JP5118937B2 - 撮影光学系 - Google Patents

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Description

本発明は、観察光学系の接眼部に接続して撮影を行う撮影光学系に関し、特に、内視鏡の接眼部に接続してテレビカメラ撮影を行う撮影光学系に関するものである。
硬性鏡、ファイバースコープ等接眼レンズを有する内視鏡では、接眼レンズの後方に着脱自在な内視鏡テレビカメラを配置し、内視鏡により得られる体腔内等の画像を撮像部へ導き、テレビ観察を行っている。
例えば泌尿器科用のテレビカメラは、例えば図１に示すように、硬性鏡１の接眼レンズ４の後方に撮影レンズ７を備えたカメラヘッド５を装着して、そのカメラヘッド５を介してテレビモニター９で体腔内の画像の観察ができるようにしている。なお、硬性鏡１内には、対物レンズ２、リレーレンズ３等が備えられている。また、カメラヘッド５内には、視野方向を変換するプリズム６、撮影レンズ７、ＣＣＤ等の撮像素子８が備えられている。カメラヘッドのより具体的な構成は、例えば特許文献１に示すものがある。
テレビカメラに用いる撮像素子として、従来のものは軸外の主光線が撮像面に対し垂直入射したときに最もシェーディング特性が良好になるように設計されている。また、一般に、内視鏡、特に外科手術等に用いられる硬性鏡では、眼視観察の利便性を考慮して、接眼レンズ４の射出瞳位置が接眼部より１０ｍｍ程度突出していることが多い。したがって、従来の内視鏡テレビカメラでは、内視鏡接眼光学系の射出瞳と撮影レンズの前側焦点位置を合わせることで像側にテレセントリックとして、軸外の主光線が撮像面に対し垂直入射するように撮影光学系を構成している。
近年、撮像素子は以下の状況にある。
第１に、小型化が進んでいる。
第２に、光線の入射角度に対するシェーディング特性を最適化した仕様のものがある。
上記第２に関して、従来のものとして下記のＡがあり、近年のものとして下記のＢがある。
Ａ：軸外の主光線が撮像面に対し垂直入射したとき（撮影レンズの射出瞳位置が撮像面より無限遠にある場合）に最もシェーディング特性が良好になるように設計されているもの。以降、垂直入射最適化撮像素子と呼ぶ（図１１（ａ））。
Ｂ：軸外の主光線が撮像面に対し発散角で入射したとき（撮影レンズの射出瞳位置が撮像面より物体側にある場合）に最もシェーディング特性が良好になるように設計されているもの。以降、斜入射最適化撮像素子と呼ぶ（図１１（ｂ））。
テレビカメラヘッドは、内視鏡操作の負担にならないよう小型、軽量であることが好ましい。そのためには、機械設計上、小型の撮像素子を用いるのが望ましい。しかしながら、光学設計上は以下の１、２の課題がある。
１：小型の撮像素子を用いたカメラヘッドでは、撮像素子のサイズに応じ、撮影光学系の焦点距離を短くする必要がある。ただし、接眼レンズの射出瞳位置及び接眼レンズと撮影光学系の間隔は変わらないため、撮影レンズの射出瞳位置が撮像面より像側（プラスの値）になる。この場合、軸外の主光線が撮像面に対し収束する角度となる（図１２）。撮影レンズの射出瞳と撮像素子のシェーディング特性とのマッチングが悪くなる結果、シェーディングが発生する。シェーディングは上記Ａ、Ｂ何れの場合でも問題であり、特にＢの斜入射最適化撮像素子の場合、問題が大きい。
なお、上記説明は視野方向変換部材を用いたテレビカメラヘッドに関して述べたが、その場合に限らず、以下のａ、ｂように接眼レンズの射出瞳位置とカメラヘッドの撮影レンズが近接できない場合でも同様の課題がある。
ａ：射出瞳位置が接眼部より１０ｍｍ未満と、突出量が小さい場合。
ｂ：接眼レンズとカメラヘッドの間にフィルターや絞り等の部材を配置する場合。
２：レンズの焦点距離を短くするとレンズのバックフォーカスが短くなり、撮影レンズと撮像素子の間隔を変化させてフォーカス調節（以下、焦点調節と呼ぶ。）する際、干渉が起こりやすくなる。あるいは、充分なフォーカス範囲を確保することが困難となる。
上記従来のテレビカメラヘッドとは別の例として、例えば以下の特許文献２〜４に示すものがある。
実公平６−１８３２８号公報 特開２００５−９９０８０号公報 特開２００６−５３２１８号公報 米国特許第４，８９８，４５７号明細書
特許文献２に記載のものは、小型の撮像素子を用いた場合の諸収差の補正とバックフォーカスの確保を狙ったものである。ただし、接眼レンズと撮影光学系の光軸が一直線に並んだタイプのカメラヘッドであり、視野方向を変換するプリズムを配置することができない。また、撮影レンズの射出瞳や撮像素子のシェーディング特性に着目した記述はない。
特許文献３に記載のものは、撮影レンズの射出瞳に着目し、シェーディング特性を改善したものである。ただし、上記Ａの従来のタイプの撮像素子を用いる場合に最適化したものである。また、接眼レンズと撮影光学系の光軸が一直線に並んだタイプのカメラヘッドであり、視野方向を変換するプリズムを配置することができない。
特許文献４に記載のものは、撮像管（a television tube ）用のテレビカメラレンズであり、撮影レンズの構成毎に適したフィールドレンズを撮像管の直前に配置したものである。ただし、一般撮影用のテレビカメラに関するものであり、接眼レンズに接続して使用するカメラヘッドに関するものではない。
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型の撮像素子を用いたテレビカメラヘッドに好適な接眼部接続撮影光学系を提供することである。
上記課題を解決するため、本発明の撮影光学系は、物体側から順に、正の第１群、負の第２群からなり、第１群と第２群の群間隔を変化させ焦点調節を行うと共に以下の条件式（１）を満足することを特徴とするものである。
１．４＜Ｌ／ｆ＜２ ・・・（１）
ただし、Ｌ：第１群の最も物体側のレンズ面から前側焦点までの距離であり、絶対値、
ｆ：撮影光学系全系の焦点距離、
である。
撮影レンズの射出瞳を撮像面より物体側（符号マイナス側）にするためには、撮影レンズの前側主点位置をできるだけ物体側に配置する必要がある。そのためには、物体側に正の屈折力を持つレンズ群を配置し、像側に負の屈折力を持つレンズ群を配置する、いわゆる望遠タイプ（テレフォトタイプ）の構成とするのが好ましい。その上で条件式（１）を満足することで、撮影レンズの射出瞳位置を撮像面より物体側に設定することができる。ただし、望遠タイプはバックフォーカスの確保には向いていない。撮影レンズ全体を光軸方向に移動して焦点調節を行うと、撮像素子と干渉してしまう。そこで、本発明の撮影レンズでは第１群と第２群の群間隔を利用し、その群間隔を変化させ焦点調節を行う。
本発明のような構成にすることで、射出瞳位置を撮像面より物体側に設定し、かつ、焦点調節も両立させることができる。
条件式（１）は撮影レンズに対して前側焦点の位置を規定したものである。条件式（１）の下限１．４を越えると、射出瞳を撮像面より物体側に配置することができなくなる。一方、条件式（１）の上限２を越えると、射出瞳位置の設定には有利であるが、各レンズ群の屈折力が強くなり収差補正が困難となる。
なお、焦点調節は第１群を光軸方向に移動して行う。あるいは、第２群と撮像素子を一体で移動してもよい。
さらに、この場合、以下の条件式（２）乃至（４）を満足することが好ましい。
−１．３＜ｆ1 ／ｆ2 ＜−０．７ ・・・（２）
１．０５＜β2 ＜１．４ ・・・（３）
０．２＜ｆ1F／ｆ1R＜１．６ ・・・（４）
ただし、ｆ1 ：第１群の焦点距離、
ｆ2 ：第２群の焦点距離、
β2 ：第２群の結像倍率、
ｆ1F：第１群内の最も物体側のレンズの焦点距離、
ｆ1R：第１群内の最も像側のレンズの焦点距離、
である。
条件式（１）に加え、さらに好ましくは条件式（２）乃至（４）を満足するとよい。
条件式（２）は、各レンズ群の屈折力を規定したものである。条件式（２）の上限−０．７を越えると、射出瞳を撮像面より物体側に配置することに不利となる。一方、条件式（２）の下限−１．３を越えると、射出瞳位置の設定には有利であるが、収差補正に不利となる。
条件式（３）は、第２群の結像倍率を規定したものである。条件式（３）の下限１．０５を越えると、射出瞳を撮像面より物体側に配置することに不利となる。また、第２群が撮像素子と干渉しやすくなる。一方、条件式（３）の上限１．４を越えると、射出瞳位置の設定には有利であるが、収差補正に不利となる。
条件式（４）は、第１群内の屈折力配置を規定したものである。第１群内において正の屈折力を分散させることは収差補正上好ましい。条件式（４）の下限０．２を越えると、射出瞳位置の設定には有利であるが、収差補正に不利となる。一方、条件式（４）の上限１．６を越えても収差補正には問題ないが、射出瞳を撮像面より物体側に配置することに不利となる。
本発明の別の撮影光学系は、物体側から順に、視野方向変換部材、正の第１群、負の第２群からなり、前記第１群は、物体側に凸面を向けた正の接合レンズ、物体側に凸面を向けた正の単レンズ、物体側に凸面を向けた正の接合レンズからなり、前記第２群は、負の単レンズからなり、前記第１群と前記第２群の群間隔を変化させ焦点調節を行うと共に、以下の条件式（１）乃至（４）を満足することを特徴とするものである。
１．４＜Ｌ／ｆ＜２ ・・・（１）
−１．３＜ｆ1 ／ｆ2 ＜−０．７ ・・・（２）
１．０５＜β2 ＜１．４ ・・・（３）
０．２＜ｆ1F／ｆ1R＜１．６ ・・・（４）
ただし、Ｌ：第１群の最も物体側のレンズ面から前側焦点までの距離であり、絶対値、
ｆ：撮影光学系全系の焦点距離、
ｆ1 ：第１群の焦点距離、
ｆ2 ：第２群の焦点距離、
β2 ：第２群の結像倍率、
ｆ1F：第１群内の最も物体側のレンズの焦点距離、
ｆ1R：第１群内の最も像側のレンズの焦点距離、
である。
射出瞳の条件及び収差補正を満足しながら簡易な構成にするためには、適切なレンズ構成にすることが必要である。
第１群は、
Ａ：正の屈折力を３つの各レンズ要素（接合レンズは１つと数える）に分散させ、全てのレンズを正の屈折力とした。正の屈折力を分散させることで、各レンズ要素で発生する収差が少なくなる。
Ｂ：３つの各レンズ要素は物体側面を凸面とした。前側主点位置を物体側に配置するのに有利な構成である。
Ｃ：最も物体側の接合レンズで主に軸上色収差を補正し、最も像側の接合レンズで倍率の色収差を補正している。
以上で、第１群は正の３つのレンズ要素で構成することができる。
第２群の役割は主に射出瞳の設定であり、負の単レンズのみで構成することができる。
そして、条件式（１）乃至（４）を満足するとよい。その意味は上記の通りである。
本発明のさらに別の撮影光学系は、物体側から順に、視野方向変換部材、正の第１群、負の第２群からなり、前記第１群は、物体側に凸面を向けた第１の正の接合レンズと、物体側に凸面を向けた第２の正の接合レンズからなり、前記第２群は、負の単レンズからなり、前記第１群と前記第２群の群間隔を変化させ焦点調節を行うと共に、以下の条件式（１）乃至（４）を満足することを特徴とするものである。
１．４＜Ｌ／ｆ＜２ ・・・（１）
−１．３＜ｆ1 ／ｆ2 ＜−０．７ ・・・（２）
１．０５＜β2 ＜１．４ ・・・（３）
０．２＜ｆ1F／ｆ1R＜１．６ ・・・（４）
ただし、Ｌ：第１群の最も物体側のレンズ面から前側焦点までの距離であり、絶対値、
ｆ：撮影光学系全系の焦点距離、
ｆ1 ：第１群の焦点距離、
ｆ2 ：第２群の焦点距離、
β2 ：第２群の結像倍率、
ｆ1F：第１群内の最も物体側のレンズの焦点距離、
ｆ1R：第１群内の最も像側のレンズの焦点距離、
である。
さらなる構成の簡素化に関しては、このように構成にするとよい。
簡素化を優先する場合、第１群は２つの接合レンズで構成するのがよい。
Ａ’：正の屈折力の分担を２つの各レンズ要素（接合レンズは１つと数える）で行うこともできる。
Ｂ’：２つの各レンズ要素は物体側面を凸面とした。前側主点位置を物体側に配置するのに有利な構成である。
Ｃ’：最も物体側の接合レンズで主に軸上色収差を補正し、最も像側の接合レンズで倍率の色収差を補正している。
以上で、第１群は正の２つのレンズ要素で構成することもできる。
第２群の役割は主に射出瞳の設定であり、負の単レンズのみで構成することができる。
そして、条件式（１）乃至（４）を満足するとよい。その意味は上記の通りである。
以上において、前記第２群の負の単レンズは撮像素子と接合されており、組み立て時、前記第１群と前記第２群の偏心調整を行うことが好ましい。
第１群と第２群の群間隔を変化させ焦点調節を行い、第２群と撮像素子の間隔は焦点調節には使用しない場合、撮影レンズの射出瞳設定上、第２群の位置はできるだけ撮像素子側に配置することが好ましい。また、撮像面近辺はゴミが像として画面に写り込みやすいため、第２群と撮像素子の間は空気間隔を設けないのがよい。第２群と撮像素子を接合することで、第２群と撮像素子の近接配置ができる。また、ゴミの侵入の恐れがある空気間隔がなくなり、ゴミが写り込み難くなる。
組み立ては、撮像素子と接合された第２群と、第１群を偏心調整することで、製造誤差による収差の劣化を小さくすることができる。なお、偏心調整とは、第１群の光軸と第２群の光軸を一致するように光軸に垂直方向にレンズ群を移動することである。
なお、視野方向変換部材は、以下の実施例記載以外のものでもよく（例えば、図６）、また、ミラー構成としてもよい。また、反射回数は偶数回反射以外に、奇数回反射でもよい。奇数反射の場合は、撮像素子の信号読み出しを鏡像読み出しにすればよい。
また、本発明は、視野方向変換部材を用いたテレビカメラヘッドに限らず、接眼レンズの射出瞳位置とカメラヘッドの撮影レンズが近接できないその他の接眼部接続カメラに適用することができる。
本発明によれば、小型の撮像素子を用いたテレビカメラヘッドに好適な接眼部接続撮影光学系を提供することができる。
以下に、本発明の接眼部接続撮影光学系の数値実施例１〜４を説明する。各数値実施例のレンズデータは後記する。
実施例１の撮影光学系の光軸を含むレンズ断面図を図２に示す。物体側から数えた面番号をＳ１〜Ｓ２４で示す（Ｓ２４は撮像面）。図中、符号１Ｆはカメラヘッドカバーガラス、１Ｐは視野方向変換プリズムの第１プリズム、２Ｐは視野方向変換プリズムの第２プリズム、Ｆは赤外カットフィルター、ＧはＣＣＤチップ封止ガラス、ＦＳはフレアー絞り、ｔ１、ｔ２は焦点（ピント）調整間隔、ＥＸＰＯＣは接眼レンズの射出瞳位置、ＥＸＰＴＬは撮影レンズの射出瞳位置をそれぞれ示す。他の実施例においても同じ。
この撮影光学系（カメラヘッド）は、撮影光学系が装着される例えば図１に示す硬性鏡１の接眼レンズ側から順に、面番号Ｓ１〜Ｓ２で示されるカメラヘッドカバーガラス１Ｆ、面番号Ｓ３〜Ｓ５で示される視野方向変換プリズムの第１プリズム１Ｐ、面番号Ｓ６〜Ｓ８で示される第２プリズム２Ｐ、面番号Ｓ９〜Ｓ１９で示される撮影レンズの第１群、面番号Ｓ２０〜Ｓ２１で示される第２群、面番号Ｓ２２〜Ｓ２３で示されるＣＣＤチップ封止ガラスＧ、面番号Ｓ２４で示される撮像面からなる。第１プリズム１Ｐは入射面Ｓ３に対して４５°の反射面Ｓ４からなる直角プリズムからなり、第２プリズム２Ｐも入射面Ｓ６に対して４５°の反射面Ｓ７からなる直角プリズムからなる。撮影レンズの第１群は、面番号Ｓ９〜Ｓ１０で示される両凸正レンズと面番号Ｓ１０〜Ｓ１１で示される凹平負レンズの正の接合レンズと、面番号Ｓ１２〜Ｓ１３で示される物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、面番号Ｓ１４で示されるフレアー絞りＦＳと、面番号Ｓ１５〜Ｓ１６で示される赤外カットフィルターＦと、面番号Ｓ１７〜Ｓ１８で示される両凸正レンズと面番号Ｓ１８〜Ｓ１９で示される凹平負レンズの正の接合レンズとからなり、撮影レンズの第２群は、面番号Ｓ２０〜Ｓ２１で示される凹平負レンズからなる。撮影レンズの第２群とＣＣＤチップ封止ガラスＧと撮像面は一体に接着されている（後記のレンズデータにおいて、第２群とＣＣＤチップ封止ガラスＧの間の硝材、ＣＣＤチップ封止ガラスＧと撮像面の間の硝材は接着剤である。）。なお、カメラヘッドカバーガラス１Ｆの第２面（Ｓ２）、第２群の凹平負レンズの第２面（Ｓ２１）はフレアー絞りＦＳを兼ねている。
この撮影光学系に接眼レンズ側から入射する光軸と撮像面に入射する光軸とが相互に９０°をなすように視野方向を変換するには、第１プリズム１Ｐの反射面Ｓ４から第２プリズム２Ｐの反射面Ｓ７に至る光軸上に存在する図示のＡ−Ａ’の軸を中心に、図示の位置から第２プリズム２Ｐ以降の光学系を一体に９０°回転させて配置する。
また、焦点調節のために可変の間隔は、第２プリズム２Ｐと第１群の間の空気間隔ｔ１と第１群と第２群の間の空気間隔ｔ２であり、物体距離が縮小するにつれて第１群を物体側に繰り出し、物体距離が負になると逆に像側に繰り出す。
この実施例において、ＥＸＰＯＣで示される接眼レンズの射出瞳位置は、撮影光学系の第１面Ｓ１を基準とし、像側を正として、８ｍｍであり、ＥＸＰＴＬで示される撮影レンズの射出瞳位置は、撮像面Ｓ２４を基準とし、像側を正、物体側を負として、−１１．３０９ｍｍであり、図１１（ｂ）の斜入射最適化撮像素子に適した構成となっている。なお、接眼レンズの射出瞳径は２．４ｍｍを想定している。
この実施例の物体距離１０００ｍｍに合焦時の収差図を図７に示す。この収差図において、“ＳＡ”は球面収差、“ＡＳ”は非点収差、“ＣＣ”は倍率色収差、“ＤＴ”歪曲収差を示す。図中の“ＦＩＹ”は像高（ｍｍ）を示す。以下の実施例においても同じ。
実施例２の撮影光学系の光軸を含むレンズ断面図を図３に示す。この撮影光学系（カメラヘッド）の構成、面番号、視野方向変換、焦点調節等は実施例１と同様であるので説明は省く。
この実施例において、ＥＸＰＯＣで示される接眼レンズの射出瞳位置は、撮影光学系の第１面Ｓ１を基準とし、像側を正として、８ｍｍであり、ＥＸＰＴＬで示される撮影レンズの射出瞳位置は、撮像面Ｓ２４を基準とし、像側を正、物体側を負として、−１１．２５２ｍｍであり、図１１（ｂ）の斜入射最適化撮像素子に適した構成となっている。なお、接眼レンズの射出瞳径は３．８ｍｍを想定している。
この実施例の図７と同様の収差図を図８に示す。
実施例３の撮影光学系の光軸を含むレンズ断面図を図４に示す。この撮影光学系（カメラヘッド）は、撮影光学系が装着される例えば図１に示す硬性鏡１の接眼レンズ側から順に、面番号Ｓ１〜Ｓ２で示されるカメラヘッドカバーガラス１Ｆ、面番号Ｓ３〜Ｓ５で示される視野方向変換プリズムの第１プリズム１Ｐ、面番号Ｓ６〜Ｓ８で示される第２プリズム２Ｐ、面番号Ｓ９〜Ｓ１７で示される撮影レンズの第１群、面番号Ｓ１８〜Ｓ１９で示される第２群、面番号Ｓ２０〜Ｓ２１で示されるＣＣＤチップ封止ガラスＧ、面番号Ｓ２４で示される撮像面からなる。第１プリズム１Ｐは入射面Ｓ３に対して４５°の反射面Ｓ４からなる直角プリズムからなり、第２プリズム２Ｐも入射面Ｓ６に対して４５°の反射面Ｓ７からなる直角プリズムからなる。撮影レンズの第１群は、面番号Ｓ９〜Ｓ１０で示される両凸正レンズと面番号Ｓ１０〜Ｓ１１で示される両凹負レンズの正の接合レンズと、面番号Ｓ１２で示されるフレアー絞りＦＳと、面番号Ｓ１３〜Ｓ１４で示される赤外カットフィルターＦと、面番号Ｓ１５〜Ｓ１６で示される両凸正レンズと面番号Ｓ１６〜Ｓ１７で示される両凹負レンズの正の接合レンズとからなり、撮影レンズの第２群は、面番号Ｓ１８〜Ｓ１９で示される凹平負レンズからなる。撮影レンズの第２群とＣＣＤチップ封止ガラスＧと撮像面は一体に接着されている（後記のレンズデータにおいて、第２群とＣＣＤチップ封止ガラスＧの間の硝材、ＣＣＤチップ封止ガラスＧと撮像面の間の硝材は接着剤である。）。なお、カメラヘッドカバーガラス１Ｆの第２面（Ｓ２）、第２群の凹平負レンズの第２面（Ｓ１９）はフレアー絞りＦＳを兼ねている。
この撮影光学系に接眼レンズ側から入射する光軸と撮像面に入射する光軸とが相互に９０°をなすように視野方向を変換するには、第１プリズム１Ｐの反射面Ｓ４から第２プリズム２Ｐの反射面Ｓ７に至る光軸上に存在する図示のＡ−Ａ’の軸を中心に、図示の位置から第２プリズム２Ｐ以降の光学系を一体に９０°回転させて配置する。
また、焦点調節のために可変の間隔は、第２プリズム２Ｐと第１群の間の空気間隔ｔ１と第１群と第２群の間の空気間隔ｔ２であり、物体距離が縮小するにつれて第１群を物体側に繰り出し、物体距離が負になると逆に像側に繰り出す。
この実施例において、ＥＸＰＯＣで示される接眼レンズの射出瞳位置は、撮影光学系の第１面Ｓ１を基準とし、像側を正として、８ｍｍであり、ＥＸＰＴＬで示される撮影レンズの射出瞳位置は、撮像面Ｓ２２を基準とし、像側を正、物体側を負として、−１１．２３７ｍｍであり、図１１（ｂ）の斜入射最適化撮像素子に適した構成となっている。なお、接眼レンズの射出瞳径は３．８ｍｍを想定している。
この実施例の図７と同様の収差図を図９に示す。
実施例４の撮影光学系の光軸を含むレンズ断面図を図５に示す。この撮影光学系（カメラヘッド）は、撮影光学系が装着される例えば図１に示す硬性鏡１の接眼レンズ側から順に、面番号Ｓ１〜Ｓ２で示されるカメラヘッドカバーガラス１Ｆ、面番号Ｓ３〜Ｓ６で示される視野方向変換プリズムＰ、面番号Ｓ７〜Ｓ１７で示される撮影レンズの第１群、面番号Ｓ１８〜Ｓ１９で示される第２群、面番号Ｓ２０〜Ｓ２１で示されるＣＣＤチップ封止ガラスＧ、面番号Ｓ２２で示される撮像面からなる。視野方向変換プリズムＰは入射面Ｓ３、入射面Ｓ３に対して２２．５°の角度をなす反射面Ｓ４、入射面Ｓ３が兼ねる全反射面Ｓ５、入射面Ｓ３に対して４５°の角度をなす射出面Ｓ５からなる三直プリズムであり、カメラヘッドカバーガラス１Ｆから入射面Ｓ３に入射した光軸は反射面Ｓ４でその光軸に対して１３５°の角度をなす方向に反射され、全反射面Ｓ５で今度は入射面Ｓ３に入射した光軸に対して４５°の角度をなす方向に反射され、射出面Ｓ６で屈折されずに第１群へ入射するものである。撮影レンズの第１群は、面番号Ｓ７〜Ｓ８で示される両凸正レンズと面番号Ｓ８〜Ｓ９で示される像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの正の接合レンズと、面番号Ｓ１０〜Ｓ１１で示される物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、面番号Ｓ１２で示されるフレアー絞りＦＳと、面番号Ｓ１３〜Ｓ１４で示される赤外カットフィルターＦと、面番号Ｓ１５〜Ｓ１６で示される物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと面番号Ｓ１６〜Ｓ１７で示される両凸正レンズの正の接合レンズとからなり、撮影レンズの第２群は、面番号Ｓ１８〜Ｓ１９で示される凹平負レンズからなる。撮影レンズの第２群とＣＣＤチップ封止ガラスＧと撮像面は一体に接着されている（後記のレンズデータにおいて、第２群とＣＣＤチップ封止ガラスＧの間の硝材、ＣＣＤチップ封止ガラスＧと撮像面の間の硝材は接着剤である。）。なお、カメラヘッドカバーガラス１Ｆの第２面（Ｓ２）、第２群の凹平負レンズの第２面（Ｓ１９）はフレアー絞りＦＳを兼ねている。
焦点調節のために可変の間隔は、視野方向変換プリズムＰと第１群の間の空気間隔ｔ１と第１群と第２群の間の空気間隔ｔ２であり、物体距離が縮小するにつれて第１群を物体側に繰り出し、物体距離が負になると逆に像側に繰り出す。
この実施例において、ＥＸＰＯＣで示される接眼レンズの射出瞳位置は、撮影光学系の第１面Ｓ１を基準とし、像側を正として、８ｍｍであり、ＥＸＰＴＬで示される撮影レンズの射出瞳位置は、撮像面Ｓ２２を基準とし、像側を正、物体側を負として、−９．１９５ｍｍであり、図１１（ｂ）の斜入射最適化撮像素子に適した構成となっている。なお、接眼レンズの射出瞳径は３．８ｍｍを想定している。
この実施例の図７と同様の収差図を図１０に示す。
なお、この実施例において、図６に示すように、視野方向変換プリズムＰの配置を逆にしても、同様に、カメラヘッドカバーガラス１Ｆから入射面Ｓ３に入射する光軸に対して撮像面Ｓ２２に入射する光軸を４５°に変換することができる。すなわち、視野方向変換プリズムＰは面番号Ｓ３〜Ｓ６で示され、入射面Ｓ３、入射面Ｓ３に対して４５°の角度をなす射出面Ｓ６を兼ねる全反射面Ｓ４、全反射面Ｓ４に対して２２．５°の角度をなす反射面Ｓ５からなる三直プリズムであり、カメラヘッドカバーガラス１Ｆから入射面Ｓ３に入射した光軸は全反射面Ｓ４でその光軸に対して９０°の角度をなす方向に反射され、反射面Ｓ５で今度は入射面Ｓ３に入射した光軸に対して４５°の角度をなす方向に反射され、射出面Ｓ６で屈折されずに第１群へ入射するものである。
なお、その他の構成は実施例４と同様であり、レンズデータも同様であるので、掲載を省く。
以下に、上記各実施例のレンズデータを示すが、その中、ｒは面の曲率半径、ｄは面間隔、ｎｄはｄ線の屈折率、ｖｄはアッベ数、ＢＦはバックフォーカスを表す。

数値実施例１
単位ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ ｖｄ
物体面 ∞ （可変） 1 ∞ 8.8000 1.88300 40.76
2 ∞ 1.2000
3 ∞ 3.0000 1.80610 40.92
4 ∞ 3.0000 1.80610 40.92
5 ∞ 0.6000
6 ∞ 3.2000 1.80610 40.92
7 ∞ 5.0000 1.80610 40.92
8 ∞ （可変）
9 9.5350 2.3000 1.72916 54.68
10 -16.8690 1.0000 1.84666 23.78
11 ∞ 0.1500
12 10.5460 1.6000 1.88300 40.76
13 18.4600 0.2000
14 ∞ 0.0300
15 ∞ 1.0000 1.49400 75.00
16 ∞ 0.1500
17 24.2420 2.5000 1.77250 49.60
18 -8.7540 1.0000 1.84666 23.78
19 ∞ （可変）
20 -4.5540 1.4000 1.51633 64.14
21 ∞ 0.0300 1.51000 64.10
22 ∞ 1.0000 1.61062 50.50
23 ∞ 0.0100 1.52000 64.10
像面 ∞

各種データ
焦点距離 9.545
Ｆナンバー 4
半画角（°）9.7
像高 1.63
レンズ全長 40.63 （注）
ＢＦ 0.65
焦点調節間隔
面番号 物体面 1000.00000 166.00000 -500.00000
8 1.68000 1.36358 1.88201
19 1.78000 2.09642 1.57799 。

数値実施例２
単位ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ ｖｄ
物体面 ∞ （可変）
1 ∞ 8.8000 1.88300 40.76
2 ∞ 1.2000
3 ∞ 3.0000 1.80610 40.92
4 ∞ 3.0000 1.80610 40.92
5 ∞ 0.6000
6 ∞ 3.2000 1.80610 40.92
7 ∞ 5.0000 1.80610 40.92
8 ∞ （可変）
9 10.2370 2.2000 1.72916 54.68
10 -22.2370 1.0000 1.84666 23.78
11 ∞ 0.1500
12 11.2800 2.0000 1.88300 40.76
13 15.1360 0.2400
14 ∞ 0.0300
15 ∞ 1.0000 1.49400 75.00
16 ∞ 0.1500
17 12.3610 2.7000 1.77250 49.60
18 -7.3590 1.0000 1.84666 23.78
19 ∞ （可変）
20 -6.9630 2.0000 1.88300 40.76
21 ∞ 0.0300 1.51000 64.10
22 ∞ 1.0000 1.61062 50.50
23 ∞ 0.0100 1.52000 64.10
像面 ∞

各種データ
焦点距離 9.527
Ｆナンバー 2.5
半画角（°）9.8
像高 1.63
レンズ全長 41.35 （注）
ＢＦ 0.65
焦点調節間隔
面番号 物体面 1000.00000 166.00000 -500.00000
8 1.59000 1.29507 1.77934
19 1.45000 1.74493 1.26066 。

数値実施例３
単位ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ ｖｄ
物体面 ∞ （可変） 1 ∞ 8.8000 1.88300 40.76
2 ∞ 1.2000
3 ∞ 3.0000 1.80610 40.92
4 ∞ 3.0000 1.80610 40.92
5 ∞ 0.6000
6 ∞ 3.2000 1.80610 40.92
7 ∞ 5.0000 1.80610 40.92
8 ∞ （可変）
9 9.0559 1.9552 1.72916 54.68
10 -65.9647 1.0000 1.84666 23.78
11 67.8415 1.5390
12 ∞ 0.0300
13 ∞ 1.0000 1.49400 75.00
14 ∞ 0.1500
15 7.8606 3.4204 1.77250 49.60
16 -6.6418 1.0000 1.84666 23.78
17 89.4707 （可変）
18 -6.2884 2.0000 1.88300 40.76
19 ∞ 0.0300 1.51000 64.10
20 ∞ 1.0000 1.61062 50.50
21 ∞ 0.0100 1.52000 64.10
像面 ∞

各種データ
焦点距離 9.54
Ｆナンバー 2.5
半画角（°）9.8
像高 1.63
レンズ全長 41.04 （注）
ＢＦ 0.65
焦点調節間隔
面番号 物体面 1000.00000 166.00000 -500.00000
8 1.58058 1.29794 1.76319
17 1.52028 1.80292 1.33767 。

数値実施例４
単位ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ ｖｄ
物体面 ∞ （可変）
1 ∞ 8.8000 1.88300 40.76
2 ∞ 0.6000
3 ∞ 4.1182 1.80610 40.92
4 ∞ 5.8240 1.80610 40.92
5 ∞ 4.2000 1.80610 40.92
6 ∞ （可変）
7 12.4380 2.3374 1.48749 70.23
8 -9.3097 1.0000 1.84666 23.78
9 -26.4386 0.1500
10 8.8271 1.7608 1.88300 40.76
11 61.0949 0.0800
12 ∞ 0.0300
13 ∞ 1.6000 1.51400 74.00
14 ∞ 0.1500
15 7.6343 1.0197 1.88300 40.76
16 3.4606 2.3058 1.48749 70.23
17 -448.4619 （可変）
18 -6.6428 2.0000 1.88300 40.76
19 ∞ 0.0300 1.51000 64.10
20 ∞ 1.0000 1.61062 50.50
21 ∞ 0.0100 1.52000 64.10
像面 ∞

各種データ
焦点距離 9.526
Ｆナンバー 2.5
半画角（°）9.7
像高 1.63
レンズ全長 39.77 （注）
ＢＦ 0.65
焦点調節間隔
面番号 物体面 1000.00000 166.00000 -500.00000
6 1.24452 0.93968 1.42927
17 1.50841 1.81326 1.32366
（注）第１面から結像面までの長さ。
上記各実施例における条件式（１）〜（４）の値及びそれら条件式の要素の値は次の通りである。
条件式 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４
（１） Ｌ／ｆ 1.69 1.69 1.68 1.71
（２） ｆ1 ／ｆ2 -0.93 -1.00 -1.09 -1.04
（３） β2 1.18 1.22 1.24 1.23
（４） ｆ1F／ｆ1R 0.34 0.80 1.20 0.29
Ｌ 16.133 16.058 16.071 16.314
ｆ 9.545 9.527 9.54 9.526
ｆ1 8.168 7.905 7.76 7.839
ｆ2 -8.82 -7.886 -7.122 -7.523
ｆ1F 14.242 15.055 14.687 30.313
ｆ1R 42.061 18.735 12.193 104.877 。
本発明の撮影光学系は次のように構成してもよい。
〔付記項１〕 物体側から順に、視野方向変換部材、正の第１群、負の第２群からなり、前記第１群は、物体側に凸面を向けた正の接合レンズ、物体側に凸面を向けた正の単レンズ、物体側に凸面を向けた正の接合レンズからなり、前記第２群は負の単レンズからなり撮像素子と接合されており、前記第１群と前記第２群の群間隔を変化させ焦点調節を行うと共に、以下の条件式（１）乃至（４）を満足することを特徴とする接眼部接続撮影光学系。
１．４＜Ｌ／ｆ＜２ ・・・（１）
−１．３＜ｆ1 ／ｆ2 ＜−０．７ ・・・（２）
１．０５＜β2 ＜１．４ ・・・（３）
０．２＜ｆ1F／ｆ1R＜１．６ ・・・（４）
ただし、Ｌ：第１群の最も物体側のレンズ面から前側焦点までの距離であり、絶対値、
ｆ：撮影光学系全系の焦点距離、
ｆ1 ：第１群の焦点距離、
ｆ2 ：第２群の焦点距離、
β2 ：第２群の結像倍率、
ｆ1F：第１群内の最も物体側のレンズの焦点距離、
ｆ1R：第１群内の最も像側のレンズの焦点距離、
である。
〔付記項２〕 物体側から順に、視野方向変換部材、正の第１群、負の第２群からなり、前記第１群は、物体側に凸面を向けた第１の正の接合レンズと、物体側に凸面を向けた第２の正の接合レンズからなり、前記第２群は負の単レンズからなり撮像素子と接合されており、前記第１群と前記第２群の群間隔を変化させ焦点調節を行うと共に、以下の条件式（１）乃至（４）を満足することを特徴とする接眼部接続撮影光学系。
１．４＜Ｌ／ｆ＜２ ・・・（１）
−１．３＜ｆ1 ／ｆ2 ＜−０．７ ・・・（２）
１．０５＜β2 ＜１．４ ・・・（３）
０．２＜ｆ1F／ｆ1R＜１．６ ・・・（４）
ただし、Ｌ：第１群の最も物体側のレンズ面から前側焦点までの距離であり、絶対値、
ｆ：撮影光学系全系の焦点距離、
ｆ1 ：第１群の焦点距離、
ｆ2 ：第２群の焦点距離、
β2 ：第２群の結像倍率、
ｆ1F：第１群内の最も物体側のレンズの焦点距離、
ｆ1R：第１群内の最も像側のレンズの焦点距離、
である。
本発明の撮影光学系が適用可能な硬性鏡システムの構成例を示す図である。 本発明の実施例１の撮影光学系のレンズ断面図である。 本発明の実施例２の撮影光学系のレンズ断面図である。 本発明の実施例３の撮影光学系のレンズ断面図である。 本発明の実施例４の撮影光学系のレンズ断面図である。 実施例４の撮影光学系の変形例を示すレンズ断面図である。 実施例１の収差図である。 実施例２の収差図である。 実施例３の収差図である。 実施例４の収差図である。 垂直入射最適化撮像素子（ａ）と斜入射最適化撮像素子（ｂ）を説明するための図である。 軸外の主光線が撮像面に対し収束する角度となる例を示す図である。
符号の説明
１…硬性鏡
２…対物レンズ
３…リレーレンズ
４…接眼レンズ
５…カメラヘッド
６…視野方向を変換するプリズム
７…撮影レンズ
８…撮像素子
９…テレビモニター
１Ｆ…カメラヘッドカバーガラス
１Ｐ…視野方向変換プリズムの第１プリズム
２Ｐ…視野方向変換プリズムの第２プリズム
Ｆ…赤外カットフィルター
Ｇ…ＣＣＤチップ封止ガラス
ＦＳ…フレアー絞り
ＥＸＰＯＣ…接眼レンズの射出瞳位置
ＥＸＰＴＬ…撮影レンズの射出瞳位置
Ｐ…視野方向変換プリズム
Ｓ１〜Ｓ２４…面番号
ｔ１、ｔ２…焦点（ピント）調整間隔

Claims (3)

  1. 物体側から順に、視野方向変換部材、正の第１群、負の第２群からなり、前記第１群は、物体側に凸面を向けた正の接合レンズ、物体側に凸面を向けた正の単レンズ、物体側に凸面を向けた正の接合レンズからなり、前記第２群は、負の単レンズからなり、前記第１群と前記第２群の群間隔を変化させ焦点調節を行うと共に、以下の条件式（１）乃至（４）を満足することを特徴とする撮影光学系。
    １．４＜Ｌ／ｆ＜２ ・・・（１）
    −１．３＜ｆ1 ／ｆ2 ＜−０．７ ・・・（２）
    １．０５＜β2 ＜１．４ ・・・（３）
    ０．２＜ｆ1F／ｆ1R＜１．６ ・・・（４）
    ただし、Ｌ：第１群の最も物体側のレンズ面から前側焦点までの距離であり、絶対値、
    ｆ：撮影光学系全系の焦点距離、
    ｆ1 ：第１群の焦点距離、
    ｆ2 ：第２群の焦点距離、
    β2 ：第２群の結像倍率、
    ｆ1F：第１群内の最も物体側のレンズの焦点距離、
    ｆ1R：第１群内の最も像側のレンズの焦点距離、
    である。
  2. 物体側から順に、視野方向変換部材、正の第１群、負の第２群からなり、前記第１群は、物体側に凸面を向けた第１の正の接合レンズと、物体側に凸面を向けた第２の正の接合レンズからなり、前記第２群は、負の単レンズからなり、前記第１群と前記第２群の群間隔を変化させ焦点調節を行うと共に、以下の条件式（１）乃至（４）を満足することを特徴とする撮影光学系。
    １．４＜Ｌ／ｆ＜２ ・・・（１）
    −１．３＜ｆ1 ／ｆ2 ＜−０．７ ・・・（２）
    １．０５＜β2 ＜１．４ ・・・（３）
    ０．２＜ｆ1F／ｆ1R＜１．６ ・・・（４）
    ただし、Ｌ：第１群の最も物体側のレンズ面から前側焦点までの距離であり、絶対値、
    ｆ：撮影光学系全系の焦点距離、
    ｆ1 ：第１群の焦点距離、
    ｆ2 ：第２群の焦点距離、
    β2 ：第２群の結像倍率、
    ｆ1F：第１群内の最も物体側のレンズの焦点距離、
    ｆ1R：第１群内の最も像側のレンズの焦点距離、
    である。
  3. 前記第２群の負の単レンズは撮像素子と接合されており、組み立て時、前記第１群と前記第２群の偏心調整を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の撮影光学系。
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