WO2017017854A1

WO2017017854A1 - 撮像装置

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Publication number: WO2017017854A1
Application number: PCT/JP2015/071707
Authority: WO
Inventors: 福島　郁俊
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-02-02
Also published as: US20180095262A1; US10955656B2; JP6072381B1; JPWO2017017854A1

Abstract

構造を簡素化して大型化を防止し画角を十分に拡大することを目的として、本発明の撮像装置（１）は、結像光学系（２）と、視差像を撮像する撮像素子（３）とを備え、結像光学系（２）が、第１負レンズ群（４）と第１正レンズ群（５）と第２正レンズ群（６）とを備え、第１正レンズ群（５）と第１負レンズ群（４）とが共通中心軸に沿って配置され、第２正レンズ群（６）が、共通中心軸を挟んで視差方向に並んで配置され、それぞれが中心軸を有する２つの正レンズ群（１２，１３）を備え、各視差像に対応して共通中心軸を挟んで視差方向に並んで配置された開口を有する２つの明るさ絞り（１７）を備え、第１負レンズ群（４）が、負屈折力のレンズ成分を最も物体側に備え、第１正レンズ群（５）が、フォーカスに際して共通中心軸に沿って移動する移動レンズ群（９）を１つのみ有し、移動レンズ群（９）を除く結像光学系（２）中の全てのレンズ成分が静止している。

Description

撮像装置

　本発明は、撮像装置に関するものである。

　ズーム倍率を変更可能な３Ｄ画像を撮影するとともに、広い視野範囲の２Ｄ画像を撮影する立体内視鏡装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　この立体内視鏡装置は、撮像光学系として、４群ズーム方式の機械補正式ズームレンズに基づいて構成された第１レンズ群、第２レンズ群および第３レンズ群からなるズーム部と、その後段に配置された結像系の左右一対の第４レンズ群とを備えている。

　標準ズーム時には、ズーム部の第２レンズ群および第３レンズ群を移動させる移動機構が制御されてズーム倍率が変更され、画像シフト時には、第３レンズ群および第４レンズ群を移動させる移動機構が制御されて全体の視野範囲が左右方向に拡大されるようになっている。

特開２０１４－１４０５９３号公報

　特許文献１の立体内視鏡装置は、拡大観察を行いたい場合に、レンズ群を移動させる２つの移動機構を備えているため、構成が複雑で、立体内視鏡装置が大きく、長くなってしまう。
　また、特許文献１の立体内視鏡装置では、輻湊角度を調節するために正の前置レンズが配置されているため、物体側に移動しない正のレンズでは、立体内視鏡装置に必要な広い画角を満足することができない。

　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、構造を簡素化して大型化を防止し画角を十分に拡大することができる撮像装置を提供することを目的としている。

　本発明の一態様は、視差を有する２つの像を形成する結像光学系と、該結像光学系よりも像側に配置され視差像を撮像する撮像素子とを備え、前記結像光学系が、物体側から像側に順に、負の屈折力を有する第１負レンズ群と、正の屈折力を有する第１正レンズ群と、正の屈折力を有する第２正レンズ群とを備え、前記第１正レンズ群と前記第１負レンズ群とが共通の中心軸に沿って配置され、前記第２正レンズ群が、各前記視差像に対応して前記共通の中心軸を挟んで視差方向に並んで配置され、それぞれが中心軸を有する２つの正レンズ群を備え、前記第１正レンズ群よりも像側に、各前記視差像に対応して前記共通の中心軸を挟んで視差方向に並んで配置された開口を有する２つの明るさ絞りを備え、前記中心軸上において物体側面および像側面の２面のみが空気と接するレンズをレンズ成分とするとき、前記第１負レンズ群が、負の屈折力のレンズ成分を最も物体側に備え、前記第１正レンズ群が、フォーカスに際して前記共通の中心軸に沿って移動する移動レンズ群を１つのみ有し、該移動レンズ群を除く前記結像光学系中の他の全てのレンズ成分が静止している撮像装置である。

　本態様によれば、物体からの光が撮像装置に入射すると、結像光学系において視差を有する２つの像が形成されて、撮像素子により２つの視差像が撮像される。物体からの光は第１負レンズ群により広い画角を確保することができ、第１負レンズ群により集光された光束の径は、その後段の第１正レンズ群によって小さいままに維持される。そして、第１正レンズ群を通過した光は、第１負レンズ群と第１正レンズ群との共通の中心軸を挟んで視差方向に並んで配置された２つの正レンズ群を備える第２正レンズ群に入射することにより、２つの視差像が分離され、撮像素子によってそれぞれ撮像される。

　第１正レンズ群に備えられた移動レンズ群を１つのみ共通の中心軸に沿って移動させることにより、単一の移動機構によってフォーカス位置を調節することができる。これにより撮像装置の細径化および長さの短縮を図ることができる。すなわち、本態様によれば、構造を簡素化して大型化を防止し画角を十分に拡大することができる。また、入射瞳間距離（基線長）の小さい視差画像を取得することができる。

　上記態様においては、前記移動レンズ群が以下の条件（１）を満足していてもよい。
　　（１）　　　ｆｍ＞（Ｄｋ×ΔＤ）／（ｉｈ×０．４）
　ここで、ｆｍは、前記移動レンズ群の焦点距離の絶対値、ΔＤは、前記移動レンズ群の最大移動量、ｉｈは、前記視差像の像高、Ｄｋは、前記第２正レンズ群のそれぞれの最物体側レンズの中心軸間の距離である。
　このようにすることで、移動レンズ群の移動に伴う、視差像同士のズレを小さくすることができる。これにより、フォーカス位置を切り替えたときの融像を容易にして立体観察時の操作者の疲労を低減することができる。また、フォーカス時の収差変動を低減することができる。

　上記態様においては、前記移動レンズ群が以下の条件（２）を満足していてもよい。
　　（２）　　　ｆｍ／ｆ１ｎ１ｐ＜１０
　ここで、ｆｍは前記移動レンズ群の焦点距離の絶対値、ｆ１ｎ１ｐは遠距離物体に合焦したときの前記第１負レンズ群および前記第１正レンズ群の合成焦点距離の絶対値である。
　このようにすることで、移動レンズ群を大きく移動させることなく、像面を移動させることができる。条件（２）が上限値を上回らないようにすることで、移動レンズ群の屈折力を十分確保してフォーカス時の移動量を小さくし、小型化を図ることができる。

　また、上記態様においては、前記第２正レンズ群の各前記正レンズ群が、物体側から像側に順に配置された、負の屈折力を有するレンズ群と正の屈折力を有するレンズ群とからなっていてもよい。
　このようにすることで、第２正レンズ群から出射する光束を負の屈折力のレンズ群によって広げることができ、画角の広い光学系に対しても、収差の補正が容易となる。

　また、上記態様においては、各前記明るさ絞りが、各前記第２正レンズ群中の前記負の屈折力を有するレンズ群と前記正の屈折力を有するレンズ群との間にそれぞれ配置されていてもよい。
　このようにすることで、各明るさ絞りの開口によって、入射瞳間距離（基線長）を適度に近づけることができ、収差の補正を容易にすることができる。

　また、上記態様においては、少なくとも一方の前記明るさ絞りの前記開口の中心が、前記第２正レンズ群の前記開口に対応する正レンズ群の前記中心軸に対して偏心して配置されていてもよい。
　このようにすることで、入射瞳位置を近づけたままでも視差像の結像位置をずらし、光束のケラレを小さくすることができる。

　また、上記態様においては、２つの前記開口の中心間距離が、前記第２正レンズ群中の２つの正レンズ群の最物体側レンズの中心軸間距離よりも大きくてもよい。
　このようにすることで、撮像画角を大きくした際の視差像のクロストークを軽減することができる。

　また、上記態様においては、２つの前記開口の中心間距離が、前記第２正レンズ群中の２つの正レンズ群の最物体側レンズの中心軸間距離よりも小さくてもよい。
　このようにすることで、視差像間隔を小さくし、撮像素子の撮像面を小型化することができる。

　また、上記態様においては、前記第１負レンズ群が、前記負の屈折力を有するレンズ成分を含む２つのレンズ成分からなっていてもよい。
　このようにすることで、第１負レンズ群を２つの負レンズ成分によって構成すれば、画角の確保と小型化を図ることができる。一方、第１負レンズ群を負レンズ成分と正レンズ成分によって構成すれば、画角の確保と収差の補正を容易にすることができる。

　また、上記態様においては、前記第２正レンズ群が以下の条件（３）を満足していてもよい。
　　（３）　　　０．１＜ｆａ／ｆ２ｐ＜０．４
　ここで、ｆａは、前記第１負レンズ群および前記第１正レンズ群の前記共通の中心軸に略直交する方向に前記第２正レンズ群を移動させ、前記第１負レンズ群、前記第１正レンズ群および前記第２正レンズ群の各中心軸を直線上に並べ、遠距離物体に合焦したときの焦点距離、ｆ２ｐは前記第２正レンズ群の焦点距離である。

　条件（３）において、下限を下回らず且つ上限を上回らないように第２正レンズ群の屈折力を適度に持たせることで、共通レンズ群となる第１負レンズ群および第１正レンズ群の合成光学系と、第２正レンズ群の光学系の相互の偏芯による収差を抑えやすく構成できる。
　すなわち、条件（３）の比率が下限を下回ると、第２正レンズ群の屈折力が相対的に弱くなり、共通レンズ群の屈折力が強くなり、偏芯による収差が大きく発生し補正することが難しくなる。一方、条件（３）の比率が上限値を上回ると、共通レンズ群の負の屈折力が大きくなり、後段で収差補正を行なうことが難しくなる。

　また、上記態様においては、前記第１正レンズ群が、該第１正レンズ群中にて最も像側に配置され、像側に凸面を向け、且つ正レンズと負レンズとを有する接合レンズ成分を備え、以下の条件（４）を満足していてもよい。
　　（４）　　　２＜｜ｒａ／Ｄｋ｜＜２０
　ここで、ｒａは前記接合レンズ成分の像側面の曲率半径、Ｄｋは前記第２正レンズ群のそれぞれの最物体側レンズの中心軸間の距離である。

　条件（４）は第１正レンズ群の最も像側の屈折面の曲率を特定するものである。条件（４）が下限値を下回らないようにして曲率半径を大きくすることで、偏芯による色収差を低減することができる。また、条件（４）が上限を上回らないようにして曲率を適度に確保することで、光学系の径方向の寸法を小さくし易くなる。

　また、上記態様においては、前記第１正レンズ群中の前記移動レンズ群が、正レンズと負レンズとを含む接合レンズ成分を備えていてもよい。
　このようにすることで、色収差を低減することができる。

　また、上記態様においては、前記第１正レンズ群が、２つの正レンズ成分と１つの負レンズ成分とからなり、前記移動レンズ群が、前記第１正レンズ群のいずれかの前記正レンズ成分であってもよい。
　このようにすることで、小型化と収差補正を両立することができる。

　また、上記態様においては、条件（５）を満足することが好ましい。
　　（５）　遠距離物体に合焦したときの最大画角が１００°以上である。
　また、上記態様においては、条件（６）を満足することが好ましい。
　　（６）　０．２＜Ｄ０１＜２
　ここで、Ｄ０１は入射瞳面間の距離である。

　さらに、上記態様においては、条件（７）を満足することが好ましい。
　　（７）　１．５＜ｆ１ｎ／ｆａ＜２０
　ここで、ｆａは、前記第１負レンズ群および前記第１正レンズ群の前記共通の中心軸に略直交する方向に前記第２正レンズ群を移動させ、前記第１負レンズ群、前記第１正レンズ群および前記第２正レンズ群の各中心軸を直線上に並べ、遠距離物体に合焦したときの焦点距離、ｆ１ｎは前記第１正レンズ群の焦点距離である。
　なお、「遠距離物体」は、撮像装置の合焦可能な物体距離の範囲にて、物体までの距離が最も遠くなるときの物体を意味する。

　本発明によれば、構造を簡素化して大型化を防止し画角を十分に拡大することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の移動レンズ群が遠点位置（最遠点物体合焦時の移動レンズ群の位置）に配置されたときの主光線の光線追跡を示す図である。図１の撮像装置の移動レンズが近点位置（最近点物体合焦時の移動レンズ群の位置）に配置されたときの主光線の光線追跡を示す図である。図１の撮像装置の実施例に係る結像光学系のレンズ配列を示す図である。図３の結像光学系の移動レンズ群が図２に示される遠点位置に配置されたときの、（ａ）光線Ｌ７、（ｂ）光線Ｌ６、（ｃ）光線Ｌ５、（ｄ）光線Ｌ４、（ｅ）光線Ｌ３、（ｆ）光線Ｌ２、（ｇ）光線Ｌ１を主光線とする光束の紙面方向（Ｙ方向）での横収差を示す図である。図３の結像光学系の移動レンズ群が図２に示される遠点位置に配置されたときの（ａ）光線Ｌ７、（ｂ）光線Ｌ６、（ｃ）光線Ｌ５、（ｄ）光線Ｌ４、（ｅ）光線Ｌ３、（ｆ）光線Ｌ２、（ｇ）光線Ｌ１を主光線とする光束の紙面に垂直な方向（Ｘ方向）での横収差を示す図である。図３の結像光学系の移動レンズ群が図１に示される近点位置に配置されたときの（ａ）光線Ｌ７、（ｂ）光線Ｌ６、（ｃ）光線Ｌ５、（ｄ）光線Ｌ４、（ｅ）光線Ｌ３、（ｆ）光線Ｌ２、（ｇ）光線Ｌ１を主光線とする光束のＹ方向での横収差を示す図である。図３の結像光学系の移動レンズ群が図１に示される近点位置に配置されたときの（ａ）光線Ｌ７、（ｂ）光線Ｌ６、（ｃ）光線Ｌ５、（ｄ）光線Ｌ４、（ｅ）光線Ｌ３、（ｆ）光線Ｌ２、（ｇ）光線Ｌ１を主光線とする光束のＸ方向での横収差を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る撮像装置の移動レンズ群が遠点位置に配置されたときの主光線の光線追跡を示す図である。図８の撮像装置の移動レンズが近点位置に配置されたときの主光線の光線追跡を示す図である。図８の撮像装置の実施例に係る結像光学系のレンズ配列を示す図である。図１０の結像光学系の移動レンズ群が図８に示される遠点位置に配置されたときの、（ａ）光線Ｌ１、（ｂ）光線Ｌ２、（ｃ）光線Ｌ３、（ｄ）光線Ｌ４、（ｅ）光線Ｌ５、（ｆ）光線Ｌ６、（ｇ）光線Ｌ７のコマ収差を示す図である。図１０の結像光学系の移動レンズ群が図８に示される遠点位置に配置されたときの（ａ）光線Ｌ１、（ｂ）光線Ｌ２、（ｃ）光線Ｌ３、（ｄ）光線Ｌ４、（ｅ）光線Ｌ５、（ｆ）光線Ｌ６、（ｇ）光線Ｌ７の倍率色収差を示す図である。図１０の結像光学系の移動レンズ群が図９に示される近点位置に配置されたときの（ａ）光線Ｌ１、（ｂ）光線Ｌ２、（ｃ）光線Ｌ３、（ｄ）光線Ｌ４、（ｅ）光線Ｌ５、（ｆ）光線Ｌ６、（ｇ）光線Ｌ７のコマ収差を示す図である。図１０の結像光学系の移動レンズ群が図９に示される近点位置に配置されたときの（ａ）光線Ｌ１、（ｂ）光線Ｌ２、（ｃ）光線Ｌ３、（ｄ）光線Ｌ４、（ｅ）光線Ｌ５、（ｆ）光線Ｌ６、（ｇ）光線Ｌ７の倍率色収差を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る撮像装置の移動レンズ群が遠点位置に配置されたときの主光線の光線追跡を示す図である。図１５の撮像装置の移動レンズが近点位置に配置されたときの主光線の光線追跡を示す図である。図１５の撮像装置の実施例に係る結像光学系のレンズ配列を示す図である。図１７の結像光学系の移動レンズ群が図１５に示される遠点位置に配置されたときの、（ａ）光線Ｌ１、（ｂ）光線Ｌ２、（ｃ）光線Ｌ３、（ｄ）光線Ｌ４、（ｅ）光線Ｌ５、（ｆ）光線Ｌ６、（ｇ）光線Ｌ７を主光線とする光束のＹ方向での横収差を示す図である。図１７の結像光学系の移動レンズ群が図１５に示される遠点位置に配置されたときの（ａ）光線Ｌ７、（ｂ）光線Ｌ６、（ｃ）光線Ｌ５、（ｄ）光線Ｌ４、（ｅ）光線Ｌ３、（ｆ）光線Ｌ２、（ｇ）光線Ｌ１を主光線とする光束のＸ方向での横収差を示す図である。図１７の結像光学系の移動レンズ群が図１６に示される近点位置に配置されたときの（ａ）光線Ｌ７、（ｂ）光線Ｌ６、（ｃ）光線Ｌ５、（ｄ）光線Ｌ４、（ｅ）光線Ｌ３、（ｆ）光線Ｌ２、（ｇ）光線Ｌ１を主光線とする光束のＹ方向での横収差を示す図である。図１７の結像光学系の移動レンズ群が図１６に示される近点位置に配置されたときの（ａ）光線Ｌ７、（ｂ）光線Ｌ６、（ｃ）光線Ｌ５、（ｄ）光線Ｌ４、（ｅ）光線Ｌ３、（ｆ）光線Ｌ２、（ｇ）光線Ｌ１を主光線とする光束のＸ方向での横収差を示す図である。各実施形態に係る撮像装置を適用する硬性内視鏡の（ａ）全体図、（ｂ）先端部を示す斜視図である。各実施形態に係る撮像装置を適用する軟性電子内視鏡の全体図である。各実施形態に係る撮像装置を適用する自動車の（ａ）フロント部分の斜視図、（ｂ）側面図である。

　本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る撮像装置１は、図１および図２に示されるように、結像光学系２と撮像素子３とを備えている。

　結像光学系２は、物体側から像側に順に、負の屈折力を有する第１負レンズ群４と、正の屈折力を有する第１正レンズ群５と、正の屈折力を有する第２正レンズ群６とを備えている。
　第１負レンズ群４は、物体側から順に、像側に凹面を備える平凹レンズ（負の屈折力のレンズ成分）７と、物体側に凹面を有する１つのメニスカスレンズ８とを備えている。

　第１正レンズ群５は、物体側から順に、物体側に凹面を有する１つのメニスカスレンズ（移動レンズ群）９と、両凹レンズ１０と、物体側に凸面を有するメニスカスレンズおよび両凸レンズの接合レンズ１１とを備えている。
　第１負レンズ群４と第１正レンズ群５とは、図３に示されるように、共通の中心軸（共通中心軸）Ｓに沿って配置され、第１正レンズ群５のメニスカスレンズ９は中心軸Ｓに沿って移動可能に設けられている。

　第２正レンズ群６は、図３に示されるように、共通中心軸Ｓを挟んで両側に間隔をあけて配置され、それぞれが中心軸（Ｘ１，Ｘ２），（Ｙ１，Ｙ２）を有する２つの正レンズ群１２，１３を備えている。各正レンズ群１２，１３は、物体側に凹面を有する負メニスカスレンズ１４と、物体側に凸面を有する正メニスカスレンズ１５と、物体側に凸面を有するメニスカスレンズおよび両凸レンズの接合レンズ１６と、正メニスカスレンズ１５と接合レンズ１６との間に配置された開口を有する明るさ絞り１７とを備えている。

　物体からの光は、第１負レンズ群４によって集光された後、第１正レンズ群５を通過して第２正レンズ群６に入射する際に、視差に応じて分離され、第２正レンズ群６を構成する各正レンズ群１２，１３によって２つの視差像が結像されるようになっている。
　撮像素子３は、第２正レンズ群６による視差像の結像位置に撮像面１８を配置したＣＣＤあるいはＣＭＯＳ等によって構成されている。撮像面１８の直前には撮像素子３のカバーガラスや赤外カットフィルタを光学的に等価な平行平板にて現したものが配置されている。

　本実施形態に係る撮像装置１は、以下の条件（１）から（７）を満足している。
（１）　　ｆｍ＞（Ｄｋ×ΔＤ）／（ｉｈ×０．４）
（２）　　ｆｍ／ｆ１ｎ１ｐ＜１０
（３）　　０．１＜ｆａ／ｆ２ｐ＜０．４
（４）　　２＜｜ｒａ／Ｄｋ｜＜２０
（５）　　遠距離物体に合焦したときの最大画角が１００°以上である。
（６）　　０．２＜Ｄ０１＜２
（７）　　１．５＜ｆ１ｎ／ｆａ＜２０

　ここで、
　ｆｍは、メニスカスレンズ９の焦点距離の絶対値、
　ΔＤは、メニスカスレンズ９の最大移動量、
　ｉｈは、視差像の像高、
　Ｄｋは、第２正レンズ群６を構成する２つの正レンズ群１２，１３のそれぞれの負メニスカスレンズ（最物体側レンズ）１４の中心軸Ｘ１，Ｙ１間の距離、
　ｆ１ｎ１ｐは、遠距離フォーカス時の第１負レンズ群４および第１正レンズ群５の合成焦点距離の絶対値、
　ｆａは、第１負レンズ群４と第１正レンズ群５との共通中心軸Ｓに対して第２正レンズ群６を直交する方向に移動させ、第１負レンズ群４、第１正レンズ群５および第２正レンズ群６の各中心軸Ｓ，Ｘ１，Ｘ２を直線上に並べ、遠距離物体に合焦したときの焦点距離、
　ｆ２ｐは、第２正レンズ群６の焦点距離、
　ｒａは、第１正レンズ群５の接合レンズ１１の像側面の曲率半径、
　Ｄｋは、第２正レンズ群６のそれぞれの最物体側レンズの中心軸Ｘ１，Ｙ１間の距離、
　Ｄ０１は入射瞳面間の距離、
　ｆ１ｎは第１正レンズ群５の焦点距離
である。

　メニスカスレンズ９の最大移動量ΔＤによる像高の変化量ΔＹは以下の関係式を満たす。
　　　　ΔＹ＝ΔＤ×（Ｄｋ／２）／ｆｍ
　そして、像高の変化量ΔＹとして像高ｉｈの２０％より小さいこと、すなわち、
　　　　ΔＹ＜ｉｈ×０．２
を条件とすると、条件（１）が導かれる。

　このように構成された本実施形態に係る撮像装置１の作用について以下に説明する。
　本実施形態に係る撮像装置１によれば、物体からの光が撮像装置１に入射すると、結像光学系２において視差を有する２つの像が形成されて、撮像素子３により２つの視差像が撮像される。物体からの光は第１負レンズ群４により広い画角を確保することができ、第１負レンズ群４により集光された光束の径は、その後段の第１正レンズ群５によって小さいままに維持される。そして、第１正レンズ群５を通過した光は、第１負レンズ群４と第１正レンズ群５との共通の中心軸Ｓを挟んで視差方向に並んで配置された２つの正レンズ群１２，１３を備える第２正レンズ群６に入射することにより、２つの視差像が分離され、撮像素子３によってそれぞれ撮像される。

　第１正レンズ群５に備えられた１つのメニスカスレンズ９を共通中心軸Ｓに沿って移動させるので、単純な移動機構によってフォーカス位置を調節することができる。これにより撮像装置１の細径化および長さの短縮を図ることができる。すなわち、本実施形態に係る撮像装置１によれば、構造を簡素化して大型化を防止し画角を十分に拡大することができるという利点がある。

　また、入射瞳間距離（基線長）の小さい視差画像を取得することができる。したがって、立体観察時に左右両眼によってそれぞれ観察する視差像の視差を大きくなり過ぎないようにすることができる。これにより、融像を容易にして、立体観察時における操作者の疲労を軽減することができるという利点がある。

　また、第２正レンズ群６が、物体側から像側に順に配置された、負の屈折力を有するメニスカスレンズ（レンズ群）１４と、正の屈折力を有する正メニスカスレンズ１５および接合レンズ（レンズ群）１６とからなっているので、第１正レンズ群５から出射する光束を負の屈折力のレンズ群１４によって広角に集光することができ、画角の広い光学系に対しても、容易に収差を補正することができる。

　また、第２正レンズ群６において、明るさ絞り１７が、正の屈折力を有するメニスカスレンズ（レンズ群）１５と正の屈折力を有する接合レンズ１６との間にそれぞれ配置されていているので、各明るさ絞り１７の開口によって、入射瞳間距離（基線長）を適度に近づけることができ、容易に収差を補正することができる。

　なお、明るさ絞りは、第２正レンズ群６の２つの正レンズ群１２，１３のそれぞれの接合レンズ１６の中心軸Ｘ２，Ｙ２に対して外側に偏芯して配置されているが、物体側レンズ１４の中心軸Ｘ１，Ｙ１に対して偏心して配置されていてもよい。このようにすることで、入射瞳位置を近づけたままでも視差像の結像位置をずらし、撮像面間距離を小さくして小型化したり、逆に大きくしたりして光束のケラレを小さくすることができるという利点がある。
　また、２つの明るさ絞り１７の開口の中心間距離が、第２正レンズ群６中の２つの正レンズ群１２，１３の最物体側レンズ１４の中心軸Ｘ１，Ｙ１間距離よりも大きくてもよい。このようにすることで、撮像画角を大きくした際の視差像のクロストークを軽減することができる。

　また、２つの明るさ絞り１７の開口の中心間距離が、第２正レンズ群６中の２つの正レンズ群１２，１３の最物体側レンズ１４の中心軸Ｘ１，Ｙ１間距離よりも小さくてもよい。このようにすることで、視差像間隔を小さくし、撮像素子３の撮像面１８を小型化することができる。

　また、第１負レンズ群４として、像側に凹面を備える平凹レンズ７と、物体側に凹面を有する１つのメニスカスレンズ８とからなることとしたので、画角の確保と小型化を図ることができる。これに代えて、メニスカスレンズ８を正の屈折力を有する正レンズ成分によって構成してもよい。これにより、画角の確保と収差の補正を容易にすることができる。

　また、本実施形態に係る撮像装置１においては、条件（１）を満たしているので、メニスカスレンズ９の移動に伴う、視差像同士のズレを小さくすることができる。これにより、フォーカス位置を切り替えたときの融像を容易にして立体観察時の操作者の疲労を低減することができる。また、フォーカス時の収差変動を低減することができる。

　また、本実施形態に係る撮像装置１においては、条件（２）を満たしているので、メニスカスレンズ９を大きく移動させることなく、像面を移動させることができる。条件（２）が上限値を上回らないようにすることで、移動レンズ群９の屈折力を十分確保してフォーカス時の移動量を小さくし、小型化を図ることができる。

　また、本実施形態に係る撮像装置１においては、条件（３）を満足しているので、条件（３）において、下限を下回らず且つ上限を上回らないように第２正レンズ群６の屈折力を適度に持たせることで、共通レンズ群としての第１負レンズ群４および第１正レンズ群５の合成光学系と、第２正レンズ群６との相互の偏芯による収差を抑えやすく構成することができる。
　すなわち、条件（３）の比率が下限を下回ると、第２正レンズ群６の屈折力が相対的に弱くなり、共通レンズ群の屈折力が強くなり、偏芯による収差が大きく発生し、補正することが難しくなる。一方、条件（３）の比率が上限値を上回ると、共通レンズ群の負の屈折力が大きくなり、後段で収差補正を行なうことが難しくなる。

　また、本実施形態に係る撮像装置１によれば、条件（４）を満足しているので、下限値を下回らないようにして曲率半径を大きくすることで、偏芯による色収差を低減することができる。また、上限値を上回らないようにして曲率を適度に確保することで、光学系の径方向の寸法を小さくし易くなる。

　また、本実施形態に係る撮像装置１によれば、条件（５）を満足しているので、内視鏡のように広い画角を必要とする装置に適用することが可能となる。
　また、本実施形態に係る撮像装置１によれば、条件（６）を満足しているので、視差が大きくなり過ぎず、立体観察し易くすることができる。
　また、本実施形態に係る撮像装置１によれば、条件（７）を満足しているので、第１負レンズ群４の屈折力を下限値より大きくして、大きい画角のところでの収差を抑えるとともに、上限値以下とすることで、第１負レンズ群４において生じる収差を後段で容易に処理することができる。

　ここで、本実施形態に係る撮像装置１の実施例について、図３から図７およびレンズデータを用いて以下に説明する。
　図３は本実施例に係る撮像装置１の結像光学系２のレンズ配列を示している。また、図４から図７は本実施例の結像光学系２の各光線Ｌ１からＬ７に対応する収差図を示している。

　本実施例においては、最大画角（遠点）は１２６°、焦点距離（遠点）は０．６８、像高は０．４ｍｍ、Ｆｎｏは３．５である。
　以下のレンズデータにおいて、ｒは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、Ｎｄはｄ線に対する屈折率、νはアッベ数を示している。また、ＯＢＪは被写体（物体）を示している。

面番号　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　　Ｎｄ　　　　　ν
OBJ 　　∞　　　　　　18
1 　　　∞　　　　　　0.4　　　1.63265　　57.9917
2　　1.50515　　1.34349
3　－2.61624　　1.17382　　　1.74482　　42.7981
4　－3.08491　　0.285601
5　－2.63066　　0.908953　　1.74256　　44.9595
6　－2.55327　　0.923544
7　－2.50621　　　0.816 　　　1.48749　　70.4047
8　　3.5032　　　0.263045
9　　4.27453　　0.97815　　　1.76182　　26.5174
10　　2.94505　　1.37011　　　1.64735　　55.5233
11　－4.22202　　　　0
12　　∞(仮想面)　　0.248159
13　－1.59905　　0.448159　　1.48749　　70.4047
14　－2.33316 　　　0.4
15　　3.12084 　　　0.5　　　　　1.7552　　27.579
16　　15.3448 　　　0.1
17 　　∞(絞り)　　　　　0
18　　∞(仮想面) 　　　0.1
19　　1.5844　　　　0.4 　　　　1.92286　　18.8966
20　　　0.8　　　　0.545631　　1.58913　　61.1341
21　－3.92172　　0.99262
22　　　　∞　　　　　0.85　　　　1.51633　　64.1411
23　　∞(撮像面)

　上記レンズデータにおける物点、面間隔４および面間隔６は、メニスカスレンズ９が遠点位置に配置されているときの値を示しており、近点位置に配置されているときの値は、
　ｄＯＢＪ（物体面から第１面までの距離）＝５ｍｍ、ｄ４＝１．０５９１４ｍｍ、ｄ６＝０．１５０００５ｍｍ
である。
　また、第１２面、第１８面は第２正レンズ群６の中心軸（Ｙ１，Ｙ２）の偏芯を示すために記載した仮想面、第２３面は像面であり、物体側直前の中心軸に対する偏芯量ｙｄｅは、それぞれ、
　第１２面：ｙｄｅ＝－０．６９１７４ｍｍ
　第１８面：ｙｄｅ＝０．０５ｍｍ
　第２３面：ｙｄｅ＝－０．０２５６７ｍｍ
である。

　次に、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置２０について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る撮像装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

　本実施形態に係る撮像装置２０は、図８および図９に示されるように、結像光学系２１の第１負レンズ群２２、第１正レンズ群２３の構成において第１の実施形態に係る撮像装置１と相違している。
　第１負レンズ群２２は、物体側から順に、像側に凹面を備える平凹レンズ（負の屈折力のレンズ成分）７と、両凹レンズ２４と、両凸レンズ２５とを備えている。
　また、第１正レンズ群２３は、物体側から順に、物体側に凹面を有する１つのメニスカスレンズ（移動レンズ群）９と、物体側に凹面を有する両凹レンズおよび両凸レンズの接合レンズ２６とを備えている。

　本実施形態に係る撮像装置２０によれば、第１負レンズ群２２として、像側に凹面を備える平凹レンズ７と、両凹レンズ２４と正の屈折力を有する両凸レンズ（正レンズ成分）２５によって構成しているので、画角の確保と収差の補正を容易にすることができる。
　また、本実施形態に係る結像光学系２１の第２正レンズ群２７は、共通中心軸Ｓを挟んで両側に間隔をあけて配置され、それぞれが中心軸Ｘ，Ｙを有する２つの正レンズ群１２，１３を備えている。各正レンズ群１２，１３は、物体側に凹面を有する負メニスカスレンズ１４と、物体側に凹面を有する正メニスカスレンズ２８と、物体側に凸面を有するメニスカスレンズおよび両凸レンズの接合レンズ１６と、正メニスカスレンズ２８と接合レンズ１６との間に、中心軸Ｘ，Ｙより外側に偏心して配置された開口を有する明るさ絞り１７とを備えている。

　ここで、本実施形態に係る撮像装置２０の実施例について、図１０から図１４およびレンズデータを用いて以下に説明する。
　図１０は本実施例に係る撮像装置２０の結像光学系２１のレンズ配列を示している。また、図１１から図１４は本実施例の結像光学系２１の各光線Ｌ１からＬ７に対応する収差図を示している。
　本実施例においては、最大画角（遠点）は１３０°、焦点距離（遠点）は０．７４、像高は０．４ｍｍ、Ｆｎｏは３．５である。

面番号　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　　Ｎｄ　　　　　ν
OBJ 　　　　∞　　　　　　16
　1　　　　　∞　　　　　　0.4 　　　1.58866　　62.0814
　2　　　2.01713　　　1.26438
　3　　　－3.6754　　　1.12299　　1.6516 　　58.5498
　4　　　　5.3895　　　0.607067
　5　　　5.85923 　　0.902268　　1.7269　　40.2592
　6　　　－5.7411　　　3.24553
　7　　－2.62954 　　0.571107　　　1.72　　　50.2298
　8　　－3.52953 　　　　0.1
　9　　－8.39925 　　0.959932　　1.64771　　42.6144
10　　　1.96304　　　1.28656 　　1.63854　　55.3792
11　　－4.60278　　　　　0
12　　　∞(仮想面)　　　0.400404
13　　－1.39988　　　0.600404 　　1.744　　　44.7857
14　　－2.11725 　　　　0.4
15　　－4.65582 　　　　0.5　　　　1.75435　　28.1623
16　　－2.68959 　　　　0.1
17　　　∞(絞り)　　　　　0
18　　　∞(仮想面) 　　　0.1
19　　　1.38124 　　　　0.4　　　　1.92286　　18.8966
20 　　　　0.8　　　　　0.697876　1.58913　　61.1341
21　　－16.4714　　　　1.29711
22　　　　　∞　　　　　　0.85　　　1.51633　　64.1411
23　　　∞(撮像面)

　上記レンズデータにおける物点、面間隔６および面間隔８は、メニスカスレンズ９が遠点位置に配置されているときの値を示しており、近点位置に配置されているときの値は、
　ｄＯＢＪ（物体面から第１面までの距離）＝４ｍｍ、ｄ６＝１．９２６５１ｍｍ、ｄ８＝１．４１９０２ｍｍ
である。
　また、第１２、第１８面は第２正レンズ群２７の中心軸Ｙと明るさ絞り１７の偏芯を示すために記載した仮想面、第１７面は明るさ絞り１７、第２２面は像面であり、物体側直前の中心軸に対する偏芯量ｙｄｅは、それぞれ、
　第１２面：ｙｄｅ＝－０．７ｍｍ
　第１７面：ｙｄｅ＝－０．０５ｍｍ
　第１８面：ｙｄｅ＝０．０５ｍｍ
　第２３面：ｙｄｅ＝－０．０５７２５ｍｍ
である。

　次に、本発明の第３の実施形態に係る撮像装置３０について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る撮像装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

　本実施形態に係る撮像装置３０は、図１５および図１６に示されるように、結像光学系３１の第１正レンズ群３２および第２正レンズ群３３の構成において第１の実施形態に係る撮像装置１と相違している。
　また、第１正レンズ群３２は、物体側から順に、両凹レンズ３４と物体側に凹面を有するメニスカスレンズ３５と、物体側に凸面を有するメニスカスレンズおよび両凸レンズの接合レンズ３６の移動レンズ群とを備えている。

　第２正レンズ群３３は、物体側から順に、物体側に凹面を有する負メニスカスレンズ１４と、物体側に凸面を有するメニスカスレンズ３７と、両凸レンズ３８とを備え、負メニスカスレンズ１４とメニスカスレンズ３７との間に明るさ絞り１７を備えている。

　ここで、本実施形態に係る撮像装置３０の実施例について、図１７から図２１およびレンズデータを用いて以下に説明する。
　図１７は本実施例に係る撮像装置３０の結像光学系３１のレンズ配列を示している。また、図１８から図２１は本実施例の結像光学系３１の各光線Ｌ１からＬ７に対応する収差図を示している。
　本実施例においては、最大画角（遠点）は１３０°、焦点距離（遠点）は0．７０、像高は０．４ｍｍ、Ｆｎｏは３．５である。

面番号　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　　　Ｎｄ　　　　　ν
OBJ　　　　∞　　　　　　14.0
　1 　　　　∞　　　　　　0.4　　　　1.62041　　60.3227
　2 　　1.74912　　　　1.21081
　3　　－5.97642 　　　1.06942　　1.92286　　18.8966
　4　　－3.39832　　　0.553496
　5　　－6.26141　　　0.848696　　1.51633　　64.1411
　6　　　1.57833　　　0.436056
　７　　－2.42926　　　0.68　　　　1.6968　55.5314
　8　　－3.26785　　　0.252086
　9　　　6.01847　　　0.906361　　1.84666　　23.7775
10　　　2.01001　　　　1.23299　　1.66431　　49.0461
11　　－2.40937　　　0.176602
12　　　∞(仮想面)　　　　0.25
13　　－0.917881 　　0.437624　　1.48749　　70.2353
14　　－1.19867　　　　　0.01
15　　　∞(絞り)　　　　　0.04
16　　　1.735　　　　　0.497624　　1.7552 　　27.579
17　　　　0.78　　　　　0.12
18　　　1.05684　　　0.60322　　　1.56883 　　56.363
19　　－1.25682　　　　1.23525
20　　　　　∞　　　　　0.85　　　　1.51633　　　64.1411
21　　　∞(撮像面)

　上記レンズデータにおける物点、面間隔８および面間隔１１は、移動レンズ群３６が遠点位置に配置されているときの値を示しており、近点位置に配置されているときの値は、
　ｄＯＢＪ（物体面から第１面までの距離）＝２．５ｍｍ、ｄ８＝０．４０８６８８ｍｍ、ｄ１１＝０．０２ｍｍである。
　また、第１２面は第２正レンズ群３３の中心軸Ｙの偏芯を示すために記載した仮想面であり、偏芯量ｙｄｅは、
　第１２面：ｙｄｅ＝－０．５ｍｍ
である。

　上記３つの実施例における条件（１）から（７）の値を表１に示す。
　表１によれば、３つの実施例はいずれも条件（１）から（７）を満たしている。

　条件式（１）にて、さらに、
　　（１’）　　　ｆｍ＞３＊（Ｄｋ×ΔＤ）／（ｉｈ×０．４）
を満足することがより好ましい。
　条件式（２）の上限値を７とすることがより好ましい。
　条件式（３）の下限値を０．２とすることがより好ましい。
　条件式（３）の上限値を０．３５とすることがより好ましい。
　条件式（４）の下限値を４、さらには４．７とすることがより好ましい。
　条件式（４）の上限値を１０、さらには８とすることがより好ましい。
　条件式（５）の下限値を１２５°とすることがより好ましい。
　条件式（６）の下限値を０．４、さらには０．４５とすることがより好ましい。
　条件式（６）の上限値１．２、さらには０．９とすることがより好ましい。
　条件式（７）の下限値を１．８とすることがより好ましい。
　条件式（７）の上限値を１５とすることがより好ましい。

　本発明の各実施形態に係る撮像装置１，２０，３０の適用例について、以下に説明する。
　図２２は、各実施形態に係る撮像装置１，２０，３０を内視鏡に適用した例を示す図である。図２２（ａ）は硬性内視鏡１１０の全体図であり、図２２（ｂ）は硬性内視鏡１１０の先端に取り付けた各実施形態に係る撮像装置１，２０，３０を示している。

　また、図２３は、軟性電子内視鏡１１３を示す全体図である。軟性電子内視鏡１１３の挿入部の先端に上記各実施形態に係る撮像装置１，２０，３０を取り付けて、撮影された画像に画像処理を施して歪みを補正し、表示装置１１４に立体的に表示するようにしている。
　図２２および図２３に示されるように、内視鏡１１０，１１３に各実施形態に係る撮像装置１，２０，３０を適用することにより、広視野の画像を立体的に撮影して観察することができ様々な部位を立体的に観察することができる。

　また、図２４は、本発明の各実施形態に係る撮像装置１，２０，３０を自動車１３０に適用した例を示す図である。
　図２４（ａ），（ｂ）に示されるように、撮像装置１，２０，３０を自動車１３０の各部に取り付けて、取得された画像に画像処理を施して歪みを補正し、車内の表示装置（図示略）に同時に立体的に表示するようにしている。

　１，２０，３０　撮像装置
　２，２１，３１　結像光学系
　３　撮像素子
　４，２２　第１負レンズ群
　５，２３，３２　第１正レンズ群
　６，２７，３３　第２正レンズ群
　９　メニスカスレンズ（移動レンズ群）
　１２，１３　正レンズ群
　１７　明るさ絞り
　３６　接合レンズ（移動レンズ群）
　Ｓ，Ｘ，Ｙ，Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２　中心軸

Claims

　視差を有する２つの像を形成する結像光学系と、
　該結像光学系よりも像側に配置され視差像を撮像する撮像素子とを備え、
　前記結像光学系が、物体側から像側に順に、負の屈折力を有する第１負レンズ群と、正の屈折力を有する第１正レンズ群と、正の屈折力を有する第２正レンズ群とを備え、
　前記第１正レンズ群と前記第１負レンズ群とが共通の中心軸に沿って配置され、
　前記第２正レンズ群が、各前記視差像に対応して前記共通の中心軸を挟んで視差方向に並んで配置され、それぞれが中心軸を有する２つの正レンズ群を備え、
　前記第１正レンズ群よりも像側に、各前記視差像に対応して前記共通の中心軸を挟んで視差方向に並んで配置された開口を有する２つの明るさ絞りを備え、
　前記中心軸上において物体側面および像側面の２面のみが空気と接するレンズをレンズ成分とするとき、
　前記第１負レンズ群が、負の屈折力のレンズ成分を最も物体側に備え、
　前記第１正レンズ群が、フォーカスに際して前記共通の中心軸に沿って移動する移動レンズ群を１つのみ有し、
　該移動レンズ群を除く前記結像光学系中の他の全てのレンズ成分が静止している撮像装置。
　前記移動レンズ群が、条件（１）を満足する請求項１に記載の撮像装置。
　　（１）　　　ｆｍ＞（Ｄｋ×ΔＤ）／（ｉｈ×０．４）
　ここで、
　ｆｍは前記移動レンズ群の焦点距離の絶対値、
　ΔＤは前記移動レンズ群の最大移動量、
　ｉｈは前記視差像の像高、
　Ｄｋは前記第２正レンズ群のそれぞれの最物体側レンズの中心軸間の距離
である。
　前記移動レンズ群が、条件（２）を満足する請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
　　（２）　　　ｆｍ／ｆ１ｎ１ｐ＜１０
　ここで、
　ｆｍは前記移動レンズ群の焦点距離の絶対値、
　ｆ１ｎ１ｐは遠距離物体に合焦したときの前記第１負レンズ群および前記第１正レンズ群の合成焦点距離の絶対値
である。
　前記第２正レンズ群の各前記正レンズ群が、物体側から像側に順に配置された、負の屈折力を有するレンズ群と正の屈折力を有するレンズ群とからなる請求項１から請求項３のいずれかに記載の撮像装置。
　各前記明るさ絞りが、各前記第２正レンズ群中の前記負の屈折力を有するレンズ群と前記正の屈折力を有するレンズ群との間にそれぞれ配置されている請求項４に記載の撮像装置。
　少なくとも一方の前記明るさ絞りの前記開口の中心が、前記第２正レンズ群の前記開口に対応する正レンズ群の前記中心軸に対して偏心して配置されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の撮像装置。
　２つの前記開口の中心間距離が、前記第２正レンズ群中の２つの正レンズ群の最物体側レンズの中心軸間距離よりも大きい請求項６に記載の撮像装置。
　２つの前記開口の中心間距離が、前記第２正レンズ群中の２つの正レンズ群の最物体側レンズの中心軸間距離よりも小さい請求項６に記載の撮像装置。
　前記第１負レンズ群が、前記負の屈折力を有するレンズ成分を含む２つのレンズ成分からなる請求項１から請求項６のいずれかに記載の撮像装置。
　前記第２正レンズ群が、条件（３）を満足する請求項１から請求項９のいずれかに記載の撮像装置。
　　（３）　　　０．１＜ｆａ／ｆ２ｐ＜０．４
　ここで、
　ｆａは、前記第１負レンズ群および前記第１正レンズ群の前記共通の中心軸に略直交する方向に前記第２正レンズ群を移動させ、前記第１負レンズ群、前記第１正レンズ群および前記第２正レンズ群の各中心軸を直線上に並べ、遠距離物体に合焦したときの焦点距離、
　ｆ２ｐは前記第２正レンズ群の焦点距離
である。
　前記第１正レンズ群が、該第１正レンズ群中にて最も像側に配置され、像側に凸面を向け、且つ正レンズと負レンズとを有する接合レンズ成分を備え、
　条件（４）を満足する請求項１から請求項１０のいずれかに記載の撮像装置。
　　（４）　　　２＜｜ｒａ／Ｄｋ｜＜２０
　ここで、
　ｒａは前記接合レンズ成分の像側面の曲率半径、
　Ｄｋは前記第２正レンズ群のそれぞれの最物体側レンズの中心軸間の距離
である。
　前記第１正レンズ群中の前記移動レンズ群が、正レンズと負レンズとを含む接合レンズ成分を備える請求項１から請求項１１のいずれかに記載の撮像装置。
　前記第１正レンズ群が、２つの正レンズ成分と１つの負レンズ成分とからなり、
　前記移動レンズ群が、前記第１正レンズ群のいずれかの前記正レンズ成分である請求項１から請求項１２のいずれかに記載の撮像装置。
　条件（５）を満足する請求項１から請求項１３のいずれかに記載の撮像装置。
　　（５）　遠距離物体に合焦したときの最大画角が１００°以上である。
　条件（６）を満足する請求項１から請求項１４のいずれかに記載の撮像装置。
　　（６）　０．２＜Ｄ０１＜２
　ここで、Ｄ０１は入射瞳面間の距離である。
　条件（７）を満足する請求項１から請求項１５のいずれかに記載の撮像装置。
　　（７）　１．５＜ｆ１ｎ／ｆａ＜２０
　ここで、
　ｆａは、前記第１負レンズ群および前記第１正レンズ群の前記共通の中心軸に略直交する方向に前記第２正レンズ群を移動させ、前記第１負レンズ群、前記第１正レンズ群および前記第２正レンズ群の各中心軸を直線上に並べ、遠距離物体に合焦したときの焦点距離、
　ｆ１ｎは前記第１正レンズ群の焦点距離
である。