JPH0289017A - 撮像系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、焦点距離の可変な視野レンズを備えたＩ最像
系であって、特にカラーＴＶカメラやファイバースコー
プに好適な１最像系に関する。

〔従来の技術〕

カラーＴＶカメラの１最像系では次のような現象が起こ
る。

＋１１　　第１５図に示した如く、結像レンズｌから固
体撮像素子２への光の入射角が光軸から離れるにつれて
大きくなり、それにつれて撮像素子２の表面での反射が
大きくなるので、外界の明るさが一様でも中心から周辺
に行くにつれて１最像素子２から得られる画像信号が小
さくなってしまう。

（２）　　第１６図に示した如く、固体撮像素子２の前
に設けた色フイルタアレイ３と湯像素子２の受光面とが
離れていると、像高の大きい周辺部ではある絵素２ａに
対して隣りの絵素２ａに対応するフィルタ３ａを透過し
た光の一部が混入するため色のクロストークが生じ、き
れいなカラー像が逼れない。

（３）　　色フイルタアレイ３が干渉フィルタである場
合には、光の入射角によって分光透過率が異なるため、
画面の中心と周辺とで色調が変わってしまう。

そこで、これらの問題を解決するため、逼像面の近傍に
視野レンズを設け、画面の中心でも周辺でも壜像面に対
し光が垂直に入射するように（つまり、主光線が全て光
軸に平行になるように）した撮像系が知られている（特
開昭５８−２２３９６９号公報）、又、ファイバースコ
ープでは、イメージガイドファイバ束がその軸に平行な
光を最も…失少なく伝達するので、光をその端面に垂直
に入射するようにすることが望ましい。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、ピント合わせのために結像レンズ１を光軸に
沿９て前後動させると、絞りも一緒に動いてしまい、そ
の結果射出瞳と視野レンズとの距離が変わってしまうの
で結像レンズｌの前後動に応じて逼像面への主光線の入
射角が変化してしまうという問題があった。又、結像レ
ンズｌがズームレンズの場合もズーミングに応じて射出
瞳が動くので、同様の問題が起こる。

要するに、射出瞳の位置が固定しない結像レンズを用い
る場合は、像面への主光線の入射角が一定せず、具合が
悪いという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、射出瞳位置が変わっても
像面への主光線の入射角を一定に保つことのできる撮像
系を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕 本発明による撮像系は、明るさ絞りを備えた結像レンズ
の像面近傍に焦点距離の可変な視野レンズを設けたこと
を特徴としている。

ここで、可変焦点レンズとはレンズ素子自体の焦点距離
が変化するものである。このようなレンズは、液晶２強
誘電性結晶等で形成したレンズの電気光学効果（電場を
加えるとその屈折率が変化する現象）による屈折率変化
によって焦点距離を変えるものや、透明樹脂で形成した
レンズに外力を加えて弾性変形させることにより焦点距
離を変えるもの等が知られている。

（作　用〕 斯かる構成によれば、射出瞳の位置の変化に応じて視野
レンズの焦点距離を変化させることにより、常に視野レ
ンズからの光の射出角を一定に保つことができる。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づき本発明の詳細な説明する
。

第１図は本発明の第１実施例を示しており、これは内視
鏡用撮像光学系として構成されたものである。内視鏡先
端部ＦＳの端面にはカバーガラスを兼ねた凹レンズ１１
が設けられ、該凹レンズｌｌの後方には順に明るさ絞り
１２．中間レンズ１３、光軸方向に移動可能なフォーカ
シングレンズ１４が配置されており、これらが結像レン
ズ！５を構成していると共に、凹レンズ１１と明るさ絞
り１２との間に偏光板１６が配置されている。フォーカ
シングレンズ１４はワイヤー１７等を介して手元操作部
で引っ張ることにより前後動せしめられるようになって
おり、その後方には液晶レンズから成る可変焦点視野レ
ンズ１Ｂ、　イメージガイドファイバー束１９の入射端
面（結像面）が配置されている。可変焦点視野レンズ１
８は、第２図（Ａ）に示した如く、二枚のうち少なくと
も一枚が湾曲したガラス、アクリル環装の透明＃Ｉｉ、
２０　。

２０の互いに対向する面に夫々透明電極２１及び配向膜
２２を被覆し、この対向する面によって形成される凸レ
ンズ状の空隙（セル）内にネマティック液晶２３を封入
することにより構成されている。可変焦点視野レンズ１
８の透明電極２１．２１には、フォーカシングレンズ１
４の位置−変化に対応してＯＮ又はＯＦＦになるスイッ
チＳＷを介して交流電源Ｐが接続されており、第２図（
Ａ）に示した状態ではＳＷがＯＦＦで電圧が印加されて
いない。この状態では、液晶２３の分子配列は第２図（
Ｂ）に示した如く、分子の長軸の配列された方向（ラビ
ング方向）を偏光板１６の偏光方向と一致させたホモジ
ニアス配列となっている。

従って、液晶２３の屈折率は偏光板１６を透過して来た
入射光に対して高屈折率の状態となり、視野レンズ１８
の焦点距離が短くなる。又、ＳＷがＯＮで電圧が印加さ
れた場合、液晶２３の分子配列がホメオトロピック配列
即ち分子の長軸方向が偏光板１６の偏光方向と直交する
配列となるので、入射光に対する液晶２３の屈折率が低
くなり、視野レンズ１８の焦点距離が長くなる。

又、イメージガイドファイバー束１９の射出端面の後方
には接眼レンズ２４が配置されており、これが以上の部
材と共に観察光学系を構成している。又、この観察光学
系と平行に光ａ２５．ライトガイドファイバー束２６．
照明レンズ２７から成る照明光学系が配置されている。

本実施例は上述の如く構成されているから、第１図にお
いて、物体からの光は凹レンズ１１を通り、偏光板１６
を１ｆｆｉ遇して縦方向（紙面と平行な方向）に振動す
る直線偏光となって中間レンズ１３、フォーカシングレ
ンズ１４．視野レンズ１８を通り、イメージガイドファ
イバー束１９の入射端面に結像せしめられる。そして、
物体の遠近に合せてフォーカシングレンズ１４を遠点側
、近点側の２段階に前後動せしめることによりピント合
わせが行なわれ、この時結像レンズ１５の明るさ絞り１
２の像の位置（射出瞳位置）が変動するが、これに合わ
せて視野レンズ１８の焦点距離が変化せしめられるので
、その前側焦点位置が常に明るさ絞り１２の像位置と一
致せしめられるようにしておけば、該像位置を通る主光
線は視野レンズ１８によって常に光軸と平行になりイメ
ージガイドファイバー束１９の入射端面に垂直に入射す
るようになる。従って、イメージガイドファイバー束１
９を用いて光を伝達する場合の光１　ｔＪｌ失が最も少
なくて済む。

尚、上記実施例において、フォーカシングレンズ１４を
連続的に前後動させてピント合わせを行う場合には、第
３図に示した如く、スイッチＳＷの代りにフォーカシン
グレンズ１４の前後動に応して抵抗値が変化する可変抵
抗器ＶＲを用いて可変焦点視野レンズ１８に印加される
電圧を連続的に変化させるようにしても良い、又、第４
図に示した如く、可変焦点視野レンズ１８は、フレネル
レンズより構成しても良い。

第５図は第２実施例を示しており、これは視野レンズ１
８の他に結像レンズ１５も同様な液晶レンズから構成し
、且つ結像レンズ１５をピント合わせのために光軸方向
に前後動させ得るようにしたものであって、第５図（Ａ
）に示した如く、結像レンズ１５が後側に位置し且つ屈
折力が大の時視野レンズ１８の屈折力を大にし、第５図
（Ｂ）に示した如く、結像レンズ１５が前側に位置し且
つ屈折力が小の時視野レンズ１８の屈折力を小にして、
視野レンズ１８の前側焦点位置が常に結像レンズ】５の
射出瞳位置と一致するようにしている。

第６図は第３実施例を示しており、これは第６図（Ａ）
に示した如くイメージガイドファイバー束１９の入射端
面を凹面に・形成し、該入射端面に透明板２０を役割を
兼用させながら液晶レンズである視野レンズ１８を構成
したものである。ここで、イメージガイドファイバー束
１９の入射端面ではファイバーの並び方向に第６図（Ｂ
）に示した如＜６０’ずつの方向性があるので、ラビン
グをこれらのうちのどれかに一致させて行ってその方向
に液晶分子を配向させればより良好な像が得られる。

第７図（Ａ）及び（Ｂ）は第４実施例とその変形例を夫
々示しており、これらは色フイルタアレイ２８を備えた
固体撮像素子２９の前方に可変焦点視野レンズ１８を配
置して成るものであって、こうすれば光が色フイルタ−
アレイ２８及び固体撮像素子２９に常に垂直に入射する
ので、色のクコストークが防止され、きれいなカラー像
が得られる。尚、第７図（Ａ）の場合結像レンズ１５内
に絞り１２があり、第７図（Ｂ）の場合結像レンズ１５
の前に絞り１２がある。

第８図（Ａ）及び（Ｂ）は第５実施例とその変形例を夫
々示しており、これらは第４実施例と同じ構成に、２枚
の水晶板３０．３０とその間に挾まれた一枚のλ／４板
３１とがら成る光学的ローパスフィルター３２を付加し
て、モアレの発注を防止するようにしたものである。尚
、λ／４板３１の代りに偏光解消板を用いるようにして
も良い。

又、第８図（Ｂ）に示した例の場合は、光学的ローパス
フィルター３２が視野レンズ１８の前側にあるので、ロ
ーパスフィルター３２と視野レンズ１８との間に偏光解
消板３３と偏光板３４を介在せしめている。

第９図は第６実施例を示しており、これは内視鏡又は硬
性鏡の接眼部３５に、固体撮像素子２９を内蔵したテレ
ビカメラ３６を外付けするようにしたものである。この
場合、接眼レンズ２４と対物レンズ３７が結像レンズを
構成し、内視鏡の射出瞳が該結像レンズの絞りに相当す
る。従って、内視鏡毎に射出瞳位置が異なることにより
テレビカメラ３６の対物レンズ３７の射出瞳位置が変化
してしまうので、これに対して光が固体撮像素子２９に
常に垂直に入射するようにするために可変焦点視野レン
ズ１８を固体撮像素子２９の前側に配置したものである
。

第１０図は第７実施例を示しており、これは液晶レンズ
から成る二つの凸レンズ３８．３９と偏光板１６と絞り
１２と凹レンズ４０とから結像レンズを構成して成るも
のであって、第１１図（Ａ）に示した如く凸レンズ３８
の屈折力が大（スイッチＳＷ１が０ＦＦ）であり且つ凸
レンズ３９の屈折力が小（スイッチＳ　Ｗ　ｚがＯＮ）
であることにより結像レンズの射出瞳位置が視野レンズ
１８に近くなった時は視野レンズ１８の屈折力を大（ス
イッチＳＷを０ＦＦ）にし、第１１［Ｊ　（Ｂ）に示し
た如く凸レンズ３８の屈折力が小（スイッチＳＷｌがＯ
Ｎ）であり且つ凸レンズ３９の屈折力が大（スイッチＳ
Ｗ８が０ＦＦ）であることにより結像レンズの射出瞳位
置が視野レンズ１８から遠くなった時は視野レンズ１８
の屈折力を小（スイッチＳＷをＯＮ）にして、光が常に
イメージガイドファイバー束１９の入射端面に垂直に入
射するようにしている。

尚、上記各実施例において、例えば第１２図に示した如
く結像レンズ１５内のフォーカシングレンズ１４を可変
焦点の液晶レンズから構成しても良く、その場合偏光板
１６を視野レンズ１８に対して共用できるので、光量損
失が少なくなり、有利である。又、第１３図に示した如
く液晶レンズであるフォーカシングレンズ１４と視野レ
ンズ１８との間にλ／２板４１を配πすれば、２枚のレ
ンズ１４及び１８のラビング方向を直交させても同じ効
果が得られるので、実装上配線が容易になる場合もある
。又、第１４図に示した如く、明るさ絞り１２を、環状
の透明電極２１．２１を有し且つ配向方向が互いに９０
°をなす配向ＩＩ！２２２２間にネマティック液晶４２
を封入して成る液晶セル４３と、その前後に配置され且
つ偏光方向が互いに直交する二つの偏光板４４．４５と
から構成しても良い、その場合、偏光板４５が視野レン
ズ１８に対して共用できるので、光量損失が少なくなり
、有利である。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明による撮像系は、射出瞳位置が変わ
っても像面への入射角を一定に保つことができるという
実用上重要な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による撮像系の第１実施例の断面図、第
２図は第１実施例の要部説明図、第３図及び第４図は夫
々第１実施例の要部の変形例を示す図、第５図乃至第９
図は夫々第２実施例乃至第６実施例の要部を示す図、第
１Ｏ図及び第１１図は夫々第７実施例及びその作用を示
す図、第１２図乃至第１４図は夫々上記各実施例の要部
の変形例を示す図、第１５図及び第１６図は夫々従来例
の問題点を示す図である。 １１．４０・・・・凹レンズ、１２・・・・明るさ絞り
、１３・・・・中間レンズ、１４・・・・フォーカシン
グレンズ、１５・・・・結像レンズ、１６．３４．４４
４５・・・・偏光板、１７・・・・ワイヤー　１８・・
・・可変焦点視野レンズ、１９・・・・イメージガイド
ファイバー束、２０・・・・透明板、２１・・・・透明
電極、２２・・・・配向膜、２３．４２・・・・ネマテ
ィック液晶、２４・・・・接眼レンズ、２５・・・・光
源、２６・・・・ライトガイドファイバー東、２７・・
・・照明レンズ、２８・・・・色フイルタ−アレイ、２
９・・・・固体撮像素子、３０・・・・水晶板、３１・
・・・λ／４板、３２・・・・光学的ローパスフィルタ
ー　３３・・・・偏光解消板、３５・・・・接眼部、３
６・・・・テレビカメラ、３７・・・・対物レンズ、３
８．３９・・・・凸レンズ、４１・・・・λ／２板、４
３・・・・液晶セル。 ｔ３図 矛４図 １−５図 屈折ｎ小 屈折万小 矛８ｖ！１ １Ｆ９図 矛４０図 １−ｆｉｍｌ ｔ１２図 １’１３１１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 明るさ絞りを有する結像レンズと、該結像レンズの結像
   面の近傍に設けられた可変焦点視野レンズとを備えた撮
   像系。