ −２Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₁₀（３Ｒ³ −２Ｒ）sin(A)＋Ｄ₁₁Ｒ³ sin(3A) ＋Ｄ₁₂Ｒ⁴cos(4A)＋Ｄ₁₃（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）cos(2A) ＋Ｄ₁₄（６Ｒ⁴ −６Ｒ² ＋１）＋Ｄ₁₅（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）sin(2A) ＋Ｄ₁₆Ｒ⁴ sin(4A) ＋Ｄ₁₇Ｒ⁵ cos(5A) ＋Ｄ₁₈（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）cos(3A) ＋Ｄ₁₉（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₂₀（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）sin(A) ＋Ｄ₂₁（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）sin(3A) ＋Ｄ₂₂Ｒ⁵ sin(5A) ＋Ｄ₂₃Ｒ⁶cos(6A)＋Ｄ₂₄（６Ｒ⁶ −５Ｒ⁴ ）cos(4A) ＋Ｄ₂₅（１５Ｒ⁶ −２０Ｒ⁴ ＋６Ｒ² ）cos(2A) ＋Ｄ₂₆（２０Ｒ⁶ −３０Ｒ⁴ ＋１２Ｒ² −１） ＋Ｄ₂₇（１５Ｒ⁶ −２０Ｒ⁴ ＋６Ｒ² ）sin(2A) ＋Ｄ₂₈（６Ｒ⁶ −５Ｒ⁴ ）sin(4A) ＋Ｄ₂₉Ｒ⁶sin(6A)・・・・・ ・・・（ｂ） 以下に、実施例１、２について説明する。実施例１、２
の軸上主光線１０２を含むＹ−Ｚ断面図をそれぞれ図
１、図２に示す。各図中、１０１は絞り、１０２は軸上
主光線、１０３はローパスフィルタ、１０４は対物光学
系を構成する偏心プリズム光学系、１０５は偏心プリズ
ム光学系の第１面、１０６は第２面、１０７は第３面で
あり、１０８はＣＣＤ等の電子撮像素子の撮像面が配置
される像面、１０９は赤外線カットフィルタ、カバーガ
ラス等のフィルタ類である。これらの実施例は、１つの
対称面を有する回転非対称自由曲面を３面使用して構成
した例であり、物体側から、絞り１０１と、第１透過面
１０５、第１反射面１０６、第２反射面１０７、第２透
過面１０６からなり、第１反射面と第２透過面は同一の
面１０６でなり、第１反射面は全反射を利用しているた
め、全体が３面と少ない面で構成されている。

【０１５５】そして、図示しない物体から出た光線は、
絞り１０１近傍の物体側に配置されたローパスフィルタ
１０３を経て絞り１０１の開口を通り、偏心プリズム光
学系１０４の第１面１０５を透過して内部に入り、第２
面１０６で反射され、次いで第３面１０７で反射され、
今度は第２面１０６透過して偏心プリズム光学系１０４
の外へ出て、フィルタ類１０９を介して像面１０８に物
体像を結像する。

【０１５６】これらの実施例では、偏心した回転非対称
反射面を含む偏心プリズム光学系１０４の物体側に、絞
り１０１と、さらに、保護ガラスを兼ねるローパスフィ
ルタ１０３を設けている。ここで、ローパスフィルタ１
０３としては、特開平７−３２５２６９号公報に記載さ
れた多面レンズのようなローパスフィルタを用いる。な
お、絞り１より前側に波長選択あるいはＮＤフィルタを
配置することにより光量を制御する機能等、様々な機能
を付加することにより、空間の効率的な利用が可能であ
る。

【０１５７】本発明の図１のような構成の偏心プリズム
光学系１０４においては、バックフォースを十分に取る
のが困難になる場合があるため、偏心プリズム光学系１
０４の物体側の絞り１０１近傍にローパスフィルタ１０
３を配置するものである。そのローパスフィルタ１０３
としては、瞳分割により２重像を形成する低コストでデ
フォーカス状態でも有効な特開平７−３２５２６９号公
報において提案されているローパスフィルタが望ましい
が、特開平３ー２４８６９５号公報に開示された一方の
面が平面で他方の面が山形に形成されたローパスフィル
タでも、また、水晶ローパスフィルタ等公知のローパス
フィルタでももちろん使用可能である。このような瞳分
割により２重像を形成するローパスフィルタの配置位置
としては、偏心プリズム光学系１０４の焦点距離をｆと
すると、瞳（絞り１０１）位置からｆ／２以下の距離に
配置することが、ローパスフィルタの小型化、像面での
ローパス効果のむらを少なくする上で望ましい。

【０１５８】さて、実施例１の仕様は、水平半画角２
１．３２°、垂直半画角１６．３１°、入射瞳径１．７
８５ｍｍ、像の大きさ３．８３×２．９３ｍｍである。
また、実施例２の仕様は、水平半画角２１．３２°、垂
直半画角１６．３１°、入射瞳径１．７８５ｍｍ、像の
大きさ３．９０×２．８９ｍｍである。なお、実施例
１、２は像の大きさは約４×３ｍｍの１／４インチサイ
ズを想定して最適化したものであるが、もちろんその他
のサイズ等の場合も、全体を係数倍することにより適用
できることは言うまでもない。

【０１５９】なお、実施例１、２の構成パラメータは後
記するが、偏心量は、第３面からの偏心量として表して
おり、また、第８面は仮想面であり、第９面以降は赤外
線カットフィルタやカバーガラス等の各種光学部材（フ
ィルタ類９）を表している。

【０１６０】実施例１の軸上主光線が各面と交差する点
の近傍でのパワーは、偏心面内（Ｙ）が、第１透過面か
ら順に、0.183 、-1.497、2.654 、-0.275、それと直交
する方向（Ｘ）が、順に、-0.483、-1.057、2.426 、-
0.241であり、透過面のパワーを小さく、反射面のパワ
ーを大きくとって、反射面で発生する収差が小さくなる
点を有効に利用すると共に、透過面で発生する色収差の
低減を図っている。また、巨視的に見れば、物体側から
負正のレトロフォーカスタイプのパワー配置になってお
り、また、実施例１では、実施例２と比較して、第１透
過面のパワーを負に、若しくは、小さな正とし、第１反
射面の負のパワー及び第２反射面の正のパワーを強める
ことにより、長いバックフォーカスを確保している。

【０１６１】実施例１の各画角に対する横収差状況を図
３に、歪曲収差の状況を図４に示す。横収差を表す図３
において、括弧内に示された数字は（水平（Ｘ方向）画
角，垂直（Ｙ方向）画角）を表し、その画角における横
収差図を示す。図１の断面図や図３、図４の収差図から
も明らかなように、実施例１は、水平画角が４２．６°
と広いにもかかわらず、大きさが約８×６×６ｍｍと小
さな１ブロックからなる簡単な構成で、しかも良好な光
学性能を達成し得ている。以下、上記実施例１、２の構
成パラメータを示す。

【０１６２】 実施例１ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 1.50 1.5163 64.2 2 ∞ 0.75 3 ∞（絞り） （基準面） 4 自由曲面[1] 偏心(1) 1.8061 40.9 5 自由曲面[2] 偏心(2) 1.8061 40.9 6 自由曲面[3] 偏心(3) 1.8061 40.9 7 自由曲面[2] 偏心(2) 8 ∞ 0.00 偏心(4) 9 ∞ 1.00 1.5163 64.1 10 ∞ 0.40 1.5163 64.1 像 面 ∞ 自由曲面[1] Ｃ₅ 1.3831×10^-2 Ｃ₇ -3.6090×10^-2 Ｃ₈ -7.3679×10^-3 Ｃ₁₀ 1.5720×10^-3 自由曲面[2] Ｃ₅ 2.5299×10^-2 Ｃ₇ 1.7622×10^-2 Ｃ₈ -8.4559×10^-4 Ｃ₁₀ 2.4760×10^-4 自由曲面[3] Ｃ₅ -4.4848×10^-2 Ｃ₇ -4.0459×10^-2 Ｃ₈ 5.2867×10^-4 Ｃ₁₀ 4.0114×10^-4 Ｃ₁₂ -1.0522×10^-4 Ｃ₁₄ -2.5073×10^-4 Ｃ₁₆ -1.0204×10^-4 Ｃ₁₇ 1.2722×10^-5 Ｃ₁₉ 2.1529×10^-5 Ｃ₂₁ 4.3005×10^-6 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 0.803 α 15.34 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) ｘ 0.000 ｙ 0.333 ｚ 3.551 α -40.74 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) ｘ 0.000 ｙ 3.101 ｚ 3.473 α 109.99 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ -2.637 ｚ 7.430 α -56.89 β 0.00 γ 0.00 。

【０１６３】 実施例２ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 1.50 1.5163 64.2 2 ∞ 0.75 3 ∞（絞り） （基準面） 4 自由曲面[1] 偏心(1) 1.5400 59.4 5 自由曲面[2] 偏心(2) 1.5400 59.4 6 自由曲面[3] 偏心(3) 1.5400 59.4 7 自由曲面[2] 偏心(2) 8 ∞ 0.00 偏心(4) 9 ∞ 1.50 1.5163 64.2 10 ∞ 0.75 1.5163 64.2 像 面 ∞ 自由曲面[1] Ｃ₅ 5.5611×10^-2 Ｃ₇ 7.3954×10^-2 Ｃ₈ -2.2062×10^-3 Ｃ₁₀ -9.3451×10^-3 自由曲面[2] Ｃ₅ 7.1877×10^-4 Ｃ₇ 1.4712×10^-2 Ｃ₈ -3.4549×10^-4 Ｃ₁₀ -3.3241×10^-3 自由曲面[3] Ｃ₅ -2.4606×10^-2 Ｃ₇ -3.6544×10^-2 Ｃ₈ 7.8613×10^-4 Ｃ₁₀ -2.4000×10^-4 Ｃ12 2.2952×10^-4 Ｃ14 9.1669×10^-4 Ｃ16 1.2169×10^-4 Ｃ17 1.8425×10^-5 Ｃ19 7.3383×10^-5 Ｃ21 4.7013×10^-5 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 0.815 α 23.06 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) ｘ 0.000 ｙ 0.433 ｚ 3.776 α -36.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) ｘ 0.000 ｙ 3.776 ｚ 3.290 α 118.34 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ 1.487 ｚ 5.797 α -44.31 β 0.00 γ 0.00 。

【０１６４】なお、図１、図２のような偏心プリズム光
学系１０４において、瞳位置が第１面１０５の物体側で
なく、その内部に位置する場合には、その瞳位置近傍に
ある透過作用のある面あるいは反射作用のある面を特開
平７−３２５２６９号公報の記載に基づいて多面形状に
すれば、モアレ縞等を防止するローパス機能を得ること
ができる。図５に、偏心プリズム光学系１０４の第１透
過面１０５を複数の面の法線が光軸１０２に関してねじ
れの関係にありローパス機能を有する多面形状にした場
合の模式的斜視図を示す。

【０１６５】さて、以上のような本発明の結像光学装置
は、例えばＣＣＤを撮像素子とする小型ＴＶカメラのよ
うな撮像装置に用いられる。図６に電子撮像素子として
ＣＣＤ１１１を用いた本発明の結像光学装置を撮像装置
に組み込んだ構成の概念図を示す。この例の場合、対物
光学系１１０は、偏心プリズム光学系１０４を絞り１０
１より像側に配置された後群とし、絞り１０１の物体側
に屈折光学系からなる前群１２０を備えたなるものであ
り、物体像は前群１２０、ローパスフィルタ１０３、後
群１０４を介して像面に配置されたＣＣＤ１１１上に結
像され、その物体像はＣＣＤ１１１によって映像信号に
変換され、その映像信号は処理手段１１２により電子フ
ァインダーとして作用するＣＲＴ１１３上に直接表示さ
れると共に、撮像装置に内蔵した記録媒体１１４中に記
録される。また、撮像装置はマイク１１５を備え、映像
信号記録と同時に音声情報記録も同様に行う。また、処
理手段１１２において、対物光学系１１０の歪曲収差や
倍率色収差の情報を記録媒体１１４あるいは処理手段１
１２に付属したメモリ等に予め保持しておき、その情報
をもとにデジタル画像処理技術を用いて光学系１１０で
発生する歪曲収差や倍率色収差を補正するようにすると
もできる。このような撮像装置において、本発明に基づ
き対物光学系１１０の構成要素数の低減、小型化によ
り、装置としての小型化やコストダウンが達成できる。

【０１６６】また、以上のような本発明の結像光学装置
は、図７（ａ）に示すような構成の電子内視鏡装置に用
いることができる。この電子内視鏡装置は、電子内視鏡
１７１と、照明光を供給する光源装置１７２と、その電
子内視鏡１７１に対応する信号処理を行うビデオプロセ
ッサ１７３と、このビデオプロセッサ１７３から出力さ
れる映像信号を表示するモニター１７４と、このビデオ
プロセッサ１７３と接続され映像信号等を記録するＶＴ
Ｒデッキ１７５、及び、ビデオディスク１７６と、映像
信号を映像としてプリントアウトするビデオプリンタ１
７７と共に構成されており、電子内視鏡１７１の挿入部
１７８の先端部１７９には、例えば図７（ｂ）に示すよ
うな本発明による結像光学装置が組み込まれ、直視電子
内視鏡として構成される。

【０１６７】図７（ｂ）において、直視電子内視鏡の撮
像装置は、偏心プリズム光学系１０４からなる対物光学
系とその像面に配置されたＣＣＤ１１１とからなり、偏
心プリズム光学系１０４の物体側に絞り１０１が位置
し、絞り１０１の像側にローパスフィルタ１０３が配置
されており、物体像はローパスフィルタ１０３、偏心プ
リズム光学系１０４を介してＣＣＤ１１１上に結像さ
れ、その物体像はＣＣＤ１１１によって映像信号に変換
され、その映像信号はビデオプロセッサ１７３によりモ
ニター１７４上に直接表示されると共に、ＶＴＲデッキ
１７５、ビデオディスク１７６中に記録され、また、ビ
デオプリンタ１７７から映像としてプリントアウトされ
る。

【０１６８】以上の本発明の結像光学装置は例えば次の
ように構成することができる。 〔１〕 対物光学系と、前記対物光学系によって形成さ
れる物体像面に配置された電子撮像素子とを有する結像
光学装置において、前記対物光学系は、物体中心を射出
して瞳中心を通り物体像中心に到達する光線を軸上主光
線とするとき、前記軸上主光線に対して面全体が傾くよ
うに偏心配置された少なくとも１つの反射作用面を有
し、前記反射作用面は、偏心により発生する回転非対称
な偏心収差を補正する回転非対称面形状を備え、かつ、
前記電子撮像素子に導かれる光束中の物体像に関する高
周波成分をカットする作用を持ったローパス部材を前記
反射作用面より物体側の瞳面近傍に配置したことを特徴
とする結像光学装置。

【０１６９】〔２〕 上記〔１〕において、前記対物光
学系は、屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞１）媒質
により形成されたプリズム部材を有し、前記プリズム部
材は、最も物体側に配置され光束をプリズム内部に入射
させる作用を持った第１面と、プリズム内部に入射した
光束を反射する前記の回転非対称面形状を備えた反射作
用面たる第３面と、光束をプリズム外部へ射出させる作
用を持った第２面との少なくとも３つの光学作用面を有
することを特徴とする結像光学装置。

【０１７０】〔３〕 上記〔２〕において、前記プリズ
ム部材は、物体からの光束を前記第１面から入射させ、
入射光束をまず前記第２面で反射させ、次に前記第３面
で反射させ、前記第２面から射出させるように形成され
ていることを特徴とする結像光学装置。

【０１７１】〔４〕 上記〔２〕又は〔３〕において、
前記第２面は、前記第１面からの入射光束を全反射作用
によって反射させることにより、反射作用と透過作用と
を併せ持つように構成されていることを特徴とする結像
光学装置。

【０１７２】〔５〕 上記〔２〕又は〔３〕において、
前記第２面は、ハーフミラーコーティングされた半透過
反射面であることを特徴とする結像光学装置。

【０１７３】〔６〕 上記〔２〕から〔５〕の何れか１
項において、前記第３面は、ミラーコーティングされた
反射鏡面であることを特徴とする結像光学装置。

【０１７４】〔７〕 上記〔２〕から〔６〕の何れか１
項において、前記ローパス部材は、前記前記プリズム部
材の前記第１面上に形成されていることを特徴とする結
像光学装置。

【０１７５】〔８〕 上記〔２〕から〔６〕の何れか１
項において、前記ローパス部材は、前記前記プリズム部
材の前記第１面よりも物体側に間隔をおいて離間して配
置された光学素子からなることを特徴とする結像光学装
置。

【０１７６】

〔９〕 上記〔７〕又は〔８〕において、
前記ローパス部材の少なくとも１つの面が、複数の面の
略中心に立てたそれぞれの法線の中の少なくとも２つが
光軸とねじれの関係にある空間周波数ローパスフィルタ
機能を持つ多面からなり、かつ、前記複数の面の境界線
が光学系の光軸に対して偏心していることを特徴とする
結像光学装置。

【０１７７】〔１０〕 上記〔７〕又は〔８〕におい
て、前記ローパス部材の少なくとも１つの面が、複数の
面の略中心に立てたそれぞれの法線の中の少なくとも２
つが光軸とねじれの関係にある空間周波数ローパスフィ
ルタ機能を持つ多面からなり、かつ、前記複数の面の境
界線付近が光を通さない物質で覆われていることを特徴
とする結像光学装置。

【０１７８】〔１１〕 上記〔７〕又は〔８〕におい
て、前記ローパス部材の少なくとも１つの面が、複数の
面の略中心に立てたそれぞれの法線の中の少なくとも２
つが光軸とねじれの関係にある空間周波数ローパスフィ
ルタ機能を持つ多面からなり、かつ、前記複数の面の境
界線付近の面形状不良部分の面積が式（１５）を満たす
ことを特徴とする結像光学装置。

【０１７９】〔１２〕 上記〔７〕又は〔８〕におい
て、式（２１）を満たす位置に前記ローパス部材配設し
たことを特徴とする結像光学装置。

【０１８０】〔１３〕 上記〔７〕又は〔８〕におい
て、式（１２）、かつ、式（２２）又は（２３）の何れ
かを満たすことを特徴とする結像光学装置。

【０１８１】〔１４〕 上記〔８〕において、前記ロー
パス部材は、片面が通常のレンズ面で、他方の面に光軸
に対し分割されたねじれの関係の２つ以上の傾斜面を有
する光学素子からなることを特徴とする結像光学装置。

【０１８２】〔１５〕 上記

〔９〕から〔１４〕の何れ
か１項において、分割された複数の面の少なくとも１つ
が球面又は非球面であることを特徴とする結像光学装
置。

【０１８３】〔１６〕 上記〔１〕から〔１５〕の何れ
か１項において、前記結像光学装置を電子カメラの撮像
システムとして配置したことを特徴とする電子カメラ。

【０１８４】〔１７〕 上記〔１〕から〔１５〕の何れ
か１項において、前記結像光学装置を電子内視鏡の撮像
システムとして配置したことを特徴とする電子内視鏡。

【０１８５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、モアレ縞の発生がなく、広い画角においても
収差の発生がなく、明瞭で歪みの少ない像を与える小型
の結像光学装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の結像光学装置の断面図であ
る。

【図２】本発明の実施例２の結像光学装置の断面図であ
る。

【図３】実施例１の横収差図である。

【図４】実施例１の歪曲収差図である。

【図５】本発明の変形例における偏心プリズム光学系の
模式的斜視図である。

【図６】本発明の結像光学装置を組み込んだ電子カメラ
の概念図である。

【図７】本発明の結像光学装置を組み込んだ電子内視鏡
の概念図である。

【図８】先願公報第１実施例に使用される両面多面レン
ズを示す図である。

【図９】先願公報第１実施例の変形例に使用される片面
多面レンズを示す図である。

【図１０】先願公報第１実施例の変形例の内視鏡装置の
構成図である。

【図１１】固体撮像素子の画素配列の説明図である。

【図１２】テレビカメラの撮像光学系を示す斜視図であ
る。

【図１３】片面多面レンズを用いた２重像によりモアレ
を除去する基本的な説明図である。

【図１４】デフォーカス状態においてもモアレ除去機能
を有することの説明図である。

【図１５】トラップラインにより色変調によるモアレの
発生を除去する作用を空間周波数平面で示す説明図であ
る。

【図１６】ファイババンドルの像の配列を示す説明図で
ある。

【図１７】多面レンズの境界付近の乱れた部分を示す説
明図である。

【図１８】図１７の乱れた部分を拡大等して示す図であ
る。

【図１９】多面レンズの境界を偏心して形成した様子を
示す説明図である。

【図２０】多面レンズの境界における中心付近を研削し
て平面にしたことを示す説明図である。

【図２１】多面レンズを瞳の付近に配置することが望ま
しいことを示す説明図である。

【図２２】先願公報第１実施例の内視鏡装置の全体構成
図である。

【図２３】先願公報の第２実施例のシステム構成図であ
る。

【図２４】先願公報の第３実施例のファイバスコープの
構造を示す説明図である。

【図２５】両面多面レンズの境界線の方向とファイババ
ンドルの配列を示す説明図である。

【図２６】先願公報の第３実施例によるクラッド部の暗
部除去作用を空間周波数平面で示す説明図である。

【図２７】先願公報の第３実施例の第１の変形例におけ
る両面多面レンズの境界線の方向とファイババンドルの
配列を示す説明図である。

【図２８】先願公報第３実施例の第１の変形例によるク
ラッド部の暗部除去作用を空間周波数平面で示す説明図
である。

【図２９】先願公報第３実施例の第２の変形例における
両面多面レンズの境界線の方向とクラッド部の暗部除去
作用を空間周波数平面で示す説明図である。

【図３０】先願公報第４実施例における暗部除去用接眼
アダプタを示す断面図である。

【図３１】接眼アダプタを回転した場合における両面多
面レンズの境界線の方向とクラッド部の暗部除去作用を
空間周波数平面で示す説明図である。

【図３２】両面多面レンズの境界線のなす角が特定の条
件を満たすとフィルタ機能がなくなることを示す説明図
である。

【図３３】先願公報第５実施例におけるレンズ機能とフ
ィルタ機能を有する光学素子を示す図である。

【図３４】先願公報第６実施例における光学系を示す図
である。

【図３５】先願公報第６実施例の変形例における光学素
子を示す図である。

【図３６】先願公報第７実施例における両面多面レンズ
を示す図である。

【図３７】先願公報第８実施例における片面多面レンズ
を示す図である。

【図３８】先願公報第８実施例の変形例における片面多
面レンズを示す図である。

【図３９】先願公報第９実施例における片面多面レンズ
を示す図である。

【図４０】先願公報第９実施例の変形例における片面多
面レンズを示す図である。

【図４１】両面多面レンズにおける光路長を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０１…絞り １０２…軸上主光線 １０３…ローパスフィルタ １０４…偏心プリズム光学系 １０５…偏心プリズム光学系の第１面 １０６…偏心プリズム光学系の第２面 １０７…偏心プリズム光学系の第３面 １０８…像面 １０９…フィルタ類 １１０…対物光学系 １１１…ＣＣＤ １１２…処理手段 １１３…ＣＲＴ １１４…記録媒体 １１５…マイク １２０…前群 １７１…電子内視鏡 １７２…光源装置 １７３…ビデオプロセッサ １７４…モニター １７５…ＶＴＲデッキ １７６…ビデオディスク １７７…ビデオプリンタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物光学系と、前記対物光学系によって
   形成される物体像面に配置された電子撮像素子とを有す
   る結像光学装置において、 前記対物光学系は、物体中心を射出して瞳中心を通り物
   体像中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、前記
   軸上主光線に対して面全体が傾くように偏心配置された
   少なくとも１つの反射作用面を有し、 前記反射作用面は、偏心により発生する回転非対称な偏
   心収差を補正する回転非対称面形状を備え、かつ、 前記電子撮像素子に導かれる光束中の物体像に関する高
   周波成分をカットする作用を持ったローパス部材を前記
   反射作用面より物体側の瞳面近傍に配置したことを特徴
   とする結像光学装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記対物光学系は、
   屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞１）媒質により形
   成されたプリズム部材を有し、 前記プリズム部材は、最も物体側に配置され光束をプリ
   ズム内部に入射させる作用を持った第１面と、プリズム
   内部に入射した光束を反射する前記の回転非対称面形状
   を備えた反射作用面たる第３面と、光束をプリズム外部
   へ射出させる作用を持った第２面との少なくとも３つの
   光学作用面を有することを特徴とする結像光学装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記プリズム部材
   は、物体からの光束を前記第１面から入射させ、入射光
   束をまず前記第２面で反射させ、次に前記第３面で反射
   させ、前記第２面から射出させるように形成されている
   ことを特徴とする結像光学装置。