JPWO2011049195A1 - 立体撮影用対物光学系および内視鏡 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第一の態様は、同一の被写体から発せられ、一方向に間隔をあけて並列する略平行な2つの光軸を有する光束を、前記並列方向に交差する方向に間隔をあけて並列するように変換する第1のプリズム対と、該第1のプリズム対により変換された2つの光束の光軸の間隔を縮小するように変換し、前記第1のプリズム対への入射前の前記並列方向に直交する方向に並列して出射面を配列した第2のプリズム対とを備える立体撮影用対物光学系である。
このようにすることで、第2のプリズム対は、第1のプリズム対への入射前の並列方向に直交する方向のみに光束間隔を縮小させるだけで済み、第2のプリズムどうしの干渉を回避した簡易な形状のものを採用することができて、さらにコンパクトに構成することができる。
このようにすることで、第1および第2のプリズム対を構成する各プリズムの位置決めを精度よく行わなくても、光束を精度よく平行にシフトさせることができる。
このようにすることで、トーリック面によって、視差の方向への倍率より視差の方向に直交する方向への倍率を小さくして、立体撮影に重要な視差の方向の解像度を保持しつつ、2つの光束を同一の撮像面に並べて入射させることができる。
このようにすることで、絞りの形状を単純な円形にすることができる。
上記本発明の第二の態様によれば、小型の立体撮影用対物光学系を挿入部の先端に配置することで、挿入部の外径寸法の小径化を図り、かつ、挿入部を挿入する体腔内の明るい立体撮影を行うことができる。
本実施形態に係る立体撮影用対物光学系1は、内視鏡の挿入部の先端に配置されるものであって、図1〜図3に示されるように、物体側に配置される一対の第1のレンズ群2と、該一対の第1のレンズ群2を通過した2つの光束をシフトさせる一対の第1のプリズム(第1のプリズム対)3と、該一対の第1のプリズム3を通過した2つの光束を通過させる一対の第2のレンズ群4と、該一対の第2のレンズ群4を通過した2つの光束を、それらの光軸を近づけるようにシフトさせる一対の第2のプリズム(第2のプリズム対)5とを備えている。
本実施形態に係る立体撮影用対物光学系1によれば、被写体から発せられた光が、間隔をあけた光軸を有する一対の第1のレンズ群2に入射されることにより、視差を有する略平行な光束となって出射される。第1のレンズ群2から出射された光束は、その後段に配置されている第1のプリズム対を構成する平行四辺形プリズム3の入射面3aにそれぞれ入射される。
また、光束径を大きくしても相互に干渉しないように撮像面6aまで導くことができる。その結果、Fナンバーを低減して明るい立体撮影を行うことができるという利点がある。
なお、プリズムの構成は上記の実施形態に限らず、第1のプリズム3によって2つの光束の並列方向に直交する方向に光束をシフトさせ、第2のプリズム5を、第1のプリズム3への入射前の並列方向に直交する方向に2つの光束が並列するようにシフトするプリズムとする等の変形が可能である。
実施例1に係る立体撮影用対物光学系1のレンズ構成図を図8A及び図8Bに、レンズデータを下記に示す。また、本実施例の対物レンズの各収差図を図9Aから図9Eに示す。図8Aは、XZ平面に沿うレンズ構成図であり、図8Bは、YZ平面に沿うレンズ構成図である。
図9Aは、XZ断面における球面収差図、図9BはYZ断面における球面収差図、図9Cは非点収差で実線がサジタル方向(YZ方向)、破線がメリディオナル方向(XZ方向)の収差図、図9Dは対角方向における歪曲収差図、図9Eは対角方向の倍率色収差図である。また、図9A,図9Eにおいて、実線はe線(546.07nm)、一点鎖線はF線(486.13nm)、破線はC線(656.27nm)に対する収差図である。
面番号 r d ne vd
物面 ∞ 26
1 6.4 0.388 1.88815 40.76
2 1.89 0.836
3$ 5.833 0.47 2.01169 28.27
4$ 3.016 0.537
5 ∞ 3.066 1.77621 49.6
6 ∞ 0.135
7$ 2.254 0.339 1.77621 49.6
8$ 1.624 0.321
9 ∞ 0.4 1.77621 49.6
10 ∞ 0.2
11(絞り)∞ 0.213
12 −11.144 0.342 1.93429 18.9
13 −3.629 0.521
14 11.974 1.178 1.48915 70.23
15 −1.646 0.389 1.85504 23.78
16 −2.247 0.11
17 ∞ 2.793 1.88815 40.76
18 ∞ 0.11
19 10.8766 1.632 1.77621 49.6
20 −2.109 0.318 1.93429 18.9
21 −24.357 0.107
22 ∞ 0.376 1.51564 75
23 ∞ 0.218
24 ∞ 2.8 1.51825 64.14
25 ∞ 0.97 1.50801 60
像面 ∞ 0
第3面 TOC RDX RDY
5.833 −9.04
第4面 TOC RDX RDY
3.016 1.478
第7面 TOC RDX RDY
2.254 1.502
第8面 TOC RDX RDY
1.624 1.354
実施例2に係る立体撮影用対物光学系のレンズ構成図を図10A及び図10Bに、レンズデータを下記に示す。また、本実施例の対物レンズの各収差図を図11Aから図11Eに示す。図10Aは、XZ平面に沿うレンズ構成図であり、図10Bは、YZ平面に沿うレンズ構成図である。
図11Aは、XZ断面における球面収差図、図11BはYZ断面における球面収差図、図11Cは非点収差で実線がサジタル方向(YZ方向)、破線がメリディオナル方向(XZ方向)の収差図、図11Dは対角方向における歪曲収差図、図11Eは対角方向の倍率色収差図である。また、図11A,図11Eにおいて、実線はe線(546.07nm)、一点鎖線はF線(486.13nm)、破線はC線(656.27nm)に対する収差図である。
面番号 r d ne vd
物面 ∞ 26
1 12.747 0.388 1.88815 40.76
2 2.57 0.435
3$ 2.779 0.421 2.01169 28.27
4$ 1.382 0.411
5 ∞ 2 1.77621 49.6
6 ∞ 0.078
7$ 1.676 0.672 1.77621 49.6
8$ 1.348 0.287
9 ∞ 0.3 1.51825 64.14
10 ∞ 0.2
11(絞り) ∞ 0.19
12 −33.73 0.405 1.93429 18.9
13 −3.05 0.628
14 29.794 1.506 1.48915 70.23
15 −1.292 0.378 1.85504 23.78
16 −1.895 0.098
17 19.637 0.924 1.77621 49.6
18 −2.655 0.267 1.93429 18.9
19 −29.47 0.418
20 ∞ 3.56 1.88815 40.76
21 ∞ 0.565
22 ∞ 1.1 1.51825 64.14
23 ∞ 0.7 1.50801 60
像面 ∞ 0
第3面 TOC RDX RDY
2.779 −12.761
第4面 TOC RDX RDY
1.382 1.159
第7面 TOC RDX RDY
1.676 12.56
第8面 TOC RDX RDY
1.348 6.743
実施例3に係る立体撮影用対物光学系のレンズ構成図を図12A及び図12Bに、レンズデータを下記に示す。また、本実施例の対物レンズの各収差図を図13Aから図13Eに示す。図12Aは、XZ平面に沿うレンズ構成図であり、図12Bは、YZ平面に沿うレンズ構成図である。
図13Aは、XZ断面における球面収差図、図13BはYZ断面における球面収差図、図13Cは非点収差で実線がサジタル方向(YZ方向)、破線がメリディオナル方向(XZ方向)の収差図、図13Dは対角方向における歪曲収差図、図13Eは対角方向の倍率色収差図である。また、図13A,図13Eにおいて、実線はe線(546.07nm)、一点鎖線はF線(486.13nm)、破線はC線(656.27nm)に対する収差図である。
面番号 r d ne vd
物面 ∞ 29.73
1 29.785 0.444 1.88815 40.76
2 3.304 0.18
3$ 2.45 0.245 2.01169 28.27
4$ 1.347 0.405
5 ∞ 2 1.77621 49.6
6 ∞ 0.101
7$ 1.781 0.92 1.77621 49.6
8$ 1.391 0.66
9(絞り) ∞ 0.019
10 −6.261 0.369 1.93429 18.9
11 −2.23 0.44
12 ∞ 0.343 1.51825 64.14
13 ∞ 0.373
14 129.693 1.673 1.48915 70.23
15 −1.473 0.354 1.85504 23.78
16 −2.037 0.101
17 −40.113 0.928 1.77621 49.6
18 −2.936 0.243 1.93429 18.9
19 −12.017 0.198
20 ∞ 6.96 2.01169 28.27
21 ∞ 0.369
22 ∞ 0.9 1.51825 64.14
23 ∞ 0.7 1.50801 60
像面 ∞ 0
第3面 TOC RDX RDY
2.45 27.302
第4面 TOC RDX RDY
1.347 1.194
第7面 TOC RDX RDY
1.781 37.743
第8面 TOC RDX RDY
1.391 7.041
実施例4に係る立体撮影用対物光学系のレンズ構成図を図14A及び図14Bに、レンズデータを下記に示す。また、本実施例の対物レンズの各収差図を図15Aから図15Eに示す。図14Aは、XZ平面に沿うレンズ構成図であり、図14Bは、YZ平面に沿うレンズ構成図である。
図15Aは、XZ断面における球面収差図、図15BはYZ断面における球面収差図、図15Cは非点収差で実線がサジタル方向(YZ方向)、破線がメリディオナル方向(XZ方向)の収差図、図15Dは対角方向における歪曲収差図、図15Eは対角方向の倍率色収差図である。また、図15A,図15Eにおいて、実線はe線(546.07nm)、一点鎖線はF線(486.13nm)、破線はC線(656.27nm)に対する収差図である。
面番号 r d ne vd
物面 ∞ 29.7259
1 ∞ 0.444 1.88815 40.76
2 2.155 0.393
3$ 15.248 0.207 2.01169 28.27
4$ 4.296 0.195
5 ∞ 2 1.77621 49.6
6 ∞ 0.069
7$ 5.636 0.347 1.77621 49.6
8$ 2.994 0.155
9 3.498 0.409 1.93429 18.9
10 −13.631 0.67
11(絞り) ∞ 0.324
12 ∞ 0.343 1.51825 64.14
13 ∞ 0.329
14 129.743 1.485 1.48915 70.23
15 −1.463 0.228 1.85504 23.78
16 −2.565 0.048
17 −84.942 0.808 1.77621 49.6
18 −3.054 0.263 1.93429 18.9
19 −4.823 0.057
20 ∞ 8.4 2.01169 28.27
21 ∞ 0.369
22 ∞ 0.9 1.51825 64.14
23 ∞ 0.7 1.50801 60
像面 ∞ 0
第3面 TOC RDX RDY
15.248 −2.229
第4面 TOC RDX RDY
4.296 1.829
第7面 TOC RDX RDY
5.636 39.815
第8面 TOC RDX RDY
2.994 46.6
実施例5に係る立体撮影用対物光学系のレンズ構成図を図16A及び図16Bに、レンズデータを下記に示す。また、本実施例の対物レンズの各収差図を図17Aから図17Eに示す。図16Aは、XZ平面に沿うレンズ構成図であり、図16Bは、YZ平面に沿うレンズ構成図である。
図17Aは、XZ断面における球面収差図、図17BはYZ断面における球面収差図、図17Cは非点収差で実線がサジタル方向(YZ方向)、破線がメリディオナル方向(XZ方向)の収差図、図17Dは対角方向における歪曲収差図、図17Eは対角方向の倍率色収差図である。また、図17A,図17Eにおいて、実線はe線(546.07nm)、一点鎖線はF線(486.13nm)、破線はC線(656.27nm)に対する収差図である。
面番号 r d ne vd
物面 ∞ 26.5
1 29.051 0.443 1.88815 40.76
2 3.744 0.296
3$ 5.792 0.24 2.01169 28.27
4$ 2.457 0.377
5 ∞ 6.2 2.01169 28.27
6 ∞ 0.01
7$ 3.173 0.332 1.77621 49.6
8$ 9.972 0.217
9(絞り) ∞ 0.106
10 −421.796 0.286 1.93429 18.9
11 −9.291 0.425
12 ∞ 0.343 1.51825 64.14
13 ∞ 0.425
14 129.676 1.68 1.48915 70.23
15 −1.471 0.381 1.85504 23.78
16 −5.445 0.135
17 32.806 0.742 1.77621 49.6
18 −4.321 0.165
19 ∞ 4.2 1.51825 64.14
20 ∞ 0.369
21 ∞ 0.9 1.51825 64.14
22 ∞ 0.7 1.50801 60
像面 ∞ 0
第3面 TOC RDX RDY
5.792 −4.226
第4面 TOC RDX RDY
2.457 1.899
第7面 TOC RDX RDY
3.173 3.495
第8面 TOC RDX RDY
9.972 92.384
条件式(1) 0.4≦縦焦点距離/横焦点距離≦0.7
条件式(2) −3≦第1レンズ/横焦点距離≦−1.5
条件式(3) 2≦2−O縦/横焦点距離≦7.5
条件式(4) 2.1≦5−TO/横焦点距離≦6.6
条件式(5) 0.8≦第2アナモルフィック面R比(横/縦)≦2.75
条件式(6) 0≦第4アナモルフィック面R比(横/縦)≦1.6
条件式(7) 0.45≦第1反射面距離/横焦点距離≦2.2
条件式(8) 0.7≦第2反射面距離/縦焦点距離≦4.5
条件式(9) 1.2≦絞りから後ろの合成焦点距離/横焦点距離≦2.8
条件式(2)は、中心アスを補正するための条件式であり、パワーが大きくなると中心アスが大きくなり、パワーが小さくなると第1レンズの光線高が大きくなるため系の大型化を招く。さらに複眼のレンズ同士が干渉してレイアウトが困難となる。
条件式(5)、(6)は、アナモルフィック面のR比の範囲であり、アスを補正するための条件式である。これらの条件式(5)、(6)の範囲を超えると中心アスとともに周辺も大きくアスが発生する。条件式(5)、(6)の上限を超えると横方向においてサジタル像面がオーバーに、メリディオナル像面がアンダーに傾く。下限を超えると同じく横方向においてサジタル像面がアンダーに、メリディオナル像面がオーバーに傾く。
2 第1のレンズ群(一対の負レンズ群)
3 プリズム(第1のプリズム)
3c,5c 反射面
4 第2のレンズ群(一対の正レンズ群)
5 プリズム(第2のプリズム)
5b 出射面
6a 撮像面
本発明の第一の態様は、同一の被写体から発せられ、一方向に間隔をあけて並列する略平行な2つの光軸を有する光束を、前記並列方向に交差する方向に間隔をあけて並列するように変換する第1のプリズム対と、該第1のプリズム対により変換された2つの光束の光軸の間隔を縮小するように変換し、前記第1のプリズム対への入射前の前記並列方向に直交する方向に並列して出射面を配列した第2のプリズム対とを備え、前記第1のプリズム対は、前記2つの光軸のうち一方の光軸を含む光束を、前記一方の光軸を含む第1の平面内で2回反射する第1の平行四辺形プリズムと、前記2つの光軸のうち他方の光軸を含む光束を、前記他方の光軸を含み前記第1の平面と間隔をあけて平行である第2の平面内で2回反射する第2の平行四辺形プリズムと、からなる立体撮影用対物光学系である。
このようにすることで、第1および第2のプリズム対を構成する各プリズムの位置決めを精度よく行わなくても、光束を精度よく平行にシフトさせることができる。
上記本発明の第二の態様によれば、小型の立体撮影用対物光学系を挿入部の先端に配置することで、挿入部の外径寸法の小径化を図り、かつ、挿入部を挿入する体腔内の明るい立体撮影を行うことができる。
本発明の第三の態様は、同一の被写体から発せられ、一方向に間隔をあけて並列する略平行な2つの光軸を有する光束を、前記並列方向に交差する方向に間隔をあけて並列するように変換する第1のプリズム対と、該第1のプリズム対により変換された2つの光束の光軸の間隔を縮小するように変換し、前記第1のプリズム対への入射前の前記並列方向に直交する方向に並列して出射面を配列した第2のプリズム対とを備え、前記第1のプリズム対を構成する各プリズムが、それぞれ入射された光束を前記並列方向に直交する方向にシフトさせ、前記第2のプリズム対を構成する各プリズムが、それぞれ入射された光束を前記並列方向に平行な方向にシフトさせる立体撮影用対物光学系である。
本発明の第一の態様は、同一の被写体から発せられ、一方向に間隔をあけて並列する略平行な2つの光軸を有する光束を、前記並列方向に交差する方向に間隔をあけて並列するように変換する第1のプリズム対と、該第1のプリズム対により変換された2つの光束の光軸の間隔を縮小するように変換し、前記第1のプリズム対への入射前の前記並列方向に直交する方向に並列して出射面を配列した第2のプリズム対とを備え、前記第1のプリズム対は、前記2つの光軸のうち一方の光軸を含む光束を、前記一方の光軸を含む第1の平面内で2回反射する第1の平行四辺形プリズムと、前記2つの光軸のうち他方の光軸を含む光束を、前記他方の光軸を含み前記第1の平面と間隔をあけて平行である第2の平面内で2回反射する第2の平行四辺形プリズムとからなり、これらの第1の平行四辺形プリズムと第2の平行四辺形プリズムによって、前記一方向に間隔をあけて並列する略平行な2つの光軸を有する光束を、前記並列方向に交差する方向に間隔をあけて並列するように変換することを特徴とする立体撮影用対物光学系である。
上記本発明の第二の態様によれば、小型の立体撮影用対物光学系を挿入部の先端に配置することで、挿入部の外径寸法の小径化を図り、かつ、挿入部を挿入する体腔内の明るい立体撮影を行うことができる。
本発明の第三の態様は、同一の被写体から発せられ、一方向に間隔をあけて並列する略平行な2つの光軸を有する光束を、前記並列方向に交差する方向に間隔をあけて並列するように変換する第1のプリズム対と、該第1のプリズム対により変換された2つの光束の光軸の間隔を縮小するように変換し、前記第1のプリズム対への入射前の前記並列方向に直交する方向に並列して出射面を配列した第2のプリズム対とを備え、前記第1のプリズム対は、前記2つの光軸をそれぞれ含む2つの光束を前記並列方向に直交する方向にシフトさせる一対の第1プリズムと、該一対の第1プリズムによりシフトされた光束を前記並列方向に平行な方向にシフトさせる第2プリズムとからなり、これらの第1プリズムと第2プリズムによって、前記一方向に間隔をあけて並列する略平行な2つの光軸を有する光束を、前記並列方向に交差する方向に間隔をあけて並列するように変換することを特徴とする立体撮影用対物光学系である。
本発明の第一の態様は、同一の被写体から発せられ、一方向に間隔をあけて並列する略平行な2つの光軸を有する光束を、前記並列方向に交差する方向に間隔をあけて並列するように変換する第1のプリズム対と、該第1のプリズム対により変換された2つの光束の光軸の間隔を縮小するように変換し、前記第1のプリズム対への入射前の前記並列方向に直交する方向に並列して出射面を配列した第2のプリズム対とを備え、前記第1のプリズム対は、前記2つの光軸のうち一方の光軸を含む光束を、前記一方の光軸を含む第1の平面内で2回のみ反射する第1の平行四辺形プリズムと、前記2つの光軸のうち他方の光軸を含む光束を、前記他方の光軸を含み前記第1の平面と間隔をあけて平行である第2の平面内で2回のみ反射する第2の平行四辺形プリズムとのみからなり、これらの第1の平行四辺形プリズムと第2の平行四辺形プリズムによって、前記一方向に間隔をあけて並列する略平行な2つの光軸を有する光束を、前記並列方向に交差する方向に間隔をあけて並列するように変換することを特徴とする立体撮影用対物光学系である。
上記本発明の第二の態様によれば、小型の立体撮影用対物光学系を挿入部の先端に配置することで、挿入部の外径寸法の小径化を図り、かつ、挿入部を挿入する体腔内の明るい立体撮影を行うことができる。
本発明の参考例としての発明の態様は、同一の被写体から発せられ、一方向に間隔をあけて並列する略平行な2つの光軸を有する光束を、前記並列方向に交差する方向に間隔をあけて並列するように変換する第1のプリズム対と、該第1のプリズム対により変換された2つの光束の光軸の間隔を縮小するように変換し、前記第1のプリズム対への入射前の前記並列方向に直交する方向に並列して出射面を配列した第2のプリズム対とを備え、前記第1のプリズム対は、前記2つの光軸をそれぞれ含む2つの光束を前記並列方向に直交する方向にシフトさせる一対の第1プリズムと、該一対の第1プリズムによりシフトされた光束を前記並列方向に平行な方向にシフトさせる第2プリズムとからなり、これらの第1プリズムと第2プリズムによって、前記一方向に間隔をあけて並列する略平行な2つの光軸を有する光束を、前記並列方向に交差する方向に間隔をあけて並列するように変換することを特徴とする立体撮影用対物光学系である。
Claims (7)
- 同一の被写体から発せられ、一方向に間隔をあけて並列する略平行な2つの光軸を有する光束を、前記並列方向に交差する方向に間隔をあけて並列するように変換する第1のプリズム対と、
該第1のプリズム対により変換された2つの光束の光軸の間隔を縮小するように変換し、前記第1のプリズム対への入射前の前記並列方向に直交する方向に並列して出射面を配列した第2のプリズム対とを備える立体撮影用対物光学系。 - 前記第1のプリズム対が、2つの前記光束を前記並列方向に直交する方向に並列するように変換する請求項1に記載の立体撮影用対物光学系。
- 前記第1および第2のプリズム対を構成する各プリズムが、それぞれ入射された光束を平行にシフトさせる相互に平行な2つの反射面を備える請求項1に記載の立体撮影用対物光学系。
- 物体側から順に、一対の負レンズ群、前記第1のプリズム対、一対の正レンズ群および前記第2のプリズム対を備え、該第2のプリズム対から出射された2つの略平行な光束を撮像面に並べて入射させる請求項1から請求項3のいずれかに記載の立体撮影用対物光学系。
- 前記レンズ群を構成する1以上のレンズが、前記撮像面に入射させる光束に、前記第1のプリズム対への入射前の前記並列方向より該並列方向に直交する方向に小さな倍率を与えるトーリック面を有する請求項4に記載の立体撮影用対物光学系。
- 前記光束を絞る絞りを備え、
前記トーリック面が前記絞りより物体側に配置されている請求項5に記載の立体撮影用対物光学系。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の立体撮影用対物光学系を挿入部の先端に備える内視鏡。
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