(57)【要約】  小型で観察画角が広く、物体面を複数の基線方向から観察する視差のある像を結像することが可能な光学系、撮像装置、内視鏡システム、及び測距離システムを提供する。  光学系（１）は、像面（Ｉｍ）の中心を通る単一の回転対称軸（Ｃ）上に配置された回転対称な前群（Ｇｆ）と、回転対称な後群（Ｇｂ）と、開口（Ｓ）と、を備え、前群（Ｇｆ）は、２つの内部反射面と２つの透過面を有し、少なくとも一つの物体面（Ｏｂ）から前群（Ｇｆ）に入射する光束は、第１透過面（１１）に入射し、第１反射面（１２）で反射し、第２反射面（１３）で反射し、第２透過面（１４）から射出する光路を形成し、後群（Ｇｂ）と開口（Ｓ）を通過し、回転対称軸（Ｃ）を含む断面内で中間結像すること無く、像面（Ｉｍ）の回転対称軸（Ｃ）から離れた位置に結像することを特徴とする。
2016189644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像面の中心を通る単一の回転対称軸上に配置された回転対称な前群と、  回転対称な後群と、  開口と、を備え、  前記前群は、２つの内部反射面と２つの透過面を有し、  少なくとも一つの物体面から前記前群に入射する光束は、第１透過面に入射し、第１反射面で反射し、第２反射面で反射し、第２透過面から射出する光路を形成し、  前記後群と前記開口を通過し、  前記回転対称軸を含む断面内で中間結像すること無く、前記像面の前記回転対称軸から離れた位置に結像することを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記前群の前記第１反射面は、物体側に凸面を向けた負のパワーを有する請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記前群では、前記回転対称軸に対して、    前記第１透過面が前記第２反射面より外側に配置され、    前記第１反射面が前記第２透過面より外側に配置されている請求項２に記載の光学系。
【請求項４】
観察画角の中心から前記第１透過面に入射し、前記開口の中心を通る中心主光線の前記前群における光路は、前記回転対称軸と交差しない請求項２又は３に記載の光学系。
【請求項５】
前記第１透過面の前記回転対称軸に対して垂直な方向において、前記物体面から前記前群に入射し前記像面に結像する光路が形成される有効領域の幅をＤ１、  前記第２反射面の前記回転対称軸に対して垂直な方向において、前記物体面から前記前群に入射し前記像面に結像する光路が形成される有効領域の幅をＤ２、とすると、以下の条件式（１）を満足する請求項１乃至４のいずれか１つに記載の光学系。    ０．０５  ＜  Ｄ２／Ｄ１  ＜  １          （１）
【請求項６】
前記第１透過面の前記回転対称軸に対して垂直な方向において、前記物体面から前記前群に入射し、前記像面に結像する光路が形成される有効領域の幅をＤ１、  前記第１透過面の前記回転対称軸に対して平行な方向において、前記物体面から前記前群に入射し、前記像面に結像する光路が形成される有効領域の幅をＤ３、とすると、以下の条件式（２）を満足する請求項１乃至５のいずれか１つに記載の光学系。    ０．２  ＜  Ｄ１／Ｄ３  ＜  ５            （２）
【請求項７】
前記前群の前記第１透過面は、物体側に凸面を向けた正のパワーを有する請求項１乃至６のいずれか１つに記載の光学系。
【請求項８】
前記前群の少なくとも１面は、回転対称自由曲面で構成されている請求項１乃至７のいずれか１つに記載の光学系。
【請求項９】
前記後群の少なくとも１面は、回転対称自由曲面で構成されている請求項８に記載の光学系。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の光学系と、  前記光学系を介して形成された画像の画素ごとの光量を電気信号に変換する撮像素子と、を備える撮像装置。
【請求項１１】
前記撮像装置を操作する操作部と、  前記操作部からの信号に基づいて前記撮像装置を制御する制御部と、  前記撮像素子からの電気信号を処理し画像を取得する画像処理部と、  前記取得した画像を記録する記録部と、を備えることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の撮像装置と、  前記画像を表示する表示部と、を備えること特徴とする内視鏡システム。
【請求項１３】
請求項１０又は１１に記載の撮像装置と、  前記撮像装置が取得した対象物の撮影画像に画像処理を施した後、演算処理し、前記対象物との距離を求める距離演算装置と、を備えることを特徴とする測距離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、複数の基線方向の視差画像を同時に得られる光学系、撮像装置、内視鏡システム、及び測距離システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、複数の基線方向の視差画像を同時に得られる光学系が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４６１１１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  特許文献１に記載された技術は、前群のプリズム体内で一回結像するものであり、一回結像された像を再度リレーして結像するため、後群に負担がかかり物像間距離を長くしたり、構成枚数を多くしないと収差補正ができず、光路長が長くなり、大型になる場合があった。【０００５】  本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型で観察画角が広く、物体面を複数の基線方向から観察する視差のある像を結像することが可能な光学系、撮像装置、内視鏡システム、及び測距離システム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】
【０００６】  本発明の一実施形態である光学系は、  像面の中心を通る単一の回転対称軸上に配置された回転対称な前群と、  回転対称な後群と、  開口と、を備え、  前記前群は、２つの内部反射面と２つの透過面を有し、  少なくとも一つの物体面から前記前群に入射する光束は、第１透過面に入射し、第１反射面で反射し、第２反射面で反射し、第２透過面から射出する光路を形成し、  前記後群と前記開口を通過し、  前記回転対称軸を含む断面内で中間結像すること無く、前記像面の前記回転対称軸から離れた位置に結像することを特徴とする。【０００７】  本発明の一実施形態である撮像装置は、  前記光学系と、  前記光学系を介して形成された画像の画素ごとの光量を電気信号に変換する撮像素子と、を備えることを特徴とする。【０００８】  本発明の一実施形態である内視鏡システムは、  前記撮像装置と、  前記画像を表示する表示部と、を備えることを特徴とする。【０００９】  本発明の一実施形態である測距離システムは、  前記撮像装置と、  前記撮像装置が取得した対象物の撮影画像に画像処理を施した後、演算処理し、前記対象物との距離を求める距離演算装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】  本発明の一実施形態である光学系、撮像装置、及び内視鏡システムによれば、小型で高解像な観察画角の広い立体像を得ることが可能となる。また、小型で高解像な測距離システムを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る一実施形態の光学系の回転対称軸に沿ってとった断面図である。
【図２】本発明に係る一実施形態の光学系の開口付近を拡大して回転対称軸に沿ってとった断面図である。
【図３】本発明に係る一実施形態の光学系の回転対称軸に沿ってとった前群の断面図である。
【図４】本発明に係る一実施形態の光学系の座標系及び拡張回転自由曲面を説明する一例の断面図である。
【図５】本発明に係る一実施形態の光学系の座標系及び拡張回転自由曲面を説明する一例の断面図である。
【図６】実施例１の光学系の回転対称軸を含む断面図を示す。
【図７】実施例１の光学系の横収差図を示す。
【図８】実施例２の光学系の回転対称軸を含む断面図を示す。
【図９】実施例２の光学系の横収差図を示す。
【図１０】実施例３の光学系の回転対称軸を含む断面図を示す。
【図１１】実施例３の光学系の横収差図を示す。
【図１２】実施例４の光学系の回転対称軸を含む断面図を示す。
【図１３】実施例４の光学系の横収差図を示す。
【図１４】本実施形態の光学系を用いた撮像装置の主要部の内部回路を示すブロック図である。
【図１５】本実施形態の光学系を硬性内視鏡先端の撮影光学系として用いた内視鏡システムを示す図である。
【図１６】本実施形態の光学系を軟性内視鏡先端の撮影光学系として用いた内視鏡システムを示す図である。
【図１７】本実施形態の光学系を自動車の測距離システムとして用いた例を示す図である。
【図１８】本実施形態の光学系を用いた測距離システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】  本実施形態の光学系１について説明する。
【００１３】  図１は、本発明に係る一実施形態の光学系１の回転対称軸Ｃに沿ってとった断面図である。図２は、本発明に係る一実施形態の光学系の開口付近を拡大して回転対称軸に沿ってとった断面図である。図３は、本発明に係る一実施形態の光学系１の回転対称軸Ｃに沿ってとった前群Ｇｆの断面図である。
【００１４】  本実施形態の光学系１は、像面Ｉｍの中心を通る単一の回転対称軸Ｃ上に配置された回転対称な前群Ｇｆと、回転対称な複数のレンズＬｂ１〜Ｌｂ７を有する後群Ｇｂと、開口Ｓと、を備え、前群Ｇｆは、２つの内部反射面と２つの透過面を有し、少なくとも一つの物体面Ｏｂから前群Ｇｆに入射する光束は、透明体Ｌｆの第１透過面１１に入射し、第１反射面１２で反射し、第２反射面１３で反射し、第２透過面１４から射出する光路を形成し、後群Ｇｂと開口Ｓを通過し、回転対称軸Ｃを含む断面内で中間結像すること無く、像面Ｉｍの回転対称軸Ｃから離れた位置に結像する。中心主光線Ｌｃは、観察画角の中心から第1透過面１１に入射し、開口Ｓの中心を通る光線とする。
【００１５】  一般に、光学系１は、光学部品の全てを回転対称な光学素子で構成することにより、組み立て調整が容易になる。しかし、視差のある像を結像することができなくなるために、立体視をすることができなかった。
【００１６】  本実施形態の光学系１における開口Ｓは、前群Ｇｆの透明体Ｌｆの二つの反射面によって物体側に円環状の入射瞳を形成することにより、複数の基線方向の視差を形成する。そして、回転対称な後群Ｇｂが前群Ｇｆから射出した複数の基線方向の視差を有する光束を像面Ｉｍに結像する。すなわち、図１に示した光学系１は、回転対称軸Ｃを含む光束が重なる部分の物体を立体視することが可能である。
【００１７】  前群Ｇｆは、第１反射面１２と第２の反射面１３からなる偶数回反射の透明体Ｌｆで構成することにより、左右が反転する鏡像になることを防げ、立体観察する場合に好ましい。さらに、第１透過面１１と第２透過面１４で構成し、屈折率が１より大きい透明体Ｌｆで構成することにより、反射面１２，１３を内部反射面とすることにより、交差することなく２回反射する所謂Ｚ字状の光路を形成し、それぞれの反射面１２，１３への光線入射角を小さくすることが可能となり、反射面１２，１３に斜めに光線が入射することにより発生する偏心収差の発生を少なくすることができる。
【００１８】  前群Ｇｆは、回転体対称軸Ｃを含むサジタル面では倍率の小さいアフォーカル系として働き、物体側からの広い観察画角を狭い画角の光束に縮小して後群Ｇｂに導き結像させる働きを有する。
【００１９】  さらに、前群Ｇｆを中間結像しない構成にして前群Ｇｆから射出される光束をほぼ平行光束とすることにより、後群Ｇｂはこの画角の狭くなった平行光束を結像すれば良いだけになるので、後群Ｇｂの負担が少なくなり全長を短く構成することが可能となる。
【００２０】  また、本実施形態の光学系１では、前群Ｇｆの第１反射面１２は、物体側に凸面を向けた負のパワーを有することが好ましい。
【００２１】  入射瞳の実像を前群Ｇｆに投影しない光学系１では、観察画角を広く取ろうとすると、前群Ｇｆの有効径が大きくなってしまう問題がある。そこで、第１反射面１２に回転対称軸を含むサジタル面では物体側に凸面を向けた強い負のパワーを持たせ、画角の広い光束を狭い画角の光束にして第１反射面１２以降の光学面の有効径を小さくすることが重要である。加えて、第１透過面１１を透過するときに屈折率１以上の媒質に入射させることによって画角を狭くする効果があり、第２反射面１３と第２透過面１４の有効径を小さく抑えて比較的小型の前群Ｇｆでありながら広い観察画角を取ることが可能となる。
【００２２】  また、本実施形態の光学系１は、前群Ｇｆでは、回転対称軸Ｃに対して、第１透過面１１が第２反射面１３より外側に配置され、第１反射面１２が第２透過面１４より外側に配置されていることが好ましい。
【００２３】  回転対称軸Ｃに対して、第１透過面１１を第２反射面１３の外側に配置することにより、第２反射面１３を回転対称軸Ｃの近傍に配置することが可能となり、第２反射面１３への光束の入射角を小さくして、第２反射面１３で発生する偏心収差を小さくすることが可能となる。
【００２４】  さらに、前群Ｇｆの第１反射面１２を第２透過面１４の外側に配置することにより、前群Ｇｆを射出する回転対称軸Ｃを挟んで上下二つの光束のお互いになす角度を小さくして後群Ｇｂに射出させることが可能となり、後群Ｇｂに入射する光の画角が狭くなり後群Ｇｂの収差補正の負担が著しく小さくなる。
【００２５】  また、本実施形態の光学系１は、観察画角の中心から第１透過面１１に入射し、開口Ｓの中心を通る中心主光線Ｌｃの前群Ｇｆにおける光路は、回転対称軸Ｃと交差しないことが好ましい。
【００２６】  第１透過面１１における中心主光線Ｌｃが透過する位置と、第２反射面１３における中心主光線Ｌｃが反射する位置との回転対称軸Ｃに直交する方向での距離が短くなり、第１反射面１２の入射角を小さくすることができ、偏心収差の発生を少なくできる。
【００２７】  また、本実施形態の光学系１は、第１透過面１１の回転対称軸Ｃに対して垂直な方向において、物体面Ｏｂから前群Ｇｆに入射し像面Ｉｍに結像する光路が形成される有効領域の幅をＤ１、第２反射面１３の回転対称軸Ｃに対して垂直な方向において、物体面Ｏｂから前群Ｇｆに入射し像面Ｉｍに結像する光路が形成される有効領域の幅をＤ２、とすると、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。    ０．０５  ＜  Ｄ２／Ｄ１  ＜  １          （１）
【００２８】  条件式（１）は、第１透過面１１を大きくし、第２反射面１３を小さくする条件であり、像面湾曲の補正と有効径を小さくしつつ、広い観察画角を取るために必要となる条件である。条件式（１）の上限を上回ると、第２反射面１３で大きくなってしまい、相対的に第１透過面１１が小さくなり、光線の角度が広く取れず、広角の光学系１を構成することができない。条件式（１）の下限を上回ると、第２反射面１３が小さくなりすぎ必要な像高が得られる解像力の良い像を結像できない。
【００２９】  また、本実施形態の光学系１は、第１透過面１１の回転対称軸Ｃに対して垂直な方向において、物体面Ｏｂから前群Ｇｆに入射し、像面Ｉｍに結像する光路が形成される有効領域の幅をＤ１、第１透過面１１の回転対称軸Ｃに対して平行な方向において、物体面Ｏｂから前群Ｇｆに入射し、像面Ｉｍに結像する光路が形成される有効領域の幅をＤ３、とすると、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。    ０．２  ＜  Ｄ１／Ｄ３  ＜  ５            （２）
【００３０】  条件式（２）は、第１透過面１１の傾きに関するものであり、条件式（２）の上限を上回ると、第１透過面１１の傾きが回転対称軸Ｃに対して小さくなり、外側の画角を広く取ることが難しくなる。条件式（２）の下限を下回ると、今度は第１透過面１１の傾きが大きくなり、視差情報を有する画角が広くとれなくなる。
【００３１】  また、本実施形態の光学系１は、前群Ｇｆの第１透過面１１は、物体側に凸面を向けた正のパワーを有することが好ましい。
【００３２】  第１反射面１２は、第２反射面１３と第２透過面１４の有効径を小さくするため及び観察画角を広く取るために、物体側に凸面を向けた反射面で構成するが、像面湾曲は反射後の光線が進行方向で像側に凸面を向けた方向に強く発生する。
【００３３】  これを補正するためには、第１透過面１１を物体側に凸面を向けた正のパワーを与えることが好ましい。これにより第１反射面１２とは逆の像側に凸面を向けた像面湾曲を発生させ、打ち消し合うことが可能となる。さらに第１透過面１１を凸面で構成することにより像歪の発生も小さくすることが可能となる。
【００３４】  また、本実施形態の光学系１は、前群Ｇｆの少なくとも１面は、回転対称自由曲面で構成されていることが好ましい。
【００３５】  少なくとも１面を回転対称自由曲面で構成することにより、像歪の補正の自由度が大きくなり、像歪の低減に効果がある。特に、第１透過面１１を回転対称自由曲面で構成することが望ましい。
【００３６】  また、本実施形態の光学系１は、後群Ｇｂの少なくとも１面は、回転対称自由曲面で構成されていることが好ましい。
【００３７】  第１透過面１１で発生する回転対称軸Ｃの近傍ほど大きく発生する色収差を補正するために、後群Ｇｂに回転対称自由曲面の面を配置することが色収差補正上好ましい。
【００３８】  以下に、本発明の光学系１の実施例１〜４を説明する。これら光学系の構成パラメータは後記する。これら実施例の構成パラメータは、例えば図１に示すように、物体面から前群Ｇｆと後群Ｇｂを経て像面Ｉｍに至る順光線追跡の結果に基づくものである。
【００３９】  座標系は、順光線追跡において、実施例１〜４では、例えば図１に示すように、絞り面Ｓと回転対称軸Ｃが交差する位置を偏心光学系の偏心光学面の原点Ｏとし、回転対称軸（中心軸）Ｃの光の進行方向に沿う方向をＺ軸正方向とし、図１の紙面に対応するＺ軸と像面Ｉｍの中心を含む平面をＹ−Ｚ平面とする。原点Ｏを通りＹ−Ｚ平面に直交する方向をＸ軸正方向とし、Ｘ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成し、原点Ｏから像面Ｉｍの中心に近づく方向に向かう軸をＹ軸とする。
【００４０】  偏心面については、その面が定義される座標系の上記光学系の原点の中心からの偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、光学系の原点に定義される座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする各面を定義する座標系の傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、各面を定義する座標系を光学系の原点に定義される座標系のまずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その回転した別の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００４１】  また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００４２】  なお、後記の構成パラメータ中にデータの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率、アッベ数については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。各面の偏心は、上記のように、入射瞳２を回転対称軸（中心軸）１に投影した位置からの偏心量で表わす。
【００４３】  なお、非球面は、以下の定義式で与えられる回転対称非球面である。
【００４４】    Ｚ＝（Ｙ2 ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）Ｙ2 ／Ｒ2 ｝1 /2］                      ＋ａＹ4 ＋ｂＹ6 ＋ｃＹ8 ＋ｄＹ10＋・・・    （ａ）  ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光線）とし、Ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐定数、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、…はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
【００４５】  また、拡張回転自由曲面は、以下の定義で与えられる回転対称面である。
【００４６】  まず、Ｙ−Ｚ座標面上で原点を通る下記の曲線（ｂ）が定められる。
【００４７】    Ｚ＝（Ｙ2 ／ＲＹ）／［１＋｛１−（Ｃ1 ＋１）Ｙ2 ／ＲＹ2 ｝1 /2］           ＋Ｃ2 Ｙ＋Ｃ3 Ｙ2 ＋Ｃ4 Ｙ3 ＋Ｃ5 Ｙ4 ＋Ｃ6 Ｙ5 ＋Ｃ7 Ｙ6            ＋・・・・＋Ｃ21Ｙ20＋・・・・＋Ｃn+1 Ｙn ＋・・・・    （ｂ）  次いで、この曲線（ｃ）をＸ軸正方向を向いて左回りを正として角度θ（°）回転した曲線Ｆ（Ｙ）が定められる。この曲線Ｆ（Ｙ）もＹ−Ｚ座標面上で原点を通る。
【００４８】  その曲線Ｆ（Ｙ）をＹ正方向に距離Ｒ（負のときはＹ負方向）だけ平行移動し、その後にＺ軸の周りでその平行移動した曲線を回転させてできる回転対称面を拡張回転自由曲面とする。
【００４９】  その結果、拡張回転自由曲面はＹ−Ｚ面内で自由曲面（自由曲線）になり、Ｘ−Ｙ面内で半径｜Ｒ｜の円になる。
【００５０】  この定義からＺ軸が拡張回転自由曲面の軸（回転対称軸）となる。
【００５１】  ここで、ＲＹはＹ−Ｚ断面での球面項の曲率半径、Ｃ1 は円錐定数、Ｃ2 、Ｃ3 、Ｃ4 、Ｃ5 …はそれぞれ１次、２次、３次、４次…の非球面係数である。
【００５２】  実施例１を用いて、座標系についてさらに説明する。
【００５３】  図４及び図５は、本発明に係る一実施形態の光学系の座標系及び拡張回転自由曲面を説明する一例の断面図である。
【００５４】  本実施形態の光学系１は、唯一の回転対称軸Ｃに対して全ての面が回転対称なので、回転対称軸Ｃを含む断面では上下二つの光路が存在するが、図４に示すように、慣用に従い下側から入射する光線に付いて面の配置と光路に付いて説明する。
【００５５】  本実施形態では下側光線の観察画角は−４０°から＋８０°であり、設計の便宜上中心である＋２０°を画角中心として、観察画角中心の光束の中から開口中心を通る光線を中心主光線Ｌｃとし、この中心主光線Ｌｃを基準として設計している。
【００５６】  物体面Ｏｂの面間隔は２０mmで、面番号１から４面の面間隔は全て０なので、物体面Ｏｂから２０mmの距離に仮想面の第５面がある。拡張回転自由曲面である第１面から第３面は物体面Ｏｂから２０mm像側の仮想面である第５面のある位置からの偏心で第１〜３面の原点が与えられる。
【００５７】  第１面は第５面から偏心(１)で与えられるＹ軸方向に−４．５００mm下がって、Ｚ軸方向に−３．１５４mm左の場所に原点Ｏがあり、角度は＋５０．４８１°傾いて配置される。
【００５８】  面の形状は曲率半径２２．６０１mmで、非球面の円錐定数に相当するＣ１項は８．２０１５Ｅ＋０、３乗項であるＣ４項は、２．０２０１Ｅ−３である。第１面は最後にＺ軸を回転対称軸Ｃとして回転して得られる回転対称面である。
【００５９】  拡張回転自由曲面は中心主光線Ｌｃ上に各面の原点を有し、偏心Ｙは中心主光線ＬｃのＹ軸方向の高さに相当する。これは設計上の問題であり、中心主光線Ｌｃと原点を一致させる必要は無く任意に定めることが可能である。
【００６０】  第２面、第３面も同様に拡張回転自由曲面である。第４面は、第５面と同一場所に配置された通常の非球面である。第６面は絞りで、第４面及び第５面と同一位置に配置され、第６面の面間隔で第７面の位置が決定され、以降第１５面までは通常の球面レンズ系と同じである。後群の像側の第１６面〜第１８面の３面も拡張回転自由曲面であり、Ｚ軸に沿って面間隔とＹ偏心、傾き角αで示す。最後に第１８面の面間隔で中心主光線Ｌｃが当たる拡張回転自由曲面と像面Ｉｍとの間隔が与えられる。実施例１は、後群も拡張回転自由曲面で構成することにより、特に倍率の色収差の補正がよくなされている。
【００６１】  一般に倍率の色収差は回転対称軸Ｃから離れ、像高が高くなると大きく発生し、アッベ数の異なる接合レンズで補正される。本実施例のように第１透過面１１に入射する画角−４０°の光束が後群Ｇｂの回転対称軸Ｃの近い所を通過する光学系１においては回転対称軸Ｃに近い像高の低い部分で倍率の色を補正する手段として回転対称自由曲面を用いている。
【００６２】  図６は、実施例１の光学系１の回転対称軸Ｃを含む断面図を示す。ただし、図６では断面内の中心軸Ｃに対して片側に入射する光路のみを図示しており、中心軸Ｃに対して対称な光路も同時に存在するが、図示は省いてある。図７は、実施例１の光学系１の横収差図を示す。
【００６３】  実施例１の光学系１は、像面Ｉｍの中心を通る単一の回転対称軸Ｃ上に配置された回転対称な前群Ｇｆと、回転対称な後群Ｇｂと、開口Ｓと、を備え、前群Ｇｆは、２つの内部反射面と２つの透過面を有し、少なくとも一つの物体面から前群Ｇｆに入射する光束は、第１透過面１１に入射し、第１反射面１２で反射し、第２反射面１３で反射し、第２透過面１４から射出する光路を形成し、後群Ｇｂと開口Ｓを通過し、回転対称軸Ｃを含む断面内で中間結像すること無く、像面Ｉｍの回転対称軸Ｃから離れた位置に結像する。
【００６４】  実施例１の前群Ｇｆは、前群透明体Ｌｆを有する。前群透明体Ｌｆでは、回転対称軸に対して、第１透過面１１が第２反射面１３より外側に配置され、第１反射面１２が第２透過面１４より外側に配置されている。
【００６５】  前群透明体Ｌｆにおいて、第１透過面１１、第１反射面１２、及び第２反射面１３は、拡張回転自由曲面からなり、第２透過面１４は非球面からなる。光路上、第１透過面１１は物体側に凸面を向けた正のパワーを有し、第１反射面１２は物体側に凸面を向けた負のパワーを有し、第２反射面１３は像側に凸を向けた負のパワーを有し、第２透過面１４は像側に凸面を向けた正のパワーを有する。
【００６６】  実施例１の後群Ｇｂは、両凹負レンズＬｂ１と両凸正レンズＬｂ２の接合レンズＳＵｂ１と、両凸正レンズＬｂ３と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ４と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｂ５と、両面が拡張回転自由曲面からなる第１後群透明体Ｌｂ６と両面が拡張回転自由曲面からなる第２後群透明体Ｌｂ７とを接合した接合透明体ＳＵｂ２と、からなる。
【００６７】  観察画角の中心から第１透過面１１に入射し、開口Ｓの中心を通る中心主光線Ｌｃの光路は、前群Ｇｆで回転対称軸Ｃと交差せず、開口Ｓの中心で回転対称軸Ｃと交差し、後群Ｇｂで回転対称軸Ｃと交差しない。
【００６８】    実施例１の光学系１では、後群Ｇｂの拡張回転自由曲面の接合透明体ＳＵｂ２で倍率の色を補正しているものである。実施例１の光学系１では、反射面を使用した前群Ｇｆで発生する物体側に凸の像面湾曲が後群で発生する像面湾曲と打ち消し合うようにすることにより、後群を簡単な構成にすることが可能となる。
【００６９】  図８は、実施例２の光学系１の回転対称軸Ｃを含む断面図を示す。ただし、図８では断面内の中心軸Ｃに対して片側に入射する光路のみを図示しており、中心軸Ｃに対して対称な光路も同時に存在するが、図示は省いてある。図９は、実施例２の光学系１の横収差図を示す。
【００７０】  実施例２の光学系１は、像面Ｉｍの中心を通る単一の回転対称軸Ｃ上に配置された回転対称な前群Ｇｆと、回転対称な後群Ｇｂと、開口Ｓと、を備え、前群Ｇｆは、２つの内部反射面と２つの透過面を有し、少なくとも一つの物体面から前群Ｇｆに入射する光束は、第１透過面１１に入射し、第１反射面１２で反射し、第２反射面１３で反射し、第２透過面１４から射出する光路を形成し、後群Ｇｂと開口Ｓを通過し、回転対称軸Ｃを含む断面内で中間結像すること無く、像面Ｉｍの回転対称軸Ｃから離れた位置に結像する。
【００７１】  実施例２の前群Ｇｆは、前群透明体Ｌｆを有する。前群透明体Ｌｆでは、回転対称軸に対して、第１透過面１１が第２反射面１３より外側に配置され、第１反射面１２が第２透過面１４より外側に配置されている。
【００７２】  前群透明体Ｌｆにおいて、第１透過面１１、第１反射面１２、及び第２反射面１３は、拡張回転自由曲面からなる。光路上、第１透過面１１は物体側に凸面を向けた正のパワーを有し、第１反射面１２は物体側に凸面を向けた負のパワーを有し、第２反射面１３は像側に凸を向けた負のパワーを有し、第２透過面１４は像側に凸面を向けた正のパワーを有する。
【００７３】  実施例２の後群Ｇｂは、両凹負レンズＬｂ１と両凸正レンズＬｂ２の接合レンズＳＵｂ１と、両凸正レンズＬｂ３と、両面が非球面からなる第１後群透明体Ｌｂ４と両面が非球面からなる第２後群透明体Ｌｂ７とを接合した接合透明体ＳＵｂ２と、からなる。
【００７４】  観察画角の中心から第１透過面１１に入射し、開口Ｓの中心を通る中心主光線Ｌｃの光路は、前群Ｇｆで回転対称軸Ｃと交差せず、開口Ｓの中心で回転対称軸Ｃと交差し、後群Ｇｂで回転対称軸Ｃと交差しない。
【００７５】  実施例２の光学系１では、後群Ｇｂの回転対称な非球面で倍率の色を補正しているものである。
【００７６】  図１０は、実施例３の光学系１の回転対称軸Ｃを含む断面図を示す。ただし、図１０では断面内の中心軸Ｃに対して片側に入射する光路のみを図示しており、中心軸Ｃに対して対称な光路も同時に存在するが、図示は省いてある。図１１は、実施例３の光学系１の横収差図を示す。
【００７７】  実施例３の光学系１は、像面Ｉｍの中心を通る単一の回転対称軸Ｃ上に配置された回転対称な前群Ｇｆと、回転対称な後群Ｇｂと、開口Ｓと、を備え、前群Ｇｆは、２つの内部反射面と２つの透過面を有し、少なくとも一つの物体面から前群Ｇｆに入射する光束は、第１透過面１１に入射し、第１反射面１２で反射し、第２反射面１３で反射し、第２透過面１４から射出する光路を形成し、後群Ｇｂと開口Ｓを通過し、回転対称軸Ｃを含む断面内で中間結像すること無く、像面Ｉｍの回転対称軸Ｃから離れた位置に結像する。
【００７８】  実施例３の前群Ｇｆは、前群透明体Ｌｆを有する。前群透明体Ｌｆでは、回転対称軸に対して、第１透過面１１が第２反射面１３より外側に配置され、第１反射面１２が第２透過面１４より外側に配置されている。
【００７９】  前群透明体Ｌｆにおいて、第１透過面１１、第１反射面１２、及び第２反射面１３は、拡張回転自由曲面からなる。光路上、第１透過面１１は物体側に凹面を向けた負のパワーを有し、第１反射面１２は物体側に凸面を向けた負のパワーを有し、第２反射面１３は物体側に凸面を向けた正のパワーを有し、第２透過面１４は像側に凸面を向けた正のパワーを有する。
【００８０】  実施例３の後群Ｇｂは、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｂ１と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ２の接合レンズＳＵｂ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｂ３と、からなる。
【００８１】  観察画角の中心から第１透過面１１に入射し、開口Ｓの中心を通る中心主光線Ｌｃの光路は、前群Ｇｆで回転対称軸Ｃと交差せず、開口Ｓの中心で回転対称軸Ｃと交差し、後群Ｇｂで回転対称軸Ｃと交差しない。
【００８２】  実施例３の光学系１では、後群Ｇｂをさらに簡素化したものである。
【００８３】  図１２は、実施例４の光学系１の回転対称軸Ｃを含む断面図を示す。ただし、図１２では断面内の中心軸Ｃに対して片側に入射する光路のみを図示しており、中心軸Ｃに対して対称な光路も同時に存在するが、図示は省いてある。図１３は、実施例４の光学系１の横収差図を示す。
【００８４】  実施例４の光学系１は、像面Ｉｍの中心を通る単一の回転対称軸Ｃ上に配置された回転対称な前群Ｇｆと、回転対称な後群Ｇｂと、開口Ｓと、を備え、前群Ｇｆは、２つの内部反射面と２つの透過面を有し、少なくとも一つの物体面から前群Ｇｆに入射する光束は、第１透過面１１に入射し、第１反射面１２で反射し、第２反射面１３で反射し、第２透過面１４から射出する光路を形成し、後群Ｇｂと開口Ｓを通過し、回転対称軸Ｃを含む断面内で中間結像すること無く、像面Ｉｍの回転対称軸Ｃから離れた位置に結像する。
【００８５】  実施例４の前群Ｇｆは、前群透明体Ｌｆを有する。前群透明体Ｌｆでは、回転対称軸に対して、第１透過面１１が第２反射面１３より外側に配置され、第１反射面１２が第２透過面１４より外側に配置されている。
【００８６】  前群透明体Ｌｆにおいて、第１透過面１１、第１反射面１２、及び第２反射面１３は、拡張回転自由曲面、第２透過面１４は、非球面からなる。光路上、第１透過面１１は物体側に凸面を向けた正のパワーを有し、第１反射面１２は物体側に凸面を向けた負のパワーを有し、第２反射面１３は像側に凸を向けた負のパワーを有し、第２透過面１４は像側に凸面を向けた正のパワーを有する。
【００８７】  実施例４の後群Ｇｂは、両凹負レンズＬｂ１と両凸正レンズＬｂ２の接合レンズＳＵｂ１と、両凸正レンズＬｂ３と、両面が非球面からなる第１後群透明体Ｌｂ４と両面が非球面からなる第２後群透明体Ｌｂ５とを接合した接合透明体ＳＵｂ２と、からなる。
【００８８】  観察画角の中心から第１透過面１１に入射し、開口Ｓの中心を通る中心主光線Ｌｃの光路は、前群Ｇｆで回転対称軸Ｃと交差せず、開口Ｓの中心で回転対称軸Ｃと交差し、後群Ｇｂで回転対称軸Ｃと交差しない。
【００８９】  実施例４の光学系１では、後群Ｇｂの回転対称な非球面で倍率の色を補正しているものである。実施例４の光学系１は、観察画角を±４５°とし、全画角で立体視が可能な例である。また、中心主光線Ｌｃは、画角０の光線となっている。
【００９０】  以下に、上記実施例１〜４の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の"ＥＲＦＳ"は拡張回転自由曲面をそれぞれ示す。
【００９１】実施例１面番号  曲率半径         面間隔  偏心     屈折率  アッベ数物体面     20.000        20.000    1    ERFS[1]           0.000 偏心(1)   2.0033    28.3   2    ERFS[2]           0.000 偏心(2)   2.0033    28.3   3    ERFS[3]           0.000 偏心(3)   2.0033    28.3   4    非球面[1]         0.000   5        ∞            0.000    6    絞り面            1.138    7       -2.065         0.400           1.7987    28.2   8        2.649         1.200           1.7203    49.3   9       -2.455         1.577   10       16.739         1.003           1.8830    40.7  11       -4.613         0.100   12        3.166         0.830           1.8830    40.7  13        8.271         0.121   14      219.799         0.500           1.7279    24.2  15        2.829         0.572   16    ERFS[4]           1.505 偏心(4)   1.4875    70.4  17    ERFS[5]           0.505 偏心(5)   1.9229    18.9  18    ERFS[6]           0.400 偏心(6) 像  面      ∞                          ERFS[1] RDY   22.601Ｃ1    8.2015e+000    Ｃ4    2.0201e-003                          ERFS[2] RDY    5.797Ｃ1   -2.6533e+000    Ｃ4    4.6187e-003                          ERFS[3] RDY   -9.029                          ERFS[4] RDY   -6.111                          ERFS[5] RDY   -5.401                          ERFS[6] RDY   -6.150                          非球面[1]曲率半径     -3.828k  -3.6188e+000            偏心[1] Ｘ    0.000  Ｙ   -4.500  Ｚ   -3.154 α   50.481  β    0.000  γ    0.000             偏心[2] Ｘ    0.000  Ｙ   -2.170  Ｚ    0.038 α   10.907  β    0.000  γ    0.000             偏心[3] Ｘ    0.000  Ｙ   -0.634  Ｚ   -6.062 α   -4.044  β    0.000  γ    0.000             偏心[4] Ｘ    0.000  Ｙ    0.605  Ｚ    0.000 α   26.929  β    0.000  γ    0.000             偏心[5] Ｘ    0.000  Ｙ    0.806  Ｚ    0.000 α  -41.928  β    0.000  γ    0.000             偏心[6] Ｘ    0.000  Ｙ    0.753  Ｚ    0.000 α  -21.960  β    0.000  γ    0.000 仕様  観察画角        １２０°（−４０°〜＋８０°）  絞り径          φ１．００ｍｍ  像の大きさ      φ０．８００〜φ２．４９６ｍｍ
【００９２】実施例２面番号  曲率半径         面間隔  偏心     屈折率  アッベ数物体面     20.000        20.000    1    ERFS[1]           0.000 偏心(1)   2.0033    28.3   2    ERFS[2]           0.000 偏心(2)   2.0033    28.3   3    ERFS[3]           0.000 偏心(3)   2.0033    28.3   4       -2.859         0.000    5        ∞           -1.000    6    絞り面            0.100    7       -1.510         0.400           1.8821    27.4   8        2.693         1.389           1.7978    44.4   9       -2.190         0.100   10        3.784         4.351           1.7094    50.1  11       -3.047         0.866   12    非球面[1]         0.400           1.4875    70.4  13    非球面[2]         1.200           1.9000    27.1  14    非球面[3]         0.200 像  面      ∞                          ERFS[1] RDY   19.487                          ERFS[2] RDY    4.153                          ERFS[3] RDY  -20.866                          非球面[1]曲率半径     -0.204k  -1.9502e+000                          非球面[2]曲率半径      0.305k  -2.3016e+000                          非球面[3]曲率半径      3.381k   0.0000e+000            偏心[1] Ｘ    0.000  Ｙ   -3.500  Ｚ   -4.235 α   44.624  β    0.000  γ    0.000             偏心[2] Ｘ    0.000  Ｙ   -1.400  Ｚ   -0.954 α   11.732  β    0.000  γ    0.000             偏心[3] Ｘ    0.000  Ｙ   -0.555  Ｚ   -6.147 α   -1.528  β    0.000  γ    0.000 仕様  観察画角        １２０°（−４０°〜＋８０°）  絞り径          φ０．９００ｍｍ  像の大きさ      φ０．７９７〜φ２．４９６ｍｍ
【００９３】実施例３面番号  曲率半径         面間隔  偏心      屈折率  アッベ数物体面     20.000        20.00   1    ERFS[1]           0.000  偏心(1)   2.0033    28.3   2    ERFS[2]           0.000  偏心(2)   2.0033    28.3   3    ERFS[3]           0.000  偏心(3)   2.0033    28.3   4       -4.267         0.000   5        ∞            0.000    6    絞り面            0.100    7       -1.641         0.400            1.8106    21.3   8      -98.538         1.383            1.8830    40.7   9       -2.282         2.906   10        3.149         3.504            1.8830    40.7  11        2.255         0.489 像  面      ∞                          ERFS[1] RDY  -19.710                          ERFS[2] RDY    7.950                          ERFS[3] RDY  103.054            偏心[1] Ｘ    0.000  Ｙ   -3.500  Ｚ   -3.787 α   35.758  β    0.000  γ    0.000             偏心[2] Ｘ    0.000  Ｙ   -1.438  Ｚ    0.090 α   10.409  β    0.000  γ    0.000             偏心[3] Ｘ    0.000  Ｙ   -0.767  Ｚ   -5.238 α    0.577  β    0.000  γ    0.000 仕様  観察画角        １２０°（−４０°〜＋８０°）  絞り径          φ０．８００ｍｍ  像の大きさ      φ０．７９９〜φ２．４９４ｍｍ
【００９４】実施例４面番号  曲率半径         面間隔  偏心     屈折率  アッベ数物体面     20.000        20.000    1    ERFS[1]           0.000 偏心(1)   2.0033    28.3   2    ERFS[2]           0.000 偏心(2)   2.0033    28.3   3    ERFS[3]           0.000 偏心(3)   2.0033    28.3   4    非球面[1]         0.000 偏心(4)    5        ∞           -1.000    6    絞り面            0.100    7       -1.462         0.400           1.7325    28.2   8        2.230         0.925           1.7380    48.0   9       -2.015         2.547   10        5.067         0.955           1.6653    31.3  11       -3.181         0.638   12    非球面[2]         0.400           1.4875    70.4  13    非球面[3]         1.200           1.9229    18.9  14    非球面[4]         0.353 像  面      ∞                          ERFS[1] RDY   24.174                          ERFS[2] RDY    4.918Ｃ1   -8.5134e+000    Ｃ4   -6.5400e-003                          ERFS[3] RDY  -74.534                          非球面[1]曲率半径     -2.486k   0.0000e+000                          非球面[2]曲率半径     -0.164k  -2.3066e+000                          非球面[3]曲率半径      0.184k  -1.9461e+000                          非球面[4]曲率半径      2.413k   0.0000e+000            偏心[1] Ｘ    0.000  Ｙ   -3.750  Ｚ   -6.482 α   42.493  β    0.000  γ    0.000             偏心[2] Ｘ    0.000  Ｙ   -1.439  Ｚ   -1.004 α    8.362  β    0.000  γ    0.000             偏心[3] Ｘ    0.000  Ｙ   -0.648  Ｚ   -8.349 α   -0.556  β    0.000  γ    0.000             偏心[4] Ｘ    0.000  Ｙ    0.000  Ｚ   -1.000 α    0.000  β    0.000  γ    0.000 仕様  観察画角        ９０°（−４５°〜＋４５°）  絞り径          φ１．０００ｍｍ  像の大きさ      φ０．７９３〜φ２．５０１ｍｍ
【００９５】  以下の表は、各実施例の要素と条件式（１）及び（２）に対応する値を示す。                        実施例１        実施例２        実施例３D1                    5.157           4.267           4.251D2                    0.972           1.086           1.557D3                    5.531           4.216           2.959条件式（１）D2/D1     0.188           0.255           0.366条件式（２）D1/D3     0.933           1.012           1.734
【００９６】  各実施例の光学系１は、物点距離が２０mmで設計されているが、像面位置を移動させることによって、無限遠又は任意の距離に容易に変更することが可能である。
【００９７】  また、回転対称軸Ｃ上の物点から射出する光束は輪帯状の入射瞳に円錐状に入射し、光学系１を通過して像面Ｉｍ上に円として結像する。このため収差図の第２像高のＸ方向サジタル面（回転対称軸と直交する断面）は円弧方向となり収差が著しく大きくなる。
【００９８】  図１４は、本実施形態の光学系１を用いた撮像装置２の主要部の内部回路を示すブロック図である。
【００９９】  図１４に示されるように、撮像装置２は、操作部２１と、この操作部２１に接続された制御部２２と、この制御部２２の制御信号出力ポートにバス２３及び２４を介して接続された撮像駆動回路２５並びに一時記憶メモリ２６、画像処理部２７、記憶部２８を備えている。
【０１００】  上記の一時記憶メモリ２６、画像処理部２７、記憶部２８は、バス３１を介して相互にデータの入力、出力が可能とされている。また、撮像駆動回路２５には、ＣＣＤ等の撮像素子３２とＣＤＳ／ＡＤＣ部３３が接続されている。
【０１０１】  操作部２１は、各種の入力ボタンやスイッチを備え、これらを介して操作者から入力されるイベント情報を制御部２２に通知する。制御部２２は、例えばＣＰＵなどからなる中央演算処理装置であって、不図示のプログラムメモリを内蔵し、プログラムメモリに格納されているプログラムに従って、撮像装置２を制御する。
【０１０２】  撮像素子３２は、撮像駆動回路２５により駆動制御され、光学系１を介して形成された物体像の画素ごとの光量を電気信号に変換し、ＣＤＳ／ＡＤＣ部３３に出力する。
【０１０３】  ＣＤＳ／ＡＤＣ部３３は、撮像素子３２から入力される電気信号を増幅し、かつ、アナログ／デジタル変換を行って、この増幅とデジタル変換を行っただけの映像生データ（ベイヤーデータ、以下ＲＡＷデータという。）を一時記憶メモリ２６に出力する回路である。
【０１０４】  一時記憶メモリ２６は、例えばＳＤＲＡＭ等からなるバッファであり、ＣＤＳ／ＡＤＣ部３３から出力されるＲＡＷデータを一時的に記憶するメモリ装置である。
【０１０５】  画像処理部２７は、一時記憶メモリ２６に記憶されたＲＡＷデータ又は記憶部２８に記憶されているＲＡＷデータを読み出して、制御部２２にて指定された画質パラメータに基づいて歪曲収差補正を含む各種画像処理を電気的に行う回路である。
【０１０６】  記憶部２８は、例えばフラッシュメモリ等からなるカード型又はスティック型の記憶媒体を着脱自在に装着して、これらのフラッシュメモリに、一時記憶メモリ２６から転送されるＲＡＷデータや画像処理部２７で画像処理された画像データを記録して保持する。
【０１０７】  このように構成された撮像装置２は、本実施形態の光学系１を採用することで、小型で動画撮像に適したものとすることが可能となる。
【０１０８】  図１５は、本実施形態の光学系１を硬性内視鏡先端の撮影光学系として用いた内視鏡システム４を示す図である。
【０１０９】  図１５（ａ）は、硬性内視鏡４１の長尺部４１ａの先端に本実施形態にかかる光学系１を取り付けて画像を立体的に撮像観察する内視鏡システム４である。図１５（ｂ）にその先端の概略の構成を示す。硬性内視鏡４の先端には、本実施形態にかかる光学系１を設置し、光学系１の像面に撮像素子３２を設置する。撮像素子３２に形成された画像は、画素ごとの光量が電気信号に変換され、図１４に示した撮像装置２の各電子部品を介して図示しない表示部に表示される。すなわち、内視鏡システム４は、硬性内視鏡４１に内蔵された光学系１を用いた図１４に示したような撮像装置２と図示しない表示部を含む。表示部は、液晶表示モニター等にて構成され、撮影したＲＡＷデータ、画像データや操作メニューなどを表示してもよい。なお、撮像装置２の主要電子部品は、硬性内視鏡４１の先端に内蔵される必要はなく、図１５（ａ）に示した操作部２１又は別体のケース内等に設けてもよい。
【０１１０】  図１６は、本実施形態の光学系１を軟性内視鏡先端の撮影光学系として用いた内視鏡システム４を示す図である。
【０１１１】  図１６に示す例は、軟性電子内視鏡４２の長尺部４２ａの先端に本実施形態にかかる光学系１を取り付けて、図１４に示した撮像素子３２に形成された画像を、表示部２９に画像処理を施して歪みを補正して立体的に表示するようにした内視鏡システム４である。すなわち、内視鏡システム４は、軟性内視鏡４２に内蔵された光学系１を用いた図１４に示した撮像装置２と表示部２９を含む。表示部２９は、液晶表示モニター等にて構成され、撮影したＲＡＷデータ、画像データや操作メニューなどを表示してもよい。なお、撮像装置２の主要電子部品は、軟性電子内視鏡４２の先端に内蔵される必要はなく、図１６に示したように、操作部２１又は別体のケース４２ｂ内等に設けてもよい。
【０１１２】  このように、内視鏡システム４は、光学系１を用いた撮像装置２及び表示部２９を含むことにより、画像を立体的に撮像観察することが可能となる。なお、内視鏡システム４は、カプセル内部に収納した光学系１を経て撮像素子３２に形成された画像信号を無線でカプセル外部に送信し、カプセル外部の表示部に送信された画像を表示させるようなカプセル内視鏡で構成してもよい。
【０１１３】  図１７は、本実施形態の光学系１を自動車の測距離システム５として用いた例を示す図である。図１８は、本実施形態の光学系１を用いた測距離システム５のブロック図である。
【０１１４】  図１７（ａ）は、自動車５０の前方に本実施形態にかかる撮像装置２の光学系１を取り付けて、自動車前方を撮像し、図１４に示したように各電子部品を介して画像処理を施して歪みを補正した後、図１８に示した距離演算装置によって演算処理し、前方の車両等の対象物との距離を求める。また、図示しない車内の表示装置に各光学系１を経て撮像された画像を表示してもよい。さらに、測距離システム５は、速度情報検出部６０から車両の速度又は加速度等を求め、対象物との距離と速度又は加速度等の関係から前方の対象物に衝突するおそれがあると判断した場合に自動で制動する自動制動装置６１に適用してもよい。また、前方の対象物に衝突するおそれがあると判断した場合に警報を鳴らす警報装置６２に適用してもよい。
【０１１５】  図１７（ｂ）は、自動車５０の各コーナやヘッド部のポールの頂部に本実施形態にかかる光学系１を複数取り付けた例である。この場合も、測距離システム５は、図１４に示したように各電子部品を介して画像処理を施して歪みを補正した後、図１８に示した距離演算装置によって演算処理し、対象物との距離を求めることができる。また、図示しない車内の表示装置に各光学系１を経て撮像された画像を表示してもよい。さらに、測距離システム５は、速度情報検出部６１から車両の速度又は加速度等を求め、対象物との距離と速度又は加速度等の関係から前方の対象物に衝突するおそれがあると判断した場合に自動で制動する自動制動装置６０に適用してもよい。また、対象物に衝突するおそれがあると判断した場合に警報を鳴らす警報装置６２に適用してもよい。
【０１１６】  なお、本実施形態の光学系１を含む撮像装置２を用いた測距離システム５は、高解像な像を取得することができるので、特に小さな対象物であっても距離を測定することが可能である。
【０１１７】  なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、当業者であれば、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えても、本発明の範囲を超えないことは理解できよう。従って、本発明の例示的な実施形態は、権利請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。
【符号の説明】
【０１１８】１…光学系Ｇｆ…前レンズ群Ｇｂ…後レンズ群Ｓ…絞りＩｍ…像面                                      
【図１】
2016189644.tif 000003
【図２】
2016189644.tif 000004
【図３】
2016189644.tif 000005
【図４】
2016189644.tif 000006
【図５】
2016189644.tif 000007
【図６】
2016189644.tif 000008
【図７】
2016189644.tif 000009
【図８】
2016189644.tif 000010
【図９】
2016189644.tif 000011
【図１０】
2016189644.tif 000012
【図１１】
2016189644.tif 000013
【図１２】
2016189644.tif 000014
【図１３】
2016189644.tif 000015
【図１４】
2016189644.tif 000016
【図１５】
2016189644.tif 000017
【図１６】
2016189644.tif 000018
【図１７】
2016189644.tif 000019
【図１８】
2016189644.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月24日(2017.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像面の中心を通る単一の回転対称軸上に配置された回転対称な前群と、
回転対称な後群と、
開口と、
を備え、
前記前群は、２つの内部反射面と２つの透過面を有し、
少なくとも一つの物体面から前記前群に入射する光束は、第１透過面に入射し、第１反射面で反射し、第２反射面で反射し、第２透過面から射出する光路を形成し、
前記後群と前記開口を通過し、
前記回転対称軸を含む断面内で中間結像すること無く、前記像面の前記回転対称軸から離れた位置に結像する
ことを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記前群の前記第１反射面は、物体側に凸面を向けた負のパワーを有する
請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記前群では、前記回転対称軸に対して、
前記第１透過面が前記第２反射面より外側に配置され、
前記第１反射面が前記第２透過面より外側に配置されている
請求項２に記載の光学系。
【請求項４】
観察画角の中心から前記第１透過面に入射し、前記開口の中心を通る中心主光線の前記前群における光路は、前記回転対称軸と交差しない
請求項２又は３に記載の光学系。
【請求項５】
前記第１透過面の前記回転対称軸に対して垂直な方向において、前記物体面から前記前群に入射し前記像面に結像する光路が形成される有効領域の幅をＤ１、
前記第２反射面の前記回転対称軸に対して垂直な方向において、前記物体面から前記前群に入射し前記像面に結像する光路が形成される有効領域の幅をＤ２、
とすると、
以下の条件式（１）を満足する
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の光学系。
０．０５  ＜  Ｄ２／Ｄ１  ＜  １          （１）
【請求項６】
前記第１透過面の前記回転対称軸に対して垂直な方向において、前記物体面から前記前群に入射し、前記像面に結像する光路が形成される有効領域の幅をＤ１、
前記第１透過面の前記回転対称軸に対して平行な方向において、前記物体面から前記前群に入射し、前記像面に結像する光路が形成される有効領域の幅をＤ３、
とすると、以下の条件式（２）を満足する
請求項１乃至５のいずれか１つに記載の光学系。
０．２  ＜  Ｄ１／Ｄ３  ＜  ５            （２）
【請求項７】
前記前群の前記第１透過面は、物体側に凸面を向けた正のパワーを有する
請求項１乃至６のいずれか１つに記載の光学系。
【請求項８】
前記前群の少なくとも１面は、回転対称自由曲面で構成されている
請求項１乃至７のいずれか１つに記載の光学系。
【請求項９】
前記後群の少なくとも１面は、回転対称自由曲面で構成されている
請求項８に記載の光学系。
【請求項１０】
前記後群が、両面が拡張回転自由曲面からなる透明体を有する
請求項９に記載の光学系。
【請求項１１】
前記後群が、両面が拡張回転自由曲面からなる２つの透明体を接合して構成した接合透明体を有する
請求項９に記載の光学系。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の光学系と、
前記光学系を介して形成された画像の画素ごとの光量を電気信号に変換する撮像素子と、
を備える撮像装置。
【請求項１３】
前記撮像装置を操作する操作部と、
前記操作部からの信号に基づいて前記撮像装置を制御する制御部と、
前記撮像素子からの電気信号を処理し画像を取得する画像処理部と、
前記取得した画像を記録する記録部と、
を備えることを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の撮像装置と、
前記画像を表示する表示部と、
を備えること特徴とする内視鏡システム。
【請求項１５】
請求項１２又は１３に記載の撮像装置と、
前記撮像装置が取得した対象物の撮影画像に画像処理を施した後、演算処理し、前記対象物との距離を求める距離演算装置と、
を備えることを特徴とする測距離システム。
【国際調査報告】
2016189644.tif 000021
2016189644.tif 000022
2016189644.tif 000023
2016189644.tif 000024