WO2019008618A1 - 立体視用光学系及びそれを備えた撮像装置 - Google Patents
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Abstract
収差が良好に補正され、且つ、物体距離が短くても最適な内向角が得られる小型な立体視用光学系及びそれを備えた撮像装置を提供すること。 立体視用光学系は、第1光学系OBJ1と、第2光学系OBJ2と、を備え、第1光学系OBJ1と第2光学系OBJ2は、各々、絞りSと、複数のレンズ群と、を備え、複数のレンズ群は、少なくとも1つの合焦の際に移動するレンズ群を含んでおり、移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とが行われ、近点合焦時、第1入射瞳と第2入射瞳は、共に、遠点合焦時の位置よりも像側に位置している。 ここで、 第1入射瞳は、第1光学系の入射瞳、 第2入射瞳は、第2光学系の入射瞳、 近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、 遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、 である。
Description
本発明は、立体視用光学系及びそれを備えた撮像装置に関し、主に内視鏡分野で用いられる立体視用光学系及びそれを備えた撮像装置に関する。
同一の物点に対して瞳孔間隔が変化すると、輻輳角が変化する。輻輳角が変化すると、立体的な見え方(以下、「立体感」という)が変化する。輻輳角は、同一の物点を見た時の、右目の視線と左目の視線とのなす角度である。
立体視が可能な画像を生成する撮像装置が知られている。この装置では、左目用の画像の取得と右目用の画像の取得が行われる。
特許文献1には、一対の光学系を備えた装置が開示されている。一対の光学系は、並列に配置されている。各光学系には、開口部を有する絞りが配置されている。
一対の光学系を人間の両眼と見なすと、2つの開口部の間隔、すなわち、2つの絞りの間隔が瞳孔間隔に相当する。
特許文献1の装置では、同一の物点から出た光は、一対の光学系に入射する。入射した光のうち、開口部の中心を通過する光線が視線に相当する。一方の光学系の開口部の中心を通過する光線と他方の光学系の開口部の中心を通過する光線は、同一の物点の位置で交わる。この2つの交線の交わる角度を内向角とすると、内向角が輻輳角に相当する。
特許文献1の装置では、2つの絞りの間隔を変えることができる。2つの絞りの間隔が変化することで、内向角が変化する。その結果、立体感を変化させることができる。
物体距離が短い場合、物体距離が長い場合に比べて、物体は装置の近くに位置する。このため、絞りの間隔を固定した状態では、内向角が大きくなって立体感が強くなる。物体が結像光学系に近くなればなるほど立体感は強くなり、立体感が不自然に強調されて観察しにくくなることがある。
特許文献1の装置のように2つの絞りの間隔を変化させることによりこれを解消しようとすると、絞り間隔の変化量を非常に大きくする必要がある。その結果、結像光学系の外径が非常に大きくなって、装置が大型化してしまう。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、収差が良好に補正され、且つ、物体距離が短くても最適な内向角が得られる小型な立体視用光学系及びそれを備えた撮像装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る立体視用光学系は、
第1光学系と、第2光学系と、を備え、
第1光学系と第2光学系は、各々、絞りと、複数のレンズ群と、を備え、
複数のレンズ群は、少なくとも1つの合焦の際に移動するレンズ群を含んでおり、
移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とが行われ、
近点合焦時、第1入射瞳と第2入射瞳は、共に、遠点合焦時の位置よりも像側に位置していることを特徴とする。
ここで、
第1入射瞳は、第1光学系の入射瞳、
第2入射瞳は、第2光学系の入射瞳、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
第1光学系と、第2光学系と、を備え、
第1光学系と第2光学系は、各々、絞りと、複数のレンズ群と、を備え、
複数のレンズ群は、少なくとも1つの合焦の際に移動するレンズ群を含んでおり、
移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とが行われ、
近点合焦時、第1入射瞳と第2入射瞳は、共に、遠点合焦時の位置よりも像側に位置していることを特徴とする。
ここで、
第1入射瞳は、第1光学系の入射瞳、
第2入射瞳は、第2光学系の入射瞳、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る別の立体視用光学系は、
第1光学系と、第2光学系と、光学素子と、を備え、
第1光学系と第2光学系は、光学素子よりも像側に配置され、
光学素子は、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸の両方と交差するように位置し、
第1光学系と第2光学系は、各々、絞りと、合焦の際に移動する移動レンズ群を少なくとも2つ備え、
これらを物体側から順に第1移動レンズ群、第2移動レンズ群とするとき、
少なくとも第2移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とが行われ、
第1移動レンズ群は、遠点から近点への合焦時に、物体側から像側に移動し、
以下の条件式(1)を満足することを特徴とする。
-0.1<FL1m/FLc<0.1 (1)
ここで、
FLcは、光学素子の焦点距離、
FL1mは、第1光学系の第1移動レンズ群の焦点距離、および、第2光学系の第1移動レンズ群の焦点距離、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
第1光学系と、第2光学系と、光学素子と、を備え、
第1光学系と第2光学系は、光学素子よりも像側に配置され、
光学素子は、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸の両方と交差するように位置し、
第1光学系と第2光学系は、各々、絞りと、合焦の際に移動する移動レンズ群を少なくとも2つ備え、
これらを物体側から順に第1移動レンズ群、第2移動レンズ群とするとき、
少なくとも第2移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とが行われ、
第1移動レンズ群は、遠点から近点への合焦時に、物体側から像側に移動し、
以下の条件式(1)を満足することを特徴とする。
-0.1<FL1m/FLc<0.1 (1)
ここで、
FLcは、光学素子の焦点距離、
FL1mは、第1光学系の第1移動レンズ群の焦点距離、および、第2光学系の第1移動レンズ群の焦点距離、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る別の立体視用光学系は、
第1光学系と、第2光学系と、を備え、
第1光学系と第2光学系は、各々、絞りと、合焦の際に移動する移動レンズ群と、を備え、
移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とが行われ、
以下の条件式(2)を満足させながら移動レンズ群を移動させて、合焦位置を変化させることを特徴とする。
0.1<atan(De/Loben)-atan(De/Lobef)<0.8 (2)
ここで、
Deは、第1入射瞳の中心と第2入射瞳の中心との間隔、
Lobenは、近点合焦時における近点の位置から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、近点合焦時における近点の位置から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
Lobefは、遠点合焦時における遠点の位置から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における遠点の位置から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
第1入射瞳は、第1光学系の入射瞳、
第2入射瞳は、第2光学系の入射瞳、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
第1光学系と、第2光学系と、を備え、
第1光学系と第2光学系は、各々、絞りと、合焦の際に移動する移動レンズ群と、を備え、
移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とが行われ、
以下の条件式(2)を満足させながら移動レンズ群を移動させて、合焦位置を変化させることを特徴とする。
0.1<atan(De/Loben)-atan(De/Lobef)<0.8 (2)
ここで、
Deは、第1入射瞳の中心と第2入射瞳の中心との間隔、
Lobenは、近点合焦時における近点の位置から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、近点合焦時における近点の位置から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
Lobefは、遠点合焦時における遠点の位置から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における遠点の位置から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
第1入射瞳は、第1光学系の入射瞳、
第2入射瞳は、第2光学系の入射瞳、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る別の立体視用光学系は、
第1光学系と、第2光学系と、光学素子と、を備え、
第1光学系と第2光学系は、光学素子よりも像側に配置され、
第1光学系と第2光学系は、各々、絞りと、負の屈折力を有するレンズ群と、を備え、
遠点から近点への合焦時、光学素子は固定され、負の屈折力を有するレンズ群は移動レンズ群として物体側から像側に移動し、
以下の条件式(3)を満足することを特徴とする立体視用光学系。
5.0<(Lnobf-Lnobn)/Dax<50.0 (3)
ここで、
Daxは、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸との光軸上の間隔、
Lnobfは、遠点合焦時における第1光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から遠点の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における第2光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から遠点の位置までの光軸上の距離、
Lnobnは、近点合焦時における第1光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から近点の位置までの光軸上の距離、および、近点合焦時における第2光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から近点の位置までの光軸上の距離、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
第1光学系と、第2光学系と、光学素子と、を備え、
第1光学系と第2光学系は、光学素子よりも像側に配置され、
第1光学系と第2光学系は、各々、絞りと、負の屈折力を有するレンズ群と、を備え、
遠点から近点への合焦時、光学素子は固定され、負の屈折力を有するレンズ群は移動レンズ群として物体側から像側に移動し、
以下の条件式(3)を満足することを特徴とする立体視用光学系。
5.0<(Lnobf-Lnobn)/Dax<50.0 (3)
ここで、
Daxは、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸との光軸上の間隔、
Lnobfは、遠点合焦時における第1光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から遠点の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における第2光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から遠点の位置までの光軸上の距離、
Lnobnは、近点合焦時における第1光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から近点の位置までの光軸上の距離、および、近点合焦時における第2光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から近点の位置までの光軸上の距離、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る撮像装置は、
光学系と、
撮像面を持ち、且つ光学系により撮像面上に形成された像を電気信号に変換する撮像素子と、を有し、
光学系が、上述の立体視用光学系であることを特徴とする。
光学系と、
撮像面を持ち、且つ光学系により撮像面上に形成された像を電気信号に変換する撮像素子と、を有し、
光学系が、上述の立体視用光学系であることを特徴とする。
本発明によれば、収差が良好に補正され、且つ、物体距離が短くても最適な内向角が得られる小型な立体視用光学系及びそれを備えた撮像装置を提供することができる。
実施例の説明に先立ち、本発明のある態様にかかる実施形態の作用効果を説明する。なお、本実施形態の作用効果を具体的に説明するに際しては、具体的な例を示して説明することになる。しかし、後述する実施例の場合と同様に、それらの例示される態様はあくまでも本発明に含まれる態様のうちの一部に過ぎず、その態様には数多くのバリエーションが存在する。したがって、本発明は例示される態様に限定されるものではない。
以下、第1実施形態の立体視用光学系乃至第4実施形態の立体視用光学系について説明する。この説明に先立って、4つの実施形態の立体視用光学系で共通する光学系(以下、「共通の光学系」という)について説明する。
共通の光学系は、第1光学系と第2光学系を有する。第1光学系と第2光学系は、中心軸を挟んで並列に配置されている。第1光学系の光軸、第2光学系の光軸及び中心軸は、同一平面上に位置している。
第1光学系と第2光学系によって、2つの像が形成される。上述のように、第1光学系と第2光学系は並列に配置されている。そのため、第1光学系で形成された像と第2光学系で形成された像との間には、ずれが生じている。このずれは、上述の同一平面と平行で、且つ、中心軸と直交する方向(以下、「視差方向」という)に生じる。よって、この2つの像を用いることで、立体視を行うことができる。
中心軸は、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸との間に位置する軸である。第1光学系と第2光学系は、中心軸から第1光学系の光軸までの距離と、中心軸から第2光学系の光軸までの距離と、が等しくなるように配置されている。
上述のように、共通の光学系では、第1光学系と第2光学系は、並列に配置されている。また、第1光学系と第2光学系は、各々、絞りを有する。絞りには、開口部が設けられている。第1光学系と第2光学系を人間の両眼と見なすと、2つの開口部の間隔、すなわち、2つの絞りの間隔は瞳孔間隔に相当する。
輻輳角は、同一の物点を見た時の、右目の視線と左目の視線とのなす角度である。共通の光学系では、同一の物点から出た光は、第1光学系と第2光学系に入射する。入射した光のうち、開口部の中心を通過する光線が視線に相当する。第1光学系の開口部の中心を通過する光線と第2光学系の開口部の中心を通過する光線は、同一の物点の位置で交わる。この2つの交線の交わる角度を内向角とすると、内向角が輻輳角に相当する。
同一の物点に対して瞳孔間隔が変化すると、輻輳角が変化する。輻輳角が変化すると、立体的な見え方(以下、「立体感」という)が変化する。よって、2つの絞りが、共に中心軸から離れるように移動するか、又は、共に中心軸に近づくように移動することで内向角が変化する。その結果、立体感を変化させることができる。
共通の光学系の具体的な構成を示す。図1は、共通の光学系のレンズ断面図である。図1(a)は、遠点合焦時のレンズ断面図を示している。図1(b)は、近点合焦時のレンズ断面図を示している。近点は、合焦範囲のうち、光学系に対して最も近くに位置する点である。遠点は、合焦範囲のうち、光学系に対して最も遠くに位置する点である。
共通の光学系は、第1光学系OBJ1と、第2光学系OBJ2と、を備えている。第1光学系の光軸AX1と第2光学系の光軸AX2との間に、中心軸AXCが位置している。第1光学系OBJ1と第2光学系OBJ2は、中心軸AXCを挟んで対称に配置されている。なお、図1には光学素子C1も示されている。これは共通光学系の構成要素ではないが、便宜上まとめて説明する。
図1(a)、(b)に示す共通の光学系では、第1光学系OBJ1と第2光学系OBJ2は、同一の光学系になっている。よって、第1光学系OBJ1について説明する。
第1光学系OBJ1は、平凹負レンズL1と、両凹負レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL4と、両凸正レンズL5と、両凸正レンズL6と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL7と、両凸正レンズL8と、両凹負レンズL9と、両凸正レンズL10と、を有する。
両凹負レンズL2と両凸正レンズL3とが接合されている。両凹負レンズL9と両凸正レンズL10とが接合されている。
絞りSは、両凸正レンズL5と両凸正レンズL6との間に配置されている。平凹負レンズL1の物体側に、光学素子C1が配置されている。両凸正レンズL10の像側に、カバーガラスC2が配置されている。
光学素子C1は、1枚の平行平板である。光学素子C1は、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸の両方と交差するように位置している。光学素子C1は、必ずしも必要ではない。
共通の光学系では、遠点合焦時と近点合焦時とで、平凹負レンズL1と負メニスカスレンズL7の位置が異なる。また、このようにすることで、遠点合焦時の内向角と近点合焦時の内向角とを異ならせることができる。このように、共通の光学系では、レンズの移動によって、異なる距離に位置する物体への合焦と、内向角の変更と、が同時に生じている。
上述のように、2つの絞りの間隔を変える方法では、2つの絞りSの間隔は、近点合焦時と遠点合焦時とで異なる。また、物体距離が短くなるにつれて、2つの絞りの間隔を狭くする必要がある。そのため、2つの絞りの間隔を変える方法では、光学系が大型化する。
これに対して、図1(a)、(b)に示す共通の光学系では、2つの絞りSの間隔は、近点合焦時と遠点合焦時とで同じである。そのため、共通の光学系では、物体距離が短くなっても、光学系の大型化を抑制することができる。
図1(a)、(b)に示す共通の光学系では、2箇所でレンズの移動が行われている。1箇所目は、光学素子C1と両凹負レンズL2との間で、この箇所では1つのレンズが移動している。2箇所目は、両凸正レンズL6と両凸正レンズL8との間で、この箇所では、1つのレンズが移動している。
しかしながら、レンズを移動させる箇所は、上記の2箇所に限られない。また、移動させるレンズの数は1つに限られない。レンズ群を移動させることで、異なる距離に位置する物体への合焦と、内向角の変更と、が同時に生じるようにしても良い。
合焦範囲は、物体空間における範囲であって、光学系内のレンズを光軸に沿って移動させたときに、物体の像が鮮明に得られる範囲である。
第1実施形態の立体視用光学系は、上述の共通の光学系を備えると共に、第1光学系と第2光学系は、各々、絞りと、複数のレンズ群と、を備え、複数のレンズ群は、少なくとも1つの合焦の際に移動するレンズ群を含んでおり、移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とが行われ、近点合焦時、第1入射瞳と第2入射瞳は、共に、遠点合焦時の位置よりも像側に位置していることを特徴とする。
ここで、
第1入射瞳は、第1光学系の入射瞳、
第2入射瞳は、第2光学系の入射瞳、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
ここで、
第1入射瞳は、第1光学系の入射瞳、
第2入射瞳は、第2光学系の入射瞳、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
第1実施形態の立体視用光学系では、第1光学系は、合焦の際に移動するレンズ群を少なくとも1つ有する。そのため、移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とを、行うことができる。第2光学系についても、同様である。
第1光学系では、合焦の際に移動するレンズ群の移動によって、第1入射瞳の位置が変化する。第2光学系では、合焦の際に移動するレンズ群の移動によって、第2入射瞳の位置が変化する。この変化に伴って、内向角が変化する。よって、遠点合焦時の内向角と近点合焦時の内向角とを異ならせることができる。
第1入射瞳の移動は、合焦の際に移動するレンズ群と絞りとの間隔の変化によって生じる。合焦の際に移動するレンズ群と絞りとの間隔の変化は、光軸に沿う方向での変化である。第2入射瞳の移動についても、同様である。よって、2つの絞りの間隔を変える方法に比べて、光軸と直交する方向での光学系の大型化は生じない。
第1実施形態の立体視用光学系では、近点合焦時、第1入射瞳と第2入射瞳は、共に、遠点合焦時の位置よりも像側に位置している。これにより、近点合焦時の内向角を適切な角度にすることができる。
このように、第1実施形態の立体視用光学系によれば、光学系の大型化を抑制しつつ、遠点合焦時の内向角と近点合焦時の内向角とを、共に、適切な角度にすることができる。
立体視用光学系で形成された2つの像は、例えば、撮像装置の撮像素子によって撮像される。撮像装置では、撮像で得た2つの画像は、例えば、3Dモニタに表示される。これにより、物体の像を立体視することができる。
撮像装置が第1実施形態の立体視用光学系を備える場合、撮像装置の大型化を抑制しつつ、近点合焦時の立体感と遠点合焦時の立体感との間で生じる差を、小さくすることができる。よって、第1実施形態の立体視用光学系を備えた撮像装置によれば、遠点合焦時の画像で立体視を行っても、近点合焦時の画像で立体視を行っても、適切な奥行を持つ立体像を観察することができる。
第2実施形態の立体視用光学系は、上述の共通の光学系と、光学素子と、を備えると共に、第1光学系と第2光学系は、光学素子よりも像側に配置され、光学素子は、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸の両方と交差するように位置し、第1光学系と第2光学系は、各々、絞りと、合焦の際に移動する移動レンズ群を少なくとも2つ備え、これらを物体側から順に第1移動レンズ群、第2移動レンズ群とするとき、少なくとも第2移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とが行われ、第1移動レンズ群は、遠点から近点への合焦時に、物体側から像側に移動し、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする。
-0.1<FL1m/FLc<0.1 (1)
ここで、
FLcは、光学素子の焦点距離、
FL1mは、第1光学系の第1移動レンズ群の焦点距離、および、第2光学系の第1移動レンズ群の焦点距離、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
-0.1<FL1m/FLc<0.1 (1)
ここで、
FLcは、光学素子の焦点距離、
FL1mは、第1光学系の第1移動レンズ群の焦点距離、および、第2光学系の第1移動レンズ群の焦点距離、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
第2実施形態の立体視用光学系では、第1光学系は、第1移動レンズ群と、第2移動レンズ群と、を少なくとも備える。この場合、少なくとも第2移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とを、行うことができる。第2光学系についても、同様である。
第1光学系では、少なくとも第1移動レンズ群の移動によって、第1入射瞳の位置が変化する。第2光学系では、少なくとも第1移動レンズ群の移動によって、第2入射瞳の位置が変化する。この変化に伴って、内向角が変化する。よって、遠点合焦時の内向角と近点合焦時の内向角とを異ならせることができる。
第2実施形態の立体視用光学系では、第1移動レンズ群の移動と第2移動レンズ群の移動とによって、異なる距離に位置する物体への合焦と、内向角の変更と、が同時に生じている。
異なる距離に位置する物体への合焦は、少なくとも第2移動レンズ群の移動によって行われる。しかしながら、合焦の際に第1移動レンズ群は移動しているので、第1移動レンズ群の移動が、異なる距離に位置する物体への合焦に全く寄与していないというわけではない。
また、内向角の変更は、少なくとも第1移動レンズ群の移動によって行われる。しかしながら、合焦の際に第2移動レンズ群は移動しているので、第2移動レンズ群の移動が、内向角の変更に全く寄与していないというわけではない。
第1入射瞳の移動は、少なくとも第1移動レンズ群と絞りとの間隔の変化によって生じる。第1移動レンズ群と絞りとの間隔の変化は、光軸に沿う方向での変化である。第2入射瞳の移動についても、同様である。よって、2つの絞りの間隔を変える方法に比べて、光軸と直交する方向での光学系の大型化は生じない。
また、立体視用光学系で形成された2つの像を撮像素子によって撮像する場合、2つの撮像素子の中心の間隔を小さくすることができる。決まった外径の中で、撮像領域を大きく取れるので、広視野を確保することができる。
第1光学系では、第1移動レンズ群は、第2移動レンズ群よりも物体側に位置している。第1移動レンズ群は、遠点から近点への合焦時に、物体側から像側に移動する。これにより、第1光学系において、遠点から第1入射瞳までの距離や、近点から第1入射瞳までの距離を、適切に保つことができる。第2光学系についても、同様である。
条件式(1)の上限値を上回るか、又は条件式(1)の下限値を下回ると、第1光学系における第1移動レンズ群の屈折力に対して、光学素子の屈折力が大きくなりすぎてしまう。そのため、第1入射瞳を移動させる効果を十分に得ることができなくなる。又は、第2光学系における第1移動レンズ群の屈折力に対して、光学素子の屈折力が大きくなりすぎてしまう。そのため、第2入射瞳を移動させる効果を、十分に得ることができなくなる。
また、収差補正も困難になる。特に、コマ収差や歪曲収差などの軸外収差が、大きく発生しやすくなる。よって、条件式(1)の上限値を上回るか、又は条件式(1)の下限値を下回ることは好ましくない。
上述のように、撮像装置では、物体の像を立体視することができる。撮像装置が第2実施形態の立体視用光学系を備える場合、条件式(1)を満足することで、近点合焦時の画像で立体視を行っても、適切な奥行を持つ立体像を観察することができる。
第3実施形態の立体視用光学系は、上述の共通の光学系を備えると共に、第1光学系と第2光学系は、各々、絞りと、合焦の際に移動する移動レンズ群と、を備え、移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とが行われ、以下の条件式(2)を満足させながら移動レンズ群を移動させて、合焦位置を変化させることを特徴とする。
0.1<atan(De/Loben)-atan(De/Lobef)<0.8 (2)
ここで、
Deは、第1入射瞳の中心と第2入射瞳の中心との間隔、
Lobenは、近点合焦時における近点の位置から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、近点合焦時における近点の位置から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
Lobefは、遠点合焦時における遠点の位置から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における遠点の位置から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
第1入射瞳は、第1光学系の入射瞳、
第2入射瞳は、第2光学系の入射瞳、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
0.1<atan(De/Loben)-atan(De/Lobef)<0.8 (2)
ここで、
Deは、第1入射瞳の中心と第2入射瞳の中心との間隔、
Lobenは、近点合焦時における近点の位置から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、近点合焦時における近点の位置から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
Lobefは、遠点合焦時における遠点の位置から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における遠点の位置から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
第1入射瞳は、第1光学系の入射瞳、
第2入射瞳は、第2光学系の入射瞳、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
第3実施形態の立体視用光学系では、第1光学系は、移動レンズ群を備える。そのため、移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とを、行うことができる。第2光学系についても、同様である。
第1光学系では、移動レンズ群の移動によって、第1入射瞳の位置が変化する。第2光学系では、移動レンズ群の移動によって、第2入射瞳の位置が変化する。この変化に伴って、内向角が変化する。よって、遠点合焦時の内向角と近点合焦時の内向角とを異ならせることができる。
第1入射瞳の移動は、移動レンズ群と絞りとの間隔の変化によって生じる。移動レンズ群と絞りとの間隔の変化は、光軸に沿う方向での変化である。第2入射瞳の移動についても、同様である。よって、2つの絞りの間隔を変える方法に比べて、光軸と直交する方向での光学系の大型化は生じない。また、広視野を確保することができる。
上述のように、撮像装置では、物体の像を立体視することができる。一般的な条件で遠点合焦時の画像を3Dモニタに表示した際、立体像において十分な奥行き方向の分解能が確保されていることが望ましい。そのためには、第1入射瞳の中心と第2入射瞳の中心との間隔を、一定以上の大きさにする必要がある。
条件式(2)を満足することで、第1入射瞳の中心と第2入射瞳の中心との間隔を適切に確保することができる。そのため、遠点合焦時の画像での立体視において、高い奥行き方向の分解能を確保しながら、近点合焦時の画像での立体視において、立体像が奥行方向に伸張されすぎないようにすることができる。その結果、観察者に疲労を与えない立体視用光学系を実現できる。
条件式(2)の上限値を上回ると、遠点合焦時の内向角と近点合焦時の内向角との差が大きくなりすぎる。この場合、近点合焦時の画像での立体視において、立体像が奥行方向に伸張されすぎてしまう。その結果、観察者に疲労を与えやすくなる。よって、条件式(2)の上限値を上回ることは好ましくない。
条件式(2)の下限値を下回ると、遠点合焦時の内向角と近点合焦時の内向角との差が小さくなりすぎる。この場合、近点合焦時の画像での立体視において適度な立体感を得るためには、近点合焦時に、第1入射瞳の位置と第2入射瞳の位置を、共に、像側に大きく移動させる必要がある。
しかしながら、このようにすると、広い画角の確保と光学系の小型化との両立が困難になる。また、軸外収差の補正も困難になる。よって、条件式(2)の下限値を下回ることは好ましくない。
第4実施形態の立体視用光学系は、上述の共通の光学系と、光学素子と、を備えると共に、第1光学系と第2光学系は、光学素子よりも像側に配置され、第1光学系と第2光学系は、各々、絞りと、負の屈折力を有するレンズ群と、を備え、遠点から近点への合焦時、光学素子は固定され、負の屈折力を有するレンズ群は移動レンズ群として物体側から像側に移動し、以下の条件式(3)を満足することを特徴とする。
5.0<(Lnobf-Lnobn)/Dax<50.0 (3)
ここで、
Daxは、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸との光軸上の間隔、
Lnobfは、遠点合焦時における第1光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から遠点の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における第2光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から遠点の位置までの光軸上の距離、
Lnobnは、近点合焦時における第1光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から近点の位置までの光軸上の距離、および、近点合焦時における第2光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から近点の位置までの光軸上の距離、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
5.0<(Lnobf-Lnobn)/Dax<50.0 (3)
ここで、
Daxは、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸との光軸上の間隔、
Lnobfは、遠点合焦時における第1光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から遠点の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における第2光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から遠点の位置までの光軸上の距離、
Lnobnは、近点合焦時における第1光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から近点の位置までの光軸上の距離、および、近点合焦時における第2光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から近点の位置までの光軸上の距離、
近点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
遠点は、合焦範囲のうち、立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。
第4実施形態の立体視用光学系では、第1光学系は、移動するレンズ群として負の屈折力を有するレンズ群を備える。そのため、負の屈折力を有するレンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とを、行うことができる。第2光学系についても、同様である。
第1光学系では、負の屈折力を有するレンズ群の移動によって、第1入射瞳の位置が変化する。第2光学系では、負の屈折力を有するレンズ群の移動によって、第2入射瞳の位置が変化する。この変化に伴って、内向角が変化する。よって、遠点合焦時の内向角と近点合焦時の内向角とを異ならせることができる。
第1入射瞳の移動は、負の屈折力を有するレンズ群と絞りとの間隔の変化によって生じる。負の屈折力を有するレンズ群と絞りとの間隔の変化は、光軸に沿う方向での変化である。第2入射瞳の移動についても、同様である。よって、2つの絞りの間隔を変える方法に比べて、光軸と直交する方向での光学系の大型化は生じない。また、広視野を確保することができる。
遠点から近点への合焦時、光学素子は固定され、第1光学系の負の屈折力を有するレンズ群と第2光学系の負の屈折力を有するレンズ群は、共に、物体側から像側に移動する。
上述のように、撮像装置では、物体の像を立体視することができる。一般的な条件で遠点合焦時の画像を3Dモニタに表示した際、立体像において十分な奥行き方向の分解能を確保されていることが望ましい。そのためには、第1入射瞳の中心と第2入射瞳の中心との距離を、一定以上の大きさにする必要がある。
遠点から近点への合焦時、第1光学系の負の屈折力を有するレンズ群と第2光学系の負の屈折力を有するレンズ群は、共に、物体側から像側に移動する。このような移動を行うと共に、条件式(3)を満足することにより、第1入射瞳の中心と第2入射瞳の中心との間隔を適切に確保することができる。そのため、近点合焦時の画像での立体視において、立体像が奥行方向に伸張されすぎないようにすることができる。その結果、観察者に疲労を与えない立体視用光学系を実現できる。
条件式(3)の上限値を上回ると、遠点合焦時の内向角と近点合焦時の内向角との差が大きくなりすぎる。この場合、近点合焦時の画像での立体視において、立体像が奥行方向に伸張されすぎてしまう。その結果、観察者に疲労を与えやすくなる。よって、条件式(3)の上限値を上回ることは好ましくない。
条件式(3)の下限値を下回ると、遠点合焦時の内向角と近点合焦時の内向角との差が小さくなりすぎる。この場合、第1光学系の負の屈折力を有するレンズ群の移動距離と第2光学系の負の屈折力を有するレンズ群の移動距離が、共に、大きくなる。そのため、光学系の小型化と良好な結像性能の確保との両立が困難になる。結像性能に関しては、特に、コマ収差などの軸外収差の良好な補正が困難になる。
また、移動するレンズ群の屈折力を負の屈折力とすることで、光学系を広角にすることが出来る。
第2実施形態の立体視用光学系は、以下の条件式(4)を満足することが好ましい。
0.05<(Lc1mn-Lc1mf)/TTL<0.25 (4)
ここで、
Lc1mnは、近点合焦時における光学素子の物体側面から第1光学系の第1移動レンズ群の最も物体側に位置するレンズ面までの光軸上の距離、および、近点合焦時における光学素子の物体側面から第2光学系の第1移動レンズ群の最も物体側に位置するレンズ面までの光軸上の距離、
Lc1mfは、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第1光学系の第1移動レンズ群の最も物体側に位置するレンズ面までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第2光学系の第1移動レンズ群の最も物体側に位置するレンズ面までの光軸上の距離、
TTLは、光学素子の物体側面から像面までの光軸上の距離、
である。
0.05<(Lc1mn-Lc1mf)/TTL<0.25 (4)
ここで、
Lc1mnは、近点合焦時における光学素子の物体側面から第1光学系の第1移動レンズ群の最も物体側に位置するレンズ面までの光軸上の距離、および、近点合焦時における光学素子の物体側面から第2光学系の第1移動レンズ群の最も物体側に位置するレンズ面までの光軸上の距離、
Lc1mfは、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第1光学系の第1移動レンズ群の最も物体側に位置するレンズ面までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第2光学系の第1移動レンズ群の最も物体側に位置するレンズ面までの光軸上の距離、
TTLは、光学素子の物体側面から像面までの光軸上の距離、
である。
上述のように、第2実施形態の立体視用光学系では、遠点から近点への合焦時に、第1光学系における第1移動レンズ群が物体側から像側に移動する。これにより、遠点から第1入射瞳までの距離や、近点から第1入射瞳までの距離を、適切に保つことができる。第2光学系についても、同様である。
このため、近点合焦時の画像での立体視において適切な奥行を持つ立体像の観察を可能にしつつ、第1光学系の径や第2光学系の径を小さく維持することができる。
条件式(4)の上限値を上回ると、光学素子に対する第1光学系の第1移動レンズ群の移動量が大きくなりすぎる。この場合、第1光学系では、第1移動レンズ群の移動による収差の変動、特に像面湾曲など軸外収差の変動量が大きくなってしまう。第2光学系についても、同様である。よって、条件式(4)の上限値を上回ることは好ましくない。
条件式(4)の下限値を下回ると、光学素子に対する第1光学系の第1移動レンズ群の移動量が小さくなりすぎる。この場合、第1光学系では、第1移動レンズ群の移動による立体感の調整が十分でなくなる。第2光学系についても、同様である。よって、条件式(4)の下限値を下回ることは好ましくない。
第1実施形態の立体視用光学系と第3実施形態の立体視用光学系は、第1光学系と第2光学系より物体側に光学素子を備え、以下の条件式(5)を満足することが好ましい。
0.5<Lcef/IH<10.0 (5)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
IHは、最大像高、
である。
0.5<Lcef/IH<10.0 (5)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
IHは、最大像高、
である。
条件式(5)の上限値を上回ると、第1入射瞳の位置と第2入射瞳の位置が、共に、像側に寄りすぎてしまう。この場合、光学素子の物体側面の径が大きくなるので、光学系の小型化が困難になる。よって、条件式(5)の上限値を上回ることは好ましくない。
条件式(5)の下限値を下回ると、第1入射瞳の位置と第2入射瞳の位置が、共に、物体側に寄りすぎてしまう。そのため、画角を広くした場合に、歪曲収差を抑制することが困難になる。歪曲収差が大きくなりすぎると、物体の像を立体視した際に、立体像の周辺において、良好な解像性能を得ることが難しくなる。また、物体の像を立体視した際に、立体像の周辺において適切な立体感を得ることができない。よって、条件式(5)の下限値を下回ることは好ましくない。
第2実施形態の立体視用光学系と第4実施形態の立体視用光学系は、以下の条件式(5)を満足することが好ましい。
0.5<Lcef/IH<10.0 (5)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
IHは、最大像高、
第1入射瞳は、第1光学系の入射瞳、
第2入射瞳は、第2光学系の入射瞳、
である。
0.5<Lcef/IH<10.0 (5)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
IHは、最大像高、
第1入射瞳は、第1光学系の入射瞳、
第2入射瞳は、第2光学系の入射瞳、
である。
条件式(5)の技術的意義は、上述の通りである。第2実施形態の立体視用光学系と第4実施形態の立体視用光学系では、第1光学系と第2光学系は、共に条件式(5)を満足することが好ましい。
第1実施形態の立体視用光学系と第3実施形態の立体視用光学系は、第1光学系と第2光学系より物体側に光学素子を備え、以下の条件式(6)を満足することが好ましい。
0.3<Lcef/De<2.0 (6)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における光学素子物の体側面から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
Deは、第1入射瞳の中心と第2入射瞳の中心との間隔、
である。
0.3<Lcef/De<2.0 (6)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における光学素子物の体側面から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
Deは、第1入射瞳の中心と第2入射瞳の中心との間隔、
である。
条件式(6)の上限値を上回ると、第1入射瞳の位置と第2入射瞳の位置が、共に、像側に寄りすぎてしまう。この場合、第1入射瞳の中心と第2入射瞳の中心との間隔に対して、遠点から第1入射瞳までの距離や、遠点から第2入射瞳までの距離が短くなる。そのため、遠点合焦時の画像での立体視において、高い奥行方向の分解能を確保することが困難になる。
条件式(6)の下限値を下回ると、第1入射瞳の位置と第2入射瞳の位置が、共に、物体側に寄りすぎてしまう。そのため、画角を広くした場合に、歪曲収差を抑制することが困難になる。
歪曲収差が大きくなりすぎると、物体の像を立体視した際に、立体像の周辺において、良好な解像性能を得ることが難しくなる。また、物体の像を立体視した際に、立体像の周辺において適切な立体像を得ることができない。よって、条件式(6)の下限値を下回ることは好ましくない。
第2実施形態の立体視用光学系と第4実施形態の立体視用光学系は、以下の条件式(6)を満足することが好ましい。
0.3<Lcef/De<2.0 (6)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における光学素子物の体側面から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
Deは、第1入射瞳の中心と第2入射瞳の中心との間隔、
第1入射瞳は、第1光学系の入射瞳、
第2入射瞳は、第2光学系の入射瞳、
である。
0.3<Lcef/De<2.0 (6)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における光学素子物の体側面から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
Deは、第1入射瞳の中心と第2入射瞳の中心との間隔、
第1入射瞳は、第1光学系の入射瞳、
第2入射瞳は、第2光学系の入射瞳、
である。
条件式(6)の技術的意義は、上述の通りである。第2実施形態の立体視用光学系と第4実施形態の立体視用光学系では、第1光学系と第2光学系は、共に条件式(6)を満足することが好ましい。
第1実施形態の立体視用光学系と第3実施形態の立体視用光学系は、第1光学系と第2光学系より物体側に光学素子を備え、以下の条件式(7)を満足することが好ましい。
0.04<Lcef/TTL<0.2 (7)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
TTLは、光学素子の物体側面から像面までの光軸上の距離、
である。
0.04<Lcef/TTL<0.2 (7)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
TTLは、光学素子の物体側面から像面までの光軸上の距離、
である。
条件式(7)の技術的意義は、条件式(5)の技術的意義と同じである。第1実施形態の立体視用光学系と第3実施形態の立体視用光学系では、第1光学系と第2光学系は、共に条件式(7)を満足することが好ましい。
第2実施形態の立体視用光学系と第4実施形態の立体視用光学系は、以下の条件式(7)を満足することが好ましい。
0.04<Lcef/TTL<0.2 (7)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
TTLは、光学素子の物体側面から像面までの光軸上の距離、
第1入射瞳は、第1光学系の入射瞳、
第2入射瞳は、第2光学系の入射瞳、
である。
0.04<Lcef/TTL<0.2 (7)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における光学素子の物体側面から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
TTLは、光学素子の物体側面から像面までの光軸上の距離、
第1入射瞳は、第1光学系の入射瞳、
第2入射瞳は、第2光学系の入射瞳、
である。
条件式(7)の技術的意義は、上述の通りである。
第1実施形態の立体視用光学系乃至第4実施形態の立体視用光学系(以下、「本実施形態の立体視用光学系」という)は、以下の条件式(8)を満足することが好ましい。
1.0<FLn/FLf<2.0 (8)
FLfは、遠点合焦時の第1光学系の焦点距離、および、第2光学系の焦点距離、
FLnは、近点合焦時の第1光学系の焦点距離、および、第2光学系の焦点距離、
である。
1.0<FLn/FLf<2.0 (8)
FLfは、遠点合焦時の第1光学系の焦点距離、および、第2光学系の焦点距離、
FLnは、近点合焦時の第1光学系の焦点距離、および、第2光学系の焦点距離、
である。
条件式(8)の上限値を上回ると、近点合焦時の立体視用光学系全系の焦点距離が長くなりすぎる。この場合、近点合焦時に、光学系の小型化と広視野化との両立が困難になる。また、遠点から近点に合焦したとき、歪曲収差が大きく変動しやすくなる。歪曲収差が大きく変動すると、物体の像を立体視した際に、立体像の周辺部における立体感が大きく変わる。よって、条件式(8)の上限値を上回ることは好ましくない。
条件式(8)の下限値を下回ると、近点合焦時の立体視用光学系全系の焦点距離が短くなりすぎる。この場合、光学素子の物体側面の径が大きくなりすぎる。よって、条件式(8)の下限値を下回ることは好ましくない。
本実施形態の立体視用光学系では、第1光学系と第2光学系は、各々、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、第3レンズ群と、第4レンズ群と、を備えることが好ましい。
このようにすることで、画角を広くしても、軸上収差の発生と軸外収差の発生を、共に抑えることができる。また、第1光学系では、特に、光学素子と第1レンズ群とで、光線の高さが大きくなることを防ぐことができる。第2光学系についても、同様である。
第2実施形態の立体視用光学系では、光学素子は、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸との間に位置する中心軸に対して対称な形状であることが好ましい。また、本実施形態の立体視用光学系は、第1光学系と第2光学系より物体側に光学素子を備え、光学素子は、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸との間に位置する中心軸に対して対称な形状であることが好ましい。
このようにすることで、第1光学系で発生する偏心収差と第2光学系で発生する偏心収差とのバランスをとることができる。中心軸は、立体視用光学系の光軸と見なすことができる。
本実施形態の立体視用光学系は、第1光学系と第2光学系より物体側に光学素子を備え、合焦時、光学素子は固定されていることが好ましい。
このようにすることで、第1光学系において、近点から第1入射瞳までの距離と、遠点から第1入射瞳までの距離を、共に、適切に保つことができる。第2光学系についても、同様である。
本実施形態の立体視用光学系は、第1光学系と第2光学系より物体側に光学素子を備え、光学素子は、平行平板であることが好ましい。
光学素子では、第1光学系に入射する有効光線と第2光学系に入射する有効光線とが重なり合う。重なり合う領域は、主に、中心軸の近傍の領域である。この領域の位置は、第1光学系の光軸や第2光学系の光軸に対して偏心している。そのため、偏心収差が発生しやすい。光学素子を平行平板にすることで、偏心収差の発生を抑えることができる。特に、近点合焦時において、偏心収差の発生を抑えることができる。
第2実施形態の立体視用光学系では、第1移動レンズ群が負レンズであることが好ましい。
第1光学系の第1移動レンズ群と第2光学系の第1移動レンズ群は、共に、負レンズであることが好ましい。このようにすることで、遠点から近点への合焦時に、光学素子に対して、第1入射瞳の位置と第2入射瞳の位置を、共に、像側に移動させることができる。2つの入射瞳を移動させるにより、内向角を調整することと、光学系の画角を狭くすることができる。光学系の画角を狭くできるので、光学系を小径化することができる。
本実施形態の立体視用光学系では、合焦時、第3レンズ群が移動することが好ましい。
合焦時、第1光学系の第3レンズ群と第2光学系の第3レンズ群は、共に移動することが好ましい。第1光学系の第1レンズ群と第2光学系の第1レンズ群は、合焦時、共に移動させることができる。この場合、第1レンズ群の移動にあわせて第3レンズ群を移動させることで、像面湾曲の変動を抑えながら、遠点から近点への合焦を行うことができる。
本実施形態の立体視用光学系では、第3レンズ群は負の屈折力を有し、遠点から近点への合焦時、物体側から像側に移動することが好ましい。
第1光学系の第3レンズ群と第2光学系の第3レンズ群は、共に、負の屈折力を有し、遠点から近点への合焦時、物体側から像側に移動することが好ましい。このようにすることで、第4レンズ群の最も像側に位置するレンズ面から像面までの距離を、十分に確保することができる。
本実施形態の立体視用光学系では、第3レンズ群は正の屈折力を有し、遠点から近点への合焦時、像側から物体側に移動することが好ましい。
第1光学系の第3レンズ群と第2光学系の第3レンズ群は、共に、屈折力を有し、遠点から近点への合焦時、像側から物体側に移動することが好ましい。このようにすることで、光学系の全長を短縮することができる。
本実施形態の立体視用光学系は、第1光学系と第2光学系より物体側に光学素子を備え、以下の条件式(9)を満足することが好ましい。
-0.1<IH/FLc<0.1 (9)
ここで、
FLcは、光学素子の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。
-0.1<IH/FLc<0.1 (9)
ここで、
FLcは、光学素子の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。
条件式(9)を満足することで、偏心収差の発生を抑えることができる。その結果、良好な結像性能を得ることができる。
本実施形態の立体視用光学系は、以下の条件式(10)を満足することが好ましい。
-3.0<FL1G/IH<-1.0 (10)
ここで、
FL1Gは、第1光学系の第1レンズ群の焦点距離、および、第2光学系の第1レンズ群の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。
-3.0<FL1G/IH<-1.0 (10)
ここで、
FL1Gは、第1光学系の第1レンズ群の焦点距離、および、第2光学系の第1レンズ群の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。
条件式(10)の上限値を上回ると、第1光学系の第1レンズ群の屈折力が大きくなりすぎてしまう。この場合、コマ収差や歪曲収差などが大きく発生する。第2光学系についても、同様である。よって、条件式(10)の上限値を上回ることは好ましくない。
条件式(10)の下限値を下回ると、画角を広くした場合に、レンズが大型化してしまう。よって、条件式(10)の下限値を下回ることは好ましくない。
本実施形態の立体視用光学系は、以下の条件式(11)を満足することが好ましい。
1.5<FL2G/IH<7.0 (11)
ここで、
FL2Gは、第1光学系の第2レンズ群の焦点距離、および、第2光学系の第2レンズ群の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。
1.5<FL2G/IH<7.0 (11)
ここで、
FL2Gは、第1光学系の第2レンズ群の焦点距離、および、第2光学系の第2レンズ群の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。
条件式(11)の上限値を上回ると、第1光学系の第2レンズ群から射出する光線の光軸に対する角度が大きくなりすぎる。そのため、第2レンズ群から射出する光が第3レンズ群に入射する際に、軸外収差、特にコマ収差が発生しやすくなる。第2光学系についても、同様である。よって、条件式(11)の上限値を上回ることは好ましくない。
条件式(11)の下限値を下回ると、第1光学系の第2レンズ群から射出する軸上光線を十分に収束できない。そのため、第3レンズ群におけるレンズ径が大きくなる。第2光学系についても、同様である。よって、条件式(11)の下限値を下回ることは好ましくない。
本実施形態の立体視用光学系は、以下の条件式(12)を満足することが好ましい。
-10.0<FL3G/IH<20.0 (12)
ここで、
FL3Gは、第1光学系の第3レンズ群の焦点距離、および、第2光学系の第3レンズ群の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。
-10.0<FL3G/IH<20.0 (12)
ここで、
FL3Gは、第1光学系の第3レンズ群の焦点距離、および、第2光学系の第3レンズ群の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。
条件式(12)を満足することで、遠点合焦時の移動に伴う収差の変動と近点合焦時のレンズ群の移動に伴う収差の変動を、共に、小さく抑えることができる。条件式(12)は、特に、像面湾曲の変動を抑えるのに好ましい条件式である。
本実施形態の立体視用光学系は、以下の条件式(13)を満足することが好ましい。
2.0<FL4G/IH<40.0 (13)
ここで、
FL4Gは、第1光学系の第4レンズ群の焦点距離、および、第2光学系の第4レンズ群の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。
2.0<FL4G/IH<40.0 (13)
ここで、
FL4Gは、第1光学系の第4レンズ群の焦点距離、および、第2光学系の第4レンズ群の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。
条件式(13)を満足することで、光学系の小型化と軸外収差の良好な補正を、共に行うことができる。
本実施形態の立体視用光学系では、絞りが第2レンズ群内に配置されていることが好ましい。
このようにすることで、第1光学系と第2光学系で、各々の絞りが、光学系の略中央に位置する。この場合、絞りの両側での光線の高さが、極端に異ならない。その結果、光学素子から第4レンズ群までの間の光線の高さを、バランスよく抑えることができる。このように、絞りが第2レンズ群内に配置されていることは、光学系を小型化する上で好ましい。
本実施形態の立体視用光学系では、絞りが第3レンズ群と共に移動することが好ましい。
このようにすることで、第1光学系と第2光学系で、各々の絞りが、光学系の略中央に位置する。この場合、絞りの両側での光線の高さが、極端に異ならない。その結果、光学素子から第4レンズ群までの間の光線の高さを、バランスよく抑えることができる。このように、絞りが第3レンズ群と共に移動することは、小型化する上で好ましい。
本実施形態の立体視用光学系では、第1光学系と第2光学系は、同一の光学系であることが好ましい。
このようにすることで、第1光学系の結像倍率と第2光学系の結像倍率との差を抑えることができる。その結果、物体の像を立体視した際に、立体像における上下ずれを抑えることができる。そのため、観察者への疲労を軽減できる。上下ずれとは、視差方向と直交する方向におけるずれである。
本実施形態の立体視用光学系は、以下の条件式(14)を満足することが好ましい。
0.1<(MG1Gf/MG1Gn)/(MG3Gf/MG3Gn)<0.5 (14)
ここで、
MG1Gnは、近点合焦時の第1光学系の第1レンズ群の横倍率、および、第2光学系の第1レンズ群の横倍率、
MG1Gfは、遠点合焦時の第1光学系の第1レンズ群の横倍率、および、第2光学系の第1レンズ群の横倍率、
MG3Gnは、近点合焦時の第1光学系の第3レンズ群の横倍率、および、第2光学系の第3レンズ群の横倍率、
MG3Gfは、遠点合焦時の第1光学系の第3レンズ群の横倍率、および、第2光学系の第3レンズ群の横倍率、である。
0.1<(MG1Gf/MG1Gn)/(MG3Gf/MG3Gn)<0.5 (14)
ここで、
MG1Gnは、近点合焦時の第1光学系の第1レンズ群の横倍率、および、第2光学系の第1レンズ群の横倍率、
MG1Gfは、遠点合焦時の第1光学系の第1レンズ群の横倍率、および、第2光学系の第1レンズ群の横倍率、
MG3Gnは、近点合焦時の第1光学系の第3レンズ群の横倍率、および、第2光学系の第3レンズ群の横倍率、
MG3Gfは、遠点合焦時の第1光学系の第3レンズ群の横倍率、および、第2光学系の第3レンズ群の横倍率、である。
条件式(14)の上限値を上回ると、合焦位置を変えたとき、第1レンズ群における光線の高さの変動が大きくなりすぎる。また、軸外収差の補正、特に、コマ収差の補正や像面湾曲の補正が困難になる。よって、条件式(14)の上限値を上回ることは好ましくない。
条件式(14)の下限値を下回ると、第1光学系では、第1レンズ群の移動による十分な増倍効果と、第1入射瞳の移動による立体感の調整効果を得ることができない。第2光学系についても、同様である。よって、条件式(14)の下限値を下回ることは好ましくない。増倍効果とは、横倍率を大きくする効果である。
本実施形態の立体視用光学系は、以下の条件式(15)を満足することが好ましい。
2.5<MGn/MGf<11.0 (15)
ここで、
MGnは、近点合焦時の第1光学系の横倍率、および、第2光学系の横倍率、
MGfは、遠点合焦時の第1光学系の横倍率、および、第2光学系の横倍率、
である。
2.5<MGn/MGf<11.0 (15)
ここで、
MGnは、近点合焦時の第1光学系の横倍率、および、第2光学系の横倍率、
MGfは、遠点合焦時の第1光学系の横倍率、および、第2光学系の横倍率、
である。
条件式(15)の上限値を上回ると、軸外収差を十分に補正することが困難になる。また、観察視野が狭くなりすぎる。よって、条件式(15)の上限値を上回ることは好ましくない。
条件式(15)の下限値を下回ると、近点合焦時に、十分な増倍効果を得ることができない。また、光学素子における光線の高さが高くなるので、光学系が大型化する。よって、条件式(15)の下限値を下回ることは好ましくない。
本実施形態の立体視用光学系は、以下の条件式(16)を満足することが好ましい。
0.004<MG1Gn/MG1Gf<0.2 (16)
ここで、
MG1Gnは、近点合焦時の第1光学系の第1レンズ群の横倍率、および、第2光学系の第1レンズ群の横倍率、
MG1Gfは、遠点合焦時の第1光学系の第1レンズ群の横倍率、および、第2光学系の第1レンズ群の横倍率、
である。
0.004<MG1Gn/MG1Gf<0.2 (16)
ここで、
MG1Gnは、近点合焦時の第1光学系の第1レンズ群の横倍率、および、第2光学系の第1レンズ群の横倍率、
MG1Gfは、遠点合焦時の第1光学系の第1レンズ群の横倍率、および、第2光学系の第1レンズ群の横倍率、
である。
条件式(16)の上限値を上回ると、第3レンズ群の移動量を十分確保するか、又は、第3レンズ群の合焦感度を高くしなければならなくなる。第3レンズ群の移動量を大きくすると、軸外収差の補正、特に、像面湾曲の補正が困難になる。第3レンズ群の合焦感度を大きくすると、位置誤差による解像劣化の感度も高くなる。よって、条件式(16)の上限値を上回ることは好ましくない。
条件式(16)の下限値を下回ると、遠点から近点に合焦する際、第1光学系では、十分な増倍効果と、第1入射瞳の移動による立体感の調整効果を得ることができない。第2光学系についても、同様である。よって、条件式(16)の下限値を下回ることは好ましくない。
本実施形態の立体視用光学系では、第1光学系の第1レンズ群と第2光学系の第1レンズ群とは一体となっていることが好ましい。
第1光学系の第1レンズ群の位置と第2光学系の第1レンズ群の位置との間にずれが生じると、第1光学系で形成された像と第2光学系で形成された像との間に上下ずれが生じる。2つの第1レンズ群を一体化すると、上下ずれの量を小さくすることができる。2つの第1レンズ群の一体化は、例えば、接着による方法を用いるか、又は、一体成形による方法を用いれば良い。
本実施形態の立体視用光学系は、以下の条件式(17)を満足することが好ましい。
0.4<(atan(IH/FLf)/atan(IH/FLn))/(θf/θn)<0.85 (17)
ここで、
θfは、遠点合焦時の半画角、
θnは、近点合焦時の半画角、
FLfは、遠点合焦時の第1光学系の焦点距離、および、第2光学系の焦点距離、
FLnは、近点合焦時の第1光学系の焦点距離、および、第2光学系の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。
0.4<(atan(IH/FLf)/atan(IH/FLn))/(θf/θn)<0.85 (17)
ここで、
θfは、遠点合焦時の半画角、
θnは、近点合焦時の半画角、
FLfは、遠点合焦時の第1光学系の焦点距離、および、第2光学系の焦点距離、
FLnは、近点合焦時の第1光学系の焦点距離、および、第2光学系の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。
条件式(17)は、遠点合焦時の画角と近点合焦時の画角に関する条件式である。遠点合焦時の画角と近点合焦時の画角には、各々、焦点距離と像高から求めた画角と、実際の画角と、がある。条件式(17)では、遠点合焦時の画角と近点合焦時の画角との比について、焦点距離と像高から求めた画角と、実際の画角と、を比べている。
条件式(17)の上限値を上回ると、歪曲収差により、第1光学系の像と第2光学系の像との間で、上下ずれが大きく発生する。この場合、立体像も上下ずれのある立体像になる。よって、条件式(17)の上限値を上回ることは好ましくない。
条件式(17)の下限値を下回ると、立体像は、周辺部が観察者側に飛び出したような感じの立体像になる。よって、条件式(17)の下限値を下回ることは好ましくない。
本実施形態の撮像装置は、光学系と、撮像面を持ち、且つ光学系により撮像面上に形成された像を電気信号に変換する撮像素子と、を有し、光学系が、上述の立体視用光学系であることを特徴とする。
本実施形態の撮像装置によれば、小型でありながら、物体距離が短くても、物体を立体視したときに適切な立体感が得られる画像を取得することができる。その結果、物体距離が短くても、疲労の少ない立体視を行うことができる。
各条件式について、以下のように下限値、または上限値を変更しても良い、このようにすることで、各条件式の効果を一層確実にできるので好ましい。
条件式(1)については、以下の通りである。
下限値を、-0.05、又は-0.03にすることが好ましい。
上限値を、0.05、又は0.03にすることが好ましい。
条件式(2)については、以下の通りである。
下限値を、0.15、又は0.20にすることが好ましい。
上限値を、0.60、又は0.40にすることが好ましい。
条件式(3)については、以下の通りである。
下限値を、6.00、又は7.00にすることが好ましい。
上限値を、20.00、又は15.00にすることが好ましい。
条件式(4)については、以下の通りである。
下限値を、0.06、又は0.07にすることが好ましい。
上限値を、0.20、又は0.15にすることが好ましい。
条件式(5)については、以下の通りである。
下限値を、1.00、又は1.50にすることが好ましい。
上限値を、5.00、又は3.00にすることが好ましい。
条件式(6)については、以下の通りである。
下限値を、0.50、又は0.60にすることが好ましい。
上限値を、1.00、又は0.95にすることが好ましい。
条件式(7)については、以下の通りである。
下限値を、0.06、又は0.08にすることが好ましい。
上限値を、0.17、又は0.15にすることが好ましい。
条件式(8)については、以下の通りである。
下限値を、1.10、又は1.20にすることが好ましい。
上限値を、1.80、又は1.70にすることが好ましい。
条件式(9)については、以下の通りである。
下限値を、-0.04、又は-0.03にすることが好ましい。
上限値を、0.04、又は0.02にすることが好ましい。
条件式(10)については、以下の通りである。
下限値を、-2.40、又は-2.30にすることが好ましい。
上限値を、-1.30、又は-1.50にすることが好ましい。
条件式(11)については、以下の通りである。
下限値を、1.70、又は2.00にすることが好ましい。
上限値を、5.00、又は4.50にすることが好ましい。
条件式(12)については、以下の通りである。
下限値を、-8.00、又は-6.00にすることが好ましい。
上限値を、15.00、又は10.00にすることが好ましい。
条件式(13)については、以下の通りである。
下限値を、3.00、又は3.50にすることが好ましい。
上限値を、20.00、又は16.00にすることが好ましい。
条件式(14)については、以下の通りである。
下限値を、0.13、又は0.15にすることが好ましい。
上限値を、0.35、又は0.28にすることが好ましい。
条件式(15)については、以下の通りである。
下限値を、3.50、又は4.50にすることが好ましい。
上限値を、10.00、又は9.00にすることが好ましい。
条件式(16)については、以下の通りである。
下限値を、0.005、又は0.006にすることが好ましい。
上限値を、0.15、又は0.10にすることが好ましい。
条件式(17)については、以下の通りである。
下限値を、0.50、又は0.60にすることが好ましい。
上限値を、0.80、又は0.75にすることが好ましい。
下限値を、-0.05、又は-0.03にすることが好ましい。
上限値を、0.05、又は0.03にすることが好ましい。
条件式(2)については、以下の通りである。
下限値を、0.15、又は0.20にすることが好ましい。
上限値を、0.60、又は0.40にすることが好ましい。
条件式(3)については、以下の通りである。
下限値を、6.00、又は7.00にすることが好ましい。
上限値を、20.00、又は15.00にすることが好ましい。
条件式(4)については、以下の通りである。
下限値を、0.06、又は0.07にすることが好ましい。
上限値を、0.20、又は0.15にすることが好ましい。
条件式(5)については、以下の通りである。
下限値を、1.00、又は1.50にすることが好ましい。
上限値を、5.00、又は3.00にすることが好ましい。
条件式(6)については、以下の通りである。
下限値を、0.50、又は0.60にすることが好ましい。
上限値を、1.00、又は0.95にすることが好ましい。
条件式(7)については、以下の通りである。
下限値を、0.06、又は0.08にすることが好ましい。
上限値を、0.17、又は0.15にすることが好ましい。
条件式(8)については、以下の通りである。
下限値を、1.10、又は1.20にすることが好ましい。
上限値を、1.80、又は1.70にすることが好ましい。
条件式(9)については、以下の通りである。
下限値を、-0.04、又は-0.03にすることが好ましい。
上限値を、0.04、又は0.02にすることが好ましい。
条件式(10)については、以下の通りである。
下限値を、-2.40、又は-2.30にすることが好ましい。
上限値を、-1.30、又は-1.50にすることが好ましい。
条件式(11)については、以下の通りである。
下限値を、1.70、又は2.00にすることが好ましい。
上限値を、5.00、又は4.50にすることが好ましい。
条件式(12)については、以下の通りである。
下限値を、-8.00、又は-6.00にすることが好ましい。
上限値を、15.00、又は10.00にすることが好ましい。
条件式(13)については、以下の通りである。
下限値を、3.00、又は3.50にすることが好ましい。
上限値を、20.00、又は16.00にすることが好ましい。
条件式(14)については、以下の通りである。
下限値を、0.13、又は0.15にすることが好ましい。
上限値を、0.35、又は0.28にすることが好ましい。
条件式(15)については、以下の通りである。
下限値を、3.50、又は4.50にすることが好ましい。
上限値を、10.00、又は9.00にすることが好ましい。
条件式(16)については、以下の通りである。
下限値を、0.005、又は0.006にすることが好ましい。
上限値を、0.15、又は0.10にすることが好ましい。
条件式(17)については、以下の通りである。
下限値を、0.50、又は0.60にすることが好ましい。
上限値を、0.80、又は0.75にすることが好ましい。
以下に、立体視用光学系の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
各実施例と各変形例のレンズ断面図について説明する。各実施例と各変形例のレンズ断面図は、遠点合焦時のレンズ断面図を示している。各実施例と各変形例では、第1光学系と第2光学系は同一である。
各実施例のレンズ断面図について説明する。(a)は非点収差(AS)、(b)は歪曲収差(DT)、(c)乃至(j)は横収差を示している。FIYは像高である。
実施例1~6では、1つの実施例に対して、近点合焦時の収差図と、遠点合焦時の収差図と、がある。実施例1では、図12が近点合焦時の収差図で、図13が遠点合焦時の収差図である。変形例1~4の収差図はない。
横収差において、横軸の最大値は±20μmである。縦軸は、入射瞳径で規格化されている。Taはタンジェンシャル方向、Saはサジタル方向を表している。IH0は軸上、IH0.5は、最大像高の0.5倍、IH0.7は最大像高の0.7倍、IH1.0は最大像高の1.0倍を表している。
実施例1の立体視用光学系は、物体側から順に、平凹負レンズL1と、両凹負レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL4と、両凸正レンズL5と、両凸正レンズL6と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL7と、両凸正レンズL8と、両凹負レンズL9と、両凸正レンズL10と、で構成されている。
両凹負レンズL2と両凸正レンズL3とが接合されている。両凹負レンズL9と両凸正レンズL10とが接合されている。
開口絞りSは、両凸正レンズL5と両凸正レンズL6との間に配置されている。平凹負レンズL1の物体側に、カバーガラスC1が配置されている。カバーガラスC1は、最も物体側に配置された光学素子である。両凸正レンズL10の像側に、カバーガラスC2が配置されている。
第1光学系の平凹負レンズL1と第2光学系の平凹負レンズL1とは、一体化されている。カバーガラスC1は、1枚の平行平板である。カバーガラスC1は、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸の両方と交差するように位置している。
遠点から近点への合焦時、平凹負レンズL1と負メニスカスレンズL7が、共に、像側に移動する。
非球面は、平凹負レンズL1の像側面に設けられている。
実施例2の立体視用光学系は、物体側から順に、平凹負レンズL1と、両凹負レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL4と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL5と、両凸正レンズL6と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL7と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL8と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL9と、両凸正レンズL10と、で構成されている。
両凹負レンズL2と両凸正レンズL3とが接合されている。負メニスカスレンズL9と両凸正レンズL10とが接合されている。
開口絞りSは、両凸正レンズL6と負メニスカスレンズL7との間に配置されている。平凹負レンズL1の物体側に、カバーガラスC1が配置されている。カバーガラスC1は、最も物体側に配置された光学素子である。両凸正レンズL10の像側に、カバーガラスC2が配置されている。
第1光学系の平凹負レンズL1と第2光学系の平凹負レンズL1とは、一体化されている。カバーガラスC1は、1枚の平行平板である。カバーガラスC1は、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸の両方と交差するように位置している。
遠点から近点への合焦時、平凹負レンズL1が像側に移動し、正メニスカスレンズL8が物体側に移動する。
非球面は、平凹負レンズL1の像側面に設けられている。
実施例3の立体視用光学系は、物体側から順に、平凹負レンズL1と、両凹負レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL4と、両凸正レンズL5と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL6と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL7と、両凸正レンズL8と、両凹負レンズL9と、両凸正レンズL10と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL11と、で構成されている。
両凹負レンズL2と両凸正レンズL3とが接合されている。両凸正レンズL8と両凹負レンズL9とが接合されている。
開口絞りSは、両凸正レンズL5と負メニスカスレンズL6との間に配置されている。平凹負レンズL1の物体側に、カバーガラスC1が配置されている。カバーガラスC1は、最も物体側に配置された光学素子である。正メニスカスレンズL11の像側に、カバーガラスC2が配置されている。
第1光学系の平凹負レンズL1と第2光学系の平凹負レンズL1とは、一体化されている。カバーガラスC1は、1枚の平行平板である。カバーガラスC1は、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸の両方と交差するように位置している。
遠点から近点への合焦時、平凹負レンズL1と負メニスカスレンズL6が、共に、像側に移動する。
非球面は、平凹負レンズL1の像側面と、両凹負レンズL2の物体側面と、正メニスカスレンズL7の両面と、両凸正レンズL10の物体側面と、正メニスカスレンズL11の像側面と、の合計6面に設けられている。
実施例4の立体視用光学系は、物体側から順に、平凹負レンズL1と、両凹負レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL4と、両凸正レンズL5と、両凸正レンズL6と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL7と、両凸正レンズL8と、両凹負レンズL9と、両凸正レンズL10と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL11と、で構成されている。
両凹負レンズL2と両凸正レンズL3とが接合されている。両凹負レンズL9と両凸正レンズL10とが接合されている。
開口絞りSは、両凸正レンズL5と両凸正レンズL6との間に配置されている。平凹負レンズL1の物体側に、カバーガラスC1が配置されている。カバーガラスC1は、最も物体側に配置された光学素子である。正メニスカスレンズL11の像側に、カバーガラスC2が配置されている。
第1光学系の平凹負レンズL1と第2光学系の平凹負レンズL1とは、一体化されている。カバーガラスC1は、1枚の平行平板である。カバーガラスC1は、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸の両方と交差するように位置している。
遠点から近点への合焦時、平凹負レンズL1と負メニスカスレンズL7が、共に、像側に移動する。
非球面は、平凹負レンズL1の像側面と、負メニスカスレンズL7の両面と、正メニスカスレンズL11の両面と、の合計5面に設けられている。
実施例5の立体視用光学系は、物体側から順に、平凹負レンズL1と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL2と、両凹負レンズL3と、両凸正レンズL4と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL5と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL6と、両凸正レンズL7と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL8と、両凸正レンズL9と、両凹負レンズL10と、両凸正レンズL11と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL12と、で構成されている。
両凹負レンズL3と両凸正レンズL4とが接合されている。両凹負レンズL10と両凸正レンズL11とが接合されている。
開口絞りSは、正メニスカスレンズL6と両凸正レンズL7との間に配置されている。平凹負レンズL1の物体側に、カバーガラスC1が配置されている。カバーガラスC1は、最も物体側に配置された光学素子である。負メニスカスレンズL12の像側に、カバーガラスC2が配置されている。
第1光学系の平凹負レンズL1と第2光学系の平凹負レンズL1とは、一体化されている。カバーガラスC1は、1枚の平行平板である。カバーガラスC1は、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸の両方と交差するように位置している。
遠点から近点への合焦時、平凹負レンズL1と負メニスカスレンズL8が、共に、像側に移動する。
非球面は、平凹負レンズL1の像側面と、負メニスカスレンズL2の像側面と、両凸正レンズL7の両面と、両凸正レンズL11の両面と、の合計6面に設けられている。
実施例6の立体視用光学系は、物体側から順に、平凹負レンズL1と、両凹負レンズL2と、両凸正レンズL3と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL4と、両凸正レンズL5と、両凸正レンズL6と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL7と、両凸正レンズL8と、両凹負レンズL9と、両凸正レンズL10と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL11と、で構成されている。
両凹負レンズL2と両凸正レンズL3とが接合されている。両凹負レンズL9と両凸正レンズL10とが接合されている。
開口絞りSは、両凸正レンズL5と両凸正レンズL6との間に配置されている。平凹負レンズL1の物体側に、カバーガラスC1が配置されている。カバーガラスC1は、最も物体側に配置された光学素子である。正メニスカスレンズL11の像側に、カバーガラスC2が配置されている。
第1光学系の平凹負レンズL1と第2光学系の平凹負レンズL1とは、一体化されている。カバーガラスC1は、1枚の平行平板である。カバーガラスC1は、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸の両方と交差するように位置している。
遠点から近点への合焦時、平凹負レンズL1と負メニスカスレンズL7が、共に、像側に移動する。
非球面は、平凹負レンズL1の像側面と、負メニスカスレンズL7の両面と、正メニスカスレンズL11の両面と、の合計5面に設けられている。
変形例1の立体視用光学系は、実施例1の立体視用光学系のカバーガラスを、別のカバーガラスに置き換えた光学系である。実施例1の立体視用光学系では、カバーガラスC1の両面は平面である。これに対して、変形例1の立体視用光学系では、カバーガラスC1の物体側面は球面で、像側面は平面である。物体側面の曲率半径は100mmである。変形例1の立体視用光学系では、カバーガラスC1は、物体側が凸面の平凸正レンズになっている。
変形例2の立体視用光学系は、実施例1の立体視用光学系のカバーガラスを、別のカバーガラスに置き換えた光学系である。変形例2の立体視用光学系では、カバーガラスC1の物体側面は平面で、像側面は球面である。像側面の曲率半径は50mmである。変形例2の立体視用光学系では、カバーガラスC1は、物体側が平面の平凹負レンズになっている。
変形例3の立体視用光学系は、実施例1の立体視用光学系のカバーガラスを、別のカバーガラスに置き換えた光学系である。変形例3の立体視用光学系では、カバーガラスC1の物体側面と像側面は、共に球面である。物体側面の曲率半径と像側面の曲率半径は、共に、100mmである。
変形例4の立体視用光学系は、実施例1の立体視用光学系に光学フィルタを配置した光学系である。変形例4の立体視用光学系では、カバーガラスC1と平凹負レンズL1との間に光学フィルタFが配置されている。
以下に、上記各実施例の数値データを示す。面データにおいて、rは各レンズ面の曲率半径、dは各レンズ面間の間隔、ndは各レンズのd線の屈折率、νdは各レンズのアッベ数、*印は非球面である。
また、非球面形状は、光軸方向をz、光軸に直交する方向をyにとり、円錐係数をk、非球面係数をA4、A6、A8、A10、A12…としたとき、次の式で表される。
z=(y2/r)/[1+{1-(1+k)(y/r)2}1/2]
+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10+A12y12+…
また、非球面係数において、「e-n」(nは整数)は、「10-n」を示している。なお、これら諸元値の記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。
z=(y2/r)/[1+{1-(1+k)(y/r)2}1/2]
+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10+A12y12+…
また、非球面係数において、「e-n」(nは整数)は、「10-n」を示している。なお、これら諸元値の記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。
数値実施例1
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞
1 ∞ 0.35 1.88300 40.77
2 ∞ 可変
3 ∞ 0.53 1.88300 40.77
4* 1.366 可変
5 -4.457 0.50 1.88300 40.77
6 3.332 1.17 1.48749 70.24
7 -2.537 0.23
8 -10.043 0.91 1.48749 70.24
9 -3.543 0.09
10 110.267 0.97 1.77250 49.60
11 -5.487 0.09
12(絞り) ∞ 0.08
13 3.798 0.87 1.49700 81.61
14 -13.739 可変
15 3.330 0.58 1.77250 49.60
16 1.398 可変
17 4.700 1.00 1.80400 46.58
18 -2.517 0.17
19 -3.145 0.50 1.92286 18.90
20 3.179 1.72 1.77250 49.60
21 -4.557 0.08
22 ∞ 1.25 1.51009 63.64
23 ∞ 0
像面 ∞
非球面データ
第4面
k=0.190
各種データ
近点合焦 遠点合焦
物体距離 3.5 35.0
d2 1.66 0.15
d4 0.75 2.25
d14 1.31 0.23
d16 0.33 1.41
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞
1 ∞ 0.35 1.88300 40.77
2 ∞ 可変
3 ∞ 0.53 1.88300 40.77
4* 1.366 可変
5 -4.457 0.50 1.88300 40.77
6 3.332 1.17 1.48749 70.24
7 -2.537 0.23
8 -10.043 0.91 1.48749 70.24
9 -3.543 0.09
10 110.267 0.97 1.77250 49.60
11 -5.487 0.09
12(絞り) ∞ 0.08
13 3.798 0.87 1.49700 81.61
14 -13.739 可変
15 3.330 0.58 1.77250 49.60
16 1.398 可変
17 4.700 1.00 1.80400 46.58
18 -2.517 0.17
19 -3.145 0.50 1.92286 18.90
20 3.179 1.72 1.77250 49.60
21 -4.557 0.08
22 ∞ 1.25 1.51009 63.64
23 ∞ 0
像面 ∞
非球面データ
第4面
k=0.190
各種データ
近点合焦 遠点合焦
物体距離 3.5 35.0
d2 1.66 0.15
d4 0.75 2.25
d14 1.31 0.23
d16 0.33 1.41
数値実施例2
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞
1 ∞ 0.35 1.88300 40.77
2 ∞ 可変
3 ∞ 0.54 1.88300 40.77
4* 1.463 可変
5 -33.547 0.51 1.88300 40.77
6 3.402 1.29 1.48749 70.24
7 -2.066 0.09
8 -2.639 1.71 1.43385 95.23
9 -4.327 1.49
10 -7.334 0.90 1.77250 49.60
11 -3.793 0.09
12 9.069 0.90 1.49700 81.61
13 -2.914 0.09
14(絞り) ∞ 0.26
15 -2.267 0.60 1.77250 49.60
16 -4.841 可変
17 -7.360 0.85 1.80400 46.58
18 -3.769 可変
19 10.448 0.51 1.92286 18.90
20 2.041 1.19 1.77250 49.60
21 -14.760 0.78
22 ∞ 1.27 1.51009 63.64
23 ∞ 0
像面 ∞
非球面データ
第4面
k=0.200
各種データ
近点合焦 遠点合焦
物体距離 3.4 25.0
d2 1.70 0.15
d4 0.85 2.38
d16 0.82 2.58
d18 2.11 0.35
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞
1 ∞ 0.35 1.88300 40.77
2 ∞ 可変
3 ∞ 0.54 1.88300 40.77
4* 1.463 可変
5 -33.547 0.51 1.88300 40.77
6 3.402 1.29 1.48749 70.24
7 -2.066 0.09
8 -2.639 1.71 1.43385 95.23
9 -4.327 1.49
10 -7.334 0.90 1.77250 49.60
11 -3.793 0.09
12 9.069 0.90 1.49700 81.61
13 -2.914 0.09
14(絞り) ∞ 0.26
15 -2.267 0.60 1.77250 49.60
16 -4.841 可変
17 -7.360 0.85 1.80400 46.58
18 -3.769 可変
19 10.448 0.51 1.92286 18.90
20 2.041 1.19 1.77250 49.60
21 -14.760 0.78
22 ∞ 1.27 1.51009 63.64
23 ∞ 0
像面 ∞
非球面データ
第4面
k=0.200
各種データ
近点合焦 遠点合焦
物体距離 3.4 25.0
d2 1.70 0.15
d4 0.85 2.38
d16 0.82 2.58
d18 2.11 0.35
数値実施例3
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞
1 ∞ 0.35 1.88300 40.77
2 ∞ 可変
3 ∞ 0.49 1.88300 40.77
4* 1.493 可変
5* -2.666 0.41 1.88300 40.77
6 1.955 1.09 1.67790 55.34
7 -2.556 0.10
8 -7.623 0.81 1.67790 55.34
9 -3.129 0.08
10 9.042 0.90 1.65160 58.55
11 -3.948 0.08
12(絞り) ∞ 可変
13 2.502 0.41 1.77250 49.60
14 1.449 可変
15* 4.887 0.70 1.88300 40.77
16* 10.269 0.13
17 6.686 0.90 1.72916 54.68
18 -3.258 0.41 1.92286 18.90
19 4.438 0.13
20* 3.937 1.13 1.88300 40.77
21 -7.381 0.10
22 -7.654 0.81 1.88300 40.77
23* -4.593 0.12
24 ∞ 1.00 1.51009 63.64
25 ∞ 0
像面 ∞
非球面データ
第4面
k=0.516
第5面
k=0.000
A4=-2.19676e-02,A6=-3.88873e-03
第15面
k=0.000
A4=-5.78515e-03
第16面
k=0.000
A4=-2.89686e-02
第20面
k=0.000
A4=-1.55362e-02,A6=-5.29948e-03
第23面
k=0.000
A4=-1.22317e-02,A6=-1.36559e-03
各種データ
近点合焦 遠点合焦
物体距離 3.2 33.0
d2 1.79 0.15
d4 1.03 2.66
d12 1.87 0.24
d14 0.33 1.96
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞
1 ∞ 0.35 1.88300 40.77
2 ∞ 可変
3 ∞ 0.49 1.88300 40.77
4* 1.493 可変
5* -2.666 0.41 1.88300 40.77
6 1.955 1.09 1.67790 55.34
7 -2.556 0.10
8 -7.623 0.81 1.67790 55.34
9 -3.129 0.08
10 9.042 0.90 1.65160 58.55
11 -3.948 0.08
12(絞り) ∞ 可変
13 2.502 0.41 1.77250 49.60
14 1.449 可変
15* 4.887 0.70 1.88300 40.77
16* 10.269 0.13
17 6.686 0.90 1.72916 54.68
18 -3.258 0.41 1.92286 18.90
19 4.438 0.13
20* 3.937 1.13 1.88300 40.77
21 -7.381 0.10
22 -7.654 0.81 1.88300 40.77
23* -4.593 0.12
24 ∞ 1.00 1.51009 63.64
25 ∞ 0
像面 ∞
非球面データ
第4面
k=0.516
第5面
k=0.000
A4=-2.19676e-02,A6=-3.88873e-03
第15面
k=0.000
A4=-5.78515e-03
第16面
k=0.000
A4=-2.89686e-02
第20面
k=0.000
A4=-1.55362e-02,A6=-5.29948e-03
第23面
k=0.000
A4=-1.22317e-02,A6=-1.36559e-03
各種データ
近点合焦 遠点合焦
物体距離 3.2 33.0
d2 1.79 0.15
d4 1.03 2.66
d12 1.87 0.24
d14 0.33 1.96
数値実施例4
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞
1 ∞ 0.40 1.88300 40.77
2 ∞ 可変
3 ∞ 0.67 1.88300 40.77
4* 1.781 可変
5 -4.778 0.47 1.88300 40.77
6 2.026 1.32 1.60311 60.64
7 -2.616 0.08
8 -3.919 1.00 1.48749 70.24
9 -3.105 0.08
10 41.122 1.09 1.74320 49.30
11 -6.197 0.08
12(絞り) ∞ 0.08
13 3.648 0.88 1.74320 49.30
14 -22.644 可変
15* 7.023 0.50 1.88300 40.77
16* 1.527 可変
17 6.782 1.17 1.88300 40.77
18 -2.456 0.17
19 -3.688 0.48 1.92286 18.90
20 2.696 1.03 1.74320 49.30
21 -4.345 0.13
22* -6.172 0.87 1.88300 40.77
23* -5.281 0.19
24 ∞ 1.30 1.51009 63.64
25 ∞ 0
像面 ∞
非球面データ
第4面
k=0.404
第15面
k=0.000
A4=-1.34664e-02
第16面
k=0.000
A4=-1.29253e-02
第22面
k=0.000
A4=4.81010e-03
第23面
k=0.000
A4=5.04437e-03
各種データ
近点合焦 遠点合焦
物体距離 3.3 34.0
d2 2.45 0.25
d4 0.98 3.18
d14 0.84 0.28
d16 0.43 0.99
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞
1 ∞ 0.40 1.88300 40.77
2 ∞ 可変
3 ∞ 0.67 1.88300 40.77
4* 1.781 可変
5 -4.778 0.47 1.88300 40.77
6 2.026 1.32 1.60311 60.64
7 -2.616 0.08
8 -3.919 1.00 1.48749 70.24
9 -3.105 0.08
10 41.122 1.09 1.74320 49.30
11 -6.197 0.08
12(絞り) ∞ 0.08
13 3.648 0.88 1.74320 49.30
14 -22.644 可変
15* 7.023 0.50 1.88300 40.77
16* 1.527 可変
17 6.782 1.17 1.88300 40.77
18 -2.456 0.17
19 -3.688 0.48 1.92286 18.90
20 2.696 1.03 1.74320 49.30
21 -4.345 0.13
22* -6.172 0.87 1.88300 40.77
23* -5.281 0.19
24 ∞ 1.30 1.51009 63.64
25 ∞ 0
像面 ∞
非球面データ
第4面
k=0.404
第15面
k=0.000
A4=-1.34664e-02
第16面
k=0.000
A4=-1.29253e-02
第22面
k=0.000
A4=4.81010e-03
第23面
k=0.000
A4=5.04437e-03
各種データ
近点合焦 遠点合焦
物体距離 3.3 34.0
d2 2.45 0.25
d4 0.98 3.18
d14 0.84 0.28
d16 0.43 0.99
数値実施例5
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞
1 ∞ 0.35 1.88300 40.77
2 ∞ 可変
3 ∞ 0.67 1.88300 40.77
4* 1.780 可変
5 1.816 0.50 1.55000 53.00
6* 1.482 2.33
7 -5.414 0.47 1.88300 40.77
8 2.013 1.32 1.60311 60.64
9 -2.628 0.08
10 -3.814 1.00 1.48749 70.24
11 -2.990 0.08
12 -146.268 1.00 1.74320 49.30
13 -4.706 0.08
14(絞り) ∞ 0.08
15 3.870 0.89 1.74320 49.30
16 -23.280 可変
17* 6.483 0.50 1.88300 40.77
18* 1.607 可変
19 6.892 1.17 1.88300 40.77
20 -2.715 0.17
21 -3.674 0.49 1.92286 18.90
22 2.432 0.71 1.74320 49.30
23 -3.335 0.13
24* -3.956 0.67 1.88300 40.77
25* -4.707 0.16
26 ∞ 1.35 1.51009 63.64
27 ∞ 0
像面 ∞
非球面データ
第4面
k=0.399
第6面
k=0.000
A4=-9.85274e-03
第17面
k=0.000
A4=-3.10322e-02
第18面
k=0.000
A4=-4.88512e-02
第24面
k=0.000
A4=-2.89502e-02
第25面
k=0.000
A4=-2.87267e-02
各種データ
近点合焦 遠点合焦
物体距離 3.4 34.0
d2 1.93 0.25
d4 0.65 2.33
d16 0.86 0.29
d18 0.44 1.01
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞
1 ∞ 0.35 1.88300 40.77
2 ∞ 可変
3 ∞ 0.67 1.88300 40.77
4* 1.780 可変
5 1.816 0.50 1.55000 53.00
6* 1.482 2.33
7 -5.414 0.47 1.88300 40.77
8 2.013 1.32 1.60311 60.64
9 -2.628 0.08
10 -3.814 1.00 1.48749 70.24
11 -2.990 0.08
12 -146.268 1.00 1.74320 49.30
13 -4.706 0.08
14(絞り) ∞ 0.08
15 3.870 0.89 1.74320 49.30
16 -23.280 可変
17* 6.483 0.50 1.88300 40.77
18* 1.607 可変
19 6.892 1.17 1.88300 40.77
20 -2.715 0.17
21 -3.674 0.49 1.92286 18.90
22 2.432 0.71 1.74320 49.30
23 -3.335 0.13
24* -3.956 0.67 1.88300 40.77
25* -4.707 0.16
26 ∞ 1.35 1.51009 63.64
27 ∞ 0
像面 ∞
非球面データ
第4面
k=0.399
第6面
k=0.000
A4=-9.85274e-03
第17面
k=0.000
A4=-3.10322e-02
第18面
k=0.000
A4=-4.88512e-02
第24面
k=0.000
A4=-2.89502e-02
第25面
k=0.000
A4=-2.87267e-02
各種データ
近点合焦 遠点合焦
物体距離 3.4 34.0
d2 1.93 0.25
d4 0.65 2.33
d16 0.86 0.29
d18 0.44 1.01
数値実施例6
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞
1 ∞ 0.35 1.88300 40.77
2 ∞ 可変
3 ∞ 0.67 1.88300 40.77
4* 1.792 可変
5 -4.783 0.47 1.88300 40.77
6 2.027 1.32 1.60311 60.64
7 -2.617 0.08
8 -3.923 1.00 1.48749 70.24
9 -3.107 0.08
10 40.599 1.08 1.74320 49.30
11 -6.276 0.08
12(絞り) ∞ 0.08
13 3.630 0.88 1.74320 49.30
14 -22.682 可変
15* 7.034 0.50 1.88300 40.77
16* 1.529 可変
17 6.839 1.17 1.88300 40.77
18 -2.449 0.17
19 -3.678 0.48 1.92286 18.90
20 2.647 1.03 1.74320 49.30
21 -4.307 0.13
22* -6.236 0.87 1.88300 40.77
23* -5.235 0.17
24 ∞ 1.33 1.51009 63.64
25 ∞ 0
像面 ∞
非球面データ
第4面
k=0.229
第15面
k=0.000
A4=-1.60647e-02
第16面
k=0.000
A4=-1.81454e-02
第22面
k=0.000
A4=1.62081e-02
第23面
k=0.000
A4=3.24061e-02
各種データ
近点合焦 遠点合焦
物体距離 3.5 30.0
d2 2.45 0.25
d4 0.98 3.18
d14 0.84 0.28
d16 0.43 0.99
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞
1 ∞ 0.35 1.88300 40.77
2 ∞ 可変
3 ∞ 0.67 1.88300 40.77
4* 1.792 可変
5 -4.783 0.47 1.88300 40.77
6 2.027 1.32 1.60311 60.64
7 -2.617 0.08
8 -3.923 1.00 1.48749 70.24
9 -3.107 0.08
10 40.599 1.08 1.74320 49.30
11 -6.276 0.08
12(絞り) ∞ 0.08
13 3.630 0.88 1.74320 49.30
14 -22.682 可変
15* 7.034 0.50 1.88300 40.77
16* 1.529 可変
17 6.839 1.17 1.88300 40.77
18 -2.449 0.17
19 -3.678 0.48 1.92286 18.90
20 2.647 1.03 1.74320 49.30
21 -4.307 0.13
22* -6.236 0.87 1.88300 40.77
23* -5.235 0.17
24 ∞ 1.33 1.51009 63.64
25 ∞ 0
像面 ∞
非球面データ
第4面
k=0.229
第15面
k=0.000
A4=-1.60647e-02
第16面
k=0.000
A4=-1.81454e-02
第22面
k=0.000
A4=1.62081e-02
第23面
k=0.000
A4=3.24061e-02
各種データ
近点合焦 遠点合焦
物体距離 3.5 30.0
d2 2.45 0.25
d4 0.98 3.18
d14 0.84 0.28
d16 0.43 0.99
次に、各実施例における条件式の値を以下に掲げる。
実施例1 実施例2 実施例3
(1)FL1m/FLc 0.00 0.00 0.00
(2)atan(De/Loben)
-atan(De/Lobef) 0.30 0.27 0.34
(3)(Lnobf-Lnobn)/Dax 11.99 7.71 9.71
(4)(Lc1mn-Lc1mf)/TTL 0.10 0.08 0.11
(5)Lcef/IH 1.87 2.06 1.97
(6)Lcef/De 0.69 0.75 0.61
(7)Lcef/TTL 0.11 0.10 0.12
(8)FLn/FLf 1.51 1.23 1.65
(9)IH/FLc 0.00 0.00 0.00
(10)FL1G/IH -1.67 -1.76 -1.88
(11)FL2G/IH 2.30 4.37 2.53
(12)FL3G/IH -3.89 9.22 -5.95
(13)FL4G/IH 3.88 15.86 3.91
(14)(MG1Gf/MG1Gn)
/(MG3Gf/MG3Gn) 0.18 0.18 0.18
(15)MGn/MGf 8.71 4.94 8.96
(16)MG1Gn/MG1Gf 0.012 0.090 0.017
(17)(atan(IH/FLf)
/atan(IH/FLn))/(θf/θn) 0.65 0.69 0.61
実施例4 実施例5 実施例6
(1)FL1m/FLc 0.00 0.00 0.00
(2)atan(De/Loben)
-atan(De/Lobef) 0.25 0.27 0.26
(3)(Lnobf-Lnobn)/Dax 11.88 11.57 9.00
(4)(Lc1mn-Lc1mf)/TTL 0.13 0.11 0.13
(5)Lcef/IH 2.53 2.82 2.49
(6)Lcef/De 0.93 0.88 0.82
(7)Lcef/TTL 0.13 0.14 0.13
(8)FLn/FLf 1.63 1.50 1.63
(9)IH/FLc 0.00 0.00 0.00
(10)FL1G/IH -2.28 -2.16 -2.28
(11)FL2G/IH 2.07 2.29 2.21
(12)FL3G/IH -2.61 -3.24 -2.60
(13)FL4G/IH 3.66 4.56 3.62
(14)(MG1Gf/MG1Gn)
/(MG3Gf/MG3Gn) 0.22 0.20 0.25
(15)MGn/MGf 8.13 7.94 7.05
(16)MG1Gn/MG1Gf 0.007 0.010 0.009
(17)(atan(IH/FLf)
/atan(IH/FLn))/(θf/θn) 0.64 0.70 0.72
実施例1 実施例2 実施例3
(1)FL1m/FLc 0.00 0.00 0.00
(2)atan(De/Loben)
-atan(De/Lobef) 0.30 0.27 0.34
(3)(Lnobf-Lnobn)/Dax 11.99 7.71 9.71
(4)(Lc1mn-Lc1mf)/TTL 0.10 0.08 0.11
(5)Lcef/IH 1.87 2.06 1.97
(6)Lcef/De 0.69 0.75 0.61
(7)Lcef/TTL 0.11 0.10 0.12
(8)FLn/FLf 1.51 1.23 1.65
(9)IH/FLc 0.00 0.00 0.00
(10)FL1G/IH -1.67 -1.76 -1.88
(11)FL2G/IH 2.30 4.37 2.53
(12)FL3G/IH -3.89 9.22 -5.95
(13)FL4G/IH 3.88 15.86 3.91
(14)(MG1Gf/MG1Gn)
/(MG3Gf/MG3Gn) 0.18 0.18 0.18
(15)MGn/MGf 8.71 4.94 8.96
(16)MG1Gn/MG1Gf 0.012 0.090 0.017
(17)(atan(IH/FLf)
/atan(IH/FLn))/(θf/θn) 0.65 0.69 0.61
実施例4 実施例5 実施例6
(1)FL1m/FLc 0.00 0.00 0.00
(2)atan(De/Loben)
-atan(De/Lobef) 0.25 0.27 0.26
(3)(Lnobf-Lnobn)/Dax 11.88 11.57 9.00
(4)(Lc1mn-Lc1mf)/TTL 0.13 0.11 0.13
(5)Lcef/IH 2.53 2.82 2.49
(6)Lcef/De 0.93 0.88 0.82
(7)Lcef/TTL 0.13 0.14 0.13
(8)FLn/FLf 1.63 1.50 1.63
(9)IH/FLc 0.00 0.00 0.00
(10)FL1G/IH -2.28 -2.16 -2.28
(11)FL2G/IH 2.07 2.29 2.21
(12)FL3G/IH -2.61 -3.24 -2.60
(13)FL4G/IH 3.66 4.56 3.62
(14)(MG1Gf/MG1Gn)
/(MG3Gf/MG3Gn) 0.22 0.20 0.25
(15)MGn/MGf 8.13 7.94 7.05
(16)MG1Gn/MG1Gf 0.007 0.010 0.009
(17)(atan(IH/FLf)
/atan(IH/FLn))/(θf/θn) 0.64 0.70 0.72
図24は、本実施形態の撮像装置を示す図である。本実施形態の撮像装置は、立体視内視鏡である。立体視内視鏡1は、本体部2と、光源装置3と、カメラコントロールユニット4(以下、「CCU4」という)と、スキャンコンバータ5と、モニタ6と、シャッタメガネ7とから構成される。
本体部2は、挿入部8と、把持部9とを有する。挿入部8は、体腔内等に挿入される部分で、硬質の外套管で形成されている。外套管は、円管形状で、ステンレス等の金属等からなる。このように、立体視内視鏡1は、硬性内視鏡である。把持部9は、術者により把持される部分である。
把持部9には、ライトガイド口金10が設けてある。ライトガイド口金10に、ライトガイドケーブル11の一端が接続される。ライトガイドケーブル11の他端には、ライトガイトコネクタ12が設けられている。ライトガイドケーブル11は、把持部9と光源装置3に着脱自在で接続される。
光源装置3は、ランプ13とレンズ14とを有する。ランプ13は、例えば、白色光の照明光を発生する。レンズ14は、照明光を集光する。レンズ14で集光された照明光は、ライトガイドコネクタ12の端面に照射される。端面に照射された照明光は、ライトガイドケーブル11内のライトガイドにより、本体部2に伝送される。
本体部2には、ライトガイド15が設けられている。ライトガイド15は把持部9内で屈曲され、挿入部8内を挿通されている。ライトガイド15は、ライトガイドケーブル11から供給された照明光を、挿入部8の先端部16に固定された先端面に伝送する。これにより、先端面から前方に照明光が射出される。
先端部16内には、本実施形態の立体視用光学系が配置されている。立体視用光学系は、対物光学系18aと対物光学系18bとで構成されている。
物体17は、照明光で照明される。物体17からの光は、対物光学系18aと対物光学系18bに入射する。対物光学系18aの結像位置と対物光学系18bの結像位置に、各々、光学像が形成される。
対物光学系18aの結像位置には、第1撮像素子19aが配置されている。対物光学系18aで形成された光学像は、第1撮像素子19aによって撮像される。対物光学系18bの結像位置には、第2撮像素子19bが配置されている。対物光学系18bで形成された光学像は、第2撮像素子19bによって撮像される。
出力部20には、信号ケーブル21の一端が接続されている。信号ケーブル21の他端は、CCU4に接続されている。第1撮像素子19aから出力された信号と、第2撮像素子19bから出力された信号は、信号ケーブル21を経由して、CCU4に入力される。
CCU4では、第1撮像素子19aと第2撮像素子19bから出力された信号に対して、信号処理が行われる。CCU4で信号処理された画像信号は、スキャンコンバータ5に入力される。スキャンコンバータ5では、CCU4から出力された信号が映像信号に変換される。
映像信号は、モニタ6に入力される。モニタ6は、入力された映像信号を表示する。モニタ6には、視差のある2つの画像が交互に表示される。シャッタメガネ7は、シャッター機能を有する。シャッタメガネ7を用いることで、モニタ6に表示された画像を、立体的に視認することができる。
以上のように、本発明は、収差が良好に補正され、且つ、物体距離が短くても最適な内向角が得られる小型な立体視用光学系に適している。また、本発明は、物体距離が短くても、物体を立体視したときに適切な立体感が得られる小型な撮像装置に適している。
OBJ1 第1光学系
OBJ2 第2光学系
L1~L11 レンズ
C1、C2 カバーガラス、光学素子
S 絞り(開口絞り)
AX1 第1光学系の光軸
AX2 第2光学系の光軸
AXC 中心軸
1 立体視内視鏡
2 本体部
3 光源装置
4 カメラコントロールユニット(CCU)
5 スキャンコンバータ
6 モニタ
7 シャッタメガネ
8 挿入部
9 把持部
10 ライトガイド口金
11 ライトガイドケーブル
12 ライトガイトコネクタ
13 ランプ
14 レンズ
15 ライトガイド
16 先端部
17 物体
18a、18b 対物光学系
19a 第1撮像素子
19b 第2撮像素子
20 出力部
21 信号ケーブル
OBJ2 第2光学系
L1~L11 レンズ
C1、C2 カバーガラス、光学素子
S 絞り(開口絞り)
AX1 第1光学系の光軸
AX2 第2光学系の光軸
AXC 中心軸
1 立体視内視鏡
2 本体部
3 光源装置
4 カメラコントロールユニット(CCU)
5 スキャンコンバータ
6 モニタ
7 シャッタメガネ
8 挿入部
9 把持部
10 ライトガイド口金
11 ライトガイドケーブル
12 ライトガイトコネクタ
13 ランプ
14 レンズ
15 ライトガイド
16 先端部
17 物体
18a、18b 対物光学系
19a 第1撮像素子
19b 第2撮像素子
20 出力部
21 信号ケーブル
Claims (35)
- 第1光学系と、第2光学系と、を備え、
前記第1光学系と前記第2光学系は、各々、絞りと、複数のレンズ群と、を備え、
前記複数のレンズ群は、少なくとも1つの合焦の際に移動するレンズ群を含んでおり、
前記移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とが行われ、
近点合焦時、第1入射瞳と第2入射瞳は、共に、遠点合焦時の位置よりも像側に位置していることを特徴とする立体視用光学系。
ここで、
前記第1入射瞳は、前記第1光学系の入射瞳、
前記第2入射瞳は、前記第2光学系の入射瞳、
前記近点は、合焦範囲のうち、前記立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
前記遠点は、合焦範囲のうち、前記立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。 - 第1光学系と、第2光学系と、光学素子と、を備え、
前記第1光学系と前記第2光学系は、前記光学素子よりも像側に配置され、
前記光学素子は、前記第1光学系の光軸と前記第2光学系の光軸の両方と交差するように位置し、
前記第1光学系と前記第2光学系は、各々、絞りと、合焦の際に移動する移動レンズ群を少なくとも2つ備え、
これらを物体側から順に第1移動レンズ群、第2移動レンズ群とするとき、
少なくとも前記第2移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とが行われ、
前記第1移動レンズ群は、遠点から近点への合焦時に、物体側から像側に移動し、
以下の条件式(1)を満足することを特徴とする立体視用光学系。
-0.1<FL1m/FLc<0.1 (1)
ここで、
FLcは、前記光学素子の焦点距離、
FL1mは、前記第1光学系の前記第1移動レンズ群の焦点距離、および、前記第2光学系の前記第1移動レンズ群の焦点距離、
前記近点は、合焦範囲のうち、前記立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
前記遠点は、合焦範囲のうち、前記立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。 - 第1光学系と、第2光学系と、を備え、
前記第1光学系と前記第2光学系は、各々、絞りと、合焦の際に移動する移動レンズ群と、を備え、
前記移動レンズ群の移動によって、少なくとも近点への合焦と遠点への合焦とが行われ、
以下の条件式(2)を満足させながら前記移動レンズ群を移動させて、合焦位置を変化させることを特徴とする立体視用光学系。
0.1<atan(De/Loben)-atan(De/Lobef)<0.8 (2)
ここで、
Deは、第1入射瞳の中心と第2入射瞳の中心との間隔、
Lobenは、近点合焦時における前記近点の位置から前記第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、近点合焦時における前記近点の位置から前記第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
Lobefは、遠点合焦時における前記遠点の位置から前記第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における前記遠点の位置から前記第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
前記第1入射瞳は、前記第1光学系の入射瞳、
前記第2入射瞳は、前記第2光学系の入射瞳、
前記近点は、合焦範囲のうち、前記立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
前記遠点は、合焦範囲のうち、前記立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。 - 第1光学系と、第2光学系と、光学素子と、を備え、
前記第1光学系と前記第2光学系は、前記光学素子よりも像側に配置され、
前記第1光学系と前記第2光学系は、各々、絞りと、負の屈折力を有するレンズ群と、を備え、
遠点から近点への合焦時、前記光学素子は固定され、前記負の屈折力を有するレンズ群は移動レンズ群として物体側から像側に移動し、
以下の条件式(3)を満足することを特徴とする立体視用光学系。
5.0<(Lnobf-Lnobn)/Dax<50.0 (3)
ここで、
Daxは、前記第1光学系の光軸と前記第2光学系の光軸との光軸上の間隔、
Lnobfは、遠点合焦時における前記第1光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から前記遠点の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における前記第2光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から前記遠点の位置までの光軸上の距離、
Lnobnは、近点合焦時における前記第1光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から前記近点の位置までの光軸上の距離、および、近点合焦時における前記第2光学系の負の屈折力を有するレンズ群の最も物体側面から前記近点の位置までの光軸上の距離、
前記近点は、合焦範囲のうち、前記立体視用光学系に対して最も近くに位置する点、
前記遠点は、合焦範囲のうち、前記立体視用光学系に対して最も遠くに位置する点、
である。 - 以下の条件式(4)を満足することを特徴とする請求項2に記載の立体視用光学系。
0.05<(Lc1mn-Lc1mf)/TTL<0.25 (4)
ここで、
Lc1mnは、近点合焦時における前記光学素子の物体側面から前記第1光学系の前記第1移動レンズ群の最も物体側に位置するレンズ面までの光軸上の距離、および、近点合焦時における前記光学素子の物体側面から前記第2光学系の前記第1移動レンズ群の最も物体側に位置するレンズ面までの光軸上の距離、
Lc1mfは、遠点合焦時における前記光学素子の物体側面から前記第1光学系の前記第1移動レンズ群の最も物体側に位置するレンズ面までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における前記光学素子の物体側面から前記第2光学系の前記第1移動レンズ群の最も物体側に位置するレンズ面までの光軸上の距離、
TTLは、前記光学素子の物体側面から像面までの光軸上の距離、
である。 - 前記第1光学系と前記第2光学系より物体側に光学素子を備え、
以下の条件式(5)を満足することを特徴とする請求項1または3に記載の立体視用光学系。
0.5<Lcef/IH<10.0 (5)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における前記光学素子の物体側面から前記第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における前記光学素子の物体側面から前記第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
IHは、最大像高、
である。 - 以下の条件式(5)を満足することを特徴とする請求項2または4に記載の立体視用光学系。
0.5<Lcef/IH<10.0 (5)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における前記光学素子の物体側面から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における前記光学素子の物体側面から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
IHは、最大像高、
前記第1入射瞳は、前記第1光学系の入射瞳、
前記第2入射瞳は、前記第2光学系の入射瞳、
である。 - 前記第1光学系と前記第2光学系より物体側に光学素子を備え、
以下の条件式(6)を満足することを特徴とする請求項1または3に記載の立体視用光学系。
0.3<Lcef/De<2.0 (6)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における前記光学素子物の体側面から前記第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における前記光学素子の物体側面から前記第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
Deは、前記第1入射瞳の中心と前記第2入射瞳の中心との間隔、
である。 - 以下の条件式(6)を満足することを特徴とする請求項2または4に記載の立体視用光学系。
0.3<Lcef/De<2.0 (6)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における前記光学素子物の体側面から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における前記光学素子の物体側面から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
Deは、前記第1入射瞳の中心と前記第2入射瞳の中心との間隔、
前記第1入射瞳は、前記第1光学系の入射瞳、
前記第2入射瞳は、前記第2光学系の入射瞳、
である。 - 前記第1光学系と前記第2光学系より物体側に光学素子を備え、
以下の条件式(7)を満足することを特徴とする請求項1または3に記載の立体視用光学系。
0.04<Lcef/TTL<0.2 (7)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における前記光学素子の物体側面から前記第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における前記光学素子の物体側面から前記第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
TTLは、前記光学素子の物体側面から像面までの光軸上の距離、
である。 - 以下の条件式(7)を満足することを特徴とする請求項2または4に記載の立体視用光学系。
0.04<Lcef/TTL<0.2 (7)
ここで、
Lcefは、遠点合焦時における前記光学素子の物体側面から第1入射瞳の位置までの光軸上の距離、および、遠点合焦時における前記光学素子の物体側面から第2入射瞳の位置までの光軸上の距離、
TTLは、前記光学素子の物体側面から像面までの光軸上の距離、
前記第1入射瞳は、前記第1光学系の入射瞳、
前記第2入射瞳は、前記第2光学系の入射瞳、
である。 - 以下の条件式(8)を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の立体視用光学系。
1.0<FLn/FLf<2.0 (8)
FLfは、遠点合焦時の前記第1光学系の焦点距離、および、前記第2光学系の焦点距離、
FLnは、近点合焦時の前記第1光学系の焦点距離、および、前記第2光学系の焦点距離、
である。 - 前記第1光学系と前記第2光学系は、各々、物体側から順に、
負の屈折力を有する第1レンズ群と、
正の屈折力を有する第2レンズ群と、
第3レンズ群と、
第4レンズ群と、を備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の立体視用光学系。 - 前記光学素子は、前記第1光学系の光軸と前記第2光学系の光軸との間に位置する中心軸に対して対称な形状であることを特徴とする請求項2に記載の立体視用光学系。
- 前記第1光学系と前記第2光学系より物体側に光学素子を備え、
前記光学素子は、前記第1光学系の光軸と前記第2光学系の光軸との間に位置する中心軸に対して対称な形状であることを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。 - 前記第1光学系と前記第2光学系より物体側に光学素子を備え、
合焦時、前記光学素子は固定されていることを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。 - 前記第1光学系と前記第2光学系より物体側に光学素子を備え、
前記光学素子は、平行平板であることを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。 - 前記第1移動レンズ群が負レンズであることを特徴とする請求項2に記載の立体視用光学系。
- 合焦時、前記第3レンズ群が移動することを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。
- 前記第3レンズ群は負の屈折力を有し、遠点から近点への合焦時、物体側から像側に移動することを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。
- 前記第3レンズ群は正の屈折力を有し、遠点から近点への合焦時、像側から物体側に移動することを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。
- 前記第1光学系と前記第2光学系より物体側に光学素子を備え、
以下の条件式(9)を満足することを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。
-0.1<IH/FLc<0.1 (9)
ここで、
FLcは、前記光学素子の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。 - 以下の条件式(10)を満足することを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。
-3.0<FL1G/IH<-1.0 (10)
ここで、
FL1Gは、前記第1光学系の前記第1レンズ群の焦点距離、および、前記第2光学系の前記第1レンズ群の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。 - 以下の条件式(11)を満足することを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。
1.5<FL2G/IH<7.0 (11)
ここで、
FL2Gは、前記第1光学系の前記第2レンズ群の焦点距離、および、前記第2光学系の前記第2レンズ群の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。 - 以下の条件式(12)を満足することを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。
-10.0<FL3G/IH<20.0 (12)
ここで、
FL3Gは、前記第1光学系の前記第3レンズ群の焦点距離、および、前記第2光学系の前記第3レンズ群の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。 - 以下の条件式(13)を満足することを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。
2.0<FL4G/IH<40.0 (13)
ここで、
FL4Gは、前記第1光学系の前記第4レンズ群の焦点距離、および、前記第2光学系の前記第4レンズ群の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。 - 前記絞りが前記第2レンズ群内に配置されていることを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。
- 前記絞りが前記第3レンズ群と共に移動することを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。
- 前記第1光学系と前記第2光学系は、同一の光学系であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の立体視用光学系。
- 以下の条件式(14)を満足することを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。
0.1<(MG1Gf/MG1Gn)/(MG3Gf/MG3Gn)<0.5 (14)
ここで、
MG1Gnは、近点合焦時の前記第1光学系の前記第1レンズ群の横倍率、および、前記第2光学系の前記第1レンズ群の横倍率、
MG1Gfは、遠点合焦時の前記第1光学系の前記第1レンズ群の横倍率、および、前記第2光学系の前記第1レンズ群の横倍率、
MG3Gnは、近点合焦時の前記第1光学系の前記第3レンズ群の横倍率、および、前記第2光学系の前記第3レンズ群の横倍率、
MG3Gfは、遠点合焦時の前記第1光学系の前記第3レンズ群の横倍率、および、前記第2光学系の前記第3レンズ群の横倍率、
である。 - 以下の条件式(15)を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の立体視用光学系。
2.5<MGn/MGf<11.0 (15)
ここで、
MGnは、近点合焦時の前記第1光学系の横倍率、および、前記第2光学系の横倍率、
MGfは、遠点合焦時の前記第1光学系の横倍率、および、前記第2光学系の横倍率、
である。 - 以下の条件式(16)を満足することを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。
0.004<MG1Gn/MG1Gf<0.2 (16)
ここで、
MG1Gnは、近点合焦時の前記第1光学系の前記第1レンズ群の横倍率、および、前記第2光学系の前記第1レンズ群の横倍率、
MG1Gfは、遠点合焦時の前記第1光学系の前記第1レンズ群の横倍率、および、前記第2光学系の前記第1レンズ群の横倍率、
である。 - 前記第1光学系の前記第1レンズ群と前記第2光学系の前記第1レンズ群とは一体となっていることを特徴とする請求項13に記載の立体視用光学系。
- 以下の条件式(17)を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の立体視用光学系。
0.4<(atan(IH/FLf)/atan(IH/FLn))/(θf/θn)<0.85 (17)
ここで、
θfは、遠点合焦時の半画角、
θnは、近点合焦時の半画角、
FLfは、遠点合焦時の前記第1光学系の焦点距離、および、前記第2光学系の焦点距離、
FLnは、近点合焦時の前記第1光学系の焦点距離、および、前記第2光学系の焦点距離、
IHは、最大像高、
である。 - 光学系と、
撮像面を持ち、且つ前記光学系により前記撮像面上に形成された像を電気信号に変換する撮像素子と、を有し、
前記光学系が、請求項1から34のいずれか一項に記載の立体視用光学系であることを特徴とする撮像装置。
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