JP7265376B2 - 観察撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、観察撮像装置に関する。固体撮像素子等を用いた観察撮像装置、例えば、生
体内部を観察する内視鏡、人が入り込めない狭小空間内部を観察する装置等、狭小空間の
内部観察に適した観察撮像装置に関する。
近年、デジタルスチルカメラ等の撮像装置が広く普及しており、固体撮像素子の高性能化、高画素も進んでいる。また、近年では、モニタ等の画像表示装置の大画面化、高画素化も進んでいる。これらに伴い、撮像装置で取得した被写体像を画像表示装置の大きな画面に表示させ、多くの人が同時に被写体像を細部まで観察できるようにした観察システムの普及も進んできている。観察システムは、例えば、生体内部や人が直接入ることのできない狭小空間内に挿入して内部を観察するときなどに用いられる。
このような観察システムでは、極めて高画素の固体撮像素子が用いられる傾向にあるため、光学系においても一層の高性能化、高解像度化が求められている。また、狭小空間に挿入する必要があるため、最も観察対象側に配置される対物レンズの小型化や広角化への要望が強く求められてきている。
そこでこのような観察システムに用いられる光学系として、小型で高性能な硬性鏡に適した光学系が特許文献１によって提案されている。特許文献１に記載の光学系は、細い筒状の挿入部内に収容される対物レンズを備えている。特許文献１に記載の光学系では、小型、広角な対物レンズにより生体内部等の狭小空間内に挿入して内部を良好に観察することができる。
特開２０１７－２０３９７２号公報
しかしながら特許文献１では、硬性鏡の挿入方向と光学系の観察方向（軸上主光線）が同方向であることが前提となっていて、硬性鏡の挿入方向に対して視野が固定される。挿入方向に対して斜め方向の観察を達成するためには光学系を超広角に対応させなければならないが、光学系の大型化や高価格化を招いてしまう。
また、特許文献１では、４Ｋや８Ｋの解像力を満足し、最観察被写体側レンズから撮像素子までの間隔が大きい（光学全長の長い）光学系とするため、対物レンズのほかにリレー系光学系や結像レンズ系を備え、光学系の中で中間結像面が形成される構成となっている。
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、挿入方向に対して所望の視野を撮影できる高解像度で小型の観察撮像装置を提供することにある。
本発明の一態様に係る観察撮像装置は、上記の課題を解決するため、筒状の挿入部と、前記挿入部の先端部に配置され中間結像面を有さない撮像光学系であって１枚以上のレンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系の像側に当該撮像光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子と、を備える観察撮像装置であって、前記撮像素子の有効撮影範囲の中心を通る前記挿入部の断面のうち、面積が最も小さくなる前記挿入部の断面Ｓの重心位置を通る法線を法線Ａとしたとき、前記撮像光学系は、当該撮像光学系の最も観察被写体側に配置されるレンズＬ１の観察被写体側面の軸上主光線Ｂが前記法線Ａに対して傾くように、前記挿入部に対して固定して配置され、前記法線Ａと前記軸上主光線Ｂとの距離が最も小さくなる前記軸上主光線Ｂ上の点Ｐが前記レンズＬ１の観察被写体側面より像側かつ前記撮像素子より観察被写体側に位置し、以下の条件式を満足することを特徴とする。
０．１０ ＜ Ｄｍ／Ｄｓ ＜ ０．８０ ・・・・・（１）
但し、
Ｄｍ： 前記撮像素子の有効撮像範囲の面積
Ｄｓ： 前記断面Ｓの面積
これによれば、挿入方向に対して所望の視野を撮影できる高解像度で小型の観察撮像装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る観察撮像装置の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る観察撮像装置の挿入部における撮像レンズの配置を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る観察撮像装置における、挿入部に対して撮像レンズを傾斜配置した際の角度の関係を模式的に示す図である。 法線Ａ及び軸上主光線Ｂのなす角度αと軸上主光線Ｂとで作られる平面と撮像素 子との配置関係を模式的に示す図である。 本発明の他の実施形態に係る観察撮像装置の一例を示す図である。 本発明の実施例１ に係る撮像レンズのレンズ構成を示す断面図である。 本発明の実施例１ に係る撮像レンズの縦収差を示す縦収差図である。 本発明の実施例２ に係る撮像レンズのレンズ構成を示す断面図である。 本発明の実施例２ に係る撮像レンズの縦収差を示す縦収差図である。 本発明の実施例３ に係る撮像レンズのレンズ構成を示す断面図である。 本発明の実施例３ に係る撮像レンズの縦収差を示す縦収差図である。
＜実施形態１＞
本発明の一実施形態に係る観察撮像装置について図１を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る観察撮像装置１の一例を示す図である。観察撮像装置１は図１に示すように、筒状の挿入部２と、挿入部２の先端部３に配置され中間結像を有さない撮像レンズ（撮像光学系）５と、前記撮像レンズの像側に当該撮像レンズによって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子６と、を備えている。
〔挿入部〕
挿入部２は、筒状の形状を有しており、狭小空間を撮影するために狭小空間への挿入に適した形状となっている。本実施形態では、挿入部２を狭小空間に挿入することから、挿入部２は筒の挿入方向（長さ方向、軸方向）に延びる細長い筒状部材であることが好ましく、筒の外径は小さいほど好ましい。挿入部２は例えば、全体として略円筒形であると狭小空間への挿入がスムーズであり挿入部２に接する狭小空間に対する負荷も小さく好ましいが、これに限定されるものではない。例えば挿入部２は、挿入方向に垂直な断面が楕円形状を有する筒であってもよいし、三角形や四角形などの多角形状の断面を有する筒であってもよいし、多角形の各角がテーパ形状を有する形状の筒であってもよい。
挿入部２の先端部３は、内部に配置される撮像レンズ５が挿入部２の外部を撮像可能なように、窓部４を備えている。本実施形態では、窓部４はガラスによって構成されているが、特に限定されるものではなく、透明な樹脂材料によって構成されていてもよい。
また、窓部４は、後述する撮像レンズ５の最も観察被写体側のレンズＬ１（第１レンズＬ１）の観察被写体側面の光軸に垂直な平面に略平行に設けられることが好ましい。窓部４をこのように配置することにより、撮像レンズ５に入射する光の歪みを最小限に抑えることができる。
挿入部２の外径は具体的には、φ２０ｍｍ以下であることが好ましく、φ１５ｍｍ以下であることがより好ましく、φ１２ｍｍ以下であることがさらに好ましく、φ１０ｍｍ以下であることがさらに好ましく、φ８ｍｍ以下であることがさらに好ましく、φ６ｍｍ以下であることがさらに好ましい。外径が小さいほど狭小空間への挿入が容易になり、特に人体の手術等で使用される内視鏡に適用される場合には人体への負担を減らすことが可能となる。
また、挿入部２の構成や挿入部２を構成する部品点数などは特に限定されるものではなく、一つの部品で構成してもよいし、複数の部品で構成してもよい。挿入部２を複数の部品で構成する場合、先端部３に配置される撮像レンズ５（撮像レンズ５については後述する）と併せて先端部３を挿入部２から取り外し可能に構成してもよい。
挿入部２の長さ方向の長さは撮影シーンの拡大の点から長いほうが好ましく、具体的に前期挿入部の長さＬは、１００ｍｍ以上であることが好ましく、３００ｍｍ以上であることがより好ましく、５００mm以上であることがさらに好ましく、１０００mm以上であることがさらに好ましく、１５００ｍｍ以上であることがさらに好ましい。
〔撮像レンズ〕
撮像レンズ５は、挿入部２の先端部３に配置されている。また、撮像レンズ５は１枚以上のレンズからなり、そのレンズ系において中間結像面を有さない（レンズ系の途中で結像面が形成されない）ように構成されている。
ここで、従来の硬性内視鏡等の撮像装置では、例えば特許文献１のように対物レンズによって中間結像された観察被写体像をリレーレンズ系を介してリレーした後結像レンズで撮像素子に結像させることにより径方向の大型化を避けながら長い筒状の硬性内視鏡を達成している。しかし、従来の構成ではレンズ枚数が多くなることからコストが高く、挿入方向に対する画角を広げることも難しく、これを解決するには対物レンズを超広角レンズとするか対物レンズに反射部材を含み光線の角度を変える必要があった。しかしながら、これらの対応では、コストが高くなるとともに対物レンズの大型化が避けられず小型化の点で好ましくない。そのため、本実施形態に係る観察撮像装置１の撮像レンズ５は、中間結像を有さないことが好ましい。
撮像レンズ５を構成するレンズ枚数は特に限定されるものではないが、高い光学性能を得るという観点から少なくとも５枚のレンズを備えることが好ましい。一方で、レンズ枚数が８枚を超えると撮像レンズの全長方向の小型化の妨げとなるため、レンズ枚数は８枚以下であることが好ましい。
また、撮像レンズ５は空気間隔が変化する２つ以上のレンズ群により焦点距離を変倍可能なズームレンズとして構成されていてもよいし、焦点距離が変わらない単焦点レンズとして構成されていてもよいが、本実施形態では撮像レンズ５が単焦点レンズである場合を例に挙げて説明する。なお、撮像レンズ５は外径の小さい挿入部２の先端部３に配置されることから、挿入部２の小径化および観察撮像装置１全体の構成の簡略化の観点から単焦点レンズであることが好ましい。
撮像レンズ５は、撮像レンズ５を構成する光学素子として、反射面を有する光学素子を有さないことが好ましい。ここで、反射面を有する光学素子とは、例えばミラーや全反射プリズムなどを指し、反射面を有さないということは、撮像レンズ５が屈折レンズや回折レンズ、液晶レンズなどの光学素子から構成されることを意味する。
例えば、観察撮像装置１が人体に挿入する内視鏡である場合、先端部３を一度体内に挿入したものは、衛生面の観点から再度観察撮像装置１を使用する際に交換して新しい先端部３とすることが好ましい。しかし、光軸の角度を変化させるプリズムを配置すると、撮像レンズ５が高価になってしまうため、先端部３を使用の都度交換することが難しくなる。この場合には先端部３を挿入する度に洗浄や煮沸消毒を行う必要がある。また、煮沸消毒を行う場合には熱に弱い樹脂レンズの使用が困難となることから、更に撮像レンズ５が高価となる。そこで、プリズムを有さないことによって撮像レンズ５のコストを抑えることができ、使用する度に先端部３を交換しても費用を抑えることができる。更に、使用する度に先端部３を交換することで煮沸消毒が不要となることから、撮像レンズ５に樹脂レンズを用いることが可能となり、より低コスト化が可能となる。また、ミラーを配置すると、反射面のスペースを確保するために小型化を達成することが困難となる。
（レンズ構成）
撮像レンズ５の具体的なレンズ構成については、後述する各実施例にて説明し、ここではまず撮像レンズ５の基本的なレンズ構成について簡単に説明する。
撮像レンズ５の最も観察被写体側に配置されるレンズＬ１は、負の屈折力を有することが好ましい。最も観察被写体側に負の屈折力を有するレンズＬ１を配置することで、撮像レンズ５の広角化を達成しつつ大型化を避けやすくなる。
レンズＬ１の像側には正の屈折力を有するレンズＬ２（実施例１、２では第２レンズＬ２、実施例３では第３レンズＬ３）は、ことが好ましい。負の屈折力を有するレンズの像側に正の屈折力を有するレンズを配置することで、レンズＬ１の径方向の小型化を図ることができる。また、レンズＬ２をレンズＬ１の像側に隣接して配置することがより好ましい。観察被写体側から順に負の屈折力を有するレンズＬ１、正の屈折力を有するレンズＬ２を配置することにより、レンズＬ１の径方向の小型化を図りつつ撮像レンズ５の広角化を図ることができる。
また、レンズＬ１より像側に、負の屈折力を有するレンズＮを少なくとも１枚有することが、像面性の補正のために好ましい。ここで、撮像レンズ５における像面性を向上させる補正のためにはペッツバール和を小さくする必要があるが、正の屈折力を有するレンズＮを少なくとも１枚配置することにより、撮像レンズ５全体でペッツバール和を小さくすることが容易となる。より具体的には、最も観察被写体側に負の屈折力を有するレンズＬ１を配置した場合、レンズＬ１より像側に負の屈折力を有するレンズＮを配置することにより、収差の打ち消しあいが起きるため、歪曲収差や像面湾曲などの補正に効果的となる。
また、撮像レンズ５を構成するレンズのうち、少なくとも１枚のレンズを、樹脂を材料とするレンズ（所謂プラスチックレンズ。以降、樹脂レンズとも呼称する）とすることが低コスト化のために好ましい。加えて、撮像レンズ５を構成するレンズのうち、正の屈折力を有する樹脂レンズと負の屈折力を有する樹脂レンズの組み合わせを樹脂レンズとすることが好ましい。また、この組み合わせを１組、２組、３組と増やすことが好ましい。これによって、ガラスを材料とするレンズと異なる温度特性を有する樹脂レンズによる諸収差を互いに効果的に打ち消すことができ、低コスト化を実現しつつ性能の低下を防ぐことができる。
更に、樹脂レンズの少なくとも１つの面に、近軸曲率の屈折力を弱くする形状の非球面を有することが、高性能化の点で好ましい。
〔撮像素子〕
撮像素子６は、撮像レンズ５の像側に配置され、撮像レンズ５によって形成された観察被写体像（光学像）を電気的信号（画像データ）に変換する。
ここで、撮像素子６は特に限定されず、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどの固体撮像素子を用いることができる。固体撮像素子の解像度や大きさについても特に限定されるものではないが、フルハイビジョン以上の解像度であることが好ましく、４Ｋ以上の解像度であることがより好ましく、８Ｋ以上の解像度であることがさらに好ましい。
撮像素子６の高画素化に伴い、撮像素子６の有効撮影範囲が大型化し、それに伴い撮像レンズ５も大型化してしまうため、観察撮像装置１全体の小型化と高画素化を両立させるには、最適な大きさの撮像素子６を採用する必要がある。撮像素子６の大きさについては後述する。
なお、本実施形態では撮像素子６が１つの撮像素子からなる構成を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、複数の撮像素子をその撮像面（撮像レンズ５によって観察被写体像が形成される面）を互いに重ならないように配置し、撮像レンズ５の光路を分割プリズム等により分割して各撮像素子の撮像面にそれぞれ集光するような場合には、複数の撮像素子全体で一つの大きな撮像素子と等価の機能を有する。このように複数の撮像素子を用いる場合、撮像素子６の撮像面は、複数の撮像素子と等価とみなされる一つの大きな撮像素子の撮像面を意味するものとする。なお、後述する撮像素子６の画素ピッチは、撮像面において互いに隣り合う画素の画素中心間隔を指し、複数の撮像素子が画素をずらして配置されている場合には、画素をずらした量を指すものとする。
〔画像処理部〕
本実施形態に係る観察撮像装置１は、撮像素子６において生成された画像データを電気的に加工する画像処理部７を備えている。画像処理部７は、入力される画像データを電気的に加工し、補正画像データを生成して出力する。
撮像レンズ５は小型で且つ広角な光学系であることが好ましいが、そのような光学系では撮像素子６上に結像される光学像の歪みが生じやすくなる。そこで、撮像素子６で生成された画像データの示す観察被写体画像の歪みを電気的に加工する画像処理部７を備えることにより、歪みの少ない補正後観察被写体画像を生成することができる。本実施形態では、画像処理部７は画像データの示す観察被写体画像の歪みを補正するための補正用データが予め記録されている記録部と、記録部から読み出した補正用データに基づいて画像データを補正する演算処理部（例えば、ＣＰＵなど）を備えている（何れも不図示）。
（観察被写体画像の補正）
画像処理部７は、観察被写体画像を示す画像データのうち、歪曲収差に関するデータを電気的に加工することが好ましい。これによれば、撮像レンズ５の最も観察被写体側に負の屈折力を有するレンズＬ１を配置することによって撮像レンズ５の広角化を図りつつ、画像処理部７において歪曲収差の小さい補正画像データを生成することができるため、補正画像データの示す補正後観察被写体画像を表示装置などへ表示してユーザが参照することで、ユーザは広画角でかつ歪曲収差の小さい画像を参照することができる。
また、画像処理部７は、画像データのうち倍率色収差に関するデータを電気的に加工してもよい。倍率色収差に関するデータを電気的に加工することができれば、色収差の小さい補正後観察被写体画像を得ることができる。これにより、撮像レンズ５を構成するレンズ枚数を削減することが可能になり、観察撮像装置１全体の小型化を図ることがより容易となる。
更に、撮像レンズ５は後述する法線Ａを回転中心として（つまり、挿入部２の長さ方向に対して）回転可能に配置されていてもよい。このとき、挿入部２が回転せず撮像レンズ５のみが回転可能な構成の場合には、窓部４は先端部３の全周に渡って形成されていることが好ましい。また、撮像レンズ５がその先端部３と一体となって回転可能に構成されている場合、画像処理部７は、先端部３を回転させながら撮影された複数の観察被写体画像に対応する複数の画像データを電気的に加工及び結合し、広い範囲が撮影された一つの結合画像を示す結合画像データを生成してもよい。
これによれば、疑似的に広範囲が撮影された観察被写体画像を得ることができるため、撮像レンズ５のみではなく撮像レンズ５と画像処理部７とにより広角化を図ることができる。これにより、必要以上に撮像レンズ５の高性能化を求める必要がなく、撮像レンズ５を構成するレンズの枚数を削減することが可能になり、観察撮像装置１の小型化を図ることができる。
〔撮像レンズの傾斜配置〕
次に、挿入部２（より具体的には、挿入部２の先端部３）における撮像レンズ５の配置について図２を参照して説明する。図２は挿入部２内における撮像レンズ５の配置を簡易的に示す図である。図２（ａ）は観察撮像装置１の斜視図であり、（ｂ）は観察撮像装置１の挿入方向の断面図であり、（ｃ）は挿入部２の断面Ｓにおける断面図である。なお、観察撮像装置１の内部に配置される撮像レンズ５の配置位置の説明の簡単化のため、図２（ａ）及び（ｃ）において破線にて撮像レンズ５を示している。
図２に示すように、観察撮像装置１は、狭小空間内の撮影を行うため挿入部２の先端部３に、挿入部２の挿入方向に対して傾斜して撮像レンズ５が配置されている。換言すると、挿入部２の断面であって撮像素子６の中心（撮像素子６の有効撮影範囲の中心）を通る断面のうち、面積が最も小さくなる断面Ｓの重心位置を通る法線を法線Ａとしたとき、レンズＬ１の観察被写体側面の軸上主光線Ｂが法線Ａに対して傾くように（角度を有するように）、撮像レンズ５が挿入部２に固定されて配置されている。以降では、レンズＬ１の観察被写体側面の軸上主光線Ｂに沿う方向を、単に撮像レンズ５の撮影方向とも記載する。
このように、撮像レンズ５の撮影方向が挿入部２の挿入方向に対して斜め方向を向くように配置して配置されることで、観察撮像装置１は、挿入部２の挿入方向に対して斜め方向を効率的に撮影することができる。
また、法線Ａと軸上主光線Ｂとの距離が最も小さくなる軸上主光線Ｂ上の点（本実施形態では、法線Ａと軸上主光線Ｂとの交点）を点Ｐとしたとき、点Ｐが撮像レンズ５の最観察被写体側面より像側かつ撮像素子６より観察被写体側に存在することが好ましい。挿入部２の小径化を図りながら撮像レンズ５の高解像度化を図るためには、挿入部２の大きさに対して撮像レンズ５の配置効率を高めなければならないが、この構成によれば挿入部２の大きさに対して隙間（撮像レンズ５が配置されない挿入部２内の空間）を小さくしながら効率よく撮像レンズ５を配置することができる。
また、撮像素子６の高画素化（有効撮影範囲の大型化）に伴い、撮像レンズ５も大型化するため、小型化と高画素化を成立させるには、撮像レンズ５を最適な傾き量で配置することが好ましい。撮像レンズ５の最適な傾き量については、撮像レンズ５の大きさや挿入部２の大きさを考慮する必要がある。
図２（ｂ）に示すように、点Ｐで交わる法線Ａと軸上主光線Ｂとのなす角度をαとすると、角度αは、挿入部２の挿入方向に対する撮像レンズ５の撮影方向の傾きを表している。角度α（つまり、撮像レンズ５の撮影方向の傾き）の詳細については条件式と併せて後述する。
本実施形態では、撮像素子６及びその有効撮影範囲の形状は、略長方形を有している。このとき、長方形の長手方向が法線Ａ及び軸上主光線Ｂのなす角度αと軸上主光線Ｂとを含む平面に対して並行になる（つまり、撮像レンズ５の傾く方向と撮像素子６の長手方向とが同じ方向になる）場合、撮像レンズ５を傾けられる角度が小さくなってしまう。そこで、撮像素子６は、角度α及び軸上主光線Ｂを含む平面と撮像素子６の短手方向とが略平行（平面と長手方向とが略直行）になるように配置されることが好ましい。これによれば、撮像レンズ５の傾ける角度を大きくすることができる。
〔観察撮像装置のその他の構成〕
本実施形態に係る観察撮像装置１は、挿入部２の先端部３に、照明部８を備えていてもよい。これにより、狭小空間へ挿入して周辺から撮影に必要な光量が得られない場合であっても、照明部８から必要な光量を確保することができる。また、照明部８は、その主たる照明方向（照明部８が照明する配向性の軸）が、撮像レンズ５の備えるレンズＬ１の観察被写体側面の軸上主光線Ｂと略平行（つまり、照明方向と撮影方向とが同じ方向）であることが照明効率の点で好ましい。
また、本実施形態に係る観察撮像装置１は、表示装置９を備えている。表示装置９は例えば、液晶テレビや有機ＥＬテレビ、パーソナルコンピュータのモニタなどであればよく、特に限定されるものではない。これにより、観察撮像装置１において取得した観察被写体画像に関する画像データ（又は補正画像データ、結合画像データ）を表示装置９に表示して、多くの人が同時に観察被写体画像を観察することができる。
なお、本実施形態では観察撮像装置１が表示装置９を備える構成を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、表示装置９は観察撮像装置１とは別に用意されていてもよく、観察撮像装置１から表示装置９に画像データを出力可能であればよい。また、観察撮像装置１と表示装置９との接続方法は有線接続に限られず、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標)やＷｉ－Ｆｉなどにより無線接続されてもよい。この場合には、表示装置９として例えばスマートフォンやタブレット端末などの携帯端末を採用することもできる。
更に、本実施形態に係る観察撮像装置１は、挿入部２の先端部３に、観察被写体に対する操作（処置）を行う操作部を有していてもよい。
また、本実施形態に係る観察撮像装置１は、上述のように挿入部２の先端部３が撮像レンズ５と共に挿入方向に対して回転可能に構成されていてもよい。この場合、撮像レンズ５と撮像素子６とが図１に示すように各々の光軸が同一方向に向くよう配置されていることが好ましい。そして、撮像素子６と画像処理部７とは例えば柔らかい線を用いて有線接続されるか無線接続されていることが好ましい。これによれば、先端部３の回転を容易にすることができる。
また、本実施形態に係る観察撮像装置１は、先端部３において挿入部２から取り外し可能に構成されていてもよい。例えば、撮像レンズ５及び撮像素子６が配置されている先端部３における撮像レンズ５の配置される側と異なる一端に、撮像素子６から出力される画像データを画像処理部７に伝達可能に電気的接続できるマウント部を設け、挿入部２のマウント部を介して挿入部２に接続可能に構成すればよい。また、撮像素子６と画像処理部７とを無線接続する場合には、先端部３と挿入部２とを機構的に接続するだけでもよい。
この構成によれば、先端部３が観察撮像装置１の使用によって汚れる度や、観察撮像装置１を使用する度に先端部３を取り換えることができるため、観察撮像装置１全体を交換することなく綺麗な状態で観察撮像装置１を使用することができる。観察撮像装置１を人体内部を観察する内視鏡として使用する場合には、一度使用する度に先端部３の滅菌消毒（例えば高温での煮沸消毒など）を行う必要があるが、先端部３を取り換え可能であれば消毒によって撮像性能の劣化した観察撮像装置１を繰り返し使用する必要もなくなり、より衛生的に使用することができる。
〔撮像レンズの調整〕
本実施形態に係る観察撮像装置１は、撮像レンズ５内の各レンズの空気間隔を調整することで製造誤差により発生する誤差量を小さくすることが可能なように構成されていることが好ましい。例えば、撮像素子６の画素ピッチＰＩＴが細かくなるほど、また許容錯乱円が小さくなるほど、観察撮像装置１に要求される収差許容量が小さくなる。このため、レンズの加工やレンズ枠の加工、組み立て工程などで発生する製造誤差が原因となって発生する収差が大きくなってしまう。そこで、撮像レンズ５の各レンズの空気間隔を調整することで製造誤差によって発生する誤差量を小さくすることが、高性能化にとって必要となる。
製造誤差によって発生する誤差量とは、例えば、バック、球面収差、像面湾曲、色収差などを挙げることができる。なお、各レンズの空気間隔の調整方法については特に限定されるものではなく、変更箇所、変更個数、変更方法、及び変更回数については適宜選択し得る。
また、観察撮像装置１は、撮像レンズ５内の少なくとも１つのレンズを偏芯することで製造誤差によって発生する偏芯誤差量を小さくすることも可能に構成されていることが好ましい。ここで、製造誤差によって発生する偏芯誤差量とは、アキシャルコマ、片ボケ、像高誤差、色ずれ等のことをいう。
そして、レンズを偏芯するとは、レンズを光軸と垂直な方向に偏芯させたり、レンズを光軸に対して傾けたりしてレンズの配置を調整することを指し、その変更箇所、変更個数、変更方法、変更回数、及び回転中心は任意に決めることが出来る。また偏芯調整に用いられるレンズは１枚でも複数枚でもよく、任意に決めることが出来る。
〔条件式の説明〕
本発明に係る観察撮像装置１は、上述の構成に加えて、以下に示す条件式の何れか１つ以上を満たすことが好ましい。
（条件式（１））
観察撮像装置１は、以下の条件式満足することが好ましい。
０．１０ ＜ Ｄｍ／Ｄｓ ＜ ０．８０ ・・・・・（１）
但し、
Ｄｍ：撮像素子６の有効撮像範囲の面積
Ｄｓ：断面Ｓの面積
条件式（１）は、撮像素子６の有効撮像範囲の面積と、挿入部２の断面Ｓの面積との比を規定するための式である。条件式（１）を満足することにより、有効撮像範囲の面積の大きい撮像素子６を効果的に配置することができ、挿入部２の大きさに対して適正な大きさの撮像素子６を選択することができる。
条件式（１）の上限を超えると、断面Ｓの面積に対して撮像素子６の有効撮像範囲が大きくなり、挿入部２に撮像素子６を配置することが困難となる。また条件式（１）の下限を下回ると、断面Ｓの面積に対して撮像素子６の有効撮像範囲が小さくなり、必要な解像度を得ることが困難となり高性能の点で好ましくない。また、前記撮像素子の有効撮像範囲に対して前記断面Ｓの面積が大きくなりすぎるため、小型化の点で好ましくない。
なお、条件式（１）の下限は０．１５であると好ましく、０．２０であるとより好ましく、０．２５であると更に好ましく、０．３０であると更に好ましく、０．３５であると更に好ましい。また条件式（１）の上限は０．７５であると好ましく、０．７０であるとより好ましく、０．６５であると更に好ましく、０．６０であると更に好ましく、０．５５であると更に好ましい。
（条件式（２））
観察撮像装置１は、以下の条件式を満足することが好ましい。
－５０．００ ＜ ｆＬ１／ｆ ＜ －０．０１ ・・・・・（２）
但し、
ｆＬ１：レンズＬ１の焦点距離
ｆ ：撮像レンズ５の焦点距離
条件式（２）は、撮像レンズ５の最も観察被写体側のレンズＬ１の焦点距離と撮像レンズ５の焦点距離との比を規定するための式である。条件式（２）を満足することで、レンズＬ１の径方向の大型化を避けながら広角化を達成することができる。
条件式（２）の上限を超えると、撮像レンズ５の焦点距離に対してレンズＬ１の焦点距離が短くなりすぎ、歪曲収差や像面湾曲、コマ収差の発生を招くことから高性能化の点で好ましくない。条件式（２）の下限を下回ると、撮像レンズ５の焦点距離に対してレンズＬ１の焦点距離が長くなりすぎ、入射瞳位置を撮像レンズ５の観察被写体側にすることが困難となるため、レンズＬ１の径方向の大型化を招き小型化の点で好ましくない。
なお、条件式（２）の下限は－２０．００であるとより好ましく、－１０．００であると更に好ましく、－７．００であると更に好ましく、－５．００であると更に好ましく、－３．００であると更に好ましい。また条件式（２）の上限は－０．０５であるとより好ましく、－０．１０であると更に好ましく、－０．１５であると更に好ましく、－０．２０であると更に好ましく、－０．３０であると更に好ましい。
（条件式（３））
観察撮像装置１は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
０．０２ ＜ ｆＬ２／｜ｆＬ１｜ ＜ ２０．００ ・・・・・（３）
但し、
ｆＬ１：レンズＬ１の焦点距離
ｆＬ２：レンズＬ１の像側に配置され正の屈折力を有するレンズＬ２の焦点距離
条件式（３）は、撮像レンズ５の最も観察被写体側のレンズＬ１とレンズＬ１の像側に配置され正の屈折力を有するレンズＬ２の焦点距離との比を規定するための式である。最も観察被写体側に負の屈折力を有するレンズＬ１を配置し、その像側に隣接して正の屈折力を有するレンズＬ２を配置し、条件式（３）を満足することで、撮像レンズ５の広角化と全長の小型化を両立させることができる。
条件式（３）の上限を超えると、レンズＬ２の焦点距離がレンズＬ１の焦点距離の絶対値に対して長くなり過ぎるため、レンズＬ２における収束作用が弱くなり全長を短くすることが困難となるため、小型化の点で好ましくない。条件式（３）の下限を下回ると、レンズＬ２の焦点距離がレンズＬ１の焦点距離の絶対値に対して短くなり過ぎるため、球面収差、像面湾曲、コマ収差の発生を招き高性能化の点で好ましくない。
なお、条件式（３）の下限は０．０８であるとより好ましく、０．１５であると更に好ましく、０．２５であると更に好ましく、０．３５であると更に好ましく、０．４５であると更に好ましい。また条件式（３）の上限は５．００であるとより好ましく、３．５０であると更に好ましく、２．５０であると更に好ましく、２．００であると更に好ましく、１．５０であると更に好ましい。
（条件式（４））
観察撮像装置１は、以下の条件式を満足することが好ましい。
１．５００ ＜ ＮｄＮ ＜ ２．２００ ・・・・・（４）
但し、
ＮｄＮ：レンズＮのｄ線における屈折率
条件式（４）は、撮像レンズ５にレンズＬ１より像側に配置される少なくとも１枚の負の屈折力を有するレンズＮの屈折率を規定するための式である。条件式（４）を満足することで、撮像レンズ５における像面性を良好に補正することができる。
条件式（４）の上限を超えると、レンズＮの屈折率が高くなり、材料が高価になり低コスト化の点で好ましくない。また、条件式（４）の下限を下回ると、ペッツバール和の補正が困難となり、高性能化の点で好ましくない。
なお、条件式（４）の下限は１．５１０であるとより好ましく、１．５２０であると更に好ましく、１．５３０であると更に好ましい。また条件式（４）の上限は２．０６０であるとより好ましく、２．０１０であると更に好ましく、１．９６０であると更に好ましく、１．８９０であると更に好ましく、１．８５０であると更に好ましい。
（条件式（５））
観察撮像装置１ は、以下の条件式を満足することが好ましい。
０．２ ＜ ＯＡＬ／ＹＹ ＜１０．０ ・・・・・（５）
但し、
ＯＡＬ：レンズＬ１の観察被写体側面から結像面までの距離
ＹＹ ：撮像素子６の有効対角長
条件式（５）は、レンズＬ１の観察被写体側面から結像面までの距離と撮像素子６の有効対角長との比を規定するための式である。ここで、高画素化に伴い撮像素子６の有効撮影範囲は大型化していく傾向にあるが、挿入部２を小型化していくためには撮像レンズ５の大きさに対して適正な大きさの撮像素子６を選択する必要がある。条件式（５）を満足することにより、撮像レンズ５の大きさに対して適正な大きさの撮像素子６を配置して挿入部２の小型化を図ることができる。
条件式（５）の上限を超えると、撮像素子の有効対角長に対して撮像レンズ５の全長が長くなり過ぎるため、挿入部２に対して撮像レンズを傾けて配置することが困難となり好ましくない。条件式（５）の下限を下回ると、撮像素子６の有効対角長に対して撮像レンズ５の全長が短くなり過ぎるため、高解像度に対応した収差発生量の小さな撮像レンズ５を達成することが困難となり好ましくない。
なお、条件式（５）の下限は０．３であるとより好ましく、０．４であると更に好ましく、０．５であると更に好ましく、０．６であると更に好ましく、０．７であると更に好ましい。また条件式（５）の上限は８．０であるとより好ましく、６．０であると更に好ましく、４．０であると更に好ましく、３．０であると更に好ましく、２．０であると更に好ましい。
（条件式（６））
観察撮像装置１は、以下の条件式を満足することが好ましい。
０．３０ ＜ ｜ｆＬＰ｜／ｆ ＜ １０．００ ・・・・・（６）
但し、
ｆＬＰ：樹脂を材料とするレンズの焦点距離
ｆ ：撮像レンズの焦点距離
条件式（６）は、樹脂レンズの焦点距離と撮像レンズ５の焦点距離との比を規定するための式である。条件式（６）を満たすことにより、樹脂レンズの屈折力を適切にして低コスト化を図りつつ高性能化を図ることができる。また、撮像レンズ５の全長方向の小型化にも効果的となる。撮像レンズ５に複数枚の樹脂レンズが含まれるとき、少なくともいずれか１枚の樹脂レンズが条件式（６）を満足すればよい。より好ましくは、全ての樹脂レンズが条件式（６）を満足することで、より高性能化を図ることが可能となる。
条件式（６）は、樹脂を材料とするレンズの屈折力を最適化するための条件である。条件式（６）の上限を超えると、撮像レンズ５の焦点距離に対して樹脂レンズの焦点距離が長くなり過ぎるため樹脂レンズの収差補正能力が不足してしまい、不足する収差の補正を補うためレンズ枚数を増やさなければならず、低コスト化や全長の小型化が達成できなくなり好ましくない。条件式（６）の下限を下回ると、撮像レンズ５の焦点距離に対して樹脂レンズの焦点距離が短くなり過ぎるため、樹脂レンズの収差補正量が過剰となり高性能化が困難となり好ましくない。
なお、条件式（６）の下限は０．４０であるとより好ましく、０．４５であると更に好ましく、０．５０であると更に好ましく、０．５５であると更に好ましく、０．６０であると更に好ましい。また条件式（６）の上限は９．００であるとより好ましく、８．００であると更に好ましく、７．００であると更に好ましく、６．００であると更に好ましく、５．００であると更に好ましい。
（条件式（７））
観察撮像装置１ は、以下の条件式を満足することが好ましい。
２０．０ ＜ ＹＹ／ＰＩＴ／Ｆｎｏ ＜ ２０００．０ ・・・・・（７）
但し、
ＹＹ ：撮像素子６の有効対角長
ＰＩＴ：撮像素子６の画素ピッチ
Ｆｎｏ：撮像レンズ５のＦ値
条件式（７）は、撮像素子６の大きさ、画素ピッチ、及び撮像レンズ５のＦｎｏを規定するための式である。条件式（７）を満足することにより、撮像素子６の画素数（ＹＹ／ＰＩＴ）と撮像レンズ５のＦｎｏとの関係を適切にし、少ないレンズ枚数で収差補正を良好に行うことができることから、小型で解像度の高い観察光学系（撮像レンズ５と撮像素子６とを含む光学系）を得ることができる。
条件式（７）の上限を超えると、すなわち撮像素子６の画素数に対して撮像レンズ５の
Ｆｎｏが小さくなり過ぎると、少ないレンズ枚数で収差補正を良好に行うことが困難になり、解像度の高い撮像レンズを得ようとすると撮像レンズ５の小型化を図ることが困難になるため好ましくない。一方、条件式（７）の数値が下限を下回ると、すなわち、撮像素子６の画素数に対して撮像レンズ５のＦｎｏが大きくなり過ぎると、回折限界によって高周波成分の解像性能が低くなるため、好ましくない。
なお、条件式（７）の下限は２２．０であるとより好ましく、２５．０であると更に好
ましく、３０．０であると更に好ましく、３５．０であると更に好ましく、４０．０であ
ると更に好ましい。また条件式（７）の上限は８００．０であるとより好ましく、７５０．０であるとより好ましく、７００．０であると更に好ましく、６５０．０であると更に好ましく、６００．０であると更に好ましく、５５０．０であると更に好ましい。
（条件式（８））
観察撮像装置１は、以下の条件式を満足することが好ましい。
２．０ ＜ Ｌ／ＯＡＬ ・・・・・（８）
但し、
Ｌ ：挿入部２の挿入方向の長さ
ＯＡＬ：撮像レンズ５の最も観察被写体側のレンズ面から結像面までの距離
条件式（８）は、撮像レンズ５の全長と、挿入部２の挿入方向の長さとの比を規定するための式である。観察撮像装置１は、狭小空間等の撮影を行うために、挿入部２の挿入方向の長さが撮像レンズ５の全長に対してある程度長いことが必要となる。条件式（８）を満たすことにより、挿入部２の挿入方向の長さを撮像レンズ５の全長に対して十分に確保することができるため、狭小空間等の撮影に適した形状とすることができる。
条件式（８）の数値が下限を下回ると、撮像レンズ５の全長に対して挿入部２の挿入方向の長さが短くなり過ぎ、狭小空間等の奥行方向の撮影が制限されるため好ましくない。また、条件式（８）の上限に制限はない。しかし、長すぎる挿入部も使用する際に不便となるため、上限は、５００．０であることが観察撮像装置１の小型化の点で好ましい。
なお、条件式（８）の下限は２．５であるとより好ましく、３．０であると更に好ましく、３．５であると更に好ましく、４．０であると更に好ましく、４．５であると更に好ましい。また条件式（８）の上限は４５０．０であるとより好ましく、４００．０であると更に好ましく、３５０．０であると更に好ましく、３００．０であると更に好ましく、２５０．０であると更に好ましい。
（条件式（９））
観察撮像装置１は、以下の条件式を満足することが好ましい。
０．００ ≦ ｔａｎ（｜β｜－｜α｜） ＜ ２．００ ・・・・・（９）
但し、
α：法線Ａと軸上主光線Ｂとのなす角度
β：撮像レンズ５の最軸外主光線の半画角
条件式（９）は、法線Ａと軸上主光線Ｂとのなす角度αと、撮像レンズ５の最軸外主光線の半画角βとの関係を規定するための式である。ここで、撮像レンズ５は上述のとおり挿入部２の断面Ｓの法線Ａに対して傾いて配置されるため、｜α｜は０より大きな値をとる。条件式（９）を満足することで、撮像レンズ５の傾きと撮像レンズ５の最軸外主光線の半画角との関係を適切にし、挿入部２の挿入方向に撮像レンズ５の死角を作らないようにしつつ、超広角レンズを用いなくとも挿入方向に対して広い撮影範囲を確保することが可能となる。
条件式（９）は０以上の値をとることから、撮像レンズ５は最軸外主光線の半画角βよりも傾きαが小さくなるように配置されることとなる。条件式（９）の下限を下回ると、つまり角度αが大きな値になると、半画角βとの関係｜β｜－｜α｜において法線Ａの方向に対して死角ができることとなり好ましくない。条件式（９）の上限を超えると、挿入方向の軸に対して広い範囲が撮影できなくなるため好ましくない。
なお、条件式（９）の上限は１．８０であるとより好ましく、１．６０であると更に好ましく、１．４０であると更に好ましく、１．２０であると更に好ましく、１．００であると更に好ましい。
（条件式（１０））
観察撮像装置１は、以下の条件式を満足することが好ましい。
０．０１＜（ＯＡＬ×ｓｉｎ｜α｜＋ＹＹ×ｃｏｓ｜α｜）／ＤＩ＜５．００
・・・・・・（１０）
但し、
ＯＡＬ：撮像レンズの最も観察被写体側レンズ面から結像面までの距離
α ：法線Ａと前記軸上主光線Ｂがなす角度
ＹＹ ：撮像素子の有効対角長
ＤＩ ：断面Ｓの外接円直径
条件式（１０）は、撮像レンズ５を挿入部２に効率よく配置するための条件を規定する式である。高画素化に伴い撮像素子６の有効撮影範囲が大型化していくが、挿入部２を小型化していくためには挿入部２の内部に配置される撮像レンズ５の大きさに対して適正な大きさの撮像素子６を選択し、撮像レンズ５の傾き量を最適化する必要がある。
ここで、図３に、挿入部２に対して撮像レンズ５を傾斜配置した際の角度の関係を模式的に示す。また、ＹＹは上述のように撮像素子６の有効対角長を示しており、図３に示す例では、撮像素子６がその一方の対角線が角度αを含む平面に対して平行になるように配置されている。
図３に示すように、ＯＡＬ×ｓｉｎ｜α｜とＹＹ×ｃｏｓ｜α｜の長さの和により疑似的に、挿入部２の直径方向における撮像レンズ５の配置の高さを表すことができる。つまり、条件式（１０）は、挿入部２の直径方向に対する撮像レンズ５の占める割合を規定している。したがって、条件式（１０）を満足することで、撮像レンズ５を挿入方向に対して傾いて配置する際の配置効率を向上させ、挿入部２の小型化と配置効率の向上との両立を図ることが可能となる。
条件式（１０）の下限を下回ると、挿入部２の大きさに対する撮像レンズ５の配置効率が低くなり、挿入部２の大型化を招くことになるため好ましくない。また条件式（１０）の上限を超えると、挿入部２の大きさに対する撮像レンズ５の配置が物理的に困難となるため好ましくない。
また、条件式（１０）の下限は０．１０であるとより好ましく、０．１５であると更に好ましく、０．２０であると更に好ましく、０．２５であると更に好ましく、０．３０であると更に好ましい。また条件式（１０）の上限は４．００であるとより好ましく、３．００であると更に好ましく、２．００であると更に好ましく、１．００であると更に好ましく、０．８０であると更に好ましい。
なお、図３では撮像素子６が角度αを含む平面に対して１つの対角線が平行となるように配置される構成を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、角度αを含む平面に対して撮像素子６の短手方向が平行になるように配置されてもよい。この場合には、角度αを含む平面に沿って撮像素子６の短手方向を配置することができることから、挿入部２内において撮像レンズ５を最も効率よく配置することができる。
（条件式（１１））
観察撮像装置１は、以下の条件式を満足することが好ましい。
０．００ ≦ ｔａｎ｜γ｜ ＜ ０．６０ ・・・・・（１１）
但し、
γ：法線Ａ及び軸上主光線Ｂのなす角度αと軸上主光線Ｂとで作られる平面と、撮像素子
６の有効撮影範囲の短手方向とのなす角度
条件式（１１）は、撮像レンズ５を傾ける方向と撮像素子６の配置に関する関係を規定するための条件式である。
ここで、図４に、法線Ａ及び軸上主光線Ｂのなす角度αと軸上主光線Ｂとで作られる平面（法線Ａ及び軸上主光線Ｂのなす角度αを含む平面）と、撮像装置６と、の配置関係を模式的に示す。また、法線Ａと軸上主光線Ｂとのなす角度αと軸上主光線Ｂとで作られる平面は、撮像レンズ５が傾く方向における挿入部２の断面を表している。
図４（ａ）に示すように、法線Ａ及び軸上主光線Ｂのなす角度αを含む平面に対して撮像素子６が傾いて配置されているとき、平面と有効撮影範囲の短手方向とのなす角度がγであり、（ｂ）に示すように、平面と短手方向とが平行となるよう撮像素子６が配置されている場合にはなす角度γ＝０である。
条件式（１１）を満足することにより、撮像レンズ５が傾く方向と、撮像素子６の短手方向とを略同方向とすることができ、挿入部２の小型化ひいては観察撮像装置１の小型化を図ることができる。条件式（１１）の上限を超えると、撮像レンズ５が傾く方向と、撮像素子６の短手方向とが同方向にならないため（撮像レンズ５の傾き方向と撮像素子６の短手方向とのなす角度が大きくなり）、挿入部２が大型化してしまい好ましくない。
なお、条件式（１１）の上限は０．５７（γ＝約３０°）であるとより好ましく、０．５０（γ＝約２６°）であると更に好ましく、０．４５（γ＝約２４°）であると更に好ましく、０．４０（γ＝約２２°）であると更に好ましく、０．３５（γ＝約１９°）であると更に好ましく、０．２５（γ＝約１５°）であると更に好ましく、０．１７（＝約１０°であると更に好ましく、０．１０（γ＝約５°）であると更に好ましい。
＜実施形態２＞
次に、本発明の他の実施形態に係る観察撮像装置１１について図５を参照して説明する。図５は、本発明の他の実施形態に係る観察撮像装置１１の一例を示す図である。図５（ａ）は観察撮像装置１１の斜視図であり、（ｂ）は挿入部１２の断面Ｓにおける断面図であり、（ｃ）は角度αを模式的に示す図である。なお、観察撮像装置１１の内部に配置される撮像レンズ５の配置位置の説明の簡単化のため、図５（ａ）及び（ｂ）において破線にて撮像レンズ５を示している。
本実施形態に係る観察撮像装置１１は図５に示すように、撮像レンズ５の挿入部１２における配置位置が実施形態１とは異なり、法線Ａと軸上主光線Ｂとが交わらない（つまり、撮像レンズ５は挿入部１２における軸の中心からずれて配置されている）ように撮像レンズ５が配置されている。観察撮像装置１１はこの点を除き、実施形態１に記載の観察撮像装置１と同様の構成である。本実施形態では実施形態１と異なる構成のみ説明し、共通の構成については実施形態１と同様の符号を付し、その説明を省略する。
〔撮像レンズの傾斜配置〕
図５に示すように、観察撮像装置１１は、狭小空間内において挿入方向に対して傾斜した方向の撮影を行うため、挿入部１２の先端部１３に、挿入部１２の挿入方向に対して撮像レンズ５の撮影方向が傾けられて配置されている。換言すると、挿入部１２の断面であって撮像素子６の有効撮影範囲の中心を通る断面のうち、面積が最も小さくなる断面Ｓの重心位置を通る法線を法線Ａとしたとき、レンズＬ１の観察被写体側面の軸上主光線Ｂが法線Ａに対して傾くように、撮像レンズ５が挿入部２に固定されて配置されている。
また、実施形態１に係る観察撮像装置１では挿入部２の断面Ｓの法線ＡとレンズＬ１の軸上主光線Ｂとが点Ｐにおいて交わるように撮像レンズ５が配置されていたが、本実施形態に係る観察撮像装置１１では図５に示すように法線Ａと軸上主光線Ｂとが交わらない位置に撮像レンズ５が配置されている。このような配置をとることで、観察撮像装置１１に例えば照明部や狭小空間内で作業を行うための操作部（何れも図５には不図示）などの挿入部１２内への配置が容易になる。
また、本実施形態においても実施形態１と同様に、法線Ａと軸上主光線Ｂとの距離が最も小さくなる軸上主光線Ｂ上の点を点Ｐとしたとき、点Ｐが撮像レンズ５の最観察被写体側面より像側かつ撮像素子６より観察被写体側に存在することが好ましい。なお、本実施形態では法線Ａと軸上主光線Ｂとが交わらないことから、図５（ｃ）に示すように、軸上主光線Ｂを含み法線Ａに対して平行となる平面へ法線Ａを射影した射影法線Ａ’と軸上主光線Ｂとの交点を点Ｐとしている。
また、本実施形態では、挿入部１２の挿入方向に対する撮像レンズ５の撮影方向の傾きについて、図５（ｃ）に示すように、軸上主光線Ｂと射影法線Ａ’とのなす角度を角度αとしている。
このように、軸上主光線Ｂ上の点Ｐが撮像素子６より観察被写体側に存在するように撮像レンズ５の撮影方向を傾けて配置することにより、挿入部１２の大きさに対して隙間を小さくしながら効率よく撮像レンズ５を配置することができる。
＜実施例＞
次に、実施例を示して本発明に係る観察撮像装置１、１１の先端部３に配置される撮像レンズ５の構成を具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、各実施例は上述の実施形態１に係る観察撮像装置１における撮像レンズ５の配置関係をもって説明する。以下に挙げる各実施例の光学系（撮像レンズ５）は、例えばデジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置（光学装置）に用いられる撮像光学系としての観察光学系であり、特に、狭小空間の内部観察を行うための顕微鏡や内視鏡などの観察撮像装置に好ましく適用することができる。また、各レンズ断面図において、図面に向かって左方が観察被写体側（物体側）であり、右方が像面側である。
まず、図６を参照して本発明の実施例１に係る撮像レンズを説明する。図６は、本発明の実施例１に係る撮像レンズのレンズ構成を示す断面図である。
当該撮像レンズは、観察被写体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズＬ１、正の屈折力を有する第２レンズＬ２、正の屈折力を有する第３レンズＬ３、負の屈折力を有する第４レンズＬ４、正の屈折力を有する第５レンズＬ５とから構成される。開口絞りは第２レンズＬ２の物体側面に配置される。
以下、レンズの形状を説明する。第１レンズＬ１は像側面が凹形状の平凹レンズであり、第２レンズＬ２は両凸レンズであり、第３レンズＬ３は両凸レンズであり、第４レンズＬ４は両凹レンズであり、第５レンズＬ５は物体側が凸形状のメニスカスレンズである。また、実施例１では第１レンズＬ１から第５レンズＬ５までの全てのレンズが樹脂レンズである。
実施例１の撮像レンズは表７に示すように長さＬ及び直径ＤＩの観察撮像装置の挿入部にα＝４５°で配置され、撮像素子はγ＝０°で配置される。なお、撮像レンズ及び撮像素子の配置はこれに限定されるものではなく、例えば撮像レンズはα＝３０°やα＝２０°などで配置されてもよいし、撮像素子はγ＝５°やγ＝１０°などで配置されてもよく、これは以降の各実施例においても同様である。
また、図６に示す「ＩＰ」は結像面であり、撮像素子６が配置される。結像面ＩＰの物体側にはカバーガラス等の実質的な屈折力を有さない平行平板を備える。これらの点は、他の実施例で示す各レンズ断面図においても同様であるため、以下では説明を省略する。
表１に、実施例１の撮像レンズの面データを示す。表１において、「面番号」は物体側から数えたレンズ面の順番、「ｒ」はレンズ面の曲率半径、「ｄ」はレンズ面の光軸上の距離、「ｎｄ」はｄ線に対する屈折力、「ｖｄ」はｄ線に対するアッベ数を示す。面番号の横に付された「＊」は当該レンズ面が非球面形状を有することを示し、「Ｓ」は開口絞りを示す。さらに、曲率半径の「∞」は平面を表す。各表中の長さの単位は全て「ｍｍ」であり、角度の単位は全て「°」である。
表２に、各非球面の非球面係数を示す。当該非球面係数は、各非球面形状を以下の式で定義した時の値である。また、表７に各実施例の諸元値を示し、表８に各条件式の数値を示す。表７におけるｆＬ１～ｆＬ７はそれぞれ、第１レンズＬ１から第７レンズＬ７の焦点距離を示す。
X(Y)=CY2/[1+{1-(1+Κ)・C2Y2}1/2]+A4・Y4+A6・Y6+A8・Y8+A10・Y10+A12・Y12
但し、表６において、「Ｅ－ａ」は「×１０－ａ」を示す。また、上記式において、「Ｘ」は光軸方向の基準面からの変位量、「Ｃ」は面頂点での曲率、「Ｙ」は光軸に垂直な方向の光軸からの高さ、「Κ」はコーニック係数、「Ａｎ」はｎ次の非球面係数とする。
これらの表に関する事項は他の実施例で示す各表においても同様であるため、以下では説明を省略する。
［表１］
面番号 r d nd vd
物体面 ∞ 4.000
1 ∞ 0.300 1.5439 55.88
2* 0.471 0.481
3S* 50.000 0.462 1.5439 55.88
4* -0.888 0.100
5* 0.998 0.537 1.5439 55.88
6* -1.038 0.100
7* -1.153 0.300 1.6613 20.37
8* 1.945 0.100
9* 0.889 0.520 1.5439 55.88
10* 2.618 0.300
11 ∞ 0.400 1.5168 64.20
12 ∞ 0.100
［表２］
面番号 k A4 A6 A8 A10 A12 A14
2 -0.8309 1.2183E+0 8.2912E-1 3.6335E+1 -1.5379E+2 -2.2706E-6 -5.3398E-7
3 -10.0000 -2.1240E+0 -5.8410E+0 -1.9426E+2 1.4864E+3 3.0895E-8 2.0113E-8
4 2.6644 -4.2369E+0 2.3617E+1 -1.2639E+2 3.2341E+2 8.2325E+1 -3.0036E+2
5 -10.0000 -2.5307E+0 1.1856E+1 -6.5833E+1 1.6942E+2 -1.5505E+0 1.7853E+1
6 0.3041 3.2582E-2 -1.0323E+1 3.6643E+1 -4.8778E+1 5.3768E+1 -2.7661E+1
7 3.8680 3.4322E-1 -5.1402E+0 3.2049E+0 6.3361E+1 4.7353E+0 -8.0984E+0
8 2.9990 -1.2469E-1 2.9578E-1 -4.0516E+0 9.8905E+0 -5.6130E+0 8.7334E-1
9 -1.9225 -1.7729E-1 -8.0408E-2 5.8687E-1 -2.1235E+0 1.2649E+0 -1.3398E+0
10 -0.8546 -2.2301E-2 -1.3362E+0 3.3310E+0 -5.8360E+0 4.1433E+0 -9.2867E-1
また、図７に実施例１の撮像レンズの縦収差図を示す。縦収差図は、図面に向かって左
側から順に、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示す。球面収差を
表す図では、縦軸はＦナンバー、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）、長破線がＣ線（波長λ＝６５６．３ｎｍ）、短波線がｇ線（波長λ＝４３
５．８ｎｍ）における球面収差を示す。非点収差を表す図では、縦軸は像高、横軸にデフ
ォーカスをとり、実線がｄ線に対するサジタル面、破線がｄ線に対するメリジオナル断面を示す。歪曲収差を表す図では、縦軸は像高、横軸に％を取り、歪曲収差を表す。これらの縦収差図に関する事項は、他の実施例で示す縦収差図においても同様であるため、以下では説明を省略する。
次に、図８、図９を参照して本発明の実施例２に係る撮像レンズを説明する。図８は、本発明の実施例２に係る撮像レンズのレンズ構成を示す断面図である。図９は、実施例２に係る撮像レンズの縦収差図である。
当該撮像レンズは、観察被写体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズＬ１、正の屈折力を有する第２レンズＬ２、正の屈折力を有する第３レンズＬ３、負の屈折力を有する第４レンズＬ４、正の屈折力を有する第５レンズＬ５、負の屈折力を有する第６レンズＬ６とから構成される。開口絞りは第２レンズＬ２の物体側面に配置される。
以下、レンズの形状を説明する。第１レンズＬ１は物体側面が凸形状のメニスカスレンズであり、第２レンズＬ２は像側に凸形状のメニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は両凸レンズであり、第４レンズＬ４は両凹レンズであり、第５レンズＬ５両凸レンズであり、第６レンズＬ６は物体側に凸形状のメニスカスレンズである。また、実施例２では第１レンズＬ１から第６レンズＬ６までの全てのレンズが樹脂レンズである。
実施例２の撮像レンズは表７に示す長さＬ及び直径ＤＩの観察撮像装置の挿入部にα＝４５°で配置され、撮像素子はγ＝０°で配置される
表３に実施例２の撮像レンズの面データを示し、表４に各非球面の非球面係数を示す。
［表３］
面番号 r d nd vd
物体面 ∞ 8.000
1* 30.000 0.300 1.5439 55.88
2* 0.827 0.473
3S* -2.380 0.561 1.5439 55.88
4* -0.543 0.100
5* 8.108 0.651 1.5439 55.88
6* -1.387 0.112
7* -1.179 0.300 1.6510 21.51
8* 3.059 0.100
9* 1.494 0.508 1.5439 55.88
10* -8.114 0.100
11* 2.383 0.300 1.6510 21.51
12* 1.983 0.251
13 ∞ 0.400 1.5168 64.20
14 ∞ 0.045
［表４］
面番号 k A4 A6 A8 A10 A12 A14
1 -0.2985 3.6738E-1 -2.7189E-1 4.5988E-2 3.6446E-2 -7.1519E-4 -6.8962E-10
2 1.0552 4.6778E-1 2.1923E+0 -1.8925E-1 -1.0891E+1 -8.2460E-9 -6.9953E-10
3 8.8450 -1.1689E+0 -2.5852E+0 -4.5606E+1 2.9636E+2 1.0709E-10 2.4216E-11
4 -0.1644 1.4897E-1 -5.5923E-1 8.4186E+0 -2.9357E+1 2.9867E-1 -3.9230E-1
5 10.0000 -1.0083E-1 6.3686E-1 -5.3806E-1 3.7073E-1 -5.6252E-3 2.3317E-2
6 1.7458 -1.7867E-1 -7.9140E-1 1.7299E+0 3.3824E-1 1.9507E-1 -3.6127E-2
7 -7.3384 -1.5339E-1 -6.4502E-1 -3.1011E-1 1.4718E+0 1.7179E-2 -1.0577E-2
8 8.4411 -1.5865E-1 3.0286E-1 -2.9291E-1 1.0399E-2 -1.9892E-3 1.1407E-3
9 -2.5729 -1.2114E-1 -4.5848E-2 1.0068E-1 -4.5891E-2 4.5724E-3 -1.7739E-3
10 -6.2993 3.8951E-1 -4.0341E-1 6.7872E-2 3.1183E-2 5.7659E-3 -1.2141E-3
11 0.5240 -2.2868E-1 -3.7872E-2 1.0667E-1 -2.1951E-2 1.5472E-3 -2.4186E-3
12 0.1204 -4.8331E-2 -2.4289E-1 1.8472E-1 -3.7645E-2 -6.1259E-4 -2.9985E-4
次に、図１０、図１１を参照して本発明の実施例３に係る撮像レンズを説明する。図１０は、本発明の実施例３に係る撮像レンズのレンズ構成を示す断面図である。また、図１１は、実施例３に係る撮像レンズの縦収差図である。
当該撮像レンズは、観察被写体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズＬ１、負の屈折力を有する第２レンズＬ２、正の屈折力を有する第３レンズＬ３、正の屈折力を有する第４レンズＬ４、正の屈折力を有する第５レンズＬ５、負の屈折力を有する第６レンズＬ６と正の屈折力を有する第７レンズＬ７から構成される。開口絞りは第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の間に配置される。
以下、レンズの形状を説明する。第１レンズＬ１は物体側面が凸形状のメニスカスレンズであり、第２レンズＬ２は物体側に凸形状のメニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は物体側に凸形状のメニスカスレンズであり、第４レンズＬ４は像側に凸形状のメニスカスレンズであり、第５レンズＬ５は両凸レンズであり、第６レンズＬ６は両凹レンズであり、第７レンズＬ７は両凸レンズである。また、実施例３では第５レンズＬ５及び第７レンズＬ７の２枚のレンズが樹脂レンズである。
実施例３の撮像レンズは表７に示す長さＬ及び直径ＤＩの観察撮像装置の挿入部にα＝４５°で配置され、撮像素子はγ＝０°で配置される
表５に実施例３の撮像レンズの面データを示し、表６に各非球面の非球面係数を示す。
［表５］
面番号 r d nd vd
物体面 ∞ ∞
1 11.706 1.000 1.9537 32.32
2 4.850 2.727
3 415.404 0.500 1.5688 56.04
4 2.456 2.832
5 7.536 1.218 1.9537 32.32
6 275.631 0.500
7S ∞ 0.700
8 -15.181 1.272 1.8830 40.81
9 -4.955 0.300
10* 7.850 1.821 1.5533 71.68
11* -8.471 0.413
12 -7.415 0.300 2.0027 19.31
13 7.008 0.300
14* 4.093 2.749 1.5533 71.68
15* -5.025 1.668
16 ∞ 0.700 1.5168 64.20
17 ∞ 1.000
［表６］
面番号 k A4 A6 A8 A10 A12 A14
10 -8.6873 -3.4428E-3 5.1418E-6 -7.7574E-4 2.1516E-4 -3.1262E-5 0.0000E+0
11 5.4719 -8.0609E-3 3.2449E-5 -2.9764E-4 5.7982E-5 -5.3481E-6 0.0000E+0
14 -7.6567 6.1786E-3 -8.8641E-4 1.0347E-4 -7.7893E-6 2.2764E-7 0.0000E+0
15 -7.0835 -2.4097E-3 5.3792E-4 -1.4962E-5 -2.6757E-6 1.0881E-7 0.0000E+0
［表７］
諸元表
実施例１ 実施例２ 実施例３
Ｆｎｏ 4.000 4.000 2.060
ｆ 0.816 1.120 2.245
β 60.000 68.798 87.000
ＰＩＴ(mm) 0.0014 0.0014 0.0050
Ｌ 200.000 200.000 200.000
ＤＩ φ6.000 φ6.000 φ19.000
Ｄｍ(mm2) 4.064 4.064 58.080
Ｄｓ(mm2) 28.274 28.274 283.529
ＯＡＬ 3.700 4.201 20.000
ＹＹ 3.084 3.084 11.000
ｆＬ１ -0.866 -1.570 -9.349
ｆＬ２ 1.610 1.169 -4.345
ｆＬ３ 1.031 2.231 8.106
ｆＬ４ -1.054 -1.272 7.871
ｆＬ５ 2.239 2.363 7.668
ｆＬ６ - -25.721 -3.556
ｆＬ７ - - 4.567
表８に各実施例における各条件式（１）から条件式（１１）の値を示す。
［表８］
条件式 実施例１ 実施例２ 実施例３
(1) 0.144 0.144 0.205
(2) -1.062 -1.402 -4.165
(3) 1.859 0.745 0.867
(4) 1.661 1.651 1.5688
(5) 1.200 1.362 1.818
(6) 1.062 1.044 2.035
(7) 550.714 550.714 1067.961
(8) 54.047 47.604 10.000
(9) 0.268 0.441 0.900
(10) 0.800 0.859 1.154
(11) 0.000 0.000 0.000
以上の通り、本発明は、例えば、解像度が高く、人が直接入ることのできない狭小空間の内部観察に好適に利用できる。また、本発明に係る観察撮像装置は、顕微鏡などの微細な被写体の観察に好適である。
１、１１ 観察撮像装置
２、１２ 挿入部
３、１３ 先端部
４ 窓部
５ 撮像レンズ（撮像光学系）
６ 撮像素子
７ 画像処理部
８ 照明部
９ 表示装置

Claims (15)

  1. 筒状の挿入部と、
    前記挿入部の先端部に配置され中間結像面を有さない撮像光学系であって１枚以上のレンズを含む撮像光学系と、
    前記撮像光学系の像側に当該撮像光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子と、を備える観察撮像装置であって、
    前記撮像素子の有効撮影範囲の中心を通る前記挿入部の断面のうち、面積が最も小さくなる前記挿入部の断面Ｓの重心位置を通る法線を法線Ａとしたとき、
    前記撮像光学系は、当該撮像光学系の最も観察被写体側に配置されるレンズＬ１の観察被写体側面の軸上主光線Ｂが前記法線Ａに対して傾くように、前記挿入部に対して固定して配置され、
    前記法線Ａと前記軸上主光線Ｂとの距離が最も小さくなる前記軸上主光線Ｂ上の点Ｐが前記レンズＬ１の観察被写体側面より像側かつ前記撮像素子より観察被写体側に位置し、
    以下の条件式を満足する、
    ことを特徴とする観察撮像装置。
    ０．１０ ＜ Ｄｍ／Ｄｓ ＜ ０．８０ ・・・・・（１）
    ０．００ ≦ ｔａｎ（｜β｜－｜α｜） ＜ ２．００ ・・・・・（９）
    但し、
    Ｄｍ： 前記撮像素子の有効撮像範囲の面積
    Ｄｓ： 前記断面Ｓの面積
    α：前記法線Ａと前記軸上主光線Ｂがなす角度
    β：前記撮像光学系の最軸外主光線の半画角
  2. 前記撮像光学系は、反射面を備える光学素子を有さない、
    ことを特徴とする請求項１に記載の観察撮像装置。
  3. 前記撮像光学系は、５枚以上のレンズから構成される、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の観察撮像装置。
  4. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の観察撮像装置。
    －５０．００ ＜ ｆＬ１／ｆ ＜ －０．０１ ・・・・・（２）
    但し、
    ｆＬ１：前記レンズＬ１の焦点距離
    ｆ：前記撮像光学系の焦点距離
  5. 前記撮像光学系は、前記レンズＬ１の像側に正の屈折力を有するレンズＬ２を有し、
    以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の観察撮像装置。
    ０．０２ ＜ ｆＬ２／｜ｆＬ１｜ ＜ ２０．００ ・・・・・（３）
    但し、
    ｆＬ１：前記レンズＬ１の焦点距離
    ｆＬ２：前記正の屈折力を有するレンズＬ２の焦点距離
  6. 前記撮像光学系は、前記レンズＬ１より像側に負の屈折力を有するレンズＮを少なくとも１枚有し、
    以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の観察撮像装置。
    １．５００ ＜ ＮｄＮ ＜ ２．２００ ・・・・・（４）
    但し、
    ＮｄＮ：前記レンズＮのｄ線における屈折率
  7. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の観察撮像装置。
    ０．２ ＜ ＯＡＬ／ＹＹ ＜ １０．０ ・・・・・（５）
    但し、
    ＯＡＬ：前記撮像光学系の最も観察被写体側のレンズ面から前記撮像素子までの距離
    ＹＹ：前記撮像素子の有効対角長
  8. 前記撮像光学系は、樹脂を材料とするレンズを少なくとも１枚有し、
    以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の観察撮像装置。
    ０．３０ ＜ ｜ｆＬＰ｜／ｆ ＜ １０．００ ・・・・・（６）
    但し、
    ｆＬＰ：前記樹脂を材料とするレンズの焦点距離
    ｆ：前記撮像光学系の焦点距離
  9. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の観察撮像装置。
    ２０．０ ＜ ＹＹ／ＰＩＴ／Ｆｎｏ ＜ ２０００．０ ・・・・・（７）
    但し、
    ＹＹ：前記撮像素子の有効対角長
    ＰＩＴ：前記撮像素子の画素ピッチ
    Ｆｎｏ：前記撮像光学系のＦ値
  10. 前記挿入部は、挿入方向に延びる筒状部材で構成され、
    以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の観察撮像装置。
    ２．０ ＜ Ｌ／ＯＡＬ ・・・・・（８）
    但し、
    Ｌ：前記挿入部の挿入方向の長さ
    ＯＡＬ：前記撮像光学系の最も観察被写体側のレンズ面から結像面までの距離
  11. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の観察撮像装置。
    ０．０１＜（ＯＡＬ×ｓｉｎ｜α｜＋ＹＹ×ｃｏｓ｜α｜）／ＤＩ＜５．００
    ・・・・・・（１０）
    但し、
    ＯＡＬ：前記撮像光学系の最も観察被写体側レンズ面から結像面までの距離
    ＹＹ ：前記撮像素子の有効対角長
    ＤＩ ：前記断面Ｓの外接円直径
  12. 前記撮像素子の有効撮影範囲が略長方形の形状を有し、
    以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の観察撮像装置。
    ０．００ ≦ ｔａｎ｜γ｜ ＜ ０．６０ ・・・・・（１１）
    但し、
    γ：前記法線Ａ及び前記軸上主光線Ｂがなす角度αと前記軸上主光線Ｂとで作られる平面と、前記撮像素子の有効撮影範囲の短手方向とのなす角度
  13. 前記挿入部の先端に観察被写体を照明するための照明部を備え、
    前記軸上主光線Ｂと前記照明部が照明する配向性の軸が略平行であることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の観察撮像装置。
  14. 前記撮像素子で撮影した画像データを電気的に加工して画像の歪みを補正する画像処理部を備える、
    ことを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載の観察撮像装置。
  15. 前記撮像光学系は、前記法線Ａを回転中心として回転可能に取り付けられており、
    前記撮像光学系を回転させながら前記撮像素子により撮影された画像を合成する画像処理部を備える、
    ことを特徴とする請求項１から１４の何れか１項に記載の観察撮像装置。
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