JPH08510567A - 可変イメージスケール付き光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 顕微鏡が生成する映像をビデオカメラのＣＣＤマトリックス面に映像するための可変イメージスケール付き光学系である。すべてのビデオカメラ用のイメージスケールを実際に必要とする全長の短いビデオズーム補正装置が、正の焦点距離を有する３つの光学成分を設けた形で実現され、第１光学成分は固定され、第２成分および第３成分は変位可能なように映像化方向からみて第１光学成分の後ろに配設される。

Description

【発明の詳細な説明】 可変イメージスケール付き光学系 本発明は請求項１の前文に下ずく光学系を目的とする。 モニター上での観察、ビデオプリントの作成、コンピュータ支援の映像処理ま たはファイルの記憶などの各種の用途にとって、顕微鏡上の映像出力が必要とさ れる。中間映像を補正用光学系を用いずにＣＣＤマトリックス上に作成しても、 最適のイメージスケールまたはイメージトリミングが得られることはほとんどな い。この欠陥は、「Ｈｏｍａｌｅｎ」形状の特別の映像補正装置、まはた投影レ ンズによって補うことができるが、ズームシステムはさらに有効である。 所要ズーム域は、ＣＣＤマトリックスの解像度指数に対する最小値が約8.8mm/ 22mm＝0.4である顕微鏡中間映像および最大値が10ｍ/5ｍ＝2に対する直径比によ って決まる。 ここにおいて、自動映像評価において得られる解像度が目視で得られる解像度 の約２倍になることが考慮にいれられている。このため、高分解能カラーカメラ に対応する映像補正は設定した技術的整合寸法または接続寸法に作成しなければ ならない。 上記の目的のために理論的には組み合わせ使用可能な、例えばファクシミリや 複写機に対する送信距離の限定されたズームシステムが知られている（ＤＥ３５ ４４１４８、ＤＥ３４１８６３９）。しかしながら、そのようなズームシステム は、全長、光学部品点数およびイメージスケールの所要領域に関する欠点を有し 採用できない。 ＵＳ３４５４３２１には、正のレンズ倍率を有する２つの可動レンズで構成さ れる調整装置が記載されている。これの全長は比較的長く、さらに、形成される 中間映像はレンズ間にある。したがって、ＣＣＤマトリックス上に実像を結像す るのに別のレンズ系が必要となる。示されている倍率スケールは、ここで述べら れている課題の解決には適していない。 本発明は、現在利用可能なものおよび今後予想される形式のビデオカメラすべ てにとって実際に必要となるイメージスケールが、ビデオズーム補正装置にも関 わらず数種の光学部品で間に合い、したがってユーザーにとって経済的かつ効率 的な方法を提供するビデオズーム補正装置を実現することである。 本目的は、請求項１を特徴とし、一般の装置においても本発明を適用できる。 特に本発明の長所を備えた改良は、従属請求項に記載されたものであり、以下に 詳細に説明する。 本発明による光学系は正のレンズ倍率を有する３つの成分で構成されており、 第１の成分は、光の進行方向から視て、固定式の色消しレンズグループであり、 第２および第３の成分は光軸方向に移動可能な色消しレンズグループである。 視野レンズグループは、顕微鏡によって生成される映像Ｂの前方に配置され、 その最終表面が視野の曲率を修正するために拡散状であり、かつ中間映像ＺＢの 近くに存在するメニスカスとして有利に構成され、一方、第１面は、射出瞳の正 しい位置を決めるデバイス接触面Ａの近くに存在する。特に有効な方法として、 第３レンズグループが中心変位位置にある場合、射出ひとみは第３レンズグルー プ内に置かれる。この結果、高分解能カラーカメラに必要な小さい解像角がズー ム域内全体で保持されるように、瞳の映像が若干収斂する。 さらにこの瞳映像の結果、第２および第３レンズグループの最小直径が得られ 、視野を修正するのに最適であるばかりでなく、コスト上の利点も得られる。 第１光学成分のもうひとつの発明上の特徴は、中間映像が約1：2のイメージス ケールで映像化されることにあり、これにより全長が短縮され、さらにメニスカ ス型構成と組み合わせて、収束する第２および第３成分の視野曲率を補正するも のであり、いずれを理由としても、視野レンズグループの拡散型最終面が、中間 映像が鮮明に映像化されることなく発生する前に、可及的最短距離に適正に配置 される。 最も簡単な場合として、第２および第３光学成分は、全長Ｂｌ（顕微鏡の中間 映像からＣＣＤマトリックスまでの距離）の約1/3の焦点距離と中心ズーム位置 において互いに全長の約1/3の距離を保つ二つの同じ構成の色消し接合レンズで ある。第１成分で投影される中間映像は、第２成分の別の焦点位置にあり、Ｃ ＣＤマトリックスは第３成分の後方焦点位置にある。したがって第２成分および 第３成分は、１：１すなわち第１成分との関連では約0.5：１のイメージスケー ルを形成する。第２成分および第３成分を前方に移動すればイメージスケールが 細かく成り、その反対も同様である。 第２レンズグループおよび第３レンズグループの共同変位の間、ＣＣＤマトリ ックス上に焦点を保持するため、全長を一定に保つため第３レンズグループを第 ２レンズグループとは別個に移動させる必要がある。ただし、第２レンズグルー プと第３レンズグループを一体構成として同時に移動し、カメラシステムを変位 して焦点バランスを得ることもできる。ここでの利点は、相互センタリングが映 像エラーに影響しないが、むしろ中心オフセットを生じる点にある。 ズーム域が４×より大きい場合、小さいイメージスケールに対する映像修正を 改善するため、上記の第２成分および第３成分の鏡面対象の構造を省略する方が よい。 最良のカラーカメラの要件を満足するズーム域内の映像画質を得るため、カラ ー倍率に関して、３つの成分すべてを個別に色消し修正する必要がある。本発明 による構成に対する最も簡単な方法では、３つの成分の各々は、単１の接合レン ズであり、第２成分および第３成分は、同一濃度のクラウンガラスおよびフリン トガラスで構成されている。 本発明を、図１に示す異なるズーム位置についての慨略図により詳述する。 顕微鏡の映像出力または光学出力の接触表面はＡで示され、ズームを経ずに顕 微鏡で生成する映像はＢで示されている。厚さd1とd2の２つのレンズとレンズ面 F1、F2、F3を有する第１光学成分により、映像Ｂは、F3から距離d3のところにある 中間映像面ＺＢに映像化される。 光学路に沿って、厚さd4およびd5とレンズ面F4、F5、F6および厚さd7、d8とレン ズ面F7、F8、F9をそれぞれ有する第２光学成分および第３光学成分は、ＣＣＤマト リックス４の前にそれぞれ変位可能な状態で配設されている。中間映像面ＺＢと 中間レンズ面Ｆ４の間の距離はＳ、F6とF7の間の距離はd6、面F9とＣＣＤマトリ ックス４の間に距離はＳ’でそれぞれ指定される。各レンズの曲率半径はr1から r9である。 ズーム係数１、３および５に対応する光学成分１、２および３の位置を図に示 す。 第２成分および第３成分の光学パラメータは以下の通りである。 第１成分の光学パラメーターは，距離ＡＢが60mm、そして中間映像距離d3が、 12.54で、次の通りである。 第２成分および第３成分の変位を次表によって説明することができる。 ここに示した実施例のさらに他の本発明のバリエーションが可能である。 例えば、既に述べたように、第２成分と第３成分を同一ものとし、同一距離だ け同一方向に変位させることが出来、ＣＣＤマトリックスを光軸に沿って案内す る。第１成分の他の実施例形状は、全長Ｂｌに対する第１成分の焦点距離ｆ１が １±0.2、イメージスケールが0.4−2、顕微鏡が生成する映像Ｂからの顕微鏡の映 像出力または光学出力の接触面Ａまでの距離ＡＢが60mmより大きいか、またはそ れに等しい距離ＡＢおよび12.54の中間映像からの距離d3において、±20％の許 容差内の第１成分の以下に示す光学パラメータの場合の60mmより大きいかまたは それに等しい場合に可能となる。 デバイス接触面Ａからの第１面F1の距離は、60mmを越える数値ＡＢより大きい 量だけスペーサリングによって増大される。 第１成分の別の構成は、全長Ｂｌに対する焦点距離の比率が、0.5−2.5のイメ ージスケールおよび20％以内の許容差での第１成分の以下に示すパラメータの場 合の44mmより大きいか、またはそれに等しい距離ＡＢおよび11.54の中間映像距 離d3において、0.68±20％である場合のものである。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．顕微鏡が生成する映像ＢをビデオカメラのＣＣＤマトリックス面に映像化す る可変イメージスケール付き光学系において、正の焦点距離を有する３つの光学 成分が設けられ、第１成分は固定され、第２成分および第３成分は、イメージス ケールを可変するため光軸に沿って変位出来るように、映像化方向から視て第１ 成分の後方に配置され、第１光学成分は顕微鏡で生成される映像Ｂの前に配置さ れかつ最終面が視野曲率を修正するため拡散状であり、その中間映像ＺＢの前に 位置付けされているメニスカスとして構成されていることを特徴とする可変イメ ージスケール付き光学系。 ２．メニスカスの最終面が中間映像ＺＢの近くにあり、そしてメニスカスの第１ 面が顕微鏡のデバイス接触面Ａの近くにあることを特徴とする請求項１に記載の 光学系。 ３．色消し修正用の光学成分が接合レンズであることを特徴とする請求項１また は２に記載の光学系。 ４．第２成分および第３成分がすべての光学パラメータについて同一であること を特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の光学系。 ５．第２光学成分および第３光学成分が、第１成分によって生成される中間映像 からＣＣＤマトリックスの面までの全長Ｂｌの約1/3の焦点距離を有することを 特徴とする請求項４に記載の光学系。 ６．中心ズーム位置において第２成分と第３成分の間の距離が全長Ｂｌの約1/3 であることを特徴とする請求項４に記載の光学系。 ７．第２成分および第３成分が全長Ｂｌに対する下記の関係において、異なる焦 点距離f2およびf3を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載 の光学系。 f2／Ｂｌ＝0.4±0.1 f3／Ｂｌ＝0.3±0.1 ８．第２光学成分および第３光学成分が、イメージスケールを変更するため光軸 に沿って同一方向に同一距離だけ合体して変位され、ＣＣＤマトリックスが焦点 合わせのため光軸に沿って変位可能に設けられていることを特徴とする請求項１ から７までのいずれか１に記載の光学系。 ９．第２光学成分および第３光学成分が、一定の全長Ｂｌを維持しながら、イメ ージスケールを変更するため異なる量だけ光軸に沿って変位されることを特徴と する請求項１から７までのいずれか１に記載の光学系。 １０．光軸に沿った第３成分の変位が、倍率を可変する補正要素の移動と直線的 に結合され、第２成分の変位が、補正要素の移動と非直線的に結合されているこ とを特徴とする請求項１から９までのいずれか１に記載の光学系。 １１．第２成分および第３成分が、ＣＣＤマトリックスの解像度限度以下のズー ム域に沿って長さ方向の色収差および横方向の色収差を保持するため、少なくと も１つの集合レンズおよび拡散レンズで構成されていることを特徴とする請求項 １から１０までのいずれか１に記載の光学系。 １２．第２成分および第３成分の光学パラメータが±20％の許容差内の次の数値 を有し そして次に示す変位がズーム係数を変更するために実行されることを特徴とする 請求項１から１１までのいずれか１に記載の光学系。 １３．全長Ｂｌに対する第１成分の焦点距離f1の比率が１±0.2であり、イメー ジスケールが0.4−２であり、顕微鏡の映像出力または光学出力の接触面Ａの映 像Ｂからの距離が60mmより大きいかまたはそれと等しいことを特徴とする請求項 １から１１までのいずれか１に記載の光学系。 １４．第１成分の次表の光学パラメータが±20％以内にあることを特徴とする請 求項１３に記載の光学系。 １５．全長Ｂｌに対する焦点距離f1の比率が、0.5−2.5のイメージスケールおよ び44mmより大きいかまたはそれに等しい距離ＡＢにおいて、0.68±20％であるこ とを特徴とする請求項１３に記載の光学系。 １６．第１成分の下表４のパラメータが±20％以内にあることを特徴とする請求 項１５に記載の光学系。 １７．全長に対する焦点距離f1の比率が、0.4−2.0のズーム域および44mmより大 きいかまたはそれに等しい距離ＡＢにおいて、0.55±20％であることを特徴とす る請求項１３に記載の光学系。 １８．３つのレンズで構成される次表の第１光学成分および第１成分の光学パラ メータが、面F1が接触面Ａの前にある場合、49mmの距離および中間映像距離d3=6 mmにおいて、±20％の許容差内にあることを特徴とする請求項１７に記載の光学 系。 １９．デバイス接触面Ａと第１面F1の間の距離ＡＢを大きくするのにスペーサリ ングを用いることを特徴とする請求項１１から１８のいずれか１に記載の光学系 。