(57)【要約】    【課題】    電子立体画像を撮影して、その画像を表示し観察する観察装置にて使用する実体顕微鏡用の変倍光学系で、観察物体が観察者により直視し得るようにして観察者の観察物体への作業を行ないやすくする。    【解決手段】    変倍光学系が物体側から順に対物レンズ光学系と、一回結像アフォーカルリレー光学系と、アフォーカルズーム光学系と、複数の光束に分割する分割ミラーと、分割された光束に夫々設けられた結像光学系とよりなり、作動距離を変えるために、一回結像アフォーカルリレー光学系の結像点より像側のレンズを移動させるようにして、このレンズ移動のための移動機構を観察物体より離すことにより観察物体を観察者により直視し得るようにした。【選択図】            図５
2008292513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、一つの対物レンズ光学系と、一つの一回結像アフォーカルリレー光学系と、一つのアフォーカルズーム光学系と、少なくとも二つの結像光学系とからなり視差のある画像を撮影する撮影光学系を含む光学系とを含み、前記一回結像アフォーカルリレー光学系の結像点より像側にあるレンズを光学系方向に移動させることにより作動距離を変えるようにしたことを特徴とする変倍光学系。
【請求項２】
前記一回結像アフォーカル光学系中のレンズを光軸方向に移動させることにより作動距離を変えるようにしたことを特徴とする請求項１の変倍光学系。
【請求項３】
前記アフォーカルズーム光学系の最も物体側のレンズ群を光軸方向に移動させることにより作動距離を変えるようにしたことを特徴とする請求項１の変倍光学系。
【請求項４】
物体側から順に、一つの対物レンズ光学系と、一つの一回結像アフォーカルリレー光学系と、一つのアフォーカルズーム光学系と、光軸間隔調整機構と、少なくとも二つの結像光学系とからなり視差のある画像を撮影する撮影光学系とを含み、前記光軸間隔調整機構がアフォーカルズーム光学系の倍率の変化に連動して内向角を一定に保つように動くことを特徴とする変倍光学系。
【請求項５】
前記光軸間隔調整機構がアフォーカルズーム光学系を射出した光束を少なくとも二つの光束に分割するための光束分割ミラーを少なくとも含み、前記アフォーカルズーム光学系のアフォーカル倍率が１の時の結像光学系の光軸間隔をａ、前記アフォーカルズーム光学系のアフォーカル倍率がβａｚのときの前記光束分割ミラーの移動量をΔｘとする時、下記条件を満足することを特徴とする請求項４の変倍光学系。
Δｘ＝ａ（βａｚ−１）／２βａｚ
ただし、Δｘはアフォーカルズーム光学系から遠ざかる方向を正とする。
【請求項６】
前記光軸間隔調整機構の動きが前記アフォーカルズーム光学系の光軸方向の移動であることを特徴とする請求項４又は５の変倍光学系。
【請求項７】
前記一回結像アフォーカルリレー光学系の結像点より像側にあるレンズを移動させて作動距離を変えることを特徴とする請求項４又は５の変倍光学系。
【請求項８】
物体側から順に、一つの対物レンズ光学系と、一つの一回結像アフォーカルリレー光学系と、一つのアフォーカルズーム光学系と、少なくとも二つの結像光学系とからなり視差のある画像を撮影する撮影光学系とを含み、前記アフォーカルズーム光学系と前記撮影光学系の間のアフォーカル光束中に少なくとも２方向に光束を分ける光分割素子を配置したことを特徴とする変倍光学系。
【請求項９】
前記光分割素子が、変倍により変わる内向角が一定に保たれるように変倍に連動して前記アフォーカルズーム光学系の光軸方向に動くことを特徴とする請求項８の変倍光学系。
【請求項１０】
前記一回結像アフォーカルリレー光学系の結像点より像側にあるレンズを光軸方向に移動させることにより作動距離を変えることを特徴とする請求項９の変倍光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察物体を電子画像立体観察する立体画像観察装置の実体顕微鏡に適した変倍光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工業用での微細部分の加工や、手術での患者の患部の狭い領域で顕微手術に実体顕微鏡が用いられてきた。
【０００３】
最近は、更に観察物体の状態を把握するために、紫外線や赤外線の目に見えない光線を使っての観察や、蛍光を利用した微光の変化を観察することが望まれている。
【０００４】
また、工業用では、加工物の汚れの状況を把握するために、蛍光観察を行なうことや、医療用では悪性腫瘍を他と区別するために、蛍光観察や皮膚の奥に見える血管を見るための赤外観察等が行なわれている。
【０００５】
このような観察を行なうためには、電子撮影装置を使って観察物体を撮影し、観察像と重ね合わせる構成をとると装置が大型化し、観察物体への作業を行なう際に観察物体を直視しにくく、又、顕微鏡を覗く位置が観察物体から離れ、観察者が無理な姿勢をとらざるを得なくなり観察者の疲労が増えるという問題がある。
【０００６】
これに対して光学顕微鏡による観察に代わって、次の文献１に記載されているような、電子画像を撮影して、この画像を表示して観察する装置が知られている。
【特許文献１】特開平１１−２５８５１６号公報
【特許文献２】特開平４−７６５１４号公報
【特許文献３】特開２００５−４９６４６号公報    上記特許文献１に記載されている装置は、撮影部分と表示部分を分離できるために観察者が表示画像を見る位置の制限が緩和されるため、観察者が楽な姿勢にて表示画像を観察し得る。
【０００７】
この装置において観察物体の加工や腫瘍の摘出等の作業を加える場合、この装置の物体に近い部分をなるべく小さくすることが観察物体の作業の効率がよくなる。さらに、高度な作業を行なう場合、複数の人が、同時に別方向から観察物体に作業を行なう必要がある。このような場合、観察者それぞれが、観察物体の表示画像を直視した際の像の向きをほぼ合わせることにより、画面への加工具の像の現われ方が手の動きと一致し、疲労の少ない観察ができる。
【０００８】
前記の特許文献１の装置は、１方向の観察者の像を与えるのみで、光路の引き回しが複雑になるために２方向以上の観察像を撮影することは難しい。
【０００９】
また、この立体観察装置は、人が立体認識する手がかりが両眼視差と輻輳に限られるため、更に最適で、立体感のよいことが望まれる。
【００１０】
そのため、左右共通のアフォーカルズーム光学系を用いると、変倍により内向角が変わるため立体感が変わる。
【００１１】
立体感を一定に保つため、特許文献２が考案された。しかし観察者付近が大型化し、また複数の観察方向に対応するためには構成が複雑になり、実用化されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、電子立体画像を撮影し、その画像を表示して観察装置において用いられる変倍光学系で、変倍による作動距離の変化の少ない作動距離を変える機構を備えた変倍光学系を提供するものである。
【００１３】
また、本発明は、変倍の際に内向角を一定に保つ機構を備えた変倍光学系を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の電子画像装置用変倍光学系は、物体側から順に一つの対物レンズ光学系と、一つの一回結像アフォーカルリレー光学系と、一つのアフォーカルズーム光学系と、少なくとも二つの結像光学系とからなり視差のある画像を撮影する撮影光学系を含む光学系であって、一回結像アフォーカルリレー光学系の結像系より像側にあるレンズを光軸方向に移動させて作動距離を変えるようにしたことを特徴とする。
【００１５】
上記のような構成の光学系にすることにより、視差方向を変えることや複数の視差を撮影しやすくなる。
【００１６】
前述のように実体顕微鏡を用いての作業を行なう場合、観察物体を直視しやすいことや、観察物体に作業を行なう加工具や処置具を観察物体まで持っていきやすいことが重要である。そのために観察装置の観察物体に近い部分は、小さくすることが望ましい。
【００１７】
一方、撮像素子の解像の改善や、色再現の向上により、電子画像装置の性能が向上しており、それにより電子画像装置による立体視の実用化が考えられる。
人は、両眼視差、輻輳、調節、運動視差を使って立体的な認識を行なっている。
【００１８】
電子画像は、両眼視差と輻輳により立体観察を行なうものが多い。
【００１９】
一方、光学像を観察する光学顕微鏡である実体顕微鏡は、両眼視差と、輻輳に加えて調節も再現し得るため電子画像装置による立体視との差は歴然としている。
【００２０】
立体観察による作業において、高度な作業は無理であっても、簡単な作業であって、短時間使用の作業では電子画像装置が使用できる場合が多い。しかし、このような対象に使用する装置は、安価にせざるを得ない。そのためには、構成を簡単にせざるを得ない。
【００２１】
一般の実体顕微鏡のように、複数の変倍光学系を使用する場合、左右の像の差を立体情報として認識するため、焦点位置、倍率や像の中心を精密に合わせないとならない。そのためには、どうしても高度な技能者による調整作業が必要になり、価格が上がり、安価に作るという目的に合わない。そのため、調整を簡単にするためにはズーム系を一つにすることが好ましい。ズーム系を一つにした場合、左右の撮像系の光軸間隔が一定であると、ズーム倍率に比例して入射側の光軸間隔が変化し、立体感が変わってしまう。
【００２２】
これを補うためには、立体感を一定にするように補正する機構が必要になる。また左右の開口と対物レンズが離れると、対物レンズの直径が大になり、リレーレンズが必要になる。そのため光学系を支える機械機構が大型になり、光学系を移動部分であるこれら機構は、物体から離れた位置に配置することが好ましい。
【００２３】
この点を考慮して、本発明の電子画像実体顕微鏡用変倍光学系は、前述のような構成にした。
【００２４】
また、このような構成の立体画像観察装置に用いる変倍光学系において、視界のよい装置にするためには、レンズの直径を小さくし、光学系の移動部分を像側にもっていくのが有効である。
【００２５】
前記の光学系おいて、レンズの直径を小さくするためには、左右の光束に分割する左右開口部の共役位置が対物レンズ付近になるようにすることが望ましい。そのためには１回結像のアフォーカルリレー光学系を配置する必要がある。
【００２６】
またレンズを移動させるためには、機械的な移動機構が必要になり、装置が大型化する。
【００２７】
また、光学系において、レンズ等を移動させる必要があるものとして、ズーミングと、作動距離の変更がある。
【００２８】
これらのうち、ズーミングは、ズーム光学系を１回結像のアフォーカルリレー光学系の後に（像側に）配置することにより対物光学系の側の小型化を実現し得る。
【００２９】
一方、作動距離の変更のためにレンズを移動させる場合、装置の大型化をさけるためには、１回結像のアフォーカルリレー光学系の結像点より像側にあるレンズを移動させればよい。
【００３０】
以上の理由から、本発明の光学系は、１回結像のアフォーカルリレー光学系の結像点より像側のレンズを移動させて作動距離を変えるようにしている。
【００３１】
そのため、本発明の前記構成の変倍光学系のアフォーカルリレー光学系の結像点より像側のレンズの移動により作動距離を変えるか、アフォーカルリレー光学系の最も物体側のズーム群の移動により作動距離を変えるとズームの変倍による作動距離の変動が少なくてよい。
【００３２】
また、本発明の立体電子画像撮影用変倍光学系は、一つの対物レンズ光学系と、一つの１回結像アフォーカルリレー光学系と、一つのアフォーカルズーム光学系と、少なくとも二つの結像光学系からなり視差のある画像を撮影する撮影光学系とを含むもので、アフォーカルズーム光学系と結像光学系との間に光軸間隔調整機構（撮影光学系の各結像光学系の光軸間隔を調整する機構）を配置したことを特徴とするもので、これによりズーム倍率の変化に伴う内向角の変化が生じないようにし、内向角を一定に保つようにした。
【００３３】
このように、本発明の光学系は、ズーム倍率の変化に伴う内向角の変化を光軸間隔調整機構により一定に保つようにした。ここで、光軸間隔調整機構がアフォーカルズームレンズの光軸方向の移動であると、アフォーカルズームレンズの移動による変倍と光軸間隔調整機構の移動機構が連動させやすいため望ましい。
【００３４】
また、上記のように光軸間隔調整機構がアフォーカルズームレンズの光軸方向に移動させて調整を行う構成であると、１回アフォーカルリレー光学系の結像点より像側のレンズの移動による作動距離を変える機構とも連動させやすいため望ましい。これにより、前述のように物体側の光学系の小型化が可能になる。
【００３５】
ここで光軸間隔調整機構が、アフォーカルズーム光学系を射出した光束を左右の光束に分割する光束分割ミラーと、分割された両光束の光軸をアフォーカルズーム光学系を射出する光束の光軸方向に平行になるようにする光偏向部材とを少なくとも備えた構成で、アフォーカルリレー光学系の倍率が１倍のときの光軸間隔をａ、アフォーカルズーム光学系の倍率がβａｚのときの光束分割ミラーの移動量をΔｘとすると、次の条件（１）を満足させることにより、物体側の内向角を一定に保つことができ、立体感の変化がないので好ましい。
（１）    Δｘ＝ａ（βａｚ−１）／２βａｚ
ただし、Δｘはアフォーカルズーム光学系から遠ざかる方向を正とする。
【００３６】
また、本発明の立体電子画像撮影用変倍光学系は、物体側から順に、一つの対物レンズ光学系と一つの１回結像アフォーカルリレー光学系と、一つのアフォーカルズーム光学系と少なくとも二つの結像光学系からなり、視差のある画像を撮影する撮影光学系とを含む光学系であって、アフォーカルズーム光学系と撮像光学系との間のアフォーカル光束中に少なくとも２方向の視差のある画像を作る光束に分割する光束分割素子を配置したことを特徴とする。
【００３７】
これによって、複数の観察者によるその視線方向のあった像を撮影することを可能にした。
【００３８】
また、この本発明の光学系は、立体感を一定に保つために、光束分割素子が、変倍により変化する内向角が一定に保たれるように変倍に連動してアフォーカルズームレンズの光軸方向に動くようにしている。また、１回結像アフォーカルリレー光学系の結像点より像側にあるレンズを光軸方向に移動することにより作動距離を変化させ得るようにして、複数の観察者による適切な視差の画像が得られた上で対物側が小型化でき、視界のよい観察装置になし得る。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、物体側が小さく、視差の異なる複数の画像を供給することにより複数の観察者が観察物体に作業や処置を加えやすい構成であって、立体感の変わらない立体画像撮影に適した変倍光学系を実現し得たという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
次に本発明の立体電子画像撮影用変倍光学系の実施の形態を、図示する各実施例にもとづいて説明する。
【実施例１】
【００４１】
本発明の変倍光学系の実施例１は、図１に示す通りの構成である。
【００４２】
即ち、実施例１の変倍光学系は、対物レンズ光学系１と、レンズ２、４、６より構成されるアフォーカルリレー光学系と、正、負、正の三つのズーム群よりなるズーム光学系７と、夫々レンズ１１Ｌ、１１Ｒよりなる二つの結像レンズにて構成された撮影光学系とよりなる。
【００４３】
また、プリズムＳは対物レンズ光学系１よりの光軸を４５°曲げるもので、プリズム８および反射ミラー９Ｌ、９Ｒは光路を分割する光学系で、光軸間隔調整機構を備えている。
【００４４】
この図１に示す、本発明の実施例１の立体電子画像撮影用変倍光学系は、対物レンズ光学系１からの光束を物体像を１回結像アフォーカルリレー光学系に入射し、結像点５に一度結像させた後にアフォーカル光束として射出し、この光束をアフォーカルズーム光学系７に入射させ、アフォーカルズーム光学系７を射出した光束を光束分割ミラー８により左右の光束に分ける。左右に分割された光束は、左右のミラー９Ｌおよび９Ｒによりアフォーカルズーム光学系７の光軸の延長線に平行な方向に向けられ、左右の絞り１０Ｌおよび１０Ｒを通り左右の結像レンズ１１Ｌおよび１１Ｒにより、ＣＣＤやＣＭＯＳ、撮像管等の撮像素子１２Ｌおよび１２Ｒの撮像面上に結像してこれら撮像素子１２Ｌ、１２Ｒにて撮影される。
【００４５】
この実施例１の立体電子画像撮影用変倍光学系において、対物レンズ光学系１は、固定焦点でよいが作動距離が変化するため対物レンズの一部または全体を移動させることが好ましい。しかし、対物レンズを移動させる機械機構による大型化が問題である。
【００４６】
この実施例１の対物レンズは、凹レンズと凸レンズとよりなり、凹レンズの直径を小型化でき、そのため、この凹レンズを移動させることにより移動のための機構を凸レンズと凹レンズとの直径の差を利用して配置することにより対物レンズの鏡筒を大型化せずに凹レンズの移動が可能になる。
【００４７】
このように、実施例１の変倍光学系は、対物レンズ光学系の一つのレンズの移動により作動距離を変えることが可能である。しかも前記のように移動するレンズの径を小にし得る対物レンズ系のレンズ構成が可能であり、したがって観察者による観察物体の直視が容易である立体画像撮影用装置を実現出来るという本発明の目的を達成し得る。
【００４８】
しかし、この実施例１の変倍光学系は、１回結像アフォーカルリレー光学系の結像点より像側のレンズ即ちレンズ６により作動距離を変えることも可能である。
【００４９】
次に、１回結像のアフォーカルリレー光学系は、レンズ２、レンズ４、レンズ６にて構成されている。この撮影用変倍光学系を小型化するためには、１回結像アフォーカルリレー光学系の径を小さくすることが好ましい。そのためには、アフォーカル倍率を１に近い値にすることが望ましい。
【００５０】
この実施例１は（本発明は）このアフォーカル倍率βが次の範囲内になるように設定してある。
【００５１】
０．９≦β≦１．１
βが上記の範囲内であれば、それ程大きな差にならず実用上問題がない。
【００５２】
このアフォーカル倍率βが上記条件の下限値０．９より小になると像側のレンズが大になり、また、上限値１．１より大になると物体側のレンズが大になる。したがって、いずれも装置が大型になる。特にβ＝１であれば、対物レンズ光学系１からアフォーカルズーム光学系のレンズの最大径を小にし得る。
【００５３】
また、１回結像アフォーカルリレー光学系のレンズ４を結像点５の近くに配置することにより軸外収差の補正が行ない易い。
【００５４】
また、反射部材３は、光束を観察物体平面に対し４５°の方向に反射させるためのもので、観察者が立体撮影装置の画像を、立体ビュアー、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、立体モニター等にて観察する際に観察し易くするためのものである。観察者の覗く位置と観察物体との距離は、観察物体に近い方が作業性がよく好ましい。また、工具や処置具が撮影装置にぶつからないようにすることが望ましい。そのために、実施例１では、対物レンズ光学系の光軸と１回結像アフォーカルリレー光学系の光軸とが４５°傾くような構成にした。
【００５５】
図２は、観察者から見た図で、立体画像を一つの表示面に表示し、見る方向による像の変化により立体モニター１４と立体観察装置１３との干渉により、左右別々の表示素子を使用し、左右別々のレンズにて像を覗き込む立体ビュアー１５に比べて、観察像を遮り易い。
【００５６】
ここで、対物レンズ光学系の光軸と１回結像リレー光学系の光軸とのなす角をθとすると、このθが次の範囲内であることが立体ビュアー１５にての観察像が見易く、作業性をよくし得る。
【００５７】
２０°≦θ≦７０°
また、立体モニター１４にての観察の場合は、θは下記の範囲内であることが好ましい。
【００５８】
２０°≦θ≦５０°
何れの場合も角θが条件の下限値２０°よりも小になると工具や処置具が撮影装置と干渉しやすくなる。またθが上限値の７０°あるいは５０°より大になると立体表示装置との干渉が起きやすいか、表示画像を遮りやすくなる。
【００５９】
次に、１回結像アフォーカルリレー光学系を射出したアフォーカル光束は、アフォーカルズーム光学系７に入射する。このアフォーカルズーム光学系７は、入射した光束を変倍してアフォーカル光束を射出する。この光束は、光束分割プリズム８により左右の光束に分割される。分割された光束は、ミラー９Ｌ、９Ｒによりアフォーカルズーム光学系７の光軸の延長線に平行な光束になる。ここで左右に分割された光束のうち、左眼用像の光学系、光学素子は、符号の後にＬをまた右眼用像の光学系、光学素子は符号の後にＲをつけて記載する。
【００６０】
ミラー９Ｌ、９Ｒにて反射後の光束は、アフォーカルズーム光学系７の光軸と偏心し、その光軸に対し共役位置が対象になる開口絞り１０Ｌ、１０Ｒが配置されている。これら開口絞り１０Ｌ、１０Ｒ通過後にアフォーカル光束を結像するための結像レンズ１１Ｌ、１１Ｒが配置されている。この結像レンズ１１Ｌ、１１Ｒにより結像した像をＣＣＤやＣＭＯＳ、撮像管等の撮像素子１２Ｌ、１２Ｒにて撮像する。
【００６１】
図３は、アフォーカルズーム光学系７から撮像素子１２Ｌ、１２Ｒまでの構成を示す。アフォーカルズーム光学系７により、開口絞りを対物レンズ光学系付近に投影することにより、すべてのレンズ系の最大径を小さくすることができる。しかし、ズーム光学系はズーミングにより瞳位置が変動する。このズームレンズ系の瞳位置の変動を小さくするには、瞳位置近くにレンズを配置すればよい。そのため、この実施例１の光学系は、３群ズームにて構成し、開口絞り１０Ｌ、１０Ｒに近い第３ズーム群７Ｃをズーミング中固定にすることが望ましい。
【００６２】
また、光束分割ミラー８を固定にすると、アフォーカルズーム光学系の変倍により立体感が変わる。そのため、立体感の変化が問題にならない範囲にズーム倍率を限定することが考えられる。一方より高度な作業を観察物体に加える場合、ズーム倍率を大にする必要がある。したがって、アフォーカルズーム光学系７の変倍に伴って、光分割ミラー８を移動させる必要がある。その場合アフォーカルズーム光学系の倍率が１倍の時の左右の光束が夫々左右開口１０Ｌおよび１０Ｒを通って撮像素子１１Ｌおよび１１Ｒに形成される像の中心を通る観察光軸がアフォーカルズーム光学系７に入射する光束または射出する光束の光軸の間隔をａ、アフォーカルズーム光学系のアフォーカルズーム倍率をβａｚとした時、その時の光分割ミラー８の移動量Δｘを下記条件（１）に示すようににすることが望ましい。ただし、Δｘは光分割ミラーがアフォーカルズーム光学系７から遠ざかる方向を正とする。
【００６３】
（１）    Δｘ＝ａ（βａｚ−１）／２βａｚ
この場合、アフォーカルズーム光学系の第１群７ａおよび第２群７ｂの移動曲線およびその際の光束分割ミラーの移動による物体側内向角を一定にするための移動曲線は図３に示すように移動する。つまり、第１群７ａと第２群７ｂが夫々図３の移動曲線１６、１７にて示すように移動する時、光分割ミラー８は移動曲線１８に示すように移動する。これにより変倍時内向角は一定に保たれる。
【００６４】
この実施例１は、アフォーカルズーム光学系７と光分割ミラー８が近くに配置されており、変倍時のアフォーカルズーム光学系のレンズ群の移動方向と光分割ミラーの移動方向とが同じ方向であるため光分割ミラー８の移動は、アフォーカルズーム光学系の変倍の際の可動群が一つ増えたと同じであり、同じカム機構により、変倍のための可動群と移動と立体感を一体にするための機構の移動とが一体化され機械機構が大型化せず単純な機構にし得る。
【００６５】
また、図４に示すように観察者のきき腕の違いにより、撮像装置２０の配置が異なる。このように撮像装置２０の配置位置が違っても、観察物体２１を表示装置２２にてみた時に左右の像の２３Ｌ、２３Ｒが図示するように見える必要がある。
【００６６】
一般に２画像を撮影する立体装置は、対物レンズ光学系の像側が２本の光学系であるため、撮影方向を変えようとすると、対物レンズの後側全体を動かすか、対物レンズの像側にイメージローテータを入れ、これを回転することになる。
いずれにしても、一般的な２画像を撮影する立体装置においては先端が大型になり、更に、回転部分が大型化することにより強度上の問題も生ずる。
【００６７】
この実施例１の立体電子画像撮影用変倍光学系は、光束分割ミラー８から撮像素子１２Ｌ、１２Ｒまでを一体化して、アフォーカルズーム光学系７の光軸を回転軸として回転し、画像２３Ｌ、２３Ｒにあわせることができる。この場合、アフォーカルズーム光学系７と連動して動く光分割ミラー８も動かすために、構成しにくいという問題がある。
【００６８】
この点を考慮して、アフォーカルズーム光学系７から光学素子１２Ｌ、１２Ｒまでを一体にし、アフォーカルズーム光学系７の光軸を回転軸にして回転させて、画像にあわせる構成にすることが望ましい。
【００６９】
この場合、移動部分が大きくなるが、その部分は物体面から最も離れているので、その部分がやや大きめになっても観察部分への作業性にはあまり影響がない。
【００７０】
この実施例１の変倍光学系の対物レンズ光学系のレンズ径を少にすることにより、対物レンズ光学系のレンズを移動させて作動距離を変えるようにした実施例であるが、アフォーカルズーム光学系による変倍に連動させて光軸間隔調整機構の光束分割ミラーを条件にもとづいて移動させて内向角を一定に保つようにしたことを特徴とする実施例である。
【００７１】
以上述べたように、実施例１は、対物レンズ光学系の一つのレンズの移動によっても本発明の目的を達成し得る手段にての作動距離を変えることのできる変倍光学系であるため、上記の構成、手段についての説明を行なった。
【００７２】
しかし、前述のようにこの実施例１は、１回結像アフォーカルリレー光学系のレンズの６の移動により作動距離を変えることのできる実施例であり、前述の本発明の特徴を有する実施例である。
【実施例２】
【００７３】
本発明の実施例２の立体電子画像撮影用変倍光学系は、図５に示す通りの構成である。この実施例２は、図５に示すように、物体側より順に、観察物体からの光束をアフォーカル光束にする固定の対物レンズ光学系２４と、対物レンズ光学系２４より射出するアフォーカル光束を１回結像２８した後にアフォーカル光束として射出するアフォーカルリレー光学系（２５、２７、２９）と、アフォーカルリレー光学系（２５、２７、２９）の後に配置されたアフォーカルズーム光学系７と、アフォーカルズーム光学系を射出した光束を四つの光束に分割する分割プリズム３０と、分割された夫々の光束に配置された開口絞り３１ｍＬ、３１ｍＲ、３１ｓＬ、３１ｓＲと、結像レンズ３３ｍＬ、３３ｍＲ、３３ｓＬ、３３ｓＲと撮像素子３４ｍＬ、３４ｍＲ、３４ｓＬ、３４ｓＲとよりなる。
【００７４】
また、アフォーカルリレー光学系のレンズ２５とレンズ２７の間には光路を対物レンズ光学系２４の光軸方向に対して４５°偏向させるプリズム２６が配置されている。
【００７５】
この実施例２は、対物レンズ光学系２４からズームリレー光学系７までの光学系の基本構成は、対物レンズ光学系が固定の一つのレンズ２４からなり、１回結像リレーアフォーカル光学系中のレンズ２９を光軸に沿って移動させて作動距離の変更を行なう点を除いて、実施例１と同じである。
【００７６】
しかし、この実施例２は図６に示すように、光束分割プリズム３０により、アフォーカルズーム光学系７を射出した光束を４分割して四つの光束とする点で実施例１とは相違する。したがって、開口絞りを通過した後の光束は、夫々反射ミラー３２ｍＬ、３２ｍＲ、３２ｓＬ、３２ｓＲにて反射されて夫々がアフォーカルズーム光学系の光軸に平行な四つの光束となり、夫々結像レンズ３３ｍＬ、３３ｍＲ、３３ｓＬ、３３ｓＲにより撮像素子３４ｍＬ、３４ｍＲ、３４ｓＬ、３４ｓＲの撮像面上に結像し撮像される。
【００７７】
ここで、開口絞りと撮像面の中心を結ぶ線が撮影光軸となり、この撮像光軸が物体面において交わる。そのなす角度が視差となり、立体観察が行なわれる。尚、ミラー３２ｍＬ、３２ｍＲ、３２ｓＬ、３２ｓＲ、結像レンズ３３ｍＬ、３３ｍＲ、３３ｓＬ、３３ｓＲ、撮像素子３４ｍＬ、３４ｍＲ、３４ｓＬ、３４ｓＲ等のｍ，ｓは夫々主観察者、副観察者を示している。
【００７８】
尚、図５においては、主観察者側のみを示し、副観察者側は省略しているが、副観察者用光学系は、図示する主観察者用光学系をアフォーカルズーム光学系の光軸を９０°回転させたもので同様の構成になる。また、図６において明るさ絞りを記入すると素子等が重なり合って、配置を認識しにくいため、明るさ絞りは省略してある。
【００７９】
この実施例２の変倍光学系による観察状態を図７に示す。この図７に示すように、この実施例２の変倍光学系を備えた撮影装置で観察物体３６を撮影する場合、図に示すように撮像素子上に画像が形成される。即ち、主観察者３７は、主観察者用立体表示装置３８上の左右の画像（３９Ｌ、３９Ｒ）を観察する。一方副観察者４０は副観察者用立体表示装置４１上に表示された左右の画像（４２Ｌ、４２Ｒ）を観察する。
【００８０】
また、この実施例２においても、光束分割ミラー３０を固定にすると、アフォーカルズーム光学系の変倍により立体感が変わる。したがって、アフォーカルズーム光学系７の変倍に伴って、光分割ミラー３０を移動させる必要がある。その場合アフォーカルズーム光学系の倍率が１倍の時の左右の光束が夫々左右開口３１ｍＬおよび３１ｍＲを通って撮像素子３４ｍＬおよび３４ｍＲに形成される像の中心を通る観察光軸がアフォーカルズーム光学系７に入射する光束または射出する光束の光軸の間隔をａ、アフォーカルズーム光学系のアフォーカルズーム倍率をβａｚとした時、その時の光分割ミラー３０の移動量Δｘを下記条件（１）に示すようににすることが望ましい。ただし、Δｘは光分割ミラーがアフォーカルズーム光学系７から遠ざかる方向を正とする。
【００８１】
（１）    Δｘ＝ａ（βａｚ−１）／２βａｚ
このように、観察者３７、４０が観察物体３６を直接観察した時の物体３６の向きと、立体表示装置に表示される像３９Ｌ、３９Ｒと副観察者が観察する像４２Ｌ、４２Ｒとがほぼ合い、作業を行ないやすい。
【００８２】
また、実施例１の変倍光学系のようにアフォーカルズーム光学系７から撮像素子３４ｍＬ、３４ｍＲ、３４ｓＬ、３４ｓＲまでを一体にして、アフォーカルズーム光学系の光軸を回転軸として回転し、主観察者の像の向きを合わされる。この場合、副観察者は、理想的な像の向きとは一致しないが、細かい作業を行なわずに主観察の作業を補助しまたは簡単な介助を行なう程度の作業内容であれば、直角方向からの観察でも十分実用になる像の向きであるといえる。
【００８３】
また、この実施例２は、フォーカシングを１回結像アフォーカルリレー光学系の結像点２８よりも像側のレンズ２９を光軸方向に動かすことにより行なう。この場合、先端部の光学系を動かす必要がないため、機械構造が簡単になり、レンズ２９のフォーカシングによる移動による光束の広がりを考慮しても、物体側の大きさを小さくでき、工具や処置具等が観察装置にぶつかりにくく、観察物体を直視しやすくなる。
【実施例３】
【００８４】
本発明の実施例３は、図８に示す通りの構成である。
【００８５】
この実施例３は、本発明の変倍光学系に照明系を備えた光学系である。そのためまずこの照明系の構成について簡単に説明する。
【００８６】
この照明系は、図８に示すように、ライトガイド４３の射出面より射出する照明光は、照明レンズ４４により撮像装置のフォーカス範囲の中央付近にライトガイド４３の射出端面に垂直な方向よりの光として集光される。つまり照明レンズ４４を透過した照明光は、ミラー４５により偏向され、ハーフミラー４６により撮影光学系（変倍光学系）の光束の範囲に重なるように反射して観察物体を照明する。
【００８７】
次に本、発明の実施例３の変倍光学系について説明する。
【００８８】
この実施例３の立体電子画像撮影用変倍光学系は、物体側よりの光束をアフォーカル光束として射出する対物レンズ光学系４７と、対物レンズ光学系を射出したアフォーカル光束を結像（５０）するリレー系結像光学系４８と１回結像した光束をアフォーカル光束として射出するリレー系コリメータレンズ５１とよりなる１回結像アフォーカルリレー光学系と三つのレンズ群（ズーム群）よりなるアフォーカルズーム光学系５２と、アフォーカルズーム光学系５２より射出する光束を分割する光束８分割ミラー５３と、分割された各光束中にに配置された開口絞り５４ｍＬ、５４ｍＲと、分割された各光束をアフォーカルズーム光学系の光軸と平行に向ける反射ミラー５５ｍＬ、５５ｍＲと分割された各光束を結像する結像レンズ５７ｍＬ、５７ｍＲとよりなる。
【００８９】
この実施例３の変倍光学系は、上記のような構成であり、図８に示すように、対物レンズ射出後のアフォーカル光束が１回結像アフォーカルリレー光学系のリレー系結像光学系４８により結像点５０に結像し、更にリレー系コリメータ光学系５１によりアフォーカル光束として１回結像アフォーカル光学系を射出する。この実施例３も撮影画像を表示する表示装置の表示画像を観察者が観察を遮りにくくするために、実施例１、２と同様に１回結像アフォーカルリレー光学系のリレー系結像光学系４８と結像点５０の間にプリズム４９を配置して光束に角度をつけている。
【００９０】
次に１回結像アフォーカル光学系を射出した光束は、三つのズーム群５２ａ，５２ｂ，５２ｃより構成されるアフォーカルズーム光学系５２に入射し、アフォーカル変倍してアフォーカル光束を射出する。この射出されたアフォーカル光束は、光束８分割ミラー５３により８方向に分割され、アフォーカルズーム光学系の光軸に対称な８光束となる。これら分割された各光束は結像レンズ５６ｍＬ、５６ｍＲにより撮像素子５７ｍＬ、５７ｍＲに結像する。
【００９１】
この実施例３は、以上のような基本構成を有する立体電子画像撮影用変倍光学系であって、その基本構成は実施例１、２と実質上同じである。
【００９２】
また、光束８分割ミラー５３を、アフォーカルズーム光学系による変倍（ズーム群の移動）に連動させて、式（１）を満足するように移動させることにより、立体感が変化しないようにし得る点も実施例１、２と同様である。
【００９３】
尚、この時の変倍のためのズーム群の移動と光束８分割ミラーの移動は、図８に示す通りである。
【００９４】
しかし、この実施例３は、光束分割プリズムが、光束８分割プリズムであり、これによりアフォーカルズーム光学系を射出したアフォーカル光束は、アフォーカルズーム光学系の光軸に対して対称な８方向に分割される点で、実施例１、２と相違する。
【００９５】
ここで、光束８分割ミラー５３にて８方向に分割された光束は、アフォーカルズーム光学系の光軸に対し対称な２光束により四つの組み合わせとなる。そのうちの光軸に対称な光束の一つの組み合わせが１方向の視差画像を形成する。このように四つの組み合わせの対称な光束により４方向の視差画像が形成される。
図８は、１方向である主観察者用の構成のみを示してある。
【００９６】
この実施例３において、光束８分割ミラーにより８分割された後の光束について、図９等にもとづき説明する。
【００９７】
光束８分割ミラーにより８分割された光束のうち、一つの組は、主観察者による観察物体を観察するための撮影画像を形成し、他の組は複数の副観察者（この実施例３では３人の副観察者）により観察物体を観察するための撮影画像を形成する。したがって、この実施例３は、主観察者の他３人の複数観察者により観察物体を観察、操作し得る点で実施例１、２と相違する。
【００９８】
そのため、分割された後の光束、光学系、光学素子等は、主観察者側をｍ、副観察者側を夫々ｓ１，ｓ２，ｓ３を付して示す。
【００９９】
この実施例３の変倍光学系において、光束８分割ミラー５３により分割された各光束は、図９、図１０に示すように、各光束中に配置された開口絞り５４ｍＬ、５４ｍＲ、５４ｓ１Ｌ、５４ｓ１Ｒ、５４ｓ２Ｌ、５４ｓ２Ｒ、５４ｓ３Ｌ、５４ｓ３Ｒを通り、ミラー５５ｍＬ、５５ｍＲ、５５ｓ１Ｌ、５５ｓ１Ｒ、５５ｓ２Ｌ、５５ｓ２Ｒ、５５ｓ３Ｌ、５５ｓ３Ｒにより反射され、アフォーカルズーム光学系の光軸方向に対して特定角度の方向に反射される。尚この実施例３は、その角度が０°であり、各光束は前記光軸に平行（対称）に進み、装置が小型になるようにしている。
【０１００】
また、図９では、構成がわかりにくくなるのをさけるため、開口絞り５４ｍＬ、５４ｍＲ、５４ｓ１Ｌ、５４ｓ１Ｒ、５４ｓ２Ｌ、５４ｓ２Ｒ、５４ｓ３Ｌ、５４ｓ３Ｒは図示していない。
【０１０１】
アフォーカルズーム光学系５２は、前記のように第１ズーム群５２ａ、第２ズーム群５２ｂ、第３ズーム群５２ｃよりなり、そのうちの第１ズーム群５２ａと第２ズーム群５２ｂが矢印のように移動して変倍を行ない、それと共に８分割ミラーも矢印のように又前記式（１）を満足するように移動する。これにより、内向角を一定に保ち立体感を一定に保つ。
【０１０２】
ここで、アフォーカルリレー光学系側からみた開口絞り５４ｍＬ、５４ｍＲ、５４ｓ１Ｌ、５４ｓ１Ｒ、５４ｓ２Ｌ、５４ｓ２Ｒ、５４ｓ３Ｌ、５４ｓ３Ｒは、図１０に示す通りである。ここで、実線で示したのが低倍で、破線で示したのが高倍である。また、１回結像アフォーカルリレー光学系により、これら開口絞り５４ｍＬ、５４ｍＲ、５４ｓ１Ｌ、５４ｓ１Ｒ、５４ｓ２Ｌ、５４ｓ２Ｒ、５４ｓ３Ｌ、５４ｓ３Ｒの共役位置が対物レンズ付近になるようにしている。
【０１０３】
次にミラー５５ｍＬ、５５ｍＲ、５５ｓ１Ｌ、５５ｓ１Ｒ、５５ｓ２Ｌ、５５ｓ２Ｒ、５５ｓ３Ｌ、５５ｓ３Ｒにて反射された各光束は、結像レンズ５６ｍＬ、５６ｍＲ、５６ｓ１Ｌ、５６ｓ１Ｒ、５６ｓ２Ｌ、５６ｓ２Ｒ、５６ｓ３Ｌ、５６ｓ３Ｒにより夫々撮像素子の撮像面上に結像する。
【０１０４】
つまり、結像レンズ５６ｍＬ、５６ｍＲにより、主観察者用結像素子５７ｍＬ、５７ｍＲの撮像面上に主観者用の画像を形成する。一方副観察用の各撮像素子を配置して、各結像レンズ５６ｓ１Ｌ、５６ｓ２Ｒ、５６ｓ３Ｌ、５６ｓ３Ｒにより結像される副観察者用の画像位置に夫々撮像素子を配置してもよいが、テレビカメラの台数が多くなり、コスト高になりまた装置の重量が大になり、操作性も悪くなる。
【０１０５】
そのため、実施例３においては、図１１に示すように左右二つの副観察者用の画像を撮像する撮像素子５７ｓＬ、５７ｓＲを配置し、これら画像素子５７ｓＬ、５７ｓＲを一体にアフォーカルズーム光学系の光軸を回転軸として回転させることにより副観察者の観察方向を変えるようにしている。また、副観察用の左右の結像レンズと、この結像レンズの像位置に左右の撮像素子を配置し、両者を一体に観察方向を切り換えるようにしてもよい。この場合、移動部分が大きいため強度を考えると大型化や重量が大になり操作性が悪くなりやすい。
【０１０６】
この実施例３において、対物レンズ光学系と、照明系の光軸を同軸にすれば、穴のような深い部分を観察しても影がなく、良好観察が可能である。
【０１０７】
この装置において、最も物体からプリズム４９までの距離を短くすることにより、物体側の作業性と、立体表示装置がみやすくなり有効である。
【０１０８】
この部分を短くするためには、対物レンズ光学系４７と１回結像アフォーカルリレー光学系中のリレー系結像光学系４８とを固定にし、これらレンズの厚さを薄くすることが望ましい。そのため、これらレンズを夫々ダブレットにすることが考えられる。この場合、１回結像アフォーカルリレー光学系の性能を維持するために、リレーコリメータ光学系５１は、対物レンズ光学系４７とリレー結像光学系４８の収差を含めて収差補正することが望ましい。この場合、リレー系コリメータ光学系５１のレンズ枚数が多くなる。その場合、実施例２のように、リレーコリメーが光学系を移動させることによりフォーカス合わせを行なう場合、レンズ枚数の多い光学系を移動させることになり、移動部分が大になり、装置の大型化や重量の増加等の問題が生ずる。
【０１０９】
この問題を解消するためにはアフォーカルズーム光学系の第１ズーム群５２ａを光軸方向に移動させてフォーカシングを行なうことが望ましい。この第１ズーム群５２ａは、レンズ枚数を比較的少なくし得ると共に観察物体から離れた位置にあるため、多少の大型化は問題にならない。
【０１１０】
また、本発明の変倍光学系におけるフォーカシングに関しては、特許文献３に記載されているような、光束をハーフミラーにて分割し、夫々の光束中でフォーカスの異なる位置に撮像素子を配置して表示する方法を適用することが可能である。これにより人の眼の調整機能を使えるため滑らかな面の立体情報が得やすく、また観察時の疲労も少なくできる。この場合、撮像位置の差は、あまり大きくない方がよく、焦点深度程度であることがよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の変倍光学系は、観察物体を電子画像にて立体的に観察し得る立体画像観察装置に用いられる光学系で、作動距離を変えるために像側のレンズを移動させることにより、変倍のためのアフォーカルズーム光学系の群の移動と共に移動機構を観察物体より離すようにして主観察者、副観察者による観察物体の直視を容易にし、立体撮影画像による立体視と直視による観察物体への作業を行ない易くした。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の実施例１の構成を示す図
【図２】実施例１における観察者より見た観察像等の図
【図３】実施例１におけるアフォーカルズーム光学系の変倍の際の群の移動と光束分割ミラーの移動による光軸間隔の変化を示す図
【図４】実施例１における観察物体と左右の観察像の見えの状態等を示す図
【図５】本発明の実施例２の構成を示す図
【図６】実施例２における光束分割ミラーによる分割後の光束を示す図
【図７】実施例２における観察物体と主観察者、副観察者による観察像を示す図
【図８】本発明の実施例３の構成を示す図
【図９】実施例３における光束８分割ミラーによる分割された光束について示す図
【図１０】実施例３における光束８分割ミラーに上の分割された光束の開口絞りを示す図
【図１１】実施例３において、主観察者と副観察者との左右像のみを形成し、副観察者の左右像を移動可能にした例を示す図
【符号の説明】
【０１１３】
１            対物レンズ光学系
２、４、６    １回結像アフォーカルリレー光学系
３            光束偏向用反射部材
７            アフォーカルズーム光学系
８            光束分割ミラー
９Ｌ、９Ｒ    反射ミラー
１０Ｌ、１１Ｒ    絞り
１１Ｌ、１１Ｒ    結像レンズ
１２Ｌ、１２Ｒ    撮像素子
【図１】
2008292513.tif 000003
【図２】
2008292513.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008292513.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2008292513.tif 000009
【図８】
2008292513.tif 000010
【図９】
2008292513.tif 000011
【図１０】
2008292513.tif 000012
【図１１】
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