WO2015064614A1 - 撮像装置 - Google Patents

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objective lens
lens
holding frame
imaging
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勉 笹本
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オリンパスメディカルシステムズ株式会社
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    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50Constructional details
    • H04N23/55Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Definitions

  • the present invention relates to an imaging apparatus, and more particularly to an imaging apparatus for an endoscope.
  • a conventional endoscope imaging apparatus employs a structure in which an objective lens unit frame that holds an objective lens and an imaging element holding frame that holds an imaging element are fitted (for example, Patent Documents). 1).
  • an objective lens unit frame that holds an objective lens and an imaging element holding frame that holds an imaging element are fitted (for example, Patent Documents). 1).
  • the objective lens unit frame and the image sensor holding frame by adjusting the position of the objective lens unit frame and the image sensor holding frame, the objective lens is focused with respect to the image sensor, and then the fitting portion between the frames is bonded with a thermosetting resin. It is fixed.
  • the objective lens unit frame and the imaging element holding frame are heated in a drying furnace in a state of being fixed by an assembly jig. Parts and jigs are thermally expanded. This thermal expansion may cause the objective lens unit frame and the image sensor holding frame to deviate from the desired positions, and it is difficult to ensure the positioning accuracy of 1 ⁇ m or less as described above. As a result, there is a problem that it is difficult to stably obtain a desired depth of field as an imaging device.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and even in an imaging apparatus including an imaging element with a fine pixel pitch, a desired depth of field can be stably achieved without requiring high assembly accuracy.
  • An object is to provide an imaging device that can be obtained.
  • an objective lens that forms an optical image of an object, an imaging element that converts an optical image obtained by the objective lens into an electrical signal, and the objective lens and the imaging element are held inside.
  • the objective lens includes a first group and a second group in order from the object side, and satisfies the following conditional expressions (1) and (2),
  • the first holding frame holds the first group
  • the second holding frame is an imaging device that holds the image sensor and the second group integrally.
  • f_front / f ⁇ 0 (2) f_front / f_rear ⁇ 0
  • f_front is the focal length of the first group
  • f_rear is the focal length of the second group
  • f is the focal length of the entire objective lens system.
  • the first unit is configured by a part of the object side lens of the objective lens and the first holding frame, and the remaining lens, the image pickup device, and the second holding unit on the image side of the objective lens.
  • a second unit is configured from the frame.
  • the objective unit is focused on the image sensor by moving the first unit in the optical axis direction with respect to the second unit and adjusting the distance between the first group and the image sensor. Can do.
  • the moving amount of the image plane is smaller than the moving amount of the first group.
  • the positioning accuracy required for the group becomes loose. That is, even if a deviation from the design value occurs in the position of the first group, the deviation of the position of the image plane with respect to the imaging plane of the imaging element is within an allowable range. Thereby, even in an imaging apparatus including an imaging element with a fine pixel pitch, a desired depth of field can be stably obtained without requiring high assembly accuracy.
  • the objective lens and the imaging device may satisfy the following conditional expression (3).
  • P is the pixel pitch (mm) of the image sensor
  • Fno is the effective F number of the objective lens. According to this aspect, it is possible to realize a design that requires high-precision focusing accuracy that satisfies the conditional expression (3).
  • each lens constituting the second group may be fixed with respect to the image sensor.
  • the movement of the lens included in the second group located on the image side greatly affects the focus position. Therefore, it is preferable that each lens of the second group is immovable with respect to the image sensor.
  • the lenses included in the first group are made movable. Is preferred.
  • the second group may include at least one cemented lens.
  • the objective lens is preferably a retrofocus type.
  • lateral chromatic aberration occurs due to the negative power of the most object side concave lens. This lateral chromatic aberration can be effectively corrected by the second group of cemented lenses located in the vicinity of the image plane.
  • the first holding frame may be composed of a plurality of holding frames each holding at least one lens.
  • any one of the plurality of holding frames may be movable in the optical axis direction.
  • any one of the lenses constituting the first lens group is a movable lens that can move in the optical axis direction, so that the objective lens has a focusing function without affecting the focusing accuracy. Can be made.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an overall configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the partial structure of the imaging device which concerns on Example 1 of this invention. It is sectional drawing which shows the partial structure of the imaging device which concerns on Example 2 of this invention. It is sectional drawing which shows the structure which attached the holding frame to the objective lens of FIG. It is sectional drawing which shows the partial structure of the imaging device which concerns on Example 3 of this invention. It is sectional drawing which shows the partial structure of the imaging device which concerns on Example 4 of this invention. It is sectional drawing which shows the partial structure of the imaging device which concerns on Example 5 of this invention. It is sectional drawing which shows the partial structure of the imaging device which concerns on Example 6 of this invention.
  • an imaging device 1 for an endoscope according to an embodiment of the present invention
  • an imaging device 1 includes an objective lens 2 that forms an optical image of an object, and an imaging device 3 that converts the optical image formed by the objective lens 2 into an electrical signal.
  • two cylindrical holding frames 4 and 5 for holding the objective lens 2 and the image pickup device 3.
  • symbol S denotes an aperture stop
  • symbol F denotes an optical filter
  • symbol CG denotes a cover glass
  • symbol IMG denotes an image plane of the objective lens 2.
  • the objective lens 2 is a retrofocus type suitable for widening and downsizing, and includes a first group G1 and a second group G2 in order from the object side.
  • the first group G1 includes, in order from the object side, a plano-concave lens L1 having a plane directed toward the object side and a plano-convex lens L2 having a plane directed toward the object side.
  • the second group G2 includes, in order from the object side, a planoconvex lens L3 having a plane facing the object side, and a cemented lens L4 made up of a biconvex lens and a meniscus lens.
  • the first group G1 and the second group G2 satisfy the following conditional expressions (1) and (2). That is, the lenses L1 to L4 constituting the objective lens 2 are divided into a first group G1 of a diverging system and a second group G2 of a focusing system.
  • f_front is the focal length (mm) of the first lens group G1
  • f_rear is the focal length (mm) of the second lens group G2
  • f is the focal length (mm) of the entire system of the objective lens 2
  • f> 0. .
  • the objective lens 2 and the image sensor 3 satisfy the following conditional expression (3).
  • P is the pixel pitch (mm) of the image sensor 3
  • Fno is the effective F number of the objective lens 2.
  • An image sensor that uses a luminance signal is an example of an image sensor that uses such a reference amount.
  • the second group G2 includes at least one cemented lens L4.
  • the cemented lens L4 By providing the cemented lens L4 at a position close to the image plane IMG, it is possible to effectively correct the lateral chromatic aberration generated by the concave lens L1 of the first group G1.
  • the holding frames 4 and 5 are a first holding frame 4 that holds the first group G1 and a second holding frame 5 that holds the second group G2 and the image sensor 3 integrally.
  • the imaging apparatus 1 includes a first unit U1 including the first group G1 and the first holding frame 4, a second group G2 including the aperture stop S, the imaging element 3, and the second holding frame 5.
  • the second unit U2 is composed of two parts.
  • the image-side end portion of the first holding frame 4 and the object-side end portion of the second holding frame 5 are fitted into each other in a nested manner. Thereby, at the time of manufacture, the 1st holding frame 4 and the 2nd holding frame 5 can move mutually in the optical axis direction of the objective lens 2.
  • the position of the first unit U1 in the optical axis direction with respect to the second unit U2 is adjusted so that the image plane IMG coincides with the imaging plane 3a of the imaging element 3.
  • the first unit U1 is positioned with respect to the second unit U2. Thereby, focusing of the imaging device 1 is performed.
  • An adhesive made of a thermosetting resin is applied in advance to the contact surfaces at the ends of the two holding frames 4 and 5, and after the two units U1 and U2 are positioned as described above, the holding frame 4 , 5 are heated to cure the adhesive. Accordingly, the holding frames 4 and 5 are fixed to each other, and the two units U1 and U2 are integrally connected.
  • focusing is performed by adjusting the distance between the entire objective lens and the imaging element.
  • the amount of movement of the objective lens is directly used as the amount of movement of the image plane, strict positioning accuracy equivalent to the positioning accuracy of the image plane with respect to the imaging surface is required for the objective lens. If the position of the image plane shifts with respect to the imaging plane, a desired depth of field required by the endoscope cannot be stably obtained. Specifically, a range that can be seen with a certain sense of resolution from a near view to a distant view in an endoscope cannot be created stably and without variation.
  • the positioning accuracy of the first group G1 is loose compared with the positioning accuracy of the image plane IMG with respect to the imaging surface 3a. That's it.
  • the positioning accuracy of the first group G1 may be about several ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the positioning error of the first group G1 and the positional deviation of the first group G1 that occurs when the adhesive is cured can be kept within an allowable range of 1 ⁇ m or less.
  • the imaging device 1 having a desired depth of field equivalent to the depth of field of the objective lens 2 can be easily manufactured.
  • the present embodiment by adopting means that does not rely on the improvement of assembly accuracy, it is possible to easily cope with the finer pixel pitch. Specifically, using the conventional method of focusing by adjusting the distance between the entire objective lens and the image sensor, it is difficult to obtain a high focusing accuracy that satisfies the conditional expression (3). Therefore, it has been technically difficult to realize an imaging device that satisfies the conditional expression (3). According to the present embodiment, even such an imaging apparatus 1 can be easily realized.
  • the first holding frame 4 is made of a single member, but the design of the first holding frame 4 can be changed as appropriate.
  • the first holding frame 4 may be composed of a plurality of holding frames each holding at least one lens.
  • any one of the plurality of holding frames may be movable in the optical axis direction.
  • the focus function can be performed without affecting the focusing by making any of the lenses L1 and L2 constituting the first group G1 movable lenses that can move in the optical axis direction.
  • the lens 2 can be provided.
  • the movable lens is preferably the most image side lens among the lenses constituting the first group G1.
  • r is a radius of curvature (mm)
  • d is a surface separation (mm)
  • ne is a refractive index with respect to the e line
  • Ve is an Abbe number with respect to the e line
  • IMG indicates the image plane
  • S indicates the aperture stop.
  • Table 1 shows the F number of the objective lens, the pixel pitch P of the image sensor, the focal length f_front of the first group, and the focal length f_rear of the second group G2 in each example.
  • the imaging apparatus includes an objective lens having a lens configuration similar to that of the objective lens 1 described above.
  • the imaging apparatus according to the present embodiment includes an objective lens having a lens configuration similar to that of the objective lens 1 described above.
  • FIG. 4 is an overall configuration diagram of the imaging apparatus according to the present embodiment.
  • the imaging apparatus includes an objective lens having a lens configuration similar to that of the objective lens 1 described above.
  • the imaging apparatus includes an objective lens having a lens configuration similar to that of the objective lens 1 described above.
  • the imaging apparatus includes an objective lens having the same lens configuration as that of the objective lens 1 described above.
  • the imaging apparatus includes an objective lens having a lens configuration similar to that of the objective lens 1 described above.
  • the imaging apparatus includes an objective lens having a lens configuration similar to that of the objective lens 1 described above.
  • the imaging apparatus includes an objective lens having the same lens configuration as the objective lens 1 described above.
  • the imaging apparatus includes an objective lens having a lens configuration similar to that of the objective lens 1 described above.
  • the imaging apparatus has the objective described above except that the lens L2 of the first group G1 is a meniscus lens and the lens L3 of the second group is a biconvex lens.
  • An objective lens having the same lens configuration as that of the lens 1 is provided.
  • the imaging apparatus includes an objective lens having a lens configuration similar to that of the objective lens 1 described above.
  • Example 12 As shown in FIG. 14, the imaging apparatus according to the present embodiment includes an objective lens having a lens configuration similar to that of the objective lens 1 described above.
  • the imaging apparatus according to the present embodiment is different from the objective lens 1 described above in the division position of the first group G1 and the second group, and the first group G1 is formed from a single lens.
  • the second group G2 is configured to straddle the aperture stop S.
  • the imaging apparatus includes an objective lens having a lens configuration similar to that of the objective lens 1 described above.
  • FIG. 18 is an overall configuration diagram of the imaging apparatus according to the present embodiment.
  • Example 16 In the imaging apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 19, the lens L2 is omitted, and the first group G1 is composed of a single lens.
  • the image pickup apparatus has a focus function as shown in FIGS.
  • the first group G1 includes three lenses, and among these three lenses, the lens closest to the image side (surface number 5) is a movable lens.
  • the first holding frame includes a holding frame A that holds the two lenses on the object side and another holding frame B that holds the movable lens on the image side.
  • the holding frame B includes the holding frame A and the first holding frame B. It is provided to be movable in the optical axis direction between the two holding frames.
  • Table 1 shows the values of conditional expressions (1) to (3), the pixel pitch P, and the F number Fno for Examples 1 to 17 described above.

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Abstract

物体側から順に第1群(G1)と第2群(G2)とからなり、条件式(1)および(2)を満足する対物レンズ(2)と、該対物レンズ(2)によって形成された物体の光学像を電気信号に変換する撮像素子(3)と、対物レンズ(2)の第1群(G1)を内部に保持する第1の保持枠(4)と、対物レンズ(2)の第2群(G2)と撮像素子(3)とを一体的に内部に保持する第2の保持枠(5)とを備える撮像装置(1)を提供する。ただし、f_frontは第1群(G1)の焦点距離、f_rearは第2群(G2)の焦点距離、fは対物レンズ(2)の全系の焦点距離である。 (1) f_front/f < 0 (2) f_front/f_rear < 0

Description

撮像装置
 本発明は、撮像装置に関し、特に内視鏡用の撮像装置に関するものである。
 近年、経鼻内視鏡等の医療用内視鏡において、患者への負担低減等の観点から、挿入部先端の細径化が望まれている。これに伴い、内視鏡用の小型撮像素子(CCDやCMOS)が開発されており、その画素ピッチは年々縮小化している。この画素ピッチの縮小化に伴い、各レンズ間や撮像素子と対物レンズとの間など、許容される組立誤差も小さくなっており、数μmの組立誤差が問題となってきている。特に、撮像素子に対する対物レンズの位置決め精度は、内視鏡としての被写界深度に大きく影響し、撮像素子に対する対物レンズの位置の位置決めには、1μmまたはそれ以下の精度が要求されるようになってきている。
 ところで、従来の内視鏡用の撮像装置は、対物レンズを保持する対物レンズユニット枠と、撮像素子を保持する撮像素子保持枠とが嵌合された構造を採用している(例えば、特許文献1参照。)。この構造においては、対物レンズユニット枠と撮像素子保持枠との位置を調整することによって、撮像素子に対する対物レンズのピント合わせを行い、この後に、枠同士の嵌合部を熱硬化性樹脂によって接着固定している。
特開平9-192093号公報
 しかしながら、上述した内視鏡の撮像装置では、熱硬化性樹脂を硬化させる際に、対物レンズユニット枠と撮像素子保持枠とを組立用の治具で固定した状態で乾燥炉において加熱するため、部品や治具が熱膨張する。この熱膨張によって、対物レンズユニット枠と撮像素子保持枠とが所望の位置からずれる虞があり、上述した1μmまたはそれ以下の位置決め精度を確保することが難しい。その結果、撮像装置としての所望の被写界深度を安定的に得ることが難しいという問題がある。
 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、画素ピッチが微細な撮像素子を備える撮像装置においても、高い組立精度を必要とすることなく所望の被写界深度を安定的に得ることができる撮像装置を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
 本発明の一態様は、物体の光学像を形成する対物レンズと、該対物レンズによって得られた光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記対物レンズおよび前記撮像素子を内部に保持する第1の保持枠および第2の保持枠とを備え、前記対物レンズが、物体側から順に第1群と第2群とからなるとともに、下記条件式(1)および(2)を満足し、前記第1の保持枠が、前記第1群を保持し、前記第2の保持枠が、前記撮像素子と前記第2群とを一体的に保持する撮像装置である。
 (1)    f_front/f < 0
 (2)    f_front/f_rear < 0
 ただし、f_frontは前記第1群の焦点距離、f_rearは前記第2群の焦点距離、fは前記対物レンズの全系の焦点距離である。
 本態様によれば、対物レンズの物体側の一部のレンズと第1の保持枠とから、第1のユニットが構成され、対物レンズの像側の残りのレンズと撮像素子と第2の保持枠とから、第2のユニットが構成される。製造過程においては、第2のユニットに対して第1のユニットを光軸方向に移動させ、第1群と撮像素子との間隔を調整することによって、撮像素子に対する対物レンズのピント合わせを行うことができる。
 この場合に、対物レンズを構成するレンズのうち物体側の第1群のみを光軸方向に移動させたときに、第1群の移動量に比べて像面の移動量は小さいため、第1群に要求される位置決め精度は緩くなる。つまり、第1群の位置に設計値からのずれが生じたとしても、撮像素子の撮像面に対する像面の位置のずれは許容範囲におさまる。これにより、画素ピッチが微細な撮像素子を備える撮像装置においても、高い組立精度を必要とすることなく、所望の被写界深度を安定的に得ることができる。
 上記態様においては、前記対物レンズおよび前記撮像素子が、下記条件式(3)を満足していてもよい。
 (3)    2.5 × P ×Fno < 0.03
 ただし、Pは前記撮像素子の画素ピッチ(mm)、Fnoは前記対物レンズの有効Fナンバーである。
 本態様によれば、上記条件式(3)を満足するような高精度なピント合わせ精度が必要とされる設計をも実現することができる。
 上記態様においては、前記第2群を構成する各レンズは、前記撮像素子に対する位置が固定されていてもよい。
 像側に位置する第2群に含まれるレンズの移動は、ピントの位置に大きく影響する。そこで、第2群の各レンズは、撮像素子に対して不動であることが好ましく、レンズの移動によるフォーカス機能を対物レンズに持たせる場合には、第1群に含まれるレンズを可動にすることが好ましい。
 上記態様においては、前記第2群が、少なくとも1つの接合レンズを備えていてもよい。
 広画角と小型化とを両立するためには、対物レンズがレトロフォーカスタイプであることが好ましい。ただし、レトロフォーカスタイプにおいては、最も物体側の凹レンズが有する負のパワーによって、倍率色収差が発生する。この倍率色収差を、像面近傍に位置する第2群の接合レンズによって効果的に補正することができる。
 上記態様においては、前記第1の保持枠が、各々少なくとも1つのレンズを保持する複数の保持枠からなっていてもよい。
 このようにすることで、枠の設計の自由度を向上することができる。
 上記態様においては、前記複数の保持枠のうちいずれかが、光軸方向に移動可能であってもよい。
 このようにすることで、第1群を構成するレンズのうちいずれかを光軸方向に移動可能な可動レンズとすることによって、ピント合わせ精度に影響を及ぼすことなく、対物レンズにフォーカス機能を持たせることができる。
 本発明によれば、画素ピッチが微細な撮像素子を備える撮像装置においても、高い組立精度を必要とすることなく所望の被写界深度を安定的に得ることができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る撮像装置の全体構成を示す断面図である。 本発明の実施例1に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 本発明の実施例2に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 図3の対物レンズに保持枠を取り付けた構成を示す断面図である。 本発明の実施例3に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 本発明の実施例4に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 本発明の実施例5に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 本発明の実施例6に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 本発明の実施例7に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 本発明の実施例8に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 本発明の実施例9に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 本発明の実施例10に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 本発明の実施例11に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 本発明の実施例12に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 本発明の実施例13に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 本発明の実施例14に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 本発明の実施例15に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 図17の対物レンズに保持枠を取り付けた構成を示す断面図である。 本発明の実施例16に係る撮像装置の部分的な構成を示す断面図である。 本発明の実施例17に係る撮像装置の(a)ワイド端と(b)テレ端とにおける部分的な構成を示す断面図である。 条件式(3)を説明するための図である。
 以下に、本発明の一実施形態に係る内視鏡用の撮像装置1について図1を参照して説明する。
 本実施形態に係る撮像装置1は、図1に示されるように、物体の光学像を形成する対物レンズ2と、該対物レンズ2によって形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子3と、対物レンズ2および撮像素子3を保持する2つの筒状の保持枠4,5とを備えている。図中、符号Sは明るさ絞りを、符号Fは光学フィルタを、符号CGはカバーガラスを、符号IMGは対物レンズ2の像面を示している。
 対物レンズ2は、広角化および小型化に適したレトロフォーカスタイプであり、物体側から順に第1群G1と第2群G2とからなる。本例において、第1群G1は、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹レンズL1と、物体側に平面を向けた平凸レンズL2とを備えている。第2群G2は、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凸レンズL3と、両凸レンズおよびメニスカスレンズからなる接合レンズL4とを備えている。
 第1群G1および第2群G2は、下記の条件式(1)および(2)を満足している。すなわち、対物レンズ2を構成するレンズL1~L4は、発散系の第1群G1と、集束系の第2群G2とに分けられている。
 (1)    f_front/f < 0
 (2)    f_front/f_rear < 0
 ただし、f_frontは第1群G1の焦点距離(mm)、f_rearは第2群G2の焦点距離(mm)、fは対物レンズ2の全系の焦点距離(mm)であり、f>0である。
 また、対物レンズ2および撮像素子3は、下記の条件式(3)を満足している。
 (3)    2.5 × P ×Fno < 0.03
 ただし、Pは撮像素子3の画素ピッチ(mm)、Fnoは対物レンズ2の有効Fナンバーである。
 条件式(3)について説明すると、図21に示されるように、撮像装置1のピントずれ許容量をΔPintoとしたとき、
 δ/D=ΔPinto/f
 ΔPinto=δ・f/D
 が成り立つ。ここで、δ=2.5Pとすると、
 ΔPinto=Fno×2.5×P
が得られる。
 ただし、Dは対物レンズ2の有効口径、fは対物レンズ2の焦点距離、δは撮像面3a上で許容されるボケの直径である。
 なお、本実施形態において、δ=2.5Pとしたのは以下の理由による。すなわち、撮像素子の一画素ごとに、対物光学系にて白黒のチャートが撮像素子に結像された場合は、ボケの基準量はδ=2Pとなる。このような基準量を用いる撮像素子としては、輝度信号を使う撮像素子が挙げられる。また、撮像素子の各画素にカラーフィルターを備える撮像素子においては、カラーフィルターから輝度信号を作る必要があり、一般的にはボケ基準量はδ=3Pレベルと考えられる。よって、すべての撮像素子に対応したボケ基準量として、その中間にあたるδ=2.5Pを適用している。
 第2群G2は、少なくとも1つの接合レンズL4を含んでいる。像面IMGに近い位置に接合レンズL4を設けることによって、第1群G1の凹レンズL1が発生する倍率色収差を効果的に補正することができる。
 保持枠4,5は、第1群G1を保持する第1の保持枠4と、第2群G2および撮像素子3を一体的に保持する第2の保持枠5である。つまり、撮像装置1は、第1群G1と第1の保持枠4とからなる第1のユニットU1と、明るさ絞りSを含む第2群G2と撮像素子3と第2の保持枠5とからなる第2のユニットU2との2つの部分から構成されている。
 第1の保持枠4の像側の端部と、第2の保持枠5の物体側の端部とは、入れ子式に互いに嵌合している。これにより、製造時において、第1の保持枠4と第2の保持枠5とは、対物レンズ2の光軸方向に互いに移動可能になっている。
 次に、このように構成された撮像装置1の作用について説明する。
 本実施形態に係る撮像装置1の製造時において、第2のユニットU2に対する第1のユニットU1の光軸方向の位置を調整し、像面IMGが撮像素子3の撮像面3aに一致するように第2のユニットU2に対して第1のユニットU1を位置決めする。これにより、撮像装置1のピント合わせが行われる。
 2つの保持枠4,5の端部の接触面には、熱硬化性樹脂からなる接着剤が予め塗布されており、上記のように2つのユニットU1,U2同士を位置決めした後に、保持枠4,5の互いに嵌合している部分を加熱して接着剤を硬化させる。これにより、保持枠4,5同士が固定され、2つのユニットU1,U2が一体に連結される。
 ここで、従来の内視鏡用の撮像装置においては、対物レンズ全体と撮像素子との間隔を調整することによってピント合わせが行われる。この場合には、対物レンズの移動量がそのまま像面の移動量となるため、撮像面に対する像面の位置決め精度と同等の厳しい位置決め精度が対物レンズに要求される。撮像面に対して像面の位置がずれると、内視鏡で求められる所望の被写界深度を安定的に得られなくなる。具体的には、内視鏡における近景から遠景まで、ある解像感をもって見える範囲を安定的にばらつきなく作ることができなくなる。
 これに対し、本実施形態においては、ピント合わせが、物体側の発散系の第1群G1の移動のみで行われる。この場合には、第1群G1の移動量に比べて像面IMGの移動量が低減されるので、撮像面3aに対する像面IMGの位置決め精度に比べて第1群G1の位置決め精度は緩くて済む。例えば、撮像面3aに対する像面IMGの位置決め精度が1μmである場合には、第1群G1の位置決め精度は数μm~10μm程度でよい。このように、像面IMGの位置への影響が小さい第1群G1をピント合わせに用いることによって、第1群G1の位置決め誤差や、接着剤の硬化時に発生する第1群G1の位置ずれが発生したとしても、撮像面3aに対する像面IMGの位置ずれを1μmまたはそれ以下の許容範囲内におさめることができる。その結果、対物レンズ2の被写界深度と同等の所望の被写界深度を有する撮像装置1を容易に製造することができる。
 さらに、本実施形態によれば、組立精度の向上に頼らない手段を採用することによって、画素ピッチの微細化にも容易に対応することが可能となる。具体的には、従来の、対物レンズ全体と撮像素子との間隔調整によってピント合わせを行う手法を用いたのでは、条件式(3)を満足するような高いピント合わせ精度を得ることは困難であり、条件式(3)を満足する撮像装置を実現することは技術的に困難であった。本実施形態によれば、このような撮像装置1であっても容易に実現することができる。
 なお、本実施形態においては、第1の保持枠4が単一の部材からなることとしたが、第1の保持枠4の設計は、適宜変更可能ある。例えば、第1の保持枠4が、各々少なくとも1つのレンズを保持する複数の保持枠から構成されていてもよい。
 さらに、第1の保持枠4を複数の保持枠から構成する場合には、該複数の保持枠のうちいずれかを光軸方向に移動可能にしてもよい。このようにすることで、第1群G1を構成するレンズL1,L2のうちいずれかを光軸方向に移動可能な可動レンズとすることによって、ピント合わせに影響を与えることなく、フォーカス機能を対物レンズ2に持たせることができる。可動レンズは、第1群G1を構成するレンズのうち、最も像側のレンズであることが好ましい。
 次に、上述した実施形態に係る撮像装置1の実施例1~17について、図2~図20を参照して以下に説明する。
 各実施例に記載の対物レンズのレンズデータにおいて、rは曲率半径(mm)、dは面間隔(mm)、neはe線に対する屈折率、Veはe線に対するアッベ数、OBJ(面番号=0)は物体面、IMGは像面、Sは明るさ絞りを示している。一部の実施例を除き、図面においては保持枠および撮像素子の図示を省略している。また、各実施例における、対物レンズのFナンバー、撮像素子の画素ピッチP、第1群の焦点距離f_frontおよび第2群G2の焦点距離f_rearを、表1にまとめて示す。
(実施例1)
 本実施例に係る撮像装置は、図2に示されるように、上述した対物レンズ1と同様のレンズ構成を有する対物レンズを備えている。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 19.0000  1. 
 1       ∞  0.3661  1.88815  40.52
 2  0.7322  0.3514  1. 
 3       ∞  0.0380  1. 
 4       ∞  0.1819  1. 
 5       ∞  0.5857  1.93429  18.74
 6 -3.0974  0.5103  1. 
 7(S)    ∞  0.0320  1. 
 8       ∞  0.6950  1.75844  52.08
 9 -1.6553  0.1111  1. 
10  2.4595  0.8206  1.73234  54.45
11 -0.9633  0.3075  1.93429  18.74
12 -2.9286  0.0730  1.  
13       ∞  0.3581  1.51564  74.74
14       ∞  0.1285  1. 
15       ∞  0.6857  1.51825  63.93
16       ∞  0.4457  1.61350  50.20
IMG      ∞  0. 
(実施例2)
 本実施例に係る撮像装置は、図3に示されるように、上述した対物レンズ1と同様のレンズ構成を有する対物レンズを備えている。図4は、本実施例に係る撮像装置の全体構成図である。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 14.6000  1. 
 1       ∞  0.3577  1.88815  40.52
 2  0.6932  0.3434  1. 
 3       ∞  0.0360  1. 
 4       ∞  0.1536  1. 
 5       ∞  0.5724  1.93429  18.74
 6 -4.7993  0.5122  1. 
 7(S)    ∞  0.0380  1. 
 8       ∞  0.6506  1.83932  36.92
 9 -1.6294  0.1543  1. 
10  2.4907  0.8919  1.73234  54.45
11 -0.8773  0.3005  1.93429  18.74
12 -2.8619  0.1712  1. 
13       ∞  0.3590  1.51564  74.74
14       ∞  0.1256  1. 
15       ∞  0.6687  1.51825  63.93
16       ∞  0.4356  1.61350  50.20
IMG      ∞  0. 
(実施例3)
 本実施例に係る撮像装置は、図5に示されるように、上述した対物レンズ1と同様のレンズ構成を有する対物レンズを備えている。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 12.0000  1. 
 1       ∞  0.3411  1.88815  40.52
 2  0.6614  0.3274  1. 
 3       ∞  0.0317  1. 
 4       ∞  0.1494  1. 
 5       ∞  0.5457  1.93429  18.74
 6 -4.2977  0.4924  1. 
 7(S)    ∞  0.0280  1. 
 8       ∞  0.6122  1.83932  36.92
 9 -1.5482  0.1291  1. 
10  2.3993  0.8433  1.73234  54.45
11 -0.8296  0.2865  1.93429  18.74
12 -2.7286  0.1563  1. 
13       ∞  0.3336  1.51564  74.74
14       ∞  0.1297  1. 
15       ∞  0.6389  1.51825  63.93
16       ∞  0.4153  1.61350  50.20
IMG      ∞  0. 
(実施例4)
 本実施例に係る撮像装置は、図6に示されるように、上述した対物レンズ1と同様のレンズ構成を有する対物レンズを備えている。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 11.4000  1. 
 1       ∞  0.3214  1.88815  40.52
 2  0.6221  0.3086  1. 
 3       ∞  0.0263  1. 
 4       ∞  0.0988  1. 
 5       ∞  0.5143  1.93429  18.74
 6 -3.7203  0.4759  1. 
 7(S)    ∞  0.0351  1. 
 8       ∞  0.5990  1.83932  36.92
 9 -1.4429  0.1082  1. 
10  2.2333  0.7753  1.73234  54.45
11 -0.7872  0.2700  1.93429  18.74
12 -2.5714  0.1249  1. 
13       ∞  0.3144  1.51564  74.74
14       ∞  0.1128  1. 
15       ∞  0.6021  1.51825  63.93
16       ∞  0.3913  1.61350  50.20
IMG      ∞  0. 
(実施例5)
 本実施例に係る撮像装置は、図7に示されるように、上述した対物レンズ1と同様のレンズ構成を有する対物レンズを備えている。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 10.7000  1. 
 1       ∞  0.2619  1.88815  40.52
 2  0.5208  0.2514  1. 
 3       ∞  0.0215  1. 
 4       ∞  0.1301  1. 
 5       ∞  0.4190  1.93429  18.74
 6 -2.4059  0.3677  1. 
 7(S)    ∞  0.0286  1. 
 8       ∞  0.4874  1.75844  52.08
 9 -1.1614  0.0895  1. 
10  1.7737  0.6027  1.73234  54.45
11 -0.6788  0.2200  1.93429  18.74
12 -2.0952  0.0720  1. 
13       ∞  0.2562  1.51564  74.74
14       ∞  0.0919  1. 
15       ∞  0.4906  1.51825  63.93
16       ∞  0.3189  1.61350  50.20
IMG      ∞  0. 
(実施例6)
 本実施例に係る撮像装置は、図8に示されるように、上述した対物レンズ1と同様のレンズ構成を有する対物レンズを備えている。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 13.0000  1. 
 1       ∞  0.3661  1.88815  40.52
 2  0.7238  0.3514  1. 
 3       ∞  0.0314  1. 
 4       ∞  0.1000  1. 
 5       ∞  0.5857  1.93429  18.74
 6 -3.1427  0.5390  1. 
 7(S)    ∞  0.0329  1. 
 8       ∞  0.      1. 
 9       ∞  0.7082  1.75844  52.08
10 -1.5656  0.1037  1. 
11  2.4110  0.8198  1.73234  54.45
12 -0.9553  0.3075  1.93429  18.74
13 -2.9286  0.0683  1. 
14       ∞  0.3581  1.51564  74.74
15       ∞  0.1150  1. 
16       ∞  0.6857  1.51825  63.93
17       ∞  0.4457  1.61350  50.20
IMG      ∞  0. 
(実施例7)
 本実施例に係る撮像装置は、図9に示されるように、上述した対物レンズ1と同様のレンズ構成を有する対物レンズを備えている。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 12.4000  1.  
 1       ∞  0.3494  1.88815  40.52
 2  0.6952  0.3354  1.  
 3       ∞  0.0382  1.  
 4       ∞  0.0954  1.  
 5       ∞  0.5590  1.93429  18.74
 6 -2.7980  0.5118  1.  
 7(S)    ∞  0.0286  1.  
 8       ∞  0.      1.  
 9       ∞  0.6886  1.75844  52.08
10 -1.5044  0.0948  1.  
11  2.2870  0.7717  1.73234  54.45
12 -0.9201  0.2935  1.93429  18.74
13 -2.7952  0.0724  1.  
14       ∞  0.3186  1.51564  74.74
15       ∞  0.1098  1.  
16       ∞  0.6113  1.51825  63.93
17       ∞  0.4254  1.61350  50.20
IMG      ∞  0. 
(実施例8)
 本実施例に係る撮像装置は、図10に示されるように、上述した対物レンズ1と同様のレンズ構成を有する対物レンズを備えている。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 12.6000  1.  
 1       ∞  0.3560  1.88815  40.52
 2  0.7140  0.3417  1.  
 3       ∞  0.0282  1.  
 4       ∞  0.1051  1.  
 5       ∞  0.5529  1.85504  23.59
 6 -2.4207  0.5139  1.  
 7(S)    ∞  0.0306  1.  
 8       ∞  0.7138  1.73234  54.45
 9 -1.5001  0.0921  1.  
10  2.3004  0.7686  1.73234  54.45
11 -0.9296  0.2990  1.93429  18.74
12 -2.8476  0.0537  1.  
13       ∞  0.3124  1.51564  74.74
14       ∞  0.1118  1.  
15       ∞  0.6309  1.51825  63.93
16       ∞  0.4334  1.61350  50.20
IMG      ∞  0. 
(実施例9)
 本実施例に係る撮像装置は、図11に示されるように、上述した対物レンズ1と同様のレンズ構成を有する対物レンズを備えている。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 12.8000  1.  
 1       ∞  0.3619  1.88815  40.52
 2  0.7055  0.3474  1.  
 3       ∞  0.0247  1.  
 4       ∞  0.0989  1.  
 5       ∞  0.5790  1.93429  18.74
 6 -2.7804  0.4289  1.  
 7(S)    ∞  0.0277  1.  
 8       ∞  0.6612  1.75844  52.08
 9 -1.3431  0.1689  1.  
10  2.5961  0.7415  1.73234  54.45
11 -0.8733  0.3040  1.93429  18.74
12 -2.8952  0.0542  1.  
13       ∞  0.3404  1.51564  74.74
14       ∞  0.1137  1.  
15       ∞  0.5258  1.51825  63.93
16       ∞  0.4406  1.61350  50.20
IMG      ∞  0. 
(実施例10)
 本実施例に係る撮像装置は、図12に示されるように、第1群G1のレンズL2がメニスカスレンズであり、第2群のレンズL3が、両凸レンズであることを除いて、上述した対物レンズ1と同様のレンズ構成を有する対物レンズを備えている。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 16.8000  
 1       ∞  0.3701  1.88815  40.52
 2  0.8068  0.3683  1.  
 3       ∞  0.0276  1.  
 4       ∞  0.0460  1.  
 5 -9.2080  0.7040  1.85504  23.59
 6 -4.3114  0.5609  1.  
 7(S)    ∞  0.0555  1.  
 8       ∞  0.0925  1.  
 9  8.7429  1.1683  1.83932  36.92
10 -1.9192  0.0488  1.  
11  4.0232  1.1510  1.69979  55.31
12 -1.1626  0.3996  1.93429  18.74
13 -5.5974  0.3272  1.  
14       ∞  0.4906  1.51564  74.74
15       ∞  0.3062  1.  
16       ∞  0.7083  1.51825  63.93
17       ∞  0.6524  1.61350  50.20
IMG      ∞  0. 
(実施例11)
 本実施例に係る撮像装置は、図13に示されるように、上述した対物レンズ1と同様のレンズ構成を有する対物レンズを備えている。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 15.0000  
 1       ∞  0.2515  1.77066  70.28
 2  0.5345  0.2641  1.  
 3       ∞  0.0377  1.  
 4       ∞  0.4401  1.88815  40.52
 5 -5.7202  0.4457  1.  
 6(S)    ∞  0.0377  1.  
 7       ∞  0.5659  1.82017  46.37
 8 -1.1066  0.1635  1.  
 9  1.9954  0.6916  1.69979  55.31
10 -0.9053  0.2767  1.93429  18.74
11 -3.8581  0.1652  1.  
12       ∞  0.3065  1.51564  74.74
13       ∞  0.0420  1.  
14       ∞  0.5030  1.51825  63.93
15       ∞  0.4687  1.61350  49.91
IMG      ∞  0. 
(実施例12)
 本実施例に係る撮像装置は、図14に示されるように、上述した対物レンズ1と同様のレンズ構成を有する対物レンズを備えている。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 18.7000  1.  
 1       ∞  0.3619  1.88815  40.52
 2  0.7070  0.3474  1.  
 3       ∞  0.0475  1.  
 4       ∞  0.2787  1.  
 5       ∞  0.5790  1.93429  18.74
 6 -4.3429  0.4119  1.  
 7(S)    ∞  0.0376  1.  
 8       ∞  0.6514  1.75844  52.08
 9 -1.5674  0.1593  1.  
10  2.4701  0.8686  1.73234  54.45
11 -0.9239  0.3040  1.93429  18.74
12 -2.8952  0.1322  1.  
13       ∞  0.3540  1.51564  74.74
14       ∞  0.1270  1.  
15       ∞  0.6779  1.51825  63.93
16       ∞  0.4406  1.61350  50.20
IMG      ∞  0. 
(実施例13)
 本実施例に係る撮像装置は、図15に示されるように、第1群G1と第2群との分割位置が上述した対物レンズ1とは異なり、第1群G1が、単一のレンズから構成され、第2群G2が、明るさ絞りSをまたいでいる。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 12.7000  1.  
 1       ∞  0.3589  1.88815  40.52
 2  0.6676  0.3596  1.  
 3       ∞  0.0431  1.  
 4       ∞  0.5975  1.  
 5 56.6651  0.5606  1.88815  40.52
 6 -2.1468  0.1961  1.  
 7(S)    ∞  0.0405  1.  
 8       ∞  0.7367  1.83932  36.92
 9 -2.2285  0.1580  1.  
10  3.4892  0.8614  1.73234  54.45
11 -0.8879  0.3015  1.93429  18.74
12 -3.0066  0.1233  1.  
13       ∞  0.3511  1.51564  74.74
14       ∞  0.1183  1.  
15       ∞  0.6556  1.51825  63.93
16       ∞  0.4370  1.61350  50.20
IMG       ∞  0. 
(実施例14)
 本実施例に係る撮像装置は、図16に示されるように、上述した対物レンズ1と同様のレンズ構成を有する対物レンズを備えている。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 10.1000  
 1       ∞  0.2921  1.88815  40.52
 2  0.4513  0.2019  1. 
 3       ∞  0.0303  1. 
 4       ∞  0.4039  1.93429  18.74
 5 -11.3414 0.2873  1. 
 6(S)    ∞  0.0303  1. 
 7       ∞  0.6838  1.88815  40.52
 8 -1.0626  0.1111  1. 
 9  3.3235  0.6563  1.73234  54.45
10 -0.7418  0.2400  1.93429  18.74
11 -2.1541  0.1353  1. 
12       ∞  0.3474  1.51564  74.74
13       ∞  0.1857  1. 
14       ∞  0.8321  1.51825  63.93
15       ∞  0.4039  1.61350  50.20
IMG      ∞  0.
(実施例15)
 本実施例に係る撮像装置は、図17に示されるように、レンズL2が省略され、第1群G1が単一のレンズから構成されている。図18は、本実施例に係る撮像装置の全体構成図である。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 11.0000  1.  
 1       ∞  0.2570  1.77066  70.28
 2  0.5797  0.2707  1.  
 3       ∞  0.5445  1.  
 4(S)    ∞  0.0386  1.  
 5       ∞  0.0608  1.  
 6  5.6766  0.8734  1.82017  46.37
 7 -1.1818  0.1606  1.  
 8  1.9125  0.7479  1.59143  60.88
 9 -0.7924  0.2839  1.93429  18.74
10 -2.0205  0.0960  1.  
11       ∞  0.2700  1.51965  74.73
12       ∞  0.1060  1.  
13       ∞  0.5524  1.51825  63.93
14       ∞  0.4358  1.61350  50.20
IMG      ∞  0. 
(実施例16)
 本実施例に係る撮像装置は、図19に示されるように、レンズL2が省略され、第1群G1が単一のレンズから構成されている。
レンズデータ
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 11.0000  1.  
 1       ∞  0.2570  1.77066  70.28
 2  0.6712  0.2707  1.  
 3       ∞  0.7787  1.  
 4(S)    ∞  0.0386  1.  
 5       ∞  0.0608  1.  
 6  3.3921  0.7843  1.82017  46.37
 7 -1.2646  0.0529  1.  
 8  1.9843  0.6783  1.59143  60.88
 9 -0.7167  0.2839  1.93429  18.74
10 -2.4870  0.0960  1.  
11       ∞  0.2700  1.51965  74.73
12       ∞  0.1060  1.  
13       ∞  0.5524  1.51825  63.93
14       ∞  0.4358  1.61350  50.20
IMG      ∞  0. 
(実施例17)
 本実施例に係る撮像装置は、図20(a),(b)に示されるように、フォーカス機能を有している。具体的には、第1群G1が3つのレンズから構成され、これら3つのレンズのうち最も像側のレンズ(面番号5)が可動レンズである。第1の保持枠は、物体側の2つのレンズを保持する保持枠Aと、像側の可動レンズを保持するもう1つの保持枠Bとから構成され、保持枠Bが、保持枠Aと第2の保持枠との間で光軸方向に移動可能に設けられる。
レンズデータ(ワイド端)
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞ 15.0000  1.  
 1       ∞  0.1988  1.81991  44.11
 2  0.6146  0.5879  1.  
 3 -0.8499  0.2505  1.88815  40.52
 4  0.8981  0.1034  1.  
 5  1.1431  0.3963  1.50349  56.12
 6  1.5007  0.4308  1.  
 7(S)    ∞  0.0172  1.  
 8  1.6872  0.5945  1.48915  70.04
 9 -1.5507  0.4255  1.  
10  1.5626  0.5825  1.48915  70.04
11 -0.8444  0.1505  1.93429  18.74
12 -1.8193  0.2500  1.  
13       ∞  0.3271  1.51965  74.73
14       ∞  0.1000  1.  
15       ∞  0.3982  1.51825  63.93
16       ∞  0.4291  1.61350  50.20
IMG      ∞  0. 
レンズデータ(テレ端)
面番号      r       d       ne     Ve
OBJ      ∞  4.5000  1.  
 1       ∞  0.1988  1.81991  44.11
 2  0.6146  0.5879  1.  
 3 -0.8499  0.2505  1.88815  40.52
 4 -0.8981  0.3034  1.  
 5  1.1431  0.3963  1.50349  56.12
 6  1.5007  0.2308  1.  
 7(S)    ∞  0.0172  1.  
 8  1.6872  0.5945  1.48915  70.04
 9 -1.5507  0.4255  1.  
10  1.5626  0.5825  1.48915  70.04
11 -0.8444  0.1505  1.93429  18.74
12 -1.8193  0.2500  1.  
13       ∞  0.3271  1.51965  74.73
14       ∞  0.1000  1.  
15       ∞  0.3982  1.51825  63.93
16       ∞  0.4291  1.61350  50.20
IMG      ∞  0. 
 以上説明した実施例1~17について、条件式(1)~(3)の値と、画素ピッチPと、FナンバーFnoとを、表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
1 撮像装置
2 対物レンズ
3 撮像素子
3a 撮像面
4,5 保持枠
G1 第1群
G2 第2群
U1 第1のユニット
U2 第2のユニット
IMG 像面
S 明るさ絞り

Claims (6)

  1.  物体の光学像を形成する対物レンズと、
     該対物レンズによって得られた光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
     前記対物レンズおよび前記撮像素子を内部に保持する第1の保持枠および第2の保持枠とを備え、
     前記対物レンズが、物体側から順に第1群と第2群とからなるとともに、下記条件式(1)および(2)を満足し、
     前記第1の保持枠が、前記第1群を保持し、
     前記第2の保持枠が、前記撮像素子と前記第2群とを一体的に保持する撮像装置。
     (1)    f_front/f < 0
     (2)    f_front/f_rear < 0
     ただし、
     f_front;前記第1群の焦点距離、
     f_rear;前記第2群の焦点距離、
     f;前記対物レンズの全系の焦点距離
    である。
  2.  前記対物レンズおよび前記撮像素子が、下記条件式(3)を満足する請求項1に記載の撮像装置。
     (3)    2.5 × P ×Fno < 0.03
     ただし、
     P;前記撮像素子の画素ピッチ(mm)、
     Fno;前記対物レンズの有効Fナンバー
    である。
  3.  前記第2群を構成する各レンズは、前記撮像素子に対する位置が固定されている請求項2に記載の撮像装置。
  4.  前記第2群が、少なくとも1つの接合レンズを備える請求項3に記載の撮像装置。
  5.  前記第1の保持枠が、各々少なくとも1つのレンズを保持する複数の保持枠からなる請求項1から請求項4のいずれかに記載の撮像装置。
  6.  前記複数の保持枠のうちいずれかが、光軸方向に移動可能である請求項5に記載の撮像装置。
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