(57)【要約】【課題】  簡単な機構で小型に形成され、２次元観察と３次元観察とを迅速に切り替えることが可能な立体撮像光学系及びそれを備えた内視鏡を提供する。【解決手段】  立体撮像光学系は、単一の光軸Ｌｃを持つ前レンズ群Ｇｆと、前レンズ群Ｇｆに対して物体と反対側に位置し、前レンズ群Ｇｆと同軸に配置された単一の光軸Ｌｃを持つ後レンズ群Ｇｂと、前レンズ群Ｇｆと後レンズ群Ｇｂとの間で１回結像する結像面Ｉｍ又は結像面Ｉｍ近傍に配置され視野を制限する視野制限部２と、後レンズ群Ｇｂに配置され光束を分割可能な瞳分割部３と、後レンズ群Ｇｂに配置され光束を偏向する偏向部４と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
2013254124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の光軸を持つ前レンズ群と、
前記前レンズ群に対して物体と反対側に位置し、前記前レンズ群と同軸に配置された単一の光軸を持つ後レンズ群と、
前記前レンズ群と前記後レンズ群との間で１回結像する結像面又は結像面近傍に配置され視野を制限する視野制限部と、
前記後レンズ群に配置され光束を分割可能な瞳分割部と、
前記後レンズ群に配置され光束を偏向する偏向部と、
を有する
ことを特徴とする立体撮像光学系。
【請求項２】
前記前レンズ群の最も物体側の面より物体側に入射瞳位置を有する
請求項１に記載の立体撮像光学系。
【請求項３】
前記視野制限部は、前記光軸に直交する面内で視野の大きさを変更可能である
請求項１または請求項２に記載の立体撮像光学系。
【請求項４】
前記瞳分割部は、１つの開口によって光束を通過させる単眼視状態と、２つの開口によって光束を通過させる立体視状態とに切り替え可能である
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の立体撮像光学系。
【請求項５】
前記偏向部は、脱着可能である
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の立体撮像光学系。
【請求項６】
前記結像面と前記視野制限部は、以下の条件式（１）を満足する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の立体撮像光学系。
ｄ  ＜  ｆ／５                                              （１）
ただし、
ｆは全系の焦点距離、
ｄは結像面と視野制限部の距離、
である。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の立体撮像光学系と、
前記立体撮像光学系の像側に配置された撮像面を持つ撮像素子と、
を備えたことを特徴とする内視鏡。
【請求項８】
前記撮像素子は、前記瞳分割部で分割された２つの光束から形成される像を同一平面上に隣接して撮像する
請求項７に記載の内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体観察が可能な立体撮像光学系及びそれを備えた内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体視用に視差の異なる２つの画像を略同一の平面上に結像する光学系が開示されている（特許文献１〜３参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された技術は、反射面で瞳分割を行うものである。また、特許文献２に記載された技術は、時分割で瞳分割を行うものである。さらに、特許文献３は、アタッチメントタイプで２次元観察と３次元観察とを行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２８３０８４号公報
【特許文献２】特許第４７５０１７５号公報
【特許文献３】特許第４２４８７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、２つの撮像素子に左右の映像を結像するもので、２台のカメラが必要となり、装置が大型化してしまう。また、特許文献２に記載された技術では、時分割で左右の映像を撮影するので、光束に切り替えるための可動部が必要になる。さらに、特許文献３に記載された技術では、２次元（２Ｄ）観察と３次元（３Ｄ）観察との切り替えの際に本体とは別のアダプタ装置が必要になってしまう。したがって、いずれの技術も、２次元観察と３次元観察との切り替えのために、他の部材を必要としたり、大型化してしまうものであった。
【０００６】
本発明は、簡単な機構で小型に形成され、単眼視状態の２次元観察と立体視状態の３次元観察とを迅速に切り替えることが可能な立体撮像光学系及びそれを備えた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】
【０００７】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系は、単一の光軸を持つ前レンズ群と、前記前レンズ群と同軸に配置された単一の光軸を持つ後レンズ群と、前記前レンズ群と前記後レンズ群との間で１回結像する結像面又は結像面近傍に配置され視野を制限する視野制限部と、前記後レンズ群に配置され光束を分割可能な瞳分割部と、前記後レンズ群に配置され光束を偏向する偏向部と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、前記前レンズ群の最も物体側の面より物体側に入射瞳位置を有する。
【０００９】
また、前記視野制限部は、前記光軸に直交する面内で視野の大きさを変更可能である。
【００１０】
また、前記瞳分割部は、１つの開口によって光束を通過させる単眼視状態と、２つの開口によって光束を通過させる立体視状態とに切り替え可能である。
【００１１】
また、前記偏向部は、脱着可能である。
【００１２】
また、前記結像面と前記視野制限部は、以下の条件式（１）を満足する。
ｄ  ＜  ｆ／５                                              （１）
ただし、
ｆは全系の焦点距離、
ｄは結像面と視野制限部の距離、
である。
【００１３】
さらに、本発明の一実施形態である内視鏡は、前記立体撮像光学系と、前記立体撮像光学系の像側に配置された撮像面を持つ撮像素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、前記撮像素子は、前記瞳分割部で分割された２つの光束から形成される像を同一平面上に隣接して撮像する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一実施形態である立体撮像光学系及びそれを備えた内視鏡によれば、性能を向上しつつ光軸方向の寸法を小型に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の立体撮像光学系の断面図である。
【図２】一実施形態の立体撮像光学系の第１視野制限部材を示す図である。
【図３】一実施形態の立体撮像光学系の第２視野制限部材を示す図である。
【図４】一実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態での視野制限部を示す図である。
【図５】一実施形態の立体撮像光学系の立体視状態での視野制限部を示す図である。
【図６】一実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態での実施例１の瞳分割部を示す図である。
【図７】一実施形態の立体撮像光学系の立体視状態での実施例１の瞳分割部を示す図である。
【図８】一実施形態の立体撮像光学系の第１瞳分割部材を示す図である。
【図９】一実施形態の立体撮像光学系の第２瞳分割部材を示す図である。
【図１０】一実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態での実施例２の瞳分割部を示す図である。
【図１１】一実施形態の立体撮像光学系の立体視状態での実施例２の瞳分割部を示す図である。
【図１２】一実施形態の立体撮像光学系の実施例１の偏向部を示す図である。
【図１３】一実施形態の立体撮像光学系の実施例２の偏向部を示す図である。
【図１４】第１実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態及び立体視状態を示す図である。
【図１５】第１実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態の収差図である。
【図１６】第１実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態の収差図である。
【図１７】第１実施形態の立体撮像光学系の立体視状態の収差図である。
【図１８】第１実施形態の立体撮像光学系の立体視状態の収差図である。
【図１９】第２実施形態の立体撮像光学系の断面図である。
【図２０】第２実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態及び立体視状態を示す図である。
【図２１】第２実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態の収差図である。
【図２２】第２実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態の収差図である。
【図２３】第２実施形態の立体撮像光学系の立体視状態の収差図である。
【図２４】第２実施形態の立体撮像光学系の立体視状態の収差図である。
【図２５】第１実施形態の立体撮像光学系の変形例の断面図である。
【図２６】内視鏡の一例を示す図である。
【図２７】ビデオ内視鏡の一例を示す図である。
【図２８】手術用顕微鏡の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態に係る立体撮像光学系について図面を参照して以下に説明する。
【００１８】
図１は、第１実施形態の立体撮像光学系の断面図である。なお、断面は、後述する座標系のＹ−Ｚ断面である。
【００１９】
第１実施形態に係る立体撮像光学系１は、単一の光軸Ｌｃを持つ前レンズ群Ｇｆと、前レンズ群Ｇｆに対して物体と反対側に位置し、前レンズ群Ｇｆと同軸に配置され単一の光軸Ｌｃを持つ後レンズ群Ｇｂと、前レンズ群Ｇｆと後レンズ群Ｇｂとの間で１回結像する結像面Ｉｍ又は結像面Ｉｍ近傍に配置され視野を制限する視野制限部２と、後レンズ群Ｇｂに配置され光束を分割可能な瞳分割部３と、後レンズ群Ｇｂに配置され光束を偏向する偏向部４と、を有する。
【００２０】
前レンズ群Ｇｆは、物体側から像側へ順に、物体側に平面を向けた平凸正レンズＬf1と、両凸正レンズＬf2と、両凸正レンズＬf3と両凹負レンズＬf4の接合レンズＳＵf1と、を有する。
【００２１】
後レンズ群Ｇｂは、物体側から像側へ順に、両凸正レンズＬb1と、両凸正レンズＬb2と像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬb3の接合レンズＳＵb1と、両凸正レンズＬr4と、を有する。
【００２２】
前レンズ群Ｇｆと後レンズ群Ｇｂとの間で１回結像する結像面Ｉｍ又は結像面Ｉｍ近傍には、視野を制限する視野制限部２が配置される。
【００２３】
なお、結像面Ｉｍと視野制限部は、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
ｄ  ＜  ｆ／５                                              （１）
ただし、
ｆは全系の焦点距離、
ｄは結像面と視野制限部の距離、
である。
【００２４】
条件式（１）の上限を上回ると、像面上で隣接する視野同士の映像からのフレアーが入ってしまい。コントラストを低下させたり、ゴーストが発生する。
【００２５】
また、後レンズ群Ｇｂには、光束を分割可能な瞳分割部３が配置される。瞳分割部３は太い光束の中から立体視状態の３次元観察時の左右の光束を選択し、単眼視状態の２次元観察時は一本の光路を選択するものである。
【００２６】
さらに、後レンズ群Ｇｂには、光束を偏向する偏向部４が配置される。偏向部４は３次元観察時に視野制限部２により制限された左右の映像を一つの撮像素子面上に隣接して結像する。偏向部４が無いと、後レンズ群Ｇｂでは左右の光束は同一位置に重なって結像してしまい、分離することができなくなってしまう。
【００２７】
入射瞳位置は、前レンズ群Ｇｆの最も物体側の面より物体側に配置される。
【００２８】
輻輳角は、人間が手で作業する場合の視距離が自然な立体感を得られる。眼幅60mmとして500mm先で作業する場合の輻輳角は、3.43degとなる。本実施形態では、この輻輳角を実現しつつ物体距離16mmを実現し、尚且つ光学系の外形を小さくすることに成功したものである。
【００２９】
一般に広画角を撮像出来る光学系のタイプとしては、最も物体側に強い負のレンズを配置するレンズタイプが知られているが、入射瞳を光学系内に配置し尚且つ輻輳角を確保しようとすると光学系内の左右の光路の入射瞳が光軸から大きく離れてしまい、結果的に光学系が大口径になってしまう。
【００３０】
この問題を解決する為に、入射瞳を前レンズ群Ｇｆの最も物体側の面より更に物体側に配置することが重要である。この配置により輻輳角と観察画角を確保しつつ光学系の外形を小さくすることが可能となる。
【００３１】
図２は、一実施形態の立体撮像光学系の第１視野制限部材を示す図である。図３は、一実施形態の立体撮像光学系の第２視野制限部材を示す図である。
【００３２】
視野制限部２は、光軸に直交する面内で視野の大きさを変更することが可能である。
【００３３】
視野制限部２は、図２に示すような第１視野制限部材２ａと、図３に示すような第２視野制限部材２ｂと、を有する。第１視野制限部材２ａと第２視野制限部材２ｂは、光軸Ｌｃを中心に重ねて配置される。第１視野制限部材２ａは、光軸Ｌｃに直交する第１方向Ａの方が光軸Ｌｃと第１方向Ａに直交する第２方向Ｂよりも長い第１視野制限開口２ａ1を有する。第２視野制限部材２ｂは、光軸Ｌｃに直交する一方向が光軸Ｌｃと一方向に直交する他方向よりも長い第２視野制限開口２ｂ1を有する。また、第２視野制限部材２ｂは、光軸Ｌｃを中心に回転可能である。したがって、第２視野制限部材２ｂの第２視野制限開口２ｂ1は、光軸Ｌｃに直交する第１方向Ａの方が光軸Ｌｃと第１方向Ａに直交する第２方向Ｂよりも長い単眼視状態と、光軸Ｌｃに直交する第２方向Ｂの方が光軸Ｌｃと第２方向Ｂに直交する第１方向Ａよりも長い立体視状態と、で切り替えることが可能である。
【００３４】
図４は、一実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態での視野制限部を示す図である。図５は、一実施形態の立体撮像光学系の立体視状態での視野制限部を示す図である。
【００３５】
図４に示すような立体撮像光学系の単眼視状態では、視野制限部２は、光軸Ｌｃに直交する第１方向Ａの方が第２方向Ｂよりも長い第１視野制限開口２ａ1に対して、第２視野制限部材２ｂの第２視野制限開口２ｂ1を、光軸Ｌｃに直交する第１方向Ａの方が第２方向Ｂよりも長い単眼視状態に調整する。したがって、視野制限部２は、図４に示すように、第１視野制限開口２ａ1と第２視野制限開口２ｂ1とが重なった部分の単眼視状態開口２Ｓ1を有する。
【００３６】
図５に示すような立体撮像光学系の立体視状態では、視野制限部２は、光軸Ｌｃに直交する第１方向Ａの方が第２方向Ｂよりも長い第１視野制限開口２ａ1に対して、第２視野制限部材２ｂの第２視野制限開口２ｂ1を、光軸Ｌｃに直交する第２方向Ｂの方が第１方向Ａよりも長い立体視状態に調整する。したがって、視野制限部２は、図５に示すように、第１視野制限開口２ａ1と第２視野制限開口２ｂ1とが重なった部分のみの立体視状態開口２Ｓ2を有する。
【００３７】
本実施形態では、第１視野制限開口２ａ1及び第２視野制限開口２ｂ1は、１６：８の縦横比の遮光板である。したがって、図４に示すような単眼視状態では、第１視野制限開口２ａ1に対して第２視野制限開口２ｂ1を重ねるので、単眼視状態開口２Ｓ1は、第１視野制限開口２ａ1または第２視野制限開口２ｂ1と同一形状の長方形となる。また、図５に示すような立体視状態では、第１視野制限開口２ａ1に対して第２視野制限開口２ｂ1を９０°回転させるので、立体視状態開口２Ｓ2は、第１視野制限開口２ａ1の短辺と第２視野制限開口２ｂ1の短辺とから形成される正方形となる。
【００３８】
このように、前レンズ群Ｇｆと後レンズ群Ｇｂとの間で１回結像する結像面Ｉｍに、視野を制限する視野制限部２が配置されることによって、３次元観察する時の立体視状態での視野を制限し、遮光板の立体視状態開口２Ｓ2を通過して結像されるので、観察範囲外側の光線が３次元観察時の左右反対側の映像とクロストークを起こす問題を解決することが可能となる。
【００３９】
図６は、一実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態での実施例１の瞳分割部を示す図である。図７は、一実施形態の立体撮像光学系の立体視状態での実施例１の瞳分割部を示す図である。
【００４０】
瞳分割部３は、１つの開口によって光束を通過させる単眼視状態と、２つの開口によって光束を通過させる立体視状態とに切り替え可能である。
【００４１】
図６及び図７に示した実施例１の瞳分割部３は、パターン化されたエレクトロクロミック素子や液晶シャッター等の電子素子により開口を形成するものである。図６及び図７に示すように、例えば、瞳分割部３は、一つの開口３ａを形成する単眼視状態または第１の方向Ａに間隔を有する少なくとも二つの開口３ｂを形成する立体視状態にそれぞれ対応する開口を、所定の電極に応じて形成するように、あらかじめパターン化されている。開口以外の部分は、不要な光束を遮るために使用される。
【００４２】
このように、単眼視状態と、立体視状態と、を切り替えることができるので、状況に応じて光学系の状態を選択することができ、第１実施形態の立体撮像光学系を機能性に優れたものとすることが可能となる。また、パターン化されたエレクトロクロミック素子や液晶シャッター等の電子素子により開口を形成するので、機械的な移動機構を設ける必要がなくなり、内視鏡等に適用することで、該内視鏡等を小型化することが可能となる。
【００４３】
図８は、一実施形態の立体撮像光学系の第１瞳分割部材を示す図である。図９は、一実施形態の立体撮像光学系の第２瞳分割部材を示す図である。図１０は、一実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態での実施例２の瞳分割部を示す図である。図１１は、一実施形態の立体撮像光学系の立体視状態での実施例２の瞳分割部を示す図である。
【００４４】
瞳分割部１３は、図８に示すような開口１３1ａを有する第１の絞り板１３1と、図９に示すような開口１３2ａを有する第２の絞り板１３2と、からなる。第１の絞り板１３1及び第２の絞り板１３2は、円形の板状部材の中心に開口１３1ａ，１３2ａをそれぞれ形成し、外周の一部に切り欠き部１３1ｄ，１３2ｄを有する形状である。第１の絞り板１３1と第２の絞り板１３2とは、線対称な形状であると好ましい。また、第１の絞り板１３1及び第２の絞り板１３2は、それぞれ切り欠き部１３1ｄ，１３2ｄの近傍に回動用穴１３1ｅ，１３2ｅを有する。
【００４５】
また、図１０に示すように、一つの開口１３ａを形成する単眼視状態では、瞳分割部１３は、第１の絞り板１３1と第２の絞り板１３2とを回動用穴１３1ｅ，１３2ｅが重なるように配置し、第１の絞り板１３1と第２の絞り板１３2とを光軸上でそれぞれの開口１３1ａ，１３2ａが重なるように配置する。
【００４６】
図１１に示すように、瞳分割部１３は、回動用穴１３1ｅを中心に第１の絞り板１３1を矢印Ｂ１ａの方向に回転移動し、回動用穴１３2ｅを中心に第２の絞り板１３2を矢印Ｂ２ａの方向に回転移動することで、第１の方向Ａに間隔を有する少なくとも二つの開口１３ｂを形成する立体視状態を構成する。立体視状態では、第１の絞り板１３1と第２の絞り板１３2とをそれぞれの開口１３1ａ，１３2ａが重ならないように配置する。
【００４７】
さらに、実施例２では、第１の絞り板１３1と第２の絞り板１３2の回転角度に応じて、第１の絞り板１３1の開口１３1ａと第２の絞り板１３2の開口１３2ａとの間隔を可変にすることが可能である。
【００４８】
このように、単眼視状態と、立体視状態と、を切り替えることができるので、状況に応じて光学系の状態を選択することができ、立体撮像光学系を機能性に優れたものとすることが可能となる。また、第１の絞り板１３1と第２の絞り板１３2とにより開口を形成するので、簡単な構造で容易に作製でき、低コスト化することが可能となる。さらに、第１の絞り板１３1と第２の絞り板１３2の回転角度に応じて、第１の絞り板１３1の開口１３1ａと第２の絞り板１３2の開口１３2ａとの間隔を可変にすることが可能なので、より機能性に優れたものとすることができる。
【００４９】
図１２は、一実施形態の立体撮像光学系の実施例１の偏向部を示す図である。
【００５０】
偏向部４は、楔形プリズムで形成することが好ましい。偏向部４を楔形プリズムで形成することによって、偏向部２を小型化にすることが可能となる。
【００５１】
なお、楔形のプリズムでは、偏向部４で発生する色収差は、電子的に補正することが好ましい。楔形のプリズムでは、ＲＧＢが単に横にずれた状態の色収差が発生するので、電子的にＲＧＢの信号を横にずらすことで補正することが可能である。
【００５２】
実施例１の偏向部４は、図１２に示すように、平面からなる第１の面４ａと、第１の面４ａとは反対側の第２の面４ｂとを有する。第２の面４ｂは、第１の面４ａとの光軸方向の厚さが最も薄い平面４ｂ1が光軸Ｌｃ付近に形成され、光軸Ｌｃに直交する第１の方向Ａで平面４ｂ1から離れる程厚くなるように傾斜面４ｂ2が形成されている。
【００５３】
すなわち、単眼視状態では、偏向部４の第２の面４ｂの平面４ｂ1を光束が通過し、立体視状態では、偏向部４の第２の面４ｂの傾斜面４ｂ2を光束が通過する。
【００５４】
偏向部４をこのような構成とすることにより、瞳分割部３によって分けられた２つの光路を後レンズ群Ｇｂが結像する際に、像が重ならないようにずらすことができ、像面に２光束を並列して結像させることが可能となる。さらに、偏向部４により、光束を互いに離間させることによって像面側でのテレセン性が向上するので、入射角特性が敏感な撮像素子を使用する場合に好ましい。
【００５５】
また、偏向部４を光路上で瞳分割部３に隣接して配置させることにより、光束が絞られて、立体撮像光学系を小型化することが可能となる。なお、偏向部４は、光路上で瞳分割部３の物体側又は像面側のどちらに配置してもよい。
【００５６】
図１３は、一実施形態の立体撮像光学系の実施例２の偏向部を示す図である。
【００５７】
実施例２の偏向部１４は、図１３に示すように、平面からなる第１の面１４ａと、第１の面１４ａとは反対側の第２の面１４ｂとを有する。第２の面１４ｂは、単眼視状態での一つの開口３ｂに対応する光軸Ｌｃ付近を平面１４ｂ1とし、第１の方向Ａにおけるその両側を第１の面１４ａとの光軸方向の厚さが、光軸Ｌｃに近い側で最も薄く、光軸Ｌｃから第１の方向Ａに離れる程厚くなるように傾斜した傾斜面１４ｂ2として形成されている。
【００５８】
すなわち、単眼視状態では、偏向部１４の第２の面１４ｂの平面１４ｂ1を光束が通過し、立体視状態では、偏向部１４の第２の面１４ｂの傾斜面１４ｂ2を光束が通過する。
【００５９】
偏向部４をこのような構成とすることにより、単眼視状態では瞳分割部１３によって光路を分けることなく像面の光軸上に結像し、立体視状態において瞳分割部１３によって分けられた２つの光路を後群が結像する際に、像が重ならないようにずらすことができ、像面に２光束を並列して結像させることが可能となる。
【００６０】
また、偏向部１４を光路上で瞳分割部３に隣接して配置させることにより、光束が絞られて、立体撮像光学系を小型化することが可能となる。なお、偏向部１４は、光路上で瞳分割部３の物体側又は像面側のどちらに配置してもよい。
【００６１】
図１４は、第１実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態、立体視状態を示す図である。図１４（ａ）は、第１実施形態の立体撮像光学系の２次元観察時の単眼視状態を示す図であり、図１４（ｂ）は、第１実施形態の立体撮像光学系の３次元観察時の立体視状態を示す図である。なお、断面は、後述する座標系のＸ−Ｚ断面である。
【００６２】
図１４（ａ）に示すように、第１実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態では、図１２または図１３に示した偏向部４，１４の第２の面４ｂ，１４ｂの平面４ｂ1，１４ｂ1を光束が通過している。これは、図４に示したように視野制限部２を１６：８の単眼視状態とし、図６または図１０に示したように瞳分割部１３を単眼視状態とすることによって達成される。
【００６３】
また、図１４（ｂ）に示すように、第１実施形態の立体撮像光学系の立体視状態では、図１２または図１３に示した偏向部４，１４の第２の面４ｂ，１４ｂの傾斜面１４ｂ2を光束がそれぞれ通過している。これは、図５に示したように視野制限部２を１：１の立体視状態とし、図７または図１１に示したように瞳分割部１２を立体視状態とすることによって達成される。
【００６４】
図１５及び図１６は、第１実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態の収差図である。また、図１７及び図１８は、第１実施形態の立体撮像光学系の立体視状態の収差図である。
【００６５】
これら諸収差図は、中央の括弧内に示された画角でのＸ方向及びＹ方向それぞれの６５６．３ｎｍ（Ｃ線：実線）、５８７．６ｎｍ（ｄ線：破線）及び４８６．１ｎｍ（Ｆ線：一点鎖線）の各波長について示されている。以下、収差図に関しては同様である。
【００６６】
図１９は、第２実施形態の立体撮像光学系の断面図である。なお、断面は、後述する座標系のＹ−Ｚ断面である。
【００６７】
第２実施形態に係る立体撮像光学系１は、単一の光軸Ｌｃを持つ前レンズ群Ｇｆと、前レンズ群Ｇｆと同軸に配置され単一の光軸Ｌｃを持つ後レンズ群Ｇｂと、前レンズ群Ｇｆと後レンズ群Ｇｂとの間で１回結像する結像面Ｉｍに配置され視野を制限する視野制限部２と、後レンズ群Ｇｂに配置され光束を分割可能な瞳分割部３と、後レンズ群Ｇｂに配置され光束を偏向する偏向部４と、を有する。
【００６８】
前レンズ群Ｇｆは、物体側から像側へ順に、物体側に平面を向けた平凸正レンズＬf1と、両凸正レンズＬf2と、両凸正レンズＬf3と両凹負レンズＬf4の接合レンズＳＵf1と、を有する。
【００６９】
後レンズ群Ｇｂは、物体側から像側へ順に、両凸正レンズＬb1と、両凸正レンズＬb2と像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬb3の接合レンズＳＵb1と、両凸正レンズＬr4と、を有する。
【００７０】
入射瞳位置は、前レンズ群Ｇｆの最も物体側の面より物体側に配置される。
【００７１】
図２０は、第２実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態及び立体視状態を示す図である。図２０（ａ）は、第２実施形態の立体撮像光学系の２次元観察時の単眼視状態を示す図であり、図２０（ｂ）は、第２実施形態の立体撮像光学系の３次元観察時の立体視状態を示す図である。なお、断面は、後述する座標系のＸ−Ｚ断面である。
【００７２】
図２０（ａ）に示すように、第１実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態では、図１２または図１３に示した偏向部４，１４の第２の面４ｂ，１４ｂの平面４ｂ1，１４ｂ1を光束が通過している。これは、図４に示したように視野制限部２を１６：８の単眼視状態とし、図６または図１０に示したように瞳分割部１３を単眼視状態とすることによって達成される。
【００７３】
また、図２０（ｂ）に示すように、第１実施形態の立体撮像光学系の立体視状態では、図１２または図１３に示した偏向部４，１４の第２の面４ｂ，１４ｂの傾斜面１４ｂ2を光束がそれぞれ通過している。これは、図５に示したように視野制限部２を１：１の立体視状態とし、図７または図１１に示したように瞳分割部１２を立体視状態とすることによって達成される。
【００７４】
第２実施形態の立体撮像光学系の偏向部４は、立体視状態の後レンズ群Ｇｂで２つの光路が交差するように偏向するように形成されている。立体視状態の後レンズ群Ｇｂで２つの光路が交差するように偏向部４を配置することによって、後レンズ群Ｇｂの偏向部４より像側での光束径が小さくなり、後レンズ群Ｇｂを小型に形成することが可能となる。
【００７５】
なお、立体視状態の後レンズ群Ｇｂで２つの光路が交差するように偏向部４を配置する場合、光路が交差しない場合と比較して、撮像された映像が左右入れ替わるので、電子的に左右の映像を入れ替えることが好ましい。
【００７６】
図２１及び図２２は、第２実施形態の立体撮像光学系の単眼視状態の収差図である。また、図２３及び図２４は、第２実施形態の立体撮像光学系の立体視状態の収差図である。
【００７７】
以下に、上記実施形態１及び実施形態２の構成パラメータを示す。偏心は、光軸ＬｃをＺ軸とし、各面を左右方向に当たるＸ軸方向に与え、傾きβはＹ軸の周りに回転する方向である。また、偏心後は、偏心前の原点に戻り、面間隔で与えられたＺ軸方向に進んで次の面の原点とする。屈折率及び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いる。レンズデータは左右対称なので、片側のみを示す。長さの単位は、ｍｍである。
【００７８】
なお、第１実施形態では、立体視状態の像面中心は、Ｘ方向に±０．８ずれ、瞳分割部である開口は、Ｘ方向に±２．０７偏心し、単眼視状態では、１２面、１３面は、βの傾きのない平行平面である。また、第２実施形態では、立体視状態の像面中心は、Ｘ方向に±０．８ずれ、瞳分割部である開口は、Ｘ方向に±２．０６偏心し、単眼視状態では、１２面、１３面は、βの傾きのない平行平面である。
【００７９】
実施形態１
仕様
単眼視          立体視
物体距離                                16.00           16.00
NA                                       0.02            0.02
焦点距離                                -2.42           -2.42
倍率                                    -0.2            -0.2
輻輳角（片側 deg）                       3.44            0
像高                                     1.80×3.20（縦×横）
面データ
面番号  曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                     16.00
1        ∞                      2.00            1.8830    40.7
2       -7.71                    0.10
3       20.36                    2.50            1.8830    40.7
4      -34.76                    0.10
5        6.49                    4.00            1.8830    40.7
6       -6.53                    1.00            1.9229    18.9
7        8.96                    1.00
8      結像面                    0.50            1.5229    59.9
9        ∞                      7.33
10       23.21                    2.00            1.8830    40.7
11      -14.41                    5.98
12      絞り面                    0.50  偏心(1)   1.8830    40.7
13        ∞                      0.76  偏心(2) 
14        9.69                    4.00            1.6393    44.9
15       -4.39                    1.00            1.9229    18.9
16      -11.64                    0.10
17        6.99                    3.00            1.5688    56.3
18      -32.99                    4.13
像  面      ∞                            偏心(3)
偏心[1] 
Ｘ   -2.07  Ｙ    0.00  Ｚ    0.00
α    0.00  β    3.54  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ   -2.07  Ｙ    0.00  Ｚ    0.00
α    0.00  β   -3.54  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.80  Ｙ    0.00  Ｚ    0.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
【００８０】
実施形態２
仕様
単眼視          立体視
物体距離                                16.00           16.00
NA                                       0.022           0.022
焦点距離                                -2.495          -2.495
倍率                                    -0.205          -0.205
輻輳角（片側 deg）                       3.440           0
像高                                     1.80×3.20（縦×横）
面データ
面番号  曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                     16.00
1        ∞                      2.00            1.8830    40.7
2       -7.91                    0.10
3       20.50                    2.50            1.8830    40.7
4      -53.31                    0.67
5        5.38                    3.50            1.8830    40.7
6      -18.41                    1.00            1.9229    18.9
7        6.66                    1.00
8      結像面                    0.50            1.5229    59.9
9        ∞                      6.31
10       24.30                    2.00            1.8830    40.7
11      -14.10                    7.52
12      絞り面                    0.50  偏心(1)   1.8830    40.7
13        ∞                      0.37  偏心(2) 
14        8.68                    3.00            1.6393    44.9
15       -3.65                    1.00            1.9229    18.9
16      -14.51                    0.10
17       11.69                    2.50            1.5891    61.1
18       -7.77                    5.43
像  面      ∞                            偏心(3)
偏心[1] 
Ｘ   -2.06  Ｙ    0.00  Ｚ    0.00
α    0.00  β   -3.89  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ   -2.06  Ｙ    0.00  Ｚ    0.00
α    0.00  β    3.89  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.80  Ｙ    0.00  Ｚ    0.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
【００８１】
図２５は、第１実施形態の立体撮像光学系の変形例の断面図である。
【００８２】
この変形例は、第１実施形態の立体撮像光学系を、図１４（ｂ）に示した立体視状態から偏向部４の片方を使用せず、視野制限部２を１６：８の単眼視状態とすることによって、単眼視状態を形成するものである。このような構成とすることで、単眼視状態と立体視状態とを２光路のみで切り替えることが可能となり、３光路で切り替えるよりも光学系を小型化することが可能となる。
【００８３】
さらに、本実施形態の立体撮像光学系１は、撮像面を持つ撮像素子と共に、内視鏡に用いられることができる。
【００８４】
図２６は、内視鏡の一例を示す図である。
【００８５】
図２６に示すように、内視鏡１０１は、側視型の内視鏡である。内視鏡１０１は、細長で可撓性を有する挿入部１０２と、挿入部１０２の基端部に連設する操作部１０３と、この操作部１０３の側部から延出するユニバーサルコード１０４とを備えて主に構成されている。ユニバーサルコード１０４の基端部には、内視鏡の外部装置である図示しない光源装置、ビデオプロセッサなどに接続されるコネクタが設けられている。
【００８６】
挿入部１０２は、先端側から順に、硬質部材で形成した先端部１０５と、例えば上下左右方向に湾曲自在に構成された湾曲部１０６と、可撓性を有する可撓管部１０７とを連設して構成されている。先端部１０５は、その側面に、光学像を撮像するための観察窓１０９と、観察窓１０９の周囲を照明する照明範囲変換部１１０とを有している。照明範囲変換部１１０は、観察窓１０９の先端に設けられた後述する発光部１０８から出射される照明光の照明範囲を、観察窓１０９の先端側及び基端側に拡げる光学部材である。
【００８７】
操作部１０３には、湾曲部１０６の湾曲方向を変化させる湾曲操作ノブ１１１、１１２が設けられている。また、操作部１０３には、光源装置の光量調整、或いは図示しない表示装置に表示されている内視鏡画像の停止、或いは撮影などを遠隔的に指示する各種スイッチ１１３が設けられている。さらに、操作部１０３には、送気機能及び送水機能を制御する送気送水ボタン１１４、吸引機能を制御する吸引ボタン１１５が設けられている。
【００８８】
図２６に示すように先端部１０５は、管状の先端部本体１１７と、円柱状の先端構成部１１８とを一体に固定して筒状に構成され、筒部の内部空間には先端側から順に図示しない照明光学系と観察光学系とが配置されている。先端部本体１１７及び先端構成部１１８は、例えば、ステンレス鋼などの金属部材、或いは、光を透過しない樹脂部材である。
【００８９】
なお、本実施形態の立体撮像光学系１は、図２７に示すようなビデオ内視鏡、または図２８に示すような手術用顕微鏡、測定器等に用いることも可能である。
【００９０】
また、内視鏡等で用いられる撮像素子は、瞳分割部３で分割された２つの光束から形成される像を同一平面上に隣接して撮像することが好ましい。
【００９１】
偏向部４は、任意の角度で偏向させ、一つの撮像素子面上に左右像を隣接して結像することによって、１枚の撮像素子で左右の映像を取り込むことができ、装置の小型化に有利である。
【００９２】
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。
【符号の説明】
【００９３】
１…立体撮像光学系
Ｇｆ…前レンズ群
Ｇｂ…後レンズ群
２…視野制限部
３，１３…瞳分割部
４，１４…偏向部
Ｉ…像面
【図１】
2013254124.tif 000003
【図２】
2013254124.tif 000004
【図３】
2013254124.tif 000005
【図４】
2013254124.tif 000006
【図５】
2013254124.tif 000007
【図６】
2013254124.tif 000008
【図７】
2013254124.tif 000009
【図８】
2013254124.tif 000010
【図９】
2013254124.tif 000011
【図１０】
2013254124.tif 000012
【図１１】
2013254124.tif 000013
【図１２】
2013254124.tif 000014
【図１３】
2013254124.tif 000015
【図１４】
2013254124.tif 000016
【図１５】
2013254124.tif 000017
【図１６】
2013254124.tif 000018
【図１７】
2013254124.tif 000019
【図１８】
2013254124.tif 000020
【図１９】
2013254124.tif 000021
【図２０】
2013254124.tif 000022
【図２１】
2013254124.tif 000023
【図２２】
2013254124.tif 000024
【図２３】
2013254124.tif 000025
【図２４】
2013254124.tif 000026
【図２５】
2013254124.tif 000027
【図２６】
2013254124.tif 000028
【図２７】
2013254124.tif 000029
【図２８】
2013254124.tif 000030