JPH0246423A - 内視鏡用結像光学系 - Google Patents
内視鏡用結像光学系Info
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- JPH0246423A JPH0246423A JP63197733A JP19773388A JPH0246423A JP H0246423 A JPH0246423 A JP H0246423A JP 63197733 A JP63197733 A JP 63197733A JP 19773388 A JP19773388 A JP 19773388A JP H0246423 A JPH0246423 A JP H0246423A
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
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- G02B3/00—Simple or compound lenses
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、結像レンズの焦点調節と連動して該結像レン
ズの絞り径が変化する結像光学系であって、特に内視鏡
等の照明装置を内蔵した撮像装置に好適な結像光学系に
関する。
ズの絞り径が変化する結像光学系であって、特に内視鏡
等の照明装置を内蔵した撮像装置に好適な結像光学系に
関する。
結像レンズの焦点調節と連動して該結像レンズの絞り径
が変化する内視鏡用結像光学系としては、例えば特公昭
62−35090号公報に記載のものや特′“−一16
3−78119号公報に記載のものがある。そして、特
公昭62−35090号公報に記載のものは、内視鏡先
端硬性部内に設けた対物レンズの保持枠を内視鏡の長平
方向に摺動自在に構成すると共に、対物レンズ近傍に設
けた明るさ絞りの絞り開口の大きさを規制する部材を前
記保持枠の前後動に連動させるようにしたもので、焦点
調節のために手元操作部での操作により保持枠を前後さ
せるとそれに応じて絞り開口の大きさが変わり、その結
果物体距離に応じて自動的に明るさ及び被写界深度のコ
ントロールができるようにしたものである。
が変化する内視鏡用結像光学系としては、例えば特公昭
62−35090号公報に記載のものや特′“−一16
3−78119号公報に記載のものがある。そして、特
公昭62−35090号公報に記載のものは、内視鏡先
端硬性部内に設けた対物レンズの保持枠を内視鏡の長平
方向に摺動自在に構成すると共に、対物レンズ近傍に設
けた明るさ絞りの絞り開口の大きさを規制する部材を前
記保持枠の前後動に連動させるようにしたもので、焦点
調節のために手元操作部での操作により保持枠を前後さ
せるとそれに応じて絞り開口の大きさが変わり、その結
果物体距離に応じて自動的に明るさ及び被写界深度のコ
ントロールができるようにしたものである。
又、特開昭63−78119号公報に記載のものは、開
口の大きさが段階的に可変なエレクトロクロミック絞り
を明るさ絞りとし、この絞りに開口の大きさに応じて屈
折力の異なる多焦点レンズとを組合せて結像光学系を構
成し、これを内視鏡先端部内に設けたものである。この
場合、エレクトロクロミック絞りの開口の大きさ変える
とそれに応じて光束の多焦点レンズを通る位置が変わる
ため、絞りの大きさに応じて結像光学系の焦点距離が異
なり、ピントの合う位置が前後に変化する。
口の大きさが段階的に可変なエレクトロクロミック絞り
を明るさ絞りとし、この絞りに開口の大きさに応じて屈
折力の異なる多焦点レンズとを組合せて結像光学系を構
成し、これを内視鏡先端部内に設けたものである。この
場合、エレクトロクロミック絞りの開口の大きさ変える
とそれに応じて光束の多焦点レンズを通る位置が変わる
ため、絞りの大きさに応じて結像光学系の焦点距離が異
なり、ピントの合う位置が前後に変化する。
従って、物体距離に応じて自動的に明るさ及び被写界深
度のコントロールができる。
度のコントロールができる。
ところが、特公昭62−35090号公報に記載のもの
の場合、機械的な開口可変の明るさ絞り及びレンズ保持
枠の移動機構並びに両者の連動機構を内視鏡先端硬性部
又は硬性鏡先端部内に収納することはスペース的にみる
と実質的に不可能である。
の場合、機械的な開口可変の明るさ絞り及びレンズ保持
枠の移動機構並びに両者の連動機構を内視鏡先端硬性部
又は硬性鏡先端部内に収納することはスペース的にみる
と実質的に不可能である。
又、特公昭63−78119号公報に記載のものの場合
、内視鏡に用いるような小径のレンズでは多焦点とする
ことが極めて困難であり、エレクトロクロミック絞りも
極小のものを作るのは難しいという問題があった。
、内視鏡に用いるような小径のレンズでは多焦点とする
ことが極めて困難であり、エレクトロクロミック絞りも
極小のものを作るのは難しいという問題があった。
但し、前者のような機械絞りに比べると小型であり実装
の可能性は高い。
の可能性は高い。
本発明は、上記問題点に鑑み、結像光学系の結像レンズ
内に所謂可変焦点レンズを含ませ、この可変焦点レンズ
の焦点距離の変化によりピント合わせを行なうと共に、
このピント合わせに応じて結像レンズを通過する光束の
太さを変えられるようにして、物体距離に応じて明るさ
や被写界深度をコントロールできる光学系として小型で
製造容易であって、内視鏡用として極めて実現性の高い
結像光学系を提供することを目的としている。
内に所謂可変焦点レンズを含ませ、この可変焦点レンズ
の焦点距離の変化によりピント合わせを行なうと共に、
このピント合わせに応じて結像レンズを通過する光束の
太さを変えられるようにして、物体距離に応じて明るさ
や被写界深度をコントロールできる光学系として小型で
製造容易であって、内視鏡用として極めて実現性の高い
結像光学系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及び作用〕本発明による結
像光学系は、液晶、液晶ポリマー等のように電気光学効
果によりその光学的特性が変化する物質により構成され
た可変焦点レンズと、開口の大きさが可変の遮光部材と
を備え、前記可変焦点レンズの焦点距離の変化と前記遮
光部材の開口の大きさの変化とを同期させることにより
ピント合わせと物体距離に応じた明るさ、被写界深度の
コントロールとを連動して行うようにしたものである。
像光学系は、液晶、液晶ポリマー等のように電気光学効
果によりその光学的特性が変化する物質により構成され
た可変焦点レンズと、開口の大きさが可変の遮光部材と
を備え、前記可変焦点レンズの焦点距離の変化と前記遮
光部材の開口の大きさの変化とを同期させることにより
ピント合わせと物体距離に応じた明るさ、被写界深度の
コントロールとを連動して行うようにしたものである。
以下、図示した実施例に基づき本発明の詳細な説明する
。
。
第1図は本発明の第1実施例を示しており、これは電子
内視鏡用撮像光学系として構成されたものである。内視
鏡先端部VSの端面にはカバーガラスを兼ねた凹レンズ
1が設けられ、該凹レンズ1の後方には順に偏光板2.
液晶レンズ3.明るさ絞り4.旋光素子5.偏光板2の
偏光方向と直交する偏光方向を有する周辺偏光部と明る
さ絞り4の開口よりも小径の中央透明部とからなる偏光
板6.レンズ7、固体撮像素子8が配置されている。液
晶レンズ3は、二枚のガラス、アクリル等製のレンズ9
,9の互いに対向する面に夫々透明電極10及び配光膜
11を被覆し、この対向する面によって形成される凹レ
ンズ状の空隙(セル)内にネマティック液晶12を封入
することにより構成されている。旋光素子5は、平行な
二枚のガラス、アクリル等製の透明板13.13の互い
に対向する面に夫々透明電極14及び配向膜15を被覆
し、この対向する面によって形成される空隙(セル)内
に液晶分子の長袖方向のねじれ角が90°又は270°
のツイストネマティック液晶16を封入することにより
構成されている。液晶レンズ3の透明電極10.10及
び旋光板5の透明電極14.14には夫々同期するスイ
ッチ5WSW2 を介して交流電源P、 、 P2
が接続されているが、第1図に示した状態ではスイッ
チ5W1SW2 がOFFで電圧が印加されていないの
で、液晶12及び16の分子配列はツイスト配列及びホ
モジニアス配列即ち分子の長袖方向が光軸と直交する配
列となっている。そして、これらが撮像光学系を構成し
ている。
内視鏡用撮像光学系として構成されたものである。内視
鏡先端部VSの端面にはカバーガラスを兼ねた凹レンズ
1が設けられ、該凹レンズ1の後方には順に偏光板2.
液晶レンズ3.明るさ絞り4.旋光素子5.偏光板2の
偏光方向と直交する偏光方向を有する周辺偏光部と明る
さ絞り4の開口よりも小径の中央透明部とからなる偏光
板6.レンズ7、固体撮像素子8が配置されている。液
晶レンズ3は、二枚のガラス、アクリル等製のレンズ9
,9の互いに対向する面に夫々透明電極10及び配光膜
11を被覆し、この対向する面によって形成される凹レ
ンズ状の空隙(セル)内にネマティック液晶12を封入
することにより構成されている。旋光素子5は、平行な
二枚のガラス、アクリル等製の透明板13.13の互い
に対向する面に夫々透明電極14及び配向膜15を被覆
し、この対向する面によって形成される空隙(セル)内
に液晶分子の長袖方向のねじれ角が90°又は270°
のツイストネマティック液晶16を封入することにより
構成されている。液晶レンズ3の透明電極10.10及
び旋光板5の透明電極14.14には夫々同期するスイ
ッチ5WSW2 を介して交流電源P、 、 P2
が接続されているが、第1図に示した状態ではスイッ
チ5W1SW2 がOFFで電圧が印加されていないの
で、液晶12及び16の分子配列はツイスト配列及びホ
モジニアス配列即ち分子の長袖方向が光軸と直交する配
列となっている。そして、これらが撮像光学系を構成し
ている。
尚、この撮像光学系と平行にライトガイドファイバー1
7.照明レンズ18からなる照明光学系が配置されてい
る。
7.照明レンズ18からなる照明光学系が配置されてい
る。
本実施例は上述の如く構成されているから、第1図にお
いて、物体からの光は凹レンズ1を通り、偏光板2を通
過して縦方向に振動する直線偏光となって液晶レンズ3
を通過するが、この場合該直線偏光の振動方向に液晶1
2の分子の長軸方向く屈折率が大の方向)が一致してい
るので液晶セルが強い凹レンズとして作用し、その結果
液晶しンズ3の焦点距離が長くなり、光学系全体として
は遠点物体にピントが合った状態となっている。
いて、物体からの光は凹レンズ1を通り、偏光板2を通
過して縦方向に振動する直線偏光となって液晶レンズ3
を通過するが、この場合該直線偏光の振動方向に液晶1
2の分子の長軸方向く屈折率が大の方向)が一致してい
るので液晶セルが強い凹レンズとして作用し、その結果
液晶しンズ3の焦点距離が長くなり、光学系全体として
は遠点物体にピントが合った状態となっている。
次に、液晶レンズ3を出射した直線偏光は絞り4を通過
し、旋光素子5で振動方向が90°回転せしめられた後
偏光板6を通過するが、この場合該直線偏光の振動方向
が偏光板6の周辺偏光部の偏光方向と一致しているので
偏光板6全体が透明体として作用し、その結果間るさ絞
り4の開口によって光学系全体のFナンバーが規定され
た状態となっている。次に、偏光板6を出射した直線偏
光は凸レンズ7を経て固体撮像素子8上に物体像を結ぶ
。
し、旋光素子5で振動方向が90°回転せしめられた後
偏光板6を通過するが、この場合該直線偏光の振動方向
が偏光板6の周辺偏光部の偏光方向と一致しているので
偏光板6全体が透明体として作用し、その結果間るさ絞
り4の開口によって光学系全体のFナンバーが規定され
た状態となっている。次に、偏光板6を出射した直線偏
光は凸レンズ7を経て固体撮像素子8上に物体像を結ぶ
。
一方、第2図に示した如くスイッチSW、、SW2 を
ONにして電圧を印加すると、液晶12及び16の分子
配列はほぼホメオトロピック配列即ち分子の長袖方向が
光軸と平行な配列となる。そのため、液晶レンズ3の液
晶セルの凹レンズ作用が弱まるので、液晶レンズ3の焦
点距離が短くなり、光学系全体としては近点物体にピン
トが合った状態となる。これと同時に、旋光素子5の旋
光作用もなくなるので、旋光素子5を通過した直線偏光
の振動方向が偏光板6の周辺偏光部の偏光方向と直交す
ることになって該周辺偏光部が遮光部として作用する。
ONにして電圧を印加すると、液晶12及び16の分子
配列はほぼホメオトロピック配列即ち分子の長袖方向が
光軸と平行な配列となる。そのため、液晶レンズ3の液
晶セルの凹レンズ作用が弱まるので、液晶レンズ3の焦
点距離が短くなり、光学系全体としては近点物体にピン
トが合った状態となる。これと同時に、旋光素子5の旋
光作用もなくなるので、旋光素子5を通過した直線偏光
の振動方向が偏光板6の周辺偏光部の偏光方向と直交す
ることになって該周辺偏光部が遮光部として作用する。
従って、偏光板6の中央透明部だけを直線偏光が通過す
ることになるので、光学系全体のFナンバーが大きくな
り、その結果近点物体合焦時の被写界深度が増し、ピン
トの合った良い画質の画像が得られる。
ることになるので、光学系全体のFナンバーが大きくな
り、その結果近点物体合焦時の被写界深度が増し、ピン
トの合った良い画質の画像が得られる。
上記説明から明らかなように、偏光板2と開口絞り4と
旋光板5と偏光板6とが開口の大きさが可変の偏光部材
を構成していることになる。
旋光板5と偏光板6とが開口の大きさが可変の偏光部材
を構成していることになる。
尚、偏光板2も偏光板6と同様に中央部だけを透明部材
で形成しても良く、その場合光の透過率が大となるとい
う利点がある。但し、この場合二重像が生じるので注意
する必要がある。又、偏光板2及び6が開口絞り4に接
近している方が軸外光束に対するFナンバーの変化(光
束のけられ)が小さくなるので好ましい。
で形成しても良く、その場合光の透過率が大となるとい
う利点がある。但し、この場合二重像が生じるので注意
する必要がある。又、偏光板2及び6が開口絞り4に接
近している方が軸外光束に対するFナンバーの変化(光
束のけられ)が小さくなるので好ましい。
第3図は電子顕微鏡用撮像光学系として構成された第2
実施例を示しており、これは第1実施例の液晶レンズ3
と旋光素子5の両方の機能を発揮する液晶レンズ19を
備えている。液晶レンズ19は、二枚のレンズ20.2
0の互いに対向する面に夫々透明電極21及び配向膜2
2を被覆し、この対向する面によって形成される凸レン
ズ状の空隙(セル)内に液晶分子の長袖方向のねじれ角
が90°又は270°のツイストネマティック液晶23
を封入することにより構成されている。液晶レンズ19
の透明電極21.21にはスイッチSWを介して交流電
源Pが接続されているが、第3図に示した状態ではスイ
ッチSWがOFFで電圧が印加されていないので、液晶
23の分子配列はツイスト配列となっている。又、偏光
板2及び6は偏光方向が互いに一致している。
実施例を示しており、これは第1実施例の液晶レンズ3
と旋光素子5の両方の機能を発揮する液晶レンズ19を
備えている。液晶レンズ19は、二枚のレンズ20.2
0の互いに対向する面に夫々透明電極21及び配向膜2
2を被覆し、この対向する面によって形成される凸レン
ズ状の空隙(セル)内に液晶分子の長袖方向のねじれ角
が90°又は270°のツイストネマティック液晶23
を封入することにより構成されている。液晶レンズ19
の透明電極21.21にはスイッチSWを介して交流電
源Pが接続されているが、第3図に示した状態ではスイ
ッチSWがOFFで電圧が印加されていないので、液晶
23の分子配列はツイスト配列となっている。又、偏光
板2及び6は偏光方向が互いに一致している。
本実施例は上述の如く構成されているから、第3図にお
いて、物体からの光は凹レンズ1を通り、偏光板2を通
過して縦方向に振動する直線偏光となって液晶レンズ1
9に入射するが、この場合該直線偏光の振動方向に液晶
23の分子の長軸方向が一致しているので、液晶セルが
強い凸レンズとして作用し、その結果液晶レンズ19の
焦点距離が短くなり、光学系全体としては近点物体にピ
ントが合った状態となっている。又、この直線偏光は液
晶レンズ19で振動方向が90°回転せしめられた後絞
り4を通って偏光板6を通過するが、この場合該直線偏
光の振動方向が偏光板6の周辺偏光部の偏光方向と直交
するので該周辺偏光部が遮光部として作用する。従って
、偏光板6の中央透明部だけを直線偏光が通過すること
になるので、光学系全体のFナンバーが大きくなり、そ
の結果近点物体合焦時の被写界深度が増し、上記直線偏
光が凸レンズ7を経て固体撮像素子8上に結ぶ物体像は
ピントの合った良質なものとなる。
いて、物体からの光は凹レンズ1を通り、偏光板2を通
過して縦方向に振動する直線偏光となって液晶レンズ1
9に入射するが、この場合該直線偏光の振動方向に液晶
23の分子の長軸方向が一致しているので、液晶セルが
強い凸レンズとして作用し、その結果液晶レンズ19の
焦点距離が短くなり、光学系全体としては近点物体にピ
ントが合った状態となっている。又、この直線偏光は液
晶レンズ19で振動方向が90°回転せしめられた後絞
り4を通って偏光板6を通過するが、この場合該直線偏
光の振動方向が偏光板6の周辺偏光部の偏光方向と直交
するので該周辺偏光部が遮光部として作用する。従って
、偏光板6の中央透明部だけを直線偏光が通過すること
になるので、光学系全体のFナンバーが大きくなり、そ
の結果近点物体合焦時の被写界深度が増し、上記直線偏
光が凸レンズ7を経て固体撮像素子8上に結ぶ物体像は
ピントの合った良質なものとなる。
一方、第4図に示した如くスイッチSWをONにして電
圧を印加すると、液晶23の分子配列はホメオトロピッ
ク配列となる。そのため、液晶レンズ19の液晶セルの
凸レンズ作用が弱まるので、液晶レンズ19の焦点距離
が長くなり、光学系全体としては遠点物体にピントが合
った状態となる。
圧を印加すると、液晶23の分子配列はホメオトロピッ
ク配列となる。そのため、液晶レンズ19の液晶セルの
凸レンズ作用が弱まるので、液晶レンズ19の焦点距離
が長くなり、光学系全体としては遠点物体にピントが合
った状態となる。
これと同時に、液晶レンズ19の旋光作用もなくなるの
で、液晶レンズ19を通過した直線偏光の振動方向が偏
光板6の周辺偏光部の偏光方向と−致するようになり、
その結果偏光板6全体が透明体として作用するので光量
が増し、遠点物体の観察にとって好ましい。
で、液晶レンズ19を通過した直線偏光の振動方向が偏
光板6の周辺偏光部の偏光方向と−致するようになり、
その結果偏光板6全体が透明体として作用するので光量
が増し、遠点物体の観察にとって好ましい。
第5図は第3実施例を示しており、これは第2実施例の
液晶レンズ19の代りに、後側のレンズ24が液晶23
の複屈折率のうち一つ(図では低い方の屈折率即ち常光
に対する屈折率)と一致する屈折率を有し且つ液晶セル
が周辺部が平面で中央部が曲面(図では凸面)の形状を
有する液晶レンズ25を用い、更に凹レンズ1と偏光板
2との間に、赤外光を吸収するガラス等から成る吸収型
の赤外光カットフィルター26を配置した意思外は第2
実施例と同じ構成を有している。従って、第5図に示し
た如く電圧を印加しない状態では、液晶レンズ25の周
辺部を通った直線偏光(異常光)は偏光板6の周辺偏光
部でカットされ、且つ中央部を通った直線偏光(異常光
)は曲面で強い屈折作用を受けて偏光板6の中央透明部
を通過するのて、近点物体にピントが合い且つ被写界深
度が深い状態となる。
液晶レンズ19の代りに、後側のレンズ24が液晶23
の複屈折率のうち一つ(図では低い方の屈折率即ち常光
に対する屈折率)と一致する屈折率を有し且つ液晶セル
が周辺部が平面で中央部が曲面(図では凸面)の形状を
有する液晶レンズ25を用い、更に凹レンズ1と偏光板
2との間に、赤外光を吸収するガラス等から成る吸収型
の赤外光カットフィルター26を配置した意思外は第2
実施例と同じ構成を有している。従って、第5図に示し
た如く電圧を印加しない状態では、液晶レンズ25の周
辺部を通った直線偏光(異常光)は偏光板6の周辺偏光
部でカットされ、且つ中央部を通った直線偏光(異常光
)は曲面で強い屈折作用を受けて偏光板6の中央透明部
を通過するのて、近点物体にピントが合い且つ被写界深
度が深い状態となる。
一方、第6図に示した如く電圧を印加した状態では、液
晶レンズ25を通った直線偏光は偏光板6全体を通過す
ると共に、常光線に相当する屈折特性を示すので液晶セ
ルとレンズ24との境界で屈折作用を受けず、その結果
液晶レンズ25全体とし2てパワーが弱くなり且つ二重
焦点レンズとはならない。従って、遠点物体にピントが
合い且つ明るい像が得られると共にピンボケにならない
。
晶レンズ25を通った直線偏光は偏光板6全体を通過す
ると共に、常光線に相当する屈折特性を示すので液晶セ
ルとレンズ24との境界で屈折作用を受けず、その結果
液晶レンズ25全体とし2てパワーが弱くなり且つ二重
焦点レンズとはならない。従って、遠点物体にピントが
合い且つ明るい像が得られると共にピンボケにならない
。
本実施例は、第2実施例に比べて液晶レンズ25の液晶
セルの中心厚が同じてもパワーを強くできるので、広い
ピント調整範囲が得られるという利点がある。又、赤外
光カットフィルター26が吸収型なので、ガラス板等の
上に多層干渉膜を設けて赤外光を反射により除去する干
渉型のものよりもフレアーが少ないという利点もある。
セルの中心厚が同じてもパワーを強くできるので、広い
ピント調整範囲が得られるという利点がある。又、赤外
光カットフィルター26が吸収型なので、ガラス板等の
上に多層干渉膜を設けて赤外光を反射により除去する干
渉型のものよりもフレアーが少ないという利点もある。
尚、液晶レンズ25のレンズ24の変形例としては、第
7図(A)又は(B)に示した形状のものでも良い。
7図(A)又は(B)に示した形状のものでも良い。
′童1図は第4実施例を示しており、これは液晶レンズ
25の中央曲面部(凸レンズ部)の液晶23の分子配列
をツイスト配列とせずに単なるホモジニアス配列にした
ものである。即ち、レンズ24の凹面の配向膜22の配
向方向がレンズ20の内面の配向膜22の配向方向と一
致し且つレンズ24の平坦な面の配向膜22の配向方向
がレンズ20の内面の配向膜22の配向方向と90°を
なすようにラビング処理を施したものである。従って、
本実施例は液晶レンズ25の中央曲面部の液晶23の分
子配列をコントロールし易いという利点がある。
25の中央曲面部(凸レンズ部)の液晶23の分子配列
をツイスト配列とせずに単なるホモジニアス配列にした
ものである。即ち、レンズ24の凹面の配向膜22の配
向方向がレンズ20の内面の配向膜22の配向方向と一
致し且つレンズ24の平坦な面の配向膜22の配向方向
がレンズ20の内面の配向膜22の配向方向と90°を
なすようにラビング処理を施したものである。従って、
本実施例は液晶レンズ25の中央曲面部の液晶23の分
子配列をコントロールし易いという利点がある。
尚、第8図は電圧を印加しない状態即ち近点物体にピン
トが合った状態を示しているが、電圧を印加すると第6
図に示したのと同じ遠点物体にピントが合った状態とな
る。
トが合った状態を示しているが、電圧を印加すると第6
図に示したのと同じ遠点物体にピントが合った状態とな
る。
第9図は第5実施例を示しており、これは第1実施例の
偏光板2,6及び旋光素子5の代りに、コレステリック
液晶を用いた円偏光素子27.28及び1/4λ板(又
は3/4λ板)29.30を用いたものである。円偏光
素子27は、平行な二枚の透明板13.13の互いに対
向する面に夫々透明電極14及び配向膜15を被覆し、
この対向する面によって形成される空隙(セル)内に右
円偏光を透過し且つ左円偏光を反射するコレステリック
液晶31を封入することにより構成されている。又、円
偏光素子28は円偏光素子27と同じ素子の中央部を透
明部材で構成して成るものである。
偏光板2,6及び旋光素子5の代りに、コレステリック
液晶を用いた円偏光素子27.28及び1/4λ板(又
は3/4λ板)29.30を用いたものである。円偏光
素子27は、平行な二枚の透明板13.13の互いに対
向する面に夫々透明電極14及び配向膜15を被覆し、
この対向する面によって形成される空隙(セル)内に右
円偏光を透過し且つ左円偏光を反射するコレステリック
液晶31を封入することにより構成されている。又、円
偏光素子28は円偏光素子27と同じ素子の中央部を透
明部材で構成して成るものである。
本実施例は上述の如く構成されているから、第9図のよ
うに電圧が印加されていない状態において、凹レンズ1
.赤外光カットフィルター26を通った光は円偏光素子
27に入射し、ここで例えば右円偏光だけが円偏光素子
27を通過し、左円偏光は反射される。円偏光素子27
を出射した右円偏光は1/4λ板29によって縦方向に
振動する直線偏光となり、ホメオトロピック配列となっ
ている液晶レンズ3で強く正屈折され、1/4λ板30
で左円偏光となって旋光素子28に入射する。ここで、
該左円偏光は円偏光素子28の周辺部では反射され且つ
中央部のみを通過し、凹レンズ7を経て固体撮像素子8
上に結像する。従って、近点物体にピントが合い且つ被
写界深度が深い状態となる。
うに電圧が印加されていない状態において、凹レンズ1
.赤外光カットフィルター26を通った光は円偏光素子
27に入射し、ここで例えば右円偏光だけが円偏光素子
27を通過し、左円偏光は反射される。円偏光素子27
を出射した右円偏光は1/4λ板29によって縦方向に
振動する直線偏光となり、ホメオトロピック配列となっ
ている液晶レンズ3で強く正屈折され、1/4λ板30
で左円偏光となって旋光素子28に入射する。ここで、
該左円偏光は円偏光素子28の周辺部では反射され且つ
中央部のみを通過し、凹レンズ7を経て固体撮像素子8
上に結像する。従って、近点物体にピントが合い且つ被
写界深度が深い状態となる。
一方、第10図のように電圧を印加した状態において、
円偏光素子27及び28は何れも液晶31の分子配列が
ホメオトロピック配列になるので円偏光の選択反射(s
elective refblection )がなく
なり、単なる透明板として作用し、その結果円偏光素子
28全体を光が通過する。又、液晶レンズ3も液晶12
がホメオトロピック配列になるので屈折作用(凸レンズ
作用)が弱まり、その結果遠点物体にピントが合う。従
って、遠点物体にピントが合い且つ明るい像が得られる
。
円偏光素子27及び28は何れも液晶31の分子配列が
ホメオトロピック配列になるので円偏光の選択反射(s
elective refblection )がなく
なり、単なる透明板として作用し、その結果円偏光素子
28全体を光が通過する。又、液晶レンズ3も液晶12
がホメオトロピック配列になるので屈折作用(凸レンズ
作用)が弱まり、その結果遠点物体にピントが合う。従
って、遠点物体にピントが合い且つ明るい像が得られる
。
本実施例は第1実施例に比べ偏光板が存在しないので光
の透過率が高く、特に遠点物体合焦時にはほぼ100%
の光量が透過するので好ましい。
の透過率が高く、特に遠点物体合焦時にはほぼ100%
の光量が透過するので好ましい。
尚、本実施例においては、1/4λ板3oと円偏光素子
28を第1実施例の偏光板6に置き換えても良く、その
場合近点物体合焦時には光束が絞られ、遠点物体合焦時
には約50%の光が透過するようになる。これは液晶セ
ルの数が減るので構造が簡単になるという利点がある。
28を第1実施例の偏光板6に置き換えても良く、その
場合近点物体合焦時には光束が絞られ、遠点物体合焦時
には約50%の光が透過するようになる。これは液晶セ
ルの数が減るので構造が簡単になるという利点がある。
第11図は第6実施例を示しており、これは右円偏光を
透過し且つ左円偏光を反射するコレステリック液晶31
を封入し、後側レンズ32をフレネルレンズとした液晶
レンズ33と、左円偏光を透過し且つ右円偏光を反射す
るコレステリック液晶34を封入した円偏光素子28と
、液晶による着色を補正するための色フイルタ−35と
、イメージガイドファイバー36を有している。ここで
使用されているコレステリック液晶は、ネマティック液
晶と異なり円偏光に対して所定の値の屈折率を有してい
る。そして、その値はコレステリック液晶が層状螺旋配
列をとる場合の方が、螺旋構造が解けてホメオトロピッ
ク配列となった場合よりも高い(光学的に負の特性を有
する)ものが普通である。
透過し且つ左円偏光を反射するコレステリック液晶31
を封入し、後側レンズ32をフレネルレンズとした液晶
レンズ33と、左円偏光を透過し且つ右円偏光を反射す
るコレステリック液晶34を封入した円偏光素子28と
、液晶による着色を補正するための色フイルタ−35と
、イメージガイドファイバー36を有している。ここで
使用されているコレステリック液晶は、ネマティック液
晶と異なり円偏光に対して所定の値の屈折率を有してい
る。そして、その値はコレステリック液晶が層状螺旋配
列をとる場合の方が、螺旋構造が解けてホメオトロピッ
ク配列となった場合よりも高い(光学的に負の特性を有
する)ものが普通である。
本実施例は上述の如く構成されているから、第11図の
ように電圧が印加されない状態において、凹レンズ19
色フィルター35を通った光は液晶レンズ33に入射し
、ここで右円偏光だけが液晶レンズ33を通過し且つ左
円偏光は反射される。
ように電圧が印加されない状態において、凹レンズ19
色フィルター35を通った光は液晶レンズ33に入射し
、ここで右円偏光だけが液晶レンズ33を通過し且つ左
円偏光は反射される。
そして、該右円偏光は円偏光素子28の周辺部では反射
され且つ中央部のみを通過する。又、液晶レンズ33の
液晶3Iの分子の長軸方向が光軸と直交しているので、
上記右円偏光は強く正屈折せしめられる。従って、近点
物体にピントが合い且つ被写界深度が深い状態となる。
され且つ中央部のみを通過する。又、液晶レンズ33の
液晶3Iの分子の長軸方向が光軸と直交しているので、
上記右円偏光は強く正屈折せしめられる。従って、近点
物体にピントが合い且つ被写界深度が深い状態となる。
尚、内視鏡のようにライトガイド等の内部照明による照
明光は十分量るいので、液晶レンズ33において光量が
50%になっても差し支えない。
明光は十分量るいので、液晶レンズ33において光量が
50%になっても差し支えない。
一方、第12図のように電圧を印加した状態において、
液晶レンズ33及び円偏光素子28の各液晶31及び3
4の分子の長軸方向が光軸と平行になるので、円偏光の
選択反射がなくなり且つ液晶レンズ33の屈折力も弱く
なる。従って、遠点物体にピントが合い且つ明るい像が
得られる。
液晶レンズ33及び円偏光素子28の各液晶31及び3
4の分子の長軸方向が光軸と平行になるので、円偏光の
選択反射がなくなり且つ液晶レンズ33の屈折力も弱く
なる。従って、遠点物体にピントが合い且つ明るい像が
得られる。
本実施例は、第1実施例に比べ光の透過率が高く、第5
実施例に比べ構造が簡単であるという利点がある。又、
液晶レンズ33の後側レンズ32をフレネルレンズとし
ているので液晶セルが薄くなり、その結果スイッチsw
、、sw2 の切替えに対する応答が早くなり、液晶層
における吸収散乱による光の損失も少ないという利点が
ある。又、色フイルタ−35が液晶レンズ33及び円偏
光素子28の前方に置かれているので、これらによる反
射光が吸収されてフレアーが減少するという利点もある
。
実施例に比べ構造が簡単であるという利点がある。又、
液晶レンズ33の後側レンズ32をフレネルレンズとし
ているので液晶セルが薄くなり、その結果スイッチsw
、、sw2 の切替えに対する応答が早くなり、液晶層
における吸収散乱による光の損失も少ないという利点が
ある。又、色フイルタ−35が液晶レンズ33及び円偏
光素子28の前方に置かれているので、これらによる反
射光が吸収されてフレアーが減少するという利点もある
。
尚、液晶レンズ34の後側レンズ32を通常の形状のも
のにしても良い。又、イメージガイドファイバー36の
代りに固体撮像素子を用いても良い。
のにしても良い。又、イメージガイドファイバー36の
代りに固体撮像素子を用いても良い。
第13図は第7実施例を示しており、これは第2実施例
の液晶レンズ19の代りに、フレネル型の後側レンズ3
2を有する液晶レンズ37を用い、偏光板6の代りに、
後側レンズ32のフレネル曲面接続部に対応する位置に
不透過部38を有する偏光板39を用いている。従って
、後側レンズ32のフレネル曲面接続部で四方六方に反
射・屈折が起こることにより生じたフレアーが不透過部
38でカットされるので、フレアーによる悪影響が減り
、コントラストの良い画像が得られる。
の液晶レンズ19の代りに、フレネル型の後側レンズ3
2を有する液晶レンズ37を用い、偏光板6の代りに、
後側レンズ32のフレネル曲面接続部に対応する位置に
不透過部38を有する偏光板39を用いている。従って
、後側レンズ32のフレネル曲面接続部で四方六方に反
射・屈折が起こることにより生じたフレアーが不透過部
38でカットされるので、フレアーによる悪影響が減り
、コントラストの良い画像が得られる。
この構造は第1実施例に応用することもできる。
又、不透過部38は、第14図に示した如く、円偏光素
子28の前面のフレネル曲面接続部に対応する部分域は
液晶レンズ33の後側レンズ32の後面のフレネル曲面
接続部に対応する部分に設けても良いし、又は前側レン
ズ20又は後側レンズ32の透明電極21.21側の面
のフレネル曲面接続部に対応する部分に設けても良い。
子28の前面のフレネル曲面接続部に対応する部分域は
液晶レンズ33の後側レンズ32の後面のフレネル曲面
接続部に対応する部分に設けても良いし、又は前側レン
ズ20又は後側レンズ32の透明電極21.21側の面
のフレネル曲面接続部に対応する部分に設けても良い。
第15図は第1実施例又は第5実施例の液晶レンズ3の
変形例を示しており、これは負の複屈折特性を有する液
晶12を用いている。負の複屈折特性とは、第17図に
示す属性率楕円体において、n2<n、1=ny であ
ることを言う。即ち、n8nyI n2 は夫々X
軸方向、y軸方向、z軸方向に振動する光の屈折率を示
しており、液晶分子の長軸方向と2軸方向が一致してい
るので、Z軸に沿った光(長軸に垂直に振動する光)が
常光、こ′れに直交する光が異常光であり、n2=ne
<n。
変形例を示しており、これは負の複屈折特性を有する液
晶12を用いている。負の複屈折特性とは、第17図に
示す属性率楕円体において、n2<n、1=ny であ
ることを言う。即ち、n8nyI n2 は夫々X
軸方向、y軸方向、z軸方向に振動する光の屈折率を示
しており、液晶分子の長軸方向と2軸方向が一致してい
るので、Z軸に沿った光(長軸に垂直に振動する光)が
常光、こ′れに直交する光が異常光であり、n2=ne
<n。
ny=n。である。
第15図では液晶12の分子の2軸が光軸と垂直なので
液晶レンズ3の液晶セルを通る光(異常光)の屈折率は
低く、その結果近点物体にピントが合った状態となる。
液晶レンズ3の液晶セルを通る光(異常光)の屈折率は
低く、その結果近点物体にピントが合った状態となる。
この時、偏光板6の周辺部が遮光部となり中央部のみを
光が通る。又、第16図では液晶12の分子のZ軸が光
軸と平行なので液晶レンズ3の液晶セルを通る光(常光
)の屈折率は高く、その結果遠点物体にピントが合った
状態となる。この時、偏光板6全体が透明体として作用
する。
光が通る。又、第16図では液晶12の分子のZ軸が光
軸と平行なので液晶レンズ3の液晶セルを通る光(常光
)の屈折率は高く、その結果遠点物体にピントが合った
状態となる。この時、偏光板6全体が透明体として作用
する。
このようにすると、絞りの開口の大きい第16図の場合
、液晶12の分子の配列が第15図の場合より規則的な
ので、フレアーが少ない。一方、第15図の場合、フレ
アーが多いが光束が絞られるため、液晶セルの薄いとこ
ろを用いることになり、フレアーが減少するという利点
がある。
、液晶12の分子の配列が第15図の場合より規則的な
ので、フレアーが少ない。一方、第15図の場合、フレ
アーが多いが光束が絞られるため、液晶セルの薄いとこ
ろを用いることになり、フレアーが減少するという利点
がある。
第18図は第8実施例を示しており、これは第2実施例
の固体撮像素子8の前に方解石等の複層折板41を配置
したものである。この複屈折板41は、振動方向が紙面
と平行な偏光に対する屈折率n8 が大であり且つ振動
方向が紙面と垂直な方向の偏光に対する屈折率n0 が
小となるように配置しである。従って、近点物体合焦状
態の複屈折板41の空気換算光路長は1/no となり
、遠点物体合焦状態の複屈性板41の空気換算光路長は
1/ne となり、その結果1/no −1/ne だ
け固体撮像素子8のピント位置を変えたのと等価となる
ので、遠点と近点との差を第2実施例に較べて更に大き
くとれるという利点がある。
の固体撮像素子8の前に方解石等の複層折板41を配置
したものである。この複屈折板41は、振動方向が紙面
と平行な偏光に対する屈折率n8 が大であり且つ振動
方向が紙面と垂直な方向の偏光に対する屈折率n0 が
小となるように配置しである。従って、近点物体合焦状
態の複屈折板41の空気換算光路長は1/no となり
、遠点物体合焦状態の複屈性板41の空気換算光路長は
1/ne となり、その結果1/no −1/ne だ
け固体撮像素子8のピント位置を変えたのと等価となる
ので、遠点と近点との差を第2実施例に較べて更に大き
くとれるという利点がある。
尚、複屈折板41は、マージナル光線が光軸と平行てな
いところであれば、レンズとレンズとの間に配置しても
良い。又、複屈折板41は第1実施例に設けても良い。
いところであれば、レンズとレンズとの間に配置しても
良い。又、複屈折板41は第1実施例に設けても良い。
第19図は第9実施例を示しており、これは開口の大き
さが可変の遮光部材としてエレクトロクロミック素子か
ら成る絞り42を備えて成るものである。この図のよう
に電圧が印加されていない状態では、液晶レンズ3の正
屈折力が強く且つ絞す42の周辺部が遮光状態となって
いるので、近点物体にピントが合い且つ被写界深度が深
い状態となる。又、電圧が印加された状態では、液晶レ
ンズ3の正屈折力が弱まり且つ絞り42が全開となるの
で、遠点物体にピントが合い且つ明るい像が得られる。
さが可変の遮光部材としてエレクトロクロミック素子か
ら成る絞り42を備えて成るものである。この図のよう
に電圧が印加されていない状態では、液晶レンズ3の正
屈折力が強く且つ絞す42の周辺部が遮光状態となって
いるので、近点物体にピントが合い且つ被写界深度が深
い状態となる。又、電圧が印加された状態では、液晶レ
ンズ3の正屈折力が弱まり且つ絞り42が全開となるの
で、遠点物体にピントが合い且つ明るい像が得られる。
一般に、液晶特にコレステリック液晶を用いた第5実施
例、第6実施例及び第14図に示した例では、液晶によ
り像が着色されることがある。又、液晶の状態が変わっ
ても色が変化することがある。
例、第6実施例及び第14図に示した例では、液晶によ
り像が着色されることがある。又、液晶の状態が変わっ
ても色が変化することがある。
そこ′で、固体撮像素子を用いた電子内視鏡の場合は、
これを電気的に補正するようにしても良い。
これを電気的に補正するようにしても良い。
即ち、液晶の状態に応じて撮像回路のカラーバランスを
自動的に変更し、色の変化を押さえるのである。これは
、メモリーに各液晶状態の色の情報を記憶させておき、
それによって回路のカラーバランスを変えることにより
成し遂げられる。又、同時に偏光素子の着色も補正する
ことができる。
自動的に変更し、色の変化を押さえるのである。これは
、メモリーに各液晶状態の色の情報を記憶させておき、
それによって回路のカラーバランスを変えることにより
成し遂げられる。又、同時に偏光素子の着色も補正する
ことができる。
尚、液晶としては、液体の分子液晶の他に例えば固体の
液晶ポリマー等を用いても良い。
液晶ポリマー等を用いても良い。
又、上記第6実施例で円偏光素子28を除いてしまうと
、近点、遠点での合焦ができるだけで、近点での絞り効
果はなくなるが、通常のネマティック液晶を用いた可変
焦点レンズに比較して構造が簡単で優れている。
、近点、遠点での合焦ができるだけで、近点での絞り効
果はなくなるが、通常のネマティック液晶を用いた可変
焦点レンズに比較して構造が簡単で優れている。
上述の如く、本発明による結像光学系は、物体距離に応
じて明るさや被写界深度を制御できる光学系として小型
で製造容易であって、内視鏡用として極めて実現性が高
いという利点を有している。
じて明るさや被写界深度を制御できる光学系として小型
で製造容易であって、内視鏡用として極めて実現性が高
いという利点を有している。
又、液晶素子等を駆動する電圧が12V程度と低いので
、人体安全であるという利点もある。
、人体安全であるという利点もある。
第1図及び第2図は夫々本発明による結像光学系の第1
実施例の遠点合焦状態及び近点合焦状態を示す図、第3
図及び第4図は夫々第2実施例の近点合焦状態及び遠点
合焦状態を示す図、第5図及び第6図は夫々第3実施例
の近点合焦状態及び遠点合焦状態を示す図、第7図(A
)及び(B)は夫々第3実施例の変形例を示す図、第8
図は第4実施例の近点合焦状態を示す図、第9図及び第
10図は夫々第5実施例の近点合焦状態及び遠点合焦状
態を示す図、第11図及び第12図は第6実施例の近点
合焦状態及び遠点合焦状態を示す図、第13図は第7実
施例を示す図、第14図はフレネル曲面接続部に対応す
る不透過部の設置例を示す図、第15図及び第16図は
夫々第1実施例又は第5実施例の液晶レンズの変形例の
近点合焦状態及び遠点合焦状態を示す図、第17図は屈
折率楕円体を示す図、第18図及び第19図は夫々第8
及び第9実施例を示す図である。 ■・・・・凹レンズ、2,6.39・・・・偏光板、3
゜19.25,33.37パ°°液晶レンズ、4,42
°°゛°絞り、5・・・・旋光素子、7.9,20,2
4.32”°°゛レンズ、8・・パ固体撮像素子、10
゜14.21・・・・透明電極、11,15.22・・
・。 配向膜、12・・・・ネマティック液晶、13・・・・
透明板、16.23・・・・ツイストネマチイック液晶
、26・・・・赤外光カットフィルター 27.28・
・°゛円円偏光光素子29.30・・・・1/4λ板、
31゜34′・ン・・コレステリ タ−36・・・・イメ ・・・・不透過部、41 5w2.sw3・・・・ P3・・・・交流電源、 ツク液晶、35・・・色フイル ージガイドファイバー 38 ・・・・複屈折板、sw、sw。 スイッチ、p、p、、P2 E・・・・直流電源。 N の−口±] ■〉ごニトー N−圧丁丁互丁でマコ
実施例の遠点合焦状態及び近点合焦状態を示す図、第3
図及び第4図は夫々第2実施例の近点合焦状態及び遠点
合焦状態を示す図、第5図及び第6図は夫々第3実施例
の近点合焦状態及び遠点合焦状態を示す図、第7図(A
)及び(B)は夫々第3実施例の変形例を示す図、第8
図は第4実施例の近点合焦状態を示す図、第9図及び第
10図は夫々第5実施例の近点合焦状態及び遠点合焦状
態を示す図、第11図及び第12図は第6実施例の近点
合焦状態及び遠点合焦状態を示す図、第13図は第7実
施例を示す図、第14図はフレネル曲面接続部に対応す
る不透過部の設置例を示す図、第15図及び第16図は
夫々第1実施例又は第5実施例の液晶レンズの変形例の
近点合焦状態及び遠点合焦状態を示す図、第17図は屈
折率楕円体を示す図、第18図及び第19図は夫々第8
及び第9実施例を示す図である。 ■・・・・凹レンズ、2,6.39・・・・偏光板、3
゜19.25,33.37パ°°液晶レンズ、4,42
°°゛°絞り、5・・・・旋光素子、7.9,20,2
4.32”°°゛レンズ、8・・パ固体撮像素子、10
゜14.21・・・・透明電極、11,15.22・・
・。 配向膜、12・・・・ネマティック液晶、13・・・・
透明板、16.23・・・・ツイストネマチイック液晶
、26・・・・赤外光カットフィルター 27.28・
・°゛円円偏光光素子29.30・・・・1/4λ板、
31゜34′・ン・・コレステリ タ−36・・・・イメ ・・・・不透過部、41 5w2.sw3・・・・ P3・・・・交流電源、 ツク液晶、35・・・色フイル ージガイドファイバー 38 ・・・・複屈折板、sw、sw。 スイッチ、p、p、、P2 E・・・・直流電源。 N の−口±] ■〉ごニトー N−圧丁丁互丁でマコ
Claims (1)
- 液晶、液晶ポリマー等のように電気光学効果を有する物
質により構成された可変焦点レンズと、開口の大きさが
可変の遮光部材とを備え、前記可変焦点レンズの焦点距
離の変化と前記遮光部材の開口の大きさの変化とを同期
させるようにした結像光学系。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP63197733A JP2603697B2 (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | 内視鏡用結像光学系 |
| US07/390,402 US5071229A (en) | 1988-08-08 | 1989-08-07 | Imaging apparatus having electrooptic devices which comprise a variable focal length lens |
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| JPH0246423A true JPH0246423A (ja) | 1990-02-15 |
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ID=16379438
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