JPH11326786A - 電子内視鏡に用いられる照明光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイビジョンテレビ等に画像を有効に表示し
得るようにした電子内視鏡に適した横長の範囲を照明す
る。 【解決手段】 ライトガイドの射出側に配置するレンズ
系が撮像方向の垂直方向より水平方向に配光特性を広げ
るパワーを有するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子内視鏡に用い
られる照明光学系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ＣＣＤ１に円形のレンズ系２によって物
体像を結像させ、これを映像処理回路３を径てテレビモ
ニター４の表示部５上に画像６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５のアスペクト比は、Ｈ：Ｖ＝
４：３である。そのため図 に示すように表示部５の一
部に画像６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
表示部に図 のような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
素子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。

【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
をほぼ平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５のアナルモフィック光学系で、
（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。 （ｉ＝１，２，・・・，Ｉ） （ｊ＝１，２，・・・，Ｊ） 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】

【発明の実施の形態】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 ｋ Ｙ １ 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=-1 0.8696 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 ｋ Ｙ １ 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_z14 h_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 ｋ Ｙ １ 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 ｋ Ｙ １ 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 ，ν ₂ ，・・・
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２２，２３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

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年３月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 電子内視鏡に用いられる照明光学
系

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子内視鏡に用い
られる照明光学系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、ハイビジョ
ンテレビ等に画像を有効に表示し得るようにした電子内
視鏡に適した範囲を照明し得るようにした照明装置を提
供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の照明光学系は、
光源からの光を導くライトガイドと、ライトガイドの射
出側に配置されたレンズ系とを有していて、レンズ系が
撮像方向の垂直方向よりも水平方向に配向特性を広げる
パワーを有することを特徴としている。

【０００８】図１は、本発明の照明光学系が用いられる
撮像装置の構成を示す図で、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。

【００１９】次にレンズ系２の構成について説明する。

【００２０】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。

【００２１】例えば図５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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。 （ｉ＝１，２，・・・，Ｉ） （ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）

【００３３】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。

【００３４】 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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】本発明の照明光学系は、以上詳細に述べた
撮像装置の照明系として用いるもので、前述の通りの構
成にしたことを特徴としている。これにより、上記撮像
装置に用いた場合、最適な照明を行なうことが可能にな
る。

【００４２】本発明の照明光学系の他の第２の構成とし
て、次のようなものがある。即ち、光源からの光を導く
ライトガイドと、このライトガイドの射出側に配置した
レンズ系を有していて、前記レンズ系をライトガイドの
中心に対し偏芯させて配置することを特徴とするもので
ある。

【００４３】この第２の構成の照明光学系においても同
様に前述の撮像装置に適用することにより、好適な照明
が可能になる。

【００４４】また、本発明の照明光学系の他の第３の構
成は、前記第２の構成の光学系のようにライトガイドの
中心より偏芯させたレンズ系を更に配置し、二つのライ
トガイド（第１と第２のライトガイド）を、撮像装置の
撮像光学系を挟んで撮像方向の水平方向とほぼ平行にな
るように配置したことを特徴とする。

【００４５】

【発明の実施の形態】次に本発明の照明光学系が用いら
れる撮像装置の対物光学系の各実施例を示す。 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 ｋ Ｙ １ 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=-1 0.8696 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 ｋ Ｙ １ 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_z14 h_z14 =0, h_yo =h_zo =0.114503, φ_yh_yo =0.08155, φ_zh_zo =0.1145

【００４６】 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 ｋ Ｙ １ 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 ｋ Ｙ １ 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 ，ν ₂ ，・・・
は各レンズのアッベ数である。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】上記のくいちがいは、歪曲収差により生ず
る。

【００５２】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、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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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）

【００５６】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）

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】同様にｚ方向のψ_zp，ψ_zqも異符号でなけ
ればならない。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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
装置の対物光学系について述べたが、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。

【００６４】図１３は、以上述べたような電子内視鏡で
用いられる本発明の照明光学系を示す図である。前述の
撮像装置により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は本発明の照明光学系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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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）

【００７０】

【発明の効果】本発明の照明光学系によれば、ハイビジ
ョン等に画像を有効に表示し得るようにした電子内視鏡
に適した横長の範囲を照明し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の照明光学系が用いられる撮像装置の構
成を示す図

【図２】本発明の照明光学系が用いられる撮像装置の他
の例の構成を示す図

【図３】前記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】前記撮像装置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】前記撮像装置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】本発明の照明光学系の構成を示す図

【図１４】上記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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光を導くライトガイドと、該
   ライトガイドの射出側に配置されたレンズ系を有し、該
   レンズ系が撮像方向の垂直方向よりも水平方向に配光特
   性を広げるパワーを有することを特徴とする電子内視鏡
   に用いられる照明光学系。
2. 【請求項２】 光源からの光を導くライトガイドと、該
   ライトガイドの射出側に配置されたレンズ系を有し、該
   レンズ系を前記ライトガイドの中心に対して偏心して配
   置することを特徴とする電子内視鏡に用いられる照明光
   学系。
3. 【請求項３】 前記ライトガイドと前記レンズ系を第１
   の照明系としたとき、該第１の照明系とは異なるライト
   ガイドとレンズ系からなる第２の照明系を更に備え、前
   記第２の照明系のレンズ系を前記第２の照明系のライト
   ガイドの中心に対して偏心して配置され、前記第１の照
   明系と前記第２の照明系が、撮像光学系を挟んで撮像方
   向の水平方向と略平行になるように配置したことを特徴
   とする請求項２の照明光学系。