(57)【要約】  立体撮像光学系１は、物体側から像面側へ順に、少なくとも、負レンズと、開口Ｓと、を有し、第１中心軸Ｃ１に対して回転対称な第１光学系Ｇ１と、第１中心軸Ｃ１に平行な第２中心軸Ｃ２に対して回転対称であって、第１光学系Ｇ１と同一構成で並列に配置される第２光学系Ｇ２と、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２のそれぞれの光路に交差するように配置される可変光学系Ｇｖと、を備え、可変光学系Ｇｖは、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを変化させる少なくとも１つの可変光学系Ｇｖを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から像面側へ順に、少なくとも、負レンズと、開口と、を有し、第１中心軸に対して回転対称な第１光学系と、
前記第１中心軸に平行な第２中心軸に対して回転対称であって、前記第１光学系と同一構成で並列に配置される第２光学系と、
前記第１光学系及び前記第２光学系のそれぞれの光路に交差するように配置される可変光学系と、
を備え、
前記可変光学系は、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを変化させる少なくとも１つの可変光学素子を有する
ことを特徴とする立体撮像光学系。
【請求項２】
前記可変光学素子は、
前記第１光学系及び前記第２光学系について、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを同時に変化させる
請求項１に記載の立体撮像光学系。
【請求項３】
前記可変光学素子は、
透過面を有し、
前記第１光学系及び前記第２光学系に等しい屈折作用を与える
請求項１又は２に記載の立体撮像光学系。
【請求項４】
前記第１光学系及び前記第２光学系は、それぞれ、物体側から像面側へ順に、負レンズを有する前群と、開口と、後群と、を有し、
前記可変光学系は、前記前群よりも像面側に配置される
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の立体撮像光学系。
【請求項５】
前記可変光学系は、前記前群と前記後群の間に配置される
請求項４に記載の立体撮像光学系。
【請求項６】
前記可変光学系は、前記後群よりも像面側に配置される
請求項４に記載の立体撮像光学系。
【請求項７】
前記可変光学素子は、単一の回転中心軸の周りに回転可能である
請求項５又は６に記載の立体撮像光学系。
【請求項８】
前記可変光学素子は、前記回転中心軸を対称軸とする回転対称な形状である
請求項７に記載の立体撮像光学系。
【請求項９】
前記可変光学素子は、
第１面部と、
前記第１面部と同一構成で前記第１面部に対して前記回転中心軸を中心に所定角度回転した位置に配置される第２面部と、
を少なくとも１組有する
請求項５又は６に記載の立体撮像光学系。
【請求項１０】
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ、少なくとも、
前記回転中心軸に直交する平面からなる第１平面部と、
前記回転中心軸に直交する平面からなり、前記第１平面部とは前記回転中心軸方向の厚さが異なる前記第２平面部と、
を有する
請求項９に記載の立体撮像光学系。
【請求項１１】
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ所定の傾斜角で傾斜する少なくとも１つの傾斜面からなる
請求項９又は１０に記載の立体撮像光学系。
【請求項１２】
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ前記回転中心軸を中心とする円の周方向に傾斜する少なくとも１つの螺旋面からなる
請求項９乃至１１のいずれか１つに記載の立体撮像光学系。
【請求項１３】
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ前記回転中心軸を中心とする円の周方向に連続して前記回転中心軸に対する放射方向の角度が変化する少なくとも１つの放射方向傾斜面からなる
請求項９乃至１２のいずれか１つに記載の立体撮像光学系。
【請求項１４】
前記可変光学素子は、
部分的曲率が変化している少なくとも１つの曲面を有する
請求項７又は８に記載の立体撮像光学系。
【請求項１５】
前記曲面は、自由曲面である
請求項１４に記載の立体撮像光学系。
【請求項１６】
前記可変光学素子は、中心軸方向に移動可能な少なくとも１つの正又は負のレンズを有する
請求項６に記載の立体撮像光学系。
【請求項１７】
前記可変光学系は、
前記第１中心軸と前記第２中心軸の中間に光学系中心軸が配置され、
前記光学系中心軸に対して回転対称な正と負の２枚のレンズからなり、
前記正と負の２枚のレンズのうち少なくとも１枚のレンズは、前記光学系中心軸方向に移動可能な前記可変光学素子である
請求項１６に記載の立体撮像光学系。
【請求項１８】
前記可変光学系は、
前記第１中心軸と前記第２中心軸の中間に光学系中心軸が配置され、
前記光学系中心軸に対して回転対称な正又は負の１枚のレンズからなり、
前記正又は負の１枚のレンズは、前記光学系中心軸方向に移動可能な前記可変光学素子である
請求項１６に記載の立体撮像光学系。
【請求項１９】
前記第１中心軸と前記第２中心軸の間隔は、１０ｍｍ以下である
請求項１乃至１８のいずれか１つに記載の立体撮像光学系。
【請求項２０】
物体側観察画角が６０°以上である
請求項１乃至１９のいずれか１つに記載の立体撮像光学系。
【請求項２１】
前記可変光学系は、後群の単一の中心軸を有する正と負又はどちらか一方の光学系全体の焦点距離をｆb、光学系全体の焦点距離をｆとするとき、以下の条件式（２）を満足する
請求項１乃至２０のいずれか１つに記載の立体撮像光学系。
１０  ＜  ｜ｆｂ／ｆ｜      （２）
【請求項２２】
前記可変光学系は、後群の単一の中心軸を有する正と負又はどちらか一方の可変光学素子の移動量をｄｖ、光学系全体の焦点距離をｆとするとき、以下の条件式（３）を満足する請求項１乃至２１のいずれか１つに記載の立体撮像光学系。
０．３  ＜  ｄｖ／ｆ        （３）
【請求項２３】
請求項１乃至２２のいずれか１つに記載の立体撮像光学系と、
前記像面に配置され、複数の画素を有する撮像素子と、
を備える
ことを特徴とする立体撮像装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の立体撮像装置を備える
ことを特徴とする内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明にかかる一実施形態は、視差のある映像を撮像する立体撮像光学系及び立体撮像装置及び内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体視用に視差の異なる２つの画像を撮像する立体撮像光学系は、２つの撮像光学系を並列に配置したものが一般的であった（特許文献１参照）。また、拡大して観察する顕微鏡用光学系として、物体側に単一の中心軸を有する光学系を配置した立体撮像光学系が開示されている（特許文献２参照）。さらに、双眼実体顕微鏡用の立体撮像光学系が開示されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１１３２８１号公報
【特許文献２】特開平６−１７５０３３号公報
【特許文献３】特開２０１１−７０１１９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乃至３に記載された技術は、いずれも画角が狭く、小型な光学系ではない。【０００５】
本発明は、小型で観察画角の広い立体像を得ることが可能な立体撮像光学系、立体撮像装置及び内視鏡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立体撮像光学系は、
物体側から像面側へ順に、少なくとも、負レンズと、開口と、を有し、第１中心軸に対して回転対称な第１光学系と、
前記第１中心軸に平行な第２中心軸に対して回転対称であって、前記第１光学系と同一構成で並列に配置される第２光学系と、
前記第１光学系及び前記第２光学系のそれぞれの光路に交差するように配置される可変光学系と、
を備え、
前記可変光学系は、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを変化させる少なくとも１つの可変光学素子を有する
ことを特徴とする。【０００７】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学素子は、
前記第１光学系及び前記第２光学系について、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを同時に変化させる。【０００８】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学素子は、
透過面を有し、
前記第１光学系及び前記第２光学系に等しい屈折作用を与える。【０００９】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記第１光学系及び前記第２光学系は、それぞれ、物体側から像面側へ順に、負レンズを有する前群と、開口と、後群と、を有し、
前記可変光学系は、前記前群よりも像面側に配置される。【００１０】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学系は、前記前群と前記後群の間に配置される。【００１１】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学系は、前記後群よりも像面側に配置される。【００１２】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学素子は、単一の回転中心軸の周りに回転可能である。【００１３】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学素子は、前記回転中心軸を対称軸とする回転対称な形状である。【００１４】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学素子は、
第１面部と、
前記第１面部と同一構成で前記第１面部に対して前記回転中心軸を中心に所定角度回転した位置に配置される第２面部と、
を少なくとも１組有する。【００１５】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ、少なくとも、
前記回転中心軸に直交する平面からなる第１平面部と、
前記回転中心軸に直交する平面からなり、前記第１平面部とは前記回転中心軸方向の厚さが異なる前記第２平面部と、
を有する。【００１６】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ所定の傾斜角で傾斜する少なくとも１つの傾斜面からなる。【００１７】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ前記回転中心軸を中心とする円の周方向に傾斜する少なくとも１つの螺旋面からなる。【００１８】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ前記円の周方向に連続して前記回転中心軸に対する放射方向の角度が変化する少なくとも１つの放射方向傾斜面からなる。【００１９】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学素子は、
部分的曲率が変化している少なくとも１つの曲面を有する。【００２０】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記曲面は、自由曲面である。【００２１】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学素子は、中心軸方向に移動可能な少なくとも１つの正又は負のレンズを有する。【００２２】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学系は、
前記第１中心軸と前記第２中心軸の中間に光学系中心軸が配置され、
前記光学系中心軸に対して回転対称な正と負の２枚のレンズからなり、
前記正と負の２枚のレンズのうち少なくとも１枚のレンズは、前記光学系中心軸方向に移動可能な前記可変光学素子である。【００２３】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学系は、
前記第１中心軸と前記第２中心軸の中間に光学系中心軸が配置され、
前記光学系中心軸に対して回転対称な正又は負の１枚のレンズからなり、
前記正又は負の１枚のレンズは、前記光学系中心軸方向に移動可能な前記可変光学素子である。【００２４】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記第１中心軸と前記第２中心軸の間隔は、１０ｍｍ以下である。【００２５】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
物体側観察画角が６０°以上である。【００２６】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学系は、後群の単一の中心軸を有する正と負又はどちらか一方の光学系全体の焦点距離をｆb、光学系全体の焦点距離をｆとするとき、以下の条件式（２）を満足する。
１０  ＜  ｜ｆｂ／ｆ｜        （２）【００２７】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学系は、後群の単一の中心軸を有する正と負又はどちらか一方の光学系全体の焦点距離をｆb、光学系全体の焦点距離をｆとするとき、以下の条件式（２）を満足する。
５０  ＜  ｜ｆｂ／ｆ｜      （２’）【００２８】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学系は、後群の単一の中心軸を有する正と負又はどちらか一方の可変光学素子の移動量をｄｖ、光学系全体の焦点距離をｆとするとき、以下の条件式（３）を満足する。
０．３  ＜  ｄｖ／ｆ          （３）【００２９】
本発明の一実施形態である立体撮像装置は、
前記立体撮像光学系と、
前記像面に配置され、複数の画素を有する撮像素子と、
を備える
ことを特徴とする。【００３０】
本発明の一実施形態である内視鏡は、
前記立体撮像装置を備える
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系、立体撮像装置、及び内視鏡によれば、小型で観察画角の広い立体像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る一実施形態の立体撮像光学系１の光学系中心軸Ｃに沿ってとった断面図である。
【図２】可変光学系Ｇｖが前群Ｇｆ１，Ｇｆ２と後群Ｇｂ１，Ｇｂ２の間に配置される一実施形態の立体撮像光学系１を示す図である。
【図３】平面部を有する可変光学素子３の一例を示す図である。
【図４】図３に示した可変光学素子３を回転中心軸ＣＲ方向から見た図である。
【図５】他の例の可変光学素子３を回転中心軸ＣＲ方向から見た図である。
【図６】他の例の可変光学素子３を回転中心軸ＣＲ方向から見た図である。
【図７】傾斜面を有する可変光学素子４の一例を示す図である。
【図８】螺旋面を有する可変光学素子５の一例を示す図である。
【図９】第１面部５ａ及び第２面部５ｂが段部５ａ’，５ｂ’を有する可変光学素子５の一例を示す図である。
【図１０】放射方向傾斜面６を有する可変光学素子６の一例を示す図である。
【図１１】図１０に示した可変光学素子６をＸ軸方向から見た図である。
【図１２】図１０に示した可変光学素子６をＹ軸方向から見た図である。
【図１３】補正光学素子６０を用いた可変光学系Ｇｖを示す図である。
【図１４】自由曲面７を有する可変光学素子７の一例を示す図である。
【図１５】少なくとも１つの光学素子８１が中心軸方向に移動可能な可変光学系Ｇｖの一例を示す図である。
【図１６】本発明に係る一実施形態の立体撮像光学系１の焦点距離ｆを説明する図である。
【図１７】実施例１の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。
【図１８】実施例１の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。
【図１９】実施例１の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。
【図２０】実施例１の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。
【図２１】実施例１の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。
【図２２】実施例１の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【図２３】実施例２の立体撮像光学系１の像の移動を示す図である。
【図２４】実施例５の可変光学系Ｇｖの可変光学素子７の自由曲面形状を示す図である。
【図２５】実施例５の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。
【図２６】実施例５の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。
【図２７】実施例５の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。
【図２８】実施例５の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。
【図２９】実施例６の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。
【図３０】実施例６の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。
【図３１】実施例６の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。
【図３２】実施例６の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。
【図３３】実施例６の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。
【図３４】実施例６の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【図３５】実施例７の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。
【図３６】実施例７の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。
【図３７】実施例７の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。
【図３８】実施例７の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。
【図３９】実施例７の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。
【図４０】実施例７の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【図４１】実施例８の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。
【図４２】実施例８の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。
【図４３】実施例８の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。
【図４４】実施例８の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。
【図４５】実施例８の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。
【図４６】実施例８の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【図４７】実施例９の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。
【図４８】実施例９の可変光学素子９の物体側の面の概念図である。
【図４９】実施例９の可変光学素子９の像面側の面の概念図である。
【図５０】実施例９の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。
【図５１】実施例９の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。
【図５２】実施例９の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。
【図５３】実施例９の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。
【図５４】実施例９の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【図５５】実施例１０の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。
【図５６】実施例１０の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖを示す。
【図５７】実施例１０の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。
【図５８】実施例１０の立体撮像光学系１の中間状態での収差図を示す。
【図５９】実施例１０の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。
【図６０】実施例１０の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【図６１】実施例１１の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖを示す。
【図６２】実施例１１の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。
【図６３】実施例１１の立体撮像光学系１の中間状態での収差図を示す。
【図６４】実施例１１の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。
【図６５】実施例１１の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【図６６】実施例１２の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖを示す。
【図６７】実施例１２の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。
【図６８】実施例１２の立体撮像光学系１の中間状態での収差図を示す。
【図６９】実施例１２の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。
【図７０】実施例１２の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【図７１】実施例１３の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖを示す。
【図７２】実施例１３の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。
【図７３】実施例１３の立体撮像光学系１の中間状態での収差図を示す。
【図７４】実施例１３の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。
【図７５】実施例１３の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【図７６】実施例１４の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。
【図７７】実施例１４の可変光学系Ｇｖの中心軸Ｃに沿った断面図である。
【図７８】実施例１４の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。
【図７９】実施例１４の立体撮像光学系１の中間状態での横収差図である。
【図８０】実施例１４の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。
【図８１】実施例１４の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【図８２】本実施形態の光学系を自動車の撮像光学系として用いた例を示す図である。
【図８３】本実施形態の光学系を内視鏡先端の撮像光学系として用いた例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本実施形態の立体撮像光学系１について説明する。
【００３４】
図１は、本発明に係る一実施形態の立体撮像光学系１の光学系中心軸Ｃに沿ってとった断面図である。
【００３５】
従来、立体撮像する方法は、以下の３つのパターンが一般的であった。
１．完全に独立した２つの中心軸からなる光学系で撮像する。
２．全体は１つの中心軸で瞳分割により視差を得る光学系で撮像する。
３．物体側から２つの中心軸の前群と１つの中心軸の後群からなる光学系で撮像する。
【００３６】
１．の光学系で撮像する方法では、機械的又は電気的なリンク機構で２つの中心軸を調整するため、それぞれを連動させる必要があり、構造が複雑になり装置として大型になってしまう。２．の光学系で撮像する方法では、画角を広く取ろうとすると、物体側に強い負のレンズを配置するレトロフォーカス型のパワー配置にする必要があり、入射瞳の間隔を広く取るためには大きな光学系が必要になってしまう。３．の光学系で撮像する方法では、画角が広くなると、偏心して配置された前群で発生する左右非対称な像歪みが大きく発生し、この左右非対称な像歪みが立体観察時の奥行きを誤認識させてしまう。
【００３７】
また、従来の立体撮像装置は、撮像素子の画素数が例えば３０万画素程度で少なく、Ｆナンバーが大きかったため、焦点深度が深く、フォーカス調整は不要であった。
【００３８】
近年、小型で高画素数の撮像素子が実用化されるようになったため、像高が小さくても高解像な撮像が可能になった。例えば１００万画素を超える高解像な撮像をするためには、撮像光学系は、Ｆナンバーを小さくして、解像限界を小さくする必要があり、そのため、焦点深度が浅くなり、フォーカス調整が必須になる。
【００３９】
本実施形態の立体撮像光学系１は、小型で高解像な観察画角の広い立体像を得ることを可能とするものである。
【００４０】
そのために、本実施形態の立体撮像光学系１は、物体側から像面側へ順に、少なくとも、負レンズＬｆ１1と、開口Ｓ１と、を有し、第１中心軸Ｃ１に対して回転対称な第１光学系Ｇ１と、第１中心軸Ｃ１に平行な第２中心軸Ｃ２に対して回転対称であって、第１光学系Ｇ１と同一構成で並列に配置される第２光学系Ｇ２と、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２のそれぞれの光路に交差するように配置される可変光学系Ｇｖと、を備え、可変光学系Ｇｖは、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを変化させる少なくとも１つの可変光学素子２を有することが好ましい。
【００４１】
第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２の物体側に負レンズＬｆ１1，Ｌｆ１2を配置し、負レンズＬｆ１1，Ｌｆ１2より像面Ｉ側の任意の位置に開口Ｓ１，Ｓ２を配置することにより、非対称像歪みがなく、広画角を有し、１００ｍｍ以下の比較的近い物点を違和感なく立体視することが可能な視差のある立体画像を撮像することが可能となる。
【００４２】
さらに、可変光学系Ｇｖは、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２の少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを変化させる少なくとも１つの可変光学素子２を有するので、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２の特性を一度に変化させることができ、小型な撮像光学系を形成することが可能となる。
【００４３】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、可変光学素子２は、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２について、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを同時に変化させるので、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２の特性を同時に変化させることができ、性能を向上させることが可能となる。
【００４４】
また、可変光学素子２は、透過面を有し、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２に等しい屈折作用を与えることが好ましい。
【００４５】
第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２に等しい屈折作用を与えるので、違和感なく立体視することが可能となる。
【００４６】
また、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２は、それぞれ、物体側から像面側へ順に、負レンズＬｆ１1，Ｌｆ１2を有する前群Ｇｆ１，Ｇｆ２と、開口Ｓ１，Ｓ２と、後群Ｇｂ１，Ｇｂ２と、を有し、可変光学系Ｇｖは、前群Ｇｆ１，Ｇｆ２よりも像面Ｉ側に配置されることが好ましい。
【００４７】
可変光学系Ｇｖを前群Ｇｆ１，Ｇｆ２よりも像面Ｉ側に配置するので、光束の変化を少なくすることが可能となる。
【００４８】
図２は、可変光学系Ｇｖが前群Ｇｆ１，Ｇｆ２と後群Ｇｂ１，Ｇｂ２の間に配置される一実施形態の立体撮像光学系１を示す図である。
【００４９】
可変光学系Ｇｖは、前群Ｇｆ１，Ｇｆ２と後群Ｇｂ１，Ｇｂ２の間に配置されることが好ましい。
【００５０】
可変光学系Ｇｖを前群Ｇｆ１，Ｇｆ２と後群Ｇｂ１，Ｇｂ２の間に配置するので、可変光学系Ｇｖが開口Ｓ１，Ｓ２に近くなり、軸外収差を悪化させることなくフォーカスを変化させることが可能となると共に、少ない像劣化で輻輳を変化させることが可能となる。
【００５１】
また、可変光学素子２は、単一の回転中心軸ＣＲの周りに回転可能であることが好ましい。
【００５２】
可変光学素子２が単一の回転中心軸ＣＲの周りに回転するので、簡単な機構で第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２のそれぞれの光路に交差することが可能となる。
【００５３】
また、可変光学素子２は、回転中心軸ＣＲを対称軸とする回転対称な形状であることが好ましい。
【００５４】
可変光学素子２が回転中心軸ＣＲを対称軸とする回転対称な形状なので、簡単な構造で第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２のそれぞれの光路に交差し、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを変化させることが可能となる。
【００５５】
図３は、平面部を有する可変光学素子３の一例を示す図である。図４は、図３に示した可変光学素子３を回転中心軸方向から見た図である。また、図４（ａ）は可変光学素子３の第１状態、図４（ｂ）は可変光学素子３の第２状態、図４（ｃ）は可変光学素子３の第３状態を示す。
【００５６】
可変光学系Ｇｖは、可変光学素子３を有することが好ましい。可変光学素子３は、第１面部３ａと、第１面部３ａと同一構成で第１面部３ａに対して回転中心軸ＣＲを中心に所定角度回転した位置に配置される第２面部３ｂと、を少なくとも１組有することが好ましい。
【００５７】
可変光学素子３は、このような構成の第１面部３ａと第２面部３ｂを少なくとも１組有するので、可変光学系Ｇｖを回転させることにより、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを変化させることが可能となる。
【００５８】
また、可変光学素子３では、第１面部３ａ及び第２面部３ｂは、それぞれ、少なくとも、回転中心軸ＣＲに直交する平面からなる第１平面部３ａ1，３ｂ1と、回転中心軸ＣＲに直交する平面からなり、第１平面部３ａ1，３ｂ1とは回転中心軸ＣＲ方向の厚さが異なる第２平面部３ａ2，３ｂ2と、を有することが好ましい。
【００５９】
図３に示す例では、可変光学素子３は、第１面部３ａと第２面部３ｂとの境界に、それぞれ第１境界段部３ａｂ及び第２境界段部３ｂａが形成され、第１平面部３ａ1，３ｂ1と第２平面部３ａ2，３ｂ2との間には、それぞれ第１切替段部３ａ’及び第２切替段部３ｂ’が形成される。
【００６０】
また、可変光学素子３は、第１平面部３ａ1，３ｂ1に、それぞれ物点１ｍｍの光束Ｌｏ１1，Ｌｏ１2を通過させるための通過孔３ａ11，３ｂ11が形成される。そして、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５1，Ｌｏ１５2は、第１平面部３ａ1，３ｂ1を透過し、物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０1，Ｌｏ５０2は、第２平面部３ａ2，３ｂ2を透過する。
【００６１】
可変光学素子３において、第１面部３ａ及び第２面部３ｂは、それぞれ、少なくとも第１平面部３ａ1，３ｂ1と第２平面部３ａ2，３ｂ2と、を有するので、可変光学素子３を回転させることにより、光路長が切り替わり、物点距離に応じて的確な回転角を与えてフォーカスをあわせることが可能となる。なお、本実施形態では、像点の移動がないので、光学系の任意の位置に所定の厚さの可変光学素子３を配置することが可能である。
【００６２】
例えば、図４（ａ）に示すように、第１状態として、第１光学系Ｇ１の中心軸Ｃ１及び第２光学系Ｇ２の中心軸Ｃ２に、物体側から見て、それぞれ可変光学素子３の通過孔３ａ11，３ｂ11が重なるようにあわせて、物点１ｍｍの光束Ｌｏ１1，Ｌｏ１2を通過させることが好ましい。また、図４（ｂ）に示すように、第２状態として、第１光学系Ｇ１の中心軸Ｃ１及び第２光学系Ｇ２の中心軸Ｃ２に、物体側から見て、それぞれ可変光学素子３の第１平面部３ａ1，３ｂ1が重なるようにあわせて、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５1，Ｌｏ１５2を透過させることが好ましい。さらに、図４（ｃ）に示すように、第３状態として、第１光学系Ｇ１の中心軸Ｃ１及び第２光学系Ｇ２の中心軸Ｃ２に、物体側から見て、それぞれ可変光学素子３の第２平面部３ａ2，３ｂ2が重なるようにあわせて、物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０1，Ｌｏ５０2を透過させることが好ましい。
【００６３】
なお、図４に示す例では、理解を容易にするために、第１状態から第２状態、第２状態から第３状態へ変更する際、又はその逆の際に、それぞれ可変光学素子３を回転軸ＣＲを中心として６０°回転させる構成としたが、各状態を速く変更できるように、可変光学素子３の通過孔３ａ11，３ｂ11、第１平面部３ａ1，３ｂ1、及び第２平面部３ａ2，３ｂ2の位置関係をより小さい角度に設定してもよい。
【００６４】
図５は、他の例の可変光学素子３を回転中心軸ＣＲ方向から見た図である。また、図５（ａ）は他の例の可変光学素子３の第１状態、図５（ｂ）は他の例の可変光学素子３の第２状態を示す。
【００６５】
図５に示す例では、可変光学素子３の中心軸ＣＲは、第１光学系Ｇ１の第１中心軸Ｃ１と第２光学系Ｇ２の第２中心軸Ｃ２との中間から偏心して配置されている。
【００６６】
例えば、図５（ａ）に示すように、第１状態として、第１光学系Ｇ１の中心軸Ｃ１及び第２光学系Ｇ２の中心軸Ｃ２に、物体側から見て、それぞれ可変光学素子３の第１平面部３ａ1，３ｂ1が重なるようにあわせて、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５1，Ｌｏ１５2を透過させることが好ましい。また、図５（ｂ）に示すように、第２状態として、第１光学系Ｇ１の中心軸Ｃ１及び第２光学系Ｇ２の中心軸Ｃ２に、物体側から見て、それぞれ可変光学素子３の第２平面部３ａ2，３ｂ2が重なるようにあわせて、物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０1，Ｌｏ５０2を透過させることが好ましい。
【００６７】
なお、第１面部３ａと第２面部３ｂ以外の面を、第１面部３ａ及び第２面部３ｂと構成の等しい第３面部３ｃとして使用してもよい。
【００６８】
図６は、他の例の可変光学素子３を回転中心軸ＣＲ方向から見た図である。また、図６（ａ）は他の例の可変光学素子３の第１状態、図６（ｂ）は他の例の可変光学素子３の第２状態を示す。
【００６９】
可変光学素子３は、一組の平面部からなる第１面部３ａのみを使用し、第１平面部３ａ1及び第２平面部３ａ2から構成してもよい。
【００７０】
例えば、図６（ａ）に示すように、第１状態として、物体側から見て第１光学系Ｇ１の中心軸Ｃ１に可変光学素子３の第１平面部３ａ1が重なるように配置して、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５を透過させ、物体側から見て第２光学系Ｇ２の中心軸Ｃ２に可変光学素子３の第２平面部３ａ2が重なるように配置して、物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０を透過させることが好ましい。
【００７１】
また、図６（ｂ）に示すように、第２状態として、物体側から見て第１光学系Ｇ１の中心軸Ｃ１に可変光学素子３の第２平面部３ａ2が重なるように配置して、物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０を透過させ、物体側から見て第２光学系Ｇ２の中心軸Ｃ２に可変光学素子３の第１平面部３ａ1が重なるように配置して、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５を透過させることが好ましい。
【００７２】
立体撮像光学系１は、可変光学素子３を、回転中心軸を中心に１８０°回転させて、第１光学系Ｇ１と第２光学系Ｇ２で異なる位置にフォーカスが合った映像をそれぞれ高速に取り込む。そして、画面の周波数領域が高い方の映像を切り出してから合成することにより、焦点深度の深い映像を電子的に合成すればよい。
【００７３】
図７は、傾斜面を有する可変光学素子４の一例を示す図である。
【００７４】
本実施形態の可変光学系Ｇｖは、可変光学素子４を有することが好ましい。可変光学素子４は、第１面部４ａ及び第２面部４ｂを有する。第１面部４ａ及び第２面部４ｂは、それぞれ所定の傾斜角で傾斜する少なくとも１つの傾斜面からなることが好ましい。図７に示す例では、第１面部４ａと第２面部４ｂとの境界には、それぞれ第１境界段部４ａｂ及び第２境界段部４ｂａが形成される。
【００７５】
可変光学素子４は、像面側に傾斜面を配置することが好ましい。像面側に傾斜面を配置することで、像点の移動を小さくすることが可能となる。
【００７６】
第１面部４ａ及び第２面部４ｂには、それぞれ物点１ｍｍの光束Ｌｏ１1，Ｌｏ１2を通過させるための通過孔４ａ1，４ｂ1が形成される。そして、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５1，Ｌｏ１５2及び物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０1，Ｌｏ５０2は、第１面部４ａ及び第２面部４ｂをそれぞれ異なる位置で透過する。
【００７７】
第１面部４ａ及び第２面部４ｂは、それぞれ所定の傾斜角で傾斜する少なくとも１つの傾斜面からなるので、可変光学素子４を回転させることにより、光路長が連続的に変化し、物点距離に応じて的確な回転角を与えてフォーカスをあわせることが可能となる。
【００７８】
なお、可変光学素子４が回転中心軸ＣＲを中心に回転する場合、第１面部４ａ及び第２面部４ｂの垂線は、可変光学素子４の回転と共に２次元的な変化をする。そのため、通過する光束が屈折して、像中心が２次元的な移動をする。そのため、撮像素子からの画像の読み出し位置を変えて補正することが好ましい。また、像中心の移動を少なくするためには、可変光学系Ｇｖを像面の近くに配置することが好ましい。
【００７９】
図８は、螺旋面を有する可変光学素子５の一例を示す図である。
【００８０】
本実施形態の可変光学系Ｇｖは、可変光学素子５を有することが好ましい。可変光学素子５は、第１面部５ａ及び第２面部５ｂを有する。第１面部５ａ及び第２面部５ｂは、それぞれ回転中心軸ＣＲを中心とする円の周方向に傾斜する少なくとも１つの螺旋面からなることが好ましい。図８に示す例では、第１面部５ａ及び第２面部５ｂは、それぞれ連続した螺旋面からなり、第１面部５ａと第２面部５ｂとの境界には、それぞれ第１境界段部５ａｂ及び第２境界段部５ｂａが形成される。
【００８１】
第１面部５ａ及び第２面部５ｂには、それぞれ物点１ｍｍの光束Ｌｏ１1，Ｌｏ１2を通過させるための通過孔５ａ1，５ｂ1が形成される。そして、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５1，Ｌｏ１５2及び物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０1，Ｌｏ５０2は、第１面部５ａ及び第２面部５ｂをそれぞれ異なる位置で透過する。
【００８２】
図８に示す可変光学素子５の螺旋面は、常螺旋面で構成され、中心から回転しながら進む線分が常に中心軸ＣＲと直交し、中心軸ＣＲとなす角が垂直のままで変化しない面である。そのため、可変光学素子５が回転している際に、第１光学系Ｇ１の第１中心軸Ｃ１及び第２光学系Ｇ２の第２中心軸Ｃ２上を通る２つの主光線と可変光学素子５の透過面とのなす角度は、常に一定で変化しない。
【００８３】
第１面部５ａ及び第２面部５ｂは、それぞれ回転中心軸ＣＲを中心とする円の周方向に傾斜する少なくとも１つの螺旋面からなるので、可変光学素子５を回転させることにより、光路長が連続的に変化し、物点距離に応じて的確な回転角を与えてフォーカスをあわせることが可能となる。
【００８４】
また、螺旋形状では、可変光学素子５が回転中心軸ＣＲを中心に回転しても、螺旋面の垂線は変化しないので、あらかじめ撮像領域を設定しておくことが好ましい。
【００８５】
図９は、第１面部５ａ及び第２面部５ｂが段部５ａ’，５ｂ’を有する可変光学素子５の一例を示す図である。
【００８６】
図９に示す例では、第１面部５ａと第２面部５ｂとの境界には、それぞれ第１境界段部５ａｂ及び第２境界段部５ｂａが形成され、第１螺旋面部５ａ1，５ｂ1と第２螺旋面部５ａ2，５ｂ2との間には、それぞれ第１切替段部５ａ’及び第２切替段部５ｂ’が形成される。
【００８７】
また、物点１ｍｍの光束Ｌｏ１，Ｌｏ１2は、第１螺旋面部５ａ1，５ｂ1を透過し、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５1，Ｌｏ１５2及び物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０1，Ｌｏ５０2は、第２螺旋面部５ａ2，５ｂ2を透過する。
【００８８】
図９に示した可変光学素子５は、物点１ｍｍの光束Ｌｏ１，Ｌｏ１2の場合にも、螺旋面を使用するので、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５1，Ｌｏ１５2及び物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０1，Ｌｏ５０2のときと比較して、ＸＹ方向への像点の移動が少ない。
【００８９】
図９に示した可変光学素子５では、第１面部５ａ及び第２面部５ｂは、それぞれ、少なくとも、第１螺旋面部５ａ1，５ｂ1と、第２螺旋面部５ａ2，５ｂ2と、を有するので、可変光学素子５を回転させることにより、光路長が切り替わり、又は光路長が連続的に変化し、物点距離に応じて的確な回転角を与えてフォーカスをあわせることが可能となる。
【００９０】
また、螺旋形状では、可変光学素子５が回転中心軸ＣＲを中心に回転しても、螺旋面の垂線は変化しないので、あらかじめ撮像領域を設定しておくことが好ましい。
【００９１】
図１０は、放射方向傾斜面を有する可変光学素子６の一例を示す図である。
【００９２】
本実施形態の可変光学系Ｇｖは、可変光学素子６を有することが好ましい。可変光学素子６は、第１面部６ａ及び第２面部６ｂを有する。第１面部６ａ及び第２面部６ｂは、それぞれ回転中心軸ＣＲを中心とする円の周方向に連続して回転中心軸ＣＲに対する放射方向の角度が変化する少なくとも１つの放射方向傾斜面からなることが好ましい。図１０に示す例では、第１面部６ａ及び第２面部６ｂは、それぞれ連続した放射方向傾斜面からなり、第１面部６ａと第２面部６ｂとの境界には、それぞれ第１境界段部６ａｂ及び第２境界段部６ｂａが形成される。
【００９３】
第１面部６ａ及び第２面部６ｂには、物点１０ｍｍの光束Ｌｏ１０1，Ｌｏ１０2及び物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０1，Ｌｏ５０2は、第１面部６ａ及び第２面部６ｂをそれぞれ異なる位置で透過する。
【００９４】
第１面部６ａ及び第２面部６ｂは、それぞれ回転中心軸ＣＲを中心とする円の周方向に連続して回転中心軸ＣＲに対する放射方向の角度が変化する少なくとも１つの放射方向傾斜面からなるので、可変光学素子６を回転させることにより、連続的に放射方向傾斜面の傾きを連続的に変化させることが可能となる。この場合、透過光路の光路長が変化することがなく、特に輻輳のみを変化させることが可能となる。
【００９５】
さらに好ましくは、図８に示した螺旋面と、図１０に示した放射方向傾斜面とを組み合わせることで、物点距離に応じて的確な回転角を与えてフォーカス及び輻輳を同時にあわせることが可能となり、常に物体中心を撮像面中心に配置することが可能となる。
【００９６】
図１１は、図１０に示した可変光学素子６をＸ軸方向から見た図である。図１２は、図１０に示した可変光学素子６をＹ軸方向から見た図である。図１３は、補正光学素子６０を用いた可変光学系Ｇｖを示す図である。
【００９７】
図１１又は図１２に示すような可変光学素子６は、傾斜面又は螺旋面によって左右光軸に曲がりを発生させる場合がある。そのため、図１３に示すように、楔形の補正光学素子６０を用いることが好ましい。このように、楔形の補正光学素子６０を用いることで、傾斜面又は螺旋面によって発生する左右光路の像中心のズレを補正することが可能となる。
【００９８】
図１４は、自由曲面を有する可変光学素子７の一例を示す図である。
【００９９】
可変光学素子７は、部分的曲率が変化している少なくとも１つの曲面を有することが好ましい。
【０１００】
曲面の部分で曲率を異ならせることで、少なくとも第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２の光路を選択的に透過させることにより、フォーカスの調整に使用することが可能となる。
【０１０１】
この場合、曲面は、自由曲面であることが好ましい。
【０１０２】
自由曲面で場所により異なる形状の面を作製し、遠点では可変光学素子７の比較的光学的に屈折力の弱い部分、又は負の屈折力の部分を光束が通過し、近点では、可変光学素子７の比較的光学的に屈折力の強い部分、又は正の屈折力の部分を光束が通過するように設定し、遠点と近点とでフォーカスを調整することが可能となる。
【０１０３】
図１５は、少なくとも１つの光学素子８１が中心軸Ｃ方向に移動可能な可変光学系Ｇｖの一例を示す図である。
【０１０４】
可変光学系Ｇｖは、少なくとも１つの正又は負の可変光学素子８１を有し、可変光学素子８１は、中心軸Ｃ方向に移動可能であることが好ましい。図１５に示すように、可変光学系Ｇｖの可変光学素子８１は、可変光学系Ｇｖの中心軸Ｃ方向に移動可能となっている。このため、物点が移動した場合に可変光学素子８１を中心軸Ｃ方向に移動させることで、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２のフォーカスを調整することが可能となる。
【０１０５】
また、可変光学系Ｇｖは、第１中心軸Ｃ１と第２中心軸Ｃ２の中間に光学系中心軸Ｃが配置され、光学系中心軸Ｃに対して回転対称な正と負の２枚のレンズ８１，８２からなり、正と負の２枚のレンズ８１，８２のうち少なくとも１枚のレンズ８１は、光学系中心軸Ｃの方向に移動可能な可変光学素子８１であることが好ましい。
【０１０６】
特に、物点移動の距離が大きい場合、パワーの強い可変光学素子８１を移動する必要があるが、一般的にパワーの強い光学素子が像面近傍に配置されると、強い像面湾曲が発生する。本実施形態のように、偏心している光学系では、像面湾曲の発生が左右の光路で異なって発生してしまうので、著しく解像力が劣化してしまう。これを避けるため、正と負の光学素子を配置して像面湾曲の発生をキャンセルし、どちらか一方を移動することが重要である。
【０１０７】
また、第１中心軸Ｃ１と第２中心軸Ｃ２の間隔は、１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【０１０８】
通常の立体撮像光学系では、違和感のない立体感を得るために５０ｍｍ程度の入射瞳間隔を有している。また、顕微鏡は、２０ｍｍ程度の入射瞳間隔を有し、複雑な連動機構等を使用してズームやフォーカスを行っている。また、硬性鏡では撮像部が体内から外に出るので、撮像部にフォーカス機構等を入れやすい。
【０１０９】
これに対して、内視鏡に用いる立体撮像光学系では、撮像部も体内に入るため、単純な構造で、入射瞳を１０ｍｍ以下とすることが好ましい。そこで、単一素子の単一動作で両眼共にフォーカス及び輻輳の操作が行えることが好ましい。
【０１１０】
また、図１５に示すように、第１前群Ｇｆ１の平凹負レンズＬｆ１1は、第２前群Ｇｆ２側を一部切り欠いた第１切り欠き部９１が形成され、第２前群Ｇｆ２の平凹負レンズＬｆ２1は、第１前群Ｇｆ１側を一部切り欠いた第２切り欠き部９２が形成されてもよい。
【０１１１】
第１切り欠き部９１と第２切り欠き部９２は、当接されることが好ましい。第１切り欠き部９１と第２切り欠き部９２が当接されることによって、第１前群Ｇｆ１の第１光軸Ｃ１と第２前群Ｇｆ２の第２光軸Ｃ２との距離を縮めることができ、立体撮像光学系１を小型化することが可能となる。
【０１１２】
なお、切り欠き部は、他の第１前群Ｇｆ１と第２前群Ｇｆ２の対応するレンズに形成し、それぞれ当接させてもよい。
【０１１３】
また、第１切り欠き部９１と第２切り欠き部９２との間に図示しない遮光部材を設置してもよい。遮光部材を設置することにより、基線長を短くしても、第１前群Ｇｆ１と第２前群Ｇｆ２の間でそれぞれのフレアー光が入射してしまうおそれを低減させることが可能となる。
【０１１４】
また、平凹負レンズＬｆ１1と平凹負レンズＬｆ２1は、一体に成型してもよい。
【０１１５】
また、物体側観察画角が６０°以上であることが好ましい。
【０１１６】
観察画角が広い場合、物体側でフォーカス及び内向角の調整を行うと、回転非対称な像歪みが発生する。本実施形態では、可変光学系Ｇｖを像面側に配置しているので、観察画角を広くすることが可能となっている。
【０１１７】
なお、図４〜図６に示した可変光学素子３の構成の例は、平面だけでなく、他の傾斜面、螺旋面、放射方向傾斜面、自由曲面からなる可変光学素子４，５，６，７にも適用することが可能である。また、可変光学系Ｇｖの中心軸は、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２の中心軸の中間からずれていてもよい。さらに、可変光学素子４，５，６，７の各面は、第１面部の１つの面で構成してもよい。
【０１１８】
さらに、可変光学系Ｇｖは、各実施形態を組み合わせた構造としてもよい。例えば、物体側の面と像面側の面で異なる種類の面を適用してもよい。
【０１１９】
図１６は、本発明に係る一実施形態の立体撮像光学系１の焦点距離ｆを説明する図である。
【０１２０】
本実施形態の立体撮像装置は、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
ｄ／ｆ  ＜  ０．５          （１）
ただし、
ｄは、可変光学系Ｇｖと開口Ｓとの距離、
ｆは、光学系全系の焦点距離、
である。
【０１２１】
本実施形態では、図１６に示すように、立体撮像光学系１の全系の焦点距離をｆとする。立体撮像光学系１が偏心光学系の場合には、偏心を取り除いて、無限遠から並行光束を光学系１’に入射させ、光学系１’に入射した軸上マージナル光線Ｌ１’が、光学系１’を通過後に射出され、仮想的に屈曲する位置Ａから像面Ｉまでの距離をこの立体撮像光学系１の焦点距離ｆとする。
【０１２２】
条件式（１）の上限を上回ると、可変光学系Ｇｖと開口Ｓとの距離が離れてしまい、フォーカス及び輻輳を変換する場合、像周辺の収差が極端に悪化して解像力が悪くなってしまう。
【０１２３】
本実施形態の立体撮像装置は、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
１０  ＜  ｆｂ／ｆ            （２）
ただし、
ｆｂは、可変光学系Ｇｖの焦点距離、
ｆは、光学系全系の焦点距離、
である。
【０１２４】
条件式（２）の下限を下回ると、可変光学系Ｇｖの焦点距離が短くなりすぎ、像面湾曲の発生が大きくなり、像周辺まで高い解像力を得ることができなくなる。
【０１２５】
さらに好ましくは、以下の条件式（２’）を満足することが好ましい。
５０  ＜  ｜ｆｂ／ｆ｜      （２’）
ただし、
ｆｂは、可変光学系Ｇｖの焦点距離、
ｆは、光学系全系の焦点距離、
である。
【０１２６】
条件式（２‘）の下限を下回ると、可変光学系Ｇｖの焦点距離が短くなりすぎ、像面湾曲の発生が大きくなり、像周辺まで高い解像力を得ることができなくなる。
【０１２７】
本実施形態の立体撮像装置は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
０．３  ＜  ｄｖ／ｆ        （３）
ただし、
ｄｖは、可変光学素子Ｇｖの移動量
ｆは、光学系全系の焦点距離、
である。
【０１２８】
条件式（３）の下限を下回ると、可変光学系Ｇｖの移動に伴うフォーカス調整範囲が短くなり、近点と遠点の距離を十分に確保することができなくなる。
【０１２９】
以下に、本実施形態にかかる立体撮像光学系１の実施例を説明する。なお、実施例の数値データは、後述する。実施例における座標系は、回転中心軸ＣＲの像面に向かう方向をＺ軸正方向、回転中心軸ＣＲから第２中心軸Ｃ２に向かう方向をＸ軸正方向とする。
【０１３０】
図１７は、実施例１の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。図１８及び図１９は、実施例１の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図２０及び図２１は、実施例１の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図２２は、実施例１の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【０１３１】
横収差図において、中央に示された角度は、（垂直方向の画角）を示し、その画角におけるＹ方向（メリジオナル方向）とＸ方向（サジタル方向）の横収差を示す。なお、マイナスの画角は、Ｘ軸正方向を向いて右回りの角度を意味する。以下、実施例の横収差図に関して同様である。
【０１３２】
実施例１の立体撮像光学系１は、図１７に示すように、物体側から像面側へ順に、第１中心軸Ｃ１を光軸とする第１光学系Ｇ１、及び、第１中心軸Ｃ１と並列に配置された第２中心軸Ｃ２を光軸とする第２光学系Ｇ２と、単一の中心軸Ｃを有する可変光学系Ｇｖと、を備える。
【０１３３】
第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２を並列に配置することにより、立体観察が可能となる。
【０１３４】
第１光学系Ｇ１は、物体側から像面側へ順に、両凹負レンズＬｆ１1と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ１2と、を有する第１前群Ｇｆ１と、第１開口Ｓ１と、両凹負レンズＬｂ１1と両凸正レンズＬｂ１2の第１後群接合レンズＳＵｂ１1と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ１3と、を有する第１後群Ｇｂ１と、を有する。
【０１３５】
第２光学系Ｇ２は、物体側から像面側へ順に、両凹負レンズＬｆ２1と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ２2と、を有する第２前群Ｇｆ２と、第２開口Ｓ２と、両凹負レンズＬｂ２1と両凸正レンズＬｂ２2の第２後群接合レンズＳＵｂ２1と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ２3と、を有する第２後群Ｇｂ２と、を有する。
【０１３６】
可変光学系Ｇｖは、図３に示した可変光学素子３の形状であって、中心軸Ｃを回転中心軸ＣＲとして回転可能であり、物点１ｍｍの時に光束が通過する通過孔３ａ11，３ｂ11を有する。また、物点１５ｍｍの時に光束が通過する第１平面３ａ1，３ｂ1の厚さは、０．６７９ｍｍである。物点５０ｍｍの時に光束が透過する第２平面３ａ2，３ｂ2の厚さは、０．７５５ｍｍである。
【０１３７】
また、像面Ｉの手前には、フィルタを配置する。
【０１３８】
図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、両凹負レンズＬｆ１1、正メニスカスレンズＬｆ１2、第１開口Ｓ１、第１後群Ｇｂ１の接合レンズＳＵｂ１1、及び、正メニスカスレンズＬｂ１3、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。
【０１３９】
図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、両凹負レンズＬｆ２1、正メニスカスレンズＬｆ２2、第２開口Ｓ２、第２後群Ｇｂ２の接合レンズＳＵｂ２1、及び、正メニスカスレンズＬｂ２3、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。
【０１４０】
可変光学系Ｇｖの可変光学素子３に入射した第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、図３に示したように、物点１ｍｍの時には、光束は通過孔３ａ11，３ｂ11を通過し、物点１５ｍｍの時には、光束は第１平面３ａ1，３ｂ1を透過し、物点５０ｍｍの時には、光束は第２平面３ａ2，３ｂ2を透過する。その後、第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、フィルタＦを通過して像面に入射する。
【０１４１】
図２３は、実施例２の立体撮像光学系１の像の移動を示す図である。
【０１４２】
図示しない実施例２の立体撮像光学系１は、実施例１の立体撮像光学系１に、図７に示した構造の可変光学素子４を適用したものである。なお、実施例２のレンズデータは、実施例１と同じなので、光路図と収差図は省略する。
【０１４３】
実施例２の可変光学素子４は、図７に示したように、傾斜面を有する。傾斜面は、第１境界段部４ａｂでのＸＹ平面に対する第１面部４ａの角度及び第２境界段部４ｂａでのＸＹ平面に対する第２面部４ｂの角度である傾斜角度αを２．４６７°とする。
【０１４４】
物点５０ｍｍから物点１５ｍｍにフォーカスをあわせるためには、中心軸ＣＲを中心に可変光学素子４を４５°回転させる。また、物点１５ｍｍから物点１ｍｍにフォーカスをあわせるためには、中心軸ＣＲを中心に可変光学素子４を４５°回転させる。可変光学系Ｇｖの最も厚い部分は、０．７５４ｍｍで、最も薄い部分は、０．７０９ｍｍであり、第１面部４ａ及び第２面部４ｂは、連続的に傾斜する。
【０１４５】
実施例２の立体撮像光学系１では、図２３に示すような軌跡を描いて、像点が移動する。像点は、像高に対して約６％移動する。この移動を小さくするために、可変光学系Ｇｖを像面近傍に配置することが好ましい。
【０１４６】
図示しない実施例３の立体撮像光学系１は、実施例１の立体撮像光学系１に、図８に示した構造の可変光学素子５を適用したものである。なお、実施例３のレンズデータは、実施例１と同じなので、光路図と収差図は省略する。
【０１４７】
実施例３の可変光学素子５は、図８に示したように、螺旋面を有する。可変光学素子５の最も厚い部分は、０．７５４ｍｍで、最も薄い部分は、０．７０９ｍｍであり、第１面部５ａ及び第２面部５ｂは、連続的な螺旋形状である。可変光学素子５は、連続的な螺旋形状なので、回転しても光路中での面の傾きが一定で変化しないので、像点は移動しない。
【０１４８】
また、実施例１の立体撮像光学系１に、図８に示した構造の可変光学素子５を適用した場合、物点が１ｍｍの光束Ｌｏ１1，Ｌｏ１2も螺旋面の、第１面部５ａ及び第２面部５ｂを透過するので、像点の移動がなくなり、好ましい。
【０１４９】
図示しない実施例４の立体撮像光学系１は、実施例１の立体撮像光学系１に、図１０及び図１４に示した構造の可変光学素子６を適用したものである。
【０１５０】
実施例４の可変光学素子６は、物体側に図１０に示した放射方向傾斜面、像面側に図１４に示した自由曲面を有する。図１０及び図１４に示した構造の可変光学素子６を実施例１の立体撮像光学系１に適用する際には、実施例１の場合と面間隔を異ならせて配置する。なお、放射方向傾斜面及び自由曲面は、それぞれ単独の可変光学素子に別々に用いてもよい。
【０１５１】
物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０1，Ｌｏ５０2が通過する部分において、可変光学素子６の厚さは０．８２０ｍｍで、回転中心軸ＣＲ側が下がる方向に１．１９６°傾斜している。そこから連続的に変化して、物点１０ｍｍの光束Ｌｏ１０1，Ｌｏ１０2が通過する部分において、可変光学素子６の厚さは０．７００ｍｍで、回転中心軸ＣＲ側が上がる方向に１．１９６°傾斜している。実施例４では、物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０1，Ｌｏ５０2と物点１０ｍｍの光束Ｌｏ１０1，Ｌｏ１０2は、可変光学素子６を９０°回転させて配置しているが、これに限らず、任意に設定してもよい。
【０１５２】
なお、実施例４の自由曲面は、後述する実施例５の自由曲面と同様の構成を有する。
【０１５３】
図２４は、実施例５の可変光学系Ｇｖの可変光学素子７の自由曲面形状を示す図である。図２５及び図２６は、実施例５の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。図２７及び図２８は、実施例５の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。
【０１５４】
実施例５の立体撮像光学系１は、実施例１の立体撮像光学系１に、図１４に示した構造の可変光学素子７を適用したものである。なお、実施例５のレンズデータは、実施例１と同じなので、光路図は省略する。また、実施例５の自由曲面は、実施例４の自由曲面と同様の構成を有する。
【０１５５】
実施例５の可変光学系Ｇｖは、可変光学素子７を有する。可変光学素子７は、図２４に示すように、なめらかな自由曲面を有し、部分的な曲率変化を生じさせてフォーカスを合わせる。実施例５の可変光学系Ｇｖの可変光学素子７は、物点１５ｍｍで使用する領域を物点５０ｍｍで使用する領域よりも比較的凸成分とし、回転させることで、連続的にフォーカスを合わせる。
【０１５６】
図２９は、実施例６の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。図３０及び図３１は、実施例６の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図３２及び図３３は、実施例６の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図３４は、実施例６の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【０１５７】
実施例６の立体撮像光学系１は、図２９に示すように、物体側から像面側へ順に、第１中心軸Ｃ１を光軸とする第１光学系Ｇ１、及び、第１中心軸Ｃ１と並列に配置された第２中心軸Ｃ２を光軸とする第２光学系Ｇ２と、単一の中心軸Ｃを有する可変光学系Ｇｖと、を備える。
【０１５８】
第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２を並列に配置することにより、立体観察が可能となる。
【０１５９】
第１光学系Ｇ１は、物体側から像面側へ順に、平両凹負レンズＬｆ１1と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｆ１2と両凸正レンズＬｆ１3の第１前群接合レンズＳＵｆ１1と、を有する第１前群Ｇｆ１と、第１開口Ｓ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｂ１1と両凸正レンズＬｂ１2の第１後群接合レンズＳＵｂ１1を有する第１後群Ｇｂ１と、を有する。
【０１６０】
第２光学系Ｇ２は、物体側から像面側へ順に、平両凹負レンズＬｆ２1と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｆ２2と両凸正レンズＬｆ２3の第２前群接合レンズＳＵｆ２1と、を有する第２前群Ｇｆ２と、第２開口Ｓ２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｂ２1と両凸正レンズＬｂ２2の第２後群接合レンズＳＵｂ２1を有する第２後群Ｇｂ２と、を有する。
【０１６１】
可変光学系Ｇｖは、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第１レンズ８１と、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第２レンズ８２と、を有する。第１レンズ８１は、可変光学素子を構成し、中心軸Ｃの方向に移動可能である。第１レンズ８１を中心軸Ｃの方向に移動させることによって、物点３３ｍｍから物点１０ｍｍまでフォーカスを合わせることが可能となる。
【０１６２】
また、第１像面Ｉ1及び第１像面Ｉ2の手前には、フィルタＦを配置する。
【０１６３】
図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、平凹負レンズＬｆ１1、第１前群接合レンズＳＵｆ１1、第１開口Ｓ１、及び、第１後群接合レンズＳＵｂ１1、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。
【０１６４】
図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、平凹負レンズＬｆ２1、第２前群接合レンズＳＵｆ２1、第２開口Ｓ２、及び、第２後群接合レンズＳＵｂ２1、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。
【０１６５】
可変光学系Ｇｖに入射した第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、第１レンズ８１及び第２レンズ８２を透過する。その後、第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ1及び第１像面Ｉ2に入射する。
【０１６６】
図３５は、実施例７の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。図３６及び図３７は、実施例７の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図３８及び図３９は、実施例７の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図４０は、実施例７の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【０１６７】
実施例７の立体撮像光学系１は、図３５に示すように、物体側から像面側へ順に、第１中心軸Ｃ１を光軸とする第１光学系Ｇ１、及び、第１中心軸Ｃ１と並列に配置された第２中心軸Ｃ２を光軸とする第２光学系Ｇ２と、単一の中心軸Ｃを有する可変光学系Ｇｖと、を備える。
【０１６８】
第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２を並列に配置することにより、立体観察が可能となる。
【０１６９】
第１光学系Ｇ１は、物体側から像面側へ順に、平凹負レンズＬｆ１1と、両凸正レンズＬｆ１2と、両凹負レンズＬｆ１3と両凸正レンズＬｆ１4の第１前群接合レンズＳＵｆ１1と、を有する第１前群Ｇｆ１と、第１開口Ｓ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｂ１1と両凸正レンズＬｂ１2の第１後群接合レンズＳＵｂ１1を有する第１後群Ｇｂ１と、を有する。
【０１７０】
第２光学系Ｇ２は、物体側から像面側へ順に、平凹負レンズＬｆ２1と、両凸正レンズＬｆ２2と、両凹負レンズＬｆ２3と両凸正レンズＬｆ２4の第２前群接合レンズＳＵｆ２1と、を有する第２前群Ｇｆ２と、第２開口Ｓ２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｂ２1と両凸正レンズＬｂ２2の第２後群接合レンズＳＵｂ２1を有する第２後群Ｇｂ２と、を有する。
【０１７１】
可変光学系Ｇｖは、両凹負レンズからなる第１レンズ８１と、両凸正レンズからなる第２レンズ８２と、を有する。第２レンズ８２は、可変光学素子を構成し、中心軸Ｃの方向に移動可能である。第２レンズ８２を中心軸Ｃの方向に移動させることによって、物点３３ｍｍから物点０ｍｍまでフォーカスを合わせることが可能となる。
【０１７２】
また、第１像面Ｉ1及び第１像面Ｉ2の手前には、フィルタＦを配置する。
【０１７３】
図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、平凹負レンズＬｆ１1、両凸正レンズＬｆ１2、第１前群接合レンズＳＵｆ１1、第１開口Ｓ１、及び、第１後群接合レンズＳＵｂ１1、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。
【０１７４】
図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、平凹負レンズＬｆ２1、両凸正レンズＬｆ２2、第２前群接合レンズＳＵｆ２1、第２開口Ｓ２、及び、第２後群接合レンズＳＵｂ２1、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。
【０１７５】
可変光学系Ｇｖに入射した第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、第１レンズ８１及び第２レンズ８２を透過する。その後、第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ1及び第１像面Ｉ2に入射する。
【０１７６】
図４１は、実施例８の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。図４２及び図４３は、実施例８の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図４４及び図４５は、実施例８の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図４６は、実施例８の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【０１７７】
実施例８の立体撮像光学系１は、図４１に示すように、物体側から像面側へ順に、第１中心軸Ｃ１を光軸とする第１光学系Ｇ１、及び、第１中心軸Ｃ１と並列に配置された第２中心軸Ｃ２を光軸とする第２光学系Ｇ２と、単一の中心軸Ｃを有する可変光学系Ｇｖと、を備える。
【０１７８】
第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２を並列に配置することにより、立体観察が可能となる。
【０１７９】
第１光学系Ｇ１は、物体側から像面側へ順に、両凹負レンズＬｆ１1と、両凸正レンズＬｆ１2と、を有する第１前群Ｇｆ１と、第１開口Ｓ１と、両凹負レンズＬｂ１1と両凸正レンズＬｂ１2の第１後群接合レンズＳＵｂ１1と、両凸正レンズＬｂ１3と、を有する第１後群Ｇｂ１と、を有する。
【０１８０】
第２光学系Ｇ２は、物体側から像面側へ順に、両凹負レンズＬｆ２1と、両凸正レンズＬｆ２2と、を有する第２前群Ｇｆ２と、第２開口Ｓ２と、両凹負レンズＬｂ２1と両凸正レンズＬｂ２2の第２後群接合レンズＳＵｂ２1と、両凸正レンズＬｂ２3と、を有する第２後群Ｇｂ２と、を有する。
【０１８１】
可変光学系Ｇｖは、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズ８１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第２レンズ８２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第３レンズ８３と、を有する。第２レンズ８２は、可変光学素子を構成し、中心軸Ｃの方向に移動可能である。第２レンズ８２を中心軸Ｃの方向に移動させることによって、輻輳を６２．５００ｍｍから１８．７５０ｍｍまで合わせることが可能となる。
【０１８２】
また、第１像面Ｉ1及び第１像面Ｉ2の手前には、フィルタＦを配置する。
【０１８３】
図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、平凹負レンズＬｆ１1、両凸正レンズＬｆ１2、第１開口Ｓ１、第１後群接合レンズＳＵｂ１1、及び、両凸正レンズＬｂ１3、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。
【０１８４】
図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、平凹負レンズＬｆ２1、両凸正レンズＬｆ２2、第２開口Ｓ２、第２後群接合レンズＳＵｂ２1、及び、両凸正レンズＬｂ２3、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。
【０１８５】
可変光学系Ｇｖに入射した第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、第１レンズ８１、第２レンズ８２、及び第３レンズ８３を透過する。その後、第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ1及び第１像面Ｉ2に入射する。
【０１８６】
図４７は、実施例９の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。図４８は、実施例９の可変光学素子の物体側の面の概念図である。図４９は、実施例９の可変光学素子の像面側の面の概念図である。図５０及び図５１は、実施例９の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図５２及び図５３は、実施例９の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図５４は、実施例９の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【０１８７】
実施例９の立体撮像光学系１は、図４７に示すように、物体側から像面側へ順に、第１中心軸Ｃ１を光軸とする第１光学系Ｇ１の第１前群Ｇｆ１、及び、第１中心軸Ｃ１と並列に配置された第２中心軸Ｃ２を光軸とする第２光学系Ｇ２の第２前群Ｇｆ２と、単一の中心軸Ｃを有する可変光学系Ｇｖと、第１中心軸Ｃ１を光軸とする第１光学系Ｇ１の第１後群Ｇｂ１、及び、第１中心軸Ｃ１と並列に配置された第２中心軸Ｃ２を光軸とする第２光学系Ｇ２の第２後群Ｇｂ２と、を備える。
【０１８８】
第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２を並列に配置することにより、立体観察が可能となる。第１中心軸Ｃ１と第２中心軸Ｃ２の間隔は３ｍｍである。
【０１８９】
第１光学系Ｇ１の第１前群Ｇｆ１は、物体側から像面側へ順に、両凹負レンズＬｆ１1と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ１2と、を有する。第１光学系Ｇ１の第１後群Ｇｂ１は、第１開口Ｓ１と、両凹負レンズＬｂ１1と両凸正レンズＬｂ１2の第１後群接合レンズＳＵｂ１1と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ１3と、を有する。
【０１９０】
第２光学系Ｇ２の第２前群Ｇｆ２は、物体側から像面側へ順に、両凹負レンズＬｆ２1と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ２2と、を有する。第２光学系Ｇ２の第２後群Ｇｂ２は、第２開口Ｓ２と、両凹負レンズＬｂ２1と両凸正レンズＬｂ２2の第２後群接合レンズＳＵｂ２1と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ２3と、を有する。
【０１９１】
可変光学系Ｇｖは、物体側から像面側へ順に、図４８示した放射方向傾斜螺旋面と、図４９に示した自由曲面と、を有する可変光学素子９を備える。
【０１９２】
また、可変光学素子９の物体側は、図４８に示したように、放射方向傾斜螺旋面を有する。物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０1，Ｌｏ５０2が通過する部分において、可変光学素子９は、回転中心軸ＣＲ側が上がる方向に０．０４４°傾斜している。そこから連続的に変化して、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５1，Ｌｏ１５2が通過する部分において、可変光学素子９は、回転中心軸ＣＲ側が上がる方向に２．０９４°傾斜している。光束中心の厚さは、全周で変化せず、０．６２５ｍｍである。実施例９では、物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０1，Ｌｏ５０2と物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５1，Ｌｏ１５2は、９０°回転させて配置しているが、これに限らず、任意に設定してもよい。
【０１９３】
可変光学素子９の像面側は、図４９に示したように、なめらかな自由曲面を有し、部分的な曲率変化を生じさせてフォーカスを合わせる。実施例９の可変光学系Ｇｖの可変光学素子９は、物点５０ｍｍで使用する領域を物点１５ｍｍで使用する領域よりも比較的凸成分とし、回転させることで、連続的にフォーカスを合わせる。
【０１９４】
また、第１像面Ｉ1及び第１像面Ｉ2の手前には、第１フィルタＦ１及び第２フィルタＦ２を配置する。
【０１９５】
図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、両凹負レンズＬｆ１1、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ１2、可変光学素子９、第１開口Ｓ１、第１後群接合レンズＳＵｂ１1、及び、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ１3、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、第１フィルタＦ１を通過して第１像面Ｉ1に入射する。
【０１９６】
図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、両凹負レンズＬｆ２1、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ２2、可変光学素子９、第２開口Ｓ２、第２後群接合レンズＳＵｂ２1、及び、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ２3、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、第２フィルタＦ２を通過して第２像面Ｉ2に入射する。
【０１９７】
図５５は、実施例１０の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。図５６は、実施例１０の可変光学系Ｇｖの中心軸Ｃに沿った断面図である。図５７は、実施例１０の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図５８は、実施例１０の立体撮像光学系１の中間状態での横収差図である。図５９は、実施例１０の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図６０は、実施例１０の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【０１９８】
実施例１０の立体撮像光学系１は、図５５に示すように、物体側から像面側へ順に、第１前群Ｇｆ１、第１絞りＳ１、及び、第１後群Ｇｂ１を有する第１中心軸Ｃ１を光軸とする第１光学系Ｇ１と、第２前群Ｇｆ２、第２絞りＳ２、及び、第２後群Ｇｂ２を有する第１中心軸Ｃ１と並列に配置された第２中心軸Ｃ２を光軸とする第２光学系Ｇ２と、単一の中心軸Ｃを有する可変光学系Ｇｖと、を備える。
【０１９９】
立体撮像光学系１は、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２を並列に配置することにより、立体観察が可能となる。
【０２００】
第１光学系Ｇ１の第１前群Ｇｆ１は、物体側から像面側へ順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズＬｆ１1と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｆ１2と両凸正レンズＬｆ１3の第１前群第１接合レンズＳＵｆ１1と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ１4と、両凸正レンズＬｆ１5と両凹負レンズＬｆ１6の第１前群第２接合レンズＳＵｆ１2と、を有する。
【０２０１】
第１光学系Ｇ１の第１後群Ｇｂ１は、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ１1と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｂ１2と両凸正レンズＬｂ１3の第１後群接合レンズＳＵｂ１1と、両凸正レンズＬｂ１4と、を有する。
【０２０２】
第２光学系Ｇ２の第２前群Ｇｆ２は、物体側から像面側へ順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズＬｆ２1と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｆ２2と両凸正レンズＬｆ２3の第２前群第１接合レンズＳＵｆ２1と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ２4と、両凸正レンズＬｆ２5と両凹負レンズＬｆ２6の第２前群第２接合レンズＳＵｆ２2と、を有する。
【０２０３】
第２光学系Ｇ２の第２後群Ｇｂ２は、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ２1と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｂ２2と両凸正レンズＬｂ２3の第２後群接合レンズＳＵｂ２1と、両凸正レンズＬｂ２4と、を有する。
【０２０４】
可変光学系Ｇｖは、物体側から像面側へ順に、物体側に平面を向けた平凸正レンズＬｖ1と、像面側に平面を向けた平凹負レンズＬｖ2と、を有する。平凹負レンズＬｖ2は、可変光学素子を構成する。
【０２０５】
また、第１像面Ｉ1及び第１像面Ｉ2の手前には、フィルタＦを配置する。
【０２０６】
図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、両凹負レンズＬｆ１1、第１前群第１接合レンズＳＵｆ１1、正メニスカスレンズＬｆ１4、第１前群第２接合レンズＳＵｆ１2、第１開口Ｓ１、正メニスカスレンズＬｂ１1、第１後群接合レンズＳＵｂ１1、両凸正レンズＬｂ１4、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凸正レンズＬｖ1及び平凹負レンズＬｖ2を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ1に入射する。
【０２０７】
図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、両凹負レンズＬｆ２1、第２前群第１接合レンズＳＵｆ２1、正メニスカスレンズＬｆ２4、第２前群第２接合レンズＳＵｆ２2、第２開口Ｓ２、正メニスカスレンズＬｂ２1、第２後群接合レンズＳＵｂ２1、両凸正レンズＬｂ２4、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凸正レンズＬｖ1及び平凹負レンズＬｖ2を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第２像面Ｉ2に入射する。
【０２０８】
図６１は、実施例１１の可変光学系Ｇｖの中心軸Ｃに沿った断面図である。図６２は、実施例１１の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図６３は、実施例１１の立体撮像光学系１の中間状態での横収差図である。図６４は、実施例１１の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図６５は、実施例１１の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【０２０９】
実施例１１の立体撮像光学系１は、図５５に示した実施例１０の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖを入れ替えたものであるので、可変光学系Ｇｖのみ説明する。
【０２１０】
実施例１１の可変光学系Ｇｖは、物体側から像面側へ順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズＬｖ1と、像面側に平面を向けた平凸正レンズＬｖ2と、を有する。平凸正レンズＬｖ2は、可変光学素子を構成する。
【０２１１】
図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、両凹負レンズＬｆ１1、第１前群第１接合レンズＳＵｆ１1、正メニスカスレンズＬｆ１4、第１前群第２接合レンズＳＵｆ１2、第１開口Ｓ１、正メニスカスレンズＬｂ１1、第１後群接合レンズＳＵｂ１1、両凸正レンズＬｂ１4、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凹負レンズＬｖ1及び平凸正レンズＬｖ2を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ1に入射する。
【０２１２】
図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、両凹負レンズＬｆ２1、第２前群第１接合レンズＳＵｆ２1、正メニスカスレンズＬｆ２4、第２前群第２接合レンズＳＵｆ２2、第２開口Ｓ２、正メニスカスレンズＬｂ２1、第２後群接合レンズＳＵｂ２1、両凸正レンズＬｂ２4、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凹負レンズＬｖ1及び平凸正レンズＬｖ2を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第２像面Ｉ2に入射する。
【０２１３】
図６６は、実施例１２の可変光学系Ｇｖの中心軸Ｃに沿った断面図である。図６７は、実施例１２の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図６８は、実施例１２の立体撮像光学系１の中間状態での横収差図である。図６９は、実施例１２の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図７０は、実施例１２の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【０２１４】
実施例１２の立体撮像光学系１は、図６１に示した実施例１１の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖの可変光学素子を替えたものであるので、可変光学系Ｇｖのみ説明する。
【０２１５】
実施例１２の可変光学系Ｇｖは、物体側から像面側へ順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズＬｖ1と、像面側に平面を向けた平凸正レンズＬｖ2と、を有する。平凹負レンズＬｖ1は、可変光学素子を構成する。
【０２１６】
図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、両凹負レンズＬｆ１1、第１前群第１接合レンズＳＵｆ１1、正メニスカスレンズＬｆ１4、第１前群第２接合レンズＳＵｆ１2、第１開口Ｓ１、正メニスカスレンズＬｂ１1、第１後群接合レンズＳＵｂ１1、両凸正レンズＬｂ１4、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凹負レンズＬｖ1及び平凸正レンズＬｖ2を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ1に入射する。
【０２１７】
図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、両凹負レンズＬｆ２1、第２前群第１接合レンズＳＵｆ２1、正メニスカスレンズＬｆ２4、第２前群第２接合レンズＳＵｆ２2、第２開口Ｓ２、正メニスカスレンズＬｂ２1、第２後群接合レンズＳＵｂ２1、両凸正レンズＬｂ２4、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凹負レンズＬｖ1及び平凸正レンズＬｖ2を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第２像面Ｉ2に入射する。
【０２１８】
図７１は、実施例１３の可変光学系Ｇｖの中心軸Ｃに沿った断面図である。図７２は、実施例１３の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図７３は、実施例１３の立体撮像光学系１の中間状態での横収差図である。図７４は、実施例１３の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図７５は、実施例１３の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【０２１９】
実施例１３の立体撮像光学系１は、図６６に示した実施例１２の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖを入れ替えたものであるので、可変光学系Ｇｖのみ説明する。
【０２２０】
実施例１３の可変光学系Ｇｖは、物体側から像面側へ順に、物体側に平面を向けた平凸正レンズＬｖ1と、像面側に平面を向けた平凹負レンズＬｖ2と、を有する。平凸正レンズＬｖ1は、可変光学素子を構成する。
【０２２１】
図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、両凹負レンズＬｆ１1、第１前群第１接合レンズＳＵｆ１1、正メニスカスレンズＬｆ１4、第１前群第２接合レンズＳＵｆ１2、第１開口Ｓ１、正メニスカスレンズＬｂ１1、第１後群接合レンズＳＵｂ１1、両凸正レンズＬｂ１4、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凸正レンズＬｖ1及び平凹負レンズＬｖ2を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ1に入射する。
【０２２２】
図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、両凹負レンズＬｆ２1、第２前群第１接合レンズＳＵｆ２1、正メニスカスレンズＬｆ２4、第２前群第２接合レンズＳＵｆ２2、第２開口Ｓ２、正メニスカスレンズＬｂ２1、第２後群接合レンズＳＵｂ２1、両凸正レンズＬｂ２4、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凸正レンズＬｖ1及び平凹負レンズＬｖ2を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第２像面Ｉ2に入射する。
【０２２３】
図７６は、実施例１４の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。図７７は、実施例１４の可変光学系Ｇｖの中心軸Ｃに沿った断面図である。図７８は、実施例１４の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図７９は、実施例１４の立体撮像光学系１の中間状態での横収差図である。図８０は、実施例１４の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図８１は、実施例１４の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。
【０２２４】
実施例１４の立体撮像光学系１は、図７１に示した実施例１３の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖを入れ替えたものであるので、可変光学系Ｇｖのみ説明する。
【０２２５】
実施例１４の可変光学系Ｇｖは、物体側から像面側へ順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬｖ1を有する。負メニスカスレンズＬｖ1は、可変光学素子を構成する。
【０２２６】
図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、両凹負レンズＬｆ１1、第１前群第１接合レンズＳＵｆ１1、正メニスカスレンズＬｆ１4、第１前群第２接合レンズＳＵｆ１2、第１開口Ｓ１、正メニスカスレンズＬｂ１1、第１後群接合レンズＳＵｂ１1、両凸正レンズＬｂ１4、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、負メニスカスレンズＬｖ1を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ1に入射する。
【０２２７】
図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、両凹負レンズＬｆ２1、第２前群第１接合レンズＳＵｆ２1、正メニスカスレンズＬｆ２4、第２前群第２接合レンズＳＵｆ２2、第２開口Ｓ２、正メニスカスレンズＬｂ２1、第２後群接合レンズＳＵｂ２1、両凸正レンズＬｂ２4、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、負メニスカスレンズＬｖ1を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第２像面Ｉ2に入射する。
【０２２８】
以下に、実施例の構成パラメータを示す。
【０２２９】
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。
【０２３０】
偏心面については、その面が定義される座標系の原点Ｏ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、原点Ｏ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。
【０２３１】
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、基準面からの偏心量で表わす。曲率半径に記載する“∞”は、無限大であることを示している。面間隔が変化する場合には、＊を付与している。
【０２３２】
非球面データには、面データ中、非球面形状としたレンズ面に関するデータが示されている。非球面形状は、ｚを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると下記の式にて表される。
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）・（ｙ／ｒ）2｝1/2］
＋ａｙ4＋ｂｙ6＋ｃｙ8＋ｄｙ10…
【０２３３】
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ4、Ａ6、Ａ8はそれぞれ４次、６次、８次の非球面係数である。なお、記号“ｅ”は、それに続く数値が１０を底にもつ、べき指数であることを示している。例えば「１．０ｅ−５」は「１．０×１０-5」であることを意味している。
【０２３４】
また、実施形態で用いられる自由曲面ＦＦＳの形状は、以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面ＦＦＳの軸となる。なお、データの記載されていない係数項は０である。
【０２３５】
Ｚ＝（ｒ2 ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）2 ｝］
66
＋Σ Ｃj Ｘm Ｙn ・・・（ａ）
j=1 
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。
また、球面項中、
Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）
である。
【０２３６】
自由曲面項は、
66
Σ Ｃj Ｘm Ｙn 
j=1 
＝Ｃ1 
＋Ｃ2 Ｘ＋Ｃ3 Ｙ
＋Ｃ4 Ｘ2 ＋Ｃ5 ＸＹ＋Ｃ6 Ｙ2 
＋Ｃ7 Ｘ3 ＋Ｃ8 Ｘ2 Ｙ＋Ｃ9 ＸＹ2 ＋Ｃ10Ｙ3 
＋Ｃ11Ｘ4 ＋Ｃ12Ｘ3 Ｙ＋Ｃ13Ｘ2 Ｙ2 ＋Ｃ14ＸＹ3 ＋Ｃ15Ｙ4 
＋Ｃ16Ｘ5 ＋Ｃ17Ｘ4 Ｙ＋Ｃ18Ｘ3 Ｙ2 ＋Ｃ19Ｘ2 Ｙ3 ＋Ｃ20ＸＹ4 
＋Ｃ21Ｙ5 
＋Ｃ22Ｘ6 ＋Ｃ23Ｘ5 Ｙ＋Ｃ24Ｘ4 Ｙ2 ＋Ｃ25Ｘ3 Ｙ3 ＋Ｃ26Ｘ2 Ｙ4 
＋Ｃ27ＸＹ5 ＋Ｃ28Ｙ6 
＋Ｃ29Ｘ7 ＋Ｃ30Ｘ6 Ｙ＋Ｃ31Ｘ5 Ｙ2 ＋Ｃ32Ｘ4 Ｙ3 ＋Ｃ33Ｘ3 Ｙ4 
＋Ｃ34Ｘ2 Ｙ5 ＋Ｃ35ＸＹ6 ＋Ｃ36Ｙ7 
・・・・・・
ただし、Ｃj （ｊは１以上の整数）は係数である。
【０２３７】
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      ∞                     50.000 
1    非球面[1]                   0.500            1.8830    40.7
2    非球面[2]                   0.383 
3      -10.595                   0.750            1.9229    18.9
4       -2.377                   4.782 
5    絞り面                      0.125 
6      -15.941                   0.375            1.9229    18.9
7        1.546                   0.750            1.8830    40.7
8       -4.136                   0.063 
9        3.390                   0.625            1.9229    18.9
10      336.258                   1.875 
11        ∞                      0.000  偏心(1) 
12        ∞                      0.710  偏心(2)   1.8830    40.7
13        ∞                      0.065 
14        ∞                      0.500            1.5163    64.1
15        ∞                      0.050 
像  面      ∞
非球面[1]
曲率半径     -1.516
k   0.0000e+000
a   1.9351e-001    b  -2.7113e-002
非球面[2]
曲率半径      4.199
k   1.1576e+001
a   4.2146e-002    b   1.0304e-001    c  -8.9984e-002 
偏心[1] 
Ｘ    1.500  Ｙ    0.000  Ｚ    0.000 
α    0.000  β    0.000  γ    0.000 
偏心[2] 
Ｘ    0.000  Ｙ    0.000  Ｚ    0.000 
α    2.467  β    0.000  γ    0.000 
仕様
画角                 90°
焦点距離              0.915
絞り径              φ1.250mm
像の大きさ          φ1.000
有効Fno               2.171
【０２３８】
実施例２
実施例１と同じ
【０２３９】
実施例３
実施例１と同じ
【０２４０】
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      ∞                     50.000 
1    非球面[1]                   0.500            1.8830    40.7
2    非球面[2]                   0.383 
3      -10.595                   0.750            1.9229    18.9
4       -2.377                   4.782 
5    絞り面                      0.125 
6      -15.941                   0.375            1.9229    18.9
7        1.546                   0.750            1.8830    40.7
8       -4.136                   0.063 
9        3.390                   0.625            1.9229    18.9
10      336.258                   0.125 
11        ∞                      0.000  偏心(1) 
12    スロープ面                  0.820            1.8830    40.7
13    FFS[1]                      1.727 
14        ∞                      0.500            1.5163    64.1
15        ∞                      0.050 
像  面      ∞
非球面[1]
曲率半径     -1.516
k   0.0000e+000
a   1.9351e-001    b  -2.7113e-002
非球面[2]
曲率半径      4.199
k   1.1576e+001
a   4.2146e-002    b   1.0304e-001    c  -8.9984e-002 
FFS[1]
Ｃ4    1.9534e-003    Ｃ6   -4.9348e-005    Ｃ11  -1.9028e-004
Ｃ13  -5.4524e-005    Ｃ15   3.4418e-004    Ｃ22   9.5229e-006
Ｃ24   5.2482e-005    Ｃ26  -7.9299e-005    Ｃ28  -1.0146e-005
Ｃ67   2.7000e+001
偏心[1] 
Ｘ    1.500  Ｙ    0.000  Ｚ    0.000 
α    0.000  β    0.000  γ    0.000 
【０２４１】
実施例５
実施例４と同じ
【０２４２】
実施例６
面番号   曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                  *1 33.000 
1        ∞                      0.400            1.8830    40.7
2    非球面[1]                   2.445 
3        6.597                   0.400            1.8040    46.6
4        1.473                   0.800            1.8081    22.8
5       -7.655                   0.845 
6    絞り面                      0.100 
7        2.036                   0.400            1.9229    18.9
8        0.746                   0.800            1.8040    46.6
9       -3.412                   0.000 
10        ∞                  *2  0.155  偏心(1) 
11      -26.019                   0.600            1.8830    40.7
12      -10.000               *3  0.256 
13       -4.690                   0.600            1.9229    18.9
14       -5.194                   0.100 
15        ∞                      1.000            1.5163    64.1
16        ∞                      0.100 
像  面      ∞
非球面[1]
曲率半径      0.611
k  -6.7809e-001
a  -1.1758e-001 
偏心[1] 
Ｘ    1.00  Ｙ    0.00  Ｚ    0.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
*1          33.000      16.000      10.000
*2          0.155       0.129       0.102
*3          0.256       0.282       0.309
仕様
画角               140°
焦点距離             0.423
絞り径             φ0.900mm
像の大きさ         φ1.000
有効Fno              2.566
【０２４３】
実施例７
面番号   曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                  *1 33.000 
1        ∞                      0.400            1.8830    40.7
2    非球面[1]                   1.196 
3        5.944                   0.600            1.9229    18.9
4       -8.831                   1.773 
5       -1.584                   0.400            1.8830    40.7
6        1.025                   0.800            1.6330    31.4
7       -1.316                   0.100 
8    絞り面                      0.233 
9        3.699                   0.400            1.9229    18.9
10        1.137                   0.800            1.8830    40.7
11       -2.440                   0.000 
12        ∞                      0.150  偏心(1) 
13      -10.480                   0.400            1.6938    36.2
14        3.843                   0.000 
15        ∞                  *2  0.303 
16        3.644                   1.200            1.8830    40.7
17      -12.577               *3  0.546 
18        ∞                      2.049 
19        ∞                      0.500            1.5163    64.1
20        ∞                      0.100 
像  面      ∞
非球面[1]
曲率半径      0.840
k  -1.0098e+000
a   2.3338e-002 
偏心[1] 
Ｘ    1.000  Ｙ    0.000  Ｚ    0.000 
α    0.000  β    0.000  γ    0.000 
*1          33.000      10.000      0.000
*2          0.303       0.291       0.100
*3          0.546       0.558       0.749
仕様
画角               140°
焦点距離             0.412
絞り径             φ1.000mm
像の大きさ         φ1.000
有効Fno              2.204
【０２４４】
実施例８
面番号  曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                  *1 62.500 
1    非球面[1]                   0.500            1.8830    40.7
2    非球面[2]                   0.231 
3        3.513                   0.750            1.9229    18.9
4       -3.835                   4.081 
5    絞り面                      0.125 
6      -32.785                   0.375            1.9229    18.9
7        1.650                   0.750            1.8830    40.7
8       -4.644                   0.063 
9        3.688                   0.625            1.9229    18.9
10      -28.330                   0.188 
11        ∞                      0.000  偏心(1) 
12      -54.603                   0.750            1.9229    18.9
13      -71.025               *2  0.125 
14       18.604                   0.750            1.6180    63.3
15        6.554               *3  0.755 
17        6.696                   0.750            1.8830    40.7
18       20.976                   0.152 
19        ∞                      0.500            1.5163    64.1
20        ∞                      0.050 
21        ∞                      0.000 
像  面      ∞
非球面[1]
曲率半径     -1.864
k   0.0000e+000
a   1.5065e-001    b  -4.7179e-002
非球面[2]
曲率半径      1.446
k  -1.5475e+001
a   4.2102e-001    b  -3.1830e-001    c   7.7613e-002 
偏心[1] 
Ｘ    1.875  Ｙ    0.000  Ｚ    0.000 
α    0.000  β    0.000  γ    0.000 
*1      62.500      18.750
*2      0.125       0.637
*3      0.755       0.243
仕様
画角                90°
焦点距離             0.867
絞り径             φ1.250mm
像の大きさ         φ1.000
有効Fno              2.185
【０２４５】
実施例９
面番号   曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                  *1 50.000 
1    非球面[1]                   0.500            1.8830    40.7
2    非球面[2]                   0.345 
3     -125.536                   0.750            1.9229    18.9
4       -2.482                   2.945 
5    FFS[1]                      0.625  偏心(1)   1.8830    40.7
6    螺旋面                      0.063 
7    絞り面                      0.125  偏心(2)
8       -7.332                   0.375            1.9229    18.9
9        1.136                   0.750            1.8830    40.7
10       -3.433                   0.063 
11        2.450                   0.625            1.9229    18.9
12      773.483                   0.188 
13        ∞                      1.467 
14        ∞                      0.500            1.5163    64.1
15        ∞                      0.050 
像  面      ∞
非球面[1]
曲率半径     -3.129
k   0.0000e+000
a   1.5225e-002    b  -8.7392e-004
非球面[2]
曲率半径      2.002
k  -1.1136e+001
a   1.2832e-001    b  -6.0868e-002    c   1.1736e-002 
偏心[1] 
Ｘ    1.500  Ｙ    0.000  Ｚ    0.000 
α    0.000  β    0.000  γ    0.000 
偏心[2] 
Ｘ   -1.500  Ｙ    0.000  Ｚ    0.000 
α    0.000  β    0.000  γ    0.000 
FFS[1]
Ｃ4    7.4954e-003    Ｃ6    9.2849e-004    Ｃ11  -7.3163e-004
Ｃ13   1.4209e-004    Ｃ15   9.7045e-004    Ｃ22   4.9732e-005
Ｃ24   2.8193e-005    Ｃ26  -2.2641e-004    Ｃ28  -9.9491e-005
Ｃ67   2.7000e+001
*1          50          33          15
仕様
画角                90°
焦点距離             0.953
絞り径             φ1.250mm
像の大きさ         φ1.000
有効Fno              1.664
【０２４６】
実施例１０
面番号   曲率半径                  面間隔  偏心     屈折率  アッベ数
物体面      ∞                  *1 83.330 
1        ∞                      0.500           1.8830    40.7
2    非球面[1]                   1.542 
3       10.745                   0.400           1.8830    40.7
4        1.978                   1.500           1.9229    18.9
5       -8.755                   0.050 
6        5.086                   0.600           1.5174    52.4
7       75.034                   0.050 
8        3.689                   1.000           1.4875    70.2
9       -1.998                   0.400           1.9229    18.9
10        5.108                   0.050 
11    絞り面                      0.180 
12       -7.317                   0.600           1.8830    40.7
13       -2.848                   0.050 
14        8.261                   0.400           1.9229    18.9
15        2.533                   1.300           1.6398    34.5
16       -3.967                   0.050 
17        3.484                   1.000           1.8830    40.7
18      -17.964                   0.100 
19        ∞                      0.000 偏心(1) 
20        ∞                      0.500           1.8830    40.7
21      -48.782               *2  0.070 
22      -40.376                   0.400           1.8830    40.7
23        ∞                  *3  0.657 
24        ∞                      0.500           1.5163    64.1
25        ∞                      0.100 
像  面      ∞                            偏心(2) 
非球面[1]
曲率半径      1.232
k  -9.2269e-001
偏心[1] 
Ｘ    2.250  Ｙ    0.000  Ｚ    0.000 
α    0.000  β    0.000  γ    0.000 
偏心[2] 
Ｘ   -2.258  Ｙ    0.000  Ｚ    0.000 
α    0.000  β    0.000  γ    0.000 
*1        88.330      41.670      25.000
*2        0.070       0.184       0.340
*3        0.657       0.543       0.387
仕様
画角               140°
焦点距離             0.816
絞り径             φ1.400mm
像の大きさ         φ2.000
有効Fno              1.474
【０２４７】
実施例１１
面番号   曲率半径                  面間隔  偏心     屈折率  アッベ数
19        ∞                      0.000 偏心(1) 
20        ∞                      0.400           1.8830    40.7
21       36.987               *2  0.336 
22       30.471                   0.500           1.8830    40.7
23        ∞                  *3  0.390 
*1      88.330    41.670     25.000
*2        0.335       0.211       0.080
*3        0.390       0.514       0.645
仕様
実施例１０と同じ
【０２４８】
実施例１２
面番号   曲率半径                  面間隔  偏心     屈折率  アッベ数
19        ∞                  *2  0.060 
20        ∞                      0.400           1.8830    40.7
21       55.300               *3  0.654 
22       29.140                   0.500           1.8830    40.7
23        ∞                      0.100 
*1        88.330      41.670      25.000
*2        0.060       0.243       0.500
*3        0.655       0.472       0.215
仕様
実施例１０と同じ
【０２４９】
実施例１３
面番号   曲率半径                  面間隔  偏心     屈折率  アッベ数
19        ∞                  *2  0.533 
20        ∞                      0.400           1.8830    40.7
21       36.987               *3  0.200 
22       30.471                   0.500           1.8830    40.7
23        ∞                      0.100 
*1        88.330      41.670      25.000
*2        0.533       0.304       0.050
*3        0.200       0.429       0.683
仕様
実施例１０と同じ
【０２５０】
実施例１４
面番号   曲率半径                  面間隔  偏心     屈折率  アッベ数
19        ∞                  *2  0.218 
20      -33.491                   0.300           1.8978    28.2
21      -35.533               *3  0.832 
*1        88.330      41.670      25.000
*2        0.218       0.456       0.950
*3        0.832       0.594       0.100
仕様
実施例１０と同じ
【０２５１】
上記実施例について、条件式（１）及び（２）の値を下記に示しておく。
【０２５２】
条件式           実施例６      実施例７      実施例８     実施例９
（１）ｄ／ｆ                                                0.082
ｆ                 0.423         0.412         0.867
ｆｂ              22.670        10.942        32.555
（２）ｆｂ／ｆ    53.522        26.558        37.549
【０２５３】
条件式           実施例１０    実施例１１    実施例１２   実施例１３
ｆ                 0.816         0.815         0.812        0.817
ｆｂ            -267.332       187.376        68.254     -111.459
ｄｖ               0.270         0.255         0.440        0.483
（２）ｆｂ／ｆ  -352.113       229.909        84.057     -136.425
（３）ｄｖ／f      0.331         0.313         0.542        0.591
【０２５４】
条件式           実施例１４
ｆ                  1.335
ｆｂ             -697.476
ｄｖ                0.732
（２）ｆｂ／ｆ   -522.454
（３）ｄｖ／f       0.548
【０２５５】
以下に、本実施形態の光学系１の適用例を説明する。
【０２５６】
本実施形態の立体撮像光学系と、前記像面に配置され、複数の画素を有する撮像素子と、を備える立体撮像装置として使用することが好ましい。
【０２５７】
本実施形態の立体撮像光学系を用いることで、立体撮像装置の小型化を実現することが可能となる。
【０２５８】
また、立体撮像装置を備える内視鏡として使用することが好ましい。
【０２５９】
本実施形態の立体撮像光学装置は、フォーカス及び輻輳の変更を非常に簡単な動きで動作するので、内視鏡のような小型の装置に用いることで、内視鏡の性能を向上させることが可能となる。
【０２６０】
さらに好ましくは、合焦検出部又は測距部等を用いて自動でフォーカス調整を行うことが好ましい。
【０２６１】
図８２は、本実施形態の光学系を自動車の撮像光学系として用いた例を示す図である。
【０２６２】
図８２（ａ）は、自動車１３０の前方に撮像光学系として本実施形態にかかる光学系１を取り付けて、車内の表示装置に各光学系１を経て撮影された画像を、画像処理を施して歪みを補正して同時に表示するようにした例を示す図であり、図８２（ｂ）は、自動車１３０の各コーナやヘッド部のポールの頂部に立体撮像装置として本実施形態にかかる光学系１を複数取り付けて、車内の表示装置に各光学系１を経て撮影された画像を、画像処理を施して歪みを補正して同時に立体的に表示するようにした例を示す図である。
【０２６３】
図８３は、本実施形態の光学系を内視鏡先端の撮像光学系として用いた例を示す図である。
【０２６４】
図８３は、内視鏡先端の撮像光学系として本実施形態にかかる光学系１を用いた例を示すための図である。図８３（ａ）は、硬性内視鏡１１０の先端に本実施形態にかかる光学系１を取り付けて３６０°全方位の画像を立体的に撮像観察する例である。図８３（ｂ）にその先端の概略の構成を示す。また、図８３（ｃ）は、軟性電子内視鏡１１３の先端に本実施形態にかかる光学系１を同様に取り付けて、撮影された画像を、表示装置１１４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例である。
【０２６５】
図８３に示すように、内視鏡に光学系１又は立体撮像装置を用いることにより、全方位の画像を立体的に撮像観察することができ、従来と異なる角度から様々な部位を立体的に撮像観察することができる。
【０２６６】
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【図１】
2014147856.tif 000003
【図２】
2014147856.tif 000004
【図３】
2014147856.tif 000005
【図４】
2014147856.tif 000006
【図５】
2014147856.tif 000007
【図６】
2014147856.tif 000008
【図７】
2014147856.tif 000009
【図８】
2014147856.tif 000010
【図９】
2014147856.tif 000011
【図１０】
2014147856.tif 000012
【図１１】
2014147856.tif 000013
【図１２】
2014147856.tif 000014
【図１３】
2014147856.tif 000015
【図１４】
2014147856.tif 000016
【図１５】
2014147856.tif 000017
【図１６】
2014147856.tif 000018
【図１７】
2014147856.tif 000019
【図１８】
2014147856.tif 000020
【図１９】
2014147856.tif 000021
【図２０】
2014147856.tif 000022
【図２１】
2014147856.tif 000023
【図２２】
2014147856.tif 000024
【図２３】
2014147856.tif 000025
【図２４】
2014147856.tif 000026
【図２５】
2014147856.tif 000027
【図２６】
2014147856.tif 000028
【図２７】
2014147856.tif 000029
【図２８】
2014147856.tif 000030
【図２９】
2014147856.tif 000031
【図３０】
2014147856.tif 000032
【図３１】
2014147856.tif 000033
【図３２】
2014147856.tif 000034
【図３３】
2014147856.tif 000035
【図３４】
2014147856.tif 000036
【図３５】
2014147856.tif 000037
【図３６】
2014147856.tif 000038
【図３７】
2014147856.tif 000039
【図３８】
2014147856.tif 000040
【図３９】
2014147856.tif 000041
【図４０】
2014147856.tif 000042
【図４１】
2014147856.tif 000043
【図４２】
2014147856.tif 000044
【図４３】
2014147856.tif 000045
【図４４】
2014147856.tif 000046
【図４５】
2014147856.tif 000047
【図４６】
2014147856.tif 000048
【図４７】
2014147856.tif 000049
【図４８】
2014147856.tif 000050
【図４９】
2014147856.tif 000051
【図５０】
2014147856.tif 000052
【図５１】
2014147856.tif 000053
【図５２】
2014147856.tif 000054
【図５３】
2014147856.tif 000055
【図５４】
2014147856.tif 000056
【図５５】
2014147856.tif 000057
【図５６】
2014147856.tif 000058
【図５７】
2014147856.tif 000059
【図５８】
2014147856.tif 000060
【図５９】
2014147856.tif 000061
【図６０】
2014147856.tif 000062
【図６１】
2014147856.tif 000063
【図６２】
2014147856.tif 000064
【図６３】
2014147856.tif 000065
【図６４】
2014147856.tif 000066
【図６５】
2014147856.tif 000067
【図６６】
2014147856.tif 000068
【図６７】
2014147856.tif 000069
【図６８】
2014147856.tif 000070
【図６９】
2014147856.tif 000071
【図７０】
2014147856.tif 000072
【図７１】
2014147856.tif 000073
【図７２】
2014147856.tif 000074
【図７３】
2014147856.tif 000075
【図７４】
2014147856.tif 000076
【図７５】
2014147856.tif 000077
【図７６】
2014147856.tif 000078
【図７７】
2014147856.tif 000079
【図７８】
2014147856.tif 000080
【図７９】
2014147856.tif 000081
【図８０】
2014147856.tif 000082
【図８１】
2014147856.tif 000083
【図８２】
2014147856.tif 000084
【図８３】
2014147856.tif 000085
【手続補正書】
【提出日】平成28年7月5日(2016.7.5)
【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】
物体側から像面側へ順に、少なくとも、負レンズと、開口と、を有し、第１中心軸に対して回転対称な第１光学系と、
前記第１中心軸に平行な第２中心軸に対して回転対称であって、前記第１光学系と同一構成で並列に配置される第２光学系と、
前記第１光学系及び前記第２光学系のそれぞれの光路に交差するように配置される可変光学系と、
を備え、
前記可変光学系は、少なくとも１つの可変光学素子を有し、
前記可変光学素子は、
前記第１光学系及び前記第２光学系について、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを同時に変化させ、
透過面を有し、
前記第１光学系及び前記第２光学系に等しい屈折作用を与え、
前記第１光学系及び前記第２光学系は、それぞれ、物体側から像面側へ順に、負レンズを有する前群と、開口と、後群と、を有し、
前記可変光学系は、前記前群よりも像面側に配置される
ことを特徴とする立体撮像光学系。
【請求項２】
前記可変光学系は、前記前群と前記後群の間に配置される
請求項１に記載の立体撮像光学系。
【請求項３】
前記可変光学系は、前記後群よりも像面側に配置される
請求項１に記載の立体撮像光学系。
【請求項４】
前記可変光学素子は、
単一の回転中心軸を有し、
前記回転中心軸を中心に回転することにより、前記第１光学系及び前記第２光学系のそれぞれの光路と交差する位置を変え、
前記第１光学系及び前記第２光学系のそれぞれの光路と交差する位置に応じて、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを変化させる
請求項２又は３に記載の立体撮像光学系。
【請求項５】
前記可変光学素子は、前記回転中心軸を対称軸とする回転対称な形状である
請求項４に記載の立体撮像光学系。
【請求項６】
前記可変光学素子は、
第１面部と、
前記第１面部と同一構成で前記第１面部に対して前記回転中心軸を中心に所定角度回転した位置に配置される第２面部と、
を少なくとも１組有する
請求項４又は５に記載の立体撮像光学系。
【請求項７】
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ、少なくとも、
前記回転中心軸に直交する平面からなる第１平面部と、
前記回転中心軸に直交する平面からなり、前記第１平面部とは前記回転中心軸方向の厚さが異なる前記第２平面部と、
を有する
請求項６に記載の立体撮像光学系。
【請求項８】
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ所定の傾斜角で傾斜する少なくとも１つの傾斜面からなる
請求項６又は７に記載の立体撮像光学系。
【請求項９】
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ前記回転中心軸を中心とする円の周方向に傾斜する少なくとも１つの螺旋面からなる
請求項６に記載の立体撮像光学系。
【請求項１０】
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ前記回転中心軸を中心とする円の周方向に連続して前記回転中心軸に対する放射方向の角度が変化する少なくとも１つの放射方向傾斜面からなる
請求項９に記載の立体撮像光学系。
【請求項１１】
前記可変光学素子は、
部分的曲率が変化している少なくとも１つの曲面を有する
請求項４又は５に記載の立体撮像光学系。
【請求項１２】
前記曲面は、自由曲面である
請求項１１に記載の立体撮像光学系。
【請求項１３】
前記可変光学素子は、中心軸方向に移動可能な少なくとも１つの正又は負のレンズを有し、
前記可変光学系は、
前記第１中心軸と前記第２中心軸の中間に光学系中心軸が配置され、
前記光学系中心軸に対して回転対称な正又は負の１枚のレンズからなり、
前記正又は負の少なくとも１枚のレンズは、前記光学系中心軸方向に移動可能な前記可変光学素子である
請求項３に記載の立体撮像光学系。
【請求項１４】
前記第１中心軸と前記第２中心軸の間隔は、１０ｍｍ以下である
請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の立体撮像光学系。
【請求項１５】
物体側観察画角が６０°以上である
請求項１乃至１４のいずれか１つに記載の立体撮像光学系。
【請求項１６】
前記可変光学系は、前記可変光学素子の全系の焦点距離をｆb、光学系全体の焦点距離をｆとするとき、以下の条件式（２）を満足する
請求項１３に記載の立体撮像光学系。
１０  ＜  ｜ｆｂ／ｆ｜      （２）
【請求項１７】
前記可変光学系は、前記可変光学素子の移動量をｄｖ、光学系全体の焦点距離をｆとするとき、以下の条件式（３）を満足する請求項１３に記載の立体撮像光学系。
０．３  ＜  ｄｖ／ｆ        （３）
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか１つに記載の立体撮像光学系と、
前記像面に配置され、複数の画素を有する撮像素子と、
を備える
ことを特徴とする立体撮像装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の立体撮像装置を備える
ことを特徴とする内視鏡。
【国際調査報告】
2014147856.tif 000086
2014147856.tif 000087
2014147856.tif 000088
2014147856.tif 000089